Table of Contents
1. Kim loại kiềm thổ là gì?
Nhóm đất kiềm hay còn gọi là kim loại nhóm II trong bảng tuần hoàn. Kim loại kiềm thổ bao gồm sáu nguyên tố hóa học: Beryllium (Be), Magiê (Mg), Canxi (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) và Radi (Ra). Đặc biệt, Radi là nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn, được phát hiện từ quặng uranium.
Có lẽ nhiều người sẽ thắc mắc về nguồn gốc cái tên kim loại kiềm thổ. Nguyên nhân chính nằm ở tính chất tự nhiên của chúng, nằm ở sự tương đồng trung gian giữa các hợp chất kiềm và oxit của kim loại kiềm thổ, cũng như các hợp chất đất hiếm và oxit của kim loại đất hiếm.
Dãy kim loại kiềm thổ được phân loại vào nhóm IIA trong bảng tuần hoàn, sau nhóm kim loại kiềm IIA. Vậy cấu tạo electron của kim loại kiềm thổ là gì, cụ thể được phân bố như sau theo vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn:
Berili (Be): [He] 2s2
Magiê (Mg): [Ne] 3s2
Canxi (Ca): [Ar] 4s2
Stronti (Sr): [Kr] 5s2
Bari (Ba): [Xe] 6s2
Theo lý thuyết kim loại kiềm thổ, tất cả đều có cấu trúc chung xs2, nghĩa là có hai electron ở lớp ngoài cùng. Điều này tạo điều kiện cho việc mất đi hai electron để tạo ra cấu hình ổn định hơn, tạo ra các ion dương có điện tích +2. Nhờ đặc tính này mà kim loại kiềm thổ thường có khả năng phản ứng hóa học khá mạnh.
2. Tính chất của kim loại kiềm thổ bạn nên biết
Sau khi đã biết rõ khái niệm và sự khác biệt giữa kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ, việc tiếp theo là tìm hiểu tính chất của kim loại kiềm thổ là gì. Kim loại kiềm thổ thường có các tính chất vật lý và hóa học độc đáo. Hãy cùng tìm hiểu một số điều thú vị về nhóm kim loại này nhé.
Tính chất vật lý của dãy kim loại kiềm thổ là gì?
Tính chất vật lý của dãy kim loại kiềm thổ là gì?
Nhóm kim loại kiềm thổ có tính chất vật lý đa dạng, từ màu trắng bạc đến xám nhạt. Độ cứng của chúng giảm dần từ Berium đến Barium nhưng vẫn thể hiện tính linh hoạt đáng kể. Nhiệt độ sôi và nóng chảy của kim loại kiềm thổ ở mức trung bình so với các nguyên tố khác.
Đáng chú ý, các nguyên tố trong nhóm kim loại kiềm thổ có cấu trúc tinh thể đa dạng, từ hình lục giác đến hình lập phương tâm mặt, thể hiện tính độc đáo của mỗi nguyên tố. Một số tính chất vật lý của kim loại kiềm thổ là gì? Vui lòng tham khảo bảng tóm tắt sau::
Beryllium: Mật độ 1,85 g/cm³, Nhiệt độ sôi 2770°C, Nhiệt độ nóng chảy 1280°C.
Magiê: Mật độ 1,74 g/cm³, Nhiệt độ sôi 1110°C, Nhiệt độ nóng chảy 650°C.
Canxi: Tỷ trọng 1,55 g/cm³, Nhiệt độ sôi 1440°C, Nhiệt độ nóng chảy 838°C.
Stronti: Mật độ 2,6 g/cm³, Nhiệt độ sôi 1380°C, Nhiệt độ nóng chảy 768°C.
Bari: Mật độ 3,5 g/cm³, Nhiệt độ sôi 1640°C, Nhiệt độ nóng chảy 714°C.
Tính chất hóa học của dãy kim loại kiềm thổ là gì?
Tính chất hóa học của dãy kim loại kiềm thổ là gì?
Do có cấu tạo thêm 2 electron ở lớp ngoài cùng nên kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh. Tính khử của chúng tăng dần theo thứ tự bán kính nguyên tử tăng dần từ Be đến Ba. Vậy tính chất hóa học của kim loại kiềm thổ cụ thể là gì?
Tính chất hóa học của nước khi tác dụng với kim loại kiềm thổ là gì?
Beryllium thường không phản ứng với nước, bất kể nhiệt độ. Tuy nhiên, Be có thể hòa tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc trong môi trường nóng tạo thành phức berylat:
Be + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Be(OH)4] + H2
Mặt khác Magie không tan trong nước lạnh mà có thể tan từ từ trong nước nóng tạo thành Magie Oxit:
Mg + H2O -> MgO + H2↑
Còn các kim loại kiềm thổ khác như Ca, Sr, Ba phản ứng với nước tạo ra dung dịch kiềm và thải ra khí hydro:
Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2
Sr + 2H2O -> Sr(OH)2 + H2
Ba + 2H2O -> Ba(OH)2 + H2
Tính chất hóa học của dung dịch axit khi phản ứng với kim loại kiềm thổ là gì?
