A berillium kémiája nem jellemző a 2. csoportra
A berillium 2+ iont alkotva elveszíti a 2s orbitálisban lévő 2 elektronját. Így a 2-es szint teljesen üres marad.
A 2-es szint orbitáljai átrendeződnek (hibridizálódnak), és négy egyenlő orbitált alkotnak, amelyek mindegyike képes egy-egy magányos elektronpárt befogadni egy vízmolekulától. A következő ábrán az 1s elektronokat kihagytuk. Ezek nem fontosak a kötés szempontjából.
Minden vízmolekulának természetesen két magányos elektronpárja van. Ezek közül csak az egyiket mutatjuk be, hogy elkerüljük az ábra zsúfoltságát.
Megjegyezzük, hogy miután négy vízmolekula ilyen módon kapcsolódott, a kötés szintjén már nincs több szabad hely. Az eredeti berilliumion összes üres orbitálisát felhasználják.
A vízmolekulák úgy rendeződnek el, hogy minél távolabb kerüljenek egymástól – ami egy tetraéder sarkai felé mutat. Az ion tehát tetraéderes alakú.
A magnézium hidratációja
Azt gondolhatnánk, hogy a magnézium ugyanígy viselkedik, de a 3-as szinten a 3s és 3p mellett 3d pályák is rendelkezésre állnak.
A magnéziumion kialakulásakor üres 3s, 3p és 3d pályákat hagy. Amikor ez az ion hidratálódik, használja a 3s orbitált, mindhárom 3p orbitált és két 3d orbitált. Ezek átrendeződnek, így összesen hat üres orbitális marad, amelyeket aztán kötésre használ.
Miért áll meg a magnézium hat vizes kötésnél? Miért nem használja a maradék 3d-s orbitálokat is? Fizikailag nem fér el hatnál több vízmolekula a magnézium körül – túl sok helyet foglalnak el.
Mi a helyzet a 2. csoport többi ionjával?
Amint nagyobbak lesznek az ionok, annál kevésbé hajlamosak megfelelő koordinátakötéseket kialakítani a vízmolekulákkal. Az ionok olyan nagyok lesznek, hogy a vízmolekulák magányos párjai nem vonzzák őket eléggé ahhoz, hogy formális kötéseket alakítsanak ki – ehelyett a vízmolekulák hajlamosak lazábban csoportosulni a pozitív ionok körül.
Ahol azonban koordinációs kötéseket alakítanak ki a vízzel, ott 6 koordináltak lesznek, akárcsak a magnézium.
A berillium-hidroxid amfoter
Az amfoter azt jelenti, hogy savakkal és bázisokkal egyaránt képes reagálni, és sókat képezni.
A 2. csoport többi hidroxidja
A 2. csoportba tartozó fémek többi hidroxidja mind bázikus. Savakkal reagálva sókat képeznek. Például:
A kalcium-hidroxid híg sósavval reagálva kalcium-kloridot és vizet ad.
Berillium-hidroxid
A berillium-hidroxid savakkal reagálva berillium-sók oldatait képezi. Például:
De bázisokkal, például nátrium-hidroxid-oldattal is reagál. A berillium-hidroxid a nátrium-hidroxiddal reagálva a nátriumtetrahidroxoberillát színtelen oldatát adja.
Ez tartalmazza a komplex iont, 2-. A név ezt az iont írja le. A tetra négyet jelent; a hidroxo az OH-csoportokra utal; a berillát azt mutatja, hogy a berillium negatív ionként van jelen. Az “ate” végződés mindig azt mutatja, hogy az ion negatív.
Nézzük meg ezt egy egyszerű áramlási sémaként, az oldatban lévő berilliumionokból kiindulva:
Ez azt mutatja, hogy ha az oldatban lévő berilliumionokhoz hidroxidionokat adunk, akkor először berillium-hidroxid csapadékot kapunk. Ha azonban további hidroxidionokat adunk hozzá, a csapadék ismét feloldódik, és tetrahidroxoberillát-ionokat tartalmazó oldatot kapunk.
A berillium-hidroxid bázissal (hidroxidionokkal) reagál, tehát savas tulajdonságokkal kell rendelkeznie.
De ha a tetrahidroxoberillát-ionokhoz savat adunk, ismét a berillium-hidroxid csapadékát kapjuk vissza. Ha pedig még több savat adunk hozzá, akkor visszatérünk az eredeti berilliumionokhoz oldatban.
Mert mivel a berillium-hidroxid savval reagál, a savas tulajdonságok mellett bázikus tulajdonságokkal is kell rendelkeznie – amfoter.
Egyszerű magyarázat arra, hogy mi történik
Még egyszer meg kell néznünk ezt, de részletesebben gondolva a berilliumionra oldatban – más szóval Be(H2O)42+ -ként.
A komplex középpontjában lévő nagyon kis pozitív töltésű berilliumion a vízmolekulák elektronjait maga felé húzza – azt mondjuk, hogy erős polarizáló hatása van a vízmolekulákra.
A berilliumnak olyan erősen polarizáló hatása van a vízmolekulákra, hogy a hidrogénionok nagyon könnyen eltávolodnak belőlük.
A nátrium-hidroxid oldat hidroxidionokat tartalmaz, amelyek erős bázisok. Ha éppen megfelelő mennyiségű nátrium-hidroxid-oldatot adunk hozzá, akkor egy olyan csapadékot kapunk, amit általában “berillium-hidroxidnak” neveznek – de ami szerkezetileg ennél egy kicsit bonyolultabb!
A termék (a vízen kívül) egy semleges komplex, és kovalens kötésű. Az eredeti komplexionnal csak annyi történt, hogy a vízmolekulákból két hidrogéniont távolítottak el.
A semleges komplexből csapadékot kapunk, mert nincs rajta töltés. Nincs elég vonzás e semleges komplex és a vízmolekulák között ahhoz, hogy oldatba kerüljön.
Mi történik, ha több hidroxidiont adunk hozzá?
Ha több hidroxidiont adunk a semleges komplexhez, több hidrogéniont vonzunk le a vízmolekulákról, így keletkezik a tetrahidroxoberillátion:
A berillium-hidroxid feloldódik, mert a semleges komplex olyan ionná alakul át, amely kellően vonzódik a vízmolekulákhoz.
Mi történik, ha a berillium-hidroxid csapadékhoz (a semleges komplexhez) egy savat adunk?
Az eredetileg eltávolított hidrogénionok egyszerűen kicserélődnek. A csapadék feloldódik, mivel az eredeti hidratált berilliumion újra kialakul.
Nézzük meg ezt újra folyási sémaként, hogy össze tudjuk hasonlítani a fentiekkel:
A berillium-hidroxid (a semleges komplex) amfoter, mert képes reagálni egy bázissal és egy savval. Minden esetben csak annyi történik, hogy vagy hidrogénionokat von el a vízmolekuláktól, vagy kicseréli őket.
Miért nem történik ez meg például a kalcium-hidroxiddal?
A kalcium-hidroxid valóban ionos – és egyszerű hidroxidionokat, OH-okat tartalmaz. Ezek reakcióba lépnek egy sav hidrogénionjaival, és vizet képeznek – és így a hidroxid reagál a savakkal.
A semleges komplexnek azonban nincs megfelelője. Ha több hidroxidiont adunk hozzá egy bázisból, annak nincs hatása, mert nincs mivel reagálniuk.