معادن الأرض القلوية وهي عبارة عن معادن المجموعة الثانية والمكونة من (عنصر البريليوم وعنصر المغنيسيوم وعنصر الكالسيوم وعنصر السترونشيوم وعنصر الباريوم وعنصر الراديوم)، وهي تعد ثاني أكثر المعادن تفاعلًا في الجدول الدوري.
المعادن القلوية الترابية
مثل معادن المجموعة الأولى، والتي تسمى بالمعادن الفلزية القلوية، لمعادن المجموعة الثانية وهي المعادن الفلزية القلوية الترابية نفس القاعدة من حيث التفاعل، حيث أن التفاعل يزداد في الدورات العليا في الجدول الدوري؛ إي أنه كلما ذهبنا من الأسفل للأعلى تزداد قدرة العنصر على التفاعل.
البريليوم هو المعدن القلوي الترابي الوحيد الذي لا يتفاعل مع الماء أو البخار حتى عندما يتم تسخينه إلى الحرارة الحمراء، والمقصود بذلك درجة حرارة عالية (حوالي 700-800 درجة مئوية، وتساوي 1290-1470 درجة فهرنهايت).بالإضافة إلى ذلك، يشكل البريليوم طبقة أكسيد خارجية أكسيد البريليوم (BeO) تقوم بحماية المعدن وتقلل من تفاعله.
تفاعلات الفلزات القلوية الترابية
تفاعلات الفلزات القلوية الترابية مع الماء
يظهر المغنيسيوم تفاعلًا ضئيلًا مع الماء، لكنه يتفاعل وينحرق مع البخار ليقوم بإنتاج أكسيد المغنيسيوم الأبيض، بالإضافة إلى إنتاج غاز الهيدروجين، كما يظهر في المعادلة التالية:
(g) Mg (s)+ 2H2O (l) → Mg(OH)2 (s)+ H2
عادةً ما ينتج عن التفاعل بين المعدن والماء البارد هيدروكسيد ذلك المعدن. هنا المغنيسيوم يتفاعل عندما يكون في الحالة الصلبة مع سائل الماء البارد، لذا لا يتكون الأكسيد مباشرة وإنما يقوم بإنتاج هيدروكسيد المغنيسوم. ومع ذلك، إذا كان المعدن يتفاعل مع البخار (steam)، مثل المغنيسيوم، فإن نتيجة ذلك التفاعل أن ينتج أكسيد المعدن، والسبب في ذلك أن أكسيد المعدن يظهر نتيجة نتيجة تحلل هيدروكسيد الفلز عند تسخينه كما في المعادلة التالية:
M(OH)2→ MO+H2O
مشتقات هيدروكسيد الكالسيوم وهيدروكسيد السترونشيوم وهيدروكسيد الباريوم قابليتها للذوبان قليلة، ولكنها تنتج أيونات هيدروكسيد كافية لجعل البيئة قاعدية والمعادلة العامة هي كالتالي:
M(s)+ 2H2O (l)→ M(OH)2 (aq)+ H2 (g)
إذا كان الماء عسرًا، فإن هنالك حقيقة تفيد وجود نوعين من الماء العسر: النوع الأول هو الماء العسر المؤقت والنوع الثاني هو الماء العسر الدائم. يحتوي الماء العسر المؤقت على أيون بيكربونات (HCO3-) الذي يقوم بإنتاج أيون كربونات (CO3−2) عند تسخينه كما في المعادلة التالية:
− CO3−2(aq) + CO2 (g) + H2O ←2HCO3
تتفاعل أيونات البيكربونات مع الكاتيونات الأرضية القلوية وتترسب خارج المحلول، وتسبب مقياس المرجل وأيضا تسبب مشاكل في سخانات المياه والسباكة.
تشمل الكاتيونات الشائعة في الماء العسر المغنيسيوم (Mg+2) والكالسيوم (Ca+2). من أجل الماء العذب، نقوم بمعالجة المياه وتنقيتها من خلال إضافة هيدروكسيد معدن قلوي ترابي، مثل الجير المطفأ وهو عبارة عن هيدروكسيد الكالسيوم [Ca(OH)2]، الذي يذوب في الماء لينتج أيون المغنيسيوم المعدني (+M2) وأيونات الهيدروكسيد (-OH). ثم تتحد أيونات الهيدروكسيد مع أيونات البيكربونات في الماء لإنتاج الماء وأيونات الكربونات. كما في المعادلة التالية:
HCO3−+ OH- → CO3−2(aq) + H2O
ثم يترسب أيون الكربونات الناتج مع أيون المعدن المتواجد لتكوين كربونات المعدن ذو الصيغة الكيميائية التالية: (MCO3) والذي يشكل راسبًا.
