Elemente, Schulbuch

7.3 DIe 2. GRUPPe – ERdALKALIMeTALLe Elektronenanordnung in der äußersten Sphäre: s 2 Die Metalle Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium sind starke Reduktionsmittel und kommen daher in der Natur nur in Form ihrer Salze (Silicate, Carbonate, Sulfate) vor. In diesen sind sie als zweifach positiv geladene Ionen gebunden. Elementar sind nur Beryllium und Magnesium an Luft beständig. Die übrigen Metalle müssen unter Luftabschluss aufbewahrt werden. Die Reakti- onsfreudikeit steigt mit der Ordnungszahl. Beryllium Beryllium nimmt in dieser Gruppe eine Sonderstellung ein. Die Verbindungen haben eher keinen ionischen Charakter. Beryllium und die meisten seiner Verbindungen sind giftig und kanzerogen. Aufgrund dieser Eigenschaft und des hohen Preises be- sitzt das Metall kaum allgemeine Bedeutung. Es kommt nur bei einigen speziellen Anwendungen (zB: in Kernreaktoren) zum Einsatz. Es gibt viele Berylliumhaltige Edelsteine bzw. Halbedelsteine, wie zB Beryll und Smaragd (Abb 164.3). Magnesium Magnesium, das Zentralatom von Chlorophyll (Abb. 164.4), ist ein für alle Grünpflan- zen essentielles Element. Auch für den menschlichen Organismus ist Magnesium lebensnotwendig, da es an vielen Stoffwechselvorgängen beteiligt ist. Die notwen- dige Menge an Mg (300mg/d) wird bei ausgewogener Ernährung leicht erreicht. Magnesium kommt in der Natur in vielen Mineralien (zB Magnesit MgCO 3 ) vor. Das Metall wird durch Schmelzflusselektrolyse gewonnen. Magnesiumpulver und -späne sind leicht entzündlich. Es brennt mit einer sehr hellen Flamme und wurde wegen dieser Eigenschaft als Blitzlicht eingesetzt. Aufgrund des unedlen Charakters, setzt man Magnesium als „Opferanode“ (Kap. 4.4) ein. Calcium Die bekannteste Verbindung ist Kalk (CaCO 3 ). Als Bestandteil dieses und auch ande- rer gesteinsbildender Mineralien ist Calcium das fünfhäufigste Element der Erdkrus- te. Im menschlichen Körper ist Calcium (hauptsächlich in Knochen und Zähnen) mit über 1000 g das häufigste Metallion. Die tägliche Calciumaufnahme sollte bei ca. 1000 mg (bei Schwangeren und älteren Menschen ist der Bedarf noch höher) liegen. Calciumionen spielen auch eine zentrale Rolle bei der Wasserhärte (Kapitel 6.4). Strontium Strontium kommt im Vergleich zu Calcium nur in sehr geringen Mengen vor. Auf- grund der chemischen Ähnlichkeiten kann Calcium durch Strontium im menschlichen Organismus ersetzt werden. Zu einer Gesundheitsgefährdung kann es durch das radioaktive 90 Sr kommen. Das Nuklid wurde durch Atombombentests (Mitte des 20. Jahrhunderts) und den Reaktorunfall von Tschernobyl (1986), freigesetzt. 90 Sr ist ein β -Strahler mit einer Halbwertszeit von 29 Jahren. Barium Hydratisierte Bariumionen sind sehr giftig. Bariumsulfat ist in Wasser sehr schwer löslich ( K L = 10 -10 ) und auch nicht in Säuren. Es wird als Kontrastmittel bei Röntgen- untersuchungen des Magen-Darm-Trakts eingesetzt. Radium Radium wurde von Marie und Pierre Curie 1898 entdeckt. Die starke Strahlung, die das radioaktive Element zeigt, war ausschlaggebend für die Namensgebung. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden verdünnte Lösungen eines Radiumsalzes als Heilmittel verkauft, da man der Strahlung gesundheitsfördernde Eigenschaften zuschrieb. Erst durch zahlreiche Erkrankungen bei Ziffernblattmalerinnen, die bei ihrer Arbeit mit Radiumverbindungen in Kontakt kamen, wurde die Gefährlichkeit des Stoffes auch von der Öffentlichkeit erkannt. Das stabilste Nuklid ist 226 Ra mit t = 1600 Jahre. Abb. 164.1: Die Erdalkalimetalle Abb. 164.2: Flammenfärbungen der Erdalkalimetalle Abb. 164.4: Strukturformel des Chlorophylls Abb. 164.3: Be- und Mg-hältige, bekannte Edelsteine N N N N Mg 2+ X H 3 C Y CH 3 CH 3 O OCH 3 O H 3 C O O CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 Chlorophyll A: X … –CH=CH 2 Y … –CH 3 Chlorophyll B: X … –CH=CH 2 Y … –CHO Chlorophyll D: X … –CHO Y … –CH 3 a: Smaragd (Be) b: Beryll (Be) c: Turmalin (Be, Mg) a b c Be Mg Ca Sr Ba Ra Beryllium Magnesium Calcium Strontium Barium Radium 2. Gruppe 1868 1897 1894 1898 1898 1900 entdeckt Farbe stahlgrau silbrigweiß silberweiß silberweiß silberglänzend silberglänzend Strontium Calcium Barium 164 7 CHEMISCHE EIgEnSCHAFTEn EInIgER STOFFE Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv