Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Бериллий используют как чистый, так и сплавы на его основе (США) и, кроме того, как легирующий компонент сплавов. Верил-лиевая бронза, содержащая всего 2,5% Be (БрБ-2,5), не уступает по свойствам пружинным сталям и немагнитна. Из нее делают упругие элементы приборов (пружины) и ответственные детали.
Бериллий сообщает БрБ-2,5 высокие антикоррозионные свойства, так как образуется сплав типа твердого раствора.
Магний сильно уступает бериллию как по прочности, так и по температуре плавления. Он химически более активен, чем бериллий, и легко поддается коррозии. Но магний более доступен и широко применяется в самолетостроении для внутрифюзеляжных конструкций. Магний употребляется как чистый, так и в сплавах. Сплав (МА8), содержащий 1,5-— 2,5% Мп и 0,15—0,25% Се, обладает высокими механическими свойствами, которые могут быть еще улучшены механической обработкой (прокат, деформирование). В табл. 11.4 приведены механические свойства чистого магния и этого сплава. Там же приведены свойства чистой меди и бериллие-вой бронзы (БрБ-2,5).
Т а б л'и ц а 11.4. Механические свойства магния, его сплава (МА8), меди и берил-лиевой бронзы (БрБ-2,5)
Сшлн'тна Магний млн Мели БрБ-2,5
Предел прочности на разрыв,
МН/м2 П,7 244,5 210,5 510,0
Относительное удлинение, % 40 15 15 30
Кальций, стронций и барий химически очень активны и в свободном виде их использовать нельзя. Кальций иногда входит в сплавы как легирующий элемент и употребляется как активный раскислитель, сплавов на основе железа, никеля, меди.
Для щелочно-земельных металлов характерны низкие значения работы выхода электронов, особенно для бария (срэ = 2,11 эВ), поэтому они употребляются как эмиттеры в электронной вакуумной аппаратуре.
Металлы ПА-группы периодической системы Д. И. Менделеева обладают малым поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов (10~28 м2): Ве 0,01; Щ 0,059; Са 0,43; Бг 1,16; Ва 1,17. Поэтому бериллиевые и магниевые сплавы устойчивы в условиях сильной радиации.
Химические свойства щелочно-земельных металлов. Для оценки химических свойств щелочно-земельных металлов ознакомимся с некоторыми физико-химическими характеристиками атомов этих элементов (табл. 11.5).
299
Таблица 11.5. Некоторые физико-химические свойства щелочно-земельных металлов
Металл Электронная формула Радиусы, им 11отен-цнал ионизации, В Электро-отрнца-тел ыюсть Электродный потенциал, В
Л" Л:!|
Ве 4 Ь22*2 0,105 0,034 9,3 1,57 — 1,847
12 2<,-22р(''Зя2 0,162 0,078 7,63 1,31 ......2,363
Са 20 З^Зр^МЧх'2 0,197 0,106 6,25 1,00 2,800
Б г 38 44-24р°4?/°4/ю 5я2 0,213 0,127 5,68 0,95 2,888
В а 56 5s25ptЪd05f0Ьg0Gs2 0,217 0,143 5,21 0,89 ......2,905
Как видно из табл. 11.5, у атомов щелочно-земельных металлов на внешнем электронном уровне находится 2 электрона на з-орби-талях и свободны р-орбитали. Поэтому до момента образования химической связи электроны должны перейти в возбужденное состояние, а затем, выравнивая энергию, гибридизироваться (я— р-гибридизация): я2-»-^1 ->- ц1. Поэтому у атомов щелочно-земельных металлов постоянная степень окисления (или окислительное число) +2.
Увеличение атомных радиусов, уменьшение потенциалов ионизации и электроотрицательности элементов закономерно изменяется с ростом главного квантового числа п или заряда ядра 1.
Зна.чителы-юе сокращение радиуса иона (заряд +2) по сравнению с радиусом атома увеличивает эффективный потенциал иона и создает возможность образования комплексных соединений за счет донорно-акцепторных связей.
Бериллий, обладающий очень малым радиусом иона (0,034 им), образует амфотерыый оксид.
Внешние электроны атомов щелочно-земельных металлов легко возбудимы. В возбужденном состоянии образуют спектральные серии в видимой части спектра и окрашивают пламя горелки в характерные цвета: кальций — в оранжевый, стронций — в красный; а барий — в травянисто-зеленый. Бериллий и магний характерных цветов в пламени горелки не дают.
В химических реакциях для всех 5-металлов ПА-группы характерна, реакция образования ионной связи с потерей двух электронов.
Взаимодействие с элементарными окислителями. Химическая активность 5-металлов ПА-группы заметно ниже, чем 5-металлов 1А-группы, но все металлы ПА-группы сохраняют высокие восстановительные свойства.
Гидриды 5-м е т а л л о в ПА-группы, как и гидриды металлов 1А-группы, получают непосредственным взаимодействием металлов с водородом, но у магния — неустойчивые полимерные гидриды состава (Мо;Н2)л;:
ВеСЬ, + 2ЫН-^ВеН., + 2ЫС1
300
а бериллий образует также неустойчивые гидриды путем обменных реакций. Устойчивы гидриды Са, Sr и Ва. Гидрид кальция представляет собой белый кристаллический порошок:
Ca + Hjj-s-CaHa
Он используется для определения небольших количеств влаги в моторных топливах и других веществах: навеску топлива смешивают с избытком СаН2 и измеряют количество выделяющегося при этом водорода:
Call, + 2ИиО-»-Са (ОН)., + 2Haf
Гидрид кальция — сильный восстановитель. Строение его ионного типа Са2+Н^.
Г а л и д ы s-м е т а л л о в ПА-г р у п п ы — соли с ярко выраженным ионным характером. Образуются при непосредственном соединении (металлы горят в галогенах), а также во многих других реакциях, в том числе и реакциях вытеснения. Например, титан вытесняется из тетрахлорида титана (неполяриая жидкость) металлическим магнием или кальцием:
