Mục lục bài viết

Kim loại kiềm là gì ? ứng dụng của kim loại kềm

Kim loại kiềm là gì ? Kim loại kiềm là tên gọi của các nguyên tố thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn (trừ nguyên tố hidro), đứng trước các nguyên tố kim loại kiềm thổ trong mỗi chu kỳ. Chúng gồm: Lithi (Li), Natri (Na), Kali (K), Rubidi (Rb), Cesi (Cs) và Franci (Fr). Trong đó Franci là nguyên tố phóng xạ nên không bền. Vì vậy khi nghiên cứu các tính chất đặc trưng của kim loại kiềm ta sẽ không đề cập đến nguyên tố Franci.

Cấu hình nguyên tử của các nguyên tố kiềm lần lượt là:

Li: [He] 2s1
Na: [Ne] 3s1
K: [Ar]4s1
Rb: [Kr] 5s1
Cs: [Xe] 6s1

Ta có thể thấy đặc điểm chung là đều có 1 electron lớp ngoài cùng, nên có xu hướng nhường 1e để tạo trạng thái bền vững là các ion dương +1. Chính vì vậy các nguyên tố này có khả năng hoạt động mạnh mẽ. Trong tự nhiên, chúng chủ yếu dưới dạng hợp chất, ít khi ở trạng thái đơn chất.

Tính chất vật lý của kim loại kiềm

Kim loại kiềm là các chất rắn màu trắng bạc. Các tinh thể ở dạng lập phương tâm khối, các liên kết trong mạng tinh thể đều yếu nên độ cứng thấp, các kim loại kiềm thổ đều khá mềm.
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, giảm dần từ Lithi đến Franci.

Nhiệt độ nóng chảy và sôi giảm dần từ lithium đến cesi:

Lithium (Li): 180,5 °C
Natri (Na): 97,8 °C
Kali (K): 63,5 °C
Rubidi (Rb): 39,3 °C
Cesi (Cs): 28,5 °C

Khối lượng riêng nhỏ với D< 5 g/cm3, độ dẫn điện lớn.

Tính chất hóa học của kim loại kiềm

Dựa vào cấu hình electron ta thấy các kim loại kiềm thổ có mức độ oxi hóa yếu nên tính khử của chúng rất mạnh và tăng dần theo chiều từ Lithi dến Cesi. Kim loại kiềm mang số oxi hóa +1 trong tất cả các hợp chất.

Phương trình oxi hóa tổng quát là: M→M+ + e

Các tính chất hóa học đặc trưng của nguyên tố kim loại kiềm gồm có:

Phản ứng với phi kim:

Tác dụng với oxi tạo oxit bazo:

Na + O2 → Na2O.

2Na + O2 → Na2O2 (natri peoxit)

Li + O2 → Li2O

Tác dụng với Halogen: 2K + Cl2 → 2KCl.

Phản ứng với dung dịch axit tạo ra muối và khí Hidro thoát ra. Cần lưu ý vì xảy ra hiện tượng nổ khi cho kim loại kiềm tác dụng với axit

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑

Phản ứng với nước tạo dung dịch bazo và khí hidro:

2K + 2H2O → 2KOH + H2↑

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑

Do kim loại kiềm dễ dàng tác dụng với nước, với oxi trong không khí nên để chúng được ngâm chìm trong dầu để bảo quản.

Cách điều chế kim loại kiềm

Các kim loại kiềm tồn tại dưới dạng hợp chất trong tự nhiên. Phương pháp điều chế kim loại kiềm phổ biến hiện nay là điện phân nóng chảy muối halogenua hoặc hiđroxit của kim loại kiềm trong điều kiện không có không khí.

Na được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp NaCl với 25% NaF và 12% KCl ở nhiệt độ cao, cực dương than chì và cực âm làm bằng Fe.

2NaCl → 2Na + Cl2

Li được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp LiCl và KCl.

