2.5.7.Физические свойства

Бериллий - металл серебристо-белого цвета. Довольно тверд и хрупок. Обладает диа­магнитными свойствами. На воздухе он покрывается тонкой окисной пленкой предающей металлу серый, матовый цвет и предохраняющей от дальнейшей коррозии. Сжимаемость бериллия очень мала. Меньше всех металлов (в 17 раз меньше А1) задерживает рентгенов­ское излучение. Он кристаллизуется в ГПУ-структуре с периодами а=0,228 нм, и с=0,358 нм, КЧ=6. При 1254 С гексагональная а, модификация переходит в кубическую (3. Бериллий об­разует эвтектические сплавы с А1 и Si.

Магний - также имеет серебристо-белый цвет. Относительно бериллия он более мягок и пластичен. На воздухе тускнеет за счет окисления. Магний хорошо растворяет водород. В отличие от бериллия парамагнитен. Пары магния содержат молекулы Mg2, энергия диссо­циации которых оценивается в 7 ккал/моль. Сжимаемость Mg мала, под давлением в 100 тыс. атм его объем уменьшается до 0,85 исходного

Некоторые физические константы металлов приведены ниже в таблице:

Таблица физических констант металлов

Таблица2.5.1

Теплота возгонки (при 25 С), ккал/г-атом                  78          35

Электропроводность (Hg=l)                                         23          22

ОЭО                                                                           1,47       1,23

Теплоемкость, Дж\(кгК)                                            1826      1047

2.5.8.Химические свойства элементов

С химической точки зрения Be и особенно магний - активные металлы, с высоким сродством к окислителям (кислород, галогениды и др.). На воздухе бериллий и магний по­крываются тонкой оксидной пленкой. Вода не действует на бериллий. Магний медленно вы­тесняет из воды водород при кипячении. Оба элемента сгорают на воздухе при нагревании по реакции 2Э+О₂=2ЭО, выделяя много тепла и света (на этом основано применение магния в пиротехнике). Помимо оксидов образуется еще Э₃N₂. Магний загорается при 650 С, берил­лий - при 900 С. Оба соединяются с галогенами, а при нагревании - с серой и азотом. Оба элемента восстанавливают Si, Ti, К, Ва из окислов. Магний, как правило, реагирует энергич­нее. Оба элемента хорошо растворимы в разбавленных кислотах, не являющихся окислите­лями. Бериллий растворяется в HNO₃ лишь при нагревании. Горячая концентрированная серная кислота медленно растворяет Э выделяя SO₂ или H₂S. НГ (Г=С1, Вг, I) в газообразном состоянии легко действуют на Э. На магний не оказывают заметного действия HF любой концентрации, растворы NaOH, Nа₂СОз. На бериллий же концентрированные растворы ще­лочей действуют уже при комнатной температуре по схеме:

2NaOH +Ве + 2Н₂О = Na₂[Be(OH)₄]+ H₂. В этом бериллий сходен с алюминием. С во­дородом соединяется непосредственно лишь магний (при давлении). Be до температуры плавления с водородом не реагирует, однако при термическом разложении бериллийорганических соединений (2000 С) образуется ВеН₂.

С водным раствором аммиака бериллий не реагирует. Магний тоже почти не растворя­ется в аммиачном растворе, однако, постепенно растворяется в растворе солей аммония по схеме: 2NH₄⁺ + Mg²⁺ = Mg²⁺ + Н₂ + NH₃. Be из солей аммония растворяется лишь в крепком растворе NH₄F по схеме: 4NH₄F + Be = (NH₄)₂BeF₄ + H₂ + 2NH₃. Различия в химизме раство­рения доказывают большую комплексообразовательную способность бериллия.

2.5.9.Химические свойства соединений элементов

Нормальные электродные потенциалы реакций Be -2е = Be²⁺ и Mg - 2е = Mg²⁺  равны соответственно φ_о=-1,7В и φ_о=-1,55В. Ниже представлены теплоты образования некоторых соединений магния и бериллия, рассчитанные в ккал на грамм-эквивалент металла:

Таблица теплоты образования некоторых соединений магния и бериллия

Таблица 2.5.2.

Из приведенных данных видно, что теплоты образования аналогичных производных бериллия и магния близки при сравнительно малых объемах металлоидных атомов (F, О, N) и сильно расходятся при больших (CI, Br, I, S).

