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アルカリ土類金属は、周期表の第2族に属する6つの化学元素です。ベリリウム（Be）、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（Sr）、バリウム（Ba）、ラジウム（Ra）です。[ 1 ]これらの元素は非常に似た性質を持っています。すべて光沢のある銀白色で、標準温度と圧力では、より反応性の高いアルカリ金属に比べて反応性は低いものの、やや反応性の高い金属です。[ 2 ]
ヘリウムとともに、これらの元素は、外殻s軌道が満たされていることを共通して持っています[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]。つまり、この軌道には2つの電子が満杯に存在し、アルカリ土類金属はこれらを容易に失って電荷+2の陽イオンを形成し、酸化状態は+2になります[ 5 ] 。ヘリウムは希ガスに分類され、アルカリ土類金属とは分類されませんが、結合を強制されるとベリリウムといくつかの類似点があると理論づけられており、第2族に属すると示唆されることもあります[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]。
発見されたアルカリ土類金属はすべて自然界に存在するが、ラジウムはウランとトリウムの崩壊系列を通じてのみ存在し、原始元素としては存在しない。[ 9 ]このグループの次の潜在的なメンバーである元素120を合成しようとする実験が行われたが、すべて失敗に終わった。
他のグループと同様に、このファミリーのメンバーは電子配置、特に最外殻にパターンを示し、その結果、化学的挙動に傾向が現れる。
ほとんどの化学反応は、このグループの最初の 5 つのメンバーについてのみ観察されています。ラジウムの化学は放射能のため十分に確立されていません。[ 2 ]したがって、ここでのその特性の提示は限定的です。
アルカリ土類金属はすべて銀色で柔らかく、密度、融点、沸点が比較的低い。化学的には、アルカリ土類金属はすべてハロゲンと反応してアルカリ土類金属ハロゲン化物を形成する。これらはすべてイオン結晶化合物である（塩化ベリリウム、臭化ベリリウム、ヨウ化ベリリウムは共有結合化合物である）。ベリリウムを除くすべてのアルカリ土類金属は水とも反応して強アルカリ性の水酸化物を形成するため、取り扱いには十分注意する必要がある。重いアルカリ土類金属は軽いものよりも激しく反応する。[ 2 ]アルカリ土類金属は、有効核電荷がやや低く、2個の電子を失うだけで最外殻電子配置を完全に達成できるため、周期表のそれぞれの周期で2番目に低い第一イオン化エネルギーを持つ[ 4 ]。すべてのアルカリ金属の第二イオン化エネルギーもやや低い。[ 2 ] [ 4 ]
ベリリウムは例外で、非常に高温でない限り水や蒸気とは反応せず、[ 10 ]そのハロゲン化物は共有結合です。ベリリウムが+2のイオン化状態の化合物を形成した場合、ベリリウムは電荷密度が高いため、その近くの電子雲を非常に強く分極させ、広範囲の軌道重なりを引き起こします。ベリリウムを含むすべての化合物は共有結合を持っています。[ 11 ]最もイオン性の高いベリリウム化合物であるフッ化ベリリウムでさえ、融点が低く、融解時の電気伝導率も低くなっています。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
アルカリ土類金属はすべて価電子殻に2つの電子を持っているため、電子殻を満たすためのエネルギー的に好ましい状態は、 2つの電子を失って2価の陽イオンを形成することである。[ 15 ]
アルカリ土類金属はすべてハロゲンと反応して、塩化カルシウム（CaCl₂）などのイオン性ハロゲン化物を形成する。カルシウム、ストロンチウム、バリウムは水と反応して水素ガスとそれぞれの水酸化物を生成し（マグネシウムも反応するが、はるかに遅い）、配位子を交換するトランスメタル化反応。 [ 16 ]
6つのアルカリ土類金属すべての同位体は、核種の半減期、ひいてはその核安定性に応じて、さまざまな濃度で地殻と太陽系に存在します。最初の5つはそれぞれ1つ、3つ、5つ、4つ、6つの安定（または観測的に安定）同位体を持ち、合計19の安定核種があります。以下にリストします：ベリリウム-9、マグネシウム-24、-25、-26、カルシウム-40、-42、-43、-44、-46、ストロンチウム-84、-86、-87、-88、バリウム-132、-134、-135、-136、-137、-138。リスト中の下線が引かれた4つの同位体は、放射性核種の崩壊エネルギー論によれば、観測的に安定であり、二重ベータ崩壊によって極めて長い半減期で崩壊すると予測されているが、2024年現在、これらの同位体に起因すると断定された崩壊はまだ観測されていない。ラジウムには安定同位体も原始同位体も存在しない。
安定同位体に加えて、カルシウムとバリウムにはそれぞれ、半減期が 100 万年にも及ぶ極めて長寿命の原始的な放射性核種が 1 つずつ存在する。カルシウム 48とバリウム 130 である。5.6 × 10 19およびそれぞれ1.6 × 10²¹年である。どちらも現在の宇宙の年齢よりもはるかに長く（それぞれ4.7億倍と117億倍）、地球形成以来、100億分の1以下しか崩壊していない。この2つの同位体は、実用的な目的においては安定している。
安定またはほぼ安定な21の同位体を除いて、6つのアルカリ土類元素はそれぞれ多数の既知の放射性同位体を持っています。前述の21以外の同位体はどれも原始的なものではありません。すべて半減期が短すぎて、近くの超新星爆発や中性子星同士の衝突によって重い原子核が生成された太陽系形成以来、1つの原子さえも生き残ることはなく、現在存在するものはすべて進行中の自然過程に由来しています。ベリリウム7、ベリリウム10、カルシウム41は、宇宙線が大気または地殻の原子に衝突することによって形成される、微量かつ宇宙起源の核種です。これらの同位体の中で最も半減期が長いのは、ベリリウム10が138万7000年、カルシウム41が9万9400年、ラジウム226（ラジウムの最も半減期の長い同位体）が1599年、ストロンチウム90が28.90年、バリウム133が10.51年、ラジウム228が5.75年である。その他の同位体はすべて半減期が半年未満であり、そのほとんどが著しく短い。
カルシウム-48とバリウム-130は、2つの原始的で不安定な同位体であり、二重ベータ崩壊[ n 5 ]によってのみ崩壊し、両方のベータ崩壊が同時に起こる確率が極めて低いため、非常に長い半減期を持ちます。ラジウムのすべての同位体は放射能が非常に高く、主に重い放射性核種の崩壊によって生成されます。その中で最も寿命が長いのは、ウラン-238の崩壊系列に属するラジウム-226です。[ 29 ]ストロンチウム-90とバリウム-140は、原子炉内のウランの一般的な核分裂生成物であり、熱中性子を照射すると、それぞれウラン-235の核分裂生成物の5.73%と6.31%を占めます。[ 30 ] 2つの同位体の半減期はそれぞれ28.90年と12.7日です。ストロンチウム90は、ウラン235またはプルトニウム239を燃料とする稼働中の原子炉でかなりの量生成され、天然ウランのまれな自発的核分裂崩壊により、ごくわずかな恒常平衡濃度も存在します。
カルシウム48は、二重ベータ崩壊を起こすことが知られている最も軽い核種です。[ 31 ]天然に存在するカルシウムとバリウムは非常に弱い放射性です。カルシウムには約0.1874%のカルシウム48が含まれており、[ 32 ]バリウムには約0.1062%のバリウム130が含まれています。[ 33 ]平均して、天然のカルシウム90トン、または石灰石（炭酸カルシウム）230トンごとに、カルシウム48の二重ベータ崩壊が1秒に1回発生します。[ 34 ]同じ崩壊メカニズムにより、天然のバリウム16,000トン、または重晶石（硫酸バリウム） 27,000トンごとに、バリウム130の崩壊が1秒に1回発生します。[ 35 ]
ラジウムの同位体の中で最も寿命が長いのはラジウム226で、半減期は1600年です。ラジウム226は、ラジウム223、224、228とともに、原始トリウムとウランの崩壊系列で自然に生成されます。ベリリウム8は、生成されるとほぼ瞬時に2つのアルファ粒子に分裂するため、存在しないことが特筆されます。恒星における三重アルファ反応は、ベリリウム8が崩壊して炭素12を生成する前に3番目のアルファ粒子と融合するのに十分なエネルギーでのみ発生します。この熱核反応の律速段階が、ほとんどの主系列星が数十億年かけて中心部で水素を融合し、恒星残骸に崩壊する前に炭素を融合できるのはまれであり、その場合でも約1000年程度の期間に限られる理由です。[ 36 ]アルカリ土類金属の放射性同位体は、緻密骨のヒドロキシアパタイトの構成要素であるカルシウムと化学的に類似した挙動を示し、徐々に人体骨格に蓄積されるため、「骨親和性」を持つ傾向があります。取り込まれた放射性核種は、主にアルファ粒子などの電離放射線を放出することにより、時間の経過とともに骨髄に大きな損傷を与えます。この特性は、放射性核種の化学的性質により骨組織の癌性増殖を優先的に標的とし、体の他の部分を比較的無傷に保つことができるため、特定の骨癌の放射線療法で肯定的に利用されています。
周期表上の隣接する元素と比較して、アルカリ土類金属は第2族元素であるため、すべて偶数個の陽子を持ち、安定同位体の数が多い傾向があります。これらの同位体は、核子のペアリングによって一般的に安定性が高まります。同位体が偶数個の中性子も持つ場合、両方の核子がペアリングに関与し、原子核の安定性に寄与するため、安定性はさらに向上します。
アルカリ土類金属は、その酸化物であるアルカリ土類金属にちなんで名付けられました。アルカリ土類金属の旧称は、ベリリア、マグネシア、石灰、ストロンチア、バリウムでした。これらの酸化物は、水と結合すると塩基性（アルカリ性）を示します。「土」とは、初期の化学者が水に溶けにくく、加熱に強い非金属物質に用いた用語で、これらの酸化物もこれらの性質を共有しています。これらの土が元素ではなく化合物であるという認識は、化学者アントワーヌ・ラヴォアジエによるものとされています。 1789年に出版された彼の著書『化学の基礎』 （Traité Élémentaire de Chimie）の中で、彼はこれらを塩を形成する土元素と呼びました。後に、彼はアルカリ土類金属が金属酸化物である可能性を示唆しましたが、これは単なる推測に過ぎないと認めています。 1808年、ハンフリー・デービーはラヴォアジエの考えに基づいて、溶融した土の電気分解によって金属のサンプルを初めて入手し[ 37 ] 、ラヴォアジエの仮説を裏付け、このグループがアルカリ土類金属と名付けられることになった。
カルシウム化合物である方解石と石灰は、先史時代から知られ、使用されてきた。[ 38 ]ベリリウム化合物であるベリルとエメラルドについても同様である。[ 39 ]アルカリ土類金属の他の化合物は、15 世紀初頭から発見された。マグネシウム化合物である硫酸マグネシウムは、 1618 年にイギリスのエプソムの農夫によって初めて発見された。炭酸ストロンチウムは、 1790 年にスコットランドのストロンティアン村の鉱物から発見された。最後の元素は最も存在量の少ない放射性ラジウムで、 1898 年にウラン鉱から抽出された。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]
ベリリウムを除くすべての元素は、溶融化合物の電気分解によって単離されました。マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムは、1808年にハンフリー・デービーによって初めて生成されましたが、ベリリウムは、1828年にフリードリヒ・ヴェーラーとアントワーヌ・ビュッシーによって、ベリリウム化合物とカリウムを反応させることで独立に単離されました。1910年には、ラジウムがキュリーとアンドレ＝ルイ・ドゥビエルヌによって、電気分解によって純粋な金属として単離されました。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]
ベリリウムを含む鉱物であるベリルは、エジプトのプトレマイオス朝時代から知られていました。[ 39 ]当初、ベリルはケイ酸アルミニウムであると考えられていましたが、[ 43 ] 1797年にルイ・ニコラ・ヴォークランがアルカリ溶液中でベリルから水酸化アルミニウムを溶解した際に、ベリルには当時未知の元素が含まれていることが後に判明しました。 [ 44 ] 1828年、フリードリヒ・ヴェーラー[ 45 ]とアントワーヌ・ビュッシー[ 46 ]は、塩化ベリリウムと金属カリウムの反応という同じ方法で、この新しい元素であるベリリウムを独立に単離しました。この反応では、ベリリウムの大きなインゴットを生成することはできませんでした。[ 47 ] 1898年にポール・ルボーがフッ化ベリリウムとフッ化ナトリウムの混合物を電気分解した時になって初めて、ベリリウムの大きな純粋なサンプルが生成されました。[ 47 ]
マグネシウムは、 1808年にイギリスのハンフリー・デービーが酸化マグネシウムと酸化水銀の混合物を電気分解して初めて製造した。[ 48 ]アントワーヌ・ビュッシーは1831年にそれを一体の形で製造した。デービーが最初に提案した名前はマグニウムであったが、[ 48 ]現在ではマグネシウムという名前が使われている。
石灰は 紀元前7000年から14000年頃から建築材料として使われており[ 38 ]、メソポタミアのカファジャでは紀元前2500年に石灰用の窯が発見されている[ 49 ] [ 50 ]。カルシウムは少なくとも1世紀から材料として知られており、古代ローマ人は石灰から酸化カルシウムを作って使っていたことが知られている。硫酸カルシウムは10世紀から骨折を治すことができると知られている。しかし、カルシウム自体は1808年まで単離されておらず、イギリスのハンフリー・デービーが、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスが水銀中の石灰の電気分解からカルシウムアマルガムを作ったという話を聞いて、石灰と酸化水銀の混合物に電気分解を行った[ 51 ]。
1790年、医師のアデア・クロフォードは独特の性質を持つ鉱石を発見し、1793年にグラスゴー大学の化学教授トーマス・チャールズ・ホープ[ 52 ]がクロフォードの発見を確認し、ストロンチウムと名付けた。ストロンチウムは最終的に1808年にハンフリー・デービーによって塩化ストロンチウムと酸化水銀の混合物の電気分解によって単離された。この発見は1808年6月30日にデービーによって王立協会での講演で発表された[ 53 ] 。
バリウムを含む鉱物である重晶石は、1774年にカール・シェーレによって初めて新元素を含むものとして認識されましたが、彼は酸化バリウムしか分離できませんでした。酸化バリウムは2年後にヨハン・ゴットリープ・ガーンによって再び分離されました。18世紀後半、ウィリアム・ウィザリングはカンバーランドの鉛鉱山で重鉱物を発見し、現在ではバリウムを含むことが知られています。バリウム自体は、1808年にハンフリー・デービーが溶融塩を用いた電気分解によって最終的に分離され、デービーは重晶石にちなんでこの元素をバリウムと名付けました。その後、ロベルト・ブンゼンとアウグストゥス・マティッセンは、塩化バリウムと塩化アンモニウムの混合物を電気分解することによって純粋なバリウムを分離しました。[ 54 ] [ 55 ]
