2족

A-Level 화학 · 주제 10

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10.1

2족 금속

Syllabus

산소, 물, 희석 염산 및 황산과의 원소 반응 서술 및 화학 방정식 작성
산化物, 수산화물 및 탄산염이 물, 희석 염산 및 황산과 반응하는 것 서술 및 화학 방정식 작성
질산염 및 탄산염의 열분해 서술 및 화학 방정식 작성. 열적 안정성의 경향 포함
10.1.1의 반응에 관여한 원소 및 10.1.2, 10.1.3, 10.1.5의 화합물에 대한 물리적·화학적 성질 경향 서술 및 예측
수산화물 및 황산염의 용해도 변화를 서술

출처: Cambridge International syllabus

탄산칼슘의 해안 석회암 절벽 — 석회암은 탄산칼슘이다 - 2족 금속 칼슘의 화합물.

그룹 2에는 마그네슘, 칼슘, 스트론티움 및 바륨의 금속들이 포함됩니다. 이들은 모두 바깥 껍질 전자 2개를 가지고 있으며, 이를 잃어 $2+$ 이온을 형성합니다. 아래로 내려갈수록 원자는 커지고 바깥 껍질 전자를 잃기 쉬워지므로 금속들은 더 반응성이 높아집니다—즉, 그룹 아래로 갈수록 반응성이 증가합니다.

마그네슘부터 바륨까지 크기가 커지는 2족 원子和一个标有反应性增加的向下箭头 — 2족을 내려갈수록 반응성이 증가한다: 더 큰 원자는 두 개의 최외전자를 덜 강하게 묶어 놓으므로 더 쉽게 잃어진다

원소들의 반응

산소와 반응하면 산소를 만들어 연소한다:

$$2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$$

플라이어에 잡힌 마그네슘 줄기가 눈부신 흰빛과 함께 타오르며 산화마그네슘의 흰 연기를 내보냅니다 — 마그네슘은 공기 중에서 밝은 흰색 불꽃으로 타오르며 흰색 산화마그네슘을 형성함

물과 반응하면 수산화물과 수소 가스를 만든다. 반응은 족을 내려갈수록 빨라진다:

$$\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$$

마그네슘은 찬물에서는 느리지만 증기에서는 빠르게 반응하여 $\text{MgO}$과 $\text{H}_2$을 생성한다.

희석 염산 또는 황산과 반응하면 염과 수소를 만든다:

$$\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2$$

황산과의 반응은 족을 내려갈수록 느려지는데,-formed sulfates (such as $\text{BaSO}_4$) are insoluble and coat the metal.

화합물들의 반응

산화물과 수산화물은 염기성이다. 그들은 물과 희석 산과 반응한다:

$$\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \qquad \text{Mg(OH)}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$

탄산염은 희석 산과 반응하여 염, 물 및 이산화탄소를 생성한다:

$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$

열분해

열분해는 화합물을 가열하여 분리시키는 것을 의미한다.

탄산염은 산화와 이산화탄소로 쪼개진다:

$$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$$

질산염은 산화물, 갈색 질소 산화물 가스 및 산소로 쪼개진다:

$$2\text{Ca(NO}_3)_2 \rightarrow 2\text{CaO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$

탄산염과 질산염의 열 안정성은 모두 을 내려갈수록 증가한다. 더 큰 금속 이온은 탄산염이나 질산염 이온을 덜 끌어당하므로 화합물이 쪼개지기 어렵다 - 더 높은 온도가 필요하다. 따라서 탄산마그네슘이 가장 쉽게 분해되고, 탄산바륨이 가장难分解。

작은 마그네슘 이온이 탄산염 이온을 심하게 왜곡하고 큰 바륨 이온은 거의 왜곡하지 않음 — 열 안정성은 족을 내려갈수록 상승한다: 작은 양이온은 탄산염 이온을 더 극화(왜곡)시켜 약화시키므로 더 쉽게 분해됨

용해도의 경향

화합물	족을 내려가는 용해도의 경향
수산화물	증가 (Mg(OH)$_2$ 거의 불용; Ba(OH)$_2$ 용용)
황산염	감소 (MgSO$_4$ 용용; BaSO$_4$ 불용)

두 로그 스케일 선이 교차: 수산화물 용해도는 Mg에서 Ba로 상승하고 황산염 용해도는 하락함 — 2족을 내려갈수록 수산화물은 더 잘 녹고 황산염은 더 잘 녹지 않는다(로그 스케일 참고)

이러한 경향으로부터 다음 원소인 라듐과 그 화합물의 성질을 예측할 수 있다.

작은 예제. $\text{MgCO}_3$는 약 $540\ °\text{C}$에서 분해되고, $\text{BaCO}_3$는 약 $1360\ °\text{C}$에서 분해됩니다. 이 경향을 설명하고, $\text{CaCO}_3$가 어디에 위치하는지 예측하십시오. 2족 원소를 아래로 내려갈수록 양이온의 크기는 커지고, 전하가 더 넓은 면적에 퍼지므로 극화력은 감소합니다. 극화력이 작은 양이온은 탄산 이온을 덜 왜곡시키므로, $\text{C-O}$ 결합은 덜 약화되며 이를 끊기 위해 더 많은 열이 필요합니다. 따라서 열 안정성은 족을 따라 아래로 갈수록 증가하며, Mg와 Ba 사이에 위치한 $\text{CaCO}_3$는 중간 온도인 약 $900\ °\text{C}$에서 분해됩니다. 전체 인과사슬을 논증하십시오: 양이온 크기 → 극화력 → 음이온의 왜곡; "더 반응성이 크다"는 설명은 여기서 아무런 의미가 없습니다.

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2족 반응성 계단

2족을 내려가면 왜 반응이 격렬해지는지 확인하세요.

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2족 경향 실험실

2족을 내려가는 열안정성과 용해도 경향을 비교하세요.

어휘 연습하기

English	한국어
group/ɡruːp/	그룹
reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/	활성도
sulfate/ˈsʌlfeɪt/	황산염
oxide/ˈɒksaɪd/	산化物
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/	수산화
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/	탄산염
thermal decomposition/ˈθɜːml ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/	열분해 반응
nitrate/ˈnaɪtreɪt/	질산
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/	열안정성
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/	용해도

10.1

시험 팁

2족 원소의 반응성은 족을 따라 아래로 갈수록 증가합니다. 원자가 커짐에 따라 이온화 에너지가 낮아져 전자를 잃기 쉬워집니다.
물과의 반응은 족을 따라 아래로 갈수록 더 격렬해집니다. Mg는 찬물에서는 느리게 반응하지만 증기와는 빠르게 반응합니다 (→ MgO).
수산화물은 족을 따라 아래로 갈수록 용해도가 높아지고, 황산염은 용해도가 낮아집니다 ($\text{BaSO}_4$는 불용성 — 황산염 검출법의 기초).
올바른 $+2$ 이온을 사용하여 방정식을 쓰고, 관찰 사항(거품 발생, 용해)을 서술하십시오.