2017.04.04. ALKÁLIFÖLDFÉMEK

Csoport neve átmenetet képez az I.a és a III.a között alkáli: oxidjaik bázis anhidridek, hidroxidjaik lúgos kémhatásúak földfém: oxidjai vízben nem oldódnak „föld”, csak hidroxidjaik nem vagy csak alig oldódnak. Elemek neve Be beryllos (görög: berill féldrágakő) Mg magnesia (görög: szappankő, talkum) Ca calx (latin: mész) Sr Strontian (Skóciában levő ólombánya) Ba barys (görög: nehéz) Ra radius (latin: sugárzó)

Fizikai tulajdonságok Vegyérték elektron konfiguráció: ns2 Páros rendszámúak - több stabil izotóp Atom sugár kisebb - rácsenergia nagyobb mint az alkálifémeké Kis sűrűség - könnyű fémek op, fp alacsony Kis ionizációs energia Kis elektronegativitás Ezüstfehér, fénylő, viszonylag lágy fémek

Hexagonális rács (Be, Mg) Lapon centrált kockarács (Ca, Sr) Köbös centrált kockarács (Ba, Ra) jó elektromos és hővezetők - alkálifémeknél rosszabb - telített s-alhéj Gőzeik egyatomosak Berillium (félfém-kilóg) - op., fp. magasabb, rideg, nehezen megmunkálható Rádium természetes radioaktív elem (t1/2 = 1600 év)

Lángfestés Oldódás Berillium nincs Magnézium nincs Kalcium téglavörös Stroncium élénkvörös Bárium fakózöld Rádium kárminvörös Oldódás egymásban cseppfolyós ammóniában Ca + 6NH3  Ca2+ + 2e(NH3)  Ca(NH3)6 ammóniakát

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] +H2 Kémiai tulajdonságok Nagy reakciókészség, a csoportban fentről lefelé nő. Oxidációsszám +2 vegyületeikben. Berillium amfoter (nem túl reakcióképes, mert a felületén összefüggő, védő oxidréteg van) Be + 2HCl = BeCl2 + H2 Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] +H2 Komplexképző sajátság egyszerű komplexe nincs akvakomplexe [Sr(H2O)6]2+ - oktaéder EDTA - Ca2+, és Mg2+ meghatározása

CaH2 + 2H2O  Ca(OH)2 + 2H2 1. a. Hidridek EH2 összetételű vegyületek CaH2, SrH2, BaH2 ionos, fehér, kristályos vegyületek BeH2 láncszerű polimer három centrumos kötés (3C, 2e) MgH2 kovalens CaH2 (szilárd hidrogén - nagy tisztaságú H2 előállítása) Ca + H2  NaH2 (izzó Ca) CaH2 + 2H2O  Ca(OH)2 + 2H2

b. Halogenidek MeX2 összetételűek Rendszám növekedésével a vízben való oldhatóság nő, higroszkóposak. Ca + Cl2  CaCl2 BeCl2 kovalens polimer- higroszkópos, levegőn füstölög Koordinációs kötés (halogénhíd) halogén elektronpár donor berillium elektronpár akceptor

c. Oxidok EO - peroxidok EO2 - szuperoxidok E(O2)2 - hidroxidok E(OH)2 EO fehér, magas olvadáspontú, porszerű vegyületek E(OH)2 vízben való oldhatóságuk kisebb mint az alkálifém-hidroxidoké. Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 amfoter gyenge bázis közepesen erős erős erős bázis Be(OH)2 + 2NaOH = Na2[Be(OH)4]

Oxidok valódi bázisanhidridek CaO + H2O = Ca(OH)2 égetett mész oltott mész CaO + CO2 = CaCO3 Oxidok előállítása CaCO3  CaO + CO2 kalcinálás MgCO3  MgO + CO2 Peroxidok CaO2, SrO2, BaO2 Szuperoxidok Ca(O2)2,, Sr(O2)2, Ba(O2)2 Ozonidok BaO3

d. Kénnel, nitrogénnel melegítés hatására d. Kénnel, nitrogénnel melegítés hatására szulfidokat, nitrideket képeznek. 3Ca + N2 = Ca3N2 Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3 e. Szénnel acetilidet alkot. Ca + 2C = CaC2 CaC2 +2 H2O = C2H2 +Ca(OH)2 2. Vegyületekkel a. Vízzel hevesen, hidrogén fejlődés közben reagálnak (exoterm) Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2 b. Savakkal hidrogén fejlődés közben Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2

Ca(OH)2 + CO2(g)  CaCO3 + H2O(l) Ca(HCO3)2(aq) c. Erős redukálószerek CuO + Mg = Cu + MgO H2O(g) + Mg = H2 + MgO CO2(s) + 2Mg = C + 2MgO d. Karbonátok barlang képződés CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 cseppkő képződés CO2 Ca(OH)2 + CO2(g)  CaCO3 + H2O(l) Ca(HCO3)2(aq) felesleg

A vízben oldott Ca2+ és Mg2+ sók. Vízkeménység A vízben oldott Ca2+ és Mg2+ sók. Változó keménység: Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 forralással megszüntethető Állandó keménység: kalcium és magnézium szulfátjai, kloridjai, nitrátjai. Német keménységi fok (nko): 1 dm3 vízben 10 mg CaO-val egyenértékű Ca és Mg só van oldva. [Ca2+] = 1 mmol 5,6 nko kemény víz > 15 nko Vízlágyítás forralás (változó keménységet szünteti meg) Trisó (Na3PO4) 2Na3PO4 + 3Ca2+ = Ca3(PO4)2 + 6Na+ Ioncserés víztisztítás Desztillálás

Előállítás Olvadék elektrolízissel Magnézium és kalcium előállítása dolomitból hő MgCO3.CaCO3 MgCl2 + CaCl2 + 2CO2 CaCl2 CaCl2 és MgCl2 olvadék elektrolízise redukálása magnéziummal Stroncium és bárium előállítása halogenidjeik elektrolízisével oxidjaik redukálása alumíniummal.

Előfordulás Elemi állapotban nem Fontos kéreg alkotók berill Be3Al2Si6O18 (3BeO.Al2O3.6SiO2) dolomit CaMg(CO3)2 (CaCO3.MgCO3) keserűsó MgSO4.7H2O gipsz CaSO4.2H2O anhidrit CaSO4.H2O mészkő CaCO3 (aragonit, kalcit) foszforit Ca3(PO4)3X stroncianit SrCO3 barit BaSO4 folypát CaF2

Felhasználás Vegyület Felhasználás MgO Állateleség magnezittégla Mg(OH)2 A magnézium vegyületek általános forrása MgSO4.7H2O Fertőtlenítőszer Gyógyszergyártás CaO és Ca(OH)2 Építőipar Acélgyártás Vízkezelés

CaCO3 Üveggyártás Cementgyártás Papírgyártás CaSO4.2H2O Építőipar Műmárvány gipszelés BaO2 Papíripar Kontraszt anyag

Magnézium bioszervetlen kémiája Emberi szervezet magnézium tartalma 50-60%-a a csontokban 20%-a a vázizomban 1% intracelluláris térben többi ionos formában az ATP-hez kötötten

Biológiai rendszerekben a Mg2+ a második és harmadik foszfáthoz kötött (izolált ATP) A sejtmembránhoz való mozgása mindig a K+-hoz kötött

Klorofill A fotoszintézis kulcsvegyülete Klorinváz (4 szubsztituált pirrol gyűrű) templát reakcióban vízkilépés, hidrogén kilépés (oxidáció) Központi ion Mg2+ jó fotoreceptor (konjugált kettőskötés rendszer) Klorofill A (kékeszöld) abszmax = 400-500 nm Klorofill B (sárgásszöld) abszmax = 600-700 nm fitil szerepe lipofil csoport, rögzíti magát a klorofillt a membránhoz

Olyan komplexekre van szükség, amelyeknek nagy a szelektivitása Kalcium Kalcium koncentrációja az extracelluláris térben jóval magasabb mint az intracelluláris térben cext,  cint. Olyan komplexekre van szükség, amelyeknek nagy a szelektivitása Ca2+ kemény Pearson sav  kemény donorra van szükség (O) kalciumkötő fehérjék parvalbumin (12 kDa) - citoplazma legfontosabb kalciumkötő fehérjéje a halak, hüllők és kétéltűek izomszövetében kalmodulin (17 kDa) - emlősökben is megtalálható kalciumkötő fehérje. 4 kötőhelyet tartalmaz kalszelektin (40 kDa)

Csontokban (1250 g) gyermekkorban a kollagén mennyisége nagyobb, s erre válnak ki a Ca3(PO4)2 kristálygócok, majd a PO43- részleges cseréje OH-, HCO3-, F--ra fogzománc Ca5(PO4)3F Fluor bevitele ionos, szervetlen formában, KF, LiF ionos, szerves formában cetil-ammónium-fluorid CH3 - (CH2)15 - NH3 F fogzománc dörzsanyaga: CaCO3