Kim loại kiềm

Kim loại kiềm là những nguyên tố s, có một electron lớp ngoài cùng, ở phân lớp ns¹.

Chúng được gọi chung là các kim loại kiềm do tính tan trong nước tạo dung dịch có tính kiềm mạnh.

Các kim loại kiềm là những kim loại rất hoạt động.

Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

Sơ lược

  • Kim loại kiềm thuộc nhóm IA của bảng tuần hoàn
  • Gồm 6 nguyên tố:

        + Liti (Li): tiếng Hy Lạp: lithos, có nghĩa là “đá”; là kim loại nhẹ nhất, mềm, dễ nóng chảy.

Hình ảnh có liên quan
Liti

        + Natri (Na): tiếng Latinh mới: natrium; Na nguyên chất không có mặt trong tự nhiên => phải điều chế từ các hợp chất của nó

Hình ảnh có liên quan
Natri

        + Kali (K): tiếng Latinh hiện đại: kalium; Kali và natri có tính chất hóa học rất giống nhau

Hình ảnh có liên quan
Kali

        + Rubiđi (Rb): (tiếng Latinh rubidus, đỏ thẫm); có hoạt tính hóa học cao

Kết quả hình ảnh cho rubidi Rb
Rubidi

        + Xesi (Cs): (tiếng Latinh: caesius); có tính khử rất mạnh chỉ sau Franxi; có khả năng tự cháy

Kết quả hình ảnh cho Xesi (Cs)
Xesi

        + Franxi (Fr):  Ngoài phạm vi phòng thí nghiệm, franxi là cực hiếm

A shiny gray 5-centimeter piece of matter with a rough surface.
Franxi
  • Kim loại kiềm là các nguyên tố hoạt động mạnh và ít khi tìm thấy ở dạng đơn chất trong tự nhiên.

Cấu hình electron nguyên tử

Có cấu tạo rất đơn giản: lớp vỏ electron ngoài cùng chỉ có 1 electron.

=> Có tính chất hóa học khá giống nhau 

Li: [He] 2s¹

Na: [Ne] 3s¹

K: [Ar]4s¹

Rb: [Kr] 5s¹

Cs: [Xe] 6s¹ 

Tính chất vật lí

  • Các kim loại kiềm có màu trắng bạc và có ánh kim

        + Li, Na, K, Rb có màu trắng bạc

        + Cs có màu vàng nhạt.

  • Dẫn điện tốt, dù vẫn còn kém so với bạc là kim loại dẫn điện tốt nhất.
  • Liên kết kim loại yếu cũng dẫn đến tính mềm của các kim loại kiềm. Các kim loại kiềm có thể bị cắt bằng dao
  • Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp
Nguyên tố Nhiệt độ nóng chảy (ºC) Nhiệt độ sôi (ºC)  Tỉ khối (g/cm3)
Li 180 1336  0.53 
Na  97.83 880 0.97
63.7 762  0.86 
Rb  38.5  696  1.52 
Cs 28.5  670  1.87 
  • Các kim loại kiềm tự do cũng như hợp chất của chúng khi bị đốt sẽ cháy cho ngọn lửa có màu đặc trưng:

        + Liti cho ngọn lửa màu đỏ tía

        + Natri cho ngọn lửa màu vàng

        + Kali cho ngọn lửa màu tím.

        + Rubidi cho ngọn lửa màu tím hồng.

        + Xesi cho ngọn lửa màu xanh lam.

Tính chất hóa học

Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hóa nhỏ nên có hoạt tính hóa học và tính khử rất mạnh.

Tính khử tăng dần từ Li đến Cs. Cs là kim loại mạnh nhất

dpi{100} M rightarrow M^{n^{+}} + e

  • Khi tồn tại ở dạng đơn chất: số oxi hóa  0 
  • Trong hợp chất: số oxi hóa +1

Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại kiềm có thể khử được các nguyên tử phi kim thành ion âm

Tác dụng với hidro

Khi đun nóng, các kim loại kiềm kết hợp với hidro tạo hidrua ion:

  • Li ở 600-700°C
  • Còn các kim loại kiềm khác ở 350-400ºC

Tác dụng với oxi

Ở điều kiện thường và trong không khí khô:

  • Li bị phủ một lớp màu xám gồm dpi{100} Li_{2}Odpi{100} Li_{3}N

dpi{100} 4Li + O_{2} rightarrow 2Li_{2}O

dpi{100} 6Li + N_{2} rightarrow 2Li_{3}N

  • Na bị oxi hóa thành dpi{100} Na_{2}O_{2} và lẫn một ít dpi{100} Na_{2}O

dpi{100} 2Na + O_{2} rightarrow Na_{2}O_{2}

dpi{100} 4Na + O_{2} rightarrow 2Na_{2}O

  • K bị phủ lớp dpi{100} KO_{2} ở ngoài cùng và bên trong là lớp dpi{100} K_{2}O

dpi{100} 2K + O_{2} rightarrow K_{2}O

dpi{100} 2K_{2}O + 3O_{2} rightarrow 4KO_{2}

  • Rb và Cs tự bốc cháy tạo dpi{100} RbO_{2}dpi{100} CsO_{2}

Với halogen, lưu huỳnh

  • Với Brom lỏng: K, Rb, Cs nổ mạnh, Li và Na chỉ tương tác trên bề mặt.
  • Với Iot: các kim loại kiềm chỉ tương tác mạnh khi đun nóng.
  • Khi nghiền kim loại kiềm với bột lưu huỳnh sẽ gây phản ứng nổ.

Tác dụng với clo

Các kim loại kiềm bốc cháy trong khí clo khi có mặt hơi ẩm ở nhiệt độ cao. 

dpi{100} 2K+Cl_{2}rightarrow 2KCl

Tác dụng với axit

  • Các kim loại kiềm có thể dễ dàng khử ion dpi{100} H^{+} của dung dịch axit thành khí hidro

dpi{100} 2Na+2HClrightarrow 2NaCl+H_{2}

  • Tất cả các kim loại kiềm đều nổ khi tiếp xúc với axit do phản ứng xảy ra rất mãnh liệt

Tác dụng với nước

  • Kim loại kiềm tương tác rất mãnh liệt với nước ở nhiệt độ thường, giải phóng khí hidro.

dpi{100} 2K+2H_{2}Orightarrow 2KOH+H_{2}

  • Khi phản ứng với nước

        + Li không cho ngọn lửa

        + Na nóng chảy thành hạt tròn chạy trên mặt nước, hạt lớn có thể bốc cháy

        + K bốc cháy ngay

        + Rb và Cs gây phản ứng nổ

Ứng dụng, trạng thái tự nhiên và điều chế

Ứng dụng

  • Dùng chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp.
  • Làm chất truyền nhiệt trung gian
  • Hợp kim liti – nhôm siêu nhẹ, được dùng trong kĩ thuật hàng không.
  • Xesi sử dụng trong các tế bào quang điện do khả năng bức xạ điện tử cao của nó

Trạng thái tự nhiên

  • Kim loại kiềm ít khi tìm thấy ở dạng đơn chất trong tự nhiên.
  • Các kim loại kiềm không có ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất:

        + Lượng lớn NaCl trong nước biển

        + Kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat trong đất

Điều chế

Muốn điều chế kim loại kiềm từ các hợp chất, cần phải khử các ion của chúng.

dpi{100} M rightarrow M^{n^{+}} + e

Vì ion kim loại kiềm rất khó bị khử nên phải dùng dòng điện (phương pháp điện phân): điện phân muối halogenua của kim loại kiềm nóng chảy

Ví dụ:

  • Điện phân NaCl nóng chảy để chiều chế Natri
  • Kali có thể cô lập bằng điện phân hidroxit của nó
  • Xesi có thể điều chế nhờ điện phân xyanua xesi nóng chảy hoặc CsCl

dpi{100} 2CsCl rightarrow 2Cs + Cl_{2}

Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

Natri hiđroxit

Kết quả hình ảnh cho naoh
NaOH (xút) dạng vẩy

Natri hiđroxit hay hyđroxit natri (NaOH) hay thường được gọi là Xút hoặc xút ăn da 

Là một hợp chất vô cơ của natri. 

Tính chất vật lý

  • Dạng tồn tại: chất rắn màu trắng (hút ẩm mạnh, dễ chảy rữa)
  • Mùi: không mùi
  • Khối lượng: 40 g/mol
  • Điểm nóng chảy: dpi{100} t_{nc} = 322^{o}C
  • Điểm sôi: 1388ºC
  • Tỷ trọng: 2.13 (tỷ trọng của nước = 1)
  • Độ pH: 13.5
  • Tính tan: tan nhiều trong nước và tỏa ra một lượng nhiệt lớn
  • Khi tan trong nước, NaOH phân li hoàn toàn thành ion

Tính chất hóa học

Natri hidroxit phản ứng với

  • Các axit và oxit tạo thành muối và nước

dpi{100} NaOH + HCl rightarrow NaCl + H_{2}O

  • Các axit hữu cơ tạo thành muối của nó và thủy phân este
  • Phản ứng với cacbon đioxit

dpi{100} 2NaOH + CO_{2} rightarrow Na_{2}CO_{3} + H_{2}O

  • Kim loại mạnh tạo thành bazo mới và kim loại mới. 
  • Muối tạo thành bazo mới và muối mới

dpi{100} 2NaOH + CuCl_{2} rightarrow 2NaCl + Cu(OH)_{2}

Ứng dụng

  • Ngành công nghiệp sản xuất giấy: làm hóa chất để xử lý gỗ, tre, nứa… thành các nguyên liệu sản xuất giấy.
  • Sản xuất sợi tơ nhân tạo, xà phòng
  • Được sử dụng để làm chất phân hủy pectins, sáp trong khâu xử lý vải thô
  • Trong ngành chế biến thực phẩm: loại bỏ các acid béo trong khâu tinh chế dầu thực vật và động vật 
  • Giúp điều chỉnh độ pH và tái sinh nhựa trong quá trình trao đổi ion.
  • Được sử dụng để trung hòa và khử cặn trong đường ống cấp nước

Natri hiđrocacbonat

Natri hidrocacbonat với tên thường gặp trong đời sống là baking soda

Hình ảnh có liên quan

Tính chất vật lý

Natri hiđrocacbonat (dpi{100} NaHCO_{3}) có dạng bột mịn, trắng, dễ hút ẩm, dễ bị nhiệt phân hủy

Khối lượng riêng: 2,159 g/cm3, rắn.

Độ nóng chảy: Phân hủy tại 50°C

Độ hòa tan trong nước: 7,8 g/100 ml (18°C)

Tính chất hóa học

dpi{100} NaHCO_{3} có tính lưỡng tính (vừa tác dụng được với dung dịch axit, vừa tác dụng được với dung dịch bazơ).

  • Là muối của axit yếu, tác dụng được với nhiều axit giải phóng dpi{100} CO_{2}
  • Tác dụng được với dung dịch bazơ tạo muối trung hòa

Khi tác dụng với axit, nó thể hiện tính bazơ; khi tác dụng với bazơ, nó thể hiện tính axit. Tuy nhiên, tính bazơ chiếm ưu thế

Ứng dụng

  • Sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm, dược phẩm.
  • Chữa đau dạ dày; dùng làm nước xúc miệng hay làm trắng răng
  • Ứng dụng trong xử lý nước thải, trong các ứng dụng chăm sóc sức khỏe và làm đẹp.
  • Là chất tăng kiềm, độ ổn định pH cho ao nuôi tôm thủy sản

Natri cacbonat

Kết quả hình ảnh cho na2co3
natri cacbonat ở dạng tinh thể
  • Natri cacbonat, (dpi{100} Na_{2}CO_{3} ) còn gọi là soda, là một loại muối cacbonat của natri.
  • Natri cacbonat là một chất rất ăn mòn không dùng trong thức ăn uống, đặc biệt trong khuôn khổ gia đình hay thủ công.
  • Natri cacbonat là một muối bền trong tự nhiên, thường có trong nước khoáng, nước biển và muối mỏ trong lòng đất

Tính chất vật lý

Natri cacbonat (dpi{100} Na_{2}CO_{3}) là chất rắn bột màu trắng, hút ẩm và nóng chảy ở 851°C

dpi{100} Na_{2}CO_{3} dễ tan trong nước, khi tan trong nước phát ra nhiều nhiệt do tạo thành hiđrat.

