Erdalkalimetalle

Die Elemente der zweiten Gruppe des Periodensystems der Elemente werden als Alkalimetalle bezeichnet.

Allgemeine Trends

Vorkommen der Elemente

Beryllium

Beryllium ist ein knappes Element. Die wichtigsten Berylliumminerale sind Beryll \(Be_4Si_2O_7(OH)_2\) und Bertrandit \(Be_3Al_2Si_6O_{18} \).

Magnesium

Magnesium ist eines der zehn häufigsten Metalle in der Erdkruste. Wichtige Minerale sind: Dolomit \(CaMg(CO_3)_2\), Magnesit \(MgCO_3\), Olivin \((Mg, Fe)_2[SiO_4]\), Enstatit \(MgSiO_3\), Kieserit \(MgSO_4 \cdot H_2O\) und Carnalit \(KMgCl_3 \cdot 6 H2O\).

Calcium

Calcium ist ein sehr häufig in der Erdkruste vorkommendes Element (5.-häufigstes). Wichtige Minerale sind Calcit, Aargonit (beide \(CaCO_3\)), Dolomit \(CaMg(CO_3)_2\), die alle drei in Kalkstein, Marmor und Kreide vorkommen, sowie Fluorit \(CaF_2\), Anhydrit \(CaSO_4\) bzw. Gips \(CaSO_4 \cdot 2 H_2O\) und Hydroxylapatit \(Ca_5[(OH)(PO_4)_3]\), welches unter anderem in Knochen und Zähnen vorhanden ist.

Strontium

Strontium ist ein häufiges Element in der Erdkruste. Die wichtigsten Strontiumminerale sind das Strontianit \(SrCO_3\) und Coelestin \(SrSO_4\).

Barium

Barium ist ein häufiges Element in der Erdkruste.

Typische Bariumminerale sind Schwerspat (auch Baryt) \(BaSO_4\) und Witherit \(BaCO_3\).

Radium

Radium kommt hauptsächlich in Uranerzen vor, weil es mit Uran-238 in einem natürlichen Zerfallsgleichgewicht steht.

Reaktionen und Verwendung der Elemente

Beryllium

Zur Herstellung von Beryllium-Metall werden Berylliumminerale aufgeschlossen und Berylliumflourid \(BeF_2\) hergestellt. Dieses wird anschließend mit Magnesium zu Beryllium umgesetzt:

\[ BeF_2 + Mg \rightarrow Be + MgF_2 \]

Hochreines Beryllium wird durch Schmelzflusselektrolyse von Berylliumchlorid gewonnen.

Beryllium wird als Metall für Röntgenfenster verwendet, weil es eine hohe Transparenz für Röntgenstrahlen besitzt. Berylliumlegierungen sind wichtige Leichtmetalllegierungen für z. B. die Luft- und Raumfahrt.

Magnesium

Magnesium wird durch Schmelzflusselektrolyse aus Magnesiumchlorid erzeugt.

Magnesium wird als Reduktionsmittel eingesetzt (z. B. zur Berylliumherstellung, siehe oben). Als Leichtmetall ist es Bestandteil vieler Legierungen, z. B. in Verbindung mit Aluminium.

Chemisch sind Grignard-Verbindungen, Organomagnesiumhalogenide, sehr nützliche Reagenzien. Diese stehen mit den Magnesiumdiorganylen im Schlenk-Gleichgewicht.

In der Natur spiel Magnesium als Bestandteil der Chlorophylle eine wichtige Rolle.

Calcium

Calcium wird fast ausschließlich über die Reduktion von Calciumoxid mit Aluminium gewonnen, wobei Calciumaluminat entsteht:

\[ 4 CaO + 2 Al \rightarrow 3 Ca + CaAl_2O_4 \]

Metallisches Calcium wird wiederum als Reduktionsmittel für weitere Metalle (Cr, Zr, Th, U und Lanthanoide) aus den Halogenen verwendet. Im Labor finden Calciumchlorid und Calciumhydrid als Trockenmittel Anwendung.

Die größte Verwendung von Calciumverbindungen besteht im Kontext der Baustoffindustrie. Stuckgips und Mörtel sind die wichtigsten anorganischen Baustoffe. Stuckgips bildet beim Abbinden mit Wasser Gips \(CaSO_4 \cdot 2 H2O\) während Brandkalk mit \(CO_2\) aus der Luft zu \(CaCO_3\) reagiert. Wird Mötel mit weiteren Komponenten zu Zement verarbeitet, bildet Calcium mit z. B. Siliciumverbindungen Calciumsilicate, die CSH-Phasen. Einer der bekanntesten Zement-Zusammensetzungen ist der Portland-Zement.

Für Lebewesen ist Calcium essenziell. Im Menschen ist es an Bau der Knochen und der Zähne maßgeblich beteiligt. Calciumcyanamid wird als Düngemittel in der Landwirtschaft eingesetzt.

Strontium

Strontium wird, wie Calcium und Barium, aluminothermisch gewonnen:

\[ 4 SrO + 2 Al \rightarrow 3 Sr + SrO \cdot Al_2O_3 \]

In kleineren Mengen kann es auch durch Schmelzflusselektrolyse aus \(SrCl2\) gewonnen werden.

Strontium wird als Zusatz in Aluminium-Legierungen verwendet. Außerdem werden Strontiumverbindungen für die rote Farbe bei Pyrotechnik angewendet.

Barium

Barium wird ausschließlich aluminothermisch gewonnen:

\[ 3 BaO + 2 Al \rightarrow 3 Ba + Al_2O_3 \]

Barium wird vor allem in Form seiner Verbindungen verwendet. So wird die grüne Farbe von Feuerwerk durch Barium-Verbindungen erzeugt. Das schwerlösliche Bariumsulfat besitzt eine recht hohe Dichte und wird daher als Suspension in Bohrspühllösungen in der Industrie verwendet. Ebenso findet es als Füllstoff und Weißpigment Anwendung, wenn z. B. eine hohe Temperaturbeständigkeit notwendig ist. In der Medizin wird es aufgrund seiner starken Absorption für Röntgenstrahlen als Kontrastmittel eingesetzt.

Radium

Die Radioaktivität und geringe Halbwertszeit von Radium wird in der Medizin bei bildgebenden Verfahren eingesetzt. Auch werden "Heilbäder" ("Radiumbad") in Kurorten angeboten. Vom Standpunkt der Naturwissenschaften solle aber aufgrund der schädlichen Wirkung jeglicher radioaktiver Strahlungsbelastung von nicht notwendigen Behandlungen, wie "Kurbädern" in radioaktiv verseuchten Lösungen dringend abgesehen werden!