Erdalkalimetalle und Kategorie:Erdalkalimetalle: Unterschied zwischen den Seiten

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Der Name '''Erdalkalimetalle''' [{{IPA|ˈeːrtʔalˌkaːlimeˌtalə}}] bezeichnet die [[Chemisches Element|Elemente]] der 2. [[Hauptgruppe]] des [[Periodensystem]]s. Die Bezeichnung leitet sich von den beiden benachbarten Hauptgruppen, den [[Alkalimetalle]]n, mit denen sie die Bildung [[Starke Basen|starker Basen]] gemeinsam haben, und den [[Erdmetalle]]n, mit denen sie gemein haben, schlecht wasserlöslich zu sein, ab.<ref name="HOWI_1215">{{Holleman-Wiberg|Auflage=102 |Startseite=1215}}</ref> Ihr gehören die stabilen Elemente [[Beryllium]] (Be), [[Magnesium]] (Mg), [[Calcium]] (Ca), [[Strontium]] (Sr) und [[Barium]] (Ba) an. Das 6. Element der Gruppe, [[Radium]] (Ra), ist ein [[Radioaktivität|radioaktives]] Zwischenprodukt natürlicher [[Zerfallsreihe]]n.
{{Vorlage:Seitenkategorien}}
 
[[Kategorie:Gruppe des Periodensystems|H104]]
== Eigenschaften ==
[[Datei:Erdalkali.jpg|mini|links|Erdalkalimetalle]]
=== Physikalische Eigenschaften ===
Mit zunehmender Ordnungszahl wachsen Atommasse, Atomradius und Ionenradius.
 
Die geringste Dichte hat Calcium mit 1550&nbsp;kg/m³. Sie steigt nach oben und insbesondere nach unten hin an, wobei Radium mit 5500&nbsp;kg/m³ den Höchstwert erreicht.
 
Die Mohshärte liegt bei Beryllium mit 5,5 im mittleren Bereich. Die weiteren Elemente der 2. Hauptgruppe weisen geringe Härten auf, die mit steigender Ordnungszahl abnehmen.
 
Die ersten drei Erdalkalimetalle, insbesondere Beryllium und Calcium, sind sehr gute Elektrizitätsleiter. Obwohl auch die weiteren Elemente dieser Hauptgruppe keinesfalls schlechte Leiter sind, ist der Unterschied beträchtlich.
 
Die 1. Ionisierungsenergie fällt mit wachsender Ordnungszahl von 9,322 eV bei Beryllium auf 5,212 eV bei Barium. Radium hat mit 5,279 eV wieder einen leicht erhöhten Wert.
 
Die Elektronegativität fällt von 1,5 bei Beryllium auf 1,0 bei Calcium ab und bleibt bei den weiteren Elementen annähernd auf diesem Niveau.
 
{| class="wikitable" style="text-align:right"
! Erdalkali-<br>metall
! Atommasse<br>(u)
! [[Schmelzpunkt]]<br>([[Kelvin|K]])
! [[Siedepunkt]]<br>(K)
! [[Dichte]]<br>(kg/m³)
! [[Mohshärte]]
! [[Elektrische Leitfähigkeit|El. Leitfähigkeit]]<br>([[Siemens (Einheit)|S]]/m)
|-
! Beryllium
|
| 1551,15
| 3243
| 1848
| 5,5
| 31,3 · 10<sup>6</sup>
|-
! Magnesium
|
| 923
| 1380
| 1738
| 2,5
| 22,6 · 10<sup>6</sup>
|-
! Calcium
|
| 1115
| 1757
| 1550
| 1,75
| 29,8 · 10<sup>6</sup>
|-
! Strontium
|
| 1050
| 1655
| 2630
| 1,5
| 7,62 · 10<sup>6</sup>
|-
! Barium
|
| 1000
| 1913
| 3620
| 1,25
| 3 · 10<sup>6</sup>
|-
! Radium
|
| {{0}}973
| 2010
| 5500
| 2,3
| 1 · 10<sup>6</sup>
|}
 
=== Elektronenkonfiguration ===
Die [[Elektronenkonfiguration]] lautet [''X''] ''y''[[S-Orbital|s]]². Das ''X'' steht hierbei für die Elektronenkonfiguration des eine [[Periode (Periodensystem)|Periode]] höher stehenden [[Edelgase]]s, und für das ''y'' muss die Periode eingesetzt werden, in der sich das Element befindet.
 
Für die einzelnen Elemente lauten die Elektronenkonfigurationen:
* Beryllium: [ [[Helium|He]] ] 2s²
* Magnesium: [ [[Neon|Ne]] ] 3s²
* Calcium: [ [[Argon|Ar]] ] 4s²
* Strontium: [ [[Krypton|Kr]] ] 5s²
* Barium: [ [[Xenon|Xe]] ] 6s²
* Radium: [ [[Radon|Rn]] ] 7s²
 
Der Oxidationszustand ist +2, da die beiden [[Elektron]]en in der [[Außenschale]] leicht abgegeben werden können. Me<sup>2+</sup>-Ionen besitzen [[Edelgaskonfiguration]].
 
=== Chemische Reaktionen ===
In den folgenden Gleichungen steht das Me für ein Element aus der zweiten Hauptgruppe (Erdalkalimetalle).
 
* Reaktion mit [[Sauerstoff]]:
::<chem> 2Me + O2 -> 2MeO </chem>
: Barium bildet auch [[Bariumperoxid]] (Ba<sup>2+</sup>[[Peroxid|(O-O)<sup>2−</sup>]]).
 
* Reaktion mit [[Wasserstoff]]:
::<chem> Me + H2 -> MeH2 </chem>
: Die gebildeten [[Hydride]] haben eine [[ion]]ische Struktur.
 
* Reaktion mit [[Wasser]]:
::<chem> Me + 2H2O -> Me(OH)2 + H2 </chem>
 
* Reaktion mit [[Halogene]]n (am Beispiel [[Chlor]]):
::<chem> Me + Cl2 -> MeCl2 </chem>
 
Die mit der Ordnungszahl steigende Reaktivität ist gut am Reaktionsverhalten zu beobachten:
* Beständigkeit an [[Luft]]:
** Beryllium ist bei Raumtemperatur an trockener Luft beständig, da es von einer [[Passivierung|passivierenden]] Oxidschicht überzogen wird.
** Magnesium wird an Luft ebenfalls passiviert, dünne Bänder und Folien lassen sich jedoch leicht entzünden.
** Calcium, Strontium, Barium und Radium laufen an trockener Luft schnell an und sind in fein verteilter Form [[Selbstentzündung|selbstentzündlich]].
* Reaktion mit Wasserstoff bei hohen Temperaturen:
** Beryllium reagiert ohne [[Katalysator]] nicht mit Wasserstoff.
** Magnesium reagiert nur bei hohem Druck.
** Die weiteren Erdalkalimetalle reagieren bereits bei Atmosphärendruck mit Wasserstoff.
* Reaktion mit Wasser:
** Beryllium wird wie [[Aluminium]] in Wasser passiviert.
** Magnesium wird ebenfalls passiviert, die Passivierungsschicht löst sich jedoch in heißem Wasser auf.
** Die übrigen Erdalkalimetalle reagieren bei Raumtemperatur heftig mit Wasser.
 
== Verbindungen ==
[[Datei:Magnesium oxide.jpg|mini|MgO in Pulverform]]
Beryllium bildet als einziges Erdalkalimetall überwiegend [[Kovalente Bindung|kovalente]] Verbindungen. Die übrigen Elemente der 2. Hauptgruppe kommen fast nur als Me<sup>2+</sup>-Ionen vor. Die Tabelle stellt eine grobe Übersicht über die wichtigsten Verbindungen dar:
 
{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
!
! Beryllium
! Magnesium
! Calcium
! Strontium
! Barium
|-
! [[Oxid]]e
| [[Berylliumoxid|BeO]]
| [[Magnesiumoxid|MgO]]
| [[Calciumoxid|CaO]]
| [[Strontiumoxid|SrO]]
| [[Bariumoxid|BaO]]
|-
! [[Hydroxid]]e
| [[Berylliumhydroxid|Be(OH)<sub>2</sub>]]
| [[Magnesiumhydroxid|Mg(OH)<sub>2</sub>]]
| [[Calciumhydroxid|Ca(OH)<sub>2</sub>]]
| [[Strontiumhydroxid|Sr(OH)<sub>2</sub>]]
| [[Bariumhydroxid|Ba(OH)<sub>2</sub>]]
|-
! [[Fluorid]]e
| [[Berylliumfluorid|BeF<sub>2</sub>]]
| [[Magnesiumfluorid|MgF<sub>2</sub>]]
| [[Calciumfluorid|CaF<sub>2</sub>]]
| [[Strontiumfluorid|SrF<sub>2</sub>]]
| [[Bariumfluorid|BaF<sub>2</sub>]]
|-
! [[Chlorid]]e
| [[Berylliumchlorid|BeCl<sub>2</sub>]]
| [[Magnesiumchlorid|MgCl<sub>2</sub>]]
| [[Calciumchlorid|CaCl<sub>2</sub>]]
| [[Strontiumchlorid|SrCl<sub>2</sub>]]
| [[Bariumchlorid|BaCl<sub>2</sub>]]
|-
! [[Sulfat]]e
| [[Berylliumsulfat|BeSO<sub>4</sub>]]
| [[Magnesiumsulfat|MgSO<sub>4</sub>]]
| [[Calciumsulfat|CaSO<sub>4</sub>]]
| [[Strontiumsulfat|SrSO<sub>4</sub>]]
| [[Bariumsulfat|BaSO<sub>4</sub>]]
|-
! [[Carbonate]]
| [[Berylliumcarbonat|BeCO<sub>3</sub>]]
| [[Magnesiumcarbonat|MgCO<sub>3</sub>]]
| [[Calciumcarbonat|CaCO<sub>3</sub>]]
| [[Strontiumcarbonat|SrCO<sub>3</sub>]]
| [[Bariumcarbonat|BaCO<sub>3</sub>]]
|-
! [[Nitrat]]e
| [[Berylliumnitrat|Be(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]]
| [[Magnesiumnitrat|Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]]
| [[Calciumnitrat|Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]]
| [[Strontiumnitrat|Sr(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]]
| [[Bariumnitrat|Ba(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]]
|-
! [[Sulfid]]e
| [[Berylliumsulfid|BeS]]
| [[Magnesiumsulfid|MgS]]
| [[Calciumsulfid|CaS]]
| [[Strontiumsulfid|SrS]]
| [[Bariumsulfid|BaS]]
|}
 
;Sonstige: [[Datei:Carbid.jpg|mini|Calciumcarbid]]
 
* In [[Zintl-Phase]]n bilden die zugehörigen [[Anion]]en ein bemerkenswertes Gitter.
* [[Grignard-Verbindungen]] sind Magnesiumverbindungen der Form ''R''-Mg''X''. ''R'' steht dabei für einen [[Organik|organischen]] Rest und ''X'' ist ein [[Halogen]]. Sie finden in der organischen [[Synthese (Chemie)|Synthese]] Verwendung.
* [[Calciumcarbid]] (Ca[[Carbid|C<sub>2</sub>]]) bildet ein Ionengitter mit Ca<sup>2+</sup>- und (|C≡C|)<sup>2−</sup>-Ionen ([[Natriumchlorid|NaCl]]-Struktur). Die Verbindung wird für drei bedeutende Verfahren benötigt:
** [[Ethin]]herstellung durch [[Hydrolyse]]:<br /><chem> CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 </chem>
** Ent[[schwefel]]ung von Roh[[stahl]]
** [[Azotierung]] zu Calciumcyanamid
* [[Calciumoxalat]] (Ca[[Oxalat|C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>]]) ist Hauptbestandteil von [[Nierenstein]]en.
* [[Calciumcyanamid]] (Ca[[Cyanamid|CN<sub>2</sub>]]) ist ein [[Düngemittel]], das auch in anderen Bereichen (z.&nbsp;B.: zur [[Unkraut]]- und [[Schädling]]sbekämpfung) eingesetzt wird.
* [[Strontiumtitanat]] (Sr[[Titan (Element)|Ti]]O<sub>3</sub>) wird unter dem Namen ''[[Fabulit]]'' als Schmuckstein gehandelt.
* [[Bariumperoxid]] (Ba<sup>2+</sup>(O-O)<sup>2−</sup>) spielte früher bei der [[Wasserstoffperoxid]]-Synthese eine wichtige Rolle:
 
:<chem> BaO2 + H2SO4 -> BaSO4 + H2O2 </chem>
 
=== Wasserhärte ===
Für die [[Wasserhärte|Härte des Wassers]] sind im Wesentlichen gelöste Calcium- und Magnesiumionen verantwortlich. So geht beispielsweise das wasserlösliche [[Calciumhydrogencarbonat]] (Ca[[Hydrogencarbonat|(HCO<sub>3</sub>]])<sub>2</sub>) in der Hitze in die schwerlösliche Verbindung [[Calciumcarbonat]] (CaCO<sub>3</sub>) über, die auch als „[[Kesselstein]]“ bekannt ist:
 
:<chem> Ca(HCO3)2 -> CaCO3 + CO2 (^) + H2O </chem>
 
Durch das Entweichen des [[Kohlendioxid]]s aus der Lösung wird die [[Rückreaktion]] verhindert, und der Kesselstein lagert sich in [[Kochtopf|Kochtöpfen]] etc. ab. Man ordnet Calciumhydrogencarbonat daher in den Bereich der temporären Wasserhärte ein.
 
