KIM LOẠI KIỀM THỔ A ĐƠN CHẤT I VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO Vị trí kim loại kiềm thổ bảng tuần hoàn Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA bảng tuần hồn, gồm ngun tố : beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) rađi (Ra) Trong chu kì, nguyên tố kim loại kiềm thổ đứng sau nguyên tố kim loại kiềm Cấu tạo tính chất nguyên tử kim loại kiềm thổ Cấu hình electron : Kim loại kiềm thổ nguyên tố s Lớp nguyên tử có 2e phân lớp ns2 So với electron khác nguyên tử hai electron ns2 xa hạt nhân cả, chúng dễ tách khỏi nguyên tử Các cation M2+ kim loại kiềm thổ có cấu hình electron ngun tử khí đứng trước bảng tuần hồn Số oxi hố : Các ion kim loại kiềm thổ có điện tích 2+ Vì hợp chất, ngun tố kim loại kiềm thổ có số oxi hố +2 Thế điện cực chuẩn : Các cặp oxi hoá - khử M2+/M kim loại kiềm thổ điện cực chuẩn âm II TÍNH CHẤT VẬT LÍ Các kim loại kiềm thổ có số tính chất vật lí giống : Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi tương đối thấp (trừ beri) Độ cứng có cao kim loại kiềm, nhìn chung kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp Khối lượng riêng tương đối nhỏ, chúng kim loại nhẹ nhôm (trừ bari) Một số số vật lí kim loại kiềm thổ Nguyên tố Be Mg Ca Sr Ba Nhiệt độ nóng chảy (OC) 1280 650 838 768 714 Nhiệt độ sôi (OC) 2770 1110 1440 1380 1640 Khối lượng riêng (g/cm3) 1,85 1,74 1,55 2,6 3,5 2,0 1,5 1,8 Độ cứng (lấy kim cương 10) III TÍNH CHẤT HỐ HỌC Một số đại lượng đặc trưng 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) 0,11 0,16 0,20 0,21 0,22 -1- Năng lượng ion hoá I2 1800 1450 1150 1060 970 1,57 1,31 1,00 0,95 0,89 - 1,85 - 2,37 - 2,87 - 2,89 - 2,90 (kJ/mol) Độ âm điện Thế điện cực chuẩn Eo M 2 /M (V) Mạng tinh thể Lập phương tâm Lục phương diện Lập phương tâm khối Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh, yếu so với kim loại kiềm Tính khử kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba Tác dụng với phi kim Khi đốt nóng, kim loại kiềm thổ bốc cháy khơng khí tạo oxit o t 2Mg + O2 2MgO Tác dụng với halogen tạo muối halogenua to Ca + Cl2 CaCl2 Tác dụng với axit Ca + 2HCl CaCl2 + H2 Xem phim Tác dụng với nƣớc Ca, Sr, Ba tác dụng với H2O nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazơ Mg tác dụng chậm với nước nhiệt độ thường tạo Mg(OH)2, tác dụng nhanh với nước nhiệt độ cao tạo thành MgO Be không tác dụng với H2O dù nhiệt độ cao Ca + 2H2O Mg + H2O to + H2 Ca(OH)2 MgO + H2 B MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ Canxi hiđroxit, Ca(OH)2 Canxi hiđroxit chất rắn màu trắng, tan nước (độ tan 25 OC 0,12 g/100 g H2O) Dung dịch canxi hiđroxit (nước vôi trong) bazơ mạnh : Ca(OH)2 Ca2+ (dd) + 2OH– (dd) Dung dịch canxit hiđroxit có tính chất chung bazơ tan (tác dụng với oxit axit, axit, muối) -2- Canxi cacbonat, CaCO3 Canxi cacbonat chất rắn màu trắng, không tan nước (độ tan 25OC 0,00013 g/100 g H2O) Canxi cacbonat muối axit yếu không bền, nên tác dụng với nhiều axit hữu vơ giải phóng khí cacbon đioxit : CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 CaCO3 + 2CH3COOH Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2 Canxi cacbonat tan dần nước có chứa khí cacbon đioxit, tạo muối tan canxi hiđrocacbonat Ca(HCO3)2 : CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 Phản ứng thuận giải thích xâm thực nước mưa (có chứa CO2) đá vơi Phản ứng nghịch giải thích tạo thành thạch nhũ hang động núi đá vôi, tạo thành lớp cặn canxi cacbonat (CaCO3) ấm đun nước, phích đựng nước nóng, Canxi sunfat, CaSO4 Canxi sunfat chất rắn, màu trắng, tan nước (độ tan 25 OC 0,15 g/100 g H2O) Tuỳ theo lượng nước kết tinh muối canxi sunfat, ta có loại : CaSO4.2H2O có tự nhiên thạch cao sống, bền nhiệt độ thường CaSO4.H2O CaSO4.0,5H2O thạch cao nung, điều chế cách nung thạch cao sống nhiệt độ khoảng 160OC : 160o C CaSO4.2H2O CaSO4.H2O + H2O CaSO4 có tên thạch cao khan, điều chế cách nung thạch cao sống nhiệt độ cao Thạch cao khan không tan không tác dụng với nước C NƢỚC CỨNG Nƣớc cứng Nước có vai trị quan trọng đời sống người hầu hết ngành sản xuất, chăn nuôi, trồng trọt Nước thường dùng nước tự nhiên, lấy từ sông, suối, hồ, nước ngầm Nước có hồ tan số muối, Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2 Vì nước tự nhiên có cation Ca2+, Mg2+ -3- Nước cứng nước có chứa nhiều cation Ca2+, Mg2+ Nước chứa không chứa ion gọi nước mềm phân loại nƣớc cứng Căn vào thành phần anion gốc axit có nước cứng, người ta phân thành loại : Nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu nước có tính cứng tồn phần a) Nước có tính cứng tạm thời nước cứng muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 gây : + HCO3 Ca(HCO3)2 Ca2+ Mg(HCO3)2 Mg2+ + HCO3 b) Nước có tính cứng vĩnh cửu nước cứng muối CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4 gây CaCl2 Ca2+ + 2Cl– MgCl2 Mg2+ + 2Cl– CaSO4 Ca2+ + SO24 MgSO4 Mg2+ + SO24 Nước tự nhiên thường có tính cứng tạm thời vĩnh cửu c) Nước có tính cứng tồn phần nước có tính cứng tạm thời vĩnh cửu Tác hại nƣớc cứng Nước cứng gây nhiều trở ngại cho đời sống thường ngày Giặt xà phòng (natri stearat C17H35COONa) nước cứng tạo muối không tan canxi stearat (C 17 H35 COO)2 Ca, chất bám vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát Mặt khác, nước cứng làm cho xà phịng có bọt, giảm khả tẩy rửa Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, làm cho thực phẩm lâu chín giảm mùi vị Nước cứng gây tác hại cho ngành sản xuất, tạo cặn nồi hơi, gây lãng phí nhiên liệu khơng an tồn Nước cứng gây tượng làm tắc ống dẫn nước nóng sản xuất đời sống Nước cứng làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế Vì vậy, việc làm mềm nước cứng trước dùng có ý nghĩa quan trọng Các biện pháp làm mềm nƣớc cứng Nguyên tắc làm mềm nước cứng giảm nồng độ cation Ca2+, Mg2+ nước cứng a) Phương pháp kết tủa Đối với nước có tính cứng tạm thời Đun sơi nước có tính cứng tạm thời trước dùng, muối hiđrocacbonat chuyển thành muối cacbonat không tan to Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O -4- to Mg(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O Lọc bỏ kết tủa, nước mềm Dùng khối lượng vừa đủ dung dịch Ca(OH) để trung hoà muối hiđrocacbonat thành muối cacbonat kết tủa Lọc bỏ chất không tan, nước mềm : Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O Đối với nước có tính cứng vĩnh cửu Dùng dung dịch Na2CO3 dung dịch Na3PO4 để làm mềm nước cứng : Ca2+ + CO32 CaCO3 3Ca2+ + 2PO34 Ca3(PO4)2 Dung dịch Na2CO3 dùng để làm mềm nước có tính cứng tạm thời b) Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion dùng phổ biến để làm mềm nước Phương pháp dựa khả trao đổi ion số chất cao phân tử thiên nhiên nhân tạo hạt zeolit (các alumino silicat kết tinh, có tự nhiên tổng hợp, tinh thể có chứa lỗ trống nhỏ) nhựa trao đổi ion Thí dụ : cho nước cứng qua chất trao đổi ion hạt zeolit số ion Na+ zeolit rời khỏi mạng tinh thể, vào nước nhường chỗ cho ion Ca 2+ Mg2+ bị giữ lại mạng tinh thể silicat Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn -5- ... phương tâm khối Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh, yếu so với kim loại kiềm Tính khử kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba Tác dụng với phi kim Khi đốt nóng, kim loại kiềm thổ bốc cháy khơng... cao Ca + 2H2O Mg + H2O to + H2 Ca(OH)2 MgO + H2 B MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ Canxi hiđroxit, Ca(OH)2 Canxi hiđroxit chất rắn màu trắng, tan nước (độ tan 25 OC 0,12... Ca2+, Mg2+ Nước chứa khơng chứa ion gọi nước mềm phân loại nƣớc cứng Căn vào thành phần anion gốc axit có nước cứng, người ta phân thành loại : Nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh