第だい2族ぞく元素げんそ

族ぞく	← 2 →
周期しゅうき
2	4 Be
3	12 Mg
4	20 Ca
5	38 Sr
6	56 Ba
7	88 Ra

第だい2族ぞく元素げんそ（だいにぞくげんそ）とは、周期しゅうき表ひょうの第だい2族ぞくに属ぞくする典型てんけい元素げんそであり、sブロック元素げんそでもある。周期しゅうき表ひょうの第だい2周期しゅうき以降いこうに現あらわれ、ベリリウム・マグネシウム・カルシウム・ストロンチウム・バリウム・ラジウムが含ふくまれる。ただし、カルシウム以降いこうは金属きんぞく元素げんそとしての性質せいしつを示しめし性質せいしつが似にているのに対たいして、ベリリウムとマグネシウム、特とくにベリリウムは性質せいしつが大おおきく異ことなる。

アルカリ土ど類るい金属きんぞく

歴史れきし的てきには第だい2族ぞく元素げんその第だい4周期しゅうき以降いこうの元素げんそが、アルカリ土ど類るい金属きんぞく（アルカリどるいきんぞく、英語えいご: alkaline earth metal）と分類ぶんるいされてきたが、IUPACの勧告かんこくにより現在げんざいではベリリウム・マグネシウムを含ふくむ定義ていぎが一般いっぱん的てきに採用さいようされており、日本にっぽん化か学会がっかいも公式こうしきにこの定義ていぎの使用しようを推奨すいしょうしている。

しかしながら、第だい2族ぞく元素げんその中なかでもベリリウム・マグネシウムは原子げんし半径はんけいが小ちいさいため非金属ひきんぞく性せい・半金はんきん属性ぞくせいを示しめし、共有きょうゆう結合けつごう性せいを有ゆうしており、第だい4周期しゅうき以降いこうの元素げんそとは異ことなる性質せいしつを示しめすため、現在げんざいでも学術がくじゅつ的てきにはベリリウム・マグネシウムは、アルカリ土ど類るい金属きんぞくに含ふくめない場合ばあいもある。参考さんこうまでに、ラジウムに関かんしては放射ほうしゃ性せい元素げんそであるため、他たの元素げんそに比くらべて化学かがく的てき性質せいしつが詳くわしく知しられていなかったものの、ドミトリ・メンデレーエフが周期しゅうき表ひょうを提唱ていしょうする以前いぜんより、カルシウム、ストロンチウム、バリウムの元素げんそ群ぐんは化学かがく反応はんのう性せいの類似るいじ性せいにより、ヨハン・デーベライナーの提唱ていしょうによる「三みつ組ぐみ元素げんそ（英語えいご: triads）」の1つとして知しられていた。これに対たいして、ベリリウム・マグネシウムは、ここに含ふくまれていない。つまり、性質せいしつが異ことなるのである。

まず、ベリリウムは非金属ひきんぞく元素げんそのように、他たの元素げんそとは共有きょうゆう結合けつごうを形成けいせいし易やすいという点てんにおいて、大おおきく性質せいしつが異ことなり、その酸化さんか物ぶつである酸化さんかベリリウムは酸性さんせい条件下じょうけんかでも塩基えんき性せい条件下じょうけんかでも溶解ようかいする。マグネシウムは比較的ひかくてき、金属きんぞく元素げんそのように振舞ふるまうものの、グリニャール試薬しやくに代表だいひょうされる共有きょうゆう結合けつごうを有ゆうした有機ゆうきマグネシウム化合かごう物ぶつも形成けいせいする。マグネシウムの酸化さんか物ぶつである酸化さんかマグネシウムは、塩基えんき性せいを示しめしこそすれ、第だい2族ぞく元素げんその第だい4周期しゅうき以降いこうの元素げんその酸化さんか物ぶつと比くらべると、その塩基えんき性せいは弱よわい。さらに、ここまでの元素げんそは炎ほのお色しょく反応はんのうも示しめさない。

一方いっぽうで、第だい2族ぞくの第だい4周期しゅうき以降いこうの元素げんそは全すべて炎えん色しょく反応はんのうを示しめす。さらに、その酸化さんか物ぶつは強つよ塩基えんき性せいを示しめす。また単体たんたいの安定あんてい性せいも低ひくく、マグネシウムリボンのように、容易よういに扱あつかえる代物しろものではない。これらの例れいのように、アルカリ土ど類るい金属きんぞくを第だい2族ぞく元素げんそと同義どうぎとする区分くぶんは、その元素げんそ・イオンの化学かがく的てき性質せいしつに着目ちゃくもくした場合ばあいの区分くぶんと合致がっちしない。

土ど類るいの由来ゆらい

アルカリ土ど類るい金属きんぞくは自然しぜん界かいに酸化さんか物ぶつとして多おおく存在そんざいしており、熱ねつに強つよく水みずに溶とけ難がたい性質せいしつを持もち、この性質せいしつを発見はっけん当時とうじの化学かがく者しゃは土ど類るい（英語えいご: earth）と名付なづけていた。これらの酸化さんか物ぶつは長年ながねん元素げんそだと考かんがえられており、水みずに溶とけてアルカリ性あるかりせいを示しめすためアルカリ土ど類るいと呼よばれていた。1789年ねんにラボアジェが書かいた化学かがく概説がいせつにおいて、これらは土ど類るい元素げんそと表現ひょうげんされている。その後ご、金属きんぞくの酸化さんか物ぶつであると判明はんめいし、現在げんざいのようにアルカリ土ど類るい金属きんぞくと呼よばれるようになった。

性質せいしつ

周期しゅうき表ひょうは元素げんそごとの電子でんし構造こうぞうに基もとづいた分類ぶんるいであり、その縦たて方向ほうこうには化学かがく的てき性質せいしつの共通きょうつう性せいも出でる場合ばあいが多おおい。第だい2族ぞく元素げんそは周期しゅうき表ひょうにおいて、左ひだりから2列れつ目めに位置いちする元素げんそ群ぐんで、価あたい電子でんしはs軌道きどうの電子でんしで、s軌道きどうは2つの電子でんしにより満みたされている。しかしながら、第だい2族ぞく元素げんそはベリリウムだけは性質せいしつが大おおきく異ことなる。

ベリリウム以外いがいは、いずれの元素げんそも2価かの陽ひイオンになり易やすく、通常つうじょう+2の酸化さんか数すうを持もつ。逆ぎゃくに1価かの陽ひイオンはいずれも不安定ふあんていであり、生成せいせいしても不ふ均ひとし化かするものの、それすら速すみやかに全部ぜんぶが2価かの陽ひイオンに変化へんかし、その元素げんその1つ前まえの周期しゅうきの第だい18族ぞく元素げんそと同おなじ電子でんし配置はいちに変化へんかする。しかも、この傾向けいこうは周期しゅうきが進すすむと強つよくなり、周期しゅうき表ひょうの下した側がわの第だい2族ぞく元素げんそほど、2価かの陽ひイオンになり易やすい。特とくに、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムは互たがいに性質せいしつが似にている。化合かごう物ぶつを形成けいせいした場合ばあいも、ハロゲン化か有機ゆうきマグネシウム化合かごう物ぶつであるグリニャール試薬しやくは、マグネシウムが炭素たんそとハロゲンに挟はさまれる形かたちで共有きょうゆう結合けつごうを形成けいせいしているといった、例外れいがいは存在そんざいするものの、基本きほん的てきにはイオン結合けつごうが優先ゆうせんする。

これらに対たいして、ベリリウムだけは原子げんし半径はんけいが小ちいさく、原子核げんしかくの陽子ようしが最さい外そと殻から電子でんしを強つよく引ひき付つけるため、電子でんしを放出ほうしゅつしてイオンにはなり難がたい。ベリリウムが完全かんぜんに2価かの陽ひイオンになっている結晶けっしょう性せい化合かごう物ぶつは、知しられていない。むしろ、ベリリウムは化合かごう物ぶつを形成けいせいした際さいに、その化学かがく結合けつごうは共有きょうゆう結合けつごうが優先ゆうせんする。さらに、ベリリウムはアルミニウムとも似にた性質せいしつを示しめす側面そくめんを有ゆうする事ことが知しられている。

なお、マグネシウムは、ベリリウムとアルカリ土ど類るい金属きんぞくの中なか間あいだ的てきな性質せいしつを持もっている。

	ベリリウム 4Be	マグネシウム 12Mg	カルシウム 20Ca	ストロンチウム 38Sr	バリウム 56Ba	ラジウム 88Ra
電子でんし配置はいち	${\ce {[He]{}2s^2}}$	${\ce {[Ne]{}3s^2}}$	${\ce {[Ar]{}4s^2}}$	${\ce {[Kr]{}5s^2}}$	${\ce {[Xe]{}6s^2}}$	${\ce {[Rn]{}7s^2}}$
第だい1イオン化いおんかエネルギー （kJ mol-1）	899.5	737.7	589.8	549.5	502.9
第だい2イオン化いおんかエネルギー （kJ mol-1）	1757.1	1450.7	1145.4	1064.2	965.2
電子でんし付加ふかエンタルピー （kJ mol-1）	-	-	-	≈0	≈0	-
電子でんし親和力しんわりょく （kJ mol-1）	≈0	≈0	-	-	-	-
電気でんき陰性いんせい度ど （Allred-Rochow）	1.47	1.23	1.04	0.99	0.97	0.92
イオン半径はんけい （pm; M2+）	41 （4配はい位い） 59 （6配はい位い）	71 （4配はい位い） 86 （6配はい位い）	114 （6配はい位い） 126 （8配はい位い）	132 （6配はい位い） 140 （8配はい位い）	149 （6配はい位い） 175 （12配はい位い）	-
共有きょうゆう結合けつごう半径はんけい （pm）	112	130	174	192	198
van der Waals半径はんけい （pm）	-	173	-	-	-	-
融点ゆうてん （K）	1551.15	923	1115	1050	1000
沸点ふってん （K）	3243.15	1363	1757	1655	2143
還元かんげん電位でんい E0 （V;M2+/M）	- 1.85	- 2.363	- 2.866	- 2.89	- 2.906	-

また、2族ぞくの元素げんそは閉殻構造こうぞうによる遮蔽しゃへいを受うけない核かく電荷でんかが同どう一周いっしゅう期きの1族ぞく元素げんそより大おおきいため、アルカリ金属きんぞくよりも原子げんし間あいだの金属きんぞく結合けつごうが強つよく、単体たんたいの融点ゆうてん・硬度こうどが高たかい。

さらに、同おなじ理由りゆうにより陽ひイオンは同どう周期しゅうきの1族ぞく元素げんそよりもイオン半径はんけいが小ちいさい。それゆえ、2族ぞく元素げんそ塩しおの結晶けっしょう格子こうしは相対そうたい的てきに小ちいさく、その結合けつごうは1族ぞく元素げんそよりも強つよい。塩しおの水溶すいよう性せいに格子こうしの解離かいりエネルギーが与あたえる影響えいきょうは大おおきく、1族ぞく元素げんそ塩しおに比くらべ2族ぞく元素げんそ塩しおの溶解ようかい性せいが小ちいさい理由りゆうの1つである。2族ぞく元素げんその切断せつだん面めんは、いずれも銀ぎん白色はくしょくの金属きんぞく光沢こうたくを持もつものの、周期しゅうきが大おおきくなるほど原子げんし半径はんけいが大おおきくなりs軌道きどう電子でんしの束縛そくばくは緩ゆるやかになるため金属きんぞく性せいがより強つよくなる。

第だい2族ぞく元素げんその一部いちぶには、炎ほのお色しょく反応はんのうを示しめす元素げんそも存在そんざいする。

カルシウム	ストロンチウム	バリウム	ラジウム	ベリリウム・マグネシウム
橙だいだい赤色あかいろ	深紅しんく色しょく	黄き緑色みどりいろ	紅色こうしょく	呈てい色しょくせず(無色むしょく)

第だい2族ぞく元素げんその酸化さんか還元かんげん電位でんいは相当そうとう低ひくいため、その還元かんげん力りょくは強つよい。しかし、ベリリウムやマグネシウムの単体たんたい金属きんぞくは強固きょうこな酸化さんか皮膜ひまくで覆おおわれ不ふ動態どうたいを形成けいせいするため、強つよい還元かんげん作用さようが表面ひょうめんには現あらわれ難がたい。マグネシウムは熱ねつ水すいとは反応はんのうし水酸化物すいさんかぶつを形成けいせいする。一方いっぽう、それ以外いがいのカルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムは、水みずなどのプロトン性せい溶媒ようばいと反応はんのうして、1族ぞく元素げんそに次つぐ烈はげしさで反応はんのうし水素すいそを発生はっせいする。そのため扱あつかいには細心さいしんの注意ちゅういを要ようする。

水素すいそ化物ばけもの

2族ぞく元素げんそは一般いっぱん式しき、MH₂の水素すいそ化物ばけものを生成せいせいする。そしてアルカリ土ど類るい金属きんぞく（カルシウム、ストロンチウム）は常つね圧あつの水素すいそガスと常温じょうおんで、または、加熱かねつ時じに反応はんのうして、直接ちょくせつ水素すいそ化物ばけものを生成せいせいするが、マグネシウムと水素すいそガスとは高こう圧あつ加熱かねつ下かでしか反応はんのうしない。ベリリウムの水素すいそ化物ばけものは単体たんたいと水素すいその直接ちょくせつの反応はんのうでは赤熱しゃくねつしても生成せいせいしない。水素すいそ化かカルシウムはヒドリド供与きょうよ体たいとして、還元かんげん剤ざいや無水むすい溶媒ようばいの脱水だっすい剤ざいとして利用りようされる。

酸化さんか物ぶつ

2族ぞく元素げんそは空気くうき中ちゅうで燃もえ、一般いっぱん式しき、MOの酸化さんか物ぶつを生成せいせいする。また、ベリリウム以外いがいの2族ぞく元素げんそ酸化さんか物ぶつは、水みずと反応はんのうすると水酸化物すいさんかぶつM(OH)₂を生成せいせいし、カルシウムより原子げんし番号ばんごうの大おおきい元素げんそは強つよ塩基えんきとして作用さようする。一方いっぽうで、酸化さんかベリリウムBeOは水みずと反応はんのうしない。水酸化物すいさんかぶつの塩基えんき性せいの強度きょうどは周期しゅうきの下したへ行いくほど強つよい。

イオン半径はんけいの大おおきいバリウムでは、イオンの電荷でんか密度みつどがナトリウムの電荷でんか密度みつどと同どう程度ていどと低ひくいため過か酸化さんか物ぶつも安定あんていであり、酸化さんかバリウムを空気くうき中ちゅうで500 ℃に加熱かねつする方法ほうほう、または、過剰かじょうの酸素さんそとバリウムを反応はんのうさせる方法ほうほうによって、過か酸化さんかバリウムを生成せいせいする。

ハロゲン化物ばけもの

フッ化かベリリウムBeF₂を除のぞいて、いずれの第だい2族ぞく元素げんそフッ化物ばけものも、水みずに難なん溶性ようせいの塩しおを形成けいせいする。しかし、フッ化物ばけもの以外いがいの第だい2族ぞく元素げんそハロゲン化物ばけものは、いずれも水みずに対たいする溶解ようかい性せいは大だいである。

これらのハロゲン化物ばけものは、共有きょうゆう結合けつごうの化合かごう物ぶつである塩化えんかベリリウムなどを除のぞき、イオン結晶けっしょうを形成けいせいする。潮解ちょうかい性せいを示しめす物ものが多おおく、特とくに塩化えんかカルシウムCaCl₂は乾燥かんそう剤ざいとして利用りようされる。

窒素ちっそ化物ばけもの

アルカリ土ど類るい金属きんぞくは、加熱かねつすれば、大気たいき中ちゅうの窒素ちっそガスと容易よういに直接ちょくせつ反応はんのうする。例たとえば、マグネシウムは窒素ちっそと反応はんのうして、窒化マグネシウムを生成せいせいする。

なお、アルカリ土ど類るい金属きんぞくの窒素ちっそ化物ばけものは、水みずと反応はんのうしすると、アンモニアを放出ほうしゅつして分解ぶんかいする。

地球ちきゅう上じょうでの所在しょざい

第だい2族ぞく元素げんその中なかでは、地球ちきゅうの地殻ちかくにおいて、次つぎの濃度のうどで存在そんざいする。

濃度のうど順じゅん	カルシウム	マグネシウム	バリウム	ストロンチウム	ベリリウム	ラジウム
ppm	41000	23000	500	370	2.6	0.0000006

マグネシウムは海水かいすい中ちゅうに多おおく溶存ようぞんしている。また、カルシウムも海水かいすい中ちゅうには比較的ひかくてき豊富ほうふである。また、ラジウムを除のぞいた第だい2族ぞく元素げんそは、地球ちきゅうで見みられる多様たような鉱物こうぶつの構成こうせい成分せいぶんとして含有がんゆうされている。なお、ラジウムは崩壊ほうかいし続つづけているものの、ウラン238とウラン235とトリウム232の崩壊ほうかいによって、親おや核種かくしゅが供給きょうきゅうされ続つづけているため、地殻ちかく中ちゅうに僅わずかに見みられる。

地球ちきゅう上じょうの生物せいぶつとの関かかわり

カルシウムやマグネシウムは、地球ちきゅう上じょうの生物せいぶつに広ひろく利用りようされており、ヒトなどの場合ばあいでも、その生命せいめい維持いじに欠かかせない元素げんそである。

なお、ストロンチウム自体じたいのヒトに対たいする毒性どくせいは高たかくないとされるものの、原子力げんしりょく発電はつでん所しょや核兵器かくへいきによって生成せいせいされるストロンチウム90などは、骨ほねに移行いこうし易やすく、内部ないぶ被曝ひばくをもたらす。また、ラジウムも吸収きゅうしゅうされた場合ばあいには、内部ないぶ被曝ひばくをもたらす。

さらに、バリウムはヒトに対たいしては比較的ひかくてき毒性どくせいが高たかく、ベリリウムに至いたっては非常ひじょうに毒性どくせいが高たかい事ことで知しられる。

関連かんれん項目こうもく

• 周期しゅうき律りつ
• 元素げんその族ぞく
• 物性ぶっせい物理ぶつり