Бериллий. 
Магний. 
Подгруппа кальция

Распространение в природе и получение. Магний и кальций — распространенные на Земле элементы (магний — восьмой, кальций — шестой), а остальные элементы более редкие. Стронций и радий — радиоактивные элементы.

В земной коре бериллий находится в виде минералов: берилл Be₃Al₂(Si0₃)₆, фенакит Be₂Si0₄. Окрашенные примесями прозрачные разновидности берилла (зеленые изумруды, голубые аквамарины и др.) — драгоценные камни. Известно 54 собственно бериллиевых минералов, важнейшие из них — берилл (и его разновидности — изумруд, аквамарин, гелиодор, воробьевит, ростерит, баццит).

Магний входит в состав силикатных (среди них преобладает оливин Mg₂Si0₄), карбонатных (доломит CaMg (C0₃)₂, магнезит MgC0₃) и хлоридных минералов (карналлит KClMgCl₂-6H₂0). Большое количество магния содержится в морской воде (до 0,38% MgCl₂) и в воде некоторых озер (до 30% MgCl₂).

Кальций содержится в виде силикатов и алюмосиликатов в горных породах (граниты, гнейсы и др.), карбоната в виде кальцита СаС0₃, смеси кальцита и доломита {мрамор), сульфата {ангидрит CaS0₄ и гипс CaS0₄-2H₂0) а также фторида {флюорит CaF₂) и фосфата {апатит Са₅(Р0₄)₃) и др.

Важнейшие минералы стронция и бария: карбонаты {стронцианит SrC0₃, витерит ВаС0₃) и сульфаты {целестин SrS0₄, барит BaS0₄). Радий встречается в урановых рудах.

В промышленности бериллий, магний, кальций, стронций и барий получают:

• 1) электролизом расплавов хлоридов МеС1₂, в которые для понижения температуры плавления добавляют NaCl или другие хлориды;
• 2) мсталлои углетермическим методами при температурах 1000−1300°С.

Особо чистый бериллий получают зонной плавкой. Для получения чистого магния (99,999% Mg) технический магний многократно сублимируют в вакууме. Барий высокой чистоты получают алюминотермическим методом из ВаО.

Физические и химические свойства. В виде простых веществ это — блестящие серебристо-белые металлы, бериллий — твердый (им можно резать стекло), но хрупкий, остальные мягкие и пластичные. Особенностью бериллия является то, что он покрывается на воздухе тонкой оксидной пленкой, защищающей металл от действия кислорода даже при высоких температурах. Выше 800 °C происходит окисление бериллия, а при температуре 1200 °C металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок ВеО.

С увеличением порядкового номера элемента плотность, температуры плавления и кипения возрастают. Электроотрицательность элементов этой группы различна. Для Be она довольно высока (зе = 1,57), что обусловливает амфотерный характер его соединений.

Все металлы в свободном виде менее реакционноспособны по сравнению со щелочными металлами, но довольно активны (их также хранят под керосином в запаянных сосудах, а кальций обычно в плотно закрывающихся металлических банках).

Взаимодействие с простыми веществами. Химическая активность металлов увеличивается по подгруппе сверху вниз с ростом порядкового номера.

На воздухе они окисляются с образованием оксидов МеО, а стронций и барий при нагревании на воздухе до ~500°С образуют пероксиды Ме0₂, которые при более высокой температуре разлагаются на оксид и кислород. Взаимодействие с простыми веществами представлено на схеме:

Все металлы активно взаимодейстуют с неметаллами: с кислородом они образуют оксиды MeO (Me = Be — Ra), с галогенами — галогениды, например хлориды МеС1₂, с водородом — гидриды МеЫ₂, с серой — сульфиды MeS, с азотом — нитриды Me₃N₂, с углеродом — карбиды (ацетилениды) МеС₂, и т. д.

С металлами они образуют эвтектические смеси, твердые растворы и интерметаллические соединения. Бериллий с некоторыми d-элементами образует бериллиды — соединения переменного состава МеВе₁₂ (Me = Ti, Nb, Та, Mo), MeBe_tl (Me = Nb, Та), характеризующиеся высокими температурами плавления и устойчивостью к окислению при нагревании до 1200— 1600 °C.

Отношение к воде, кислотам и щелочам. Бериллий на воздухе покрыт оксидной пленкой, которая обусловливает его пониженную химическую активность и препятствует взаимодействию его с водой. Он проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами с выделением водорода. При этом образуются соли катионного и анионного типов:

Концентрированными холодными HN0₃ и H₂S0₄ бериллий пассивируется.

Магний, как и бериллий, устойчив по отношению к воде. С холодной водой он взаимодействует очень медленно, так как образующийся Mg (OH)₂ плохо растворим; при нагревании реакция ускоряется за счет растворения Mg (OII)₂. В кислотах он растворяется очень энергично. Исключение составляют HF и Н₃Р0₄, образующие с ним малорастворимые соединения. Со щелочами магний, в отличие от бериллия, не взаимодействует.

Металлы подгруппы кальция (щелочноземельные) реагируют с водой и разбавленными соляной и серной кислотами с выделением водорода и образованием соответствующих гидроксидов и солей:

Со щелочами, аналогично магнию, не взаимодействуют. Свойства соединений элементов подгруппы НА. Соединения с кислородом. Оксид и гидроксид бериллия обладают амфотерным характером, остальные — основным. Хорошо растворимыми в воде основаниями являются Sr (OH)₂ и Ва (ОН)₂, их относят к щелочам.

