Horčík a vápnik

Kovy alkalických zemín tvoria 2. skupinu periodickej tabuľky (v staršom označení II. A skupina). Názov pochádza z čias, keď chemici volali oxidy kovov „zeminy“. Oxidy týchto kovov sa podobali na zem a ich roztoky boli zásadité, alkalické, podobne ako pri alkalických kovoch v 1. skupine.

názov	značka	zaujímavosť
berýlium	Be	ľahký kov do zliatin, jeho zlúčeniny sú jedovaté
horčík	Mg	ľahký kov, je v chlorofyle zelených rastlín
vápnik	Ca	je v kostiach, zuboch, vápenci a mramore
stroncium	Sr	farbí ohňostroje na červeno
bárium	Ba	farbí ohňostroje na zeleno, síran bárnatý je kontrastná látka pri röntgene
rádium	Ra	rádioaktívne, objavili ho Marie a Pierre Curieovci

Kovy alkalických zemín sú strieborne biele, ľahké kovy. Sú tvrdšie a majú vyššie teploty topenia ako alkalické kovy a sú menej reaktívne. Vo valenčnej vrstve majú dva elektróny, ktoré ochotne odovzdávajú, a vznikajú katióny s nábojom +2, napríklad Mg²⁺ a Ca²⁺.

• Horčík je na vzduchu stály, pokrýva sa tenkou vrstvou oxidu. Zapálený horí oslnivo bielym plameňom a vzniká biely prášok oxidu horečnatého, pozri pokus Horenie horčíka:

$$2\,\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{MgO}$$

• Vápnik je reaktívnejší. S vodou reaguje za vzniku hydroxidu a vodíka, pokojnejšie ako sodík:

$$\text{Ca} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$$

Soli vápnika, stroncia a bária farbia plameň: vápnik tehlovočerveno, stroncium karmínovočerveno a bárium zeleno. Horčík plameň nefarbí, sám však horí jasne bielo. Preto sa jeho prášok pridáva do prskaviek a ohňostrojov, pozri pokus Chemický flashbang.

vyskúšaj si

Plameňová skúška

Preskúmaj soliUrči neznámu vzorku

Vyber soľ, nanes ju na drôtik a vlož ho do plameňa.

sodík Navápnik Cabárium Bameď Culítium Li

Bez vzorky horí plyn v kahane bledomodrým plameňom.

Teplo plameňa dodá atómom kovu energiu. Atómy ju hneď vyžiaria ako svetlo a každý kov svieti vlastnou farbou.

Preskúmaj, akou farbou farbia plameň soli vápnika a bária, a porovnaj ich so sodíkom, lítiom a meďou. Potom urči kov v neznámej vzorke.

Horčík ani vápnik sa v prírode voľne nevyskytujú, len v zlúčeninách. Vápnik je piaty najrozšírenejší prvok zemskej kôry a horčík patrí medzi desať najrozšírenejších.

• Uhličitan vápenatý CaCO₃ tvorí celé pohoria: vápenec, mramor, ktorý je premenený vápenec, a kriedu, ktorá vznikla z ulít drobných morských živočíchov.
• Dolomit CaMg(CO₃)₂ obsahuje vápnik aj horčík.
• Magnezit MgCO₃ sa ťaží na Slovensku, napríklad v Jelšave a v Lubeníku. Slovensko patrí medzi významných svetových výrobcov magnezitu.
• Sadrovec CaSO₄ · 2 H₂O je surovina na výrobu sadry, fluorit CaF₂ a apatit s fosforečnanom vápenatým sú ďalšie minerály vápnika.
• Morská voda obsahuje veľa horčíka, vyrába sa z nej kovový horčík.

Kovy sa vyrábajú elektrolýzou taveniny chloridov, podobne ako alkalické kovy.

Z vápenca sa už tisíce rokov vyrába vápno. Vo vápenke sa vápenec páli pri teplote okolo 900 °C, uniká oxid uhličitý a zostáva pálené vápno, teda oxid vápenatý:

$$\text{CaCO}_3 \xrightarrow{900\ \text{°C}} \text{CaO} + \text{CO}_2$$

Keď pálené vápno polejeme vodou, prudko reaguje, syčí a zohreje sa tak, že voda môže vrieť. Tomuto deju hovoríme hasenie vápna a vzniká hasené vápno, hydroxid vápenatý:

$$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$$

Zmes haseného vápna, piesku a vody je vápenná malta. Na vzduchu malta pomaly tvrdne: hydroxid vápenatý viaže oxid uhličitý zo vzduchu a mení sa späť na uhličitan vápenatý, ktorý spojí zrnká piesku. Z vápenca sa tak po troch krokoch znova stane vápenec:

$$\text{Ca(OH)}_2 + \text{CO}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

vyskúšaj si

Vápencový kolobeh

Máš vápenec. Čo s ním urobíš, aby vznikla ďalšia látka kolobehu?

0 / 0

vápenec CaCO₃

uhličitan vápenatý

Použitie: stavebný kameň, výroba cementu a vápna, krieda, mramor

Zahrievať v peci na 900 °CPoliať vodouZmiešať s pieskom a vodou a nechať na vzduchuPoliať kyselinou chlorovodíkovou

Vyber, čo s látkou urobíš: zahrievať ju v peci, poliať vodou, nechať ju s pieskom na vzduchu alebo poliať kyselinou. Len jedna možnosť vedie k ďalšej látke kolobehu. Na konci ťa čaká otázka.

Dažďová voda obsahuje rozpustený oxid uhličitý, a preto pomaly rozpúšťa vápenec a dolomit v horninách. Voda, ktorá tečie cez vápencové podložie, obsahuje veľa rozpustených iónov vápnika a horčíka. Takej vode hovoríme tvrdá voda.

• Pri varení sa z tvrdej vody vylučuje vodný kameň, uhličitan vápenatý. Usádza sa v kanviciach, na špirálach práčok a v bojleroch a zhoršuje prenos tepla.
• V tvrdej vode sa mydlo horšie pení, ióny vápnika s ním tvoria nerozpustné vločky.
• Vodný kameň sa odstraňuje kyselinami, napríklad octom alebo kyselinou citrónovou. Uhličitan vápenatý s nimi šumí a rozpustí sa.

Tvrdá voda zdraviu neškodí, naopak dodáva telu vápnik a horčík. Voda z vodovodu v mnohých oblastiach Slovenska je stredne tvrdá až tvrdá.

• Vápnik tvorí spolu s fosforečnanmi kosti a zuby. Telo dospelého človeka ho obsahuje asi 1 kg. Vápnik potrebujú aj svaly a zrážanie krvi. Najviac ho je v mlieku, syroch, maku, mandliach a v zelenej listovej zelenine.
• Horčík je v strede molekuly chlorofylu, zeleného farbiva, ktoré zachytáva svetlo pri fotosyntéze. V našom tele pomáha svalom a nervom, nájdeme ho v orechoch, strukovinách a celozrnnom pečive.
• Z uhličitanu vápenatého majú ulity slimákov, lastúry, vaječné škrupiny aj koraly.

• Zliatiny horčíka sú ľahšie ako hliník. Sú z nich disky kolies, rámy notebookov a časti lietadiel.
• Oxid horečnatý z magnezitu znesie obrovské teploty, vyrábajú sa z neho žiaruvzdorné tehly do pecí.
• Síran horečnatý (horká soľ) sa pridáva do kúpeľov a hnojív, uhličitan horečnatý je „magnézium“ lezcov a gymnastov.
• Vápenec je surovinou na výrobu vápna, cementu a skla a pridáva sa do vysokej pece pri výrobe železa.
• Sadra sa používa v stavebníctve, na sochy a v medicíne.
• Síran bárnatý sa pije pred röntgenovým vyšetrením žalúdka, lebo röntgenové žiarenie nepreniká cez bárium.

rozšírenie Jaskyne a kvaple

Na Slovensku je vyše 7 000 jaskýň a jaskyne Slovenského a Aggtelekského krasu sú zapísané v Zozname svetového dedičstva UNESCO. Takmer všetky vznikli rovnakou chémiou. Dažďová voda preniká pôdou, kde sa v nej rozpúšťa oxid uhličitý z tlejúcich zvyškov rastlín. Taká voda je slabo kyslá a v puklinách vápenca ho pomaly rozpúšťa na hydrogenuhličitan vápenatý. Počas stoviek tisíc rokov tak vyhlodá chodby, dómy aj podzemné riečky.

Keď kvapka presiakne do jaskyne, oxid uhličitý z nej unikne do vzduchu. Rovnováha sa posunie späť a z kvapky sa vylúči trocha uhličitanu vápenatého. Zo stropu tak rastú stalaktity, proti nim zo zeme stalagmity, a keď sa stretnú, vznikne stalagnát. Kvaple rastú veľmi pomaly, často len o jeden centimeter za sto rokov.

V Ochtinskej aragonitovej jaskyni sa uhličitan vápenatý vylúčil v inej kryštálovej podobe, ako aragonit. Jeho biele ihlicovité a kríčkovité útvary patria medzi najvzácnejšie jaskynné výzdoby na svete.

• „Pálené a hasené vápno je to isté.“ Pálené vápno je oxid vápenatý CaO, hasené vápno vznikne z neho s vodou a je to hydroxid vápenatý Ca(OH)₂.
• „Vodný kameň je špina z vodovodných rúr.“ Je to uhličitan vápenatý, ktorý sa pri varení vylúčil z vápnika a horčíka rozpustených vo vode.
• „Vápnik je v kostiach ako kov.“ Kovový vápnik by s vodou v tele reagoval. V kostiach sú katióny Ca²⁺ vo fosforečnane vápenatom.
• „Horiaci horčík uhasíme vodou.“ Horúci horčík s vodou reaguje a uvoľňuje sa horľavý vodík. Hasí sa suchým pieskom.
• „Horčík farbí plameň na bielo.“ Horčík plameň nefarbí. Sám však horí oslnivo bielym svetlom.
• „Kovy 2. skupiny tvoria katióny s nábojom +1.“ Majú dva valenčné elektróny a tvoria katióny M²⁺.

Susedmi horčíka a vápnika v 1. skupine sú reaktívnejšie alkalické kovy. V ďalšej lekcii Hliník spoznáš najrozšírenejší kov zemskej kôry, ktorý stojí v tabuľke hneď za horčíkom.