આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વોના રાસાયણિક ગુણધર્મો
આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વો એ સામયિક કોષ્ટકમાં રહેલા તત્વોનો એક જૂથ છે જે જૂથ IIA (જૂથ 2) માં છે, જેમ કે બેરિલિયમ (Be), મેગ્નેશિયમ (Mg), કેલ્શિયમ (Ca), સ્ટ્રોન્ટીયમ (Sr), બેરિયમ (Ba) અને રેડિયમ (Ra). આ જૂથને "આલ્કલાઇન પૃથ્વી" કહેવામાં આવે છે કારણ કે તેમના ઓક્સાઇડ મૂળભૂત (આલ્કલાઇન) હોય છે અને રસાયણશાસ્ત્રના શરૂઆતના દિવસોમાં તેઓ ઘણીવાર "પૃથ્વી" ખનિજો (ખડકો) માં જોવા મળતા હતા. રાસાયણિક દ્રષ્ટિકોણથી, આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વોમાં બે સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન હોવાનું જાણીતું છે તેથી તેઓ +2 ના ચાર્જ સાથે આયનો બનાવવાનું વલણ ધરાવે છે. આ ગુણધર્મ તત્વોના આ પરિવારમાં પ્રતિક્રિયાશીલતા, બોન્ડના પ્રકારો અને લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયા પેટર્નમાં કેન્દ્રિય છે.
1. ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકન અને ઓક્સિડેશન નંબરો
સામાન્ય રીતે, આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વોનું બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકન ns² હોય છે. આનો અર્થ એ થાય કે તેમના સૌથી બહારના શેલમાં બે સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. જ્યારે તેઓ ઉમદા વાયુ રૂપરેખાંકન પ્રાપ્ત કરે છે ત્યારે તેઓ વધુ સ્થિર હોવાથી, આ તત્વો પ્રતિક્રિયા કરતી વખતે બે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે, જે M²⁺ કેશન બનાવે છે. તેથી, આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વો માટે સૌથી સામાન્ય અને સ્થિર ઓક્સિડેશન સંખ્યા +2 છે.
+2 આયન બનાવવાની વૃત્તિને કારણે ક્ષારયુક્ત પૃથ્વી સંયોજનો ઘણીવાર આયનીય બને છે, ખાસ કરીને Ca, Sr અને Ba જેવા ભારે તત્વો માટે. જોકે, Be જેવા નાના તત્વોમાં કંઈક અલગ ગુણધર્મો હોય છે; તેમના સંયોજનો તેમની ઉચ્ચ ધ્રુવીકરણક્ષમતાને કારણે વધુ સહસંયોજક હોય છે.
2. આયનીકરણ ઊર્જા અને પ્રતિક્રિયાશીલતા
આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વોની પ્રતિક્રિયાશીલતા જૂથના ઉપરથી નીચે સુધી વધે છે. આ પરમાણુ ત્રિજ્યામાં વધારો અને આયનીકરણ ઊર્જામાં ઘટાડો સાથે સંબંધિત છે. જેમ જેમ તમે નીચે જાઓ છો, તેમ તેમ સંયોજક ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસથી દૂર અને વધુ સરળતાથી દૂર થાય છે, તેથી તત્વ વધુ પ્રતિક્રિયાશીલ બને છે.
પ્રતિક્રિયાશીલતા વૃત્તિઓનો સામાન્ય ક્રમ નીચે મુજબ છે:
બનો < એમજી < સીએ < એસઆર < બા < રા
જોકે, એ નોંધવું યોગ્ય છે કે બેરિલિયમ અનન્ય છે અને અન્ય સભ્યો કરતાં ઘણું ઓછું પ્રતિક્રિયાશીલ છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં બેરિલિયમ પાણી સાથે ઝડપથી પ્રતિક્રિયા પણ આપતું નથી કારણ કે તે એક પાતળું ઓક્સાઇડ સ્તર બનાવે છે જે તેની સપાટીને સુરક્ષિત રાખે છે.
3. પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા
ક્ષારીય પૃથ્વી ધાતુઓના મુખ્ય રાસાયણિક ગુણધર્મોમાંનો એક એ છે કે તેઓ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, જોકે ક્ષારીય ધાતુઓ (જૂથ 1) જેટલી ઝડપથી નહીં.
– Be: સ્થિર BeO સ્તરને કારણે વ્યવહારીક રીતે પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી.
– Mg: ઠંડા પાણી સાથે ખૂબ જ ધીમેથી પ્રતિક્રિયા આપે છે, પરંતુ ગરમ પાણી અથવા વરાળ સાથે વધુ ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપે છે.
– Ca, Sr, Ba: ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને હાઇડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.
