Bài giảng Hóa đại cương vô cơ: Chương 3 - Nguyên tố nhóm I

CHƢƠNG 3: NGUYÊN TỐ NHÓM I 40 NGUYÊN TỐ NHÓM I Mục tiêu  Trình bày liên quan cấu tạo nguyên tử tính chất nguyen tố IA, IB  Kể ứng dụng hợp chất Li, Na, K, Cu Ag Y – Dược 41 NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) Li - Na - K - Rb - Cs - Fr 1.1 Trạng thái thiên nhiên  Do hoạt động hóa học mạnh nên kim loại kiềm thiên nhiên chủ yếu dạng hợp chất:  Nguồn thiên nhiên chủ yếu Lithi [LiAl(Si2O6)]  Natri (NaCl nước biển, NaNO3)  Kali (KCl nước biển, quặng KCl.MgCl2.6H2O)  Rubidi (lượng nhỏ quặng lithi)  Cesi (Cs4Al4Si9O26.H2O)  Franci (viết chuỗi phản ứng phóng xa 42 235U) NHĨM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.1 Trạng thái thiên nhiên 43 NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.2 Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu 44 NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.2 Các phản ứng & hợp chất thơng dụng 1.2.1 Tính khử kim loại kiềm 1/ Khử H nước từ +1 0: 2E (r) + 2H20(l) → 2E+ (aq) + 2OH- (aq) +H2 (k) Phản ứng mạnh kim loại phía nhóm, ví Rb Cs phản ứng nổ 2/ Khử Oxy tạo loại oxyd: 4Li (r) + O2 (k) → 2Li2O (r) (Lithi oxyd) 2Na(r) + O2(k)→Na2O2(r) (Natri peroxyd) K(r) + O2(k) → KO2(r) (kali superoxyd) (tương tự cho Rb, Cs) 45 NHĨM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.2 Các phản ứng & hợp chất thơng dụng 1.2.1 Tính khử kim loại kiềm 3/ Khử hydro tạo muối hydrid hợp chất ion: 2E (r) + H2 (k) → 2EH (r) 4/ Khử halogen tạo muối halogenid (hay halid) hợp chất ion: 2E (r) + X2 → 2EX (r) 46 NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.2 Các phản ứng & hợp chất thông dụng 1.2.2 Ứng dụng nguyên tố IA  Natri clorid (NaCl) nguyên liệu quan trọng cho sản xuất natri kim loại, sản xuất xút, sản xuất sản phẩm thông dụng HCl Na2SO4  Natri hydroxyd dùng chế tạo dung dịch tẩy trắng, ví dụ nước Javen  Ion Na+ nhựa cationit (Na2Z) trao đổi với ion nước cứng q trình làm mềm nước 47 NHĨM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.2 Các phản ứng & hợp chất thơng dụng 1.2.3 Các phản ứng định tính thường gặp  Kết hợp E+ với anion lớn để tạo muối muối kép kết tủa Ví dụ: Định tính Na+: Na+(aq)+Zn(UO2)3(CH3COO)8(aq)+CH3COOH(aq) →NaZ(UO2)3(CH3COO)9(r)+ H+(aq) Tủa tinh thể màu vàng lục (hình nhẫn)  Do khoảng cách lớp lượng khác kim loại kiềm nên nguyên tố hay muối chúng có màu đặc trưng n gọn lửa: Lithi (màu đỏ), natri (màu vàng), kali (màu tím), rubidi (tím hồng), cesi ( xanh da trời) 48 NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 1.2 Các phản ứng & hợp chất thông dụng 1.2.4 Những hợp chất thông dụng  Lithi clorid (LiCl) lithi bromid (LiBr) dùng máy hút ẩm, máy làm lạnh khơng khí  Natri clorid (NaCl) dùng sản xuất Na, NaOH, Na2CO3 (dùng công nghiệp thủy tinh), NaHCO3 (dễ tách CO2 nhiệt độ thấp dùng làm bột nở thiết bị chống cháy)  NaOH nguyên liệu chế tạo chất tẩy rửa, muối natri phosphat alcol  Kali nitrat (KNO3) dùng làm thuốc nổ pháo hoa 49 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.1 Trạng thái thiên nhiên  Đồng thiên nhiên phổ biến vàng bạc Nó tồn chủ yếu dạng Cu2S, CuS, CuFeS2  Bạc thường dạng sulfid Ag2S tự (Ag)  Vàng tồn chủ yếu dạng tự (Au) thành hạt lẫn đá thạch anh, cát lẫn với quặng đồng, bạc 52 NHĨM IB (Cu – Au - Ag) 2.2 Đặc tính nguyên tử vật lý  Các nguyên tố nhóm IB có chung cấu hình (n-1)d10ns1  Tính chất kim loại nguyên tố IB yếu so với nguyên tố IA, dẫn đến tính ion liên kết hợp chất đồng, bạc vàng nhỏ nhiều  Các nguyên tố IB có số oxy hóa cao lớn số thứ tự nhóm Thực tế số oxy hóa bền bạc +1, đồng +2, vàng +3 53 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.2 Đặc tính nguyên tử vật lý 54 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.2 Đặc tính nguyên tử vật lý  Chú ý: tính kim loại yếu nên tất trạng thái oxy hóa dương khơng bền, dễ chuyển trạng thái oxy hóa khơng (Cu0, Ag0, Au0)  Các kim loại IB có màu riêng: Ag (màu trắng), Cu (màu đỏ), Au (màu vàng chói)  Đồng, bạc, vàng tạo nhiều phức chất với vai trị ion trung tâm 55 NHĨM IB (Cu – Au - Ag) 2.3 Những phản ứng hợp chất thƣờng gặp 2.3.1 Đồng có số oxy hóa +2 đặc trưng +1  Oxyd:  4CuO (r) → 2Cu2O (r) + O2 (k)  CuO (r) + 2HCl (aq) → CuCl2 (aq) + H2O  Hydroxyd: đồng (II) hydroxyd màu xanh, không tan nước, dễ tan acid, kiềm đặc dung dịch amoniac:  Cu(OH)2 (r) + H2SO4 (aq) → CuSO4(aq) + 2H2O  Cu(OH)2 (r) + 2NaOH (aq) → Na2[Cu(OH)4] (aq)  Cu(OH)2 (r) + 4NH4 (aq) → [Cu(NH3)4](OH)2(aq) 56 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.3 Những phản ứng hợp chất thƣờng gặp 2.3.1 Đồng có số oxy hóa +2 đặc trưng +1  Muối, phức chất:  Các muối đồng (II) ngậm nước có màu xanh, đun nóng để loại kết tinh muối trở nên khơng màu, ví dụ CuSO4 khan màu trắng  Ion Cu2+ có tính oxy hóa, bị khử đến Cu+, Cu0: – Cu2+(aq) + Fe (r) → Cu(r) + Fe2+ (aq) – 2Cu2+(aq) + aI-(aq) → 2CuI(r) + I2 (aq)  Ion Cu2+ chất tạo phức mạnh Trong dung dịch nước ion Cu2+ tạo phức có số phối trí [Cu(H2O)4]2+ xanh lam, [Cu(NH3)4]2+ xanh chàm, [Cu(etylendiamin)2]2+ xanh chàm đậm 57 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.3 Những phản ứng hợp chất thƣờng gặp 2.3.2 Bạc có số oxy hóa đặc trưng +1  Oxyd: 2Ag2O → 4Ag + O2  Hydroxyd: AgOH không tách dạng hình thành phân hủy:  2Ag+(aq) + 2OH- (aq) → 2AgOH (r) + Ag2O (r) +H2O  Ag2O tan tác dụng phần với nước tạo dung dịch có tính kiềm  Ag2O(r) + H2O 2AgOH → 2Ag+(aq) + 2OH- (aq) 58 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.3 Những phản ứng hợp chất thƣờng gặp 2.3.2 Bạc có số oxy hóa đặc trưng +1  Muối, phức chất  Hầu hết muối Ag+ không tan nước (trừ AgNO3, AgClO3, AgF)  Các muối Ag+ Có tính oxy hóa, nhận electron chuyển Ago: 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2  Phản ứng với chất khử yếu hữu aldehyd, glucose  Ion Ag+ dễ tạo phức với nhiều phối tử nên muối khó tan chuyển thành phức dễ tan: AgX (r) + 2NH3 (aq) → [Ag(NH3)2]+ (aq) + X- (aq) 59 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.3 Những phản ứng hợp chất thƣờng gặp 2.3.2 Vàng có số oxy hóa đặc trưng +2  Oxyd: (Au2O) màu nâu, dễ bị phân hủy: 2Au2O3 → 4Au + 3O2  Hydroxyd: (Au(OH)3) bột màu nâu đỏ, khơng tan nước, bền, có tính lưỡng tính nên tan acid kiềm Au(OH)3(r) + 4HCl (aq) → H[AuCl4](aq) + 3H2O Au(OH)3(r) + NaOH (aq) → Na[Au(OH)4] 60 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.3 Những phản ứng hợp chất thƣờng gặp 2.3.2 Vàng có số oxy hóa đặc trưng +2  Muối, phức chất:  Muối đơn giản thơng dụng vàng (III) clorid (AuCl3) Nó có tính oxy hóa mạnh, dễ bị khử Ag+ 2AuCl3 + 3H2O2 → 2Au + 3O2 + 6HCl AuCl3 + 3FeSO4 → Au + Fe2(SO4)3 + FeCl3  Các phức Au3+ có cấu hình vng phẳng đặc trưng cấu hình electron d8 61 NHĨM IB (Cu – Au - Ag) 2.4 Vai trò & ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 2.4.1 Đồng  Là nguyên tố vi lượng thiết yếu, người lớn cần 1,52g/ngày  Đồng thúc đẩy tạo máu, làm cho hồng cầu non mau trưởng thành, tăng cường tác dụng sinh lý Fe  Đồng có mặt sắc tố hơ hấp, nhiều enzym phân bố rộng rãi thể để điều chỉnh chuyển hóa protid, lipid, glucid  Đồng điều chỉnh hấp thu phân bố vitamin C, A, E,P tăng sức đề kháng thể chống nhiễm độc, nhiễm trùng 62 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.4 Vai trị & ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 2.4.1 Đồng  Hợp chất đồng có nhiều ứng dụng y học  Đồng gluconat, CuCl2.2H2O CuSO4.5H2O ghi thức chuyên luận thuốc  Đồng vị phóng xạ 64Cu dùng nghiên cứu chuyển hóa chất khống  Các hợp chất đồng cịn dùng làm thuốc diệt nấm, trùng, đặc biệt tốt diệt tảo 63 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.4 Vai trò & ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 2.4.2 Bạc  Ion Ag+ có tác dụng tiệt trùng nồng độ nhỏ, khoảng 10M  Do kết tủa protein clorid mô bị tổn thương, với tính oxy hóa Ag+, hợp chất bạc, ví dụ AgNO3, có tác dụng diệt mầm bệnh chỗ 64 NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 2.4 Vai trò & ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 2.4.2 Bạc  Để làm thuốc diệt khuẩn dùng ngoài, người ta tạo chế phẩm chứa bạc hợp chất có tác dụng kéo dài Ví dụ: Bạc sulfadiazin (C10H9AgN4O2S = 357,13) dùng phòng chữa nhiễm khuẩn vết thương, vết bỏng  Các chế phẩm dược dụng bạc nhạy cảm với ánh sáng, dễ chuyển ion Ag+ thành Ag màu đen nên gây vấn đề thẩm mỹ sử dụng, phải bảo quản thuốc bao bì tránh ánh sáng 65 NHĨM IB (Cu – Au - Ag) 2.4 Vai trò & ứng dụng Y – Dƣợc Độc tính 2.4.3 Vàng  Hiện hợp chất vàng dùng điều trị viêm khớp dạng thấp luput ban đỏ  Ví dụ: Auranofin, Aurothioglucose, Gold sodium thiomalat  Đồng vị vàng phóng xạ số bệnh ác tính 66 198Au dùng điều trị