2A族元素(二)

化學原理啟迪442

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1.     高溫下鹼土族金屬，與氮或氫反應，產生離子性氮化物或氫化物鹽類，例如：

3Ca(s)＋N2(g)→Ca3N2(s)

Ca(s)＋H2(g)→CaH2(s)

2.     鎂、鍶、鋇生成的化合物十分相似，鈹氫化物無法直接用鈹與氫結合的方式生成，可用以下的反應製備：

BeCl2＋2LiH→BeH2＋2LiCl

3.     鈹原子之間橋接著氫原子，製造出BeH2聚合構造：

4.     定域化電子模型所描述的鍵結情形是，每個Be－H－Be原子團間，只有1對電子，稱為三中心鍵three-center bond；

5.     稱為三中心鍵的原因是，這種化學鍵是1對電子由3個原子所共享。三中心鍵的觀念也能用來解釋其他缺電化合物的鍵結情形，例如硼氫化物。

6.     與其他2A族元素相比，鈹原子的體積較小、陰電性較強，這使得鈹與其他原子之間化學鍵，所展現的共價性，更勝於其他2A族元素，舉例來說，鈹氯化物的路易斯結構是線型的，這符合價電軌域模型VSEPR所預期的：

7.     Be－Cl的化學鍵是共價鍵，鈹Be的電子軌域是sp混成軌域。特別留意，BeCl2的鈹非常缺電，因為鈹的周圍只有6個價電子，所以BeCl2對能夠提供電子的物質（路易斯鹼，十分容易起反應），例如氨，很容易起反應：

8.     在固體狀態下，BeCl2發展出一種結構，使Be處於四面體結構的環境。如此一來，BeCl2的鈹的價電子，就達到八隅體的最穩定狀態，其方法是，氯原子的未鍵結電子對用來形成Be－Cl鍵。

9.     鹼土族的實用價值很大，鈣離子和鎂離子是維繫人類生命的必需物質。鈣是骨骼與牙齒結構的主要礦物質。鎂離子Mg²⁺在新陳代謝與肌肉功能運作上，扮演重要的角色。

10. 鎂金屬的密度較低，化學鍵強度適中，是十分好用的結構物質，鎂能與鋁形成合金。

11. 下表摘要與鹼土族金屬有關的重要反應：

M＋X2→MX2 註：X2＝鹵素分子

2M＋O2→2MO 注：Ba鋇也會生成BaO2

M＋S→MS

3M＋N2→M3N2 注：必須在高溫下進行反應

6M＋P4→2M3P2 注：必須在高溫下進行反應

M＋H2→MH2

注：M＝鈣Ca、鍶Sr或鋇Ba。必須在高溫下進行反應，鎂Mg須在高壓下進行反應。

M＋2H2O→M(OH)2＋H2 注：M＝鈣Ca、鍶Sr或鋇Ba

M＋2H^＋→M^2＋＋H2

Be＋2OH^－＋2H2O→Be(OH4) ^2－＋H2

12. 自然界供應的水，經常有較大濃度的Ca²⁺和Mg²⁺，這種水稱為硬水hard water。硬水中的離子會破壞洗滌劑的效用，這些離子與肥皂反應會產生沈澱。

13. 在大型淨水池，通常是將水中的Ca²⁺離子沈澱為CaCO3，再移除。家庭則是用「離子交換器ion exchange」移除Ca²⁺、Mg²⁺和其他陽離子。離子交換樹酯ion exchange resin由大型分子構成（多聚體），裡頭有許多離子接觸位置。

14. 陽離子交換樹脂如下：

15. 在樹脂多聚體裡，Na⁺與SO3^－彼此鍵結。當硬水穿過樹脂，Ca²⁺和Mg²⁺會取代Na⁺在樹脂中的位置，釋放Na⁺到水中，這樣水就軟化了；肥皂在含有Na⁺離子的水中可以溶化，因此含有Na⁺離子的水不是硬水。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》；圖片來源／Chemtube3d.com/gallery、facultyfp.salisbury.edu、4college.co.uk、chempaths.chemeddl.org、globalspec.com