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2節 2族元素とその化合物

 

A 2族元素の単体

2族元素,アルカリ土類金属

 2族元素は,以前はアルカリ土類金属と同義だったが,IUPACは無機化学命名法においてCaSrBaRaをアルカリ土類金属と呼ぶとしたので,今日ではBeMgはアルカリ土類金属に含まれない事になった。BeMgは,CaSrBaRaに比べて塩基性(金属性)が弱く,12族のZnCdHgと似た性質があり,このように区別して扱われる。

 2族元素はイオン化傾向が大きいので,単体として産出しない。アルカリ金属に次いで軽く軟らかい。原子価は2価で,金属性が一般的に強いので陽イオンになり易く,その水酸化物はアルカリ金属に次いで強塩基性を示す。アルカリ土類の「土」には,水に溶け難く,熱に強いという意味がある。

 マグネシウムの製造は,カーナライトMgCl2 ·KCl·6H2O,マグネサイトMgCO3,にがりMgCl2 ·6H2Oから純粋な無水MgCl2を作り,これを融解して電解する方法で行う。その時,融点を下げる為に塩化ナトリウムを加える。

   (鉄陰極)Mg22e- ―→ Mg  (炭素陽極)2Cl- ―→ Cl22e-

 カルシウムはCaCl2の融解塩電解で製造される。

 

2族元素の反応

 2族元素は,どれも標準酸化還元電位が水より低いので,水と反応できる。

   M2H2O ―→ M(OH)2H2

 しかし,Be(OH)2Mg(OH)2は溶解度が小さく,これが金属表面を覆うので,Beは実際に反応せず,Mgは熱しないと反応しない。CaCa(OH)2の保護膜を作るので,冷水での反応は穏やかであり,熱水では激しくなる。アルコールに対する反応も水と同様である。

 希酸とはどれもよく反応するが,Beは濃硝酸と反応せず,SrBaは濃硫酸や濃硝酸とは徐々に反応する。

 空気とは,どれも表面が酸化され,熱すると燃焼して酸化物MOになる。この時,Mgでは明るい光を出す。また,同時に窒化物M3N2のできている事が多い。窒化物の生成は,酸素量が少なくなる程多くなる。

   2MO2 ―→ 2MO3MN2 ―→ M3N2

 Beは両性を示し,強塩基に溶けて水素を生じる。他の2族元素は塩基と反応しない。

   Be2NaOH2H2O ―→ Na2[Be(OH)4]H2

 

B 2族元素の化合物

2族元素の酸化物・水酸化物

 酸化物はどれも融点が高く,結晶状にすると水と反応し難くなる。BeOは水に反応せず,結晶状のものは酸とも反応し難い。MgOは水に殆ど溶けないが,徐々に反応して弱塩基性を示す。アルカリ土類金属の酸化物は,水と激しく反応して水酸化物となり,酸ともよく反応する。

   MOH2O ―→ M(OH)2MO2HCl ―→ MCl2H2O

 水酸化物は,原子番号の小さい程水に溶け難く,Be(OH)2Mg(OH)2はほぼ不溶だが,Mg(OH)2は僅かに溶け,弱塩基性を示す。Be(OH)2は両性を示し,酸とも塩基とも反応し,それ以外の水酸化物は酸と反応する。水酸化物は強熱すると酸化物になる。

M(OH)2 ―→ MOH2O

 

生石灰(quick lime)

 炭酸カルシウムや水酸化カルシウム,シュウ酸カルシウムを10001200℃で焼くと熱分解により得られる。水や二酸化炭素を吸収し,それぞれ水酸化カルシウム,炭酸カルシウムを生じる。工業用アルカリ,中和剤,消石灰の原料に用いられる。

 

消石灰(slaked lime)

 建築用に用いられる他,工業用としてはれんが製造,リン酸カルシウムの製造,工場廃水の中和剤等に利用される。

 

2族元素の炭酸塩

 炭酸塩は強熱すると分解するが,その同温での解離圧は原子番号が小さい程大きくなる。したがって,原子番号の大きいもの程高温にしなければ分解しない。

また,強酸と反応してCO2を生じる。

   MCO3 ―→ MOCO2   MCO32H―→ M2H2OCO2

 炭酸塩はどれも水に溶け難い。但し,BeMgでは加水分解し易い。

   2MgCO32H2OMg2CO3(OH)2H2OCO2

アルカリ土類金属の炭酸塩は,過剰のCO2を含む水に炭酸水素塩となって溶ける。

   MCO3H2OCO2M22HCO3

また,これらはアンモニウム塩等が存在すると,溶解度が増加する。

 

2族元素の硫酸塩

 硫酸塩は,原子番号が増加する程水に溶け難い。Be塩やMg塩はかなり溶けるが,Ca塩では微量となり,Sr塩とBa塩はほぼ不溶である。BaSO4は懸濁液として消化器のX線撮影に用いられている。

 CaSO4は硬セッコウ,CaSO42H2Oはセッコウともよばれている。セッコウを焼くと半水和物CaSO40.5H2Oの焼セッコウができる。これを水と練って放置するとセッコウができ,陶磁器の型等に利用されている。

 また,CaOCaSO4の混合物に水を加えて反応させると,速やかに固化して,硬くて水に安定な物質ができる。これはセッコウ及びCaCO3が生じる為である。この混合物はセッコウモルタルといわれ,建築に用いられている。

 

2族元素の塩化物

 塩化物はどれも水によく溶け,吸湿性がある。MgCl2 ·6H2Oは潮解性の結晶で,苦味がある。熱すると結晶水を失うが,一部は分解して塩基性塩となる。

   MgCl2H2O ―→ MgCl(OH)HCl

 CaCl2 ·6H2Oも潮解性がある。水に溶ける時吸熱し(18kJ/mol),寒剤となる。氷晶点−54.9℃の時の溶解度は42.6g/100g。無水物は乾燥剤や吸湿剤に用いられるが,エタノールやアンモニアとは付加化合物(CaCl2 ·4C2H5OHCaCl2 ·8NH3)を作り,これらの乾燥剤には用いられない。

 

 

 








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