Гидрид Be получают смешиванием гидрида лития с хлоридом Be, или по схеме:

Li[А1Н₄] + 2Ве(Сl₃)₂ = 2ВеН₂ + Li[AlCl₄].

 Гидрид магния получают непосредственно из элементов при нагревании и давлении.

ЭН₂ - белые твердые вещества, плохо растворимые в эфире. Выделяют водород из воды и спиртов: ЭН₂ + 2Н₂O= Э(ОН)₂ + 2Н₂ и ЭН₂ + 2СН₃ОН = Э(ОСН₃)₂ + 2Н₂.

 Оксиды Be и Mg - весьма тугоплавкие, белые, малорастворимые в воде вещества. Могут быть получены прокаливанием оксалатов, нитратов, карбонатов:

ЭСO₃ = ЭО + СO₂,       2Э(NO₃)₂ = 2ЭО + 4NO₂ + O₂, ЭС₂O₄ = СO₂ + СО + ЭО.

Также могут быть получены сжиганием соответствующих металлов в кислороде. Рас­творимы в кислотах:   ЭО + 2Н⁺ = Э²⁺ + Н₂О.

ВеО растворяется в щелочах по схеме: ВеО + 2NaOH + H₂O = Na₂[Be(OH)₄]. Ядерные рас­стояния в кристаллах MgO (t. пл. 2850С) и ВеО (t. пл. 2580С) равны соответственно 2,10 и 1,64 А, а у их индивидуальных молекул (в парах) - 1,33 и 1,75 А. Пары ЭО сильно диссоции­рованы на элементы. Охлаждение расплава ВеО ведет к образованию стекла. Кристаллы ВеО имеют структуру вюрцита, что свидетельствует о малой полярности связи. Кристаллы MgO имеют структуру NaCl. Обе окиси растворимы в кислотах тем труднее, чем сильнее они бы­ли предварительно прокалены. Такое снижение реакционной способности обусловлено в данном случае укрупнением кристаллов. При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и СО₂, переходя в Mg(OH)₂ и в MgCO₃. Окисид магния изредка встречается в /природе (минерал периклаз). Получаемая прокаливанием природного магнезита MgO является исходным продуктом для изготовления различных огнеупорных изделий.

Белые аморфные гидроксиды магния и бериллия мало растворимы в воде. Растворенная часть Mg(OH)₂ диссоциирована по типу основания и является электролитом слабой силы, а Ве(ОН)₂ имеет амфотерный характер и диссоциирует по суммарной схеме:

Ве²⁺ + 2OН = Ве(OН)₂ = 2Н⁺ + ВеO₂^2-

Гидрокстд бериллия вообще является единственным основанием в ПА группе, обла­дающей амфотерными свойствами. Осаждение Ве(ОН)₂ в процессе нейтрализации кислого раствора (по схеме: Э²⁺+20Н_­^-=Э(ОН)₂ наступает при рН=5,7, Mg(OH)₂ - при рН=10,5. Ве(ОН)₂ - является полимерным соединением, поэтому его растворимость в воде ничтожна (ПР=22). Ввиду слабости кислотных свойств Ве(ОН)₂ бериллаты сильно гидролизованы в водном растворе. При растворении Ве(ОН)₂ в кислотах образуются тетраэдричекие аквакомплексы [Ве(Н₂O)₄]²⁺, в щелочах - гидроксокомплексы [Ве(ОН)₄]^2- (или [Ве(ОН)з]^- )по схеме: Ве(ОН)₂ + 2OН^- = [Ве(ОН)₄]^2-. Бериллий в берриллат -ионе зр³ гибридизирован, а сам бери-лат-ион имеет форму тетраэдра. КЧ_Ве= 4. Ве(ОН)₂ начинает терять воду уже при 230С. Бе­риллаты типа К₂ВеO₂ существуют только в твердом состоянии. Они могут быть получены растворением порошка Be на расплавы щелочей. Основные свойства у Ве(ОН)₂ преобладают над кислотными, но выражены менее значительно, чем у Mg(OH)₂. Гидроокись магния встречается в природе (минерал брусит). ПР Mg(OH)₂. Mg(OH)₂ обладает только ос­новными свойствами. Однако, взаимодействием Mg(OH)2 с 65%-ным раствором NaOH при 100 С может быть получен неустойчивый в водной среде тетрагидроксомагнезат натрия -Na₂[Mg(OH)₄]. Помимо кислот, гидроксид магния растворим в растворах солей аммония по схеме:                        

Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺ = Mg²⁺ + 2NH₃ + 2Н₂О.

