UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
PRIRODNO - MATEMATIČKI FAKULTET
SP TEHNIČKO VASPITANJE I INFORMATIKA
ZEMNOALKALNI METALI
DIPLOMSKI RAD
MENTOR KANDIDAT
Doc.dr Saša Zeljković Danka Panić
Banja Luka, 2013. Godine
2
Zahvaljujem se mentoru doc. dr Saši Zeljkoviću na savjetima i stručnoj pomoći pri
izradi ovog diplomskog rada.
4
UVOD
Elementi IIa grupe periodnog sistema elemenata odlikuju se veoma sličnim
osobinama ali postoje i velike razlike među njima. Imaju jednaku strukturu perifernog
elektronskog sloja, a prisustvo dva elektrona u perifernom sloju utiče na njihovu
reaktivnost te njihove osobine. Veoma su reaktivni pa se u prirodi nalaze samo u
obliku jedinjenja. Različito su rasprostranjeni u prirodi. Dok su neki od njih veoma
rasprostranjeni drugi se nalaze u veoma malim količinama. Po načinu vezivanja sa
drugim elementima takođe se razlikuju. Berilijum se sa drugim elementima veže
kovalentnom i polarnom kovalentnom vezom a svi ostali grade jedinjenja jonskom
vezom.
Što se tiče značaja ovih elemenata za čovjeka i tu postoje velike razlike
među njima, dok neki od njih učestvuju u izgradnji biljnog i životinjskog svijeta drugi
su veoma štetni za njih. Svaka molekula hlorofila, na primjer, sadrži jon
magnezijuma, Mg
2+
. Bez hlorofila ne bi bilo fotosinteze, a time ni mnogih drugih
oblika života. Kalcijevi joni, Ca
2+
, bitan su sastojak kostiju, zuba, bilja, školjaka
morskih organizama itd.
Cilj ovog rada je analiza opštih karakteristika zemnoalkalnih metala, sličnosti i
razlike među njima i njihovim jedinjenjima, te analiza kako njihove osobine utiču na
upotrebu i značaj za čovjeka.
Kako položaj u periodnom sistemu elemenata, afinitet prema elektronima,
energija jonizacije, veličina poluprečnika atoma i jona utiču na osobine i reaktivnost
elemenata IIa grupe periodnog sistema elemenata? Kako se osobine jedinjenja ovih
elemenata mijenjaju i utiču na njihovu upotrebu i značaj za čovjeka?
5
ZEMNOALKALNI METALI
Elementi IIa grupe periodnog sistema elemenata nazivaju se zemnoalkalni
metali. Naziv su dobili po tome što su njihove okside alhemičari nazivali „zemlje“, a
oni su u vodenim rastvorima reagovali izrazito alkalno, slično oksidima alkalnih
metala. To se prvenstveno odnosi na okside kalcijuma, stroncijuma i barijuma.
U IIa grupu periodnog sistema elemenata ubrajaju se sljedeći elementi:
berilijum (Be); magnezijum (Mg), kalcijum (Ca), stroncijum (Sr), barijum (Ba) i radijum
(Ra).
Jedinjenja kalcijuma krečnjak i gips bila su poznata i korištena u najstarija
vremena. Metalni berilijum su izolovali Veler i Bisi nezavisno jedan od drugog 1828.
godine. Bisi ga je dobio djelovanjem kalijuma na berilijum – hlorid.
Devi je izolovao 1808. godine amalgam magnezijuma, elektrolizom
magnezijum – sulfata, upotrebljavajući živinu elektrodu kao katodu. U kompaktnom
obliku dobio ga je francuski hemičar Bisi 1828. djelovanjem kalijuma na magnezijum
– hlorid. Devi mu je dao naziv magnijum (od naziva magneziji = magnezijum – oksid).
Kasnije je dobio naziv magnezijum.
Kalcijum je prvi dobio Devi 1808. godine elektrolizom istopljenog kalcijum –
hlorida. Naziv mu je dao Devi prema latinskoj riječi calx što znači kreč, odnosno
kalcijum – oksid.
Stroncijum je takođe dobio Devi 1808. godine elektrolizom stroncijumove
„zemlje“ (stroncije) koju je prvi otkrio Kraford 1790. godine. Naziv je dobio po gradu
Strontian u Škotskoj.