Eine weitere Eigenschaft von Erdalkalimetallionen, jedoch insbesondere von Ca<sup>2+</sup> und Mg<sup>2+</sup>, ist es, mit [[Seife]] unlösliche Verbindungen zu bilden. Da Seifen chemisch betrachtet [[Salze]] sind, bestehen sie aus [[Kation|Kat-]] und [[Anion]]en. Die Anionen sind stets höhere [[Fettsäure]]n, und als Kationen werden meist [[Alkalimetalle|Alkalimetallionen]] eingesetzt. Die Erdalkalimetallionen ersetzten diese und bilden so unlösliche Verbindungen, die unter dem Begriff „[[Kalkseife]]“ zusammengefasst werden.
 
== Vorkommen ==
Am Aufbau der Erdkruste, einschließlich der Luft- und Wasserhülle sind die Erdalkalimetalle wie folgt beteiligt (Angaben in Gew.-%):<ref name="HOWI_1215" />
* 2,7 · 10<sup>−4</sup> % Beryllium
* 2,0 · 10<sup>0</sup> % Magnesium
* 3,4 · 10<sup>0</sup> % Calcium
* 3,6 · 10<sup>−2</sup> % Strontium
* 4,0 · 10<sup>−2</sup> % Barium
* 1,0 · 10<sup>−10</sup> % Radium
 
<gallery mode="packed">
Dolomite.jpg|[[Dolomit (Mineral)|Dolomit]]
Calcite USA.jpg|[[Kalzit]]
Celestitemadagascar.jpg|[[Coelestin (Mineral)|Coelestin]]
Barite.jpg|[[Baryt]]
</gallery>
 
Die Erdalkalimetalle treten niemals [[gediegen]] auf und sind meist als [[Silikat]], [[Karbonat]] oder [[Sulfat]] gebunden.
 
=== Berylliumhaltige Edelsteine ===
Obwohl Beryllium sehr selten ist, ist es in 30 verschiedenen [[Mineral]]ien vertreten. Zu den bekanntesten zählen:
 
<gallery mode="packed">
Beryll.jpg|[[Beryll]]
Aquamarine.jpg|[[Aquamarin]]
Emerald rough 300x422.jpg|[[Smaragd]]
Crisoberilo.jpeg|[[Chrysoberyll]]
</gallery>
 
== Nachweis ==
Der Nachweis der Erdalkalimetalle erfolgt primär [[Spektroskopie|spektralanalytisch]] aufgrund der charakteristischen [[Spektrallinie]]n. Nasschemische Methoden wie beispielsweise die [[Ausfällung]] als [[Carbonate]], [[Sulfate]] oder [[Hydroxide]] werden mittlerweile nur noch zu Demonstrationszwecken verwendet.
 
{| class="wikitable" style="text-align:center"
! Ion
! [[Flammenfärbung]]
! Reaktion mit [[Hydroxide|OH<sup>−</sup>]]
! …mit [[Carbonate|CO<sub>3</sub><sup>2−</sup>]]
! …mit [[Sulfate|SO<sub>4</sub><sup>2−</sup>]]
! …mit [[Oxalate|C<sub>2</sub>O<sub>4</sub><sup>2−</sup>]]
! …mit [[Chromate|CrO<sub>4</sub><sup>2−</sup>]]
|-
! Beryllium
| keine
| Be(OH)<sub>2</sub> fällt aus
| BeCO<sub>3</sub> ist löslich
| BeSO<sub>4</sub> ist löslich
| BeC<sub>2</sub>O<sub>4</sub> fällt aus
| BeCrO<sub>4</sub> ist löslich
|-
! Magnesium
| keine
| Mg(OH)<sub>2</sub> fällt aus
| MgCO<sub>3</sub> fällt aus
| MgSO<sub>4</sub> ist löslich
| MgC<sub>2</sub>O<sub>4</sub> ist löslich
| MgCrO<sub>4</sub> ist löslich
|-
! Calcium
| ziegelrot
| Ca(OH)<sub>2</sub> fällt aus
| CaCO<sub>3</sub> fällt aus
| CaSO<sub>4</sub> fällt aus
| CaC<sub>2</sub>O<sub>4</sub> fällt aus
| CaCrO<sub>4</sub> fällt aus
|-
! Strontium
| intensiv rot
| Sr(OH)<sub>2</sub> fällt aus
| SrCO<sub>3</sub> fällt aus
| SrSO<sub>4</sub> fällt aus
| SrC<sub>2</sub>O<sub>4</sub> ist löslich
| SrCrO<sub>4</sub> fällt aus
|-
! Barium
| gelb-grün
| Ba(OH)<sub>2</sub> ist löslich
| BaCO<sub>3</sub> fällt aus
| BaSO<sub>4</sub> fällt aus
| BaC<sub>2</sub>O<sub>4</sub> ist löslich
| BaCrO<sub>4</sub> fällt aus
|-
! Radium
| karminrot
| Ra(OH)<sub>2</sub> ist löslich
| RaCO<sub>3</sub> fällt aus
| RaSO<sub>4</sub> fällt aus
| RaC<sub>2</sub>O<sub>4</sub> fällt aus
| RaCrO<sub>4</sub> fällt aus
|}
 
== Sicherheitshinweise ==
An Luft sind nur Beryllium und Magnesium beständig. Die weiteren Elemente dieser Hauptgruppe müssen unter [[Paraffin]]öl oder [[Inertgas]] aufbewahrt werden. Die Aufbewahrung unter [[Ethanol|Alkohol]] ist nur bei Beryllium, Magnesium und Calcium möglich, da bereits Barium daraus Wasserstoff abspaltet und zum [[Alkoholat]] reagiert.
 
:<chem>Ba + 2 R-OH -> Ba2+\ (R-O^-)_2 + H2 (^)</chem>
 
In feinverteilter Form ist Magnesium leichtentzündlich; Calcium-, Strontium- und Bariumpulver können sich an Luft selbst entzünden. Brennende Erdalkalimetalle dürfen ''keinesfalls'' mit Wasser gelöscht werden!
 
Die Erdalkalimetalle sind starke Reduktionsmittel, die sogar in der Lage sind, [[Alkalimetalle]] aus ihren Verbindungen freizusetzen. Diese Reaktionen verlaufen stark [[exotherm]]; unter Umständen kann es dabei sogar zu einer [[Explosion]] kommen.
 
Beryllium ist ein [[Lungengift]], wobei der Wirkungsmechanismus noch weitgehend unbekannt ist. Auch seine Verbindungen sind krebserregend.
 
Bariumverbindungen sind hochgiftig, wenn sie gut wasserlöslich sind. 1&nbsp;[[Gramm]] kann dabei bereits tödlich wirken.
 
Radium ist aufgrund seiner Radioaktivität äußerst gesundheitsschädlich, doch noch bis 1931 wurde mit Radium versetztes Wasser unter dem Handelsnamen [[Radithor]] zum Trinken verkauft. Die Zahl der Geschädigten oder Umgekommenen, die wie der Stahlmagnat [[Eben Byers]] ''Radithor'' zu sich genommen hatten, ist unbekannt.
 
== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Kategorie:Erdalkalimetall}}
* {{WikipediaDE|Erdalkalimetalle}}
 
== Literatur ==
* Hans Breuer: ''dtv-Atlas Chemie (Band 1: Allgemeine und anorganische Chemie)'' (2000), ISBN 3-423-03217-0, S.&nbsp;94–113.
* {{Literatur
  |Autor=
  |Hrsg=Wolfgang Glöckner
  |Titel=Handbuch der experimentellen Chemie.
  |Band=Band 2: Alkali- und Erdalkalimetalle, Halogene
  |Verlag=Aulis-Verl. Deubner
  |Ort=Hallbergmoos
  |Datum=1996-01-01
  |ISBN=3-7614-1816-7}}
 
== Weblinks ==
* [http://www.hamm-chemie.de/k9/k9ab/datenblatt_erdalkalimetalle.htm Eigenschaften (Tabelle)]
 
== Einzelnachweise ==
<references />
 
{{Normdaten|TYP=s|GND=4152626-0}}
 
[[Kategorie:Gruppe des Periodensystems|H103]]
[[Kategorie:Gruppe-2-Element]]
[[Kategorie:Erdalkalimetalle|!]]
[[Kategorie:Erdalkalimetalle|!]]
[[Kategorie:Metalle|!301]]
[[Kategorie:Metalle]]
[[Kategorie:Hauptgruppe|!103]]
[[Kategorie:Hauptgruppe]]
 
{{Wikipedia}}

Version vom 2. Januar 2019, 22:18 Uhr