Щелочноземельные металлы – кальций и магний

Научиться объяснять свойства кальция и магния на основе строения их атомов и понимать, почему эти металлы так важны в природе и технике.

Кальций и магний — это не просто металлы из таблицы, а основа наших костей и зубов, компоненты воды, которую мы пьём, и материалов, из которых строят дома. Понимание их химии помогает объяснить, почему вода бывает жёсткой, как образуются известняковые пещеры и почему в почву добавляют известь.

• Щелочноземельные металлы — это элементы IIA-группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий (радий — радиоактивен).
• На внешнем энергетическом уровне у них два электрона, которые они легко отдают, поэтому в соединениях проявляют степень окисления +2.
• Кальций и магний — активные металлы, но менее активные, чем щелочные металлы (литий, натрий, калий).
• При взаимодействии с кислородом образуют основные оксиды (CaO, MgO), которые реагируют с водой, давая щёлочи (Ca(OH)₂, Mg(OH)₂).
• С водой кальций реагирует при обычной температуре, а магний — только при кипячении, так как его оксидная плёнка плотнее.
• Карбонаты кальция и магния нерастворимы в воде, но растворяются в кислотах с выделением углекислого газа.
• Гидрокарбонаты кальция и магния растворимы в воде и обусловливают временную жёсткость воды.
• Кальций и магний — жизненно важные элементы: кальций входит в состав костей и зубов, магний — в состав хлорофилла растений.

Щелочноземельные металлы

Химические элементы IIA-группы: магний, кальций, стронций, барий. Название связано с тем, что их оксиды ('земли') при растворении в воде образуют щёлочи.

Оксид

Соединение металла с кислородом, например CaO (негашёная известь) или MgO (жжёная магнезия).

Гидроксид

Соединение, содержащее гидроксогруппу (OH). Гидроксиды кальция и магния — это основания, например Ca(OH)₂ (гашёная известь).

Карбонат

Соль угольной кислоты, содержащая ион CO₃²⁻. Примеры: CaCO₃ (мел, мрамор, известняк), MgCO₃.

Гидрокарбонат

Соль угольной кислоты, содержащая ион HCO₃⁻. Примеры: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂ — именно они делают воду жёсткой.

Жёсткость воды

Свойство воды, вызванное наличием растворённых солей кальция и магния. Жёсткая вода плохо мылится и образует накипь.

• Электронная формула атома кальция: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s². На внешнем уровне — 2 электрона, которые он отдаёт, превращаясь в ион Ca²⁺.
• Магний имеет электронную формулу 1s² 2s² 2p⁶ 3s². Он легче кальция и имеет более высокую температуру плавления (650°C против 842°C у кальция).
• Кальций реагирует с водой при комнатной температуре: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑. Магний реагирует только с горячей водой или паром.
• Оксид кальция (негашёная известь) бурно реагирует с водой с выделением тепла: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Этот процесс называется гашением извести.
• Карбонат кальция нерастворим в воде, но растворяется в кислотах: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. На этом основано действие шипучих таблеток и растворение ракушек в уксусе.
• Временную жёсткость воды можно устранить кипячением: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑. При этом образуется накипь.

1. Пример 1случай
   • Когда вы пьёте молоко, вы получаете кальций, который укрепляет кости
   • В природе кальций входит в состав мела, которым пишут в школе, и мрамора, из которого делают памятники
2. Пример 2случай

   Если капнуть уксусом на яичную скорлупу, она начнёт пузыриться

   Пояснение

   • это выделяется углекислый газ при реакции карбоната кальция с кислотой
3. Пример 3случай

   Вода в чайнике после кипячения оставляет накипь

   Пояснение

   • это карбонат кальция и магния, которые выпали в осадок из-за разложения гидрокарбонатов
4. Пример 4случай

   Строители гасят известь

   Пояснение

   • смешивают негашёную известь (CaO) с водой, получая гашёную (Ca(OH)₂), которую используют для побелки стен и приготовления строительных растворов

• В теле человека около 1 кг кальция, и 99% этого количества находится в костях и зубах. Кальций также участвует в передаче нервных импульсов и сокращении мышц.
• Магний — центральный атом в молекуле хлорофилла, благодаря которому растения зелёные и могут фотосинтезировать. Без магния не было бы кислорода на Земле!
• Сталактиты и сталагмиты в пещерах — это карбонат кальция, который веками осаждался из капающей воды. Так природа 'строит' каменные сосульки.
• Магний горит ослепительно белым пламенем, поэтому раньше его использовали в фотографических вспышках. Сейчас магний применяют в пиротехнике и для создания сигнальных огней.

• Кальций и магний — активные металлы, их нельзя трогать руками и хранить на воздухе: они окисляются. Работать с ними нужно под руководством учителя, используя защитные очки.
• При реакции кальция с водой выделяется водород, который может воспламениться. Опыт проводят вдали от открытого огня.
• Негашёная известь (CaO) при попадании воды сильно нагревается и может вызвать ожог. Не добавляй воду к негашёной извести без необходимости — это опасно!

• Щелочные металлы (урок 47)
• Алюминий (урок 50)
• Соли угольной кислоты (урок 38)
• Общая характеристика металлов (урок 46)