VỊ TRÍ, CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ

I. VỊ TRÍ CẤU TẠO

1. Vị trí trong bảng tuần hoàn

– Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn.

– Thành phần: Beri (Be); Magie (Mg); Canxi (Ca); Stronti ( Sr); Bari (Ba); Rađi (Ra) (Rađi là nguyên tố phóng xạ không bền).
 

2. Cấu tạo và đặc thù của kim loại kiềm thổ

Nguyên tố
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Cấu hình electron
[ He ] 2 s2
[ Ne ] 3 s2
[ Ar ] 4 s2
[ Kr ] 5 s2
[ Xe ] 6 s2
Bán kính nguyên tử ( nm )
0,089
0,136
0,174
0,191
0,220
Năng lượng ion hóa I2 ( kJ / mol )
1800
1450
1150
1060
970
Độ âm điện
1,57
1,31
1,00
0,95
0,89
Thế điện cực chuẩn E ◦ M2 + / M ( V )
– 1,85
– 2,37
– 2,87
– 2,89
– 2,90
Mạng tinh thể
Lục phương
Lập phương tâm diện
Lập phương tâm khối

* Lưu ‎ý:

– Be tạo nên đa phần những hợp chất trong đó link giữa Be với những nguyên tố khác là link cộng hóa trị .
– Ca, Sr, Ba và Ra chỉ tạo nên hợp chất ion .

II. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

– Màu sắc : kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc hoặc xám nhạt .

– Một số đặc thù vật lý quan trọng của kim loại kiềm thổ :

Nguyên tố
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Nhiệt độ nóng chảy ( ◦ C )
1280
650
838
768
714
Nhiệt độ sôi ( ◦ C )
2770
1110
1440
1380
1640
Khối lượng riêng ( g / cm3 )
1,85
1,74
1,55
2,6
3,5
Độ cứng ( lấy kim cương = 10 )

2,0

1,5

1,8

* Nhận xét: 

– Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp ( trừ Be ) và biến hóa không theo một chiều. Vì những nguyên tố có cấu trúc tinh thể khác nhau
+ Be, Mg, Caβ có mạng lưới lục phương .
+ Caα và Sr có mạng lưới lập phương tâm diện ;
+ Ba lập phương tâm khối .
– Độ cứng : kim loại kiềm thổ mềm nhưng cứng hơn kim loại kiềm, ( Độ cứng đổi khác không dần đều vì cấu trúc mạng tinh thể khác nhau : Be cứng nhất hoàn toàn có thể vạch được thủy tinh ; Ba chỉ hơi cứng hơn chì ) .
– Khối lượng riêng : tương đối nhỏ, nhẹ và tăng dần từ Be → Ba .

III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

* Nhận xét: 

– Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nhưng kém hơn so với kim loại kiềm .
– Tính khử của những kim loại kiềm thổ tăng từ Be → Ba .
M → M2 + + 2 e

1. Tác dụng với phi kim

a. Tác dụng với oxi :
– Khi đốt nóng trong không khí, những kim loại kiềm thổ đều bốc cháy tạo oxit, phản ứng phát ra nhiều nhiệt .
Ví dụ : 2M g + O2 → 2M gO

 * Lưu ý:

– Bảo quản kim loại kiềm thổ trong bình rất kín hoặc dầu hỏa khan vì trong không khí ẩm Ca, Sr, Ba tạo nên lớp cacbonat ( phản ứng với không khí như oxi ) .

b. Tác dụng với những phi kim khác

– Khi đun nóng, tổng thể những kim loại kiềm thổ tương tác mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, silic .
Ví dụ : Ca + Cl2 → CaCl2
Mg + Si → Mg2Si

2. Tác dụng với axit

a. Tác dụng với dung dịch HCl, H2SO4 ( l ) :
– Kim loại kiềm thổ khử ion H + thành H2
Mg + 2H + → Mg2 + + H2

b. Tác dụng với dung dịch HNO3
– Kim loại kiềm thổ khử N + 5 thành những hợp chất mức oxi hoá thấp hơn .
M + HNO3 → M ( NO3 ) n + { NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3 } + H2O
Ví dụ : 4C a + 10HNO ­ 3 ( l ) → 4C a ( NO3 ) 2 + NH4NO3 + 3H2 O
c. Tác dụng với dung dịch H2SO4 đđ :
– Kim loại kiềm thổ khử S + 6 thành những hợp chất mức oxi hoá thấp hơn .
M + H2SO4 đặc, nóng → M2 ( SO4 ) n + { SO2, S, H2S } + H2O
Ví dụ : 4M g + 5H2 SO4 ( đặc ) → 4M gSO4 + H2S + 4H2 O

3. Tác dụng với nước

– Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be hoàn toàn có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat :
Be + 2N aOH + 2H2 O → Na2 [ Be ( OH ) 4 ] + H2
Be + 2N aOH ( nóng chảy ) → Na2BeO2 + H2

 – Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành dung dịch bazơ yếu 

Mg + 2H2 O → Mg ( OH ) 2 + 2H2 ↑

* Lưu ý: Mg tác dụng mãnh liệt với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO

Mg + H2O → MgO + H2 ↑

– Ca, Sr, Ba công dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ :
Ba + 2H2 O → Ba ( OH ) 2 + H2 ↑

IV. ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG  

1. Điều chế kim loại kiềm thổ

– Trong tự nhiên, kim loại kiềm thổ chỉ sống sót dạng ion M2 + trong những hợp chất .
– Phương pháp cơ bản là điện phân muối nóng chảy của chúng .
Ví dụ : CaCl2 → Ca + Cl2 ↑
MgCl2 → Mg + Cl2 ↑
– Một số chiêu thức khác :
+ Dùng than cốc khử MgO ; CaO từ đolomit bằng febositic ( hợp chất Si và Fe ) ở nhiệt độ cao và trong chân không .
MgO + C → Mg + CO
CaO + 2M gO + Si → 2M g + CaO. SiO2
+ Dùng nhôm hay magie khử muối của Ca, Sr, Ba trong chân không ở 1100 ◦ C → 1200 ◦ C .
2A l + 4C aO → CaO. Al2O3 + 3C a
2A l + 4S rO → SrO. Al2O3 + 3S r
2A l + 4B aO → BaO. Al2O3 + 3B a

2. Ứng dụng

– Kim loại Be: làm chất phụ gia để chế tạo hợp kim có tính đàn hồi cao, bền, chắc, không bị ăn mòn.

– Kim loại Ca : 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 : tạo kim loại tổng hợp có tính cứng, nhẹ, bền để sản xuất máy bay, tên lửa, ôtô … Mg còn được dùng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ. Bột Mg trộn với chất oxi hóa dùng để sản xuất chất chiếu sáng đêm hôm dùng trong pháo sáng, máy ảnh .

Trung tâm luyện thi, gia sư – dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay