Erdalkalimetalle
Alles Wichtige über die Erdalkalimetalle und ihre Eigenschaften erfährst du in unserem Video oder hier im Beitrag!
Inhaltsübersicht
Was sind Erdalkalimetalle?
Die Erdalkalimetalle findest du im Periodensystem in der 2. Hauptgruppe: Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Radium (Ra). Jedes Erdalkalimetall besitzt 2 Valenzelektronen (Außenelektronen), also 2 Elektronen auf der äußeren Schale, und ist damit sehr reaktiv.
In der Natur kommen Erdalkalimetalle in der Erdkruste vor, wobei sie nicht frei, sondern meist gebunden als Silikat, Karbonat oder Sulfat vorliegen.
Generell haben alle Elemente der 2. Hauptgruppe eine silberweiße Farbe und sind glänzend. Außerdem sind sie gute Wärme- und Elektrizitätsleiter und reagieren schnell mit Wasser. Radium ist sogar als einziges Erdalkalimetall radioaktiv.
Gut zu wissen: Die Erdalkalimetalle weisen Ähnlichkeiten zu den Alkalimetallen auf. Das sind die Elemente der ersten Hauptgruppe.
Erdalkalimetalle Eigenschaften
Alle Erdalkalimetalle sind silberglänzende Leichtmetalle, wobei der Glanz durch Oxidation an der Luft schnell verschwindet. Sie ähneln den Alkalimetallen und können teilweise ebenfalls Flammenfärbungen verursachen.
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Eigenschaften aller Erdalkalimetalle zusammengefasst:
| Beryllium | Magnesium | Calcium | Strontium | Barium | Radium | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ordnungszahl | 4 | 12 | 20 | 38 | 56 | 88 |
| Atommasse [u] | 9,01 | 24,31 | 40,08 | 87,62 | 137,33 | 226,03 |
| Dichte [g/cm3] | 1,85 | 1,74 | 1,54 | 2,63 | 3,65 | 5,5 |
| Schmelzpunkt [°C] | 1287 | 650 | 842 | 777 | 727 | 700 |
| Siedepunkt [°C] | 2969 | 1110 | 1487 | 1380 | 1637 | 1737 |
| Elektronegativität | 1,57 | 1,31 | 1 | 0,95 | 0,89 | 0,9 |
| Ionisierungsenergie [eV] | 9,32 | 7,65 | 6,11 | 5,7 | 5,21 | 5,28 |
| Elektrische Leitfähigkeit [S/m] | 25 · 106 | 22,7 · 106 | 29,4 · 106 | 7,41 · 106 | 2,94 · 106 | 1 · 106 |
| Flammenfärbung | - | - | ziegelrot | intensiv rot | blass-grün | - |
| Kristallstruktur | hexagonal | hexagonal | kubisch flächenzentriert | kubisch flächenzentriert | kubisch raumzentriert | kubisch raumzentriert |
Die Alkalimetalle aus der ersten Hauptgruppe haben nur ein Valenzelektron und eine niedrigere Ionisierungsenergie als Erdalkalimetalle. Sie haben zwei Valenzelektronen. Dadurch sind Alkalimetalle zwar reaktiver, haben aber niedrigere Schmelz- und Siedepunkte und eine geringere Härte als Erdalkalimetalle. Dadurch können die Elemente der zweiten Hauptgruppe stärkere Bindungen eingehen. Beide Stoffgruppen können zudem starke Basen bilden.
Physikalische Eigenschaften
Aufgrund der zwei Außenelektronen sind Erdalkalimetalle sehr reaktiv, wenn auch etwas weniger als die Alkalimetalle. Bei der Abgabe dieser Elektronen bilden sich zweiwertige Kationen. Das Ion hat also eine zweifach positive Ladung, also zum Beispiel Mg2+.
Die Reaktivität nimmt in der Hauptgruppe von oben nach unten zu, da die
Außenelektronen weiter von dem positiv geladenen Kern entfernt sind. Dadurch herrscht eine geringere Anziehungskraft und die Elektronen können leichter abgespalten werden.
Darüber hinaus haben alle Erdalkalimetalle eine elektrische Leitfähigkeit, welche beim Calcium am größten ist. Dafür hat es die geringste Dichte. Bei der Elektronegativität und Ionisierungsenergie lässt sich ein grober Trend erkennen: Beide nehmen von oben nach unten hin in der zweiten Hauptgruppe ab.
Gut zu wissen: Innerhalb der 2. Hauptgruppe nimmt Beryllium eine Sonderstellung ein: Als einziges Erdalkalimetall ist es hart und spröde, während die anderen weich sind. Außerdem besitzt dieses Erdalkalimetall einen deutlich höheren Schmelz- sowie Siedepunkt.
Flammenfärbung Erdalkalimetalle
Von den Elementen der 2. Hauptgruppe zeigen sowohl Calcium, Strontium und Barium als auch ihre Salze eine Flammenfärbung.
Während Calcium für eine ziegel-rote und Strontium eine intensiv rote Flammenfärbung sorgen, färbt sich die Flamme durch Barium blass-grün. Sie werden deshalb genau wie die Alkalimetalle in Feuerwerkskörpern verwendet.
Beryllium, Magnesium und Radium zeigen keine Flammenfärbung. Das liegt daran, dass sich das Licht der Flammen in einer uns nicht sichtbaren Lichtwellenfrequenz befindet.
Reaktionsverhalten und Verbindungen der Erdalkalimetalle
Die Erdalkalimetalle reagieren vor allem mit Wasser, Sauerstoff, Wasserstoff und Halogenen. Dabei steigt die Reaktivität innerhalb des Periodensystems von oben nach unten an.
| Verbindung | Beryllium | Magnesium | Calcium | Strontium | Barium | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ... mit Wasser | Hydroxide | Be(OH)2 | Mg(OH)2 | Ca(OH)2 | Sr(OH)2 | Ba(OH)2 |
| ... mit Sauerstoff | Oxide | BeO | MgO | CaO | SrO | BaO |
| ... mit Wasserstoff | Hydride | BeH2 | MgH2 | CaH2 | SrH2 | BaH2 |
| ... mit Halogenen (Fluor) | Halogenide (Fluoride) | BeF2 | MgF2 | CaF2 | SrF2 | BaF2 |
| ... mit Schwefelsäure | Sulfate | BeSO4 | MgSO4 | CaSO4 | SrSO4 | BaSO4 |
| ... mit Kohlensäure | Carbonate | BeCO3 | MgCO3 | CaCO3 | SrCO3 | BaCO3 |
| ... mit Salpetersäure | Nitrate | Be(NO3)2 | Mg(NO3)2 | Ca(NO3)2 | Sr(NO3)2 | Ba(NO3)2 |
| ... Schwefelwasserstoff | Sulfide | BeS | MgS | CaS | SrS | BaS |
Erdalkalimetalle Reaktion mit Wasser
Ähnlich wie ein Alkalimetall reagiert auch ein Erdalkalimetall (M) heftig mit Wasser (H2O). Dabei entstehen Hydroxide (M(OH)2) und Wasserstoff (H2).
M + 2 H2O → M(OH)2 + H2
Mg + 2 H2O → Mg(OH)2 + H2
Beryllium und Magnesium reagieren im Unterschied zu den übrigen Erdalkalimetallen sehr langsam mit Wasser. Es entsteht nämlich eine Schicht aus Hydroxiden, welche die Fortsetzung der Reaktion erschwert. Das nennst du auch Passivierung. Im Gegensatz dazu reagieren Calcium, Strontium und Barium bereits mit kaltem Wasser sehr stark.
