பாடங்கள் · அலகு 6 · கூட்டம் 2 — காரமண் உலோகங்கள்

கூட்டம் 2 மூலகங்கள் — காரமண் உலோகங்கள்

முழுமையான பார்வை — கூட்டம் 2 மூலகங்கள்

ஆவர்த்தன அட்டவணையின் இரண்டாவது செங்குத்துக் கூட்டத்தில் உள்ள மூலகங்களே கூட்டம் 2 மூலகங்கள் (Group 2 elements) ஆகும். இவை பெரிலியம் (Be), மகனீசியம் (Mg), கல்சியம் (Ca), துரந்தியம் (Sr), பேரியம் (Ba) மற்றும் கதிரியக்க மூலகமான ரேடியம் (Ra) ஆகியனவாகும். இம்மூலகங்கள் காரமண் உலோகங்கள் (alkaline earth metals) என அழைக்கப்படுகின்றன.

இம்மூலகங்களும் இயற்கையில் தனித்த உலோகங்களாகக் காணப்படுவதில்லை. கல்சியம் சுண்ணக்கல் (CaCO₃) ஆகவும் ஜிப்சம் (CaSO₄·2H₂O) ஆகவும் காணப்படுகின்றது; மகனீசியம் மகனைற்று (MgCO₃) ஆகவும் கைரசைற்று (MgSO₄·7H₂O) ஆகவும் காணப்படுகின்றது.

1. கூட்டப் போக்குகள் (NIE 4.2.1)

கூட்டம் 2 இன் ஒவ்வொரு மூலகமும் தனது வலுவளவு ஓட்டில் ns² என்னும் இலத்திரன் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. இரண்டு வலுவளவு இலத்திரன்களையும் நீக்கி M²⁺ அயனை உருவாக்கும் இயல்பினால், இம்மூலகங்கள் சேர்வைகளில் எப்போதும் +2 ஒட்சியேற்ற நிலையைக் காட்டுகின்றன.

பெரிலியமும் மகனீசியமும் நரைநிற உலோகங்களாகும்; ஏனைய கூட்டம் 2 மூலகங்கள் மென்மையான, வெள்ளி நிற உலோகங்களாகும். கூட்டம் 1 உலோகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது கூட்டம் 2 மூலகங்கள் உயர் அடர்த்தியையும் வலிமையான உலோக அயனிப்பையும் (metallic bonding) கொண்டுள்ளன; ஏனெனில் இரண்டு இலத்திரன்கள் உலோக அயனிப்புக்குப் பங்களிக்கின்றன, மேலும் அணுவாரை சிறியதாக உள்ளது.

வலுவளவு ஓட்டில் ns² அமைப்பு இருப்பதனாலும், அணுவாரை சிறியதாக இருப்பதனாலும், கூட்டம் 2 இன் முதலாம் அயனாக்கற் சக்திகள் கூட்டம் 1 ஐ விட உயர்வானவை; எனவே கூட்டம் 2 மூலகங்களின் தாக்கத்திறன் கூட்டம் 1 ஐ விடக் குறைவாகும். கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது அணுவாரை அதிகரிக்கின்றது, அயனாக்கற் சக்தி குறைகின்றது, மின்னெதிர்த்தன்மை குறைகின்றது, தாக்கத்திறன் அதிகரிக்கின்றது; எனினும் உருகுநிலையில் ஒழுங்கான போக்கு இல்லை.

இயல்பு	Be	Mg	Ca	Sr	Ba
தரைநிலை இலத்திரன் அமைப்பு	[He]2s²	[Ne]3s²	[Ar]4s²	[Kr]5s²	[Xe]6s²
உலோக ஆரை / pm	112	150	197	215	220
உருகுநிலை / °C	1280	650	850	768	714
M²⁺ அயனின் ஆரை / pm	27	72	100	126	142
1ம் அயனாக்கற் சக்தி / kJ mol⁻¹	899	736	589	548	502
2ம் அயனாக்கற் சக்தி / kJ mol⁻¹	1757	1451	1145	1064	965
3ம் அயனாக்கற் சக்தி / kJ mol⁻¹	14850	7733	4912	4138	3619

3ம் அயனாக்கற் சக்தி மிக உயர்வாக இருப்பதைக் கவனிக்க வேண்டும். இரண்டு வலுவளவு இலத்திரன்கள் நீக்கப்பட்டபின் M²⁺ அயன் ஒரு உறுதியான விழுமிய வாயு அமைப்பைப் பெறுகின்றது; இவ்வமைப்பிலிருந்து மூன்றாவது இலத்திரனை நீக்க மிக அதிக சக்தி தேவைப்படுவதனால் கூட்டம் 2 மூலகங்கள் +3 ஒட்சியேற்ற நிலையை உருவாக்குவதில்லை.

கூட்டம் 2 இன் அயனாக்கற் சக்திகள் கூட்டம் 1 ஐ விட உயர்வானவை; எனவே தாக்கத்திறன் குறைவு.

2. காரமண் உலோகங்களின் தாக்கங்கள் (NIE 4.2.2)

நீருடன் தாக்கம். கூட்டம் 2 மூலகங்கள் நீருடன் தாக்கமடைந்து உலோக ஐதரொட்சைட்டையும் M(OH)₂ ஐதரசன் வாயுவையும் உருவாக்குகின்றன; எனினும் இத்தாக்கத்தின் உக்கிரம் கூட்டத்தின் மேலிருந்து கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது. பெரிலியம் நீருடன் தாக்கமடைவதில்லை. மகனீசியம் அறை வெப்பநிலையில் நீருடன் தாக்கமடைவது புறக்கணிக்கத்தக்க அளவே; எனினும் சூடான நீராவியுடன் மெதுவாகத் தாக்கமடைகின்றது. கல்சியம், துரந்தியம், பேரியம் ஆகியன குளிர் நீருடன் விரைவாகத் தாக்கமடைகின்றன.

Be + H₂O → தாக்கமில்லை
Mg(s) + H₂O(g) → MgO(s) + H₂(g) (சூடான நீராவியுடன்)
Ca(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g) (குளிர் நீருடன்)

ஒட்சிசனுடன் தாக்கம். கூட்டம் 2 மூலகங்கள் ஒட்சிசனில் எரிக்கப்படும்போது சாதாரண ஒட்சைட்டை (MO) உருவாக்குகின்றன. மிகை ஒட்சிசனில் பேரியம் பரவொட்சைட்டை (BaO₂) உருவாக்கும் இயல்புடையது.

2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)

நைதரசனுடன் தாக்கம். கூட்டம் 2 இன் எல்லா மூலகங்களும் உயர் வெப்பநிலையில் நைதரசனுடன் தாக்கமடைந்து உலோக நைத்திரைட்டை (M₃N₂) உருவாக்குகின்றன. இந்நைத்திரைட்டுகள் நீருடன் தாக்கமடைந்து அமோனியாவை வெளியிடுகின்றன.

3Mg(s) + N₂(g) → Mg₃N₂(s)
Mg₃N₂(s) + 6H₂O(l) → 3Mg(OH)₂(s) + 2NH₃(g)

அமிலங்களுடன் தாக்கம். கூட்டம் 2 மூலகங்கள் ஐதான அமிலங்களுடன் தாக்கமடைந்து உரிய உலோக உப்பையும் ஐதரசன் வாயுவையும் தருகின்றன. ஐதரசனுடன் தாக்கம். பெரிலியத்தைத் தவிர்ந்த ஏனைய கூட்டம் 2 மூலகங்கள் உயர் வெப்பநிலையில் ஐதரசனுடன் தாக்கமடைந்து உலோக ஐதரைட்டுகளை (MH₂) உருவாக்குகின்றன; இவை அயன் திண்மங்களாகும். அலசன்களுடன் தாக்கம். கூட்டம் 2 மூலகங்கள் அலசன்களுடன் தாக்கமடைந்து உலோக ஏலைட்டுகளை (MX₂) உருவாக்குகின்றன.

Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)
Ca(s) + H₂(g) → CaH₂(s)

3. உப்புகளின் வெப்பவுறுதித் தன்மை (NIE 4.2.3)

காபனேற்றுகளின் பிரிகை. கூட்டம் 2 இன் காபனேற்றுகள் வெப்பமேற்றும்போது பிரிகையடைந்து உலோக ஒட்சைட்டையும் காபனீர் ஒட்சைட்டையும் தருகின்றன. இக்காபனேற்றுகளின் வெப்பவுறுதி கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கி அதிகரித்துச் செல்கின்றது — அதாவது பெரிலியம் காபனேற்று (BeCO₃) குறைந்த உறுதியுடையது, பேரியம் காபனேற்று (BaCO₃) கூடிய உறுதியுடையது.

MCO₃(s) → MO(s) + CO₂(g)

பிரிகை வெப்பநிலை: MgCO₃ (~540 °C) < CaCO₃ < SrCO₃ < BaCO₃ (~1360 °C)

இவ்வேறுபாட்டை கற்றயனின் முனைவாக்கும் வலு மூலம் விளக்க முடியும். கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிச் செல்லும்போது கற்றயனின் பருமன் அதிகரிக்கின்றது; எனவே அதன் ஏற்ற அடர்த்தியும் முனைவாக்கும் வலுவும் குறைகின்றன. Mg²⁺ உடன் இணைந்துள்ள காபனேற்று அயன் Ba²⁺ உடன் இணைந்துள்ளதைவிட அதிகமாக முனைவாக்கப்படுகின்றது; உயர்வாக முனைவாக்கப்பட்ட காபனேற்று அயன் இலகுவாகப் பிரிகையடைகின்றது. இதனாலேயே MgCO₃ இன் பிரிகை வெப்பநிலை BaCO₃ ஐ விடக் குறைவாக அமைகின்றது.

கூட்டத்தில் கீழ்நோக்க கற்றயன் பெரிதாகி முனைவாக்கும் வலு குறைகின்றது; எனவே பிரிகை வெப்பநிலை உயர்கின்றது.

நைத்திரேற்றுகளின் பிரிகை. கூட்டம் 2 இன் நைத்திரேற்றுகள் வெப்பமேற்றும்போது லிதிய நைத்திரேற்றை ஒத்த நடத்தையைக் காட்டுகின்றன; உலோக ஒட்சைட்டையும், நைதரசன் ஈரொட்சைட்டையும் (NO₂), ஒட்சிசனையும் தருகின்றன.

2Mg(NO₃)₂(s) → 2MgO(s) + 4NO₂(g) + O₂(g)

ஐதரொட்சைட்டுகளின் பிரிகை. கூட்டம் 2 இன் ஐதரொட்சைட்டுகளும் வெப்பமேற்றும்போது பிரிகையடைந்து உலோக ஒட்சைட்டையும் நீராவியையும் தருகின்றன; இவற்றின் வெப்பவுறுதியும் கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது.

Ca(OH)₂(s) → CaO(s) + H₂O(g)

ஐதரசன் காபனேற்றுகளின் பிரிகை. கூட்டம் 2 இன் ஐதரசன் காபனேற்றுகள் — உதாரணமாக கல்சியம் ஐதரசன் காபனேற்று Ca(HCO₃)₂ — கரைசலில் மட்டுமே நிலைபெறுகின்றன. வெப்பமேற்றும்போது இவை பிரிகையடைந்து கரையாத உலோக காபனேற்றையும், நீரையும், காபனீர் ஒட்சைட்டையும் தருகின்றன; நிலைப்பற்ற நீர்க்கடினத்தன்மை (temporary hardness) நீக்கப்படுவது இவ்வாறே நிகழ்கின்றது.

Ca(HCO₃)₂(aq) → CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g)

கூட்டம் 2 உப்புகள் வெப்பப்பிரிகையில் தரும் விளைபொருட்கள் கீழே தொகுக்கப்பட்டுள்ளன:

உப்பு	வெப்பப்பிரிகை விளைபொருட்கள்	குறிப்பு
MCO₃	MO + CO₂	வெப்பவுறுதி கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கும் (BeCO₃ < BaCO₃)
M(NO₃)₂	MO + NO₂ + O₂	லிதிய நைத்திரேற்றை ஒத்த நடத்தை
M(OH)₂	MO + H₂O	வெப்பவுறுதி கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கும்
M(HCO₃)₂	MCO₃ + H₂O + CO₂	நிலைப்பற்ற நீர்க்கடினத்தன்மையை நீக்குகின்றது

4. கூட்டம் 2 உப்புகளின் கரைதிறன் (NIE 4.2.4)

கூட்டம் 2 உப்புகளின் கரைதிறன் அனயனின் ஏற்றத்தைப் பொறுத்து மாறுபடுகின்றது. குளோரைட்டு, நைத்திரேற்று போன்ற ஓரலகு மறை ஏற்ற அனயன்களைக் கொண்ட உப்புகள் பொதுவாகக் கரையக்கூடியன. ஆனால் காபனேற்று, பொசுபேற்று போன்ற கூடிய ஏற்றமுடைய அனயன்களைக் கொண்ட உப்புகள் பொதுவாகக் கரையும் தகவற்றன. எல்லாக் கூட்டம் 2 காபனேற்றுகளும் நீரில் கரையும் தகவற்றன.

இரு முக்கியமான — ஒன்றுக்கொன்று எதிரான — போக்குகள் இங்கு கவனிக்கப்பட வேண்டியன:

ஐதரொட்சைட்டுகளின் கரைதிறன் கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது. Mg(OH)₂ அரிதிற் கரைகின்றது; ஆனால் Ba(OH)₂ நன்கு கரைந்து வலுவான காரக் கரைசலை உருவாக்குகின்றது.

சல்பேற்றுகளின் கரைதிறன் கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கிக் குறைகின்றது. BeSO₄ உம் MgSO₄ உம் நீரில் கரையக்கூடியன; ஆனால் BaSO₄ நீரில் கரையாதது. இதனாலேயே சல்பேற்று அயனுக்கான சோதனையில் BaSO₄ வெண்படிவாக உருவாகின்றது.

உப்பு வகை	Be	Mg	Ca	Sr	Ba	போக்கு
ஐதரொட்சைட்டு M(OH)₂	கரையாது	அரிதில்	சிறிது	கரையும்	நன்கு கரையும்	கரைதிறன் ↑
சல்பேற்று MSO₄	கரையும்	கரையும்	சிறிது	அரிதில்	கரையாது	கரைதிறன் ↓
காபனேற்று MCO₃	கரையாது	கரையாது	கரையாது	கரையாது	கரையாது	யாவும் கரையாது

ஐதரொட்சைட்டுகளும் சல்பேற்றுகளும் ஒன்றுக்கொன்று எதிரான கரைதிறன் போக்குகளைக் காட்டுகின்றன.

4.1 கரைதல் ஏன் நிகழ்கின்றது — Unit 5 இன் ΔG=ΔH−TΔS தர்க்கத்தின் மறு-பயன்பாடு

ஒரு அயனிச் சேர்வை திடத்திலிருந்து கரைசலாக மாறும் செயல்முறை இரண்டு படிகளாகப் பிரிக்கப்படலாம் — லேட்டிஸை உடைத்தல் (ΔH°L, எப்போதும் அகவெப்பம்) மற்றும் அயன்களை நீரேற்றுதல் (−ΔH°hyd, எப்போதும் புறவெப்பம்). இவ்விரண்டின் கூட்டுத்தொகையே கரைதல் என்தால்பியைத் (ΔH°dis) தீர்மானிக்கின்றது:

ΔH°dis = ΔH°L + (−ΔH°hyd)

ΔG = ΔH°dis − TΔS

💡 என்ட்ரோபியே உண்மையான உந்துசக்தி

ஒரு அயனிச் சேர்வை ஒழுங்கமைந்த படிகக் கட்டமைப்பிலிருந்து சீரற்ற முறையில் கரைந்த அயன்களாக மாறும்போது, ΔS எப்போதும் நேர்மறையாக இருக்கும் (சீரின்மை அதிகரிக்கின்றது). ΔH°dis சிறிதளவு நேர்மறையாக (அகவெப்பம்) இருந்தாலும், TΔS உறுப்பு அதைவிடப் பெரியதாக இருந்தால், ΔG < 0 ஆகி கரைதல் தன்னிச்சையாக நிகழும். இதுவே பல அயனிச் சேர்வைகள், அவற்றின் கரைதல் அகவெப்பமாக இருந்தாலும் கூட, ஏன் தண்ணீரில் எளிதாகக் கரைகின்றன என்பதற்கான உண்மையான தெர்மோடைனமிக் காரணம் — வெறும் "லேட்டிஸ் ஆற்றல் Vs நீரேற்ற ஆற்றல்" ஒப்பீடு மட்டும் முழு விடையல்ல.

5. சுவாலைச் சோதனை (NIE 4.2.5)

காரமண் உலோகங்களையும் அவற்றின் சேர்வைகளையும் இனங்காண சுவாலைச் சோதனை பயன்படுத்தப்படுகின்றது. சுவாலையின் உயர் வெப்பநிலையில் உலோக அயனின் இலத்திரன்கள் தூண்டப்பட்டு உயர் சக்தி மட்டத்திற்குச் சென்று, மீண்டும் கீழிறங்கும்போது சக்தி வேறுபாட்டுக்குச் சமமான புலப்படும் ஒளியை வெளியேற்றுகின்றன. பெரிலியமும் மகனீசியமும் சுவாலையில் நிறம் தருவதில்லை; ஏனெனில் இவற்றின் சக்தி மட்ட இடைவெளி பெரிதாக இருப்பதனால் வெளியேற்றப்படும் ஒளி புலப்படும் பகுதிக்கு வெளியே அமைகின்றது.

மூலகம்	சுவாலை நிறம்	அலைநீளம்
பெரிலியம் (Be)	நிறமில்லை	—
மகனீசியம் (Mg)	நிறமில்லை	—
கல்சியம் (Ca)	செம்மஞ்சள்-சிவப்பு (brick red)	~622 nm
துரந்தியம் (Sr)	கிரிம்சன் சிவப்பு	~661 nm
பேரியம் (Ba)	இளம்பச்சை (apple green)	~524 nm

Be, Mg சுவாலையில் நிறம் தருவதில்லை; Ca, Sr, Ba ஆகியன தனித்துவ நிறங்களைத் தருகின்றன.

6. பெரிலியத்தின் வேறுபட்ட நடத்தையும் மூலைவிட்டத் தொடர்பும்

பெரிலியம் கூட்டம் 2 இன் ஏனைய மூலகங்களிலிருந்து சில இடங்களில் வேறுபட்ட நடத்தையைக் காட்டுகின்றது; Be²⁺ அயன் மிகச் சிறியதாகவும் மிக உயர் ஏற்ற அடர்த்தியைக் கொண்டதாகவும் இருப்பதே இதற்குக் காரணமாகும். ஏனைய கூட்டம் 2 ஒட்சைட்டுகள் காரத்தன்மையானவை; ஆனால் BeO ஓர் ஈரியல்பு ஒட்சைட்டாகும் (amphoteric oxide) — அது அமிலத்துடனும் காரத்துடனும் தாக்கமடைகின்றது. பெரிலியம் நீருடன் தாக்கமடைவதில்லை; பெரிலியம் ஐதரசனுடன் நேரடியாக ஐதரைட்டை உருவாக்குவதில்லை.

இந்த வேறுபட்ட நடத்தைகள் காரணமாக பெரிலியம், கூட்டம் 13 இன் மூலகமான அலுமினியத்தை (aluminium) ஒத்த இயல்புகளைக் காட்டுகின்றது. இது ஒரு மூலைவிட்டத் தொடர்பாகும் (diagonal relationship). பெரிலியமும் அலுமினியமும் ஒத்த ஏற்ற/ஆரை விகிதத்தைக் கொண்டிருப்பதே இதற்குக் காரணமாகும்; அலுமினியம் ஒட்சைட்டும் (Al₂O₃) BeO போலவே ஈரியல்புத் தன்மையைக் காட்டுகின்றது.

பொதுவான தவறுகள் / Common mistakes

காபனேற்றுகளின் வெப்பவுறுதி கூட்டத்தில் கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது — அதைக் குறைகின்றது என எழுதுவது தவறு; BeCO₃ குறைந்த உறுதி, BaCO₃ கூடிய உறுதி.
ஐதரொட்சைட்டு கரைதிறன் கீழ்நோக்கி அதிகரிக்கின்றது, ஆனால் சல்பேற்று கரைதிறன் கீழ்நோக்கிக் குறைகின்றது — இவ்விரு எதிர்ப் போக்குகளையும் குழப்பிக் கொள்ள வேண்டாம்.
பெரிலியம் நீருடன் தாக்கமடைவதில்லை; "எல்லாக் கூட்டம் 2 மூலகங்களும் நீருடன் தாக்கும்" என எழுதுவது தவறு.

📝 தேர்வாளர் குறிப்பு / Examiner note

நீருடன் தாக்க உக்கிரப் போக்கை வரிசையாக எழுதுங்கள்: Be (தாக்கமில்லை) → Mg (நீராவியுடன் மெதுவாக) → Ca, Sr, Ba (குளிர் நீருடன் விரைவாக).
காபனேற்று வெப்பவுறுதி வினாக்களில் கற்றயனின் முனைவாக்கும் வலு குறைவு → அனயன் குறைவாக முனைவாக்கப்படுதல் → கூடிய உறுதி என்னும் முழுச் சங்கிலியையும் எழுதுங்கள்.
BaSO₄ நீரில் கரையாதது என்பதைச் சல்பேற்று அயன் சோதனையுடன் இணைத்துக் காட்டுங்கள்; ஐதரொட்சைட்டு போக்கு இதற்கு எதிரானது.
BeO ஓர் ஈரியல்பு ஒட்சைட்டு; பெரிலியத்தின் மூலைவிட்டத் தொடர்பு அலுமினியத்துடன் (Be–Al) நிலவுகின்றது.

குழு 2 — காரமண் உலோகங்கள்
*Group 2 — alkaline earth metals*
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →

📝 மேலும் பயிற்சி செய்ய

📝 வினாத்தொகுப்பு 📄 கடந்தகால வினாத்தாள்கள் 🧠 மைண்ட்மாப்கள்

← அலகு 6