Ngoài ra các kim loại kiềm còn được điều chế bằng phương pháp khử: Rb và Cs được điều chế bằng cách dùng Canxi khử muối clorua ở nhiệt độ cao và trong chân không:

2RbCl + Ca → CaCl2 + 2Rb

2CsCl + CaC2 → 2C + CaCl2 + 2Cs

Ứng dụng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đời sống và các hoạt động sản xuất công nghiệp

Ứng dụng của lithium (Li)

Pin lithium-ion: Lithium là thành phần chính trong pin lithium-ion, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử như điện thoại di động, laptop và xe điện nhờ vào khả năng lưu trữ năng lượng cao và thời gian sạc nhanh.
Chất bôi trơn: Hợp chất lithium (chẳng hạn như lithium stearat) được sử dụng để sản xuất chất bôi trơn chịu nhiệt cho các máy móc hoạt động ở điều kiện khắc nghiệt.
Chế tạo hợp kim nhẹ: Lithium được sử dụng trong hợp kim với nhôm để tạo ra vật liệu nhẹ nhưng bền chắc, ứng dụng trong công nghiệp hàng không vũ trụ.
Dược phẩm: Muối lithium (chẳng hạn như lithium carbonate) được sử dụng trong y học để điều trị các bệnh tâm thần như rối loạn lưỡng cực.

Ứng dụng của natri (Na)

Hóa chất công nghiệp: Natri kim loại được sử dụng trong sản xuất nhiều hợp chất hóa học khác như natri hydroxide (NaOH), natri peroxide (Na₂O₂), và natri clorua (NaCl).
Sản xuất xà phòng: Natri hydroxide (NaOH), hay còn gọi là “xút”, được sử dụng để sản xuất xà phòng và các sản phẩm tẩy rửa khác.
Làm mát lò phản ứng hạt nhân: Natri kim loại được dùng làm chất dẫn nhiệt trong một số lò phản ứng hạt nhân nhờ khả năng dẫn nhiệt cao và nhiệt độ nóng chảy thấp.
Đèn natri: Natri được sử dụng trong đèn natri áp suất cao, tạo ra ánh sáng màu vàng cam, thường được sử dụng trong chiếu sáng đường phố.

Ứng dụng của kali (K)

Phân bón: Kali là thành phần chính trong nhiều loại phân bón hóa học dưới dạng muối kali như kali clorua (KCl) và kali sunfat (K₂SO₄), rất quan trọng cho sự phát triển của cây trồng.
Chất làm khô: Kali kim loại được sử dụng làm chất làm khô (desiccant) để loại bỏ nước từ dung môi hữu cơ nhờ khả năng phản ứng mạnh với nước.
Y học: Kali clorua được sử dụng trong y học để điều chỉnh mức kali trong máu, đặc biệt trong trường hợp thiếu kali.

Ứng dụng của rubidi (Rb)

Nghiên cứu khoa học: Rubidi được sử dụng trong các nghiên cứu vật lý nguyên tử và quang học do có tính phản ứng cao và được dùng trong các máy phát nhiệt điện và pin nguyên tử.
Đồng hồ nguyên tử: Rubidi có thể được sử dụng trong đồng hồ nguyên tử, nhờ khả năng giữ thời gian chính xác và ổn định. Đồng hồ rubidi thường được sử dụng trong hệ thống định vị GPS và các hệ thống viễn thông.

Ứng dụng của cesi (Cs)

Đồng hồ nguyên tử: Cesium được sử dụng trong các đồng hồ nguyên tử chính xác nhất trên thế giới. Đồng hồ cesium là tiêu chuẩn để đo thời gian trên toàn cầu, với sai số cực nhỏ.
Chất xúc tác: Cesium được sử dụng làm chất xúc tác trong một số phản ứng hóa học, đặc biệt là trong các quá trình hydro hóa.
Dầu khoáng: Cesium được dùng làm chất làm khô trong các ứng dụng dầu mỏ, đặc biệt là trong các giếng dầu để tăng cường khả năng thu hồi dầu.
Công nghiệp điện tử: Cesium được dùng trong các tế bào quang điện, ống phát xạ điện tử và các thiết bị nhạy với ánh sáng khác.

Ứng dụng của franci (Fr)

Nghiên cứu hạt nhân: Do tính phóng xạ mạnh và thời gian sống ngắn, franci chỉ có ứng dụng giới hạn trong nghiên cứu khoa học và nghiên cứu trong vật lý nguyên tử