Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 3 МЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ


ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ІА — ІІІА ГРУП


§ 62. Магній і Кальцій


Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

характеризувати фізичні та хімічні властивості, способи добування, застосування магнію і кальцію;

складати рівняння, схеми електронного балансу відповідних хімічних реакцій.

Фізичні властивості. Магній і Кальцій — сріблясто-білі, пластичні метали (мал. 109), порівняно з лужними металами мають більшу твердість, густину, значно вищі температури плавлення і кипіння. Ці відміни пояснюються тим, що в їх кристалічній ґратці на один двохзарядний позитивний йон металічного елемента припадають два вільних електрони, і притягання між ними сильніше, ніж у лужних металах.

Добування цих металів, як і лужних, здійснюють переважно електролізом розплавів їх солей:

Магній також добувають карботермічним, кальцій — алюмотермічним методами:


Хімічні властивості магнію і кальцію зумовлені електронною будовою їх атомів. Під час реакції їх атоми легко віддають два валентних електрони і перетворюються на позитивно заряджені йони:


Мал. 109. Магній (а), кальцій (б)

 

Мал. 110. Горіння: а — кальцію у кисні; б — магнію у кисні; в — магнію у воді;

г — магнію у йоді


Отже, подібно до лужних металів магній і кальцій є сильними відновниками і вступають у реакції з неметалами, водою, кислотами, оксидами менш активних металічних елементів, солями, але їх хімічна активність є дещо нижчою, ніж у лужних металів. Кальцій більш хімічно активний порівняно з магнієм.

Взаємодія з неметалами. За звичайних умов магній і кальцій реагують з киснем з утворенням оксидів:

2Mg + О2 = 2MgO; 2Са + О2 = 2СаО

Уже на повітрі поверхня магнію покривається захисною оксидною плівкою. Кальцій взаємодіє з киснем активніше, ніж магній, тому його, як і лужні метали, зберігають під шаром гасу або в запаяних ампулах. За нагрівання на повітрі магній і кальцій енергійно згоряють у кисні (мал. 110, а, б). Реакція горіння магнію супроводжується сліпучим полум’ям і виділенням великої кількості теплоти. Якщо стрічку магнію підпалити й опустити в склянку з водою, то горіння металу продовжуватиметься (мал. 110, в). Магній горить і в атмосфері вуглекислого газу (див. мал. 79). Здатність магнію горіти як у воді, так і в атмосфері вуглекислого газу суттєво ускладнює гасіння пожеж, під час яких горять конструкції з магнію або його сплавів.

Магній при нагріванні, а кальцій за звичайних умов реагують з галогенами (мал. 110, г), при нагріванні — з сіркою, азотом, вуглецем, утворюючи відповідно галогеніди, сульфіди, нітриди, карбіди:

Кальцій за нагрівання легко реагує з воднем з утворенням гідриду:

Взаємодія з водою. Магній стійкий проти дії холодної води, але енергійно взаємодіє з киплячою. Кальцій енергійно реагує з водою подібно до лужних металів.

Дослід 1. Взаємодія магнію з водою.

У пробірку з водою помістимо порошок магнію — реакція не відбувається. Нагріємо пробірку — помітимо виділення водню й утворення каламутного розчину — це малорозчинний у воді магній гідроксид:

Дослід 2. Взаємодія кальцію з водою.

У пробірку з водою помістимо маленький кусочок кальцію. Спостерігаємо бурхливий перебіг реакції, внаслідок якої виділяється водень. Вода стає каламутною через утворення малорозчинного, але більш розчинного, ніж магній гідроксид, кальцій гідроксиду:

Взаємодія з кислотами. Під час реакції цих металів з хлоридною і розбавленою сульфатною кислотами утворюються відповідні солі та виділяється водень:

У реакціях з розбавленою нітратною кислотою серед продуктів відновлення нітратної кислоти переважає амоній нітрат:

4Мg + 10НNO3 (розб.) = 4Мg(NO3)2 + NН4NO3 + 3Н2О,

а з концентрованими нітратною та сульфатною кислотами виділяються відповідно бурий газ нітроген(ІV) оксид і сірководень:

- Складіть схеми електронного балансу цих реакцій.

Взаємодія з оксидами металічних елементів. Подібно до лужних металів магній і кальцій здатні відновлювати рідкісні метали — ніобій, тантал, молібден, вольфрам, титан та ін. — з їх оксидів. Наприклад:

2Mg + TiO2 = 2MgO + Ti; 5Ca + V2O5 = 5CaO + 2V

Такі способи добування металів за аналогією з алюмотермією називають магнієтермією та кальцієтермією.

Застосування. Магній має значно ширше застосування, ніж кальцій. На його основі виготовляють легкі й міцні сплави для космічної, авіаційної, автомобільної техніки і товарів широкого вжитку. Магнієві сплави у 5 разів легші за сплави на основі заліза, в 1,5 раза легші за алюмінієві, стійкі до вібраційного впливу, мають високу міцність.

Магній застосовується для протекторного захисту суден, міських мереж водопостачання, нафто- та газогонів. Для цього магнієвий протектор (мал. 111) з’єднують провідником з основною металічною конструкцією, в результаті утворюється гігантський гальванічний елемент. Магній як активний метал руйнується, а метал основної конструкції зберігається.

Магній тривалий час використовувався в піротехніці для святкових феєрверків, пізніше — як джерело освітлення при фотографуванні, в освітлювальних ракетах і запалювальних снарядах.

Металічний кальцій найбільше застосовується в металотермії, зокрема у виробництві урану і торію, сплавів для виготовлення підшипників для залізничного транспорту.


Мал. 111. Магнієвий протектор

 

Коротко про головне

Магній і кальцій — метали з подібними до лужних металів фізичними та хімічними властивостями. Більш наближеним до лужних металів є кальцій. Mагній не належить до лужноземельних металів, а його гідроксид Mg (OH)2 не вважається лугом. Хімічно активні: взаємодіють з неметалами, водою, кислотами, відновлюють малоактивні метали з оксидів.

Добувають магній і кальцій електролізом розплавів солей. Широкому застосуванню магнію сприяє його здатність утворювати легкі та міцні сплави для авіаційної, космічної й автомобільної техніки, запобігати корозії металічних конструкцій, давати яскраве світіння під час горіння (наприклад, у піротехніці). Кальцій застосовується в металотермії.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити