các nguyên tố kim loại kiềm thổ

CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ 1. Tính chất chung: - Đều có 2 electron hóa trị ns 2 → rất dễ mất 2 electron hóa trị đó để tạo ion dương M 2+ có cấu hình bền vững. - Có tổng năng lượng ion hóa I 1 và I 2 tương đối thấp, ái lực electron rất yếu, độ âm điện nhỏ, thế khử chuẩn khá âm → Là các kim loại hoạt động, kém hơn kim loại kiềm cùng chu kỳ. 2. Trạng thái thiên nhiên: - Do hoạt động khá mạnh, không tìm thấy chúng ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại dưới dạng hợp chất với các nguyên tố khác. - Berili: + Tương đối hiếm. + Khoáng vật quan trọng nhất của nó là berin (Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ). Các dạng berin trong suốt, thường bị tạp chất nhuốm màu: ngọc bích màu xanh lá cây, aquamari màu xanh da trời…. - Magie: + Là một trong những nguyên tố phổ biến nhất. + Có trong khoáng vật cacbonat, thành phần các khoáng silicat, có một lượng lớn trong nước biển, nước ngầm và nước của nhiều hồ, trong chất diệp lục của lá cây và trong các mô động vật. - Canxi: + Cũng là một trong những nguyên tố phổ biến nhất. + Phần lớn tồn tại dưới dạng silicat và alumilat trong các lớp đá macma, dạnh cacbonat trong đá vôi, đá phấn, dạng sunfat trong CaSO 4 và thạch cao. + Có trong nước thiên nhiên và là nguyên nhân gây nên tính cứng của nước, có trong động vật (nhiều nhất là trong xương), trong mô thực vật. - Stronti và bari: + Là những nguyên tố tương đối hiếm. + Các khoáng vật quan trọng của chúng: strontianit SrCO 3 , viterit BaCO 3 , baritin BaSO 4 . - Rađi: + Là nguyên tố rất hiếm. + Thường chỉ có trong các quặng của urani. 3. Điều chế: - Điều chế bằng cách điện phân muối clorua nóng chảy hoặc khử halogenua hay oxit của chúng bằng các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao. - Be: + Điều chế bằng điện phân hỗn hợp BeCl 2 và NaCl nóng chảy. + Khử BeCl 2 bằng Ca hay Mg. - Mg: được điều chế bằng nhiều phương pháp + Điện phân hỗn hợp halogenua nóng chảy ( MgCl 2 + CaCl 2 + NaCl) + Khử magie oxit bằng các chất khử hóa học: • Cách thứ nhất: dùng than cốc khử MgO trong lò điện ở 2100 0 C MgO + C → Mg + CO • Cách thứ hai: dùng ferosilic (hợp kim của Fe và Si, lượng Si không dưới 75%) hay alumosilic để khử hỗn hợp MgO và CaO trong các lò điện ở 1200 ÷ 1300 0 C và trong chân không: 2(Ca.MgO) + Si → Ca 2 SiO 4 + 2Mg - Ca, Sr, Ba: điều chế bằng cách điện phân muối clorua nóng chảy hoặc dùng Al, Mg hay Si để khử các oxit kim loại ở 1200 0 C trong chân không. 2Al + 4CaO → CaO.AL 2 O 3 + 3Ca Si + 3BaO → BaSiO 3 + 2Ba - Rađi: điều chế bằng cách điện phân dung dịch rađi clorua. 4. Tính chất lí học: - Xu hướng biến đổi tính chất lí học giống các kim loại kiềm. - Do điện tích hạt nhân tăng → Bán kính ion và bán kính nguyên tử nhỏ hơn so với kim loại kiềm, số electron liên kết trong KL kiềm thổ lớn gấp đôi → Liên kết KL trong KL kiềm thổ mạnh hơn trong KLK ⇒ Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lương riêng và độ cứng của KL kiềm thổ đều cao hơn so với KLK tương ứng. - Dạng đơn chất Be có màu xám sáng, còn KL kiềm thổ có màu trắng bạc, để lâu trong không khí chúng bị phủ 1 lớp màu xám hoặc vàng nhạt. - Cấu trúc mạng tinh thể: + Be và Mg: Lục phương + Ca, Sr: Lập phương tâm mặt + Ba, Ra: Lập phương tâm khối - Do các KL kiềm thổ có cấu trúc mạng lưới tinh thể khác nhau → nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi biến đổi không theo một quy luật nhất định như KLK. - Đều dẫn điện khá tốt, đặc biệt là Mg và Ca. - Ca, Sr, Ba và các hợp chất dễ bay hơi của chúng khi đưa vào ngọn lửa làm cho ngọn lửa có màu đặc trưng: + Ca cho màu đỏ da cam + Sr cho màu đỏ son + Ba cho màu lục hơi vàng. 5. Tính chất hóa học: - Là những KL hoạt động mạnh. + Để ngoài không khí:  Be, Mg tạo lớp màng oxit mỏng, xám mờ → không bị oxi hóa tiếp.  Ca, Sr, Ba bị phủ lớp màng xốp hơn màu vàng nhạt → Ca, Sr, Ba được bảo quản trong dầu hỏa hay trong bình kín. - Tác dụng mãnh liệt với các phi kim hoạt động mạnh. + Tác dụng với halogen ngay ở điều kiện thường. + Đun nóng trong không khí, KL kiềm thổ PƯ mạnh với oxi, nito tạo oxit MO và nitrua M 3 N 2 : Mg + O 2 → 2MgO 3Mg + N 2 → Mg 3 N 2 + Ca, Sr, Ba PƯ với hiđro khi đun nóng: VD: Ca PƯ với H 2 ở 150 0 C Ca + H 2 → CaH 2 Các hợp chất MH 2 tạo thành đều là hợp chất ion, bền hơn các hiđrua ion của KLK. + Mg chỉ kết hợp với H 2 tạo ra MgH 2 ở nhiệt độ 570 0 C và áp suất lớn của khí H 2 (200atm) với sự có mặt của magie iođua. MgH 2 là hợp chất coonhj hóa trị. + Be không PƯ trực tiếp với H 2 - PƯ mạnh với nước ngay ở nhiệt độ thường: Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2 ↑ + Mức độ PƯ tăng theo trật tự Ca < Sr < Ba + Mg tác dụng chậm với nước lạnh do tạo ra Mg(OH) 2 ít tan, khi đun nóng, PƯ xảy ra mạnh hơn Mg + 2H 2 O → Mg(OH) 2 + H 2 ↑ + Be không PƯ với nước do có lớp BeO bền chắc bảo vệ. - PƯ mãnh liệt với axit: M + 2HCl → MCl 2 + H 2 + Mg không PƯ với HF và H 3 PO 4 do tạo thành các muối ít tan. + Be bị thụ động hóa trong HNO 3 và H 2 SO 4 đặc nguội. - Be là kim loại hoạt động yếu nhất trong phân nhóm, hiđroxit của nó là chất lưỡng tính → PƯ với dd axit và dd kiềm tạo phức chất kiểu cation và anion: Be + 2H 3 O + + 2H 2 O → [Be(H 2 O) 4 ] 2+ + H 2 ↑ Be + 2OH - + 2H 2 O → [Be(OH) 4 ] 2- + H 2 ↑ - Be tan trong kiềm nóng chảy tạo muối berilat: Be + 2NaOH → Na 2 BeO 2 + H 2 ↑ (nóng chảy) (Natri berilat) - Đẩy được oxit KL và PK có tính khử yếu hơn ra khỏi oxit của chúng như B 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CO 2 , SiO 2 …. 2Be + TiO 2 → Ti + 2BeCl 2 3Ca + Al 2 O 3 → 3CaO + 2Al - Khử được các clorua của các KL khác, kể cả nguyên tố họ lantan và họ actini tới KL: TiCl 4 + 2Mg → Ti + 2MgCl 2 UF 4 + 2Mg → U + 2MgF 2 - Ca, Sr, Ba tan trong amoniac lỏng tạo dd màu xanh, mức độ hòa tan kém hơn KLK. 6. Ứng dụng: - Berili: + Chế tạo hợp kim tính chống gỉ, bền cơ học và độ cứng cao. + Làm thành chắn lò phản ứng hạt nhân, chất hãm và chất phản xạ nơtron. - Magie: + Là KL nhẹ nhất được sử dụng trong kiến trúc. + Dùng để sản xuất hợp kim chế tạo máy bay, ôtô và máy moác + Dùng trong kĩ thuật tên lửa. + Bảo vệ KL chống ăn mòn điện hóa: bảo vệ cầu, ống dẫn dầu, bồn chứa… - Các KLK thổ (trừ Be) được dùng khử tạp khỏi KL, hợp kim hoặc khí. - Rađi dùng chủ yếu để chữa các khối u và một số bệnh khác. CATION CỦA CÁC KLK THỔ - Trừ Be, các hợp chất của KLK thổ đều là hợp chất ion. - Cation của KLK thổ đều có cấu hình electron của khí hiếm → đều không màu và nghịch từ. - Liên kết với các anion trong tinh thể mạnh hơn → tạo hợp chất có độ bền cao hơn so với các ion KLK. - Có bán kính vào loại khá lớn, điện tích trung bình → Khả năng tạo thành phức chất của chúng không mạnh, mạnh nhất ở Be sau đó đến Mg và Ca. - Mg và Ca thể hiện rõ khuynh hướng tạo phức chất trong dung dịch. CÁC OXIT CỦA KLK THỔ 1. Oxit MO - Điều chế trong PTN bằng cách điện phân muối cacbonat hay nitrat tương ứng CaCO 3 → CaO + CO 2 2Sr(NO 3 ) 2 → 2SrO + 4NO 2 + O 2 - Dùng than khử muối cacbonat ở nhiệt độ thấp hơn: BaCO 3 + C → BaO + 2CO - Trong công nghiệp, sản xuất oxit KLK thổ từ muối cacbonat tự nhiên. - Đều là chất bột màu trắng. - Năng lượng mạng lưới lớn và nhiệt hình thành khá âm → rất khó nóng chảy và rất bền nhiệt. - Đều có cấu trúc theo mạng lập phương trừ Be: + α-BeO cấu trúc theo mạng lục phương. + β-BeO cấu trúc theo mạng tứ phương. - Trừ BeO, tất cả các oxit của KLK thổ đều là oxit bazo mạnh. + MgO dạng bột xốp ít tan trang nước, dạng tinh thể PƯ chậm với nước. + Các oxit còn lại PƯ rất mạnh với nước và tỏa nhiệt. - Khả năng hấp thụ khí cacbonic trong không khí và hòa tan dễ dàng trong các axit. - BeO không tan trong nước, là chất lưỡng tính → khi đun nóng tác dụng với dd axit và kiềm tạo ion phức bền, tác dụng với bazo và oxit axit khi nóng chảy tạo ra muối. - Bị KLK, Al, Si khử đến KL ở nhiệt độ cao. - BeO, MgO khi bị nung trở nên bền về mặt hóa học, không tan trong cả axit. - Canxi oxit (CaO): gọi là vôi sống + Là nguồn rất rẻ để cung cấp ion hidroxit (OH - ). + Được sản xuất với lượng lớn thứ hai (sau axit sunfuric) bằng cách nung đấ vôi. 2. Peoxit (MO 2 ) và supeoxit (MO 4 ) - Do có hoạt tính hóa học cao, bán kính ion lớn → Ca, Sr, Ba có khả năng tạo thành các hợp chất peoxit (MO 2 ). - PP chung điều chế peoxit