Введение

Элементы подгруппы A II группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева занимают особое место среди металлов. Их часто называют щелочноземельными металлами. К этой подгруппе относятся бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra). Все они обладают рядом сходных свойств, которые объясняются особенностями строения их атомов: на внешнем энергетическом уровне у них находится два электрона, поэтому в химических реакциях они обычно отдают именно эти электроны, проявляя восстановительные свойства и образуя соединения со степенью окисления +2.

Изучение элементов подгруппы A II группы важно не только для понимания закономерностей Периодической системы, но и для практики. Соединения кальция, магния и бария широко используются в строительстве, медицине, сельском хозяйстве, аналитической химии и металлургии. Магний входит в состав сплавов и биологических систем, кальций — один из важнейших элементов живой природы, барий применяется в диагностике и производстве материалов, бериллий используется в специальных сплавах и технических устройствах.

В школьном курсе химии эта тема помогает увидеть связь между строением атома и свойствами вещества. По положению элемента в таблице можно предсказать его химическое поведение, характер оксидов и гидроксидов, способность реагировать с водой, кислотами, кислородом и неметаллами. Именно поэтому тема элементов подгруппы A II группы является одной из ключевых в разделе «Металлы».

В этой статье подробно рассматриваются:

• положение элементов A II группы в Периодической системе;
• строение их атомов;
• физические и химические свойства;
• закономерности изменения свойств сверху вниз;
• основные соединения и их особенности;
• лабораторные опыты;
• вопросы для самопроверки и ответы.

---

1. Положение элементов подгруппы A II группы в Периодической системе

1.1. Общая характеристика

Элементы подгруппы A II группы находятся во второй вертикальной группе Периодической системы. Это металлы, расположенные сразу после щелочных металлов. Если у щелочных металлов на внешнем уровне один электрон, то у щелочноземельных — два. Именно это определяет их сходство между собой и отличие от металлов других групп.

К подгруппе относятся:

• Бериллий (Be)
• Магний (Mg)
• Кальций (Ca)
• Стронций (Sr)
• Барий (Ba)
• Радий (Ra)

1.2. Почему их называют щелочноземельными металлами

Название «щелочноземельные» связано с тем, что их оксиды и гидроксиды обладают основными свойствами и при взаимодействии с водой могут давать щёлочные растворы. Кроме того, многие из этих элементов исторически были обнаружены в минералах, встречающихся в земной коре.

1.3. Электронное строение

Общая электронная формула элементов A II группы на внешнем уровне:

Это означает, что у всех представителей группы на последнем уровне находятся два электрона. Поэтому они сравнительно легко их отдают, переходя в ионы с зарядом 2+.

Примеры электронных конфигураций:

• Be —
• Mg —
• Ca —

---

2. Закономерности изменения свойств в группе

2.1. Изменение радиуса атома

При движении сверху вниз по группе:

• число электронных слоёв увеличивается;
• атомный радиус возрастает;
• внешние электроны сильнее удаляются от ядра.

Следовательно, у бария и радия внешний электронный слой находится дальше от ядра, чем у магния или бериллия.

2.2. Изменение энергии ионизации

Энергия ионизации — это энергия, необходимая для отрыва электрона от атома. В группе A II она уменьшается сверху вниз, потому что внешние электроны удерживаются ядром всё слабее.

Это означает:

• бериллий удерживает электроны сильнее;
• барий и радий отдают их легче.

2.3. Изменение металлических свойств

Сверху вниз металлические свойства усиливаются. Значит:

• Be проявляет некоторые особенности, сближающие его с неметаллами;
• Mg и Ca — типичные металлы;
• Sr, Ba и Ra — ещё более активные металлы.

2.4. Изменение химической активности

Химическая активность щелочноземельных металлов в целом возрастает сверху вниз:

Чем легче металл отдаёт два своих внешних электрона, тем активнее он вступает в реакции.

---

3. Физические свойства элементов A II группы

3.1. Внешний вид

Все элементы подгруппы A II группы — серебристо-белые металлы. Свежий срез обычно имеет металлический блеск, но на воздухе поверхность быстро тускнеет из-за образования оксидной плёнки.

3.2. Твёрдость и плотность

• Бериллий — сравнительно твёрдый и хрупкий металл.
• Магний — лёгкий и достаточно прочный.
• Кальций, стронций и барий — более мягкие металлы.
• Радий — радиоактивен и изучен хуже остальных.

Плотность возрастает неравномерно, но в целом металлы этой группы не относятся к самым тяжёлым.

3.3. Температуры плавления и кипения

Температуры плавления и кипения у представителей группы различаются. В целом они ниже, чем у многих переходных металлов, но выше, чем у наиболее лёгкоплавких металлов.

3.4. Электро- и теплопроводность

Как и все металлы, элементы A II группы хорошо проводят электрический ток и тепло, что связано с наличием свободных электронов в металлической решётке.

---

4. Химические свойства элементов A II группы

4.1. Общая характеристика

Для элементов этой подгруппы характерны:

• способность отдавать два электрона;
• образование катионов Me2+;
• восстановительные свойства;
• образование основных оксидов и гидроксидов;
• реакции с кислотами, водой, кислородом и галогенами.

4.2. Реакции с кислородом

При взаимодействии с кислородом щелочноземельные металлы образуют оксиды:

Оксиды этих металлов чаще всего имеют основный характер. Они реагируют с кислотами с образованием соли и воды.

4.3. Реакции с водой

Реакция с водой зависит от положения элемента в группе.

• Бериллий с водой практически не реагирует.
• Магний с холодной водой реагирует очень медленно, а с горячей водой — быстрее.
• Кальций активно реагирует с водой.
• Стронций и барий реагируют ещё более бурно.

Пример:

4.4. Реакции с кислотами

Все элементы A II группы, стоящие выше водорода в ряду активности, реагируют с кислотами с выделением водорода:

 

4.5. Реакции с галогенами

Элементы A II группы образуют галогениды:

​

4.6. Реакции с азотом, серой и другими неметаллами

При нагревании эти металлы могут реагировать с азотом, серой, фосфором:

 

---

5. Оксиды и гидроксиды элементов A II группы

5.1. Оксиды

Оксиды элементов A II группы обычно имеют общую формулу MeO.

Примеры:

• BeO
• MgO
• CaO
• SrO
• BaO

5.2. Характер оксидов

• BeO — амфотерный оксид, проявляет и основные, и кислотные свойства.
• MgO, CaO, SrO, BaO — основные оксиды.

5.3. Гидроксиды

Гидроксиды элементов подгруппы A II группы имеют формулу Me(OH)₂.

Примеры:

• Be(OH)₂
• Mg(OH)₂
• Ca(OH)₂
• Sr(OH)₂
• Ba(OH)₂

5.4. Характер гидроксидов

• Be(OH)₂ — амфотерный гидроксид.
• Mg(OH)₂ — слабое основание, малорастворимо.
• Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ — основания, причём растворимость и сила основания возрастают сверху вниз.

5.5. Реакции гидроксидов с кислотами

Все гидроксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды.

5.6. Разложение гидроксидов

При нагревании некоторые гидроксиды разлагаются:

---

6. Важнейшие представители подгруппы A II группы

6.1. Бериллий

Бериллий — самый «особый» представитель группы. Он:

• сравнительно твёрдый;
• малоактивен;
• проявляет амфотерные свойства;
• в некоторых отношениях ближе к алюминию, чем к другим щелочноземельным металлам.

6.2. Магний

Магний — лёгкий, достаточно активный металл. Он широко используется в сплавах, пиротехнике и химической промышленности. Его соединения важны и в биологии.

6.3. Кальций

Кальций — один из важнейших элементов природы. Он играет огромную роль в:

• формировании костей и зубов;
• работе мышц;
• процессах свёртывания крови;
• строительстве и производстве извести, цемента, стекла.

6.4. Стронций

Стронтий используют в пиротехнике для получения красного окрашивания пламени, а также в некоторых специальных материалах.

6.5. Барий

Барий и его соединения применяются в аналитической химии, технике и медицине. Сульфат бария используется как рентгеноконтрастное вещество.

6.6. Радий

Радий — радиоактивный элемент. Его изучение имеет большое значение для истории атомной физики и радиохимии.

---

7. Лабораторные опыты по теме

Опыт 1. Взаимодействие кальция с водой

Цель

Наблюдать реакцию щелочноземельного металла с водой и получить щёлочной раствор.

Оборудование и реактивы

• кусочек кальция;
• вода;
• пробирка или стакан;
• индикатор (фенолфталеин или лакмус);
• пинцет.

