карбонат хлорид и сульфат какого металла растворим

Щелочноземельные металлы и их соединения

Элементы II группы главной подгруппы

Элементы II группы главной подгруппы

Положение в периодической системе химических элементов

Щелочноземельные металлы расположены во второй группе главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (или просто во 2 группе в длиннопериодной форме ПСХЭ). На практике к щелочноземельным металлам относят только кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них. Однако, согласно номенклатуре ИЮПАК, щелочноземельными принято считать все металлы II группы главной подгруппы.

Электронное строение и закономерности изменения свойств

Рассмотрим некоторые закономерности изменения свойств щелочноземельных металлов.

Физические свойства

Все щелочноземельные металлы — вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы.

Бериллий Be устойчив на воздухе. Магний и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина.

Кристаллическая решетка щелочноземельных металлов в твёрдом состоянии — металлическая. Следовательно, они обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при высоких температурах.

Нахождение в природе

Как правило, щелочноземельные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др. Основные минералы, в которых присутствуют щелочноземельные металлы:

Доломит — CaCO₃ · MgCO₃ — карбонат кальция-магния.

Магнезит MgCO₃ – карбонат магния.

Кальцит CaCO₃ – карбонат кальция.

Гипс CaSO₄ · 2H₂O – дигидрат сульфата кальция.

Барит BaSO₄ — сульфат бария.

Витерит BaCO₃ – карбонат бария.

Способы получения

Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

или восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200–1300°С:

2(CaO · MgO) + Si → 2Mg + Ca₂SiO₄

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

Барий получают восстановлением оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:

4BaO+ 2Al → 3Ba + Ba(AlO₂)₂

Качественные реакции

Цвет пламени:
Ca — кирпично-красный
Sr — карминово-красный (алый)
Ba — яблочно-зеленый

Качественная реакция на ионы магния : взаим одействие с щелочами. Ионы магния осаждаются щелочами с образованием белого осадка гидроксида магния:

Mg 2+ + 2OH — → Mg(OH)₂↓

Качественная реакция на ионы кальция, стронция, бария : взаим одействие с карбонатами. При взаимодействии солей кальция, стронция и бария с карбонатами выпадает белый осадок карбоната кальция, стронция или бария :

Ca 2+ + CO₃ 2- → CaCO₃↓

Ba 2+ + CO₃ 2- → BaCO₃↓

Качественная реакция на ионы стронция и бария : взаим одействие с карбонатами. При взаимодействии солей стронция и бария с сульфатами выпадает белый осадок сульфата бария и сульфата стронция :

Ba 2+ + SO₄ 2- → BaSO₄↓

Sr 2+ + SO₄ 2- → SrSO₄↓

Также осадки белого цвета образуются при взаимодействии солей кальция, стронция и бария с сульфитами и фосфатами.

Химические свойства

1.1. Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами с образованием галогенидов при нагревании.

1.2. Щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с серой и фосфором с образованием сульфидов и фосфоридов.

Ca + S → CaS

Кальций взаимодействует с фосфором с образованием фосфидов:

1.4. С азотом магний взаимодействует при комнатной температуре с образованием нитрида:

Остальные щелочноземельные металлы реагируют с азотом при нагревании.

1.5. Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов.

Ca + 2C → CaC₂

Бериллий реагирует с углеродом при нагревании с образованием карбида — метанида:

2Be + C → Be₂C

1.6. Бериллий сгорает на воздухе при температуре около 900°С:

2Be + O₂ → 2BeO

Магний горит на воздухе при 650°С с выделением большого количества света. При этом образуются оксиды и нитриды:

2Mg + O₂ → 2MgO

Щелочноземельные металлы горят на воздухе при температуре около 500°С, в результате также образуются оксиды и нитриды.

Видеоопыт : горение кальция на воздухе можно посмотреть здесь.

2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют со сложными веществами:

2 Ca 0 + 2 H₂ + O = 2 Ca + ( OH)₂ + H₂ 0

2.2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной, разбавленной серной кислотой и др.). При этом образуются соль и водород.

2Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

2.3. При взаимодействии щелочноземельных металлов с концентрированной серной кислотой образуется сера.

При взаимодействии щелочноземельных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

2.5. Щелочноземельные металлы могут восстанавливать некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод) из оксидов.

2Ca + SiO₂ → 2CaO + Si

2Mg + CO₂ → 2MgO + C

Ca + CuCl₂ → CaCl₂ + Cu

Оксиды щелочноземельных металлов

Способы получения

1. О ксиды щелочноземельных металлов можно получить из простых веществ — окислением металлов кислородом :

2Ca + O₂ → 2CaO

3. Оксиды магния и бериллия можно получить термическим разложением гидроксидов :

Химические свойства

1. Оксиды кальция, стронция, бария и магния взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами :

2. Оксиды щелочноземельных металлов взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей (с многоосновными кислотами).

CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

3. Оксиды кальция, стронция и бария активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей.

CaO + H₂O → 2Ca(OH)₂

Оксид магния реагирует с водой при нагревании:

MgO + H₂O → Mg(OH)₂

Оксид бериллия не взаимодействует с водой.

4. Оксид бериллия взаимодействует с щелочами и основными оксидами.

При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в расплаве или с основными оксидами образуются соли-бериллаты.

При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в растворе образуются комплексные соли.

Гидроксиды щелочноземельных металлов

Способы получения

Оксид магния взаимодействует с водой только при нагревании:

2. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих металлов с водой.

Магний взаимодействует с водой только при кипячении:

Химические свойства

1. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с всеми кислотами (и сильными, и слабыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Гидроксид магния взаимодействует только с сильными кислотами.

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

4. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли.

Например : гидроксид кальция реагирует с гидрокарбонатом кальция с образованием карбоната кальция:

5. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода). Взаимодействие щелочей с неметаллами подробно рассмотрено в статье про щелочные металлы.

В растворе образуются комплексная соль и водород:

7. Гидроксиды кальция, стронция и бария вступают в обменные реакции с растворимыми солями. Как правило, с этими гидроксидами реагируют растворимые соли тяжелых металлов (в ряду активности расположены правее алюминия), а также растворимые карбонаты, сульфиты, силикаты, и, для гидроксидов стронция и бария — растворимые сульфаты.

Также с гидроксидами кальция, стронция и бария взаимодействуют соли аммония.

8. Гидроксид кальция разлагается при нагревании до 580 о С, гидроксиды магния и бериллия разлагаются при нагревании:

Ba(OH)₂ ↔ Ba 2+ + 2OH —

Гидроксид магния — нерастворимое основание. Гидроксид бериллия проявляет амфотерные свойства.

При взаимодействии гидроксида бериллия с избытком раствора щелочи образуется комплексная соль:

Соли щелочноземельных металлов

Нитраты щелочноземельных металлов

Нитраты кальция, стронция и бария при нагревании разлагаются на нитриты и кислород. Исключение — нитрат магния. Он разлагается на оксид магния, оксид азота (IV) и кислород.

Карбонаты щелочноземельных металлов

1. Карбонаты щелочноземельных металлов при нагревании разлагаются на оксид и углекислый газ.

2. Карбонаты щелочноземельных металлов под действием воды и углекислого газа превращаются в растворимые в воде гидрокарбонаты.

3. Карбонаты щелочноземельных металлов взаимодействуют с более сильными кислотами с образованием новой соли, углекислого газа и воды.

Более сильные кислоты вытесняют менее сильные из солей.

4. Менее летучие оксиды вытесняют углекислый газ из карбонатов при сплавлении. К менее летучим, чем углекислый газ, оксидам относятся твердые оксиды — оксид кремния (IV), оксиды амфотерных металлов.

Менее летучие оксиды вытесняют более летучие оксиды из солей при сплавлении.

Жесткость воды

Постоянная и временная жесткость

Жесткость воды — это характеристика воды, обусловленная содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, в основном кальция и магния (солей жесткости).

Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция Ca(HCO₃)₂ и магния Mg(HCO₃)₂ в воде.

Постоянная (некарбонатная) жесткость обусловлена присутствием солей, не выделяющихся при кипячении из раствора: хлоридов (CaCl₂) и сульфатов (MgSO₄) кальция и магния.

Способы устранения жесткости

Существуют химические и физические способы устранения жесткости. Химические способы устранения временной жесткости:

1. Кипячение. При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния распадаются на нерастворимые карбонаты, углекислый газ и воду:

2. Добавление извести (гидроксида кальция). При добавлении щелочи растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:

Химические способы устранения постоянной жесткости — реакции ионного обмена, которые позволяют осадить ионы кальция и магния из раствора:

1. Добавление соды (карбоната натрия). Карбонат натрия связывает ионы кальция и магния в нерастворимые карбонаты:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓+ 2NaCl

2. Добавление фосфатов. Фосфаты также связывают ионы кальция и магния:

Источник

Анализ натрия гидрокарбоната, солей лития, магния, кальция, бария

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

Анализ натрия гидрокарбоната, лития карбоната, солей магния и кальция, бария сульфата, производных бора. Глава 3.

К данной группе ЛС относятся широко применяемые в медици­не неорганические препараты магния, используемые парентераль­но — как успокаивающее, спазмолитическое, гипотензивное сред­ство и перорально – как слабительное (магния сульфат): магния оксид – антацидное средство.

Натрия гидрокарбонат применяют как антацидное средство. Его также используют в качестве наполнителя при таблетировании ЛС и как стабилизатор при изготовлении некоторых инъекционных растворов (раствор натрия тиосульфата). Лития карбонат применя­ют в психиатрии для купирования приступов.

Производные бора – наружные антисептические средства.

Применение бария сульфата основано на его способности не пропускать рентгеновские лучи. Его используют при рентгеноло­гических исследованиях желудка и кишечника.

Свойства лекарственных веществ изучаемой группы приведены в табл. 2.

Таблица 2. Натрия гидрокарбонат, лития карбонат, производные магния, кальция, бария сульфат, производные бора

АНАЛИЗ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

1. Натрия гидрокарбонат и лития карбонат

Данные лекарственные вещества являются солями, образован­ными щелочными металлами и слабой кислотой угольной. Раство­римая в воде соль натрия гидрокарбонат имеет слабо щелочную реакцию среды.

Подлинность Л С проводится по катиону и аниону.

1) Реакции на ион Nа + – см. с. 16.

2) Реакции на ион Li + проводят после растворения лития карбо­ната в кислоте, так как в воде вещество не растворяется:

Растворимые соли лития с гидрофосфатами в слабощелочной среде дают белый осадок лития фосфата:

Соли лития окрашивают бесцветное пламя горелки в кармино­во-красный цвет,

3) Реакции на анионы НСО₃ и СО₃ 2- основаны на вытеснении сильной минеральной кислотой кислоты угольной из ее солей. Кислота угольная нестойка и выделяет СО₂ (в виде пузырьков газа), который дает белый осадок при пропускании через известковую воду (см. с. 14).

При кипячении с насыщенным раствором магния сульфата гид- рокарбонат-ион (как и карбонат-ион, так как при кипячении гид­рокарбонат-ион переходит в карбонат) дает белый осадок:

Чистота. У натрия гидрокарбоната определяют наличие менее растворимых примесей по эталону мутности №4. Если натрия гид­рокарбонат используют для инъекций или для стабилизации инъ­екционных растворов, его раствор должен быть прозрачным.

Примесь карбонатов определяют прокаливанием. Потеря массы при этом должна быть не менее 36,6%. Чем больше примеси карбо­натов, тем меньше потеря массы при прокаливании.

Количественное определение. Натрия гидрокарбонат и лития кар­бонат количественно определяют ацидиметрически; титрант — 0,1 М раствор кислоты хлороводородной, индикатор — метиловый оранже­вый. Определение натрия гидрокарбоната проводят прямым методом:

Лития карбонат определяют обратным способом, так как препа­рат в воде не растворяется. Кроме того, необходимо удалить выде­ляющийся СО₂, который может повлиять на результат количествен­ного определения:

Полученный раствор кипятят до удаления СО, и остаток кисло­ты хлороводородной оттитровывают стандартным раствором натрия гидроксида:

HCl + NaOH → NaCl + Н₂О.

Хранят лекарственные вещества в хорошо укупоренной таре.

2. Производные магния и кальция

Магний и кальций обладают ярко выраженными металлически­ми свойствами.

Со щелочами ионы магния и кальция образуют осадки гидро­ксидов белого цвета Mg(OH)₂ и Са(ОН)₂. Ион магния, в отличие от иона кальция, образует нерастворимый гидроксид с раствором ам­миака.

Определение подлинности

Общие (по ФС) реакции подлинности на соединения магния и кальция – см. с. 14 и 15 соответственно. На соединения магния часто проводят реакцию с 8-оксихинолином в среде аммиачного буферного раствора (pH 8,0-13,0, нагревание ускоряет процесс); в результате выпадает желто-зеленый кристаллический осадок внутрикомплексного хелата – 8-оксихинолината магния:

Реакции на анионы – хлориды и сульфаты – см. с. 15 и 18 соот­ветственно.

Количественное определение

Общим методом количественного определения лекарственных веществ группы магния и кальция является комплексонометрия. Стандартный раствор — раствор этилендиаминтетраацетата в виде динагриевой соли (ЭДТА). Ионы металлов образуют с ЭДТА проч­ные бесцветные комплексы в соотношении Г. 1. Индикаторы, при­меняемые в данном методе, образуют с ионами металлов комплек­сы, окрашенные в иной цвет, чем сами свободные индикаторы.

Определение солей

Условия определения: стандартный раствор – раствор ЭДТА; индикатор — эриохром черный Т; аммиачный буферный раствор, pH 9,5 – 10,0.

К навеске препарата, растворенной в воде, добавляют аммиач­ный буферный раствор и индикатор. Около 1% ионов Мg 2+ связы­вается с индикатором, образуя окрашенный в красный цвет комп­лекс:

Затем полученный раствор титруют стандартным раствором ЭДТА:

Когда все ионы Мg 2+ оттитрованы, под действием ЭДТА начи­нает разрушаться менее прочный комплекс металла с индикато­ром:

Появление окраски свободного индикатора (синей при данном значении pH 9,5 — 10,0) покажет конец титрования.

Определение солей кальция

Количественное определение солей кальция проводят в присут­ствии индикатора хромового темно-синего и аммиачного буферно­го раствора (pH 9,5 — 10,0) или с индикатором кислотой калькон- карбоновой в щелочной среде (pH > 12,0), которую добавляют в конце титрования:

Хранение

При хранении учитывают, что кристаллогидраты, например МgSО₄ * 7Н₂О, СаSО₄ * 1 /₂Н₂О, выветриваются, СаС1₂*6Н₂О — расплы­вается на воздухе. Магния оксид поглотает оксид углерода (IV) из воздуха, превращаясь в магния карбонат. Поэтому указанные ле­карственные вещества хранят в хорошо укупоренной таре.

3. Бария сульфат для рентгеноскопии

Это вещество непроницаемо для рентгеновских лучей, что по­зволяет применять его для рентгенологического исследования желудочно- кишечного тракта.

Бария сульфат относится к числу практически нерастворимых соединений (ПР 1,1*10- 10 ).

Соли бария окрашивают пламя горелки в желтовато-зеленый цвет.

Нерастворимый в воде бария карбонат отфильтровывают. В филь­трате определяют сульфат-ионы:

Осадок на фильтре растворяют в кислоте хлороводородной и в фильтрате определяют ионы бария:

Ионы бария токсичны, вызывают паралич сердечной мышцы. Поэтому анализ чистоты предусматривает обнаружение ионов ба­рия. соединений бария, растворимых в кислотах,- таких, как ба­рия карбонат, так как эти примеси токсичны из-за возможности их растворения в кислой среде желудка. Определение проводят путем добавления к определенному количеству препарата кислоты уксус­ной. Бария сульфат отфильтровывают, а в фильтрате обнаружива­ют ионы бария после добавления к пробе кислоты серной (жид­кость должна оставаться прозрачной).

Определение примеси сульфидов проводят в вытяжке из препа­рата после добавления к нему кислоты хлороводородной и нагрева­ния:

На фильтровальной бумаге, смоченной раствором свинца ацета­та и поднесенной к горлу колбы, не должно наблюдаться потемне­ния.

Примесь фосфатов обнаруживают в азотнокислой вытяжке из препарата после прибавления аммония молибдата:

Не должно наблюдаться образования желтого осадка в течение 1 ч.

Сульфиты и другие восстановители определяют в подкислен­ной водной вытяжке по реакции с калия перманганатом:

Для применения препарата требуется его определенная диспер­сность, которую определяют встряхиванием препарата с водой в мерном цилиндре. Через 15 мин граница осадка в мерном цилинд­ре на 50 мл должна быть не ниже отметки 12 мл.

Количественное определение бария сульфата проводят после кипячения навески препарата с кислотой хлороводородной. Оса­док переносят на бумажный фильтр, промывают горячей водой до отрицательной реакции на хлориды. Осадок вместе с фильтром прокаливают во взвешенном титле. Тигель после прокаливания взве­шивают. Содержание бария сульфата должно быть в пределах 97,5— 100,5%.

4. Производные бора

Кислота борная является слабой одноосновной кислотой. Кис­лотные свойства она проявляет, присоединяя гидроксид-нон:

Водный раствор имеет слабокислую реакцию. Кислотные свой­ства кислоты борной усиливаются при ее взаимодействии с полиолоами (например, с глицерином), что используется в ее анали­зе.

1) При прокаливании кислоты борной наблюда­ется появление характерной стеклообразной массы оксида бора (В₂О₃):

2) С этанолом образуется в присутствии концентрированной Н₂SО₄ эфир борноэтиловый, который горит пламенем с характер­ной зеленой каймой:

3) Реакция с куркумином. Кислота борная с природным краси­телем куркумином. нанесенным на фильтровальную бумагу, обра­зует комплексное соединение розоцианин, окрашенное в розовый цвет. При дальнейшем смачивании полученного комплекса раство­ром аммиака образуется зеленое окрашивание, переходящее в чер­ное:

Чистота. В кислоте борной не должно быть примеси минераль­ной кислоты, что устанавливается по индикатору метиловому оран­жевому. Сама кислота борная не меняет окраску этого индикатора (как очень слабая кислота).

Количественное определение. Для количественного определения кислоты борной используют ее свойство образовывать комплекс­ную кислоту с глицерином, которую можно оттитровать щелочью — как более сильную, чем исходная кислота борная. Глицерин необ­ходимо предварительно нейтрализовать щелочью, вследствие сла­бокислой реакции среды из-за наличия нескольких спиртовых гид­роксилов:

Далее полученную кислоту глицероборную оттитровывают стан­дартным раствором натрия гидроксида в присутствии индикатора фенолфталеина:

Глицерин добавляют частями, так как он является ассоциирую­щим растворителем и препятствует диссоциации кислоты глицероборной.

5. Натрия тетраборат

Натрия тетраборат при растворении в воде дает щелочную реак­цию среды вследствие гидролиза:

Количественное определение натрия тетрабората проводят ме­тодом ацидиметрии в присутствии индикатора метилового оранже­вого:

Верхний предел содержания натрия тетрабората (нe более 103%) связан с тем, что ГФ регламентирует степень выветривания крис­таллизационной воды.

Хранят натрия тетраборат в хорошо укупоренной таре.

Источник