در شیمی، عنصرها از اصول سازنده همه ماده ها تشکیل شده اند. هر عنصر دارای اتم یا اتمهایی با تعداد پروتون، نوترون و الکترون خاص خود است. در کتابخانه عناصر، این ویژگیها با جدول تناوبی عناصر به ترتیب افزایش شماره اتمی نشان داده می شوند. عناصر مختلف در جدول تناوبی به گروه ها و دوره ها تقسیم می شوند. گروه ها افقی هستند و ویژگیهای مشابه را دارند، در حالی که دوره ها عمودی هستند و با افزایش عدد کوانتومی اصلی افزایش می یابند. هر عنصر همچنین یک نماد شیمیایی دارد که به طور خلاصه برای نمایش آن در فرمولها و ترکیبهای شیمیایی استفاده می شود. به عنوان مثال، هیدروژن با نماد “H” نشان داده می شود و دارای یک پروتون، یک الکترون و بدون نوترون است. در این مقاله به بررسی عناصر قلیایی خاکی و ویژگیهای آنها می پردازیم.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
معرفی عناصر قلیایی خاکی و علت نامگذاری آنها
عناصر قلیایی خاکی یک گروه از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی هستند که ویژگیهای مشترکی دارند. این گروه شامل عناصری است که به شکل فلزی در طبیعت یافت می شوند و ویژگیهای خاصی در واکنشهای شیمیایی دارند. عناصراین گروه شامل بریلیم (Be)، منیزیم (Mg)، کلسیم (Ca)، استرانسیم (Sr) و باریم (Ba) می شوند. نام گذاری “عناصر قلیایی خاکی” به دلیل ویژگیهای شیمیایی و رفتارهای آنها در واکنشهای شیمیایی انجام شده است. این نامگذاری معمولاً با توجه به ویژگیهای مشابهی که این عناصر دارند، به ویژه در مقایسه با عناصر قلیایی معمولی (نظیر لیتیم، سدیم و غیره) انجام می شود. دو ویژگی مهم این عناصر که در نام گذاری آنها تاثیر داشته است به شرح زیر می باشد:
ویژگی قلیایی: این عناصر دارای ویژگیهای شیمیایی مشابه با عناصر قلیایی هستند. هر دو گروه از عناصری با اکتشاف پذیری بالا در هنگام واکنش با آب و تشکیل باقیمانده های قلیایی به وجود آمده اند.
ویژگی خاکی: عناصر گروه دوم معمولاً در پوسته خاک به تعداد زیادی وجود دارند. این عناصر بیشتر در خاکها و معدنها یافت می شوند و نقش مهمی در خصوصیات و اجزای زنده ای مانند گیاهان دارند.
بنابراین، نام این گروه به این دو ویژگی اشاره دارد و تاکید می کند که این عناصر به شکل فراوان در خاک و محیط زیست واقع شده اند و در واکنشهایی که خاصیت قلیایی دارند نقش دارند.
محل قرار گیری عناصر قلیایی خاکی در جدول تناوبی
عناصر قلیایی خاکی در گروه 2 جدول تناوبی قرار دارند. در جدول تناوبی، عناصر به گروه ها (ستونهای عمدی) و دوره ها (سطرهای افقی) تقسیم شده اند. این گروه شامل عناصری است که دارای دو الکترون در لایه الکترونی آخر خود هستند و به عنوان “گروه 2” نیز شناخته می شوند. در این گروه علاوه بر بِریلیم، مَنیزیم، کَلسیم، استرانسیم و باریم، همچنین عنصری به نام رادیوم (Ra) نیز وجود دارد که به دلیل ویژگیهای شباهتی با سایر اعضای این گروه، به عنوان یک عنصر قلیایی خاکی معرفی می شود.
ویژگیهای عناصر قلیایی خاکی
عناصر قلیایی خاکی دارای ویژگیهای متعددی هستند که به سبب قرارگیری در یک گروه در اغلب موارد عناصر آن مشابهت هایی دارند که از جمله ویژگیهای عناصر قلیایی خاکی عبارتند از:
شکل فلزی: همه این عناصر در شرایط استاندارد به شکل فلزی هستند و خصوصیاتی مشابه با دیگر فلزات دارند. این فلزات عموماً خواص رسانایی حرارتی و برقی دارند.
