Allgemeines
IMPP-Score: 1.4
Allgemeines über die Erdalkaligruppe
1. Eigenschaften und Reaktivität der Erdalkalimetalle
Die Erdalkalimetalle Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium und Barium teilen sich eine Gruppe im Periodensystem der Elemente und weisen dadurch ähnliche Eigenschaften wie die zweifache positive Oxidationsstufe auf. Ihre Unterschiede im Verhalten und ihren Eigenschaften sind jedoch maßgebend von der Position im Periodensystem beeinflusst.
Beryllium zeigt aufgrund seiner Stellung im Periodensystem eine Schrägbeziehung zu Aluminium. Das bedeutet, dass Beryllium, obwohl es ein Erdalkalimetall ist, teils ähnliche Eigenschaften wie das p-Block-Element Aluminium aufweist. So ist zum Beispiel frisch gefälltes Berylliumhydroxid sowohl in Säuren als auch in Laugen löslich, was nicht typisch für die meisten Erdalkalimetalle ist.
Beryllium, an der Spitze der Erdalkalimetalle stehend, ist hart und hat einen hohen Schmelzpunkt, während Barium am anderen Ende der Gruppe weicher und mit einem niedrigeren Schmelzpunkt versehen ist. Die Atome der Erdalkalimetalle haben zwei Valenzelektronen, was zu einer bevorzugten Oxidationszahl von +2 führt.
Die Reaktivität mit Wasser nimmt von Beryllium zu Barium zu. Beryllium reagiert praktisch gar nicht mit Wasser; Barium hingegen reagiert heftig. Auch die Reaktionen mit Sauerstoff sind unterschiedlich: Während Beryllium relativ widerstandsfähig gegenüber Oxidation ist und Magnesium eine schützende Oxidschicht ausbildet, reagieren Calcium, Strontium und Barium leichter unter Bildung von Oxiden.
2. Salze: Struktur, Eigenschaften und Reaktivität
Die von Erdalkalimetalle gebildeten Salze sind aufgrund ihrer vielfältigen chemischen Zusammensetzung interessant. Sulfate, Carbonate, Hydroxide und Chloride sind einige der häufigsten Salztypen.
Ein spannender Punkt für das IMPP ist die Nutzung von Bariumsulfat als Röntgenkontrastmittel. Bariumsulfat ist fast unlöslich in Wasser, was es passierend für den Verdauungstrakt macht, ohne resorbiert zu werden. Dies ist essentiell, da Barium in löslicher Form sehr giftig ist.
Die Flammenfärbung durch Erdalkalimetallsalze wie Strontiumchlorid, das eine rote Flamme, oder Bariumverbindungen, die eine grüne Flamme verursachen, ist ebenfalls ein wichtiger Punkt. Diese Eigenschaft entsteht durch Energiezustandsänderungen der Metallionen und wird häufig im Labor zur Identifizierung genutzt.
Hygroskopische Substanzen wie Calciumchlorid ziehen Wasser aus ihrer Umgebung an. Diese Fähigkeit zur Bildung von Hydraten zeigt sich in verschiedenen alltäglichen und industriellen Anwendungen, beispielsweise beim Trocknen von Gasen.
3. Wasserhärte
Erdalkalimetallsalze spielen eine entscheidende Rolle bei der Wasserhärte. Kalzium- und Magnesium-Ionen, die aus ihren Carbonaten und Sulfaten stammen, tragen maßgeblich dazu bei.
Das IMPP ist sehr an den Unterschieden zwischen temporärer und permanenter Wasserhärte interessiert. Temporäre Härte wird hauptsächlich durch Calciumhydrogencarbonat verursacht und kann durch Erhitzen entfernt werden, da sich das Hydrogencarbonat in Carbonat und dann in Carbonatdioxid und Wasser zersetzt. Permanente Härte hingegen, verursacht durch Sulfate und Chloride der Erdalkalimetalle, bleibt auch nach dem Kochen des Wassers erhalten.
Verfahren zur Entfernung der Wasserhärte sind für die Wasserqualität in Haushalt und Industrie relevant. So kann durch Ionenaustauscher oder Zugabe von weichmachenden Chemikalien wie Natriumcarbonat die Härte modifiziert werden.
Gruppentrends
Die Gruppentrends innerhalb der Erdalkaligruppe bzw. zwischen den Alkali- und den Erdalkalimetallen werden häufig abgefragt, daher sollte man diese gut drauf haben.
Von Oben nach unten nehmen folgende Eigenschaften zu:
- thermische Beständigkeit der Carbonate
- Löslichkeit der Hydroxide in Wasser
- Atomradius
- Ordnungszahl
- Massezahl
- Basenstärke / basische Charakter / Stärke der Basen der Hydroxide
- Beryllium ist das Erdalkalimetall mit der niedrigsten Ordnungszahl bzw. Massenzahl, Radium ist das Erdalkalimetall mit der höchsten Ordnungszahl bzw. Massenzahl.
Von Oben nach unten nehmen folgende Eigenschaften ab:
- Löslichkeit der Sulfate in Wasser
- Betrag der frei werdenen Hydratationsenthalpien der Ionen
- Standardpotential nimmt ab (wird negativer)
- Erste Ionisierungsenergie
- die Elektronegativität
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Die Erscheinungsformen der Erdalkalimetalle Grafik: User Tomihahndorf on de.wikipedia, Erdalkali, CC BY-SA 3.0↩︎
