Kim loại kiềm thổ là gì? Công thức chung của oxit kim loại kiềm thổ? Tính chất của kim loại kiềm thổ là gì? Ứng dụng của kim loại kiềm thổ như nào? Bài tập kim loại kiềm thổ trong chương trình?… Trong bài viết dưới đây, hãy cùng DINHNGHIA.VN tìm hiểu về chủ đề kim loại kiềm thổ là gì cũng như những nội dung liên quan nhé!
Kim loại kiềm thổ là gì?
- Các kim loại kiềm thổ, theo định nghĩa là một dãy các nguyên tố trong nhóm nguyên tố 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Điển hình như canxi, magiê, stronti, radi, berili hay bari.
- Nhìn chung các kim loại kiềm thổ được đặt tên theo các ôxít của chúng. Với các đất kiềm, có tên gọi cũ là berilia, magiêsia, strontia và baryta, vôi sống.
- Các kim loại này được gọi là kiềm thổ vì các thuộc tính tự nhiên trung gian của chúng giữa các chất kiềm [còn gọi là ôxít của các kim loại kiềm] và các loại đất hiếm [còn gọi là ôxít của các kim loại đất hiếm]
Vị trí cấu tạo của kim loại kiềm thổ
Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn:
- Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA trong bảng tuần hoàn hóa học
- Cụ thể, trong một chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm.
- Kim loại kiềm thổ bao gồm: Beri [Be]; Magie [Mg]; Canxi [Ca]; Stronti [ Sr]; Bari [Ba] hay Rađi [Ra] [Trong đó Rađi là nguyên tố phóng xạ không bền].
Tính chất vật lý của kim loại kiềm thổ là gì?
- Màu sắc: Kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc hoặc xám nhạt.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp.
- Độ cứng có cao hơn kim loại kiềm nhưng vẫn thấp.
- Khối lượng riêng tương đối nhỏ, là những kim loại nhẹ hơn nhôm [trừ Ba]
Lưu ý: Trừ Be và Mg, nhìn chung các kim loại kiềm thổ tự do và hợp chất dễ bay hơi, cháy khi đưa vào ngọn lửa không màu, và làm cho ngọn lửa có màu đặc trưng.
- Ca : Màu đỏ da cam • Sr : Màu đỏ son
- Ba : Màu lục hơi vàng
Mạng tinh thể
- Be, Mg: lục phương
- Ca: lập phương tâm diện
- Ba: lập phương tâm khối
- Sr: lập phương tâm diện
Các đại lượng vật lý của nhóm IIA biến đổi không theo quy luật và một số tính chất hóa học thể hiện khác nhau.
Trạng thái tự nhiên
- Đôlomit: \[CaCO_{3}.MgCO_{3}\]
- Canxi: \[CaCO_{3}\]
- Magierit: \[MgCO_{3}\]
- Đá xà vân: \[MgSiO_{3}\]
Tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ là gì?
- Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh, yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của các kim loại kiềm thổ tăng từ \[Be \rightarrow Ba\]
\[M-2e\rightarrow M^{2+}\]
Tác dụng với phi kim
- Khi đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy tạo oxit, phản ứng phát ra nhiều nhiệt.
Ví dụ :
\[2Mg + O_{2} \rightarrow 2MgO\] \[\Delta H = -610KJ/mol\]
- Trong không khí ẩm Ca, Sr, Ba tạo nên lớp cacbonat [phản ứng với không khí như oxi] cho nên cần cất giữ các kim loại này trong bình rất kín hoặc dầu hỏa khan.
- Khi đun nóng, tất cả các kim loại kiềm thổ tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, silic.
Ví dụ:
\[Ca + Cl_{2} \rightarrow CaCl_{2}\]
\[2Mg + Si \rightarrow Mg_{2}Si\]
- Do có ái lực lớn hơn oxi, khi đun nóng các kim loại kiềm thổ khử được nhiều oxit bền [\[CO_{2}, SiO_{2}, Al_{2}O_{3}, Cr_{2}O_{3},…\]].
