Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Group 2 · ⁨קבוצה 2⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 10 · ⁨נושא 10⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
8:01

קבוצה 2

לפני צילום רנטגן של הקיבה, מבקשים מהמטופל לשתות נוזל לבן עבה. הוא מלא בבריום – ויוני הבריום רעילים. בליעת מלח בריום מסיס…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

10.1

The Group 2 metals · ⁨מתכות הקבוצה 2⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe, and write equations for, the reactions of the elements with oxygen, water and dilute hydrochloric and sulfuric acids
  2. describe, and write equations for, the reactions of the oxides, hydroxides and carbonates with water and dilute hydrochloric and sulfuric acids
  3. describe, and write equations for, the thermal decomposition of the nitrates and carbonates, to include the trend in thermal stabilities
  4. describe, and make predictions from, the trends in physical and chemical properties of the elements involved in the reactions in 10.1.1 and the compounds involved in 10.1.2, 10.1.3 and 10.1.5
  5. state the variation in the solubilities of the hydroxides and sulfates
עברית
  1. לתאר ולכתוב משוואות לכימיה של יסודות עם חמצן, מים וחומצות הידרוכלורית וסולפורית מדוללות
  2. לתאר ולכתוב משוואות לכימיה של תחמוצות, הידרוקסידים וקרबונטים עם מים וחומצות הידרוכלורית וסולפורית מדוללות
  3. לתאר ולכתוב משוואות לפירוק תרמי של ניטרטים וקרבונטים, כולל המגמה ביציבות תרמית
  4. תיאור, וביצוע תחזיות, מהמגמות בתכונות פיזיקליות וכימיות של האלמנטים המעורבים בתגובות ב-10.1.1 ובתרכובות המעורבות ב-10.1.2, 10.1.3 ו-10.1.5
  5. לציין את השינויים בהתמוססות של הידרוקסידים וסולفات

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Group 族 2 holds the metals magnesium, calcium, strontium and barium. They all have two outer electrons, which they lose to form $2+$ ions. Going down the group, the atoms get larger and the outer electrons are easier to lose, so the metals get more reactive — their reactivity 反应活性 increases down the group.

Reactions of the elements

With oxygen, they burn to form an oxide:

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

With water, they form a hydroxide and hydrogen. The reaction gets faster down the group:

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

Magnesium is slow with cold water but reacts fast with steam, giving $\text{MgO}$ and $\text{H}_2$.

With dilute hydrochloric or sulfuric acid, they form a salt and hydrogen:

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

With sulfuric acid the reaction slows down the group, because the sulfates 硫酸盐 formed (such as $\text{BaSO}_4$) are insoluble and coat the metal.

Reactions of the compounds

The oxides 氧化物 and hydroxides 氢氧化物 are basic. They react with water and with dilute acids:

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

The carbonates 碳酸盐 react with dilute acids to give a salt, water and carbon dioxide:

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

Thermal decomposition

Thermal decomposition 热分解 means breaking a compound apart by heating it.

  • the carbonates break into the oxide and carbon dioxide:
$$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$$
  • the nitrates 硝酸盐 break into the oxide, brown nitrogen dioxide gas and oxygen:
$$2\text{Ca(NO}_3)_2 \rightarrow 2\text{CaO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$

The thermal stability 热稳定性 of both the carbonates and the nitrates increases down the group. A larger metal ion pulls less on the carbonate or nitrate ion, so the compound is harder to break apart — it needs a higher temperature. So magnesium carbonate decomposes most easily, and barium carbonate is the hardest.

Trends in solubility

Compound Trend in solubility 溶解度 down the group
hydroxides increase (Mg(OH)$_2$ almost insoluble; Ba(OH)$_2$ soluble)
sulfates decrease (MgSO$_4$ soluble; BaSO$_4$ insoluble)

From these trends you can predict the properties of the next element down, radium, and of its compounds.

