VỊ TRÍ, CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CỦA KIM ...

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 tính chất của kim loại kiềm thổ

Nguyên tố	Be	Mg	Ca	Sr	Ba
Cấu hình electron	[He]2s2	[Ne]3s2	[Ar]4s2	[Kr]5s2	[Xe]6s2
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 chủ yếu những hợp chất trong đó liên kết giữa Be với các nguyên tố khác là liên kết 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 tính chất 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 đổi không theo một chiều. Vì các 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 biến đổi không dần đều vì cấu trúc mạng tinh thể khác nhau: Be cứng nhất 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 các kim loại kiềm thổ tăng từ Be → Ba.

M → M2+ + 2e

1. Tác dụng với phi kim

a. Tác dụng với oxi:

- Khi đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy tạo oxit, phản ứng phát ra nhiều nhiệt.

Ví dụ: 2Mg + O2 → 2MgO

* 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 các phi kim khác

- Khi đun nóng, tất cả các 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 các hợp chất mức oxi hoá thấp hơn.

M + HNO3 → M(NO3)n + {NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3} + H2O

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

c. Tác dụng với dung dịch H2SO4 đđ:

- Kim loại kiềm thổ khử S +6 thành các hợp chất mức oxi hoá thấp hơn.

M + H2SO4 đặc, nóng → M2(SO4)n + {SO2, S, H2S} + H2O

Ví dụ: 4Mg + 5H2SO4 (đặc) → 4MgSO4 + H2S + 4H2O

3. Tác dụng với nước

- Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

Be + 2NaOH(nóng chảy) → Na2BeO2 + H2

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

Mg + 2H2O → 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 tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ:

Ba + 2H2O → 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 tồn tại dạng ion M2+ trong các hợp chất.

- Phương pháp cơ bản là điện phân muối nóng chảy của chúng.

Ví dụ: CaCl2 → Ca + Cl2↑

MgCl2 → Mg + Cl2↑

- Một số phương pháp 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 + 2MgO + Si → 2Mg + CaO.SiO2

+ Dùng nhôm hay magie khử muối của Ca, Sr, Ba trong chân không ở 1100◦C→1200◦C.

2Al + 4CaO → CaO.Al2O3 + 3Ca

2Al + 4SrO → SrO. Al2O3 + 3Sr

2Al + 4BaO → BaO. Al2O3 + 3Ba

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 hợp kim có tính cứng, nhẹ, bền để chế tạo 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 chế tạo chất chiếu sáng ban đêm dùng trong pháo sáng, máy ảnh.

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