3. Металлы II группы

В подгруппе IIа сравнительно устойчивыми металлами являются Be и Mg, сравнительно неустойчивыми - щелочноземельные металлыСа, Sr, Ва и Ra. В природе они находятся только в форме соединений. Щелочность их окислов возрастает по мере возрастания атомного веса. В подгруппе IIб находятся Zn, Cd и Hg, которые во много раз устойчивее металлов подгруппы IIа.

Бериллий - белый блестящий металл с точкой плавления 1350°С. Получается путем восстановления магнием из BeО. В природе бериллий встречается довольно редко. Его самый известный минерал - берилл (алюминиево-кремнекислый берилл); разновидности берилла: изумруд зеленого цвета и аквамарин светлого голубовато-зеленого цвета. Сплавы бериллия с другими металлами не дают искр (напр. бериллиева бронза) и поэтому их используют при производстве инструмента для заводов взрывчатых веществ.

Магний - серебристо-блестящий металл, с точкой плавления 650°С. На воздухе покрывается тонким слоем окиси. Зажженный - горит ослепительным пламенем, образуя MgO ("свет молнии"). Окиси металлов при нагревании с Mg восстанавливаются, поэтому Mg применяется при рафинировании металлов. Производится магний путем электролиза MgCl. Из сплавов магния технически важен электрон (Mg - Аl - Zn - Мn), самый легкий сплав для конструкций (в авиастроении). Сплав электрон хорошо отливается, но при обработке легко воспламеняется (так же, как и сам магний). В природе магний встречается только в соединениях; таковы: магнезит, MgCO₃, доломит, MgCO₃ * СаСО₃, бишофит, MgCl₂, карналлит, MgCl₂ * KCl, каинит, MgSО₄. KCl, кизерит, MgSО₄, тальк, серпентин и сепиолит (селикаты магния). Есть соединения магния и в морской воде (придают ей горький вкус). Природной воде придают магниевую жесткость. Магний является также биогенным элементом, т. к. входит в состав зеленой листвы.

Кальций - серебристо-блестящий металл, с точкой плавления 760°С (под вакуумом). Во влажной атмосфере легко окисляется. В технике не применяется. Небольшое количество кальция используется в металлургии при рафинировании металлов. В природе широко распространен, но только в соединениях; таковы: известняк (кальцит), СаСО₃, доломит, MgCО₃ * СаСО₃, гипс, CaSО₄ * 2 Н₂О, ангидрит, CaSО₄, флюорит (плавиковый шпат), CaF₂, и фосфорит, Са₃(РО₄)₂. Получается путем электролиза расплавленного СаСl₂.

Стронций - белый с желтоватым оттенком металл с точкой плавления 800°С. Разлагает воду при нормальной температуре и производится электролизом расплавленного SrCl₂. В технике не применяется. В природе распространен только в соединениях: напр. стронцианит, SrCО₃, и целестин, SrSО₄.

Барий - серебристо-блестящий металл, с точкой плавления 850°С. На воздухе неустойчив, в технике не применяется. Получается путем восстановления ВаО алюминием. В природе распространен только в соединениях; таковы: барит (тяжелый шпат), BaSО₄, витерит, ВаСО₃, которыми, как правило, сопровождаются соединения кальция.

Радий - очень редкий элемент. Радием богата смоляная урановая руда (урановая смолка), которая добывается в Яхимове (ЧССР) и в других местах. Богатые залежи этой руды находятся также в Конго, Канаде и в СССР. Основа урановой смолки - смесь окисей UО₂ и UO₃, которая наряду с соединениями Pb, Mg, Са и Bi содержит столь небольшое количество Ra, что из одной тонны урановой смолки, посредством неоднократно повторенной кристаллизации, удается получить 0,1 г RaCl₂. Металлический радий - серебристо-блестящий металл, с точкой плавления 700°С. На воздухе неустойчив и является наиболее известным радиоактивным элементом.

Окись бериллия, ВеО, - белый, очень тугоплавкий порошок. Прибавляется в фарфор при производстве изоляторов высокого напряжения. Нитрат бериллия, Be(NО₃)₂, - при нагревании переходит в ВеО, поэтому применяется для пропитки калильных сеток в газовых лампах. Окись магния, MgO, жженая магнезия, получается прокаливанием магнезита. Применяется для футеровки металлургических печей. Для нужд фармацевтической промышленности производится обжигом осажденного MgCO₃ (применяется как слабительное и для нейтрализации перекисленного желудочного сока). Хлорид магния, MgCl₂, производится из стасфуртских солей. Путем замешивания жженой магнезии с раствором MgCl₂ и даже с примесью древесных опилок, получается твердый продукт, применяемый для покрытия бесшовных полов (цемент Сореля, древесный цемент, ксилолит). Основной углекислый магний, MgCO₃ * Mg(OH)₂, производится осаждением Mg²⁺ содой. В медицине известен как белая магнезия. Применяется также в производстве пудры, для наполнения бумаги (бумажной массы) и в минеральных красках. Силикаты магния: тальк поступает в продажу тонко размолотым. Применяется в производстве портновского мелка, пудры и присыпки. Наибольшее количество талька потребляется в резиновой промышленности. Асбест (горный лен) представляет собой волокнистый минерал (силикат магниево-кальциевый), используемый вместе с хлопком для производства асбестовых тканей, для сальников и огнеустойчивой одежды (у металлургических печей). Смесь асбеста с цементом служит для производства огнеупорной кровли (этернита). Окись кальция, СаО, жженая известь, производится обжиганием известняка, по уравнению: СаСО₃ = СаО + СО₂. При гашении водой образуется гидрат окиси кальция, Са(ОН)₂, причем в зависимости от количества воды получается известковое тесто, известковое молоко или известковая вода. Известь является ценным строительным материалом (затвердевание строительного материала зависит от перехода Са(ОН)₂ в СаСО₃ под действием СО₂ из воздуха), а в химической промышленности - самым дешевым основанием для нейтрализации (напр. сточной воды), для дезинфекции, отбелки, для очистки свекловичного сока, при производстве сахара, для умягчения питательной воды, для известкования кож и т. д. Хлорид кальция, СаСl₂ * 6 Н₂О, - отход производства соды. Его растворы затвердевают при температуре далеко ниже нуля. Поэтому ими наполняются газовые измерительные приборы. Хлорид кальция - важная составная часть рассола, раствора, служащего для охлаждения. При нагревании он теряет кристаллическую воду и переходит в гигроскопическое пористое вещество, применяемое для сушки (в эксикаторах). Гипохлорит кальция, Са(СlО)₂, - основа хлорной извести, которая производится пропусканием хлора через гашеную известь. Является сильным дезинфицирующим и белильным средством. Фтористый кальций, CaF₂, - минерал плавиковый шпат, является сырьем для производства фтористоводородной кислоты и шлакообразующей присадкой в металлургии и в производстве эмали. Сульфид кальция, CaS, производится путем восстановления CaSО₄ углем. Действием воды образуется гидросульфид, Ca(HS)₂, применяемый в кожевенной промышленности. Обожженный CaS с добавкой небольшого количества радиоактивных соединений составляет основу светящихся красок. Бисульфит, Ca(HSO₃)₂ - основа сульфитной варочной кислоты, применяемой для устранения инкрустирующего вещества при производстве целлюлозы из дерева. Сульфат кальция, CaSО₄ * 2 Н₂О - минерал - гипс, теряющий при нагревании кристаллизационную воду и переходящий в жженый гипс. Это белый нерастворимый порошок. Размешанный в воде быстро твердеет, причем незначительно увеличивается в объеме. Поэтому применяется в строительстве, для штукатурки, для гипсовых повязок, в зубоврачебной технике, для отливки скульптур и в электротехнике. Растворенный в воде CaSО₄ является причиной постоянной (перманентной) ее жесткости, не исчезающей и при кипячении. Нитрат кальция, Са * (NO₃)₂, производится в качестве известного удобрения (норвежская или остравская селитра). Фосфат кальция, Са₃(РО₄)₂, находится в костях (животный фосфат), кое-где встречается и в природе (фосфаты минеральные). Является ценным сырьем при производстве суперфосфата. Фосфаты самостоятельно в воде не растворяются. Под действием серной кислоты переходят в кислый фосфат, Са(Н₂РО₄)₂, который растворим и эффективен как удобрение. Удобрением служит и томасовский шлак (томасшлак) - отход при фришевании чугуна с большим содержанием фосфора. Карбонат кальция, СаСO₃, распространен в природе в виде известняка. Несмотря на то, что известняк в воде не растворяется, в природных водах он бывает растворен действием СО₂ из воздуха в виде бикарбоната, Са(НСО₃)₂. Бикарбонат является причиной так наз. переходной (временной) жесткости воды, исчезающей при кипячении (в отличие от твердости постоянной); при нагревании происходит реакция: Са(НСО₃)₂ = СаСО₃ + Н₂О + СО₂. Известняк является сырьем для производства извести и цементов. Нечистый известняк служит булыжником, мелкокристаллические и окрашенные известняки образуют мраморы. Мел тоже является карбонатом кальция; в тонко отмученном виде мел применяется как составная часть полировочного материала для металлов, для зубных порошков и для некоторых минеральных красок. Карбид кальция, СаС₂, производится в электрической печи по уравнению: СаО + 3 С = СаС₂ + СО. Образует неправильные серые куски. Хранить и транспортировать его надо в запаянных жестяных коробках, т. к. он соединяется с водой по уравнению: СаСа + 2 Н₂О = Са(ОН)₂ + + С₂Н₂. На этом основано производство ацетилена. Из 1 кг карбида получается около 300 литров ацетилена. С азотом воздуха карбид соединяется только при высокой температуре и образует цианамид кальция, CaCN₂, который является известным кальциевоазотным удобрением (азотная известь). Окись стронция, SrO, производится обжигом стронцианита. Окись стронция растворяется в воде с образованием Sr(OH)₂. Хлорид и нитрат стронция, SrCl₂ и Sr(NО₃)₂, - это кристаллические соли, применяемые в фейерверках, т. к. соединения стронция окрашивают пламя в кроваво-красный цвет. Хлорид бария, ВаСl₂ * 2 Н₂О, а также нитрат и хлорат бария, Ba(NО₃)₂ и Ва(СlО₃)₂, - бесцветные соли, растворимые в воде, применяются в фейерверках для окрашивания пламени в зеленый цвет. Сульфат бария, BaSО₄, - минерал барит (тяжелый шпат). Тонко размолотый и отмученный прибавляется в минеральные краски, искусственно осажденный по уравнению: Ва²⁺ + SО^2-₄ = BaSО₄ - образует прочные белила. Химически чистые BaSO₄ применяются в рентгенологии при исследовании желудка, т. к. они не ядовиты и непроницаемы для Х-лучей. Карбонат бария, ВаСО₃, - минерал - витерит. Производится искусственно восстановлением BaSО₄ на BaS, раствор которого осаждается СО₂. Выделенный белый порошок ВаСО₃ является сырьем для производства соединений бария. Используется также для бетона, для защиты от сульфатной воды, которая разрушает бетон. Хлорид радия, RaCl₂ * 2 Н₂О, - бесцветные кристаллы. В темноте светятся. Сохраняются в свинцовой таре. Применяются в медицине и в незначительном количестве в светящихся красках.

Цинк - сине-серый металл, с температурой плавления 420°С. На воздухе покрывается тонким слоем карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Поэтому железные предметы подвергаются оцинкованию (горячим цинкованием или гальваническим оцинкованием). Применяется цинк для производства кровельной жести, посуды и электродов для гальванических элементов. Цинковая пыль прибавляется в защитные покрытия железа, применяемые против ржавления. В цинкографии вместо литографического камня применяют цинковые пластины. Самое большое количество цинка потребляется в производстве сплавов, из которых важнейший - латунь. В природе цинк встречается только в соединениях, в виде цинковой обманкиZnS (сфалерита), цинкита, ZnO, и смитсонита ZnCО₃. При производстве цинка, обожженные руды, т. е. ZnO, нагреваются с излишком угля в шамотных ретортах. Восстановленный цинк сначала перегоняется в виде цинковой пыли; потом в приемнике накапливается жидкий цинк, который рафинируется. Из соединений цинка важнейшее окись цинка, ZnO, которая получается в крупных масштабах при сжигании цинка, в виде цинковых белил (известная минеральная краска, не чернеющая на воздухе). Химически чистая ZnO применяется в медицине (цинковая мазь), а также для пудры и присыпок. Цинковые белила являются ускорителем вулканизации при переработке каучука, затем присадкой к целлюлоиду, к пластмассам, к замазкам, к особым сортам стекол. Хлористый цинк, ZnCl₂ * 6 Н₂О, имеет вид бесцветных гигроскопических кристаллов. Производится путем растворения отходов цинка в соляной кислоте. Чтобы приготовить раствор хлористого цинка для паяния, жестянщик опускает в соляную кислоту кусок цинковой жести. При сильном выделении водорода образуется ZnCl₂, который идеально очищает места, предназначенные для спайки. Хлористый цинк применяется также при производстве вулканизированной фибры, в текстильной промышленности, при производстве активированного угля и, наконец, для охраны древесины от грибка.

Кадмий - белый, серербисто-блестящий, ковкий, мягкий металл, с температурой плавления 320°С. На воздухе покрывается слоем окиси, который предохраняет его от дальнейшего окисления. Поэтому железные предметы кадмируются гальванизацией. Металлургическим путем Cd получается при производстве цинка; благодаря тому, что Cd более летуч, чем Zn, он накопляется в первых фракциях цинковой пыли. В природе Cd встречается только в соединениях, в виде гринокита (кадмиевой обманки), CdS, отавита, CdCО₃, и пршибрамита, CdS, содержащего до 5% Cd. В технике кадмий является составной частью легкоплавких сплавов, напр. металла Вуда (Cd + Рb + Sn + Bi), который плавится при 70°С. Применяют его для легкоплавких припоев и в производстве пробок для огнетушителей. Растворимые соли кадмия - CdC₂, Cd(NO₃)₂ и CdSО₄ - производятся путем растворения кадмия в соответствующих кислотах. Сильфид кадмия, CdS, получается из кадмиевой руды нагреванием с серой, образует ярко-желтый порошок, наз. кадмиевой желчью. Соединения кадмия ядовиты.

Ртуть - единственный металл, остающийся жидким при обыкновенной температуре. Температура плавления -38,9°С, температура кипения 357°С и удельный вес 13,54 кг/дм³. Летуча и при нормальной температуре. Пары ртути очень ядовиты, поэтому ее надо хранить в плотно закрытых сосудах. На заводах, где производится работа со ртутью, необходимо соблюдать особые предохранительные мероприятия. На воздухе Hg устойчива, растворяется в концентрированных HNО₃, H₂SО₄ и в царской водке. С металлами (за исключением Со, Fe, Mn. Ni и Pt) образует сплавы, называемые амальгамами. В природе находится в чистом виде (хотя и редко, в форме капелек в разных минералах), а также в связанном, в виде киновари, иначе циннабарита, HgS (Югославия, Словакия, Испания, Донбасс в СССР). Производится Hg путем обжига киновари по уравнению: HgS + О₂ = Hg + SО₂. Благодаря тому, что температурное расширение ртути равномерно, ее используют для наполнения термометров. В виду ее высокого удельного веса ею наполняют барометры. Ртуть применяется также в ртутных лампах, для выпрямителей электрического тока, в зубоврачебной технике для изготовления амальгамных пломб. Из соединений ртути: ртутные (Hg²⁺, merkuri-) и ртутистые (Hg⁺, merkuro-). В действительности ртутистые соединения не содержат катиона Hg⁺, а содержат двухвалентный катион Hg²⁺₂, т. е. (Hg-Hg)⁺⁺. Следовательно, формулы надо было бы писать двойные, т. е. вместо HgCl правильнее было бы писать Hg₂Cl₂ (для простоты обыкновенно пишут HgCl, HgNO₃). Соединения Hg⁺ очень легко переходят в Hg²⁺ путем окисления, и наоборот, Hg²⁺ восстанавливается в Hg⁺. Нитрат ртути, HgNO₃, - бесцветные растворимые кристаллы. От большого количества воды мутнеет (гидролиз), этому можно воспрепятствовать присадкой HNO₃. Чтобы нитрат не окислился в Hg²⁺, надо прибавить капельку ртути. Хлорид ртути, HgCl, - каломель, белый порошок. В медицине - известное слабительное и добавка к мазям. Окись ртути, HgO, - красный преципитат. В небольших количествах используется для производства кислорода и в медицине. Хлорная ртуть, HgCl₂, сулема, бесцветные кристаллы, мало растворимы в холодной воде и более растворимы в горячей. В медицине известна как дезинфицирующее средство. Применяется также в фотографии как усилитель негативов, в технике для пропитки шпал, для протравливания зерна, для консервирования войлока и для зоологических препаратов. Очень ядовита. Осажденная аммиаком образует белый преципитат, HgNH₂Cl, известный в медицине. Иодная ртуть, HgJ₂, - оранжевый порошок, при растворении в KJ и КОН образует реактив Несслера, которым определяются соединения аммония (образует с ними коричневый осадок). Сульфит ртути, HgS, естественная киноварь. Производится прямым соединением Hg и S. Известна уже с давних времен как хорошо покрывающая краска, очень устойчива на воздухе, со временем темнеет под влиянием света. Не ядовита, т. к. не растворима. Все растворимые соединения ртути очень ядовиты.