Worked example. $\text{MgCO}_3$ decomposes at about $540\ °\text{C}$ and $\text{BaCO}_3$ at about $1360\ °\text{C}$. Explain the trend and predict where $\text{CaCO}_3$ sits. Going down Group 2 the cation gets larger, so its charge is spread over a bigger surface and its polarising power falls. A less polarising cation distorts the carbonate ion less, so the $\text{C-O}$ bond is weakened less and more heat is needed to break it. Thermal stability therefore increases down the group, and $\text{CaCO}_3$, lying between Mg and Ba, decomposes at an intermediate temperature of about $900\ °\text{C}$. Argue the whole chain - cation size, then polarising power, then distortion of the anion; "it is more reactive" explains nothing here.

עברית
צוקי אבן גיר חופיים של סידן פוספטי
אבן גיר היא סידן קربونات — תרכובת של המתכת מסדרה 2 סידן.

קבוצה 2 כוללת את המתכות מגנזיום, סידן, סטרונציום ובריום. לכל אחת מהן יש שתי אלקטרונים בשכבת הערכים החיצונית, שהם מאבדים כדי ליצור יוני $2+$. בהלכה מטה לקבוצה, האטומים גדלים והאלקטרונים החיצוניים נשארים קלים יותר לאובדן, ולכן המתכות הופכות לרעילות יותר—ה-רעילות שלהן עולה במטה הקבוצה.

אטומי קבוצה 2 הגדלים ממהגנזיום ומטה עד בריום, לצד חץ כלפי מטה המסומן "רעילות עולה"
רעילות עולה במטה קבוצה 2: אטומים גדולים מחזיקים את שני אלקטרוני הערכים החיצוניים פחות חזק, ולכן הם נשארים קלים יותר לאובדן

תגובות היסודות

עם חמצן, הם נשרפים ויוצרים חמצון:

$$2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$$
רצועת מגנזיום הנחזקת בקליפס נשרפת עם אור לבן מסנוור, משחררת עשן לבן של חמצן מגנזיום
מגנזיום נשרף באוויר עם להבה לבנה זוהרת, ויוצר חמצן מגנזיום לבן

עם מים, הם יוצרים הידרוקסיד וחמצן. התגובה הופכת מהירה יותר במטה הקבוצה:

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

מגנזיום איטי עם מים קרים אך מגיב מהר עם קיטור, ונותן $\text{MgO}$ ו$\text{H}_2$.

עם חומצה הידרוכלורית או גופריתית דלילה, הם יוצרים מלח וחמצן:

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

עם חומצה גופריתית התגובה מאטה במטה הקבוצה, כי ה-גופריטים שנוצרו (כמו $\text{BaSO}_4$) בלתי מסיסים ומכסים את המתכת.

תגובות התרכובות

החמצונים וההידרוקסידים הם בסיסיים. הם מגיבים עם מים ועם חומצות דלילות:

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

הקרבוניות מגיבות עם חומצות דלילות ונותנות מלח, מים ודו-חמצן פחמן:

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

פירוק תרמי

פירוק תרמי הוא שבירת תרכובת על ידי חימומה.

  • הקרבוניות נשברות לחמצן ולדו-חמצן פחמן:
$$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$$
  • הניטרטים מתפרקים לתחמוצת, גז דו-חמצן חנקוני חום-חום וחמצן:
$$2\text{Ca(NO}_3)_2 \rightarrow 2\text{CaO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$

היציבות התרמית של גם הקרבונטים וגם הניטרטים עולה כלפי מטה בסדרה. יון מתכת גדול יותר מושך פחות את יון הקרבונט או הניטרט, ולכן התרכובת קשה יותר לשבור — היא דורשת טמפרטורה גבוהה יותר. כך שקרבונט המגנזיום מתפרק בקלות הרבה ביותר, וקרבונט בריום הוא הקשה ביותר לשבירה.