ઉદાહરણ પ્રતિક્રિયા:
- કેલ્શિયમ માટે:
Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g)
- પાણીની વરાળ સાથે મેગ્નેશિયમ માટે:
Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g)
આ પ્રતિક્રિયા દર્શાવે છે કે આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ ખૂબ જ મજબૂત ઘટાડનાર એજન્ટો છે, કારણ કે તે પાણીને હાઇડ્રોજન વાયુમાં ઘટાડી શકે છે.
4. ઓક્સિજન અને ઓક્સાઇડ રચના સાથે પ્રતિક્રિયા
આલ્કલાઇન અર્થ ધાતુઓ સામાન્ય રીતે ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ઓક્સાઇડ બનાવે છે. પ્રાથમિક ઉત્પાદનો સામાન્ય રીતે સરળ ઓક્સાઇડ (MO) હોય છે. જોકે, ભારે તત્વો પેરોક્સાઇડ પણ બનાવી શકે છે.
– Mg + O₂ → MgO
– 2Ca + O₂ → 2CaO (મુખ્ય)
– ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં Ba, BaO₂ (પેરોક્સાઇડ) બનાવવાનું વલણ ધરાવે છે:
બા + ઓ₂ → બાઓ₂
ઓક્સાઇડની મૂળભૂતતા ઉપરથી નીચે સુધી વધે છે. BeO એમ્ફોટેરિક છે ( એસિડિક અને બેઝિક બંને હોઈ શકે છે ), MgO નબળું બેઝિક છે, જ્યારે CaO, SrO, અને BaO મજબૂત બેઝિક છે અને પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને હાઇડ્રોક્સાઇડ બનાવે છે.
5. હાઇડ્રોક્સાઇડ રચના અને મૂળભૂત ગુણધર્મો
આલ્કલાઇન અર્થ હાઇડ્રોક્સાઇડ્સમાં સામાન્ય સૂત્ર M(OH)₂ હોય છે. હાઇડ્રોક્સાઇડ્સની મૂળભૂત શક્તિ અને દ્રાવ્યતા જૂથ નીચે મુજબ વધે છે:
– Be(OH)₂ : એમ્ફોટેરિક, ભાગ્યે જ દ્રાવ્ય.
– Mg(OH)₂ : નબળો આધાર, ઓછી દ્રાવ્યતા (એન્ટાસિડ્સ માટે "મેગ્નેશિયાનું દૂધ" તરીકે ઓળખાય છે).
– Ca(OH)₂: કંઈક અંશે દ્રાવ્ય, જેને સ્લેક્ડ લાઈમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
– Sr(OH)₂ અને Ba(OH)₂: વધુ દ્રાવ્ય અને મજબૂત પાયા.
દ્રાવ્યતામાં આ વધારો જાળી ઊર્જામાં ઘટાડો અને હાઇડ્રેશન ઊર્જામાં ફેરફારથી પ્રભાવિત થાય છે. એકંદરે, જૂથ 2 હાઇડ્રોક્સાઇડ્સ માટે, દ્રાવ્યતા નીચે તરફ વધે છે કારણ કે જાળી ઊર્જા હાઇડ્રેશન ઊર્જા ઘટે છે તેના કરતાં વધુ નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે.
6. હેલોજન અને હેલાઇડ રચના સાથે પ્રતિક્રિયાઓ
આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ હેલોજન (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) સાથે પ્રતિક્રિયા આપીને MX₂ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને આયનીય હલાઇડ્સ બનાવે છે.
ઉદાહરણ:
– Mg + Cl₂ → MgCl₂
– Ca + Br₂ → CaBr₂
આલ્કલાઇન અર્થ હેલાઇડ્સ સામાન્ય રીતે આયનીય હોય છે અને તેમના ગલનબિંદુ ઊંચા હોય છે. જોકે, તેમાં મહત્વપૂર્ણ અપવાદો છે: BeCl₂ વધુ સહસંયોજક છે અને પોલિમરીક માળખા બનાવી શકે છે. વધુમાં, હેલાઇડ્સની દ્રાવ્યતા બદલાય છે; ઉદાહરણ તરીકે, CaF₂ તેની ઉચ્ચ જાળી ઊર્જાને કારણે નબળી રીતે દ્રાવ્ય છે.
7. એસિડ અને રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે ગુણધર્મો સાથે પ્રતિક્રિયાઓ
આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ સામાન્ય રીતે એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ક્ષાર અને હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે, જે ઘટાડતા એજન્ટ તરીકે તેમની ભૂમિકા દર્શાવે છે.
ઉદાહરણ:
– Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)
– Ca(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + H₂(g)
કેલ્શિયમની સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા CaSO₄ ના સ્તરની રચના દ્વારા ધીમી કરી શકાય છે, જે કંઈક અંશે અદ્રાવ્ય છે. સામાન્ય રીતે, તમે જૂથમાં જેટલા નીચે જાઓ છો, એસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા તેટલી ઝડપી થાય છે કારણ કે ધાતુ વધુ સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે.
8. કાર્બોનેટ, સલ્ફેટ અને નાઈટ્રેટ ક્ષારની રચના
આલ્કલાઇન પૃથ્વીના ક્ષારમાં લાક્ષણિક દ્રાવ્યતા પેટર્ન હોય છે:
a) કાર્બોનેટ (MCO₃)
આલ્કલાઇન અર્થ કાર્બોનેટ સામાન્ય રીતે પાણીમાં ખૂબ જ ઓછા દ્રાવ્ય હોય છે, ખાસ કરીને CaCO₃, SrCO₃, અને BaCO₃. MgCO₃ પણ પ્રમાણમાં ઓછા દ્રાવ્ય હોય છે. CaCO₃ ચૂનાના પત્થર, આરસપહાણ અને કેલ્સાઇટ તરીકે ખૂબ જ સામાન્ય છે.
આ કાર્બોનેટ ગરમ થવા પર વિઘટિત થાય છે:
– CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)
b) સલ્ફેટ (MSO₄)
સલ્ફેટની દ્રાવ્યતા ઉપરથી નીચે સુધી ઘટે છે:
– MgSO₄ સારી રીતે દ્રાવ્ય છે,
– CaSO₄ કંઈક અંશે દ્રાવ્ય છે,
– BaSO₄ ખૂબ જ ઓછી દ્રાવ્ય છે (ઘણીવાર એક્સ-રે પ્રક્રિયાઓમાં કોન્ટ્રાસ્ટ માધ્યમ તરીકે વપરાય છે કારણ કે તે સલામત અને અદ્રાવ્ય છે).
c) નાઈટ્રેટ (M(NO₃)₂)
આલ્કલાઇન અર્થ નાઈટ્રેટ્સ સામાન્ય રીતે પાણીમાં દ્રાવ્ય હોય છે. જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે આ નાઈટ્રેટ્સ ઓક્સાઇડ, નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ અને ઓક્સિજનમાં વિઘટિત થાય છે:
– 2Ca(NO₃)₂ → 2CaO + 4NO₂ + O₂
9. બેરિલિયમના સંકુલ અને એમ્ફોટેરિક ગુણધર્મો
બેરિલિયમ સૌથી વિચલિત સભ્ય છે. તેના નાના કદ અને ઉચ્ચ +2 ચાર્જને કારણે, Be²⁺ માં ઉચ્ચ ધ્રુવીકરણ ક્ષમતા છે, જે તેના સંયોજનોને વધુ સહસંયોજક બનાવે છે. Be(OH)₂ અને BeO એમ્ફોટેરિક છે, જે એસિડ અને પાયા બંને સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે:
- એસિડ સાથે:
Be(OH)₂ + 2HCl → BeCl₂ + 2H₂O
- મજબૂત પાયા સાથે (બેરીલેટ સંકુલ બનાવે છે):
બન(OH)₂ + 2OH⁻ → [બન(OH)₄]²⁻
આ જટિલ ગુણધર્મો દર્શાવે છે કે બેરિલિયમની રસાયણશાસ્ત્ર અન્ય આલ્કલાઇન પૃથ્વી ધાતુઓ કરતાં ચોક્કસ બિનધાતુ તત્વો સાથે વધુ સમાન છે.
10. કેસિમ્પુલન
આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વોના રાસાયણિક ગુણધર્મો તેમના ns² ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકનથી ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે, જે તેમને M²⁺ આયન તરીકે સ્થિર કરે છે. આયનીકરણ ઊર્જા ઘટતાં Be થી Ba સુધી પ્રતિક્રિયાશીલતા વધે છે. તેઓ પાણી, એસિડ, હેલોજન અને ઓક્સિજન સાથે લાક્ષણિક પેટર્નમાં પ્રતિક્રિયા આપે છે: ઓક્સાઇડ, હાઇડ્રોક્સાઇડ અને આયનીય ક્ષાર બનાવે છે. વધુમાં, હાઇડ્રોક્સાઇડ, કાર્બોનેટ અને સલ્ફેટ જેવા સંયોજનોની દ્રાવ્યતામાં ફેરફાર રાસાયણિક વિશ્લેષણમાં મહત્વપૂર્ણ સામયિક વલણો દર્શાવે છે. તેમાંથી, બેરિલિયમ તેના એમ્ફોટેરિક ગુણધર્મો અને મજબૂત સહસંયોજક વૃત્તિઓ સાથે અનન્ય છે. આલ્કલાઇન પૃથ્વી તત્વોના રાસાયણિક ગુણધર્મોને સમજવું માત્ર સામયિક સિદ્ધાંતમાં જ નહીં પરંતુ ઔદ્યોગિક, પર્યાવરણીય અને રોજિંદા ઉપયોગમાં પણ મહત્વપૂર્ણ છે - ઉદાહરણ તરીકે, ચૂનામાં (CaO/Ca(OH)₂), કાર્બોનેટ ખનિજો, Mg(OH)₂ એન્ટાસિડ્સ અને દવામાં BaSO₄ પણ.