Оксид ВеО тугоплавок (?_пл = 2530°С), обладает повышенной теплопроводностью и, после предварительно прокаливания при 400 °C, химической инертностью. Обладает амфотерным характером, взаимодействует при сплавлении и с кислотными, и с основными оксидами, а также с кислотами и щелочами при нагревании, образуя соответственно соли бериллия и бериллаты:

Аналогичным образом ведет себя и соответствующий гидроксид бериллия Ве (ОН)₂ — не растворяясь в воде, он растворим и в кислотах, и в щелочах:

Для его осаждения применяют не щелочь, а слабое основание — гидроксид аммония:

Гидролиз солей бериллия протекает с образованием осадков малорастворимых основных солей, например:

Растворимы бериллаты только щелочных металлов.

Оксид MgO (жженая магнезия) — тугоплавкое (?_пл = 2800°С) инертное вещество. В технике его получают термическим разложением карбоната:

Мелкокристаллический MgO, напротив, химически активен, является основным оксидом. Он взаимодействует с водой, поглощает С0₂, легко растворяется в кислотах.

Оксиды щелочноземельных металлов получают в лаборатории термическим разложением соответствующих карбонатов или нитратов:

в промышленности — термическим разложением природных карбонатов. Оксиды энергично взаимодействуют с водой, образуя сильные основания, по силе уступающие лишь щелочам. В ряду Ве (ОН)₂ -> Са (ОН)₂ —> Sr (OH)₂ -> Ва (ОН)₂ усиливается основный характер гидроксидов, их растворимость и термическая устойчивость. Все они энергично взаимодействуют с кислотами с образованием соответствующих солей:

В отличие от солей бериллия, растворимые в воде соли щелочноземельных металлов и магния гидролизу по катиону не подвергаются.

Растворимость в воде солей элементов ПА-подгруппы различна. Хорошо растворимыми являются хлориды, бромиды, иодиды, сульфиды (Са — Ва), нитраты, нитриты (Mg — Ва). Малорастворимыми и практически нерастворимыми — фториды (Mg — Ва), сульфаты (Са — Ва), ортофосфаты, карбонаты, силикаты.

Соединения с водородом и неметаллами. Гидриды МеН₂, нитриды Me₃N₂, карбиды (ацетилениды) МеС₂ неустойчивы, разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и водорода или водородных соединений неметаллов:

Применение. Бериллий легко образует сплавы со многими металлами, придавая им большую твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную стойкость. Уникальными свойствами обладают бериллиевые бронзы (сплавы меди с 1—3% бериллия). В отличие от чистого бериллия, они хорошо поддаются механической обработке, из них можно, например, изготовить ленты толщиной всего 0,1 мм. Разрывная прочность этих бронз больше, чем у многих легированных сталей. При старении их прочность возрастает. Они немагнитные, обладают высокими показателями электрои теплопроводности. Благодаря такому комплексу свойств они широко используются в авиационной и космической технике. В атомных реакторах бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов. В смеси с препаратами радия он служит источником нейтронов, образующихся при действии на Be альфа-частиц:

ВеО применяют в качестве химически стойкого и огнеупорного материала для изготовления тиглей и специальной керамики.

Магний в основном используется для производства «сверхлегких» сплавов, в металлотермии — для производства Ti, Zr, V, U и др. Наиболее важный сплав магния — электрон (3—10% А1₂0₃, 2—3% Zn, остальное Mg), который благодаря его прочности и малой плотности (1,8 г/см³) применяют в ракетной технике и авиастроении. Смеси порошка магния с окислителями применяются для осветительных и зажигательных ракет, снарядов, в фотои осветительной технике. Жженую магнезию MgO применяют в производстве магния, в качестве наполнителя в производстве резины, для очистки нефтепродуктов, в производстве огнеупоров, строительных материалов и др.

Хлорид MgCl₂ применяется для получения магния, в производстве магнезиального цемента, который получают смешиванием предварительно прокаленного MgO с 30%-ным водным раствором MgCl₂. Эта смесь постепенно превращается в белую твердую массу, устойчивую, но отношению к кислотам и щелочам.

Основное применение металлического кальция — восстановитель при получении многих переходных металлов, урана, редкоземельных элементов (РЗЭ).

Карбид кальция СаС₂ — для производства ацетилена, СаО — при получении хлорной извести, Са (ОН)₂, СаС0₃, CaS0₄H₂0 — в строительстве. Са (ОН)₂ (известковое молоко, гашеная известь) применяется в качестве дешевого растворимого основания. Природные соединения кальция широко применяются в производстве вяжущих материалов для строительных растворов, для изготовления бетона, строительных деталей и конструкций. К вяжущим веществам относятся цементы, гипсовые материалы, известь и др. Гипсовые материалы — это прежде всего жженый гипс, или алебастр, — гидрат состава 2CaS0₄ H₂0. Главное применение стронция и бария — газопоглотители в электровакуумных приборах. Раствор Ва (ОН)₂ (баритовая вода, едкий барит) — лабораторный реактив для качественной реакции на С0₂. Титанат бария (BaTi0₃) — основной компонент диэлектриков, пьезои сегнетоэлектриков.

Токсичность элементов. Все соединения бериллия токсичны! Особенно опасна пыль бериллия и его соединений. Стронций и барий, являясь нервными и мышечными ядами, также обладают общей токсичностью. Соединения бария вызывают воспалительные заболевания головного мозга. Ядовитость солей бария весьма зависит от их растворимости. Практически нерастворимый сульфат бария (чистый) не ядовит, растворимые же соли: хлорид, нитрат, ацетат бария и др. — сильно токсичны (0,2—0,5 г хлорида бария вызывают отравление, смертельная доза — 0,8—0,9 г). Токсическое действие солей стронция сходно с действием солей бария. Оксиды кальция и других щелочноземельных металлов в виде пыли раздражают слизистые оболочки, а при попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги. Оксид стронция действует аналогично оксиду кальция, но значительно сильнее. Соли щелочноземельных металлов вызывают кожные заболевания.