Berylliums kemi er atypisk for gruppe 2

Når beryllium danner en 2+-ion, mister det de to elektroner i 2s-bobitalet. Det efterlader 2-niveauet helt tomt.

2-niveauets orbitaler reorganiserer sig selv (hybridiseres) til fire lige store orbitaler, som hver især kan modtage et ensomt elektronpar fra et vandmolekyle. I det næste diagram er 1s elektronerne blevet udeladt. De er ikke relevante for bindingen.

Det er klart, at hvert vandmolekyle har to ensomme elektronpar. Der er kun vist ét af dem for at undgå at fylde diagrammet.

Bemærk, at når først fire vandmolekyler er bundet på denne måde, er der ikke mere plads til rådighed på bindingsniveauet. Alle de tomme orbitaler fra den oprindelige berylliumion bliver brugt.

Vandmolekylerne arrangerer sig for at komme så langt fra hinanden som muligt – hvilket peger i retning af hjørnerne i et tetraeder. Derfor har ionen en tetraederform.

Hydrering af magnesium

Man kunne tro, at magnesium ville opføre sig på samme måde, men på 3-niveauet er der 3d-orbitaler til rådighed samt 3s og 3p.

Når magnesiumionen dannes, efterlader den tomme 3s, 3p og 3d-orbitaler. Når denne ion er hydreret, bruger den 3s orbitalen, alle tre 3p orbitaler og to af 3d orbitalerne. Disse omorganiseres, så der er i alt seks tomme orbitaler tilbage, som derefter bruges til binding.

Hvorfor stopper magnesium ved at binde seks vandstoffer? Hvorfor bruger det ikke også de resterende 3d-orbitaler? Man kan fysisk ikke få plads til mere end seks vandmolekyler omkring magnesium – de fylder for meget.

Hvad med de andre ioner i gruppe 2?

Når ionerne bliver større, er der mindre tendens til, at de danner ordentlige koordinatbindinger med vandmolekyler. Ionerne bliver så store, at de ikke er tilstrækkeligt attraktive for de ensomme par på vandmolekylerne til at danne formelle bindinger – i stedet har vandmolekylerne en tendens til at klumpe sig mere løst omkring de positive ioner.

Der hvor de danner koordinatbindinger med vandet, vil de dog være 6-koordinerede ligesom magnesiumet.

Berylliumhydroxid er amfoterisk

Amfoterisk betyder, at det kan reagere med både syrer og baser og danne salte.

De andre gruppe 2-hydroxider

De andre hydroxider af gruppe 2-metallerne er alle basiske. De reagerer med syrer og danner salte. For eksempel:

Calciumhydroxid reagerer med fortyndet saltsyre og giver calciumklorid og vand.

Berylliumhydroxid

Berylliumhydroxid reagerer med syrer og danner opløsninger af berylliumsalte. For eksempel:

Men det reagerer også med baser, f.eks. natriumhydroxidopløsning. Berylliumhydroxid reagerer med natriumhydroxid og giver en farveløs opløsning af natriumtetrahydroxoberyllat.

Dette indeholder kompleksionen, 2-. Navnet beskriver denne ion. Tetra betyder fire; hydroxo henviser til OH-grupperne; beryllat viser, at berylliumet er til stede i en negativ ion. “ate”-endelsen viser altid, at ionen er negativ.

Lad os se på dette som et simpelt strømningsskema med udgangspunkt i berylliumioner i opløsning:

Dette viser, at hvis man tilføjer hydroxidioner til berylliumioner i opløsning, får man først et udfældningsprodukt af berylliumhydroxid. Men hvis man tilsætter flere hydroxidioner, opløses udfældningen igen og giver en opløsning, der indeholder tetrahydroxoberyllat-ioner.

Berylliumhydroxidet reagerer med en base (hydroxidioner), og må derfor have sure egenskaber.

Men hvis man tilsætter syre til tetrahydroxoberyllat-ionerne, får man udfældningen af berylliumhydroxid tilbage igen. Og hvis man tilsætter endnu mere syre, går man tilbage til de oprindelige berylliumioner i opløsning.

Da berylliumhydroxidet reagerer med syre, må det have basiske egenskaber såvel som sure egenskaber – det er amfotere.

En simpel forklaring på, hvad der sker

Vi skal se på dette igen, men tænke mere detaljeret på berylliumionen i opløsning – altså som Be(H2O)42+.

Den meget lille positivt ladede berylliumion i midten af komplekset trækker elektronerne i vandmolekylerne mod sig selv – vi siger, at den har en stærk polariserende virkning på vandmolekylerne.

Beryllium har en så stærkt polariserende virkning på vandmolekylerne, at hydrogenioner meget let fjernes fra dem.

Natriumhydroxidopløsningen indeholder hydroxidioner, som er stærke baser. Hvis man tilsætter den helt rigtige mængde natriumhydroxidopløsning, får man et bundfald af det, der normalt kaldes “berylliumhydroxid” – men som strukturelt er lidt mere kompliceret end som så!

Produktet (bortset fra vand) er et neutralt kompleks, og det er kovalent bundet. Det eneste, der er sket med den oprindelige kompleksion, er, at to hydrogenioner er blevet fjernet fra vandmolekylerne.

Du får et bundfald af det neutrale kompleks, fordi det ikke har nogen ladning på det. Der er ikke tilstrækkelig tiltrækning mellem dette neutrale kompleks og vandmolekylerne til at bringe det i opløsning.

Hvad sker der, hvis man tilføjer flere hydroxidioner?

Tilsætter man flere hydroxidioner til det neutrale kompleks, trækker man flere hydrogenioner fra vandmolekylerne og får tetrahydroxoberyllat-ionen:

Berylliumhydroxidet opløses, fordi det neutrale kompleks omdannes til en ion, som vil blive tilstrækkeligt tiltrukket af vandmolekylerne.

Hvad sker der, hvis man tilsætter en syre til berylliumhydroxidudfældningen (det neutrale kompleks)?

De hydrogenioner, der oprindeligt blev fjernet, bliver simpelthen erstattet. Udfældningen opløses, da den oprindelige hydrerede berylliumion gen dannes.

Lad os se på dette igen som et flowskema, så du kan sammenligne det med ovenstående:

Berylliumhydroxid (det neutrale kompleks) er amfoterisk, fordi det kan reagere med en base og en syre. I hvert tilfælde sker der kun det, at man enten fjerner hydrogenioner fra vandmolekylerne eller erstatter dem.

Hvorfor sker dette ikke med f.eks. calciumhydroxid?

Calciumhydroxid er virkelig ionisk – og indeholder simple hydroxidioner, OH-. Disse reagerer med hydrogenioner fra en syre og danner vand – og således reagerer hydroxidet med syrer.

Der findes imidlertid ikke nogen ækvivalent til det neutrale kompleks. Tilsætning af flere hydroxidioner fra en base har ingen virkning, fordi de ikke har noget at reagere med.