معادن الفلزات القلوية الترابية وهاليداتها

معادن المجموعة الثانية المتكونة من عنصر البريليوم وعنصر المغنيسيوم وعنصر الكالسيوم وعنصر السترونشيوم وعنصر الباريوم وعنصر الراديوم. يطلق على هذه المجموعة اسم المعادن الأرضية القلوية.

ظهور المعادن

يعتبر البريليوم والمغنيسيوم معادن رمادية، بينما تعتبر المعادن المتبقية من المجموعة الثانية والمتضمنة عنصر الكالسيوم وعنصر السترونشيوم وعنصر الباريوم وعنصر الراديوم معادن ناعمة وفضية اللون. المعادن مرنة، وهشة إلى حد ما. يتلاشى السطح اللامع لهذه المعادن بسرعة في الهواء.

تفاعلية المعادن

يتم تخميل البريليوم والمغنيسيوم ويعتبران خاملان حركيًا مع الأكسجين O2 والماء H2O في درجات الحرارة المحيطة.

2Be + O2  → 2BeO

  Mg + 2H2O → Mg(OH2) + H2

يذوب البريليوم والمغنيسيوم بسهولة في الأحماض غير المؤكسدة. يهاجم حمض النيتريك المغنيسيوم، بينما البريليوم يتفاعل مع HNO3 المخفف، لكنه يخمد عندما يكون هنالك حمض النيتريك المركز. لا يتفاعل المغنيسيوم مع المحاليل القلوية (مادة قلوية مع الماء). في حين أن البريليوم Be تشكل هيدروكسيد متذبذب. ومع ذلك، (Mg amalgam) يعمل على تحرير H2 من الماء، حيث أنه لا تحدث عملية طلاء على السطح في حالة الأكاسيد. يتفاعل معدن المغنيسيوم في البخار أو مع الماء الساخن.

تظهر المعادن الآتية: كالكالسيوم Ca والسترونشيوم Sr والباريوم Ba سلوكيات كيميائية متشابهة بشكل عام، وهي نوعا ما أقل تفاعلًا قليلاً من الصوديوم Na. تتفاعل هذه المعادن مع الماء والأحماض التي تحرر H2 ويمتد التشابه مع معدن الصوديوم Na إلى الذوبان في سائل الأمونيا NH3؛ لإعطاء محاليل زرقاء تحتوي على إلكترونات مذابة. ومن خلال هذا المحلول، من الممكن عزل مركبات الهكسامين (hexamines) ذات الصيغة الكيميائية التالية: [M(NH3)6]، حيث أن (M= Ca, Sr, Ba)،لكن هذا النوع من المركبات تتحلل ببطء إلى أميدات.

   M(NH2)2 + 4NH3 + H2 →  [M(NH3)6]

عند تسخين معادن المجموعة الثانية، تتحد جميع هذه المعادن مع الأكسجين O2 والنيتروجين N2 والكبريت والهالوجينات.

• M+  X2  →  MX2 مع تسخين.

• 3M + N2 → M3N2  مع تسخين.

• 8M+  S8  →  8MS مع تسخين.

• 2M + O2 →  2MO مع تسخين.

حيث أن ( X = F ,Cl ,Br ,I )

الاختلافات بين العناصر الأولى والأخيرة في المجموعة الثانية يتم توضيحها من خلال تكوين الهيدريدات والكربيدات. عند تسخين معادن المجموعة الثانية والمعروفة بالفلزات القلوية الترابية مع H2، فإن تفاعل هذه المعادن التي تقع في آخر المجموعة الثانية كالكالسيوم Ca والسترونشيوم Sr والباريوم Ba، والتي تقوم بإنتاج هيدريد ملحي (saline hydrides) ذو الصيغة الكيميائية التالية MH2.

لكن المغنيسيوم Mg يتفاعل فقط تحت ضغط عال، على النقيض من ذلك، يتم تحضير BeH2 (وهو بوليمر يتم تحضيره من ألكيل البريليوم )، حيث إن تفاعل البريليوم مع الكربون في درجات حرارة عالية ينتج Be2C والذي يمتلك هيكل مضاد للفلوريت. وتشكل بقية معادن المجموعة الثانية الأخرى الكربيدات MC2، التي تتضمن أيون 2-[C=C]، واعتماد هياكل من نوع كلوريد الصوديوم (NaCl) ممدودة على طول محور واحد. Be2C يتفاعل مع الماء من خلال هذه المعادلة:

Be2C +4H2O   →  2Be(OH)2  + CH4

كربيدات الفلزات القلوية الترابية

تتفاعل كربيدات Ca و Mg و Sr و Ba مع الماء لإنتاج مركب C2H2. أما بالنسبة لـ CaC2، يعتبر هذا التفاعل وسيلة تصنيع ethyne في مناطق العالم التي يكون فيها الفحم أكثر كالمواد الأولية للصناعات الكيماوية من النفط. مثل جنوب افريقيا والصين.

كربيد الكالسيوم مصنوع من CaO ، والذي يتم تصنيعه بدوره عن طريق تكليس الحجر الجيري. حيث تمثل الصين 95٪  من الطلب العالمي لإنتاج واستهلاك CaC2. في أوروبا وفي الولايات المتحدة واليابان، انخفض إنتاج CaC2 ويتم تصنيعها ليس لإجل التحويل إلى (ethyne)، ولكن لإنتاج السماد النيتروجيني سياناميد الكالسيوم. يستخدم CaH2 كعامل تجفيف ولكن عند التفاعل مع الماء يصبح التفاعل طارد للحرارة بدرجة عالية.

كربيد Mg2C3 (الذي يحتوي على الأيون الخطي 4-[C3]  (isoelectronic) مع (CO2) ينتج عن طريق تسخين MgC2، أو عن طريق تفاعل غبار Mg مع بخار البنتان عند درجة حرارة 950 كلفن. ينتج تفاعل الماء مع Mg2C3 المركب التالي: (MeC≡CH). حيث إن شكل الأيون الخطي الذي ذكر في السابق: 4-[c=c=c].

هاليدات الفلزات القلوية الترابية

هاليدات البريليوم

هاليدات البريليوم اللامائية نوع الرابطة بينها عبارة رابطة تساهمية، الفلورايد (BeF2) يتم الحصول عليه كزجاج (عند نقطة تسامي تساوي 1073 كلفن) من التحلل الحراري ل 2[NH4][BeF4]. هي ذاتها تم تحضيرها من تفاعل  BeO و NH3 بمحلول زائدمن HF. يعتبر مصهور BeF2 غير موصل للكهرباء تقريبًا، وهنالك حقيقة أن BeF2 الصلب يتبنى بنية كريستوباليت (β-cristobalite). يتفق مع كونه تساهمي وصلب، ثنائي فلوريد البريليوم قابل للذوبان في الماء بشدة ،يصبح تشكيل ملائم من ناحية الديناميكية الحرارية 2+[Be (OH2)4].

في حالة البخار عند درجة حرارة فوق 1020 كلفن، يكون BeCl2 أحاديًا وله هيكل خطي. وعند درجات حرارة منخفضة البخار أيضا يحتوي على ثنائيات مستوية.

هاليدات Mg و Ca و Sr و Ba

فلوريدات Mg (II) و Ca (II) و Sr (II) و Ba (II) تكون أيونية ولها نقاط انصهار عالية وقابلة للذوبان في الماء بشكل ضئيل، كما تزداد قابلية الذوبان بشكل طفيف مع زيادة حجم الكاتيون.