Ở dung dịch có nhiệt độ dưới 32,5ºC, dpi{100} Na_{2}CO_{3} kết tinh dưới dạng dpi{100} Na_{2}CO_{3}.10H_{2}O Đây là những tinh thể trong suốt, không màu, dễ tan trong nước

Tính chất hóa học

dpi{100} Na_{2}CO_{3} là muối của axit yếu (axit cacbonic) và có những tính chất chung của muối.

Muối cacbonat của kim loại kiềm trong dung dịch nước cho môi trường kiềm.

  • Tác dụng với axít mạnh tạo thành muối, nước và giải phóng khí CO2:

dpi{100} Na_{2}CO_{3} + 2HCl rightarrow 2NaCl + H_{2}O + CO_{2}

  • Tác dụng với bazơ tạo thành muối mới và bazơ mới:

dpi{100} Na_{2}CO_{3} + Ca(OH)_{2} rightarrow 2NaOH + CaCO_{3}

  • Tác dụng với muối tạo thành hai muối mới:

dpi{100} Na_{2}CO_{3} + CaCl_{2} rightarrow 2NaCl + CaCO_{3}

  • Tác dụng với natri bicacbonat

dpi{100} Na_{2}CO_{3} + CO_{2} + H_{2}O rightleftharpoons 2NaHCO_{3}

  • Khi tan trong nước, dpi{100} Na_{2}CO_{3} bị thủy phân mạnh tạo môi trường bazơ, làm đổi màu các chất chỉ thị: dung dịch phenolphtalein không màu thành màu hồng, quỳ tím hóa xanh

Ứng dụng

  • Trong công nghiệp, natri cacbonat được dùng để nấu thủy tinh, xà phòng, làm giấy, đồ gốm, phẩm nhuộm, dệt
  • Điều chế nhiều muối khác của natri như borat, cromat..
  • Sản xuất keo dán gương, thủy tinh lỏng

Kali nitrat

Kết quả hình ảnh cho kali nitrat

Tính chất 

Kali nitrat (dpi{100} KNO_{3}) hay còn gọi là diêm tiêu là những tinh thể không màu, bền trong không khí, tan nhiều trong nước.

Nhiệt độ(°C) Độ tan (g/100g H2O)
10 20
20 32
40 64
80 169

Khi đun nóng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy (333°C), dpi{100} KNO_{3} bắt đầu bị phân hủy thành dpi{100} O_{2}dpi{100} KNO_{2}.

dpi{100} 2KNO_{3} overset{t^{o}}{rightarrow} 2KNO_{2} + O_{2}

Có tính oxi hóa mạnh

Xuất hiện ngọn lửa màu hoa cà khi đốt cháy do sự hiện diện của kali

Ứng dụng

  • Dùng làm phân bón (phân đạm, phân kali)
  • Dùng để chế tạo thuốc nổ
    Hình ảnh có liên quan
    Thuốc nổ đen từ Kali nitrat
  • Dùng trong bảo quản thực phẩm công nghiệp
  • Dùng điều chế oxi với lượng nhỏ trong phòng thí nghiệm
  • Được sử dụng trong một số kem đánh răng cho răng nhạy 

 

 

 

 

 

 

 

 

Người đóng góp
Những người thích bài viết này.
Show comments Hide comments
Comments to: Bài 25: Kim loại kiềm và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm
  • Tháng Ba 13, 2020

    Bài đầy đủ quá cảm ơn bạn! Mong bạn bổ sung thêm bài tập nữa

    Reply
    • Tháng Ba 20, 2020

      Chào bạn Khang Nguyễn,
      Cảm ơn bạn đã góp ý bài viết của Lecttr. Lecttr đã chuyển góp ý của bạn đến với tác giả và bộ phận chuyên môn để xử lý. Cảm ơn bạn đã quan tâm và đọc bài trên Lecttr!

      Reply
Write a response

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Attach images - Only PNG, JPG, JPEG and GIF are supported.