1898年12月21日、ウラン鉱を研究していたマリー・キュリーとピエール・キュリーは、ウランが崩壊した後でも、生成された物質が放射性であることを発見した。この物質はバリウム化合物といくらか似たような挙動を示したが、炎色反応の色やスペクトル線などのいくつかの性質は大きく異なっていた。彼らは1898年12月26日にフランス科学アカデミーに新元素の発見を発表した。 [ 56 ]ラジウムは、光線を意味するradiusという言葉から1899年に命名された。これは、ラジウムが光線の形でエネルギーを放出したためである。[ 57 ]
ベリリウムは地殻中に2～6 ppmの濃度で存在し、 [ 58 ]その多くは土壌中にあり、土壌中の濃度は6 ppmである。ベリリウムは海水中で最も希少な元素の1つであり、スカンジウムなどの元素よりもさらに希少で、濃度は0.2 pptである。[ 59 ] [ 60 ]しかし、淡水中ではベリリウムはやや一般的で、濃度は0.1 ppbである。[ 61 ]
マグネシウムとカルシウムは地殻に非常に多く存在し、それぞれ5番目と8番目に豊富な元素です。アルカリ土類金属はどれも単体では存在しません。マグネシウムを含む一般的な鉱物は、カーナライト、マグネサイト、ドロマイトです。カルシウムを含む一般的な鉱物は、チョーク、石灰岩、石膏、無水石膏です。[ 2 ]
ストロンチウムは地殻で15番目に豊富な元素です。主な鉱物はセレスタイトとストロンチアナイトです。[ 62 ]バリウムはそれよりやや少なく、その多くは鉱物バライトに含まれています。[ 63 ]
ラジウムはウランの崩壊生成物であるため、すべてのウラン含有鉱石中に存在します。[ 64 ]ラジウムの半減期が比較的短いため、[ 65 ]地球の初期の歴史におけるラジウムは崩壊しており、現在のサンプルはすべて、はるかにゆっくりとしたウランの崩壊に由来しています。[ 64 ]
6種類のアルカリ土類金属の生成方法は多岐にわたる。
ベリリウムの大部分は水酸化ベリリウムから抽出されます。 製造方法の 1 つは焼結法で、ベリル、フッ化ケイ酸ナトリウム、ソーダを高温で混合してフッ化ベリル酸ナトリウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を生成します。次に、フッ化ベリル酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの水溶液を使用して沈殿により水酸化ベリリウムを生成します。または溶融法では、粉末状のベリルを高温に加熱し、水で冷却した後、硫酸で再びわずかに加熱して、最終的に水酸化ベリリウムを生成します。 どちらの方法で得られた水酸化ベリリウムも、やや長いプロセスを経てフッ化ベリリウムと塩化ベリリウムを生成します。 これらの化合物を電気分解または加熱すると、ベリリウムが生成されます。[ 11 ]
一般的に、炭酸ストロンチウムは、炭酸ナトリウムでセレスタイトを浸出させる方法と、石炭を用いるより複雑な方法の2つの方法で鉱物セレスタイトから抽出されます。[ 66 ]
バリウムを製造するには、重晶石（不純な硫酸バリウム）を炭素還元（コークスなどを使用）によって硫化バリウムに変換します。硫化バリウムは水溶性で、容易に反応して、商業用顔料に使用される純粋な硫酸バリウムや、硝酸バリウムなどの他の化合物を生成します。これらはさらに焼成されて酸化バリウムになり、最終的にアルミニウムで還元されて純粋なバリウムが得られます。[ 63 ]バリウムの最も重要な供給国は中国で、世界の供給量の50%以上を生産しています。[ 67 ]
マグネシウムは通常、ドロマイトだけでなくマグネサイト鉱石からも生産されます。ドロマイトを粉砕し、焙焼して大きなタンクで海水と混合すると、水酸化マグネシウムが底に沈殿します。加熱し、コークスを混合し、塩素と反応させると、溶融塩化マグネシウムが生成されます。これを電気分解するとマグネシウムが放出され、表面に浮上します。[ 68 ]
カルシウムは地殻で5番目に豊富な元素であり、主に炭酸カルシウムとして存在します。カルシウムのその他の重要な鉱物には、石膏、無水石膏、蛍石、アパタイトなどがあります。[ 5 ]世界最大のカルシウム生産国は中国とロシアで、塩化カルシウムにデービー法による電気分解を用いて金属を生産しています。その他のカルシウムの主要生産国は米国とカナダで、石灰を高温でアルミニウムで還元しています。[ 69 ]
マリー・スクウォドフスカ＝キュリーは、ウラン抽出に続いて、ピッチブレンドの残渣を用いたラジウム抽出の最初の方法を開発した。これらの残渣には主に硫酸バリウムが含まれていた。水酸化ナトリウムで煮沸し、塩酸で処理し、炭酸ナトリウムを加えるという長い精製プロセスにより、炭酸バリウムと炭酸ラジウムの混合物が得られ、これを塩化物に変換し、分別結晶化によってラジウム塩を分離することができた。[ 70 ]キュリーの方法は1940年まで使用され、その後、混合臭化物がより普及した。[ 71 ] 2011年現在、ラジウムは使用済み原子炉燃料から酸化物としてのみ抽出されている。[ 72 ] 純粋な金属は、1,200 ℃の真空中でアルミニウムで還元することにより分離できる。 [ 73 ]
ベリリウムは主に軍事用途で使用されていますが、[ 74 ]非軍事用途も存在します。電子機器では、ベリリウムは一部の半導体のp型ドーパントとして使用され、 [ 75 ]酸化ベリリウムは高強度の電気絶縁体および熱伝導体として使用されています。[ 76 ]ベリリウム合金は、広い温度範囲で剛性、軽量性、寸法安定性が要求される機械部品に使用されます。[ 77 ] [ 78 ]ベリリウム9は、ジェームズ・チャドウィックが中性子を発見したときに使用した反応である、9Be + 4He(α) → 12C + 1nの反応を使用する小型中性子源で使用されます。ベリリウムは原子量が少なく、中性子吸収断面積も小さいため、中性子減速材として適しているが、価格が高いことや、水、重水、核燃料用黒鉛といった代替材料が容易に入手できることから、その用途はニッチなものに限られている。溶融塩炉で使用されるFLiBe共晶合金では、ベリリウムの減速材としての役割は、その使用につながる望ましい特性というよりも、むしろ付随的なものである。
マグネシウムには多くの用途があります。アルミニウムなどの他の構造材料に比べて利点がありますが、マグネシウムの使用は可燃性によって制限されています。[ 79 ]マグネシウムは、強度と耐食性を高めるために、アルミニウム、亜鉛、マンガンと合金化されることがよくあります。 [ 80 ]マグネシウムには、鉄鋼の製造やチタンの製造のためのクロール法など、他にも多くの工業用途があります。[ 81 ]
カルシウムは、ウランなどの他の金属を鉱石から分離する際の還元剤として使用されます。多くの合金、特にアルミニウム合金や銅合金の主要成分であり、合金の脱酸素にも使用されます。カルシウムは、チーズ、モルタル、セメントの製造にも関与しています。[ 82 ]
ストロンチウムとバリウムは、より軽いアルカリ土類金属に比べて用途が少ない。炭酸ストロンチウムは赤い花火の製造に使用される。[ 83 ]純粋なストロンチウムは、ニューロンにおける神経伝達物質放出の研究に使用される。[ 84 ] [ 85 ]放射性ストロンチウム90は、崩壊熱を利用するRTGで一部使用されている。 [ 86 ] [ 87 ]バリウムは、真空管でガスを除去するゲッターとして使用される。 [ 63 ]硫酸バリウムは、石油産業[ 4 ] [ 88 ]やその他の産業で多くの用途がある。[ 4 ] [ 63 ] [ 89 ]
ラジウムは放射能を利用した多くの用途でかつて利用されていましたが、健康への悪影響と長い半減期のため、現在では使用が一般的ではありません。ラジウムは発光塗料によく使用されていましたが、[ 90 ]作業員が病気になったため、この使用は中止されました。[ 91 ]ラジウムの健康上の利点を主張する原子力詐欺により、かつては飲料水、歯磨き粉、その他多くの製品に添加されていました。[ 79 ]ラジウムは、その長い半減期のため安全な廃棄が困難であるため、放射能特性が必要とされる場合でも、もはや使用されていません。たとえば、近接照射療法では、通常、イリジウム192などの半減期の短い代替品が使用されます。 [ 92 ] [ 93 ]
ハロゲンとの反応
無水塩化カルシウムは吸湿性物質であり、乾燥剤として使用されます。空気中にさらされると、空気中の水蒸気を吸収して溶液を形成します。この性質は潮解性として知られています。
酸素との反応
硫黄との反応
炭素との反応
炭素とは直接アセチリドを形成する。ベリリウムとは炭化物を形成する。
窒素との反応
ベリリウムとマグネシウムのみが直接窒化物を形成する。
水素との反応
アルカリ土類金属は水素と反応して、水中では不安定な塩類水素化物を生成する。
水との反応
カルシウム、ストロンチウム、バリウムは水と容易に反応して水酸化物と水素ガスを生成する。ベリリウムとマグネシウムは不浸透性の酸化物層によって不動態化される。しかし、アマルガム化したマグネシウムは水蒸気と反応する。
酸性酸化物との反応
アルカリ土類金属は、非金属を酸化物から還元する。
酸との反応
塩基との反応
ベリリウムは両性元素である。濃水酸化ナトリウム溶液に溶解する。
アルキルハライドとの反応
マグネシウムは挿入反応によってアルキルハライドと反応し、グリニャール試薬を生成する。
炎色試験
下の表[ 94 ]は、ブンゼンバーナーの炎をアルカリ土類金属の塩にさらしたときに観察される色を示しています。BeとMgはサイズが小さいため、炎に色を与えません。[ 95 ]
溶液中で
Mg 2+
リン酸二ナトリウムはマグネシウムイオンに対して非常に選択性の高い試薬であり、アンモニウム塩とアンモニアが存在すると、リン酸アンモニウムマグネシウムの白色沈殿物を生成する。
Ca 2+
Ca²⁺はシュウ酸アンモニウムと反応して白色沈殿物を形成する。シュウ酸カルシウムは水には溶けないが、鉱酸には溶ける。
Sr 2+
ストロンチウムイオンは可溶性硫酸塩と沈殿する。
アルカリ土類金属のすべてのイオンは、塩化アンモニウムとアンモニアが存在する条件下で、炭酸アンモニウムと反応して白色沈殿物を形成する。
酸化物
アルカリ土類金属酸化物は、対応する炭酸塩の熱分解によって生成される。
実験室では、これらは水酸化物から得られる。
または硝酸塩：
これらの酸化物は塩基性を示し、フェノールフタレインを赤色に、リトマス紙を青色に変色させる。また、水と反応して発熱反応を起こし、水酸化物を生成する。
酸化カルシウムは炭素と反応してアセチリドを生成する。
水酸化物
これらは、対応する酸化物が水と反応して生成されます。塩基性を示し、フェノールフタレインをピンク色に、リトマス紙を青色に変えます。水酸化ベリリウムは例外で、両性を示します。
塩類
カルシウム（Ca）とマグネシウム（Mg）は、ドロマイト、アラゴナイト、マグネサイト（炭酸塩岩）などの多くの化合物中に自然界に存在します。カルシウムイオンとマグネシウムイオンは硬水に含まれています。硬水は様々な問題を引き起こします。これらのイオンを除去して水を軟化させることは非常に重要です。この処理は、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウムなどの試薬を用いて行うことができます。より一般的な方法は、 Ca²⁺とMg²⁺を捕捉し、代わりにNa⁺を放出するイオン交換アルミノケイ酸塩またはイオン交換樹脂を使用することです。
マグネシウムとカルシウムは、既知のすべての生物にとって不可欠です。マグネシウムは植物に存在し、クロロフィルに含まれています。[ 96 ]カルシウムイオンは細胞シグナル伝達において大きな役割を果たし、[ 97 ]カルシウム塩は構造的な役割も果たしており、特に脊椎動物の骨[ 98 ]や無脊椎動物の殻[ 99 ]に多く見られます。
ストロンチウムは海洋生物、特に硬質サンゴにおいて重要な役割を果たしており、硬質サンゴはストロンチウムを使って外骨格を形成している[ 100 ]。医学では、ストロンチウム化合物は歯の知覚過敏を軽減するために一部の歯磨き粉に使用されている[ 101 ]。ストロンチウム自体は一般的に毒性が低いが、ストロンチウムの放射性同位体（ストロンチウム90など）は毒性を持つ可能性がある。ストロンチウム90はカルシウムに似ているため（つまり「骨に付着しやすい」性質を持つため）、生物学的半減期が長く生体内に蓄積され、低濃度のストロンチウム90に長期間曝露すると細胞に損傷を与える可能性がある[ 102 ] 。
