Kurzvortrag
Gliederung:
1.) Herkunft der Beziehung + Elemente
2.) Steckbrief
3.) Reaktionen
1.) Herkunft der Beziehung +Elemente
à Elemente der II. Hauptgruppe des Periodensystems – Erdalkalimetalle.
à Elemente Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium.
à Name -> erheblichen Anteil, den Verbindungen des Calciums und des Magnesiums am Aufbau der Erdkruste haben.
à Die chemischen Eigenschaften sind den Eigenschaften der Alkalimetallen sehr ähnlich
à Sie sind unedle Leichtmetalle. Mit Nichtmetallen reagieren sie zu Ionenverbindungen. Die Ionen der Erdalkalimetalle sind zweifach positiv geladen.
à In der Häufigkeit der Erdalkalimetalle steht Calcium an erster Stelle, gefolgt von Magnesium. (Folie!!!)
à Wesentlich seltener sich Barium, Strontium und Beryllium, wohingegen Radium nur als Zwischenprodukt in radioaktiven Zerfallsreihen auftritt.
à Der Anteil der Erdalkalimetalle an der Bildung der Erdkruste liegt bei etwas mehr als 4 Prozent.
à Wegen ihrer Reaktivität treten die letzteren 3 Stoffe der 2 Hauptgruppe unter natürlichen Bedingungen niemals elementar auf.
à Die Erdalkalimetalle sind silbrig-weiße, glänzende Leichtmetalle mit unterschiedlicher Härte.
à An der Luft überzieht sich ihre Oberfläche schnell mit einer dünnen Oxidschicht.
à Sie sind damit generell höher schmelzend als die Alkalimetalle. Auch ihre Dichte und die 1. Ionisierungsenergie ist größer als die der Elemente der ersten Hauptgruppe.
à Erdalkalimetalle sind gute elektrische Leiter.
2.) Steckbrief (Eigenschaften und Verwendung)
Beryllium:
Beryllium ist ein weißes, hartes Leichtmetall mit einem silbrigen Glanz, das in nicht extrem reinen Zustand spröde ist.
Beim Vergleich der physikalischen Eigenschaften der Erdalkalimetalle mit den Alkalimetallen fällt auf, dass sie deutlich höhere Schmelz- und Siedetemperaturen und höhere Dichten aufweisen.
In seinem Verhalten ähnelt Beryllium dem Aluminium eher als den anderen Elementen seiner eigenen Gruppe.
So zeigt es eine große Stabilität gegenüber feuchter Luft, so dass sich hochglanzpolierte Flächen mit der Zeit praktisch nicht verändern.
Unter Normalbedingungen ist metallisches Beryllium reaktionsträge.
Unterhalb von 600°C tritt an der Luft keine Oxidation ein.
Verwendung:
Magnesium
Magnesium ist ein relativ weiches, silbrig-glänzendes Metall
Es ist sehr leicht und gut dehnbar.
Das Metall überzieht sich an Luft nach und nach mit einer grauen Oxidschicht, die es vor weiteren Reaktionen schützt.
Von kaltem Wasser wird es nur sehr langsam und von heißem etwas schneller angegriffen. - deutlich erkennbar, dass sich Wasserstoff entwickelt -> Indikator zeigt – Hydrooxid Ionen entstehen
Wird das Leichtmetall erhitzt, verbrennt es mit sehr heller, weißer Flamme, die nur schwer zu löschen ist.
Mit Säuren reagiert es unter Freisetzung von Wasserstoffgas; von Laugen wird es dagegen nicht angegriffen.
Magnesium ist ein recht guter elektrischer Leiter, wobei seine Leitfähigkeit nur etwa zu einem Drittel der von Kupfer entspricht.
Verwendung
Wegen seiner geringen Härte und Festigkeit hat reines Magnesium nur geringe technische Bedeutung.
Da es aber eine Oxidschicht bildet, die weitere Oxidation verhintert, wird es für den Flugzeugbau verwendet
So wird seine Reinform fast ausschließlich beim Herstellungsprozeß anderer Metalle - wie Uran, Zirkonium, Kupfer, Nickel, Chrom oder Titan - als Reduktionsmittel zur Bildung der entsprechenden Metallchloride eingesetzt.
Außerdem dient es wegen des sehr hellen Lichts bei seiner Verbrennung der Pyrotechnik als Zusatz in Feuerwerkskörpern, Leuchtkugeln und in Blitzlichtern.
Calcium
Calcium ist ein relativ weiches, silbrig glänzendes Metall, In seinem Härtegrad entspricht es dem Blei.