יון מגנזיום קטן שמעוות בחוזקה יון קרבונט לצד יון בריום גדול שמעוות אותו רק מעט
היציבות תרמית עולה כלפי מטה בסדרה: קטיון קטן מקוטב (מעוות) יותר את יון הקרבונט, מהחליש אותו ולכן הוא מתפרק בקלות יותר

מגמות בפתילותות

תרכובת מגמה במסיסות לאורך הקבוצה
הידרוקסידים גדילה (Mg(OH)$_2$ כמעט חסר פתרון; Ba(OH)$_2$ מומס)
גופריתות ירידה (MgSO$_4$ מומס; BaSO$_4$ חסר פתרון)
שתי קווים בסקאלה לוגריתמית נחתכים: מסיסות הידרוקסידים עולה מ-Mg ל-Ba ומסיסות הגופריתות יורדת
לאורך קבוצה 2 ההידרוקסידים הופכים למעולמים יותר בעוד שהגופריתות הופכות לפחות מומסות (שימו לב לסקאלה הלוגריתמית)

ממגמות אלו ניתן לחזות את המאפיינים של האלמנט הבא בתור, הרדיום, ושל התרכובות שלו.

דוגמה מופתרת. $\text{MgCO}_3$ מתפרק בטמפרטורה של כ-$540\ °\text{C}$ ו-$\text{BaCO}_3$ בטמפרטורה של כ-$1360\ °\text{C}$. הסבירו את המגמה וחזו היכן ממוקם $\text{CaCO}_3$. בהליכה למטה בקבוצה 2 הקטיון הופך גדול יותר, ולכן הטעון שלו מתפזר על שטח גדול יותר וה-כוח הקיוטובי שלו יורד. קטיון בעל כוח קיוטובי נמוך יותר מעוות פחות את יון הפחמימת, ולכן קשר ה-$\text{C-O}$ מתחלש פחות ונדרשת יותר אנרגיה כדי לשבור אותו. לכן, היציבות התרמית גוברת למטה בקבוצה, ו-$\text{CaCO}_3$, הנמצא בין Mg לבין Ba, מתפרק בטמפרטורה בינונית של כ-$900\ °\text{C}$. נסבירו את כל השלשלת הסיבה-תוצאה - גודל הקטיון, ולאחר כך כוח הקיוטובי, ולאחר כך העיוות של האניון; "זה יותר ריאקטיבי" אינו מסביר כאן דבר כלשהו.

Explore · ⁨חקור⁩

Group 2 reactivity ladder · ⁨מדרגת התגובתיות של קבוצה 2⁩

Move down Group 2 and see why reactions become more vigorous. · ⁨ירדו לאורך קבוצה 2 וראו מדוע התגובות נעשות אינטנסיביות יותר.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Group 2 trend lab · ⁨מעבדה: מגמות בקבוצה 2⁩

Compare thermal stability and solubility trends down Group 2. · ⁨השוו את המגמות של יציבות תרמית ותכונת התמסרות כלפי מטה בקבוצה 2.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
group/ɡruːp/ חבורה
reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/ רגישות
sulfate/ˈsʌlfeɪt/ גופרית(II) סולפט (אם הכוונה ל-"sulfate" כללית: סולפט)
oxide/ˈɒksaɪd/ תחמוצת
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ הידרוקסיד
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ פוספט
thermal decomposition/ˈθɜːml ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/ פירוק תרמי
nitrate/ˈnaɪtreɪt/ ניטראט
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ יציבות תרמית
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ מסיסות
10.1

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Reactivity increases down Group 2: ionisation energy falls as atoms get larger, so electrons are lost more easily.
  • Reactions with water become more vigorous down the group; Mg reacts slowly with cold water but fast with steam (→ MgO).
  • Hydroxides get more soluble down the group; sulfates get less soluble ($\text{BaSO}_4$ insoluble — the basis of the sulfate test).
  • Write equations with the correct $+2$ ion and state the observations (fizzing, dissolving).
עברית
  • הריאקטיביות גוברת למטה בקבוצה 2: אנרגיית היינון יורדת כאשר האטומים גדלים, ולכן אלקטרונים מאבדים בקלות.
  • התגובות עם מים הופכות לעוצמתיות יותר לאורך הקבוצה; Mg מגיב לאט עם מים קרים אך מהר עם קיטור (→ MgO).
  • ההידרוקסידים הופכים יותר מומסים למטה בקבוצה; הגופריתות הופכות פחות מומסות ($\text{BaSO}_4$ חסר פתרון — זו הבסיס לבדיקת הגופריתות).
  • כתבו משוואות עם ה-$+2$ המתאים וציינו את התצפיות (פעמוניות, התמוססות).

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP