Шүлтлэг дэлхийн элементүүдийн химийн шинж чанарууд
Шүлтлэг шороон элементүүд нь үелэх хүснэгтийн IIA бүлэгт (2-р бүлэг) багтдаг элементүүдийн бүлэг юм. Үүнд бериллий (Be), магни (Mg), кальци (Ca), стронций (Sr), бари (Ba), радиум (Ra) багтдаг. Энэ бүлгийг "шүлтлэг шороон" гэж нэрлэдэг, учир нь тэдгээрийн исэл нь үндсэн (шүлтлэг) бөгөөд химийн эхэн үед ихэвчлэн "шороо" эрдэс (чулуулаг)-д байдаг байжээ. Химийн үүднээс авч үзвэл шүлтлэг шороон элементүүд нь хоёр валент электронтой тул +2 цэнэгтэй ион үүсгэх хандлагатай байдаг. Энэ шинж чанар нь энэ элементийн гэр бүлийн урвалд орох чадвар, холбооны төрөл, урвалын онцлог шинж чанарт гол үүрэг гүйцэтгэдэг.
1. Электрон тохиргоо ба исэлдэлтийн тоо
Ерөнхийдөө шүлтлэг шороон элементүүдийн гаднах электрон тохиргоо нь ns² байдаг. Энэ нь тэдний хамгийн гаднах бүрхүүлд хоёр валентын электрон байдаг гэсэн үг юм. Эдгээр элементүүд эрхэм хийн тохиргоонд хүрэхэд илүү тогтвортой байдаг тул урвалд орохдоо хоёр электроноо алдаж, M²⁺ катион үүсгэдэг. Тиймээс шүлтлэг шороон элементүүдийн хамгийн түгээмэл бөгөөд тогтвортой исэлдэлтийн тоо нь +2 юм.
+2 ион үүсгэх хандлага нь шүлтлэг шороон нэгдлүүдийг ихэвчлэн ион болгодог, ялангуяа Ca, Sr, Ba зэрэг хүнд элементүүдийн хувьд. Гэсэн хэдий ч Be зэрэг жижиг элементүүд нь арай өөр шинж чанартай байдаг; тэдгээрийн нэгдлүүд нь өндөр туйлшралтай тул илүү ковалент байх хандлагатай байдаг.
2. Ионжуулалтын энерги ба урвалд орох чадвар
Шүлтлэг шороон элементүүдийн урвалд орох чадвар нь бүлгийн дээрээс доош нэмэгддэг. Энэ нь атомын радиус нэмэгдэж, иончлолын энерги буурахтай холбоотой. Доошлох тусам валентийн электронууд цөмөөс холдож, амархан салдаг тул элемент илүү урвалд ордог.
Урвалын хандлагын ерөнхий дараалал нь дараах байдалтай байна.
Be < Mg < Ca < Sr < Ba < Ra
Гэсэн хэдий ч берилли нь өвөрмөц бөгөөд бусад гишүүдээс хамаагүй бага урвалд ордог гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ нь гадаргууг нь хамгаалдаг нимгэн исэл давхарга үүсдэг тул ердийн нөхцөлд устай хурдан урвалд ордоггүй. 3. Устай урвалд орох Шүлтлэг шороон металлын гайхалтай химийн шинж чанаруудын нэг нь устай урвалд орох чадвар боловч шүлтийн металлууд (1-р бүлэг) шиг хурдан биш юм. - Be: тогтвортой BeO давхаргын улмаас устай бараг урвалд ордоггүй. - Mg: хүйтэн устай маш удаан урвалд ордог боловч халуун ус эсвэл ууртай илүү хурдан урвалд ордог. - Ca, Sr, Ba: хүйтэн устай урвалд орж гидроксид ба устөрөгчийн хий үүсгэдэг. Урвалын жишээ: - Кальцийн хувьд: Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g) - Ууртай магнийн хувьд: Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g) Эдгээр урвалууд нь шүлтлэг шороон металлууд нь усыг устөрөгчийн хий болгон бууруулж чаддаг тул нэлээд хүчтэй бууруулагч бодис болохыг харуулж байна. 4. Хүчилтөрөгч ба оксид үүсэх урвалууд Шүлтлэг шороон элементүүд нь ерөнхийдөө хүчилтөрөгчтэй урвалд орж исэл үүсгэдэг. Анхдагч бүтээгдэхүүн нь ихэвчлэн энгийн исэл (MO) байдаг. Гэсэн хэдий ч хүнд элементүүд нь хэт исэл үүсгэж болно. - Mg + O₂ → MgO - 2Ca + O₂ → 2CaO (анхдагч) - Ba нь тодорхой нөхцөлд BaO₂ (хэт исэл) үүсгэх хандлагатай байдаг: Ba + O₂ → BaO₂ Оксидын шүлтлэг чанар нь дээрээс доош нэмэгддэг. BeO нь амфотер (хүчиллэг ба шүлтлэг байж болно), MgO нь сул шүлтлэг, харин CaO, SrO, BaO нь хүчтэй шүлтлэг бөгөөд устай урвалд орж гидроксид үүсгэдэг. 5. Гидроксид үүсэх ба шүлтлэг чанар Шүлтлэг шороон гидроксидууд нь M(OH)₂ ерөнхий томъёотой. Гидроксидын шүлтлэг чанар ба уусах чадвар нь бүлгийн дээрээс доош нэмэгддэг: - Be(OH)₂: амфотер, муу уусдаг. - Mg(OH)₂: сул суурь, бага уусах чадвартай (антацидын хувьд "магнийн сүү" гэгддэг). - Ca(OH)₂: бага зэрэг уусдаг, унтраасан шохой гэгддэг. - Sr(OH)₂ ба Ba(OH)₂: илүү уусдаг, илүү бат бөх суурь. Уусах чадварын энэхүү өсөлт нь торны энерги буурах болон гидратжуулалтын энергийн өөрчлөлтөөс хамаардаг. Ерөнхийдөө 2-р бүлгийн гидроксидын хувьд уусах чадвар нь доошоо нэмэгддэг, учир нь торны энерги нь гидратжуулалтын энерги буурахаас илүү мэдэгдэхүйц буурдаг. 