Das Leichtmetall überzieht sich an Luft nach und nach mit einer graublauen Oxidschicht, die es vor weiteren Reaktionen schützt.
Als feines Pulver neigt es zur Selbstentzündung und verbrennt mit ziegelroter Flamme.
In Verbindung mit Wasser wird es unter Freisetzung von Wasserstoffgas angegriffen.
Diese Reaktion verlangsamt sich aber relativ schnell, weil die entstehende Hydroxidschicht den Prozess behindert.
Seine elektrische Leitfähigkeit ist geringer als die von Magnesium und entspricht nur etwa zu 10% der von Kupfer
Verwendung:
Metallisches Calcium wird überwiegend als Legierungszusatz für Lagermetalle bzw. zum Härten von Blei verwendet.
Außerdem wird es als Reduktionsmittel zur Herstellung von Vanadium, Uran oder Thorium eingesetzt.
Von weit größerer, wirtschaftlicher Bedeutung als die metallische Form sind Calciumverbindungen.
Calciumoxid (Kalk) - ein wichtiger Grundstoff für die Bauindustrie
wird auch als basischer Zuschlag für die Metallurgie und die Glasindustrie eingesetzt
Strontium
Strontium ist weiches, verformbares, silbrig-weißes Metall.
An der Luft bildet es sofort eine dünne gelbliche Oxidschicht aus.
Als feinverteiltes Pulver neigt es zur Selbstentzündung.
Strontium reagiert mit Wasser und verdünnten Säuren sehr heftig unter Freisetzung von Wasserstoffgas.
In seinem chemischen Verhalten ähnelt es am ehesten Calcium.
Verwendung:
Metallische Form wird kaum gebraucht
Anders sieht es für seine Verbindungen aus: sie werden zum Färben von Gläsern, bei der Stahlhärtung oder in der Pyrotechnik eingesetzt.
Barium
Barium ist ein relativ weiches, silbrig-weißes Metall.
Die Härte des Metalls ist mit der von Blei vergleichbar.
In Gegenwart von Luft läuft es relativ schnell schwarzgrau an.
Mit Wasser reagiert es sehr heftig unter Bildung von Wasserstoffgas.
Es läßt sich recht leicht entzünden.
Verwendung:
Die Anwendung des reines Bariummetalls beschränkt sich auf wenige Spezialbereiche in der Metallurgie und bei Vakuumanlagen.
Anders sieht es für seine Verbindungen aus: Von technischer Bedeutung sind Bariumcarbonat und Bariumsulfat.
Radium
Radium ist ein radioaktives, weiches und silbrig-glänzendes Metall, das im Dunkeln leuchtet.
An Luft überzieht es sich sehr schnell mit einer grauen Nitridschicht und mit Wasser reagiert es heftig unter Freisetzung von Wasserstoffgas.
Wie alle Erdalkalimetalle tritt es nur mit der Oxidationszahl +2 auf. In seinen chemischen Eigenschaften steht es Barium sehr nahe.
Im menschlichen Körper kann es wie Strontium bei der Knochenbildung Calcium ersetzen.
Ist es einmal in die Knochensubstanz eingebaut, wirkt es dort als feste Strahlenquellen und kann Krebs erzeugen.
Verwendung:
Die Bedeutung von Radium ist im Gegensatz zu früher erheblich gesunken. Bis in die 50er Jahre wurde es in der Krebstherapie verwendet.
spielt es heute keine Rolle mehr, da es durch billigere oder weniger giftige Substanzen ersetzt wurde.
3. Reaktionen
An der Luft reagiert Calcium langsam mit Sauerstoff und Feuchtigkeit. Beim Erhitzen verbrennt es mit ziegelroter Flamme zu Calciumoxid.
2 Ca + O2 à 2 CaO ; exotherm
Calcium + Sauerstoff à Calciumoxid
Reaktion mit Wasser – Calcium reagiert mit Wasser zu Calciumhydroxid und Wasserstoff. Diese Reaktion verläuft deutlich langsamer als bei den Alkalimetallen. Sie ist auch weniger exotherm.
Ca + H2O à Ca(OH)2 + H2 ;exotherm
Calcium + Wasser à Calciumhydroxid + Wasserstoff
Calciumhydroxid besteht aus zweifach positiv geladenen Calciumionen (Ca²+) und einfach negativ geladenen Hydroxid – Ionen (OH-). Auf ein Calciumion entfallen 2 Hydroxidionen, die Verhältnisformel von Calciumhydroxid ist daher (Ca²+)1(OH-) 2 oder kurz Ca(OH)2