Поэтому раствором аммиака

нельзя полностью осадить гидроксида магния, например из хлорида, т.к. следующий процесс равновесный:

MgCl₂ + NH₄OH = NH₄CI + Mg(OH)₂.

При нагревании гидроксида магния реагирует с Р, Se, S (X = Se, S):

6Mg(OH)₂ + 4P = 6MgO + 4PH₃ + 3O₂ и 2Mg(OH)₂ + 2X = 2MgO + 2H₂X + O₂ Оба гидроксида хорошо растворимы в кислотах: Э(ОН)₂ + 2Н⁺ = Э²⁺ + 2Н₂O. Гидроксид маг­ния в промышленности получают действуя на растворимые соли магния известковым моло­ком. Для магния известна аналогичная гидроксида этоксидная производная. Она может быть получена взаимодействием амальгамы магния со спиртом и представляет собой белый порошок, растворимый в спирте и разлагаемый водой. Взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)₂ с 30%ной Н₂O₂ может быть получена растворимая в воде гидратная пероксид-оксид магния MgO₂ 3MgO nH₂O, она применяется как антисептик, для желудка т.к. с во­дой дает Mg(OH)₂ и пероксида водорода. Многие из солей бериллия и магния хорошо раство­римы в воде. Ионы Э²⁺ бесцветны. Mg ⁺ сообщают раствору горький вкус, Be ⁺→ сладкова­тый. Соли Be подвержены гидролизу при комнатной температуре и дают кислую среду, соли Mg-  в меньшей степени. Например, гидролиз сульфатов и галогенидов проходит по схемам:

1. 2ЭSO₄ + 2Н₂O = (ЭOH)₂SO₄ + H₂SO₄

2. (ЭOH)₂SO₄ + 2Н₂0 = 2Э(ОН)₂ + H₂SO₄

1.ЭГ₂ + Н₂O = НГ + ЭОНГ

2. ЭОНГ + 2Н₂O = Э(ОН)₂ + НГ.

Причем гидролиз идет в основном по первой стадии до образования основных солей. Отношение заряда к радиусу у Be ²⁺ - велико, в результате чего он обладает высокой поляри­зующей способностью и его комплексообразовательные свойства повышены.

Почти все галоидные соли бериллия и магния бесцветны, расплываются на воздухе и легкорастворимы в воде за исключением MgF₂, растворимость которого весьма мала (0,08 г/л). Для хлорида магния характерны кристаллогидраты MgCl₂nH₂O (n= 1,2,4,6,8,12). Для хлорида бериллия характерны соединения типа ВеС1₂ 2R (R-ацетон, ацетальдегид, диэтиламин, этиловый эфир, этилендиамин, пиридин и др.) Оба хлорида присоединяют аммиак с об­разованием ЭС1₂ nNH₃ (n=2,4,6). MgCl₂ широко распространен в природе в виде минералов -бишофита MgCl₂ 2Н₂O, карналлита MgCl₂ KC1 6Н₂O др. При образовании галогенидов бериллия, его атомы возбуждаются: 2s →  2s 2p при этом за счет распаривания возникают две ковалентные связи и происходит sp-гибридизация: валентные электроны образуют два sp-гибридных облака лежащих на одной прямой и вытянутых в противоположенных направле­ниях. Таким образом молекулы ВеF₂ - имеют линейное строение. BeF₂ получают нейтрали­зацией плавиковой кислоты гидроокисью бериллия a MgF₂ непосредственно из элементов или обменной реакцией: Mg²⁺ + 2F^- = MgF₂l. Хлорид Be можно получить по следующим схемам при нагревании:

ВеО + С + С1₂ = ВеС1₂ + СО;

2ВеО + СОС1₂ = ВеС1₂ + С0₂.

ВеС1₂ - имеет полимерное строение. Большинство солей выделяется из растворов в ви­де кристаллогидратов (ВеС1₂ 2Н₂O, Bel₂ 4H₂O, MgBr₂6H₂0). При их нагревании происходит отщепление части НГ и остаются труднорастворимые в воде основные соли. Реакции при­соединения характерны главным образом для фторидов, образующих комплексы типов М[ЭГ₃]и М₂[ЭГ₄], где М-одновалентный металл