|
 |
|
Zašto se magnezij po nekim svojstvima razlikuje od ostalih metala u 2. skupini? Npr., zašto temperatura tališta magnezija naglo pada u odnosu na berilij i onda kod kalcija opet poraste i dalje normalno pada? Isto tako, zašto magnezij ima nižu temperaturu vrelišta u odnosu na ostale metale 2. skupine? Hvala!
|
|
Ime i prezime:
Maria Koprek
maria.koprek@skole.hr
|
 |
 |
Ako ćemo gledati koji je zemnoalkalijski metal "crna ovca" u svojoj skupini, onda će to biti berilij, a ne magnezij. Osim što ima znatno više talište i vrelište od ostalih članova skupine, berilij je po kemijskim svojstvima sličniji aluminiju, negoli drugim zemnoalkalijskim metalima, a k tomu su mu spojevi mahom kovalentni, a ne ionski. Glavni razlog za sve to mali su atomski i ionski polumjer berilija.
Međutim, magnezijeva anomalija svakako postoji, ali njezino objašnjenje ne samo da ne znam i ne samo da ga nisam uspio ni pronaći u literaturi, nego sam našao i na par tvrdnji u rangu od toga da autoru nije poznato nikakvo zadovoljavajuće objašnjenje pa do toga da neko jednostavno objašnjenje niti ne postoji. Stoga bih ti, prije nego što prenesem što sam našao, čestitao na odličnom pitanju!
Krenimo od podataka. Pogledamo li ovu stranicu, možemo vidjeti kako magnezijevo talište odstupa od općeg trenda u 2. skupini (čak i ako uključimo berilij). Na grafu to odstupanje još više bode u oči, dok se za vrelište ne može reći da postoji neki očiti trend, premda je vrelište magnezija svejedno upadljivo nisko.
Niže vrelište znači slabiju metalnu vezu, dok niže talište ugrubo znači isto, ali uključuje odnos metalne veze, odnosno veza među česticama općenito, u krutom i tekućem stanju. Objašnjenje za te razlike, koje će se naći u Filipovićevoj i Lipanovićevoj Općoj i anorganskoj kemiji, glasi: "Nepravilnosti u talištu tumače se razlikama u kristalnoj strukturi. Isto tako se i razlike u gustoći mogu objasniti razlikama u kristalnoj strukturi, odnosno u broju atoma u jediničnim ćelijama ovih metala." Problem s tim objašnjenjem je, kako kaže Jim Clark na stranici Chemguide, to što su i heksagonalno pakiranje kod berilija i magnezija, i plošno centrirano kubično pakiranje kod kalcija i stroncija, gusta pakiranja, u kojima je svaki atom okružen s dvanaest drugih atoma. Nasuprot njima stoji volumno centrirana kubična ćelija barija, u kojoj je svaki atom okružen s osam drugih atoma, dakle osjetno rjeđi složaj. I kako se to odražava u talištima? Tališta berilija i magnezija jako se razlikuju iako se radi o istom pakiranju. Magnezij i kalcij imaju različita, ali gusta pakiranja, ali postoji osjetno odudaranje od trenda talištâ (dok se berilij u taj trend ugrubo uklapa!). Prijelaz od stroncija na barij, dakle od gustog u rjeđe pakiranje, ne prati, međutim nikakvo odudaranje od općeg trenda. Iz svega toga slijedi da kristalne strukture, odnosno različita pakiranja zemnoalkalijskih metala, ne mogu objasniti odstupanje magnezija od talištâ ostalih metala te skupine.
Očito, trebat će nam još podataka. Jedan zanimljiv set podataka tališta su svih polimorfa zemnoalkalijskih metala. S tim podacima rješavamo se utjecaja kristalne strukture jer možemo uspoređivati tališta metalâ s istim slagalinama. I što nam oni govore? Tri stvari. Prva je da anomalija postoji kod svakog tipa slagaline. To znači da postoji nešto u elektronskoj strukturi magnezija, što utječe na jakost njegove metalne veze. Drugo što vidimo je da je anomalija najmanje izražena kod heksagonske ćelije. To znači da će se zemnoalkalijski metali najsličnije ponašati kad su svi kristaliziraju u heksagonskoj ćeliji. Treće je da je jedino kod magnezija heksagonska slagalina najstabilnija i pri sobnoj temperaturi i pri talištu. To nas opet vraća na elektronsku strukturu: zbog nečega u njoj magnezij jako preferira biti u heksagonskom složaju.
Potencijalno korisne informacije su i otpornosti zemnoalkalijskih metala. Ne suviše neočekivano, magnezij je slabiji vodič i od berilija i od kalcija. To opet indicira slabiju metalnu vezu, odnosno to da su elektroni u krutom magneziju nešto "zakočeniji" nego kod ostalih elemenata te skupine.
Dosad skupljene informacije polako nas vode prema delokalizaciji elektronâ u magneziju (u tom smjeru ide i ovo objašnjenje, preneseno iz jednog udžbenika), odnosno pitanju kakva je točno elektronska struktura metalnog magnezija. Očito, veza nije baš savršeno metalna i u njoj po atomu magnezija sudjeluje manje od po dva elektrona. Zbog toga imamo slabiju metalnu vezu i veću električnu otpornost magnezija. Blagi kovalentni karakter te veze mogući je razlog za to da magnezij preferira upravo heksagonsku slagalinu, jer takva preferencija znači i određenu prostornu usmjerenost veza, što nije tipično za metalnu vezu.
Zašto bi baš magnezij bio sklon neobičnom ponašanju, treba tražiti u njegovoj veličini i naboju jezgre, a moguće i u međuodnosu to dvoje sa sklonošću da se njegovi s-elektroni spare, što opet utječe na karakter metalne veze.
Pouzdano točan odgovor na tvoje pitanje, na kraju, ipak ne znam i nisam siguran gdje ga naći. Moguće je da u Centralnoj kemijskoj biblioteci na Kemijskom odsjeku PMF-a postoji neka ne pretjerano debela, a ni pretjerano prašnjava knjiga, tiskana sedamdesetih, u kojoj se potanko objašnjavaju pikanterije iz svijeta metalnih veza. Moguće je i da ne postoji nekakvo jednostavno objašnjenje, odnosno da se anomalija može predvidjeti kvantnomehaničkim računom, ali bez nekog rezultata koji bi jako upadao u oči.
Nadam se da sam ipak uspio sklopiti barem nekakvu sliku pitanja, ako već ne nacrt za odgovor ili potragu za istim. Ako želiš doznati više, javi se opet pa ćemo pokušati napraviti malo opsežniji pregled literature, a svakako porazmisli i o upisu na kakav prirodoznanstveni fakultet. Znanost nije umijeće nalaženja odgovorâ, nego pitanjâ.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
i.cvrtila@rug.nl
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
