ක්ෂාරීය පෘථිවි මූලද්රව්යවල රසායනික ගුණාංග
ක්ෂාරීය පාංශු මූලද්රව්ය යනු ආවර්තිතා වගුවේ IIA කාණ්ඩයේ (2 වන කාණ්ඩයේ) ඇති මූලද්රව්ය සමූහයකි, එනම් බෙරිලියම් (Be), මැග්නීසියම් (Mg), කැල්සියම් (Ca), ස්ට්රොන්ටියම් (Sr), බේරියම් (Ba) සහ රේඩියම් (Ra). මෙම කාණ්ඩය "ක්ෂාරීය පාංශු" ලෙස හඳුන්වනු ලබන්නේ ඒවායේ ඔක්සයිඩ මූලික (ක්ෂාරීය) වන අතර රසායන විද්යාවේ මුල් දිනවල බොහෝ විට "පෘථිවි" ඛනිජ (පාෂාණ) වල දක්නට ලැබුණු බැවිනි. රසායනික දෘෂ්ටිකෝණයකින්, ක්ෂාරීය පාංශු මූලද්රව්යවලට සංයුජතා ඉලෙක්ට්රෝන දෙකක් ඇති බව දන්නා බැවින් ඒවා +2 ආරෝපණයක් සහිත අයන සෑදීමට නැඹුරු වේ. මෙම ගුණාංගය මෙම මූලද්රව්ය පවුලේ ප්රතික්රියාශීලීත්වය, බන්ධන වර්ග සහ ලාක්ෂණික ප්රතික්රියා රටා සඳහා කේන්ද්රීය වේ.
1. ඉලෙක්ට්රෝන වින්යාසය සහ ඔක්සිකරණ අංක
සාමාන්යයෙන්, ක්ෂාරීය පෘථිවි මූලද්රව්යවලට ns² බාහිර ඉලෙක්ට්රෝන වින්යාසයක් ඇත. මෙයින් අදහස් කරන්නේ ඒවායේ බාහිරම කවචයේ සංයුජතා ඉලෙක්ට්රෝන දෙකක් ඇති බවයි. ඒවා උච්ච වායු වින්යාසයක් ලබා ගන්නා විට ඒවා වඩාත් ස්ථායී වන බැවින්, මෙම මූලද්රව්ය ප්රතික්රියා කරන විට ඉලෙක්ට්රෝන දෙකක් අහිමි වී M²⁺ කැටායනය සාදයි. එබැවින්, ක්ෂාරීය පෘථිවි මූලද්රව්ය සඳහා වඩාත් පොදු සහ ස්ථායී ඔක්සිකරණ අංකය +2 වේ.
+2 අයන සෑදීමේ ප්රවණතාවය නිසා ක්ෂාරීය පාංශු සංයෝග බොහෝ විට අයනික වේ, විශේෂයෙන් Ca, Sr සහ Ba වැනි බර මූලද්රව්ය සඳහා. කෙසේ වෙතත්, Be වැනි කුඩා මූලද්රව්ය තරමක් වෙනස් ගුණ ඇත; ඒවායේ ඉහළ ධ්රැවීකරණය හේතුවෙන් ඒවායේ සංයෝග වඩාත් සහසංයුජ වීමට නැඹුරු වේ.
2. අයනීකරණ ශක්තිය සහ ප්රතික්රියාශීලීත්වය
ක්ෂාරීය පෘථිවි මූලද්රව්යවල ප්රතික්රියාශීලීත්වය කාණ්ඩයේ ඉහළ සිට පහළට වැඩි වේ. මෙය පරමාණුක අරය වැඩි වීම සහ අයනීකරණ ශක්තිය අඩුවීම සමඟ සම්බන්ධ වේ. ඔබ පහළට යන විට, සංයුජතා ඉලෙක්ට්රෝන න්යෂ්ටියෙන් ඈත්ව ඇති අතර ඒවා වඩාත් පහසුවෙන් ඉවත් කළ හැකි බැවින් මූලද්රව්යය වඩාත් ප්රතික්රියාශීලී වේ.