6. Галоген ба галоген үүсэлттэй урвалд орох Шүлтлэг шороон металлууд нь галоген (F₂, Cl₂, Br₂, I₂)-тай урвалд орж MX₂ томъёотой ионы галоген үүсгэдэг. Жишээ нь: - Mg + Cl₂ → MgCl₂ - Ca + Br₂ → CaBr₂ Шүлтлэг шороон галогенид нь ерөнхийдөө ион бөгөөд өндөр хайлах цэгтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч чухал үл хамаарах зүйлүүд байдаг: BeCl₂ нь илүү ковалент бөгөөд полимер бүтэц үүсгэж чаддаг. Үүнээс гадна галогенийн уусах чадвар нь харилцан адилгүй байдаг; жишээлбэл, CaF₂ нь маш өндөр торны энергийн улмаас муу уусдаг. 7. Хүчилтэй урвалд орох ба бууруулагч бодис болох шинж чанарууд Шүлтлэг шороон галогенид нь ерөнхийдөө хүчилтэй урвалд орж давс, устөрөгчийн хий үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бууруулагч бодис болох үүргээ харуулж байна. Жишээ нь: - Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g) - Ca(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + H₂(g) Кальцийн хүхрийн хүчилтэй урвалд орох нь харьцангуй муу уусдаг CaSO₄ давхарга үүссэний улмаас удааширч болно. Ерөнхийдөө бүлэг бага байх тусам металл нь илүү амархан исэлддэг тул хүчилтэй урвалд орох нь хурдан байдаг. 8. Карбонат, сульфат, нитрат давс үүсэх Шүлтлэг шороон давс нь уусах шинж чанартай байдаг: a) Карбонат (MCO₃) Шүлтлэг шороон карбонатууд нь усанд уусахад ерөнхийдөө хэцүү байдаг, ялангуяа CaCO₃, SrCO₃, BaCO₃. MgCO₃ нь мөн уусахад харьцангуй хэцүү байдаг. CaCO₃ нь шохойн чулуу, гантиг, кальцит зэрэгт маш түгээмэл байдаг. Эдгээр карбонатууд халаахад задардаг: - CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) b) Сульфат (MSO₄) Сульфатын уусах чадвар дээрээс доош буурдаг: - MgSO₄ сайн уусдаг, - CaSO₄ бага зэрэг уусдаг, - BaSO₄ маш муу уусдаг (аюулгүй бөгөөд уусдаггүй тул рентген шинжилгээнд тодосгогч бодис болгон ашигладаг). c) Нитрат (M(NO₃)₂) Шүлтлэг шороон нитратууд нь ерөнхийдөө усанд уусдаг. Халаахад эдгээр нитратууд нь исэл, азотын давхар исэл, хүчилтөрөгч болж задардаг: - 2Ca(NO₃)₂ → 2CaO + 4NO₂ + O₂ 9. Бериллийн цогцолбор ба амфотер шинж чанарууд Бериллий нь хамгийн хазайлттай гишүүн юм. Жижиг хэмжээтэй, өндөр +2 цэнэгтэй тул Be²⁺ нь өндөр туйлшралын хүчтэй тул нэгдлүүд нь илүү ковалент байдаг. Be(OH)₂ ба BeO нь амфотер бөгөөд хүчил ба сууриудтай урвалд орох чадвартай: - Хүчилтэй: Be(OH)₂ + 2HCl → BeCl₂ + 2H₂O - Хүчтэй сууриудтай (бериллатын цогцолбор үүсгэдэг): Be(OH)₂ + 2OH⁻ → [Be(OH)₄]²⁻ Эдгээр цогцолбор шинж чанарууд нь бериллийн химийн найрлага нь бусад шүлтлэг шороон металлынхоос илүү зарим металл бус металлынхтай илүү төстэй болохыг харуулж байна. 10. Дүгнэлт Шүлтлэг шороон элементүүдийн химийн шинж чанарт тэдгээрийн ns² электрон тохиргоо хүчтэй нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг M²⁺ ион хэлбэрээр тогтвортой болгодог. Ионжуулалтын энерги буурах тусам Be-ээс Ba хүртэл урвалд орох чадвар нэмэгддэг. Тэд ус, хүчил, галоген, хүчилтөрөгчтэй өвөрмөц хэв маягаар урвалд ордог: исэл, гидроксид, ионы давс үүсгэдэг. Үүнээс гадна, гидроксид, карбонат, сульфат зэрэг нэгдлүүдийн уусах чадварын өөрчлөлт нь химийн шинжилгээнд чухал үечилсэн чиг хандлагыг харуулж байна. Тэдгээрийн дотроос берилли нь амфотер шинж чанар болон хүчтэй ковалент хандлагаараа өвөрмөц юм. Шүлтлэг шороон металлын химийн шинж чанарыг ойлгох нь зөвхөн үечилсэн онолд төдийгүй аж үйлдвэр, байгаль орчин, өдөр тутмын хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой - жишээлбэл, шохой (CaO/Ca(OH)₂), карбонатын эрдэс бодис, Mg(OH)₂ антацид, тэр ч байтугай анагаах ухаанд BaSO₄ зэрэгт чухал ач холбогдолтой.