バリウムは、可溶性バリウム（Ba 2+イオン）が有毒であるため、生物学的役割はほとんどありません。しかし、 Loxodes属では、ミュラー小胞と呼ばれる細胞小器官にバリウム塩が含まれており、細胞が重力を使って空間的に方向付けできるようになっています。[ 103 ] [ 104 ]バリウム、特にその硫酸塩化合物（BaSO 4）は、医療にも使用されています。硫酸バリウムは毒性が低く、密度が 4.5g/cm 3と比較的高いため、 X 線画像診断の造影剤として使用されています（「バリウム食」および「バリウム浣腸」）。
しかし、ベリリウムとラジウムは有毒です。[ 105 ] [ 106 ]ベリリウムは水溶性が低いため、生物系に取り込まれることはまれです。生物における役割は知られておらず、生物が遭遇した場合、通常は非常に有毒です。ベリリウムへの急性曝露（通常は吸入による）は、気道の炎症を引き起こします。長期曝露は、ベリリウム症または慢性ベリリウム病（CBD）を引き起こす可能性があります。ラジウムは利用可能性が低く、放射能が高いため、生命に有毒です。大量のラジウムに曝露すると、貧血、白内障、歯の破折、および死亡を引き起こす可能性があります。さらに、ラジウムはガンマ線を放出するため、高濃度のラジウムのある場所の近くにいるだけでも危険な場合があります。
ラジウムの次のアルカリ土類金属は元素120であると考えられているが、相対論的効果のため、これは正しくない可能性がある。[ 107 ]元素120の合成は、2007年3月にドゥブナのフレロフ核反応研究所のチームがプルトニウム-244に鉄-58イオンを照射したときに初めて試みられたが、原子は生成されず、研究されたエネルギーでの断面積の限界は400 fbとなった。 [ 108 ] 2007年4月、 GSIのチームがウラン-238にニッケル-64を照射して元素120を作ろうとしたが、原子は検出されず、反応の限界は1.6 pbとなった。合成は再び高感度で試みられたが、原子は検出されなかった。他の反応も試みられたが、すべて失敗に終わった。[ 109 ]
元素120の化学的性質は、バリウムやラジウムではなく、カルシウムやストロンチウム[ 110 ]に近いと予測されている。これは、元素120がバリウムやラジウムよりも反応性が高いと予測する周期律の傾向とは著しく対照的である。この反応性の低下は、元素120の価電子の予想されるエネルギーによるものであり、元素120のイオン化エネルギーの増加と金属半径およびイオン半径の減少によるものである。[ 110 ]
元素120の次のアルカリ土類金属は確定的に予測されていません。アウフバウ原理を用いた単純な外挿では元素170が120の同族元素であると示唆されますが、相対論的効果により、そのような外挿は無効になる可能性があります。アルカリ土類金属と同様の性質を持つ次の元素は元素166であると予測されていますが、軌道の重なりと9s副殻より下のエネルギーギャップの小ささから、元素166は代わりにコペルニシウムの下の12族に配置される可能性があります。[ 111 ] [ 112 ]
「ベリリウムは、たとえ赤熱状態でも水や蒸気と反応しない。」これは教科書によく引用されている記述です。しかし、ある研究者が、ベリリウムを800℃の蒸気にさらした結果を示す写真を送ってくれました。確かに反応しています。問題は、ベリリウムが高価であるだけでなく、重大な健康リスクを伴うことだと思います。教科書（あるいは最近ではウェブサイト）に記載されているベリリウムに関する記述は、決して検証されることはありません。
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