電子2個、電荷2つ
満たされたns²最外殻は保持するには十分安定ではないため、これらの金属は電子を2個とも失い、+2イオンを形成します。電荷が2倍になることで、化合物はアルカリ金属の化合物よりはるかに強く結びつきます。これこそが、優れた構造鉱物になる理由です。
第2族――最外殻電子が2個で、生命の構造を支える元素
アルカリ土類金属
第1族の隣の元素より硬く、密度が高く、反応も穏やかなアルカリ土類金属は、電子を1個ではなく2個手放します。このたった1つの違いが、カルシウムが骨や殻をつくり、マグネシウムがクロロフィルの中心に位置し、ベリリウムが宇宙望遠鏡に使えるほど硬い理由です。
- 構成元素
- 6
- 族
- 2
- 電子配置
- ns²
- 放射性
- 1
周期表でハイライト表示
すべての元素
6個のアルカリ土類金属
4
Be
ベリリウム
9.012 u
硬く、羽毛のように軽い金属で、X線を透過させますが、粉じんになると致命的な毒性を示します。
12
Mg
マグネシウム
24.305 u
葉緑素の中心にある金属であり、カメラを失明させるほど明るい光を放って燃える金属です。
20
Ca
カルシウム
40.078 u
骨、貝殻、セメントの構造をつくる元素です。カルシウムによって生命は硬いものをつくる方法を学びました。
38
Sr
ストロンチウム
87.62 u
花火を深紅色に染める元素であり、ストロンチウム90として、かつて兵器実験後に空から降ってきました。
56
Ba
バリウム
137.327 u
密度が高く反応性があり、「バリウム食」によって消化管がX線に映る理由です。
88
Ra
ラジウム
226 u
時計の文字盤で暗闇に光り、それを塗った女性たちを死に至らしめた元素です。
何によって定義されるか
アルカリ土類金属を特徴づける3つのこと
反応性はありますが、危険なほどではありません
ベリリウムは水とはほとんどまったく反応しません。マグネシウムには水蒸気が必要です。カルシウムは一定して発泡し、ストロンチウムはより速く、バリウムは最も速く反応します。族1と同じ下方向の傾向ですが、数段階穏やかです。
難溶性塩
それらの炭酸塩と硫酸塩はほとんど不溶性であるため、石灰岩、大理石、チョーク、石こう、貝殻は海に溶け戻らず、耐久性のある岩石として存在します。
周期表の傾向
族内での変化
族を下がると、原子は大きくなり、イオン化エネルギーは低下し、反応性は高まり、水酸化物の溶解度は増加する一方、硫酸塩の溶解度は低下します。同じ周期の第1族と比べると、第2族の原子は小さく、密度が高く、硬く、融点が高いです。
世界での用途
何に使われるか
ベリリウム
航空宇宙用合金やX線窓に使われます。X線をほぼ完全に透過し、単位重量あたりでは鋼鉄の6倍の剛性があります。James Webb宇宙望遠鏡の鏡はベリリウム製です。
マグネシウム
自動車、ノートパソコン、自転車のフレーム用の軽量合金、あらゆるクロロフィル分子の中心にある金属、そして昔のフラッシュ撮影で生じたまばゆい白色の閃光に使われます。
カルシウム
セメント、石こう、製鉄、そして地球上のあらゆる骨や殻に使われます。炭酸カルシウムは、地球上で最も多く採掘されている鉱物です。
ストロンチウム
花火や緊急用照明弾の深紅色に使われます。兵器由来の降下物に含まれるストロンチウム90が危険なのは、体がカルシウムとして扱うためです。
バリウム
硫酸バリウムは非常に難溶性なので、「バリウム食」によって、患者を中毒させることなく放射線科医が消化管を画像化できます。
ラジウム
かつては発光塗料や初期のがん治療に使われていました。どちらの用途も人々を死に至らせ、現在はいずれも使われていません。
取り扱い
安全性
ベリリウム粉じんは、非常に低いばく露でも、治療できない肺疾患である慢性ベリリウム症を引き起こします。ベリリウムははるかに危険な元素です。可溶性バリウム塩は急性毒性を示します。ラジウムは非常に強い放射性を持ちます。マグネシウムとカルシウムはイオン形で必須栄養素ですが、マグネシウム金属は3,100 °Cで燃焼し、水やCO₂で消火できません。
知っておくとよいこと
- 人間の骨格には約1kgのカルシウムが含まれており、その約10％が毎年分解され、新しく作り直されます。
- マグネシウム火災は、水を水素と酸素に分解するほど高温で燃焼します。そのため、水をかけるとかえって悪化します。
- 「アルカリ土類」という名前は何世紀も前から使われています。「土」は、溶けない酸化物を指す錬金術用語で、これらの酸化物は水をアルカリ性にします。
よくある質問
アルカリ土類金属の概要
なぜアルカリ土類金属と呼ばれるのですか？
それらの酸化物である石灰、マグネシア、重晶石は、溶けにくく不溶性だったため、初期の化学者によって「土類」に分類されました。わずかに溶けるものを溶かすと、その結果はアルカリ性になります。金属そのものが単離された後も、この名前は残りました。
なぜベリリウムは同じ族の他の元素と大きく異なるのですか？
それは異常に小さく、電子を非常に強く保持するため、結合はイオン結合よりも主に共有結合になります。アルミニウムとのこの斜め方向の類似性は、周期2の元素に共通する一般的な傾向です。周期2の元素はすべて、自分の族の他の元素よりも、右下に位置する元素に近い性質を示します。
なぜストロンチウム90は骨に蓄積するのですか？
化学反応では同位体を見分けられず、ストロンチウムはカルシウムの真下に位置し、同じ+2の電荷と似たイオン半径を持つためです。体内のカルシウムの仕組みがストロンチウムを取り込み、骨格に蓄積させるため、そこで数十年にわたって骨髄を照射し続けます。