Erdalkalimetalle

Eigenschaften der Elemente

Die Elemente der 2. Hauptgruppe werden auch als Erdalkalimetalle bezeichnet. Zu ihnen gehören Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Radium (Ra). Sie besitzen zwei Elektronen in der äußeren Schale.

Die Erdalkalimetalle haben viele Gemeinsamkeiten. Sie sind alle, wie der Gruppenname nahelegt, Metalle. Da ihre Dichten unter 4,5 g/cm³ liegen, handelt es sich um Leichtmetalle . Außerdem sind sie weich und daher leicht verformbar. Nur Beryllium fällt aus der Reihe: Es ist spröde und hart und besitzt einen deutlich höheren Schmelz- und Siedepunkt als die übrigen Elemente der 2. Hauptgruppe.

Edelgaskonfiguration erreichen die Erdalkalimetalle, indem sie ihre beiden Außenelektronen abgeben. Im Vergleich zu den Alkalimetallen sind sie jedoch weniger reaktiv, weil es eine höhere Ionisierungsenergie erfordert, zwei Außenelektronen abzuspalten als eins wie bei den Alkalimetallen. Dies lässt sich damit begründen, dass die Erdalkalimetalle eine höhere Kernladung und somit entsprechend kleinere Atomradien aufweisen als die Alkalimetalle.
Innerhalb der Gruppe nimmt die Reaktivität von oben nach unten zu, weil zwischen den Außenelektronen und dem Atomkern immer mehr volle Elektronenschalen liegen und so der Abstand der Außenelektronen zum Kern immer größer wird. Daraus ergibt sich, dass diese vom Atomkern weniger stark angezogen werden und somit leichter abgespalten werden können.

Die Erdalkalimetalle geben leicht ihre beiden Außenelektronen ab, wobei zweifach positiv geladene Ionen entstehen, und sind daher unedle Metalle, die an der Luft oxidiert werden. Beryllium und Magnesium bilden aber stabile Oxidschichten aus und werden dadurch passiviert, d. h. nur ihre Oberfläche wird oxidiert. Diese Passivierung bewirkt auch, dass Wasser Beryllium und Magnesium nur langsam angreift. Calcium, Strontium und Barium hingegen reagieren mit Wasser zu den Hydroxiden, wobei Wasserstoff entsteht. Wie die Alkalimetalle, so sind also auch die Erdalkalimetalle Basenbildner.

Ansonsten reagieren die Erdalkalimetalle gut mit Nichtmetallen, z. B. mit Sauerstoff oder mit den Halogenen.
Mit Säuren bilden sie ebenfalls Verbindungen, die zum Teil von großer wirtschaftlicher Bedeutung sind. Wichtige Verbindungen sind beispielsweise Calciumcarbonat (Kalkstein) und Calciumsulfat (Gips).
Die Wasserlöslichkeit der Erdalkaliverbindungen ist sehr unterschiedlich. So löst sich z. B. Calciumchlorid sehr gut in Wasser, Calciumcarbonat hingegen kaum.

Vorkommen und Gewinnung

Beryllium gehört zu den seltenen Elementen und kommt u. a. im Mineral Beryll ${\text{Be}}_{\text{3}}{\text{Al}}_{\text{2}}\left[{\text{Si}}_{\text{6}}{\text{O}}_{\text{18}}\right]$ vor. Vom Beryll ist übrigens unser Wort Brille abgeleitet, denn die ersten Brillen wurden aus diesem Material hergestellt. Auch bei den Edelsteinen Smaragd und Aquamarin handelt es sich um Beryll, der Chrom bzw. Eisen enthält.

Erwähnt werden muss die biologische Bedeutung von Calcium und Magnesium. 2 % unseres Körpers bestehen aus Calcium. Hydroxylapatit, ${\text{Ca(OH)}}_{\text{2}}·{\text{3 Ca}}_{\text{3}}{{\text{(PO}}_{\text{4}}\text{)}}_{\text{2}}$, ist ein wichtiger Baustein unserer Knochen und Zähne.
Magnesium ist das Zentralatom im Chlorophyll und somit an der umsatzstärksten Reaktion der Erde, der Fotosynthese von Kohlehydraten und Sauerstoff aus Wasser und Kohlenstoffdioxid beteiligt.

Ausgewählte Verbindungen der Erdalkalimetalle

Oxide und Hydroxide
Die Oxide entstehen bei der thermischen Zersetzung der Carbonate (Mg, Ca, Sr, Ba).

${\text{MeCO}}_{\text{3}}\stackrel{}{\to }\text{MeO}\text{+}{\text{CO}}_{\text{2}}$

Magnesiumoxid MgO wird als Sintermagnesia zur Herstellung von Laborgeräten (Tiegel, Magnesiastäbchen) und als hochfeuerfester Baustoff genutzt.

Andere Verbindungen der Erdalkalimetalle

Bei den Carbonate n ist besonders Calciumcarbonat von Bedeutung. Wichtige Mineralien wie Kalk, Kreide und Marmor, aber auch Perlen bestehen aus Calciumcarbonat, das auf unterschiedliche Weise kristallisiert. Mit Säuren werden die Carbonate aufgelöst, weil sich Kohlensäure bildet, die in Kohlenstoffdioxid und Wasser zerfällt. Saure Reinigungsmittel lösen daher Marmorplatten und Perlen auf.

$\begin{array}{l}{\text{CaCO}}_{\text{3}}\text{+}{\text{2 H}}_{\text{3}}{\text{O}}^{\text{+}}\stackrel{}{\to }{\text{H}}_{\text{2}}{\text{CO}}_{\text{3}}\text{+}{\text{2 H}}_{\text{2}}\text{O}\\ {\text{H}}_{\text{2}}{\text{CO}}_{\text{3}}\stackrel{}{\to }{\text{CO}}_{\text{2}}\text{+}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}\end{array}$

Die Nitrate von Calcium, Strontium und Barium werden, wie auch Magnesiumpulver, in der Feuerwerkerei genutzt, weil sie bunte Flammenfärbungen zeigen. Calciumsalze ergeben eine orangerote, Strontium eine rote und Calcium eine grüne Färbung. Magnesium leuchtet sehr hell.