Barijum je prvi dobio Devi 1808. godine ali ne u čistom obliku elektrolizom
njegovih soli. U čistom stanju dobiven je tek 1901. odnosno 1929. godine a dobio ga
je francuski hemičar Gunc. Naziv je dobio po grčkoj riječi
βαρύς
što znači „težak“.
Postojanje radijuma pretpostavio je Mendeljejev 1871. godine a otkrila ga je
M. Kiri 1898. godine i to je bio prvi radioaktivni element koji je otkriven.
7
Tačka ključanja
2485
1090
1490
1370
1638
1525
Ako posmatramo
atomski poluprečnik
zemnoalkalnih metala možemo uočiti
da se on povećava sa porastom rednog broja jer posmatrano odozgo prema dolje u
PSE svaki sledeći element ima jedan energetski nivo više.
Pošto elementi IIa grupe imaju dva elektrona u najvišem energetskom nivou
oni otpuštaju te elektrone i prelaze u jonski oblik. Posljedica toga je manji
jonski
poluprečnik
elemenata u odnosu na atomski poluprečnik istog elementa.
Smanjenje jonskog poluprečnika u odosu na atomski je značajno a ono je posljedica
nestanka jednog energetskog nivoa.
Energija jonizacije
predstavlja energiju potrebnu za udaljavanje jednog ili
više elektrona iz neutralnog atoma elementa u gasovitom stanju pri čemu nastaju
čestice, pozitivno naelektrisani joni –katjoni. Energija jonizacije se najčešće izražava
u kJ/mol ili u kcal/mol. Može se izražavati i u (eV) i u tom slučaju naziva se
jonizacioni potencijal ( 1 eV=96,484 kJ/mol). Prva energija jonizacije predstavlja
energiju potrebnu za udaljavanje jednog elektrona iz najvišeg elektronskog nivoa,
druga energija jonizacije za udaljavanje drugog elektrona , treća za udaljavanje
trećeg elektrona. Ako posmatramo prvu jonizacionu energiju elemenata IIa grupe
možemo zaključiti da ona opada sa porastom atomskog broja odnosno gledajući
odozgo prema dolje u PSE. To znači da ukoliko su elektroni udaljeniji od atomskog
jezgra, utoliko su slabije privlačne sile između njih pa je onda potrebna i manja
energija za udaljavanje tih elektrona iz atoma. Druga energija jonizacije potrebna za
udaljavanje drugog elektrona iz atoma je približno dva puta veća od prve energije
jonizacije, dok je treća jonizaciona energija višestruko veća od druge. To je
posljedica položaja trećeg elektrona u atomu. Prva dva elektrona se nalaze u
najvišem energetskom nivou i oni su najudaljeniji od jezgra dok se treći elektron
nalazi u nižem energetskom nivou što znači da je bliže jezgru, pa prema tome jače
su i privlačne sile između tog elektrona i jezgra.
Suprotno od udaljavanja elektrona i nastajanja pozitivnih jona je primanje
elektrona i nastajanje negativnih jona. Sposobnost atoma elemenata da privlače
elektrone naziva se
elektronegativnost
. Najmanju elektronegativnost imaju izraziti
metali s obzirom na broj elektrona u posljednjem sloju. Većina metala ima koeficijent
elektonegativnosti manji od 2 dok najveći ima fluor i ona iznosi 4. Koeficijent
elektronegativnosti unutar IIa grupe opada odozgo prema dolje u PSE, što znači da
sa povećanjem poluprečnika atoma, sposobnost privlačenja elektrona opada.
Za razliku od jonizacione energije i koeficijenta negativnosti
gustina
zemnoalkalnih metala raste sa porastom rednog broja.
Tačka topljenja
i
tačka
ključanja
smanjuju se sa porastom rednog broja. Tačke topljenja i ključanja su bitne
za analizu fizičkih osobina metala. U čvrstom agregatnom stanju svaka supstanca
ima pravilan raspored čestica koji je posljedica djelovanja privlačnih sila među njima.
Pri postepenom zagrijavanju energija oscilatornog kretanja čestica se povećava
usljed čega se povećava i njihovo međusobno odbijanje. Kada uzajamno privlačenje