ප්රතික්රියාශීලී ප්රවණතාවල සාමාන්ය අනුපිළිවෙල:
< Mg < Ca < Sr < Ba < Ra වන්න
කෙසේ වෙතත්, බෙරිලියම් අද්විතීය වන අතර අනෙකුත් සාමාජිකයින්ට වඩා බෙහෙවින් අඩු ප්රතික්රියාශීලී බව සැලකිල්ලට ගත යුතුය. එහි මතුපිට ආරක්ෂා කරන තුනී ඔක්සයිඩ් තට්ටුවක් සෑදෙන බැවින් එය සාමාන්ය තත්වයන් යටතේ ජලය සමඟ වේගයෙන් ප්රතික්රියා නොකරයි. 3. ජලය සමඟ ප්රතික්රියාව ක්ෂාර පෘථිවි ලෝහවල කැපී පෙනෙන රසායනික ගුණාංගවලින් එකක් වන්නේ ක්ෂාර ලෝහ (1 කාණ්ඩය) තරම් වේගයෙන් නොවුනත් ජලය සමඟ ප්රතික්රියා කිරීමට ඇති හැකියාවයි. - Be: ප්රායෝගිකව ස්ථායී BeO ස්ථරය නිසා ජලය සමඟ ප්රතික්රියා නොකරයි. - Mg: සීතල ජලය සමඟ ඉතා සෙමින් ප්රතික්රියා කරයි, නමුත් උණු වතුර හෝ වාෂ්ප සමඟ වඩා වේගයෙන් ප්රතික්රියා කරයි. - Ca, Sr, Ba: හයිඩ්රොක්සයිඩ් සහ හයිඩ්රජන් වායුව නිපදවීමට සීතල ජලය සමඟ ප්රතික්රියා කරයි. ප්රතික්රියා සඳහා උදාහරණ: - කැල්සියම් සඳහා: Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g) - වාෂ්ප සහිත මැග්නීසියම් සඳහා: Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g) මෙම ප්රතික්රියාවලින් පෙනී යන්නේ ක්ෂාරීය පෘථිවි ලෝහ තරමක් ශක්තිමත් අඩු කිරීමේ කාරක බවයි, මන්ද ඒවාට ජලය හයිඩ්රජන් වායුව බවට අඩු කළ හැකිය. 4. ඔක්සිජන් සහ ඔක්සයිඩ් සැකැස්ම සමඟ ප්රතික්රියා ක්ෂාරීය පෘථිවි මූලද්රව්ය සාමාන්යයෙන් ඔක්සිජන් සමඟ ප්රතික්රියා කර ඔක්සයිඩ සාදයි. ප්රාථමික නිෂ්පාදනය සාමාන්යයෙන් සරල ඔක්සයිඩ් (MO) වේ. කෙසේ වෙතත්, බරින් වැඩි මූලද්රව්යවලට පෙරොක්සයිඩ් ද සෑදිය හැකිය. - Mg + O₂ → MgO - 2Ca + O₂ → 2CaO (ප්රාථමික) - Ba ඇතැම් තත්වයන් යටතේ BaO₂ (පෙරොක්සයිඩ්) සෑදීමට නැඹුරු වේ: Ba + O₂ → BaO₂ ඔක්සයිඩවල භාෂ්මිකතාව ඉහළ සිට පහළට වැඩි වේ. BeO ඇම්ෆොටරික් (ආම්ලික සහ මූලික යන දෙකම විය හැක), MgO දුර්වල ලෙස භාෂ්මික වන අතර CaO, SrO සහ BaO දැඩි ලෙස භාෂ්මික වන අතර හයිඩ්රොක්සයිඩ් සෑදීමට ජලය සමඟ ප්රතික්රියා කරයි. 5. හයිඩ්රොක්සයිඩ් සැකැස්ම සහ මූලිකත්වය ක්ෂාරීය පෘථිවි හයිඩ්රොක්සයිඩ්වලට සාමාන්ය සූත්රය M(OH)₂ ඇත. හයිඩ්රොක්සයිඩ්වල මූලික ශක්තිය සහ ද්රාව්යතාව කාණ්ඩයේ ඉහළ සිට පහළට වැඩි වේ: - Be(OH)₂: ඇම්ෆොටරික්, දුර්වල ලෙස ද්රාව්ය වේ. - Mg(OH)₂: දුර්වල භෂ්ම, අඩු ද්රාව්යතාව (ඇන්ටාසිඩ් සඳහා "මැග්නීසියාවේ කිරි" ලෙස හැඳින්වේ). - Ca(OH)₂: තරමක් ද්රාව්ය, ස්ලැක්ඩ් දෙහි ලෙස හැඳින්වේ. - Sr(OH)₂ සහ Ba(OH)₂: වඩාත් ද්රාව්ය සහ ශක්තිමත් භෂ්ම. මෙම ද්රාව්යතාව වැඩිවීමට බලපාන්නේ දැලිස් ශක්තියේ අඩුවීමක් සහ සජලනය ශක්තියේ වෙනස්වීම් ය. සමස්තයක් වශයෙන්, 2 කාණ්ඩයේ හයිඩ්රොක්සයිඩ් සඳහා, ද්රාව්යතාව පහළට වැඩි වන්නේ දැලිස් ශක්තිය සජලනය ශක්තියේ අඩුවීමට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වන බැවිනි. 6. හැලජන් සහ හැලයිඩ් සැකැස්ම සමඟ ප්රතික්රියා ක්ෂාරීය පෘථිවි ලෝහ හැලජන් (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) සමඟ ප්රතික්රියා කර MX₂ සූත්රය සමඟ අයනික හේලයිඩ සාදයි. උදාහරණ: - Mg + Cl₂ → MgCl₂ - Ca + Br₂ → CaBr₂ ක්ෂාරීය පෘථිවි හේලයිඩ සාමාන්යයෙන් අයනික වන අතර ඉහළ ද්රවාංක ඇත. කෙසේ වෙතත්, වැදගත් ව්යතිරේක පවතී: BeCl₂ වඩාත් සහසංයුජ වන අතර බහු අවයවික ව්යුහයන් සෑදිය හැකිය. ඊට අමතරව, හේලයිඩවල ද්රාව්යතාව වෙනස් වේ; උදාහරණයක් ලෙස, CaF₂ එහි ඉතා ඉහළ දැලිස් ශක්තිය නිසා දුර්වල ලෙස ද්රාව්ය වේ. 7. අඩු කිරීමේ කාරක ලෙස අම්ල සහ ගුණාංග සමඟ ප්රතික්රියා ක්ෂාරීය පෘථිවි හේලයිඩ සාමාන්යයෙන් අම්ල සමඟ ප්රතික්රියා කර ලවණ සහ හයිඩ්රජන් වායුව නිපදවයි, අඩු කිරීමේ කාරක ලෙස ඒවායේ භූමිකාව පෙන්නුම් කරයි. උදාහරණ: - Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g) - Ca(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + H₂(g) සල්ෆියුරික් අම්ලය සමඟ කැල්සියම් ප්රතික්රියාව තරමක් දුර්වල ලෙස ද්රාව්ය වන CaSO₄ තට්ටුවක් සෑදීම නිසා මන්දගාමී විය හැක. සාමාන්යයෙන්, කාණ්ඩය අඩු වන තරමට, අම්ල සමඟ ප්රතික්රියාව වේගවත් වේ, මන්ද ලෝහය පහසුවෙන් ඔක්සිකරණය වේ. 8. කාබනේට්, සල්ෆේට් සහ නයිට්රේට් ලවණ සෑදීම ක්ෂාරීය පෘථිවි ලවණවල ලාක්ෂණික ද්රාව්යතා රටාවක් ඇත: a) කාබනේට් (MCO₃) ක්ෂාරීය පෘථිවි කාබනේට් සාමාන්යයෙන් ජලයේ, විශේෂයෙන් CaCO₃, SrCO₃ සහ BaCO₃ හි දිය වීමට අපහසුය. MgCO₃ ද විසුරුවා හැරීමට සාපේක්ෂව අපහසුය. CaCO₃ හුණුගල්, කිරිගරුඬ සහ කැල්සයිට් ලෙස ඉතා සුලභ වේ. රත් කළ විට මෙම කාබනේට් දිරාපත් වේ: - CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) b) සල්ෆේට් (MSO₄) සල්ෆේට් වල ද්රාව්යතාව ඉහළ සිට පහළට අඩු වේ: - MgSO₄ හොඳින් ද්රාව්ය වේ, - CaSO₄ තරමක් ද්රාව්ය වේ, - BaSO₄ ඉතා දුර්වල ලෙස ද්රාව්ය වේ (බොහෝ විට x-කිරණ ක්රියා පටිපාටිවල ප්රතිවිරුද්ධ මාධ්යයක් ලෙස භාවිතා කරයි, මන්ද එය ආරක්ෂිත සහ දිය නොවන බැවිනි). c) නයිට්රේට් (M(NO₃)₂) ක්ෂාරීය පාංශු නයිට්රේට් සාමාන්යයෙන් ජලයේ ද්රාව්ය වේ. රත් කළ විට, මෙම නයිට්රේට් ඔක්සයිඩ්, නයිට්රජන් ඩයොක්සයිඩ් සහ ඔක්සිජන් බවට දිරාපත් වීමට නැඹුරු වේ: - 2Ca(NO₃)₂ → 2CaO + 4NO₂ + O₂ 9. බෙරිලියම් වල සංකීර්ණ සහ ඇම්ෆොටරික් ගුණාංග බෙරිලියම් යනු වඩාත්ම අපගමන සාමාජිකයා වේ. එහි කුඩා ප්රමාණය සහ ඉහළ +2 ආරෝපණය නිසා, Be²⁺ විශාල ධ්රැවීකරණ බලයක් ඇති බැවින් එහි සංයෝග වඩාත් සහසංයුජ වේ. Be(OH)₂ සහ BeO ඇම්ෆොටරික් වන අතර අම්ල සහ භෂ්ම දෙකම සමඟ ප්රතික්රියා කළ හැකිය: - අම්ල සමඟ: Be(OH)₂ + 2HCl → BeCl₂ + 2H₂O - ශක්තිමත් භෂ්ම සමඟ (බෙරිලේට් සංකීර්ණ සාදයි): Be(OH)₂ + 2OH⁻ → [Be(OH)₄]²⁻ මෙම සංකීර්ණ ගුණාංගවලින් පෙනී යන්නේ බෙරිලියම් වල රසායන විද්යාව අනෙකුත් ක්ෂාරීය පෘථිවි ලෝහවලට වඩා ඇතැම් ලෝහ නොවන ඒවාට සමාන බවයි. 10. නිගමනය ක්ෂාරීය පෘථිවි මූලද්රව්යවල රසායනික ගුණාංග ඒවායේ ns² ඉලෙක්ට්රෝන වින්යාසය මගින් දැඩි ලෙස බලපාන අතර එමඟින් ඒවා M²⁺ අයන ආකාරයෙන් ස්ථායී වේ. අයනීකරණ ශක්තිය අඩු වන විට ප්රතික්රියාශීලීත්වය Be සිට Ba දක්වා වැඩි වේ. ඒවා ලාක්ෂණික රටාවකින් ජලය, අම්ල, හැලජන් සහ ඔක්සිජන් සමඟ ප්රතික්රියා කරයි: ඔක්සයිඩ්, හයිඩ්රොක්සයිඩ් සහ අයනික ලවණ සාදයි. ඊට අමතරව, හයිඩ්රොක්සයිඩ්, කාබනේට් සහ සල්ෆේට් වැනි සංයෝගවල ද්රාව්යතාවයේ වෙනස්වීම් රසායනික විශ්ලේෂණයේ වැදගත් ආවර්තිතා ප්රවණතා පෙන්නුම් කරයි. ඒවා අතර, බෙරිලියම් එහි ඇම්ෆොටරික් ගුණාංග සහ ශක්තිමත් සහසංයුජ ප්රවණතා සඳහා අද්විතීය වේ. ක්ෂාරීය පෘථිවි ලෝහවල රසායනික ගුණාංග අවබෝධ කර ගැනීම ආවර්තිතා න්යායේ පමණක් නොව කාර්මික, පාරිසරික සහ එදිනෙදා යෙදීම්වල ද වැදගත් වේ - නිදසුනක් ලෙස, දෙහි (CaO/Ca(OH)₂), කාබනේට් ඛනිජ, Mg(OH)₂ ප්රතිදේහ සහ වෛද්ය විද්යාවේ BaSO₄ පවා.