알칼리 토금속

Alkaline earth metal
알칼리 금속과 혼동하지 마십시오.
알칼리 토금속
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오븀 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 터븀 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이터븀 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수성(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 칼리포늄 아이슈타인 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌시움 러더포디움 더브늄 시보리움 보흐리움 하시움 마이트네륨 다름슈타티움 로엔트게늄 코페르니슘 니혼이움 플레로비움 모스크바 주 리버모륨 테네시주 오가네손
알칼리 금속 ← → 3족
IUPAC 그룹번호 2
요소별명 베릴륨기
보잘것없는 이름 알칼리 토금속
CAS 그룹번호
(US,패턴A-B-A)
 IIA
구 IUPAC 번호
(유럽, 패턴 A-B)
 IIA
↓ 기간
2
Image: Lump of beryllium
베릴륨(Be)
4
3
Image: Magnesium crystals
마그네슘(Mg)
12
4
Image: Calcium stored under argon atmosphere
칼슘(Ca)
20
5
Image: Strontium floating in paraffin oil
스트론튬(Sr)
38
6
Image: Barium stored under argon atmosphere
바륨(Ba)
56
7
Image: Radium electroplated on copper foil and covered with polyurethane to prevent reaction with air
라듐(Ra)
88

전설

원시적 요소
방사성 붕괴에 의한 원소
원자 번호 색상:
블랙=솔리드

알칼리 토금속은 주기율표의 그룹 2에 있는 6개의 화학 원소입니다.그것들은 베릴륨 (Be), 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 바륨 (Ba), 라듐 (Ra)입니다.[1]이 원소들은 매우 유사한 특성을 가지고 있습니다. 즉, 모두 광택이 나고 은백색이며 표준 온도와 압력에서 다소 반응성이 있는 금속입니다.[2]

헬륨과 함께 이들 원소는 공통적으로 꽉 찬 외부 궤도를 가지고 있습니다.[2][3][4] 즉, 이 궤도는 알칼리 토금속이 쉽게 손실되어 +2의 전하와 +2의 산화 상태를 가진 양이온을 형성하는 두 개의 전자의 완전한 상보체를 포함합니다.[5]헬륨은 알칼리 토금속이 아닌 희가스와 함께 그룹화되어 있지만, 강제로 결합될 때 베릴륨과 유사한 점이 있다는 이론이 있으며 때때로 그룹 2에 속한다고 제안되기도 합니다.[6][7][8]

라듐이 우라늄과 토륨의 붕괴 사슬을 통해서만 발생하고 원시 원소로 발생하지는 않지만, 발견된 모든 알칼리 토금속은 자연에서 발생합니다.[9]그룹의 다음 잠재적 구성원인 원소 120을 합성하려는 실험은 모두 성공적이지 못했습니다.

특성.

화학의

다른 그룹과 마찬가지로 이 제품군의 구성원들은 전자 구성, 특히 가장 바깥쪽 껍질의 패턴을 보여 화학적 행동의 경향을 보입니다.

Z 요소 전자/쉘 수 전자배치[n1]
4 베릴륨 2, 2 [그] 2s2
12 마그네슘 2, 8, 2 [Ne] 3s2
20 칼슘 2, 8, 8, 2 [Ar] 4s2
38 스트론튬 2, 8, 18, 8, 2 [Kr] 5s2
56 바륨 2, 8, 18, 18, 8, 2 [Xe] 6s2
88 라듐 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2 [Rn] 7s2

대부분의 화학 작용은 처음 다섯 명의 그룹에서만 관찰되었습니다.라듐의 화학적 성질은 방사능 때문에 잘 확립되어 있지 않습니다.[2] 따라서 여기서 라듐의 성질을 제시하는 것은 제한적입니다.

알칼리 토금속은 모두 은빛이고 부드러우며 밀도, 녹는점, 끓는점이 상대적으로 낮습니다.화학적인 측면에서, 모든 알칼리 토금속은 할로겐과 반응하여 알칼리 토금속 할로겐화물을 형성하는데, 이들은 모두 이온성 결정성 화합물입니다(공유 성분인 염화 베릴륨, 브롬화 베릴륨, 요오드화 베릴륨은 제외).베릴륨을 제외한 모든 알칼리 토금속 또한 물과 반응하여 강한 알칼리 수산화물을 생성하므로 주의하여 취급해야 합니다.무거운 알칼리 토금속은 가벼운 토금속보다 더 강하게 반응합니다.[2]알칼리 토금속은 유효 핵 전하가 다소 낮고 전자 2개만 잃으면 완전한 외피 구성을 얻을 수 있기 때문에 주기율표의[4] 각 주기에서 두 번째로 낮은 첫 번째 이온화 에너지를 가지고 있습니다.모든 알칼리 금속의 두 번째 이온화 에너지 또한 다소 낮습니다.[2][4]

베릴륨은 예외입니다.매우 높은 온도에서가 아니면 물이나 증기와 반응하지 않으며 할로겐화물은 공유결합을 합니다.[10]만약 베릴륨이 +2의 이온화 상태를 가진 화합물을 형성한다면, 베릴륨은 높은 전하 밀도를 가지고 있기 때문에 그 근처에 있는 전자 구름을 매우 강하게 편광시키고 광범위한 궤도 중첩을 일으킬 것입니다.베릴륨을 포함하는 모든 화합물은 공유 결합을 가집니다.[11]이온성 베릴륨 화합물인 플루오르화 베릴륨 화합물도 용융 시 융점이 낮고 전기전도도가 낮습니다.[12][13][14]

모든 알칼리 토금속은 원자가 껍질에 두 개의 전자를 가지고 있기 때문에, 채워진 전자 껍질을 얻을 때 에너지적으로 선호되는 상태는 두 개의 전자를 잃어 두 배로 대전된 양이온을 형성하는 것입니다.

화합물 및 반응물

알칼리 토금속은 모두 할로겐과 반응하여 염화칼슘(CaCl
2)과 같은 이온성 할로겐화물을 형성하고 산소와 반응하여 산화스트론튬(SrO)과 같은 산화물을 형성합니다.칼슘, 스트론튬, 바륨은 물과 반응하여 수소 가스와 각각의 수산화물(마그네슘도 반응하지만 훨씬 더 느리게 반응함)을 생성하고 또한 리간드를 교환하기 위한 트랜스메탈화 반응을 겪습니다.

알칼리토금속불화물에 대한 용해도 관련 상수
메탈 수분2+(-MJ/mol) "MF2" 단위 수화도(-MJ/mol)[16] MF2 격자(-MJ/mol)[17] 용해도(mol/kL)[18]
있다 2.455 3.371 3.526 수용성의
Mg 1.922 2.838 2.978 1.2
카 1.577 2.493 2.651 0.2
Sr 1.415 2.331 2.513 0.8
바 1.361 2.277 2.373 6

물리 및 원자

주요 물리적 및 원자적 특성 알칼리 토금속의
알칼리 토금속 표준원자량
(u)[n 2][20][21] 		융점
(K)		 융점
(°C)		 비등점
(K)[4] 		비등점
(°C)[4] 		밀도
(g/cm3)		 전기 음성도
(폴링)		 1차 이온화 에너지
(kJ·mol−1)		 공유반경
(pm)[22] 		화염시험색
베릴륨 9.012182(3) 1560 1287 2742 2469 1.85 1.57 899.5 105 화이트[23]
마그네슘 24.3050(6) 923 650 1363 1090 1.738 1.31 737.7 150 브릴리언트 화이트[2]
칼슘 40.078(4) 1115 842 1757 1484 1.54 1.00 589.8 180 브릭레드[2]
스트론튬 87.62(1) 1050 777 1655 1382 2.64 0.95 549.5 200 크림슨[2]
바륨 137.327(7) 1000 727 2170 1897 3.594 0.89 502.9 215 애플그린[2]
라듐 [226][n 3] 973 700 2010 1737 5.5 0.9 509.3 221 진홍색[n 4]

원자력 안정성

6개의 알칼리 토금속 중 베릴륨, 칼슘, 바륨, 라듐은 적어도 하나의 자연적으로 발생하는 방사성 동위원소를 가지고 있고 마그네슘과 스트론튬은 그렇지 않습니다.베릴륨-7, 베릴륨-10, 칼슘-41은 미량 방사성 동위 원소입니다. 칼슘-48과 바륨-130은 이중 베타 붕괴에 의해서만 붕괴되고 반감기가 매우 길기 때문에 (우주의 나이보다 더 길기 때문에) 원시 방사성 핵종입니다. 라듐의 모든 동위 원소는 방사성입니다.칼슘-48은 이중 베타 붕괴를 겪는 가장 가벼운 핵종입니다.[25]칼슘과 바륨은 약한 방사능을 가지고 있습니다: 칼슘은 약 0.1874%의 칼슘-48을 함유하고 [26]바륨은 약 0.1062%의 바륨-130을 함유하고 있습니다.[27]라듐의 동위 원소 중 가장 오래 생존한 것은 1600년의 반감기를 가진 라듐-226이며, 라듐-223, -224, -228은 원시 토륨과 우라늄의 붕괴 사슬에서 자연적으로 생성됩니다.베릴륨-8은 생성될 때마다 거의 순간적으로 두 개의 알파 입자로 붕괴되기 때문에 존재하지 않음으로써 두드러집니다.항성의 삼중 알파 과정은 베릴륨-8이 붕괴하기 전에 세 번째 알파 입자를 만날 수 있을 정도의 에너지에서만 일어날 수 있습니다.이것이 대부분의 주계열성들이 수십억 년 동안 수소를 태우는데 시간을 보내는 이유이지만, 적색 거성 단계에서 헬륨 연소를 시작하는 것은 결코 혹은 잠시뿐입니다.스트론튬-90은 우라늄 핵분열의 일반적인 핵분열 생성물이며, 자발적 핵분열로 인한 우라늄 내의 소량의 세속적인 평형 농도뿐만 아니라 인간이 만든 핵반응에 의해 상당한 양이 생성되었습니다.알칼리 토금속의 방사성동위원소는 칼슘과 화학적으로 유사하게 작용하기 때문에 보통 "뼈를 찾는 사람"이고, 그들이 그곳에 축적되면 골수(급격하게 분열하는 조직)에 심각한 해를 끼칠 수 있습니다.이 성질은 방사성 핵종이 몸의 나머지 부분을 다치지 않게 하면서 뼈의 암 성장을 목표로 할 수 있도록 하기 때문에 특정 뼈 암의 방사선 치료에도 사용됩니다.

주기율표의 이웃에 비해 알칼리 토금속은 짝수 개의 양성자를 가지고 있고, 짝수 개의 양성자와 짝수 개의 중성자를 가진 동위원소가 핵자 쌍성 효과로 인해 더 안정적인 경향이 있습니다.

역사

어원

알칼리 토금속의 이름은 산화물인 알칼리 토금속의 이름을 따서 지어졌는데, 그 옛날 이름은 베릴리아, 마그네시아, 라임, 스트론티아, 바리아였습니다.이 산화물들은 물과 결합할 때 염기성(알칼리성)입니다."지구"는 초기 화학자들이 물에 녹지 않고 가열에 강한 비금속 물질(이 산화물이 공유하는 성질)에 적용한 용어였습니다.이 지구들이 원소가 아니라 화합물이라는 사실은 화학자 Antoine Lavoisier 덕분입니다.1789년 그의 화학 원소론(Traité Elémentaire de Chimie)에서 그는 그것들을 소금을 형성하는 흙 원소라고 불렀습니다.나중에, 그는 알칼리 토류가 금속 산화물일 수도 있다고 제안했지만, 이것은 단지 추측에 불과하다는 것을 인정했습니다.1808년, 험프리 데이비는 라부아지에의 아이디어에 따라 최초로 용융토를 전기 분해하여 금속의 샘플을 얻은 사람이 되었고,[28] 따라서 라부아지에의 가설을 지지하고 알칼라인 토금속으로 그룹을 명명하게 되었습니다.

디스커버리

칼슘 화합물인 석회석과 석회는 선사시대부터 알려져 있고 사용되어 왔습니다.[29]베릴륨 화합물인 베릴과 에메랄드도 마찬가지입니다.[30]알칼리 토금속의 다른 화합물들은 15세기 초에 발견되었습니다.마그네슘 화합물 마그네슘 황산염은 1618년 영국 엡솜의 한 농부에 의해 처음 발견되었습니다.탄산 스트론튬은 1790년 스코틀랜드의 스트론티안 마을에서 광물질에서 발견되었습니다.마지막 원소는 가장 덜 풍부합니다: 1898년에 우라늄에서 추출된 방사성 라듐입니다.[31][32][33]

베릴륨을 제외한 모든 원소는 용융된 화합물의 전기분해로 분리되었습니다.마그네슘, 칼슘, 스트론튬은 1808년 험프리 데이비에 의해 처음으로 생산된 반면, 베릴륨은 1828년 프리드리히 뵐러와 앙투안 부시에 의해 독립적으로 칼륨과 베릴륨 화합물을 반응시켜 분리되었습니다.1910년 퀴리와 앙드레 루이 드비에르네는 라듐을 전기 분해를 통해 순수 금속으로 분리했습니다.[31][32][33]

베릴륨

에메랄드는 베릴륨의 주요 광물인 베릴의 한 형태입니다.

베릴륨을 함유하고 있는 광물인 베릴은 이집트 프톨레마이오스 왕조 시대부터 알려져 왔습니다.[30]원래 베릴은 알루미늄 규산염으로 생각되었지만,[34] 1797년 루이 니콜라스 보켈린이 베릴로부터 수산화 알루미늄을 알칼리에 녹였을 때 베릴은 당시 알려지지 않은 원소를 함유하고 있는 것으로 밝혀졌습니다.[35]1828년, 프리드리히 뵐러와[36] 앙투안 부시는[37] 염화 베릴륨과 금속 칼륨의 반응을 포함하는 같은 방법으로 이 새로운 원소인 베릴륨을 독립적으로 분리했습니다. 이 반응은 큰 베릴륨 주괴를 생성할 수 없었습니다.[38]1898년 폴 르보(Paul Lebeau)가 플루오르화 베릴륨과 플루오르화 나트륨의 혼합물을 전기분해한 후에야 비로소 베릴륨의 대규모 순수 샘플이 생산되었습니다.[38]

마그네슘

마그네슘은 1808년 영국의 험프리 데이비(Humphry Davy)에 의해 마그네시아와 산화 수은의 혼합물의 전기 분해를 이용하여 처음으로 생산되었습니다.[39]앙투안 부시는 1831년에 일관된 형태로 그것을 준비했습니다.데이비가 처음 제안한 이름은 마그늄이었지만 [39]지금은 마그네슘이라는 이름이 사용되고 있습니다.

칼슘

석회는 기원전 7000년부터 14,000년까지 건축 재료로 사용되었으며,[29] 석회로 사용된 가마는 메소포타미아의 카파자에서 기원전 2,500년까지 거슬러 올라갑니다.[40][41]재료로서의 칼슘은 고대 로마인들이 석회로부터 그것을 제조하여 산화칼슘을 사용했다고 알려져 있기 때문에 적어도 1세기부터 알려져 왔습니다.황산칼슘은 10세기부터 부러진 뼈를 세울 수 있는 것으로 알려져 왔습니다.그러나 칼슘 자체는 1808년 영국의 험프리 데이비가 석회와 수은산화물의 혼합물에 전기분해를 사용한 후 [42]존즈 야콥 베르젤리우스가 수은에 석회의 전기분해로부터 칼슘 아말감을 제조했다는 소식을 듣고 나서야 분리되었습니다.

스트론튬

1790년 의사 Adair Crawford가 독특한 성질을 가진 광석을 발견했고,[43] 이 광석은 1793년 크로포드의 발견을 확인한 글래스고 대학의 화학 교수 Thomas Charles Hope에 의해 스트론타이트로 명명되었습니다.스트론튬은 결국 1808년 험프리 데이비에 의해 염화 스트론튬과 산화 수은의 혼합물의 전기 분해로 분리되었습니다.이 발견은 1808년 6월 30일 데이비가 왕립학회 강연에서 발표한 것입니다.[44]

바륨

바륨을 함유하고 있는 것으로 처음 밝혀진 물질인 바라이트.

바륨을 함유한 광물인 바라이트는 산화바륨만을 분리할 수 있었지만, 1774년 칼 셸에 의해 새로운 원소를 함유하고 있는 것으로 처음 인정되었습니다.산화바륨은 2년 후 요한 고틀립 간에 의해 다시 분리되었습니다.18세기 후반, 윌리엄 위딩은 컴벌랜드 납 광산에서 무거운 광물을 발견했는데, 현재 바륨을 함유하고 있는 것으로 알려져 있습니다.바륨 자체는 1808년 험프리 데이비가 용융염을 이용한 전기 분해를 이용하여 마침내 분리되었고, 데이비는 바륨이라는 원소를 바륨의 이름을 따서 지었습니다.나중에 로버트 분센과 아우구스투스 마티센은 염화 바륨과 염화 암모늄의 혼합물을 전기 분해하여 순수한 바륨을 분리했습니다.[45][46]

라듐

1898년 12월 21일, 마리와 피에르 퀴리는 우라늄을 연구하던 중 우라늄이 부패한 후에도 방사성 물질이 존재한다는 것을 발견했습니다.이 물질은 바륨 화합물과 다소 유사하게 작용했지만 불꽃 테스트의 색상과 스펙트럼 라인과 같은 일부 특성은 크게 다릅니다.그들은 1898년 12월 26일 프랑스 과학 아카데미에 새로운 원소의 발견을 발표했습니다.[47]라듐은 1899년에 라듐이 광선의 형태로 힘을 방출하기 때문에 광선을 의미하는 반지름이라는 단어에서 이름이 붙여졌습니다.[48]

발생

알카리 토금속 계열입니다.

베릴륨은 지구의 지각에서 100만분의 2에서 6ppm의 농도로 발생하며,[49] 대부분은 토양에서 발생하며 6ppm의 농도를 가지고 있습니다.베릴륨은 바닷물에서 가장 희귀한 원소 중 하나로, 스칸듐과 같은 원소보다 훨씬 더 희귀하며, 1조 당 0.2 parts의 농도를 가지고 있습니다.[50][51]그러나 담수에서 베릴륨은 10억분의 0.1 parts의 농도로 다소 더 흔합니다.[52]

마그네슘과 칼슘은 각각 다섯 번째로 풍부한 원소들 중 다섯 번째로 많은 여덟 번째로 지각에서 매우 흔합니다.알칼리 토금속은 원소 상태로 발견되지 않습니다.마그네슘을 함유한 일반적인 광물은 카르날라이트, 마그네슘, 돌로마이트입니다.칼슘을 함유한 일반적인 미네랄은 분필, 석회석, 석고, 무수물 등입니다.[2]

스트론튬은 지각에서 15번째로 풍부한 원소입니다.주요 광물은 셀레스타이트와 스트론티아나이트입니다.[53]바륨은 약간 덜 흔하며, 대부분은 광물 바라이트 안에 있습니다.[54]

우라늄의 붕괴 생성물인 라듐은 모든 우라늄을 함유한 광석에서 발견됩니다.[55]상대적으로 짧은 반감기 때문에 [56]지구 초기 역사의 라듐은 붕괴되었고, 현재의 샘플들은 모두 우라늄의 훨씬 더 느린 붕괴로부터 왔습니다.[55]

생산.

에메랄드는 미량의 크롬이 함유된 녹색으로, 규산 베릴륨인 광물 베릴의 한 종류입니다.

대부분의 베릴륨은 수산화 베릴륨에서 추출됩니다.하나의 제조 방법은 소결이고, 베릴, 플루오로규산나트륨 및 탄산음료를 고온에서 혼합하여 플루오로베릴산나트륨, 산화알루미늄 및 이산화규소를 형성합니다.플루오로베릴산나트륨과 수산화나트륨을 물에 녹인 용액은 침전에 의해 수산화베릴륨을 형성하는데 사용됩니다.또는 용융법에서는 분말화된 베릴을 고온으로 가열하여 물로 냉각한 후 황산에서 다시 약간 가열하여 수산화 베릴륨을 생성합니다.어느 방법이든 수산화 베릴륨은 그 후 다소 긴 과정을 거쳐 플루오르화 베릴륨과 염화 베릴륨을 생성합니다.이들 화합물을 전기 분해하거나 가열하면 베릴륨이 생성됩니다.[11]

일반적으로 탄산 스트론튬은 두 가지 방법을 통해 광물 셀레스타이트로부터 추출됩니다: 탄산나트륨으로 셀레스타이트를 침출하거나 석탄을 포함하는 더 복잡한 방법입니다.[57]

바륨을 생성하기 위해, 바라이트(불순한 황산바륨)는 (코크스와 같은) 발열 환원에 의해 황화바륨으로 변환됩니다.황화물은 수용성이고 쉽게 반응하여 순수한 황산바륨을 형성하며, 상업용 안료 또는 질산바륨과 같은 다른 화합물에 사용됩니다.이들은 차례로 산화바륨으로 소성되어 알루미늄으로 환원된 후 순수한 바륨을 생성합니다.[54]바륨의 가장 중요한 공급처는 중국으로 전 세계 공급량의 50% 이상을 생산하고 있습니다.[58]

적용들

베릴륨은 주로 군사적 용도로 사용되지만 [59]비군사적 용도는 존재합니다.전자제품에서 베릴륨은 일부 반도체에서 p형 도펀트로 사용되며,[60] 산화베릴륨은 고강도 전기절연체 및 열전도체로 사용됩니다.[61]베릴륨 합금은 넓은 온도 범위에서 강성, 경량성 및 치수 안정성이 요구되는 경우 기계 부품에 사용됩니다.[62][63]베릴륨-9는 소규모 중성자 공급원에서 사용되는데, 이는 제임스 채드윅이 중성자를 발견했을 때 사용한 반응인 Be + He (α) → C + n의 반응을 사용합니다.낮은 원자량과 낮은 중성자 흡수 단면은 베릴륨을 중성자 감속재로 적합하게 만들지만, 높은 가격과 물, 중수, 핵 흑연과 같은 쉽게 구할 수 있는 대안은 이것을 틈새 용도로 제한해 왔습니다.용융염 반응기에 사용되는 FLiBe 공융제에서 베릴륨의 감속제 역할은 그 사용으로 이어지는 바람직한 특성보다 더 부수적입니다.

마그네슘은 많은 용도를 가지고 있습니다.알루미늄과 같은 다른 구조 재료에 비해 장점이 있지만, 마그네슘의 사용은 가연성 때문에 방해를 받습니다.[64]마그네슘은 강도와 내식성을 높이기 위해 알루미늄, 아연 및 망간과 합금화되는 경우가 많습니다.[65]마그네슘은 철과 강철의 생산,[further explanation needed] 티타늄 생산을 위한 Kroll 공정과 같은 다른 많은 산업적 응용들을 가지고 있습니다.[66]

칼슘은 광석으로부터 우라늄과 같은 다른 금속을 분리할 때 환원제로 사용됩니다.이것은 많은 합금, 특히 알루미늄과 구리 합금의 주요 구성 요소이며, 또한 합금의 산화를 제거하는 데 사용됩니다.칼슘은 치즈, 박격포, 시멘트를 만드는 역할을 합니다.[67]

스트론튬과 바륨은 더 가벼운 알칼리 토금속보다 응용이 적습니다.탄산 스트론튬은 적색 불꽃 제조에 사용됩니다.[68]순수 스트론튬은 신경전달물질 방출 연구에 사용됩니다.[69][70]방사성 스트론튬-90은 붕괴열을 이용하는 [71][72]RTG에 사용됩니다.바륨은 가스를 제거하는 게터로서 진공관에 사용됩니다.[54]황산바륨은 석유 산업과 [4]다른 산업에서 많은 용도를 가지고 있습니다.[4][54][73]

라듐은 방사능에 기반한 이전의 많은 응용 프로그램들이 있지만, 건강에 악영향을 끼치고 긴 반감기 때문에 더 이상 사용이 일반적이지 않습니다.라듐은 야광 페인트에 자주 사용되었지만,[74] 노동자들을 병들게 한 이후에는 사용이 중단되었습니다.[75]라듐의 건강상의 이점을 주장하는 핵 위기는 이전에 식수, 치약, 그리고 다른 많은 제품들에 라듐을 더하게 만들었습니다.[64]라듐은 반감기가 길기 때문에 안전한 폐기가 어렵기 때문에 방사능 특성을 원하는 경우에도 더 이상 사용되지 않습니다.예를 들어, 근접 치료에서 이리듐-192와 같은 짧은 반감기의 대안이 대신 사용됩니다.[76][77]

알칼리 토금속의 대표반응

할로겐과의 반응

Ca + Cl → CaCl

무수 염화 칼슘은 흡습제로 사용되는 흡습성 물질입니다.공기에 노출되면 공기에서 수증기를 흡수하여 용액을 형성합니다.이 속성을 연체라고 합니다.

산소와의 반응

Ca + 1/2O → CaO
Mg + 1/2O → MgO

황과의 반응

Ca + 1/8S → CaS

탄소와의 반응

탄소와 함께, 그들은 아세틸화물을 직접 형성합니다.베릴륨은 탄화물을 형성합니다.

2Be + C → BeC
CaO + 3C → CaC + CO (광로 내 2500 °C에서)
CaC + 2HO → Ca(OH) + CH
MgC + 4HO → 2Mg(OH) + CH

질소와의 반응

오직 Be와 Mg만이 직접 질화물을 형성합니다.

3Be + N → BeN
3Mg + N → MgN

수소와의 반응

알칼리 토금속은 수소와 반응하여 물속에서 불안정한 염산염을 생성합니다.

Ca + H → CaH

물과의 반응

Ca, Sr 및 Ba는 물과 쉽게 반응하여 수산화물 및 수소 가스를 형성합니다.Be와 Mg는 불침투성 산화물층에 의해 패시베이션됩니다.그러나, 아말감된 마그네슘은 수증기와 반응합니다.

Mg + HO → MgO + H

산성산화물과의 반응

알칼리 토금속은 산화물로부터 비금속을 환원시킵니다.

2Mg + SiO → 2MgO + Si
2Mg + CO → 2MgO + C (고체 이산화탄소 중)

산과의 반응

Mg + 2HCl → MgCl + H
Be + 2HCl → BeCl + H

염기반응

Be는 양성자성을 갖습니다.농축된 수산화나트륨에 녹습니다.

Be + NaOH + 2HO → Na[Be(OH)] + H

알킬할라이드와의 반응

마그네슘은 삽입 반응을 통해 할로겐화 알킬과 반응하여 그리너드 시약을 생성합니다.

RX + Mg → RMgX (무수 에테르 내)

알칼리 토양이온의 동정

화염시험

아래[78] 표는 분젠 버너의 화염이 알칼리 토금속의 염류에 노출될 때 관찰되는 색상입니다.Be와 Mg는 크기가 작기 때문에 불꽃에 색을 부여하지 않습니다.[79]

메탈 색
카 브릭레드
Sr 진홍색
바 그린/옐로우
라 카마인레드

인솔루션

Mg2+

인산이나트륨은 마그네슘 이온에 대한 매우 선택적인 시약이며 암모늄염과 암모니아가 존재할 때 인산이암모늄의 백색 침전물을 형성합니다.

Mg + NH + NaHPO → (NH)MgPO + 2Na

카2+

Ca는2+ 옥살산 암모늄과 함께 흰색 침전물을 형성합니다.옥살산칼슘은 물에는 녹지 않지만, 미네랄 산에는 녹습니다.

Ca + (COO) (NH) → (COO)Ca + NH

Sr2+

스트론튬 이온은 가용성 황산염과 함께 침전됩니다.

Sr + NaSO → SrSO + 2Na

알칼리 토금속의 모든 이온은 염화암모늄과 암모니아가 존재할 때 탄산암모늄과 함께 흰색 침전물을 형성합니다.

알칼리 토금속 화합물

산화물

알칼리 토금속 산화물은 해당 탄산염의 열분해로 형성됩니다.

CaCO → CaO + CO (약 900°C에서)

실험실에서 수산화물로부터 얻어집니다.

Mg(OH) → MgO + HO

또는 질산염:

Ca(NO) → CaO + 2NO + 1/2O

산화물은 기본적인 특징을 나타냅니다. 페놀프탈레인은 빨간색, 리트머스는 파란색으로 바뀝니다.그들은 물과 반응하여 발열 반응으로 수산화물을 형성합니다.

CaO + HO → Ca(OH) + Q

산화칼슘은 탄소와 반응하여 아세틸화물을 형성합니다.

CaO + 3C → CaC + CO (2500°C에서)
CaC + N → CaCN + C
CaCN + HSO → CaSO + HN—CN
HN—CN + HO → (HN)CO(urea)
CaCN + 2HO → CaCO + NH

수산화물

이들은 물과 반응할 때 해당하는 산화물로부터 생성됩니다.그들은 기본적인 성격을 보여줍니다: 페놀프탈레인을 분홍색으로, 리트머스를 파란색으로 바꿉니다.수산화 베릴륨은 양성자성을 나타내므로 예외입니다.

Be(OH) + 2HCl → BeCl + 2HO
Be(OH) + NaOH → Na[Be(OH)]

소금

Ca와 Mg는 돌로마이트, 아라곤마이트, 마그네사이트(탄산암)와 같은 많은 화합물에서 자연적으로 발견됩니다.칼슘과 마그네슘 이온은 딱딱한 물에서 발견됩니다.하드 워터는 멀티폴드 문제를 나타냅니다.이 이온들을 제거하여 물을 부드럽게 하는 것은 매우 흥미로운 일입니다.이 절차는 수산화칼슘, 탄산나트륨 또는 인산나트륨과 같은 시약을 사용하여 수행할 수 있습니다.더 일반적인 방법은 이온 교환 알루미노 실리케이트 또는 이온 교환 수지를 사용하여 Ca2+ 및 Mg를2+ 가두고 대신 Na를+ 해방시키는 것입니다.

NaO·AlO·6SiO + Ca → CaO·AlO·6SiO + 2Na

생물학적 역할 및 주의사항

마그네슘과 칼슘은 어디에나 존재하며 모든 알려진 생물체들에게 필수적입니다.예를 들어 마그네슘 또는 칼슘 이온 펌프가 일부 세포 과정에서 역할을 수행하고, 마그네슘이 일부 효소에서 활성 중심 역할을 수행하며, 칼슘 염이 구조적 역할을 수행하는 등 한 가지 이상의 역할에 관여합니다.

스트론튬은 외골격을 만들기 위해 스트론튬을 사용하는 해양 생물, 특히 단단한 산호에서 중요한 역할을 합니다.그것과 바륨은 방사선 촬영에서 "바륨 식사"와 같은 의학적 용도로 사용되는 반면, 스트론튬 화합물은 일부 치약에 사용됩니다.과도한 양의 스트론튬-90은 방사능 때문에 독성이 있으며, 스트론튬-90은 생물학적으로 상당한 반감기를 가지고 축적되는 칼슘(즉, "뼈를 찾는 사람"처럼 행동합니다.뼈 자체가 다른 조직보다 높은 방사선 내성을 가지고 있지만, 빠르게 분열하는 골수는 Sr-90에 의해 크게 손상되지 않으며 따라서 심각한 손상을 입을 수 있습니다.골수에 전리방사선이 미치는 영향은 급성방사선증후군이 빈혈과 유사한 증상을 보일 수 있는 이유이자 적혈구 기증이 생존력을 높일 수 있는 이유이기도 합니다.