Reaktion mit Sauerstoff
Bei der Reaktion mit Sauerstoff (O2) bilden Erdalkalimetalle (M) Oxide (MO). Barium kann sogar zu Peroxiden (BaO2) reagieren:
2 M + O2 → 2 MO
2 Mg + O2 → 2 MgO
2 BaO + O2 → 2 BaO2
Reaktion mit Wasserstoff
Wenn Erdalkalimetalle mit Wasserstoff reagieren, dann bilden sich Hydride (MH2). Sie haben eine ionische Struktur. Allerdings benötigt Beryllium einen Katalysator für diese Reaktion. Magnesium kann ebenfalls nur bei hohem Druck reagieren. Die restlichen Erdalkalimetalle reagieren bereits bei normalen Bedingungen ohne äußere Einflüsse.
M + H2 → MH2
Na + H2 → NaH2
Reaktion mit Halogenen
Auch mit Halogenen (X), wie zum Beispiel Fluor (F) oder Chlor (Cl) können die Erdalkalimetalle gut reagieren.
M + X2 → MX2
Ca + F2 → CaF2
Weitere Verbindungen
Es gibt aber auch noch weitere Verbindungen mit Erdalkalimetallen, die du in den verschiedensten Bereichen finden kannst:
In der organischen Synthese spielen die Grignard-Verbindungen eine wichtige Rolle. Das sind Magnesiumverbindungen (Mg) mit organischem Rest (R) und einem Halogen (X).
R–MgX
Calciumcarbid (CaC2) hingegen findet Anwendung in drei verschiedenen Verfahren:
- Ethinherstellung durch Hydrolyse
- Calciumcyanamid (Düngemittel, Schädlingsbekämpfung)
- Entschwefelung von Rohstahl
Calciumoxalat (CaC2O4) kannst du als Hauptbestandteil in Nierensteinen finden.
Wasserhärte
Die Erdalkalimetalle spielen noch bei der Wasserhärte eine besondere Rolle. Die Wasserhärte wird durch die Stoffmengenkonzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle beschrieben. In Wasser mit einer hohen Wasserhärte sind also viele Erdalkalimetalle gelöst.
Die typischen Härtebildner sind Calcium- und Magnesiumionen. Sie können unter anderem Carbonate, Sulfate, Chloride und Nitrate bilden. Vor allem Calciumcarbonat (CaCO3) ist nur sehr schwer wasserlöslich.
Erdalkalimetalle — häufigste Fragen
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Was ist ein Erdalkalimetall?
Die Erdalkalimetalle, die zur 2. Hauptgruppe des Periodensystems gehören, sind Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Diese reaktiven Metalle besitzen in ihrer Valenzschale zwei Elektronen und haben ein glänzendes Aussehen. Sie sind verwandt mit den Alkalimetallen.
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Was sind die Erdalkalimetalle Eigenschaften?
Erdalkalimetallsalze sind im Gegensatz zu Alkalimetallsalzen oft schlecht wasserlöslich. Sie haben höhere Schmelz- und Siedepunkte (649-1278°C und 1107-2970°C), was im Vergleich zu Alkalimetallen höher ist. Dazu können sie Strom leiten und erzeugen eine Flammenfärbung beim Verbrennen.
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Was ist die Flammenfärbung bei Erdalkalimetallen?
Erdalkalimetalle haben eine charakteristische Farbe, wenn sie in einer Flamme erhitzt werden: Calcium erzeugt eine orangen-rot leuchtende Flamme (622 und 553 nm), Strontium erzeugt eine rote Flamme (675 und 606 nm), während Bariumeine grüne Flamme erzeugt (524 und 514 nm). Beryllium, Magnesium und Radium haben keine Flammenfarbe.
Halogene
Die Erdalkalimetalle sind die Elemente der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems. Die Elemente der siebten Hauptgruppe nennst du Halogene. Was ihre Eigenschaften sind, erfährst du in unserem Video
dazu.