Ход работы

1. Налить в стакан небольшое количество воды.
2. Добавить кусочек кальция.
3. Наблюдать выделение пузырьков газа.
4. Проверить раствор индикатором.

Наблюдения

• Кальций постепенно растворяется.
• Выделяется газ.
• Раствор становится мутным из-за слабой растворимости гидроксида кальция.
• Индикатор показывает щёлочную среду.

Уравнение реакции

Вывод

Кальций активно реагирует с водой, образуя гидроксид кальция и водород.

---

Опыт 2. Получение известковой воды и углекислого газа

Цель

Показать реакцию гидроксида кальция с углекислым газом.

Реакция

Ход работы

1. Получить известковую воду.
2. Пропускать через неё углекислый газ.
3. Наблюдать помутнение.

Наблюдения

• Раствор мутнеет.
• Выпадает белый осадок карбоната кальция.

Вывод

Это качественная реакция на углекислый газ и соединение кальция.

---

8. Значение элементов A II группы в природе и жизни человека

8.1. Биологическая роль кальция

Кальций — важнейший элемент организма человека и животных. Он входит в состав:

• костей;
• зубов;
• крови;
• клеточных мембран.

8.2. Роль магния

Магний входит в состав хлорофилла, участвует в работе ферментов, влияет на обмен веществ.

8.3. Применение соединений кальция

• известь;
• цемент;
• гипс;
• строительные материалы;
• очистка воды;
• нейтрализация кислотных почв.

8.4. Применение магния и его сплавов

• авиация;
• автомобилестроение;
• пиротехника;
• химические источники света.

8.5. Применение бария

• контрастная рентгенодиагностика;
• стекольная промышленность;
• химический анализ.

---

9. Сравнение элементов A II группы с элементами A I группы

Общие черты

• все элементы — металлы;
• все обладают восстановительными свойствами;
• увеличивают химическую активность сверху вниз.

Отличия

• у A I группы один валентный электрон, у A II — два;
• A I группа активнее;
• A II группа чаще образует ионы Me2+, а A I — Me+;
• соединения A II группы часто менее растворимы, чем соединения A I группы.

---

10. Закономерности в свойствах соединений

10.1. Растворимость гидроксидов

Растворимость гидроксидов возрастает вниз по группе:

​

10.2. Основные свойства оксидов и гидроксидов

Сверху вниз основные свойства усиливаются.

10.3. Амфотерность бериллия

Бериллий — исключение из общего правила, так как его соединения проявляют амфотерные свойства.

---

11. Краткие выводы

Элементы подгруппы A II группы — это щелочноземельные металлы, обладающие рядом сходных свойств, определяемых наличием двух валентных электронов. Они легко отдают их, образуя ионы Me2+, основные оксиды и гидроксиды. Активность металлов возрастает сверху вниз, а свойства их соединений меняются закономерно: оксиды и гидроксиды становятся более основными, растворимость гидроксидов увеличивается. Бериллий выделяется среди остальных представителей группы амфотерностью своих соединений.

Эти металлы имеют важное значение в природе, промышленности, технике, медицине и сельском хозяйстве. Лабораторные опыты с кальцием, магнием и их соединениями позволяют не только увидеть свойства элементов, но и понять связь между строением атома и химическим поведением вещества.

---

Вопросы для самопроверки

1. Какие элементы относятся к подгруппе A II группы?
2. Сколько электронов на внешнем уровне у щелочноземельных металлов?
3. Как называется общая формула внешнего электронного слоя элементов этой группы?
4. Почему щелочноземельные металлы считают восстановителями?
5. Какой заряд имеют их ионы?

6. Как изменяется химическая активность элементов сверху вниз по группе?
7. Чем бериллий отличается от остальных элементов подгруппы?
8. Какой характер имеют оксиды MgO, CaO, BaO?
9. Почему Ca активно реагирует с водой, а Mg — гораздо слабее?
10. Какой продукт образуется при реакции кальция с водой?

11. Объясните, почему растворимость гидроксидов увеличивается сверху вниз по группе.
12. Напишите уравнение реакции магния с кислородом.
13. Какой опыт показывает образование карбоната кальция?
14. Почему бериллий проявляет амфотерные свойства?
15. Какова роль кальция и магния в живой природе?