하지만 베릴륨과 라듐은 독성이 있습니다.베릴륨의 낮은 수용성은 생물학적 시스템에 거의 이용할 수 없음을 의미하며, 생물체에서 알려진 역할이 없으며, 생물체와 마주칠 때 보통 매우 독성이 강합니다.[11]라듐은 낮은 가용성을 가지고 있고 높은 방사능을 가지고 있어서 생명체에 독성이 있습니다.

확장자

라듐 다음으로 알칼리 토금속은 120 원소로 생각되지만 상대론적 효과 때문에 사실이 아닐 수도 있습니다.[80]원소 120의 합성은 2007년 3월에 두브나에 있는 플레로프 핵반응 연구소의 연구팀이 플루토늄-244에 철-58 이온을 폭격하면서 처음 시도되었습니다.[81]2007년 4월, GSI의 한 연구팀은 원자가 검출되지 않았지만 니켈-64를 우라늄-238에 폭격하여 원소 120을 생성하려고 시도했습니다.원자가 검출되지 않았지만 더 높은 감도에서 합성을 다시 시도했습니다.다른 반응들이 시도되었지만, 모두 실패했습니다.[82]

원소 120의 화학적 성질은 바륨이나 라듐 대신 칼슘이나[83] 스트론튬의 화학적 성질에 더 가까울 것으로 예측됩니다.이는 원소 120이 바륨과 라듐보다 더 반응성이 높을 것으로 예측되는 주기적인 경향과 눈에 띄게 대조됩니다.이렇게 반응성이 낮아진 것은 원소 120의 원자가 전자의 예상 에너지가 120의 이온화 에너지를 증가시키고 금속과 이온 반경을 감소시키기 때문입니다.[83]

원소 120 다음의 알칼리 토금속은 아직 확실히 예측되지 않았습니다.Aufbau 원리를 이용한 단순 외삽법은 170 원소가 120의 수렴체임을 시사하지만, 상대론적 효과는 그러한 외삽법을 무효로 만들 수 있습니다.알칼리 토금속과 유사한 특성을 가진 다음 원소는 166 원소로 예측되었지만, 궤도가 겹치고 9s 서브쉘 아래의 낮은 에너지 갭으로 인해 166 원소는 대신 코페르니슘 아래의 그룹 12에 배치될 수 있습니다.[84][85]

참고 항목

해설서

  1. ^ 간결함을 위해 노블 가스 표기법이 사용됩니다. 문제의 원소 앞에 가장 가까운 노블 가스가 먼저 쓰여지고, 그 다음 전자 배치가 그 지점부터 계속됩니다.
  2. ^ 괄호 안의 숫자는 측정 불확도를 나타냅니다.이 불확실성은 괄호가 쳐진 값 이전의 숫자(즉, 맨 오른쪽 숫자에서 왼쪽 숫자로 세는 것)에 가장 유의하지 않은 수치에 적용됩니다.예를 들어 1.00794(7)는 1.00794±0.00007을 나타내는 반면 1.00794(72)는 1.00794±0.00072를 나타냅니다.[19]
  3. ^ 원소에는 안정한 핵종이 없으며 괄호 안의 값은 원소의 최장 수명 동위 원소의 질량 수를 나타냅니다.[20][21]
  4. ^ 순수 라듐의 불꽃 테스트 색상은 관찰된 적이 없습니다. 진홍색-적색은 화합물의 불꽃 테스트 색상에서 발췌한 것입니다.[24]

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서지학

추가열람

  • 그룹 2 – 알칼라인 토금속, 왕립 화학 협회
  • 호건, C.마이클.2010년 '칼슘'.A. 요르겐센, C.클리블랜드, 에드.지구 백과사전.전미 과학 및 환경 위원회.
  • 맥과이어, 마이클 E. "알칼리성 지구 금속"화학: 기초 및 응용프로그램.에드. J. J. 라고스키.제1권.뉴욕: 맥밀런 레퍼런스 미국, 2004. 33-34. 4권.게일 가상 참조 라이브러리.톰슨 게일.
  • 페트루치 R.H., 하우드 W.S., 헤링 F.G., 일반 화학 (제8판, Prentice-Hall, 2002)
  • Silberg, M.S., 화학: 물질과 변화의 분자적 성질 (제3판, McGraw-Hill, 2009)