النوع الآخر من الماء العسر (الماء العسر الدائم) يحتوي على أيونات البيكربونات (HCO3-)، وكذلك يحتوي على بعض الأنيونات الأخرى (أنيون المقصود فيه أنه يحتوي على إشارة سالبة)، مثل أيونات الكبريتات (SO-2)، لتليين دائم للماء أو تحويله إلى مياه عذبة، نقوم بإضافة كربونات الصوديوم (Na2CO3)، مما يؤدي إلى ترسيب أيونات المغنيسيوم (Mg +2) وأيونات الكالسيوم (Ca +2) ككربونات معدنية ويدخل أيونات الصوديوم (+Na ) في المحلول.
تفاعلات الفلزات القلوية الترابية مع الهالوجينات
- M+ F2 → MF2 مع تسخين.
- M+ Cl2 → MCl2 مع تسخين.
- M+ Br2 → MBr2 مع تسخين.
- M+ I2 → MI2 مع تسخين.
هنالك معلومات إضافية عن الهاليدات انقر على معادن الفلزات القلوية الترابية وهاليداتها.
تفاعلات الفلزات القلوية الترابية مع النيتروجين
- 3M + N2 → M3N2 مع تسخين، حيث أن (M) هي عبارة عن أي عنصر من عناصر المجموعة الثانية، جميعها تتم بنفس الطريقة.
تفاعلات عناصر الفلزات القلوية الترابية مع الكبريت:
- 8M+ S8 → 8MS مع تسخين، حيث أن (M) هي عبارة عن أي عنصر من عناصر المجموعة الثانية، جميعها تتم بنفس طريقة التفاعل.
تفاعلات عناصر الفلزات القلوية الترابية مع الأكسجين
- 2M + O2 → 2MO مع تسخين، حيث أن (M) هي عبارة عن أي عنصر من عناصر المجموعة الثانية، جميعها تتم بنفس طريقة التفاعل.
تفاعلات العناصر القلوية الترابية مع الأمونيا
مركب الهكسامين الذي يتحلل لاحقا ببطء إلى أميدات.
M(NH2)2 + 4NH3 + H2 → [M(NH3)6]، حيث أن (M= Ca, Sr, Ba).
تفاعلات أكاسيد وبيروكسيدات
يتكون أكسيد البريليوم BeO، من اشتعال Be أو المركبات الخاصة به في الأكسجين O2. وهو عبارة عن مادة صلبة بيضاء غير قابلة للذوبان. يتبنى هيكل وشكل من النوع (wurtzite). الأكاسيد الخاصة ببقية معادن المجموعة الثانية، عادة ما يتم تحضيرها عن طريق التحلل الحراري للكربونات عند درجة حرارة معينة T وضغط يساوي واحد بار (CO2).
MCO3 → MO + CO2
كل عنصر في هذه المجوعة حتى يتفاعل مركبه يجب أن تكون هنالك درجة حرارة معينة حتى يتم التفاعل في حين أن الضغط ثابت ويساوي واحد بار مثلا:
عندما تكون M في التفاعل السابق هي عنصر Mg المغنيسيوم، حتى يتم التفاعل يجب أن تتوافر درجة حرارة مقدارها يساوي 813 كلفن، وعندما تكون M في التفاعل السابق هي عنصر Ca الكاليسيوم، فحتى يتم التفاعل يجب أن تتوافر درجة حرارة مقدارها يساوي 1173 كلفن.
عندما تكون M في التفاعل السابق هي عنصر Sr السترونشيوم، فحتى يتم التفاعل يجب أن تتوافر درجة حرارة مقدارها يساوي 1563 كلفن. وعندما تكون M في التفاعل السابق هي عنصر Ba الباريوم، حتى يتم التفاعل يجب أن تتوافر درجة حرارة مقدارها يساوي 1633 كلفن.
تُعرف بيروكسيدات المعادن من المجموعة الثانية بالصيغة التالية MO2، حيث أن M هي عبارة عن Mgو Caو Srو Ba. حيث أن محاولات تحضير BeO2 فشلت حتى الآن، ولا يوجد دليل تجريبي على أن للبريليوم مركب بيروكسيد، كما في المجموعة الأولى البيروكسيدات المعدنية، فأن الاستقرار فيما يتعلق بتفاعلات التحلل يزداد مع زيادة حجم الأيون الموجب.
MO2 → MO +½ O2
(M = Mg; Ca; Sr; Ba)
جميع البيروكسيدات هي عوامل مؤكسدة قوية. يتم تصنيع بيروكسيد المغنيسيوم عن طريق تفاعل (MgCO3 مع MgO) أو مع H2O2، ويستخدم في معجون الأسنان وله تطبيقات بيئية وتطبيقات زراعية كعامل إطلاق بطيء للأكسجين.
بيروكسيد الكالسيوم يتم تحضيرها عن طريق (cautious dehydration). تفاعلات( SrO و BaO مع O2) تتم عبر الظروف التالية: (600كلفن، والضغط 200 بار، 850 كلفن بالترتيب ) ينتج SrO2 و BaO2. لم يتم عزل BaO2 النقي وتجاريًا متاح ويحتوي على ( BaO و 2(OH)Ba).
تفاعلات البيروكسيدات مع الأحماض تولد H2O2. كالتفاعل الآتي:
SrO2 + 2HCl→ SrCl2 +H2O2
