فلزات قلیایی خاکی

فلزات قلیایی خاکی عبارتند از : بریلیم ، منیزیم ، کلسیم ، استرنسیم ، باریم و رادیُم که فلزهایی به نسبت واکنش پذیر هستند .
وجود در طبیعت :  بریلیم درطبیعت به صورت بریل​\( (Be_{3}Al(SiO_{3})_{6}) \)​ ، منیزیم به طور عمده به صورت دولومیت ​\( (CaCO_{3},MgCO_{3}) \)​و کارنالیت​\( (KMgCl_{3}.6H_{2}O) \)​ ، در سیلیکات های طبیعی و نمک های محلول در آب دریا وجود دارد . کلسیم به صورت انواع کربنات ها ، سنگ گچ​\( (CaSO_{4}.2H_{2}O) \)​ ، دولومیت و سیلیکات ها یافت می شود . استرنسیم به طور عمده به صورت استرونسیت​\( (SrCO_{3}) \)​ و باریم به صورت باریت ​\( (BaSO_{4}) \)​در طبیعت وجود دارد . رادیُم بسیار کمیاب است (در سنگ معدن اورانیوم  به صورت ناخالصی یافت می شود .)

فلزهای قلیایی خاکی ، جلای سفید نقره ای دارند و به نسبت نرم اند . دماهای ذو ب و جوش ، چگالی ، گرماهای ذوب و تبخیر آنها از فلزهای قلیایی همدوره خود بالاتر است . دلیل  آن ، بیشتر بودن تعداد الکترون های لایه ظرفیت اتم ، کوچکتر بودن شعاع فلزی آنها و متبلور شدن در سیستم های انباشته تر است . خواص فیزیکی این فلزها در جدول زیر ارائه شده است .
در جدول زیر ، برخی خواص اتمی فلزهای قلیایی خاکی داده شده است .
خواص شیمیایی : انرژی های نخستین و دومین یونش فلزهای قلیایی خاکی به نسبت کم ، اما انرزی سومین یونش آنها بسیار بالاست ، از این رو در واکنش های شیمیایی به آسانی دو الکترون لایه ظرفیت اتم خود را از دست می دهند و به کاتیون ​\( M^{2+} \)​با آرایش الکترونی اتم گاز نجیب قبل از خود تبدیل می شوند . ( با عد اکسایش دیگری در ترکیب ها شرکت نمی کنند . )
اصولاً بعد از فلزهای قلیایی ، فعّال ترین فلزها محسوب می شوند . مانند فلزهای قلیایی ، در طبیعت به حالت آزاد یافت نمی شوند . اگر چه انرژی نخستین و دومین یونش آنها نسبت به انرژی یونش فلزهای قلیایی بیشتر است ، اما در مقابل ، انرژی آبپوشی و انرژی شبکه بلور ترکیب های یونی فلزهای قلیایی بیشتر است ( از این رو در محلول و ضمن تشکیل ترکیب های یونی به آسانی به کاتیون ​\( M^{2+} \)​تبدیل می شوند . )
بریلیم ، خواص به نسبت متفاوتی با عنصرهای دیگر این گروه دارد . زیرا شعاع اتمی آن به نسبت کوچک و پتانسیل یونی کاتیون ​\( (Be^{2+}) \)​بسیار زیاد است . از این رو مانند کاتیون ​\( (Al^{3+}) \)​( تشابه قطری بریلیم با آلومینیم ) سبب قطبش شدید آنیونها می شود و به طور عمده پیوند کووالانسی تشکیل می دهد . ( در صورتی که فلزهای دیگر این گروه به طور عمده پیوندهای یونی تشکیل می دهند . ) برای مثال ​\( (BeCl_{2}) \)​، ترکیبی کووالانسی است و در حالت جامد به صورت پلیمر با ساختار زنجیری ( با عدد کوئوردیناسیون 4 ) در می آید .
بریلیم سولفید و بریلیم اکسید در حالت گازی ساختار کووالانسی دارند ، اما در حالت جامد شبکه فضایی با عدد کوئوریناسیون 4 به وجود می آورند . ( مانند بلاند روی ) همچنین با مواد آلی قطبی مانند الکل و اتر ترکیب اضافی با فرمول مولکولی​\( BeCl_{2}(OEt_{2}) \)​ تشکیل می دهند . یون آب پوشیده پتانسیل یونی ( چگالی بار مثبت ) زیادی داشته و بر اثر آبکافت ( هیدرولیز )خاصیت اسیدی دارد .

​\( [Be(H_{2}O)_{4}]^{2+}+H_{2}O\longrightarrow H_{3}O^{+}+[Be(H_{2}O)_{3}(OH)]^{2+} \)​

منیزیم خواصی حدواسط بریلیم و عنصرهای دیگر این گروه دارد . اکسید و هیدروکسید آن مانند بریلیم اکسید و بریلیم هیدروکسید در آب بسیار کم حل می شود . بریلیم و منیزیم بر خلاف عنصرهای دیگر این گروه در دمای معمولی با آب واکنش نمی دهند . امّا با بسیاری از نافلزها در دمای معمولی یا بر اثر گرما واکنش می دهند .
تفاوت عمده فلزهای قلیایی خاکی با فلزهای قلیایی در این است که بسیاری از ترکیب های آنها در آب نامحلول اند . غیر از نیترات ، استات و هالید ( به جز​\( CaF_{2} \)​ )نمک های دیگر آنها در آب حل نمی شوند . انحلال پذیری( حلالیت ) اکسید و هیدروکسید آنها با افزایش عدد اتمی افزایش می یابد . اما انحلال پذیری سولفات و کرومات آنها با افزایش عدد اتمی آنها کم می شود . ( با افزایش عدد اتمی ، انرژی آبپوشی آنها بیش از انرژی شبکه بلور آنها کاهش می یابد . ) برخی از ترکیب های آنها مانند​\( MgI_{2} , MgBr_{2} \)​ و ​\( CaF_{2} \)​که خصلت کووالانسی قابل توجهی دارند و به همین دلیل با تشکیل ترکیب های اضافی مانند ​\( MX_{2}(OEt)_{2} \)​در حلال های آلی قطبی مانند الکل حل می شوند . با افزایش عدد اتمی پایداری کربنات و نیترات آنها در مقابل گرما افزایش می یابد . برای مثال بریلیم کربنات در دمای ولی باریم کربنات در دمای تجزیه می شود .

​\( BeCO_{3}\overset{100^\circ C}\longrightarrow BeO+CO_{2}\\ BaCO_{3}\overset{1360^\circ C}\longrightarrow BaO+CO_{2} \)​

خواص شیمیایی فلزهای قلیایی خاکی را می توان چنین خلاصه کرد :

• با تمام هالوژن ها در گرما واکنش می دهند . ​\( M+X_{2}\longrightarrow MX_{2} \)​
• با اکسیژن به اکسید یا پراکسید تبدیل می شوند . ​\( 2M+O_{2}\longrightarrow 2MO \)​در دمای بالا : ​\( Ba+O_{2}\longrightarrow BaO_{2} \)​
• با نیتروژن و فسفر در دمای بالا واکنش می دهند . ​\( 3M+N_{2}\longrightarrow M_{3}N_{2}\\ 6M+P_{4}\longrightarrow2M_3P_{2} \)​
• با کربن افزوخته شده ترکیب می شوند ​. ( دما بالا )​\( M+2C\longrightarrow MC_{2} \)​ 
• با گاز هیدروژن در دمای بالا واکنش می دهد . ​\( M+H_{2}\longrightarrow MH_{2} \)​
• کلسیم ، استرنسیم و باریم با آب در دمای معمولی واکنش می دهند اما منیزیم اگرداغ باشد با بخار آب جوش واکنش می دهد .

( در دمای معمولی) ​\( M+2H_{2}O\longrightarrow H_{2}+M(OH)_{2} \)​
( بخار آب جوش ) ​\( Mg+H_{2}O\longrightarrow H_{2}+MgO \)​

( بریلیم حتی در دمای سرخ ( بالاتر از 100 درجه )با آب واکنش نمی دهد . )

• به هیدروکلریک اسید و محلول رقیق سولفوریک اسید و استیک اسید واکنش داده و گاز هیدروژن آزاد می کند .

​\( M+2H^{+}\longrightarrow M^{2+}+H_{2} \)​

• کلسیم ، استرنسیم و باریم ، مانند فلزهای قلیایی با آمونیاک مایع واکنش می دهند .​

\( M+2NH_{3}(l)\longrightarrow M(^{2+}NH_{2})_{2}+H_{2} \)​

روش های تهیّه : بریلیم را در صنعت به روش کاهش کلرید یا اکسید آن به وسیله کلسیم یا منیزیم تهیه می کنند .

​\( BeCl_{2}(s)+Mg(l)\longrightarrow Be+MgCl_{2} \)​

منیزیم را به صورت هیدروکسید از آب دریا جدا می سازند و به صورت کلرید در می آورند ، پس از خشک کردن آن را ذوب و برق کافت ( الکترولیز ) می کنند . منیزیم را از تجزیه گرمایی دولومیت نیز طبق واکنش های زیر تهیه می کنند .

​\( CaCO_{3}.MgCO_{3}\longrightarrow 2CO_{2}(g)+CaO.MgO\\ CaO.MgO+FeSi\longrightarrow Mg+FeSiO_{3}+CaSiO_{3} \)​

کاربردهای فلزهای قلیایی خاکی : چون بریلیم ، پرتوهای X را از خود عبور می دهد از آن در تهیه دریچه دستگاه های مولّد پرتوهای X استفاده می کنند ، چون دیرگداز و پوشاننده است و خواص سرامیکی دارد ، در ساختار راکتور اتمی مصرف می شود . با نیکل آلیاژی می دهد که در مقابل آب دریا مقاوم است ، از این رو در کشتی سازی مصرف می شود .
کلسیم به عنوان کاهنده در استخراج فلزها ( به ویژه لانتانیدها و اکتنیدها ) مصرف می شود . به دلیل میل ترکیبی زیادی که با اکسیژن و نیتروژن دارد ، برای جذب هوای محلول در فلزهای مذاب و در تخلیه کامل هوای داخل لامپ های الکتریکی از آن استفاده می شود .
منیزیم در تهیه آلیاژهای سبک و بسیار محکم به ویژه با آلومینیم در صنعت هواپیما سازی مصرف می شود ( به صورت واکنشگر گرینیارد در تهیه مواد آلی نیز کاربرد دارد . )