Ví dụ:
\[2Mg + CO_{2} \rightarrow 2MgO + C\]
Tác dụng với axit
- Tác dụng với \[HCl, H_{2}SO_{4} [l]\] : Kim loại kiềm khử ion \[H^{+}\] thành \[H_{2}\]
\[Mg + 2H^{+} \rightarrow Mg^{2+} + H_{2}\]
- Tác dụng với \[HNO_{3},H_{2}SO_{4}\] đặc : Khử \[N^{5+}, S^{6+}\] thành các hợp chất mức oxi hoá thấp hơn.
\[4Ca + 10HNO_{3} [l]\rightarrow 4Ca[NO_{3}]_{2} + NH_{4}NO_{3} + 3H_{2}O\]
\[Mg + 4HNO_{3} [d] \rightarrow Mg[NO_{3}]_{2} + 2NO_{2} + 2H_{2}O\]
Tác dụng với nước
- Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ:
\[Ca + 2H_{2}O \rightarrow Ca[OH]_{2} + H_{2}\]
- Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành MgO.
\[Mg + H_{2}O \rightarrow MgO + H_{2}\]
- Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat:
\[Be + 2NaOH + 2H_{2}O \rightarrow Na_{2}[Be[OH]_{4}] + H_{2}\]
\[Be + 2NaOH_{[nc]} \rightarrow Na_{2}BeO_{2} + H_{2}\]
Ứng dụng và điều chế kim loại kiềm thổ
Ứng dụng của kim loại kiềm thổ là gì?
- Kim loại Be: Được dùng làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, bền, chắc, không bị ăn mòn.
- Kim loại Ca: Được dùng làm chất khử để tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép, làm khô 1 số hợp chất hữu cơ.
- Kim loại Mg: Có nhiều ứng dụng hơn cả, cụ thể là tạo hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô… Bên cạnh đó, Mg còn được dùng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ. Bột Mg trộn với chất oxi hóa dùng để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm dùng trong pháo sáng, máy ảnh.
Cách điều chế kim loại kiềm thổ
- Trong tự nhiên, kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại dạng ion \[M^{2+}\] trong các hợp chất.
- Phương pháp cơ bản là điện phân muối nóng chảy của chúng.
Ví dụ:
\[CaCl_{2} \overset{dpnc}{\rightarrow}Ca + Cl_{2}\]
\[MgCl_{2} \overset{dpnc}{\rightarrow}Mg + Cl_{2}\]
+] Dùng than cốc khử MgO; CaO từ đôlomit bằng febositic [hợp chất Si và Fe ] ở nhiệt độ cao và trong chân không.
\[MgO + C \rightarrow Mg + CO\]
\[CaO + 2MgO + Si \rightarrow 2Mg + CaO.SiO_{2}\]
+] Dùng nhôm hay magie khử muối của Ca, Sr, Ba trong chân không ở \[1100^{\circ}C \rightarrow 1200^{\circ}C\]
\[2Al + 4CaO \rightarrow CaO.Al_{2}O_{3} + 3Ca\]
\[2Al + 4SrO \rightarrow SrO.Al_{2}O_{3} + 3Sr\]
\[2Al + 4BaO \rightarrow BaO. Al_{2}O_{3} + 3Ba\]
Như vậy, bài viết trên đây của DINHNGHIA.VN đã tổng hợp kiến thức về chủ đề kim loại kiềm thổ là gì cũng như những nội dung liên quan. Hy vọng qua bài viết, bạn đã nắm rõ khái niệm, tính chất cũng như ứng dụng của kim loại kiềm thổ là gì. Chúc bạn luôn học tốt!
Please follow and like us:
a. Vị trí của kim loại kiềm trong bảng hệ thống tuần hoàn
Các kim loại kiềm thuộc nhóm IA của bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố. Nhóm này bao gồm những nguyên tố: Liti [Li], natri [Na]; Kali [K]; Rubidi [Rb], Xeci [Cs] và Franxi [Fr]. Sở dĩ được gọi là kim loại kiềm vì hidroxit của chúng là chất kiềm mạnh. Franxi là nguyên tố phóng xạ tự nhiên.
b. Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm
- Cấu hình electron
Do có một electron hóa trị ns1 ở ngoài cấu hình electron bền của các khí hiếm, các nguyên tử kim loại kiềm rất dễ mất một electron hóa trị biến thành ion dương M+, nghĩa là chúng là những kim loại rất hoạt động. Điều đó thể hiện ở năng lượng ion hóa thứ nhất rất thấp của những nguyên tử kim loại kiềm.
- So với các nhóm nguyên tố khác, kim loại kiềm có nhiều tính chất giống nhau hơn hết và những tính chất này biến đổi đều đặn từ Li đến Fr. Tuy nhiên, ở trong đó Li chiếm một vị trí hơi đặc biệt so với những kim loại kiềm khác. Ví dụ như Li có thế điện cực âm hơn các kim loại kiềm khác, một số hợp chất của Li ít tan hơn so với hợp chất của kim loại kiềm khác. Vì chỉ có một electron hóa trị duy nhất nên hóa tính của nhóm kim loại kiềm là đơn giản hơn hết vo sới bất cứ nhóm nguyên tố nào khác.
