Kim loại kiềm thổ là gì ?

Kim loại kiềm thổ là gì ?

Kim loại kiềm thổ là gì ?

Kim loại kiềm thổ là các nguyên tố thuộc nhóm IIA (nhóm 2) trong bảng tuần hoàn, bao gồm: beri (Be), magiê (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba),radi (Ra). Những nguyên tố này có tính chất hóa học tương tự nhau do có cấu hình electron ở lớp ngoài cùng giống nhau, với 2 electron ở lớp vỏ hóa trị.

Chúng được gọi là “kiềm thổ” vì khi phản ứng với nước hoặc axit, chúng tạo ra dung dịch có tính kiềm (bazơ), và nhiều hợp chất của chúng tồn tại dưới dạng khoáng chất trong lòng đất.

Các kim loại kiềm thổ bao gồm:

  1. Beri (Be) – số nguyên tử 4
  2. Magiê (Mg) – số nguyên tử 12
  3. Canxi (Ca) – số nguyên tử 20
  4. Stronti (Sr) – số nguyên tử 38
  5. Bari (Ba) – số nguyên tử 56
  6. Radi (Ra) – số nguyên tử 88 (là một nguyên tố phóng xạ)

Các kim loại kiềm thổ chiếm tỉ lệ 4,16% trong vỏ Trái Đất, trong đấy Canxi chiếm 67%, Magnesi chiếm 31%, Bari chiếm 1.4%, Stronti chiếm 0.6%, còn lại lượng nhỏ là Beri và Radi. Trong tự nhiên chúng ít khi tồn tại ở dạng đơn chất mà thường kết hợp với các gốc hóa học khác.

Vị trí kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn hóa học
Vị trí kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn hóa học

Vị trí, cấu tạo của kim loại kiềm thổ

Nhìn vào bảng tuần hoàn các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, đứng sau nhóm kim loại kiềm nhóm IA. Cấu hình electron của các nguyên tố kiềm thổ như sau:

Nguyên tố Be Mg Ca Sr Ba
Cấu hình e [He] 2s2 [Ne] 3s2 [Ar] 4s2 [Kr] 5s2 [Xe] 6s2

Cấu tạo chung của các nguyên tố này đều là xs2, đều có 2 electron ở lớp ngoài cùng nên có khuynh hướng nhường 2e để tạo cấu hinh bền vững – các ion dương có điện tích +2. Vì vậy các kim loại kiềm thổ có trạng thái hoạt động hóa học tương đối mạnh.

Tính chất vật lý

  • Là các kim loại có màu trắng bạc, mềm hơn nhiều so với các kim loại chuyển tiếp nhưng cứng hơn kim loại kiềm.
  • Độ dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, mặc dù thấp hơn kim loại kiềm.
  • Khối lượng riêng cao hơn kim loại kiềm.
  • Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối cao, nhưng giảm dần khi đi từ beri đến bari
Màu sắc các kim loại kềm thổ
Màu sắc các kim loại kềm thổ

Dưới đây là bảng tổng hợp một số tính chất vật lý của nhóm kim loại kiềm thổ:

Nguyên tố Khối lượng riêng (g/cm3) Nhiệt độ sôi (oC) Nhiệt độ nóng chảy (oC) Mạng tinh thể Độ cứng Độ dẫn điện (s/m)
Be 1.85 2770 1280 Lục phương 5.5 31,3 . 10^6
Mg 1.74 1110 650 Lục phương 2.5 22,6 . 10^6
Ca 1.55 1440 838 Lập phương tâm diện 1.75 29,8. 10^6
Sr 2.6 1380 768 Lập phương tâm diện 1.5 7,62 . 10^6
Ba 3.5 1640 714 Lập phương tâm khối 1.25 3. 10^6
Ra 5.5 ? ?

Tính chất hóa học

Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nhờ cấu trúc có thừa 2 electron ở lớp ngoài cùng. Tính khử tăng dần từ Be đến Ba theo chiều tăng dần của bán kính nguyên tử

 Tác dụng với nước:

  • Ca, Sr, Ba tác dụng với nước tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí H2:

 Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

  • Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành Magie oxit:

  Mg + H2O → MgO + H2↑

  • Beri không tan trong nước dù ở bất kỳ nhiệt độ nào. Nhưng có thể tan trong các dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng tạo phức berilat:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

Be + 2 NaOH nóng chảy → Na2BeO2 + H2

Tác dụng với phi kim:

  • Các kim loại kiềm thổ đều phản ứng với oxi khi bị đốt nóng trong không khí tạo ra oxit (phản ứng cháy):

2 Ca + O2 → 2 CaO

  • Tác dụng mạnh mẽ với các Halogen, lưu huỳnh, photpho, cacbon… tạo muối

Ca + Cl2  →CaCl2

Mg + Si →Mg2Si

  • Do có ái lực lớn hơn oxi nên các kim loại kiềm thổ có thể khử được nhiều oxit bền như CO2, SiO2, Cr2O3, Al2O3…

2Be + TiO2  →  2BeO + Ti

2Mg + CO2 →  2MgO + C

Tác dụng với dung dịch axit

  • Tác dụng với axit trong điều kiện thường tạo muối và giải phóng khí H2:

Mg + H2SO4 →  MgSO4 + H2

  • Tác dụng với axit đặc nóng như HNO3 đ, H2SO4 đ,n:

4Ca + 10HNO­3 (l) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Mg + H2SO4 → MgSO4 + SO2+ H2O

Phương pháp điều chế kim loại kiềm thổ

Do khả năng hoạt động hóa học mạnh nên các kim loại kiềm thổ tồn tại dưới dạng hợp chất. Để điều chế kim loại kiềm thổ phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay là điện phân nóng chảy muối của chúng:

CaCl2 ​ → Ca+Cl2

​MgCl2 → Mg+Cl2

Ứng dụng của kim loại kiềm thổ

Trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp các kim loại kiềm thổ được ứng dụng trong nhiều ngành nghề:

  • Beri: Được sử dụng trong chế tạo hợp kim đồng – beri, sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo độ dẫn điện, các điện cực hàn điểm, lò xo… Beri được sử dụng trong các thiết bị phát hiện tia X, thiết bị phản xạ và điều tiết neutron…
  • Magie:

– Sử dụng trong chế tạo hợp kim cứng, bền và nhẹ trong sản xuất các phụ tùng, linh kiện máy bay, ô tô, tên lửa… và sản xuất pháo hoa. Magie còn được sử dụng để khử lưu huỳnh trong quặng sắt.

– Hợp chất của Magie, như MgO – là vật liệu chịu lửa trong các lò luyện kim, MgCO3 là bột khô sử dụng cho các vận động viên thể dục dụng cụ, cử tạ….

  • Canxi:

– Là chất khử trong điều chế kim loại như urani, thori…

– Canxi hoặc hợp chất của canxi dùng trong sản xuất xi măng, vôi trong xây dựng.

– Canxi là 1 khoáng chất cần thiết đối với con người, tham gia vào sự cấu tạo của răng, xương cũng như nhiều chức năng sinh học của cơ thể.

  • Stronti:

– Sử dụng trong chế tạo hợp kim, trong nghiên cứu về giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh.

– Muối của Stronti được sử dụng trong sản xuất pháo hoa…

  • Bari:

– Kim loại Bari sử dụng trong chế tạo hợp kim.

– Hợp chất BaSO4 được sử dụng làm chất cản quang phóng xạ trong chụp X-quang. BaCO3 sử dụng trong sản xuất thủy tinh. BaNO3 sử dụng trong chế tạo pháo hoa…

5/5 - (1 bình chọn)

Để lại một bình luận