Berylowce Spis treści 1 Właściwości fizyczne 2 Wodorki berylowców 3 Tlenki berylowców 4 Nadtlenki 5 Wodorotlenki 6 Iloczyn rozpuszczalności 7 Chlorki, fluorki, węglany 8 Siarczany 9 Twardość wody 10 Analiza jonów berylowców 11 Jony metali bloku s w strukturach biologicznych Właściwości fizyczne Promienie jonowe berylowców są mniejsze niż promienie jonowe litowców (w tym samym okresie) ze względu na większy ładunek jądra. Berylowce zawierają dwa elektrony walencyjne, mają więc wyższe temperatury topnienia i wrzenia oraz większą gęstość. Berylowce są elektrododatnie, reaktywne chemicznie i mają wysokie ujemne standardowe potencjały redoks. Beryl tworzy wiązania kowalencyjne spolaryzowane w większości związków. Magnez wykazuje właściwości pośrednie pomiędzy berylem a pozostałymi metalami grupy, których związki mają charakter całkowicie jonowy. Wapń, stront i bar tworzą grupę blisko spokrewnionych pierwiastków, których właściwości chemiczne i fizyczne zmieniają się systematycznie ze wzrostem rozmiarów jonu. Wodorki berylowców Wszystkie berylowce ogrzewane w atmosferze gazowego wodoru tworzą wodorki typu MH 2 (M oznacza atom metalu)
M + H 2 MH 2. Są to bezbarwne ciała stałe, które reagują z wodą wydzielając wodór: MH 2 + 2H 2 O M 2+ + 2OH + 2H 2. Wodorki BeH 2 i MgH 2 są związkami o charakterze pośrednim między jonowym a kowalencyjnym. Wodorki wapnia, strontu i baru należą do wodorków jonowych typu soli. Tlenki berylowców Tlenki berylowców otrzymuje się w wyniku ogrzewania metali w tlenie lub przez termiczny rozkład węglanów bądź wodorotlenków: MCO 3 MO + CO 2, M(OH) 2 MO + H 2 O. BeO tworzy sieć przestrzenną charakterystyczna dla substancji w znacznym stopniu kowalencyjnych; dalsze tlenki mają strukturę jonową i tworzą sieci przestrzenne typu chlorku sodowego. BeO nie reaguje z wodą, MgO reaguje tylko wówczas, gdy ma silnie rozwiniętą powierzchnię, pozostałe tlenki łatwo reagują z wodą MO + H 2 O M(OH) 2. Tlenki berylowców mają wysokie temperatury topnienia (są używane do wykładania wnętrz pieców używanych do produkcji stali). Nadtlenki Beryl nie tworzy nadtlenku, magnez tworzy tylko uwodniony nadtlenek, pozostałe metale tworzą nadtlenki MO 2 podczas ogrzewania odpowiednich tlenków w strumieniu powietrza w temp. 500 C. Nadtlenek baru rozkłada się w temperaturze powyżej 700 C: BaO 2 BaO + ½ O 2. Nadtlenek baru rozkłada się w rozcieńczonych roztworach kwasów z wydzieleniem nadtlenku wodoru: BaO 2 + 2H + Ba + + H 2 O 2.
Ze względu na przebieg tych reakcji nadtlenek baru wykorzystuje się do otrzymywania tlenu i nadtlenku wodoru. Wodorotlenki Wodorotlenki berylowców otrzymuje się w egzotermicznym procesie nazywanym gaszeniem MO + H 2 O M(OH) 2, ΔH = -67kJ. Wodorotlenki słabo rozpuszczają się w wodzie, o czym świadczą ich iloczyny rozpuszczalności. Iloczyn rozpuszczalności Iloczyn rozpuszczalności jest wielkością charakteryzującą roztwory pozostające w równowadze z osadem. Jeżeli jon M + reaguje z jonem A tworząc trudno rozpuszczalny związek MA, to równowagę reakcji M + + A MA( ) można opisać stałą równowagi strącania osadu. lub stałą równowagi rozpuszczania osadu [MA] jest wielkością stałą (faza stała, którą jest wytrącony z roztworu osad), zatem stałe można wyrazić tylko za pomocą stężeń jonów. Iloczyn jest nazywany iloczynem rozpuszczalności. i Chlorki, fluorki, węglany Chlorek i fluorek berylu nie przewodzą prądu elektrycznego w stanie stopionym, z czego wynika, że mają one budowę cząsteczkową. Chlorki i fluorki pozostałych metali grupy II są związkami jonowymi. CaF 2 jest nierozpuszczalny w wodzie, CaCl 2 wykazuje tak duże powinowactwo do wody, że jest stosowany jako środek suszący i odwadniający. Wszystkie węglany berylowców są nierozpuszczalne w wodzie, wskutek czego występują w dużych ilościach jako minerały (CaCO 3, znany pod nazwą wapienia, jest najbardziej rozpowszechnionym niekrzemianowym minerałem). Wapień łatwo rozpuszcza się w wodach gruntowych, które zawierają CO 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca 2+ + 2HCO 3. Siarczany Siarczany wykazują szeroki zakres rozpuszczalności (bardzo dobrze rozpuszczalny BeSO 4 do
praktycznie nierozpuszczalnego RaSO 4 ). Rozpuszczalność siarczanów zmniejsza się w miarę przechodzenie w dół grupy (efekt przeciwny do rozpuszczalności wodorotlenków). MgSO 4 7H 2 O (sól gorzka) ma zastosowanie w medycynie. CaSO 4 2H 2 O (gips) ma zastosowanie w budownictwie. BaSO 4 ma zastosowanie w diagnostyce medycznej jako środek kontrastujący oraz w przemyśle jako biały pigment. Twardość wody Twardość wody jest związana z obecnością jonów Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+. Rozróżnia się 2 rodzaje twardości wody: przemijającą (węglanową) spowodowana obecnością jonów HCO 3 łącznie z wymienionymi jonami oraz trwałą (niewęglanową) spowodowaną obecnością tylko jonów dwudodatnich. Twardość wody jest niepożądana ze względu na fakt wytrącania się węglanu wapnia na skutek reakcji Ca 2+ + 2HCO 3 CaCO 3 + H 2 O + CO 2. Dla celów przemysłowych konieczne jest zmiękczanie wody, polegające na usuwaniu kationów na drodze reakcji chemicznej (kompleksowania jonów metali lub wytrącania ich z roztworów w postaci soli trudno rozpuszczalnych) bądź na drodze wymiany jonowej. Analiza jonów berylowców W analizie jakościowej jonów berylowców wykorzystuje się różnice w rozpuszczalności poszczególnych związków. Procedura analityczna identyfikacji poszczególnych jonów w roztworze zawierającym Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ : wytrącanie żółtego osadu BaCrO 4 za pomocą K 2 CrO 4 w buforze octanowym (K s = 1,5 x 10-9 ), wytrącanie jasnożółtego osadu SrCrO 4 po dodaniu do roztworu NH 3 w celu zmiany środowiska oraz alkoholu dla zmniejszenia rozpuszczalności (K s = 7,6 x 10-7 ), wytrącanie białego osadu CaC 2 O 4 (K s = 1,3 x 10-9 ) po dodaniu NH 4 C 2 O 4, wytrącanie osadu MgNH 4 PO 4 po dodaniu NH 3 oraz Na 2 HPO 4. Jony metali bloku s w strukturach biologicznych Wśród litowców największe znaczenie w strukturach biologicznych mają jony Na + i K +. Są niezbędnym elementem działania pompy sodowo-potasowej. Jest to jeden z podstawowych systemów transportu jonów przez błony biologiczne, umożliwiający regulację stężeń obu jonów w cytoplazmie i na zewnątrz komórki. Zmiany stężeń jonów sodu i potasu po obu stronach błon komórkowych decydują o zmianach potencjału błonowego, który reguluje działanie kanałów jonowych.
Jony Ca 2+ pełnią funkcję sygnałową. Zmiany stężeń jonów wapniowych uruchamiają systemy przekazywania sygnałów w komórkach. Działanie jonów Ca 2+ związane jest z tworzeniem kompleksów ze specyficznym białkiem kalmoduliną. Jony Mg 2+ są składnikami wielu białek enzymatycznych oraz chlorofilu, barwnika fotosyntetycznego roślin zielonych. Obecność jonów Mg 2+ w centrach wiążących białek ułatwia wiązanie substratów i przebieg reakcji.