Dưới tác dụng của axit, kim loại kiềm thổ thường tạo thành muối và thải ra khí hydro. Ví dụ, magie phản ứng với axit sunfuric tạo thành magie sunfat và giải phóng khí H2:
Mg + H2SO4 -> MgSO4 + H2
Kim loại kiềm thổ cũng có thể phản ứng với các axit đậm đặc nóng như axit nitric và axit sulfuric đậm đặc để tạo thành muối và các hợp chất khác. Ví dụ: Canxi phản ứng với axit nitric tạo ra canxi nitrat, amoni nitrat và nước:
4Ca + 10HNO3 -> 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Tính chất hóa học của phi kim khi tác dụng với kim loại kiềm thổ là gì?
Khi tiếp xúc với không khí, kim loại kiềm thổ tái oxy hóa và tạo thành oxit, phản ứng gọi là đốt cháy. Ví dụ: canxi phản ứng với oxy tạo ra canxi oxit:
2Ca + O2 -> 2CaO
Hơn nữa, chúng thể hiện tính chất khử mạnh đối với nhiều chất, bao gồm halogen, lưu huỳnh, phốt pho và carbon. Ví dụ, Magiê phản ứng với silicon tạo thành magie silicide: Mg + Si -> Mg2Si
Do có khả năng khử cao hơn oxy nên kim loại kiềm thổ còn có khả năng khử nhiều oxit ổn định như CO2, SiO2, Cr2O3, Al2O3. Ví dụ, berili phản ứng với titan dioxit để tạo thành berili và oxit titan:
2Be + TiO2 -> 2BeO + Ti
3. Cách pha chế kim loại kiềm thổ chuẩn
Cách điều chế kim loại kiềm thổ chuẩn
Kim loại kiềm thổ tồn tại tự nhiên dưới dạng ion M2+ trong hợp chất. Tuy nhiên, bạn hoàn toàn có thể chế biến nó bằng phương pháp cơ bản là sử dụng điện phân muối nóng chảy. Cụ thể, cách điều chế kim loại kiềm thổ là gì? Ví dụ: muối CaCl2 có thể điện phân thành Ca và Cl2:
CaCl2 -> Ca + Cl2↑
Tuy nhiên, còn có nhiều phương pháp điều chế kim loại kiềm thổ khác như dùng than cốc để khử MgO ở nhiệt độ cao và trong môi trường chân không:
MgO + C -> Mg + CO
Cách điều chế kim loại kiềm thổ nếu sử dụng nhôm hoặc magie là gì? Lúc này nguyên lý điều chế kim loại kiềm thổ là khử muối Ca, Sr, Ba trong chân không ở nhiệt độ cao:
2Al + 4CaO -> CaO.Al2O3 + 3 Ca
4. Ứng dụng của kim loại kiềm thổ phổ biến hiện nay
Câu hỏi đặt ra là ứng dụng của kim loại kiềm thổ là gì? Kim loại kiềm thổ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
Beryllium: Chủ yếu để chế tạo hợp kim đồng-beryllium. Đồng berili dẻo và bền nên thích hợp làm các thiết bị đo độ dẫn điện, điện cực hàn điểm và lò xo.
Magiê: Chế tạo các hợp kim cứng, bền và nhẹ làm phụ tùng, linh kiện cho máy bay, ô tô, tên lửa và sản xuất pháo hoa.
Canxi: Hợp chất canxi và Ca được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, trong đó có sản xuất xi măng và vôi.
Strontium: Được sử dụng trong sản xuất hợp kim và nghiên cứu giải phóng chất dẫn truyền thần kinh.
Bari: Các hợp chất bari, như BaSO4, BaCO3 và BaNO3, có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ chất tương phản cản quang trong chụp ảnh tia X đến sản xuất thủy tinh và pháo hoa.
Như vậy, chúng ta đã hiểu rõ kim loại kiềm thổ là gì cũng như những ứng dụng quan trọng của chúng trong công nghiệp và đời sống. Tại Đông Á, chúng tôi cam kết mang đến cho bạn những kiến thức hữu ích về các khái niệm khoa học cơ bản. Hãy tiếp tục theo dõi để khám phá thêm những thông tin hữu ích như cách bảo quản kim loại kiềm thổ, so sánh kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ trong các bài viết tiếp theo nhé!
Giáo sư Nguyễn Lân Dũng là nhà khoa học hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực vi sinh vật học (wiki), với hơn nửa thế kỷ cống hiến cho giáo dục và nghiên cứu. Ông là con trai Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Lân, thuộc gia đình nổi tiếng hiếu học. Giáo sư giữ nhiều vai trò quan trọng như Chủ tịch Hội các ngành Sinh học Việt Nam, Đại biểu Quốc hội và đã được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân dân năm 2010.
