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B　2族元素とその化合物

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であったが，IUPACは無機化学命

名法においてCa，Sr，Ba，Raをアルカリ土類金属と呼ぶと定義したので，今日

ではBeとMgはアルカリ土類金属に含まれないことになった。BeとMgは，Ca，

Sr，Ba，Raに比べて塩基性(金属性)が弱く，12族のZn，Cd，Hgと似た性質があ

るので，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

やすく，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，水に溶けにくく，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などから純粋な無水MgCl₂をつくり，これを融解し電気分解

する方法で行う。そのとき，融点を下げるため塩化ナトリウムを加える。

　（鉄陰極）Mg^2＋＋2e^-→Mg　　(炭素陽極)2Cl^-→Cl₂＋2e^-

　カルシウムは，CaCl₂の融解塩電解で製造される。

►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。加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。

　　　MgCl₂＋H₂O→MgCl(OH)＋HCl

　CaCl₂ · 6H₂Oも潮解性である。水に溶けるとき吸熱し(18kJ/mol)，寒剤となる。

氷晶点−54.9℃のときの溶解度は，42.6g/水100gである。無水物は乾燥剤や吸

湿剤として広く用いられているが，エタノールやアンモニアとは付加化合物

(CaCl₂ · 4C₂H₅OHやCaCl₂ · 8NH₃)をつくるので，これらの乾燥剤には用いられな

い。

►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。

　　　M＋2H₂O→M(OH)₂＋H₂

　しかし，Be(OH)₂やMg(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は加熱しないと反応しない。CaもCa(OH)₂の保護膜をつく

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，SrとBa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

のとき，Mgでは明るい光を出す。また，同時に窒化物M₃N₂のできていることが

多い。窒化物の生成は，酸素量が少なくなるほど多くなる。

　　　2M＋O₂→2MO，3M＋N₂→M₃N₂

　Beは両性元素で，強塩基に溶けて水素を発生する。他の2族元素は塩基と反応

しない。

　　　Be＋2NaOH＋2H₂O→Na₂[Be(OH)₄]＋H₂

カルシウムの化合物

►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ほど大

きくなる。したがって，原子番号の大きいものほど高温にしなければ分解しない。

また，強酸と反応してCO₂を発生する。

　　　MCO₃→MO＋CO₂

　　　MCO₃＋2H^＋→M^2＋＋H₂O＋CO₂

　炭酸塩はどれも水に溶けにくい。ただし，BeやMgでは加水分解しやすい。

　　　2MgCO₃＋2H₂OMg₂CO₃(OH)₂＋H₂O＋CO₂

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。

　　　MCO₃＋H₂O＋CO₂M^2＋＋2HCO₃⁻

また，これらはアンモニウム塩などが存在すると，溶解度が増加する。

►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にくくなる。BeOは水

に反応せず，結晶状のものは酸とも反応しにくい。MgOは水にほとんど溶けない

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。

　　　MO＋H₂O→M(OH)₂，MO＋2HCl→MCl₂＋H₂O

　水酸化物は，原子番号の小さいほど水に溶けにくく，Be(OH)₂やMg(OH)₂はほ

ぼ不溶であるが，Mg(OH)₂はわずかに溶け，弱塩基性を示す。Be(OH)₂は両性で，

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→MO＋H₂O

►2族元素の硫酸塩

　硫酸塩は，原子番号が増加するほど水に溶けにくい。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，CaSO₄・2H₂O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CaSO₄・0.5H₂O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，陶磁器の型などに利用されている。

　また，CaOとCaSO₄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が生じるためである。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。

実験12　塩化カルシウムと水を反応させてみよう

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