Chemia berylu nietypowe dla grupy 2

Gdy beryl tworzy jon 2+ traci 2 elektrony w 2s orbitalu. To pozostawia 2-poziom całkowicie pusty.

Orbitale 2-poziomowe reorganizują się (hybrydyzują) tworząc cztery równe orbitale, z których każdy może przyjąć samotną parę elektronów z cząsteczki wody. W następnym diagramie elektrony 1s zostały pominięte. Nie są one istotne dla wiązania.

Każda cząsteczka wody, oczywiście, ma dwie samotne pary elektronów. Tylko jeden z nich jest pokazany, aby uniknąć bałaganu na diagramie.

Zauważ, że po tym jak cztery cząsteczki wody połączyły się w ten sposób, nie ma już więcej wolnego miejsca na poziomie wiązania. Wszystkie puste orbitale z oryginalnego jonu berylu są wykorzystywane.

Cząsteczki wody układają się tak, aby znaleźć się jak najdalej od siebie – co jest skierowane w stronę narożników czworościanu foremnego. Dlatego jon ma kształt czworościanu.

Wodorowanie magnezu

Można by pomyśleć, że magnez zachowywałby się tak samo, ale na poziomie 3 są dostępne orbitale 3d, jak również 3s i 3p.

Gdy powstaje jon magnezu, pozostawia on puste orbitale 3s, 3p i 3d. Kiedy ten jon jest uwodniony, to używa 3s orbital, wszystkie trzy z 3p orbitali i dwa z 3d orbitali. Są one zreorganizowane, aby pozostawić w sumie sześć pustych orbitali, które są następnie wykorzystywane do bonding.

Dlaczego magnez zatrzymuje się na dołączaniu sześciu wód? Dlaczego nie używa pozostałych orbitali 3d, jak również? Nie można fizycznie zmieścić więcej niż sześć cząsteczek wody wokół magnezu – zajmują one zbyt dużo miejsca.

Co z innymi jonami w Grupie 2?

W miarę jak jony stają się coraz większe, jest mniejsza tendencja do tworzenia przez nie właściwych wiązań koordynacyjnych z cząsteczkami wody. Jony stają się tak duże, że nie są wystarczająco atrakcyjne dla par samotnych na cząsteczkach wody, aby utworzyć formalne wiązania – zamiast tego cząsteczki wody mają tendencję do grupowania się luźniej wokół dodatnich jonów.

Gdzie tworzą wiązania współrzędnościowe z wodą, jednak będą one 6-koordynacyjne tak jak magnez.

Wodorotlenek berylu jest amfoteryczny

Amfoteryczny oznacza, że może reagować zarówno z kwasami jak i zasadami tworząc sole.

Inne wodorotlenki Grupy 2

Inne wodorotlenki metali Grupy 2 są wszystkie zasadowe. Reagują one z kwasami, tworząc sole. Na przykład:

Wodorotlenek wapnia reaguje z rozcieńczonym kwasem solnym, dając chlorek wapnia i wodę.

Wodorotlenek berylu

Wodorotlenek berylu reaguje z kwasami, tworząc roztwory soli berylu. Na przykład:

Ale reaguje również z zasadami, takimi jak roztwór wodorotlenku sodu. Wodorotlenek berylu reaguje z wodorotlenkiem sodu dając bezbarwny roztwór tetrahydroksoberylanu sodu.

Zawiera on jon kompleksowy, 2-. Nazwa opisuje ten jon. Tetra oznacza cztery; hydroxo odnosi się do grup OH; beryllate wskazuje, że beryl jest obecny w jonie ujemnym. Końcówka „ate” zawsze pokazuje, że jon jest ujemny.

Spójrzmy na to jak na prosty schemat przepływu, zaczynając od jonów berylu w roztworze:

To pokazuje, że jeśli dodać jony wodorotlenkowe do jonów berylu w roztworze, najpierw dostajemy osad wodorotlenku berylu. Ale jeśli dodać więcej jonów wodorotlenkowych, osad rozpuszcza się ponownie, dając roztwór zawierający jony tetrahydroksoberylanu.

Wodorotlenek berylu reaguje z zasadą (jony wodorotlenkowe), a więc musi mieć właściwości kwasowe.

Ale jeśli dodać kwas do jonów tetrahydroksoberylanu, dostajesz osad wodorotlenku berylu z powrotem. A jeśli dodasz jeszcze więcej kwasu, wrócisz do pierwotnych jonów berylu w roztworze.

Ponieważ wodorotlenek berylu reaguje z kwasem, musi mieć właściwości zasadowe, jak również właściwości kwasowe – jest amfoteryczny.

Proste wyjaśnienie tego, co się dzieje

Musimy przyjrzeć się temu ponownie, ale myśląc o jonie berylu w roztworze bardziej szczegółowo – innymi słowy jako Be(H2O)42+.

Bardzo mały dodatnio naładowany jon berylu w centrum kompleksu przyciąga elektrony w cząsteczkach wody do siebie – mówimy, że ma silny efekt polaryzujący na cząsteczki wody.

Beryl ma tak silny efekt polaryzujący na cząsteczki wody, że jony wodorowe są z nich bardzo łatwo usuwane.

Roztwór wodorotlenku sodu zawiera jony wodorotlenkowe, które są silnymi zasadami. Jeśli dodasz odpowiednią ilość roztworu wodorotlenku sodu, otrzymasz osad tego, co zwykle nazywa się „wodorotlenkiem berylu” – ale który jest strukturalnie nieco bardziej skomplikowany niż to!

Produkt (poza wodą) jest neutralnym kompleksem i jest on związany kowalencyjnie. Wszystko, co stało się z oryginalnym jonem kompleksowym to fakt, że dwa jony wodorowe zostały usunięte z cząsteczek wody.

Otrzymujesz osad neutralnego kompleksu z powodu braku ładunku na nim. Nie ma wystarczającego przyciągania między tym neutralnym kompleksem a cząsteczkami wody, aby wprowadzić go do roztworu.

Co się stanie, jeśli dodasz więcej jonów wodorotlenkowych?

Dodanie większej ilości jonów wodorotlenkowych do kompleksu obojętnego odciąga więcej jonów wodorowych od cząsteczek wody, dając jon tetrahydroksoberylowy:

Wodorotlenek berylu rozpuszcza się, ponieważ kompleks obojętny jest przekształcany w jon, który będzie wystarczająco przyciągany do cząsteczek wody.

Co się stanie, jeśli dodasz kwas do osadu wodorotlenku berylu (kompleks obojętny)?

Jony wodorowe, które zostały pierwotnie usunięte, są po prostu zastępowane. Osad rozpuszcza się, ponieważ oryginalny uwodniony jon berylu jest ponownie formowany.

Spójrzmy na to ponownie jako na schemat przepływu, aby można było porównać go z powyższym:

Wodorotlenek berylu (kompleks obojętny) jest amfoteryczny, ponieważ może reagować z zasadą i kwasem. W każdym przypadku wszystko, co się dzieje, to albo odejmowanie jonów wodorowych od cząsteczek wody, albo ich zastępowanie.

Dlaczego nie dzieje się tak w przypadku, na przykład, wodorotlenku wapnia?

Wodorotlenek wapnia jest naprawdę jonowy – i zawiera proste jony wodorotlenkowe, OH-. Te reagują z jonami wodorowymi z kwasu tworząc wodę – i tak wodorotlenek reaguje z kwasami.

Jednakże nie ma żadnego odpowiednika kompleksu neutralnego. Dodanie większej ilości jonów wodorotlenkowych z zasady nie ma żadnego efektu, ponieważ nie mają one z czym reagować.

.