là cho hidroxit tương ứng tác dụng với hidropeoxit (H 2 O 2 ) → các hidrat MO 2 .8H 2 O → mất nước ở 100 – 130 0 C thu được các peoxit tự do. Ca(OH) 2 + H 2 O 2 + 6H 2 O → CaO 2 .8H 2 O CaO 2 .8H 2 O → CaO 2 + 8H 2 O - Peoxit SrO 2 , BaO có thể điều chế bằng cách cho oxit kết hợp trực tiếp với oxi. - Các supeoxit [M(O 2 ) 2 ] có thể điều chế bằng cách đun nóng peoxit dưới áp suất cao của O 2 , đun nóng các hidrat của peoxit với dd H 2 O 2 30%. CaO 2 .8H 2 O + 2H 2 O 2 → Ca(O 2 ) 2 + 10H 2 O - Các peoxit của Ca, Sr, Ba đều là chất rắn màu trắng, khó tan trong nước. DD của chúng có môi trường kiềm và có tính chất của H 2 O 2 vì MO 2 + 2H 2 O ⇔ M(OH) 2 + H 2 O 2 - Độ bền của peoxit nói chung tăng theo dãy từ Be → Ba. - Các supeoxit của Ca, Sr, Ba đều là các chất màu vàng, khi tương tác với nước bị phân hủy thành peoxit và oxi. Độ bền nhiệt của supeoxit giảm nhanh theo dãy từ Ca → Ba. HIĐROXIT CỦA KLK THỔ - Công thức chung M(OH) 2 . - Be(OH) 2 , Mg(OH) 2 được điều chế bằng cách cho muối tan của chúng tác dụng với kiềm: BeCl 2 + 2NaOH → Be(OH) 2 ↓+ 2NaCl - Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 điều chế bằng cách cho oxit của chúng tác dụng với nước: SrO + H 2 O → Sr(OH) 2 - Các M(OH) 2 khan đều ở dạng bột màu trắng. - Be(OH) 2 , Mg(OH) 2 rất ít tan trong nước, Ca(OH) 2 cũng ít tan trong nước. - Các hidroxit của KLK thổ đều không bền nhiệt, đun nóng bị loại nước biến thành oxit. Độ bền nhiệt tăng từ Be → Ba. - M(OH) 2 tan trong nước là các bazo mạnh. Be(OH) 2 Mg(OH) 2 Ca(OH) 2 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2 Tính bazo tăng + Be(OH) 2 : bazo yếu, lưỡng tính. + Mg(OH) 2 : bazo trung bình. + Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ca(OH) 2 : bazo mạnh. - Đều tác dụng với axit tạo muối, riêng Be(OH) 2 còn tác dụng với kiềm đậm đặc tạo phức chất tetrahiđroxoberilat: Be(OH) 2 + 2NaOH → Na 2 [Be(OH) 4 ] - Mg(OH) 2 tan một phần trong dd muối amoni. - Có khả năng hấp thụ CO 2 biến thành cacbonat: Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O - Có ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trong kĩ nghệ: làm vữa vôi trong xây dựng, ứng dụng để sản xuất giấy, xử lí nước, sản xuất đường… . tính chất lí học giống các kim loại kiềm. - Do điện tích hạt nhân tăng → Bán kính ion và bán kính nguyên tử nhỏ hơn so với kim loại kiềm, số electron liên kết trong KL kiềm thổ lớn gấp đôi → Liên. Là các kim loại hoạt động, kém hơn kim loại kiềm cùng chu kỳ. 2. Trạng thái thiên nhiên: - Do hoạt động khá mạnh, không tìm thấy chúng ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại dưới dạng hợp chất với các. CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ 1. Tính chất chung: - Đều có 2 electron hóa trị ns 2 → rất dễ mất 2 electron