Slide 1

2. CSOPORT
(IIA CSOPORT)

Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola
CSÓKA

Készítette: Varga István

1


Slide 2

Ei

Ca
Sr
Ba

cs ö k k e n

Mg

cs ö k k e n

Be

A fémes jellem erősödik

EN

A
vegyértékelektronok
általános
elektronszerkezete

2
ns

Ra

2


Slide 3

Be
Mg
Ca

alkáliföldfémek

Sr
Ba
Ra

3


Slide 4

AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK FONTOSABB ADATAI
Fontosabb adatok

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

Elektronegativitás
Pauling szerint
Ei (I.) [kJ/mol]

1,57

1,31

1,00

0,95

0,89

0,90

900

737,7

596

550

500 509,3

Olvadásponti
hőmérséklet [°C]
Forrásponti
hőmérséklet [°C]
Sűrűség [g/cm3]
Lángfestés

1277

650

838

768

714

2770

1107

1440

1380 1640 1737

1,86
-

1,75
-

700

1,55
2,6
3,6
5,5
téglavö bíborv zöld vörös
rös
örös

A bázisok erőssége
a nyíl irányában növekszik
4


Slide 5

5


Slide 6

Relatív atomtömeg

24,3050

Mg

1,31

Rendszám

12

Az atom felépítése

Elektronkonfiguráció:

Elektronegativitás

737,7 kJ/mol

Első ionizációs energia

p+ = 12
e- = 12
n0 = 12

1s22s22p63s2
vegyértékszint

A 8. leggyakrabban előforduló elem. Nagy
reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai)
alakjában fordul elő a természetben.
6


Slide 7

A magnéziumot először Antoine
Bussy francia kémikus állította elő
1828-ban, a magnézium-klorid
redukciójával.

Fontosabb ásványai:
 dolomit CaMg(CO3)2
Antoine Bussy
(1794-1882)






magnezit MgCO3
karnalit KMgCl3·6H2O
ensztatit MgSiO3
kainit KCl∙MgSO4·3H2O

7


Slide 8

A magnézium ezüstfehér színű, erős fémfényű,
puha könnyen nyújtható könnyűfém.
Levegőn állva a felülete már
szobahőmérsékleten vékony, a további
oxidációtól védő, fakó színű oxidréteggel
vonódik be.

8


Slide 9

 A magnéziumnak 3 stabil és több radioaktív

izotópja van. Stabil izotópjai a következők:
24Mg – 78,99%-ban,
25Mg – 10%-ban

és
26Mg – 11,01%-ban fordul elő a természetben.

9


Slide 10

Emissziós színképe a látható tartományban

10


Slide 11

Megolvasztott sóinak, például
MgCl2 elektrolízisével Dowféle cellákban.
A cellák belülről fűthető
vaskádak. A tartály fala
katódként működik, az
anódot pedig fölülről az
olvadékba nyúló grafitrudak
alkotják.

Újabban a magnéziumot karbonátjai hevítésekor
keletkező oxidjának karbotermiás vagy szilikotermiás
redukciójával állítják elő.
11


Slide 12

A magnézium életfontosságú anyag.
Nélkülözhetetlen több száz enzim megfelelő
működéséhez, szükséges minden
energiaigényes folyamathoz, a fehérje- zsír- és
szénhidrát-anyagcsere számos lépéséhez, az
inzulintermeléshez.
 A szervezetben mintegy 25-30 gramm
magnézium található, melynek csaknem fele
a csontokban koncentrálódik.

12


Slide 13

 A magnézium a klorofillban is megtalálható.
 A klorofill porfinvázas magnézium-tartalmú

komplex vegyület, amely a napsugárzás
energiáját elnyeli, és szén-dioxidból és vízből
glükózt képes létrehozni a zöld növények
sejtjeiben a fotoszintézis által.
 Szintetikusan először Woodwardnak sikerült
előállítania 1960-ban.

13


Slide 14

A klorofill-A szerkezete

A klorofill-B szerkezete
14


Slide 15








Kis sűrűségű és viszonylag nagy szilárdságú ötvözetek
(magnálium, elektronfém, duralumínium) előállítására,
főleg a repülőgépiparban.
Nehezen redukálható fémek (V, U, Zr, Ti) kinyerésére,
Villanófényporok, világító rakéták, víz alatti fáklya,
gyújtóbombák készítésére,
Szerves szintéziseknél gyakran használt Grignárdreagens, azaz alkil-magnézium-halogenid (RMgX)
készítésére,
Fluor előállítására alkalmas edények gyártására (a
felületén képződő MgF2 jó védőréteg).
15


Slide 16

Levegőn állva a felülete már szobahőmérsékleten
vékony, a további oxidációtól védő, összefüggő
oxidréteggel vonódik be.
Meggyújtva, vakító fehér lánggal magnéziumoxiddá ég el:
2Mg + O2 → 2MgO
A forró vizet az alábbi egyenlet szerint bontja:
Mg + H2O → MgO + H2
16


Slide 17

Híg savakkal reagálva H2-gázt fejleszt a következő
reakció szerint:
Mg + 2HCl → H2 + MgCl2
Erős redukálószer. Ezt a tulajdonságát a titán
előállításánál is kihasználják. Titán(IV)-kloridból
elemi titánt állítanak elő a következő egyenlet
szerint:
TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2

17


Slide 18

Alkil-, és aril-halogenidekkel dietil-éter
jelenlétében kötésbe lép és megfelelő
magnéziumtartalmú szerves alkil- vagy
arilvegyület képződik. Ezeket a vegyületeket
feltalálójukról Victor Grignard-ról nevezték el
Grignard-vegyületeknek.

18


Slide 19

Vegyületeiben a magnézium oxidációs száma +2.
Magnézium-oxid (égetett magnézia) – MgO:
laza, fehér tapadós por. A természetben zöldes
színű periklász ásvány formájában fordul elő
vasoxiddal együtt.
 Ipari előállítása a magnezit 500°C-on való
égetésével (kalcinálásával) történik a
következő reakció szerint:
MgCO3 → MgO + CO2
19


Slide 20

A magnézium-oxidot leginkább tűzálló tégelyek és
téglák készítésére használják.

20


Slide 21

Magnézium-hidroxid - Mg(OH)2 : Fehér, száraz,
porszerű anyag. A természetben is előfordul ásványa a
brucit formájában.
Előállítása vízben oldható magnéziumsókból történik
kalcium-hidroxiddal. A reakció során fehér, laza
csapadék formájában válik ki a magnézium-hidroxid:
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (s) + CaCl2
A keletkezett magnézium-hidroxid gyenge bázis. Vízben
rosszul oldódik (oldhatósága 20°C-on kb. 9 g/L).

21


Slide 22

Magnézium-karbonát (magnezit) - MgCO3: A
természetben is előfordul mint a dolomit ásvány egyik
alkotója. Fehér trigonális kristályokat alkot.

22


Slide 23

 Vízben nem oldódik, de már a gyenge ásványi
savak is jól oldják. A híg szénsavoldat, lassan
feloldja a következő reverzibilis reakció

szerint:

 M g ( HC O )
M gC O 3  C O 2  H 2 O 

3 2

23


Slide 24

Magnézium-szulfát-heptahidrát (keserűsó) –
MgSO4 · 7H2O:

 Színtelen, keserű ízű, vízben jól oldódó vegyület. A
természetben oldott állapotban is előfordul az ún.
keserűvizekben. Gyapotszövetek kikészítéséhez,
ásványvizek készítéséhez és enyhe hashajtóként
használják.

24


Slide 25

Magnézium-klorid-hexahidrát – MgCl2 · 6H2O:
Színtelen, monoklin kristályos, erősen
higroszkópos vegyület. A természetben a
tengervízben és a karnalit (KCl · MgCl2 · 6H2O)
nevű ásványban fordul elő.
 Előállítása a KCl-gyártás során keletkező
hulladéklúg bepárlásával történik.
 A magnézium-kloridot a különleges
cementek, tűzálló faimpregnálószerek
előállítására használják, továbbá a
magnézium-előállítás fontos kiindulási anyaga.
25


Slide 26

26


Slide 27

27


Slide 28

Relatív atomtömeg

40,078

Rendszám

Ca

20

1,00

596kJ/mol

Az atom felépítése

Elektronkonfiguráció:

Elektronegativitás
Első ionizációs energia

p+ = 20
e- = 20
n0 = 20

1s22s22p63s23p64s2
vegyértékszint

A 3. leggyakrabban előforduló elem.
28


Slide 29

 A kalciumot először
Humphry Davy angol
kémikus állította elő
1807-ben, és ugyancsak ő
nevezte el a mész = calx
latin neve után
kalciumnak.
Lengyel Béla
(1844-1913)

Nagyobb mennyiségű tiszta kalcium
előállítására azonban legelőször Lengyel Béla
magyar vegyész, dolgozott ki eljárást 1896ban.
29


Slide 30

 Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei
(ásványai) alakjában fordul elő, mint amilyenek
a:
 CaCO3 (kalcit-, mészkő-, kréta-formájában)
 CaMg(CO3)2 (dolomit)
 Ca3(PO4)2 (foszforit)
 CaF2 (fluorit)
 CaSO4 · 2H2O (gipsz)
 CaSO4 (anhidrit)

30


Slide 31

A kalcium ezüstfehér színű, erős
fémfényű, puha (késsel vágható)
paramágneses fém.
Elektromos vezetőképessége a rézének
kb. 10%-a.
Levegőn gyorsan oxidálódik, ezért
levegőtől elzárva tárolják.
Kisebb mennyiségű kalciumot általában
petróleumban célszerű tárolni.

31


Slide 32

32


Slide 33

 A kalciumnak 9 izotópja ismert.

Ezek közül csak a: 40, 42, 43, és a 44-es

tömegszámú izotópok stabilak, míg a többi
kalciumizotóp radioaktív.

33


Slide 34

Emissziós színképe a látható tartományban

34


Slide 35

CaCl2 és CaF2 vagy KCl
keverékének olvadékából
állítják elő elektrolízissel.
Az elektrolízishez grafit
anódot és vas katódot
használnak. A Cl2 vagy az F2 az
anódon, míg a kalcium a vas
katódon válik ki.

 A kapott kalciumot átolvasztással tisztítják meg a
szennyezőanyagoktól.
35


Slide 36

 Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen.
A gerincesek testében a csontok és a fogak alapját
a kalcium-sók alkotják.
Előfordul azonban az izmokban, a vérben és más
szervekben is.
 A modern táplálkozástudományi ajánlások szerint
800 - 1000 mg/nap kalciumbevitel elegendő az
ember kalcium-szükségletének fedezésére.
36


Slide 37

 A kalcium igen erős redukálószer, a finoman
szétoszlatott kalciumot szerves redukciókhoz
használják, de fontos szerepet kap egyes fémek
redukciójánál is (például, urán, cirkónium, tórium).
 Kalcium segítségével történik a kén és az oxigén
kisebb mennyiségének eltávolítása a vas olvadékból
az acélgyártás során.
 Adalékanyag az üveggyártás során.
 Gyógyszeriparban.
 Alkoholok vízmentesítésére, stb.
37


Slide 38

Reakcióképesebb a magnéziumnál.
Levegőben elégetve oxiddá és nitriddé ég el:
2Ca + O2 → 2CaO

3Ca + N2 → Ca3N2
Hideg vízzel exoterm reakció közben kalciumhidroxid keletkezik és H2-gáz fejlődik:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
38