عدد اتمی: عدد اتمی این عناصر از 4 (بریلیم) تا 56 (باریم) متغیر است. این اعداد بر اساس تعداد پروتونها در هسته اتمی نوشته می شود.
ترکیبات قلیایی: این عناصر تمایل دارند با آب و ترکیبات دیگر به وسیله واکنشهای قلیایی ترکیب شوند. واکنشهایی که باعث تشکیل باقیمانده های قلیایی می شوند، جزیی از ویژگیهای شناخته شده آنها می باشد.
تراکم الکترونی: این عناصر دارای تراکم الکترونی بالا در پوسته الکترونی خود هستند. این تراکم الکترونی باعث می شود که خصوصیات شیمیایی آنها مختص به خودشان باشد.
کاربردهای زراعی: به دلیل حضور قلیایی هایی مانند هیدروکسید کلسیم (کلسیم هیدروکسید) در ترکیبات قلیایی خاکی، این عناصر در بهبود خاکها و تنظیم pH خاکها در کشاورزی کاربرد دارند.
نقش در زندگی زیستی: کلسیم و منیزیم از جمله عناصر ضروری در زندگی زیستی هستند. کلسیم در ساختار استخوانها، دندانها، عملکرد عصبی و انقباض عضلات نقش دارد. منیزیم نیز در فعالیتهای بیولوژیکی مانند فعالیت آنزیمها و تعادل الکترولیتی در بدن تاثیر مهم دارد.
مصارف صنعتی: منیزیم به عنوان فلزی سبک و مقاوم در برابر خوردگی، در صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی و هواپیماسازی به کار می رود. بریلیم نیز در برخی از آلیاژها و فرآورده های فلزی مورد استفاده قرار می گیرد.
این ویژگیها به دلیل شباهتهای شیمیایی و فیزیکی شان، این عناصر را به یک گروه خاص و مشخص در جدول تناوبی تقسیم کرده اند.
سوالات متداول عناصر قلیایی خاکی جدول تناوبی
1- چرا عناصر قلیایی خاکی به عنوان عناصری با “پوسته الکترونی خاص” توصیف می شوند؟
این عناصر به عنوان عناصری با “پوسته الکترونی خاص” توصیف می شوند این توصیف به دلیل تراکم الکترونی و الکترو‌نهای موجود در پوسته الکترونی آنها می باشد. پوسته الکترونی یک اصطلاح در شیمی است که به لایه های الکترونی در اطراف هسته اتمی اشاره دارد.
2- کدام عنصر قلیایی خاکی معدنی، کمیاب و پرتودهنده است؟
عنصر رادیوم (Ra) یکی از عناصر کمیاب و پرتودهنده می باشد. رادیوم به دلیل پرتودهندگی اش و نیز کمیابی در طبیعت، به طور عمده در تحقیقات علمی و کاربردهای محدود مورد استفاده قرار می گیرد.
3- کدام عنصر قلیایی خاکی دارای ویژگیهای سختی و مقاومت در برابر حرارت است؟
عنصر بِریلیم (Be) از بین این عناصر دارای ویژگیهای سختی و مقاومت در برابر حرارت است. بریلیم به دلیل ساختار بلوری خاص خود و تعاملات میان اتمهایش، دارای خصوصیات مکانیکی برجسته ای است.
4- چه کاربردهایی در صنایع مختلف برای منیزیم (Mg) وجود دارد؟
این کاربردها به دلیل ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد این عنصر از جمله سبکی، مقاومت به خوردگی، و توانایی ذوب و تشکیل آلیاژ‌های مختلف است. از جمله به کاربردهایی مثل صنایع الکترونیک و ارتباطات، تولید آلیاژها، صنایع خودروسازی و صنعت هوا و فضا را می توان نام برد.
5- عناصر قلیایی خاکی چه اهمیتی در اکوسیستمها دارد که به عنوان عناصر ضروری شناخته می شوند؟
این عناصر با تاثیر بر روی تنظیم جذب و نگهداری آب، فعالیت میکروبی، تنوع زیستی، پایداری ساختار خاک و تغذیه گیاهان جز عناصری هستند که از نظر تاثیر بر روی اکوسیستم بسیار مهم و قابل توجه می باشند.