- Các kim loại kiềm tạo nên chủ yếu các hợp chất ion, trong đó số oxi hóa duy nhất là +1. Tuy nhiên chúng cũng có thể tạo nên liên kết cộng hóa trị trong các phân tử Li2, Na2, K2, Rb2, Cs2 tồn tại ở trạng thái khí. Năng lượng của liên kết trong các phân tử đó khá bé và giảm dần từ Li đến Cs.
Năng lượng bé của liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử kim loại kiềm cũng phù hợp với năng lượng ion hóa thấp củ chúng: những nguyên tử kim loại kiềm giữ khá yếu electron hóa trị của nó, sẽ giữ càng yếu hơn nữa electron được thêm từ nguyên tử khác. Chính vì vậy liên kết kim loại trong kim loại kiềm là liên kết yếu.
Các ion của kim loại kiềm không có màu. Nói chung hợp chất của chúng dễ tan trong nước trừ một số hợp chất của Liti.
2. Tính chất vật lí
Các kim loại kiềm có màu trắng bạc và có ánh kim rất mạnh. Ánh kim đó biến mất nhanh chóng khi kim loại tiếp xúc với không khí.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi đều thấp hơn nhiều so với các kim loại khác và giảm dần từ Li đến Cs là kết quả liên kết kim loại yếu và liên kết đó càng yếu dần khi kích thước nguyên tử tăng lên.
- Các kim loại kiềm đều có một kiến trúc tinh thể giống nhau là kiểu lập phương tâm khối. Hợp kim gồm Na và K với tỷ lệ nguyên tử 1:2 có nhiệt độ nóng chảy là 4,3oC. Ở nhiệt độ thường, hợp kim này là một chất lỏng linh động và có màu trắng bạc. Hợp kim đó có nhiệt dung riêng lớn nên được dùng làm chất mang điện trong lò phản ứng hạt nhân.
Các kim loại kiềm đều nhẹ, kim loại Liti nổi trên dầu hỏa, natri và kali nổi trên nước. Các kim loại kiềm đều mềm có thể cắt bằng dao được, Xesi mềm nhất còn liti cứng hơn. Tính mềm của kim loại kiềm có liên quan đến liên kết kim loại yếu ở trong mạng lưới tính thể của kim loại.
Các kim loại kiềm có độ dẫn điện cao nhưng còn kém nhiều so với bạc là kim loại dẫn điện tốt nhất.
Các kim loại tự do cũng như hợp chất dễ bay hơi của chúng khi được đưa vào ngọn lửa không màu làm cho ngọn lửa rở nên có các màu đặc trưng: liti cho màu đỏ tía, natri cho màu vàng, kali cho màu tím, rubidi cho màu tím hồng và xesi cho màu xanh lam.
3. Tính chất hóa học
Các nguyên tử kim loại kiềm đều có năng lượng ion hóa I1 thấp và thế điện cực chuẩn Eo có giá trị rất âm. Vì vậy, kim loại kiềm có tính khử rất mạnh.
a. Tác dụng với phi kim
Hầu hết kim loại kiềm có thể khử được các phi kim.
Thí dụ, Na cháy trong môi trường khí oxi khô tạo ra natri peoxit Na2O2. Trong hợp chất peoxit, oxi có số oxi hóa -1.
2Na + O2→toNa2O2 [r]
b. Tác dụng với axit
Các kim loại kiềm đều có thể khử dễ dàng ion H+ của dung dịch axit [HCl; H2SO4 loãng] thành khí H2 [phản ứng gây nổ nguy hiểm].
2Li + 2HCl →2LiCl + H2
Dạng tổng quát
2M + 2H+→2M+ + H2
c. Tác dụng với nước
Vì thế điện cực chuẩn của kim loại kiềm nhỏ hơn nhiều so với thế điện cực của hidro nên kim loại kiềm khử được nước dễ dàng, giải phóng khí hidro
2Na + 2H2O→2NaOHdd+H2Dạng tổng quát2M + 2H2O→2MOHdd+H2
Do vậy các kim loại kiềm được bảo quản bằng cách ngâm chìm trong dầu hỏa.
4. Ứng dụng và điều chế
a. Ứng dụng
Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng:
- Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy..
- Các kim loại kali và natri dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một vài loại lò phản ứng hạt nhân.
- Kim loại xesi dùng chế tạo tế bào quang điện.
- Kim loại kiềm được dùng để điều chế một số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện
- Kim loại kiềm được dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ
b. Điều chế
Kim loại kiềm dễ bị oxi hóa thành ion dương, do vậy trong tự nhiên kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất
Điều chế kim loại kiềm bằng cách khử ion của chúng:
M+ + e→M
Tuy nhiên, không có chất nào khử được ion kim loại kiềm
Phương pháp thường dùng để điều chế kim loại kiềm là điện phân nóng chảy muối halogen của kim loại kiềm.