Slide 39

Híg savakkal reagálva H2-gázt fejleszt a következő
reakció szerint:
Ca + 2HCl → CaCl2 + H2
A halogén elemekkel szintén reagál, miközben
megfelelő kalcium-halogenid keletkezik.
Ca + Cl2 → CaCl2

39


Slide 40

Magas hőmérsékleten (1600°C-on) a szénnel
kalcium-karbiddá, a kénnel kalcium-szulfiddá,
a foszforral kalcium-foszfiddá egyesül:
Ca + 2C → CaC2
Ca + S → CaS
3Ca + 2P → Ca3P2

A kalcium és vegyületei a lángot téglavörös színűre festik.

40


Slide 41

Vegyületeiben a kalcium oxidációs száma +2.
 Kalcium-oxid (égetett mész) – CaO: fehér,
kemény, maró hatású anyag.
 Iparilag mészkőből állítják elő úgy, hogy a
mészkövet ún. körkemencében vagy aknás
kemencében hevítik 900-1200°C-on.
Hevítéskor a mészkő termikus disszociációja
megy végbe:
CaCO3 → CaO + CO2
41


Slide 42

 Az égetett mész fontos ipari nyersanyag.

Felhasználása: habarcskészítés, kalciumkarbid előállítása, kerámiaipar, üveggyártás,
szódagyártás.

42


Slide 43

 Kalcium-hidroxid (oltott mész) - Ca(OH)2 :

Fehér, száraz, porszerű anyag.
 Előállítása égetett mészből történik vízzel
(mészoltás) a következő exoterm reakció
szerint:
CaO + H2O → Ca(OH)2
 Az oltott mész erős bázis, amely vízben

rosszul oldódik.
 Telített oldatát meszesvíznek, vízzel alkotott
szuszpenzióját pedig mésztejnek nevezzük.
43


Slide 44

Ca2+

OH–

44


Slide 45

Kalcium-karbonát - CaCO3: A természetben
kalcit, mészkő, márvány, kréta formájában
fordul elő.
 Két kristálymódosulata létezik, a kalcit és az
aragonit.
 A mészkő, márvány, kréta egyaránt kalcit, az

igazgyöngy pedig aragonitkristályokból áll.
 A tiszta, áttetsző kalcitot izlandi pát néven
ismerik.

45


Slide 46

 A mészkő szennyezett kalcium-karbonát
fontos ipari nyersanyag. Főleg égetett mész
gyártására használják, de a cement- és az
üvegiparban is nyersanyagul szolgál.
 A kalcium-karbonát vízben gyakorlatilag

oldhatatlan, de az esővíz, amely híg
szénsavoldatnak is tekinthető, lassan feloldja.
 Szervetlen és szerves savakban, a sav
erősségétől függően, különböző sebességgel
oldódik.

46


Slide 47

A kalcit
kristályszerkezete
47


Slide 48

Fluorit (lila) és kalcit (fehér) kristályai
48


Slide 49

Kalcium-szulfát – CaSO4: A természetben
anhidrit és gipsz alakjában fordul elő.
Színtelen vagy szürke, rombos kristályokat
képez. Vízben alig oldódik.
 Az építőiparban kötőanyagként, a festékiparban

nyersanyagként használják nagyobb mennyiségben.

49


Slide 50

Kalcium-foszfát – Ca3(PO4)2: Színtelen,
amorf anyag, amely vízben oldhatatlan. Híg
sósavban és salétromsavban jól oldódik.
 A természetben a foszforit és apatit nevű
ásványokban fordul elő. A csontok és a
fogzománc fontos alkotórésze.
 Az iparban üveg, zománc és porcelán
gyártására használják.

50


Slide 51

Kalcium-dihidrogén-foszfát – Ca(H2PO4)2:
Színtelen, kristályos anyag, amely vízben és
híg savakban mérsékelten oldódik.
 A szuperfoszfát nevű foszfortartalmú
műtrágya egyik alkotója.
 200°C feletti hőmérsékletre hevítve,
elbomlik.

51


Slide 52

Kalcium-nitrát (mészsalétrom) – Ca(NO3)2:
Színtelen, kristályos anyag, amely vízben jól
oldódik.
 Kristályvizes alakja, a Ca(NO3)2· 4H2O a
levegőn elfolyósodik, és 40°C-on saját
kristályvizében megolvad.
 Iparilag mészkőből állítják elő salétromsavval:
CaCO 3  2 HNO 3  Ca ( NO 3 ) 2  CO 2  H 2 O

52


Slide 53

Kalcium-hidrid – CaH2: Fehér kristályos
anyag. Előállítható fém kalcium elemi
hidrogén atmoszférában való melegítésével.
 A kalcium-hidrid erős redukálószer.
 Vízzel való reakciója során kalcium-hidroxid
és hidrogén keletkezik.

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

53


Slide 54

54


Slide 55

55


Slide 56

Neve a berill (3BeO·Al2O3·6SiO2) ásvány
nevéből származik.
A kevés Cr2O3-dal szennyezett beril smaragd
néven ismert, igen szép zöld színű drágakő.
Előállítása BeF2-ból történik redukcióval
magas hőmérsékleten. Redukálószerként
magnéziumot használnak.
BeF2 + Mg → Be + MgF2

56


Slide 57

 A berillium szürkés színű, kemény és nagyon

rideg könnyűfém. 600°C fölött jól alakítható.
Elektromos vezetőképessége a rézének kb.
10%-a.

Fontosabb vegyületei:
 BeCl2: nagyon higroszkópos vegyület. A

berillium-előállítás kiindulási anyaga.
 Be(OH)2: Fehér, savakban és bázisokban
könnyen oldódó amfoter vegyület.
 BeO: Fehér, porszerű vegyület, amely a
berillium-hidroxid izzításakor keletkezik.

Be(OH)2 → BeO + H2O
57


Slide 58

Berilliumérc

Smaragd
58


Slide 59

 A földkéregben 0,03%-ban fordul elő, de csak vegyületei

(SrSO4 és SrCO3) formájában.
 Ezüstfehér színű, jól alakítható könnyűfém. Levegőn
állva a fém felületén nagyon gyorsan sárgásbarna
oxidréteg képződik, ezért toluolban vagy xilolban
tárolják.
 Előállítása a SrCl2-olvadék elektrolízisével történik.
 Etanolban, savakban és cseppfolyós ammóniában jól
oldódik.
 A stronciumot elsősorban könnyűfémötvözetek
nemesítésére használják.
 A stroncium és vegyületei a lángot élénkvörösre festik.
59


Slide 60

Stroncium

A stroncium lángfestése
60


Slide 61

 Az elemek gyakorisági sorában a 18. helyen áll.
Csak ásványai formájában fordul elő. Fontosabb
ásványa a barit (BaSO4).
 A bárium ezüstfehér, puha fém, amely levegőn
nem állandó.
 Előállítása bárium-oxidból történik redukcióval
magas hőmérsékleten. Redukálószerként

alumíniumot használnak.
 Vízzel és etanollal hidrogénfejlődés közben
hevesen reagál. Savakban (kivétel a kénsav) és
cseppfolyós ammóniában könnyen feloldódik.
61


Slide 62

Bárium

Barit (BaSO4)

62


Slide 63

 Fehér színű, radioaktív nehézfém.

 Mind a 28 ismert rádium izotóp radioaktív.
Felezési idejük 1600 év és 0,18 μs között van.
 Igen ritka elem. A természetben az

uránszurokércben fordul elő. Hét tonna érc
kb. 1 g rádiumot tartalmaz.
 Levegőn állva, sötétben világít, és a felületén
fekete nitridréteg képződik.

63


Slide 64

Rádium
64