Mục lục bài viết

1. Kim loại kiềm là gì?

1.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn

Kim loại kiềm là các kim loại thuộc nhóm IA (hóa trị I) của bảng tuần hoàn, bao gồm các nguyên tố: Liti (Li), Natri (Na), Kali (K), Rubidi (Rb), Cesi (Cs) và Franxi (Fr). Franxi là nguyên tố phóng xạ nên ít gặp trong cuộc sống hằng ngày.

 

1.2. Cấu hình electron nguyên tử của các kim loại kiềm:

LI: [He] 2s1

Na: [Ne] 3s1

K: [Ar] 4s1

Rb: [Kr] 5s1

Cs: [Xe] 6s1

Từ cấu hình trên có thể thấy các kim loại kiệm chỉ có 1 electron tự do để cho đi, do vậy nó luôn biểu thị hóa trị 1 và số oxi hóa +1 trong các hợp chất, và có tính khử mạnh.

 

1.3. Tính chất vật lý của kim loại kiềm

Kim loại kiềm có mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng, ngoài ra trong tinh thể các nguyên tử và ion còn liên kết với nhau bằng liên kết kim loai yếu.

Do vậy, tính chất vật lý đặc trưng của các kim loại kiềm thường có màu trắng bạc, có ánh kim, dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng thấp.

 

2. Tính chất hóa học của kim loại kiềm

Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hóa nhỏ nên có tính khử rất mạnh. Tính khử của các kim loại kiềm tăng dần từ Li đến Cs.

M → M+ + e

 

2.1. Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại kiềm có thể khử được các phi kim như O, N, H...

Với hidro, khi đun nóng thì các kim loại kiềm kết hợp với hidro tạo thành hidrua ion. Chẳng hạn Li tác dụng với hidro ở 600 - 700 độ, các kim loại kiềm khác có thể tác dụng ở 350 - 400 độ.

Với oxi và Nitơ, kim loại kiềm tác dụng với oxi sẽ dễ dàng hơn với hidro. 

- Ở điều kiện thường và trong không khí không có hơi ẩm (H2O) thì:

  • Li bị phủ một lớp màu xám gồm Li2O và Li3N theo phương trình phản ứng:

4Li + O2 -> 2Li2O

6Li + N2 -> 2Li3N

  • Na bị oxi hóa thành Na2O2 và lẫn một ít Na2O theo phường trình phản ứng:

4Na + O2 -> 2Na2O

Na2O + 1/2 O2 -> Na2O2

  • K bị phủ lớp KO2 ở ngoài cùng và bên trong là lớp K2O theo phương trình phản ứng:

4K + O2 -> 2K2O

2K2O + 3O2 -> 4 KO2

  • Rb và Cs tự bốc cháy trong không khí tạo RbO2 và CsO2 theo phương trình phản ứng:

Rb + O2 -> RbO2

Cs + O2 -> CsO2

Có thể thấy theo chiều tăng dần nguyên tử khối của kim loại, phản ứng của nó với các phi kim càng xảy ra mãnh liệt và dễ dàng hơn. Từ đó càng khẳng định tính chất hóa học của kim loại kiềm: tính khử tăng dần từ Li đến Cs.

  • Khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ, Li tạo Li2O và một ít Li2O2, còn các kim loại kiềm các, oxit của chúng tác dụng trực tiếp với oxi tạo peoxit (Na2O2) hoặc supeoxit (KO2, RbO2, CsO2)

Với các phi kim thuộc nóm halogen và lưu huỳnh (S) thì:

  • Các kim loại kiềm bốc cháy trong khí Clo khi có mặt hơi ẩm ở nhiệt độ cao

2K + Cl2 -> 2KCl

  • Với brom lỏng thì K, Rb và Cs nổ mạnh, Li và Na chỉ tương tác trên bề mặt.
  • Với iot thì các kim loại kiềm tương tác mạnh khi đun nóng
  • Khi nghiền kim loại với bột lưu huỳnh (S) sẽ gây phản ứng nổ
  • Với Nitơ, Cacbon, SIlic thì chỉ có Li là có thể tương tác trực tiếp tạo Li3N, Li2C2, Li6Si2 khi đun nóng.

 

2.2. Tác dụng với axit

Thế điện cực chuẩn của cặp oxi hóa - khử của kim loại kiềm có giá trị từ -3,05V đến -2,71V cho nên các kim loại kiềm có thể dễ dàng khử ion H+ của dung dịch axit thành khú H2 theo phương trình tổng quát:

2M + 2H+ -> 2M+ + H2 (khí)

Phản ứng của kim loại kiềm rất mãnh liệt và có thể gây nổ nên cần rất cẩn thận khi thực hiện.

Ví dụ: 2 Na + 2HCl -> 2NaCl + H2 (khí)

 

3. Kim loại kiềm tác dụng với nước - H2O

Các kim loại kiềm có thế điện cực âm, vì thế chúng tương tác rất mãnh liệt với H2O giải phóng khí Hidro theo phương trình tổng quát sau:

2M + H2O -> 2MOH + H2

Khi phản ứng với H2O, Li không cho ngọn lửa, Na nóng chảy thành hạt tròng (hạt lớn có thể bốc cháy) và chạy trên mặt nước, K bốc cháy ngay còn Rb và Cs gây phản ứng nổ.

Ví dụ: 2K + 2H2O -> 2KOH + H2 (khí)

 

4. Ứng dụng, trạng thái tự nhiên, điều chế và bảo quản

Kim loại kiềm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, chẳng hạn dùng để chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp lợi dụng tính khử mạnh và dễ tác dụng với không khí của chúng. Hợp kim Li - Nhốm (Al) siêu nhẹ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật hàng không. Trong các tế bào quang điện, thành phần Cs chiếm chủ yếu.

Ở trạng thái tự nhiên, các kim loại kiềm đều không có ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất do khó bảo quản và dễ tác dụng với các chất khác trong môi trường. Thí dụ trong nước biển có chứa một lượng lớn muối NaCl, một dạng hợp chất phổ biến của nguyên tố Na. Đất cũng chứa một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat.

Để điều chế các kim loại kiềm từ hợp chất của chúng, ta cần tiến hành các phản ứng khử ion của chúng:

M+ + e -> M

Vì ion kim loại kiềm rất khó bị khử nên phải dùng dòng điện (phương pháp điện phân) để thực hiện. Quan trọng nhất là điện phân muối halogen của kim loại kiềm nóng chảy.

Do kim loại kiềm hoạt động hóa học mạnh, đặc biệt là bị oxi hóa nhanh trong không khí và có phản ứng mãnh liệt với nước nên điều kiện bảo quản các kim loại này cần đảm bảo tránh tiếp xúc với các chất trên. Để làm như vậy, người ta thường ngâm bảo quản các kim loại này trong dầu hỏa khan, trong chân không hoặc trong khí trơ và thật cẩn thận khi tiến hành làm thí nghiệm với các kim loại kiềm.

 

5. Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

5.1. NaOH (Natri hidroxit)

NaOH hay xút ăn da là chất rắn không màu, dễ nóng chả (nhiệt độ nóng chảy của NaOH là 322 độ), hút ẩm mạnh (dễ chảy rữa), tan nhiều trong nước và tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Khi tan, NaOH phân ly hoàn toàn thành ion. NaOH tác dụng được với oxit axit, axit và muối.

NaOH là hóa chất quan trọng, đứng thứ hai chỉ sau H2SO4 (axit sunfuric), ứng dụng trong công nghiệp chế biến xà phòng, chế phẩm nhuộm, tơ nhận tạo, tinh chế quặng nhôm trong công nghiệp luyện nhôm và dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ ...

 

5.2. NaHCO3 (Natri hidrocacbonat)

NaHCO3 là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước, dễ bị nhiệt phân hủy tạo ra Na2CO3 và khí CO2. NaHCO3 có tính lưỡng tính khi vừa tác dụng được với dung dịch axit, vừa tác dụng được với dung dịch bazơ do dựa theo hai phản ứng của gốc HCO3-:

HCO3- + H+ -> CO2 + H2O

H+ CO3(2-) + OH- -> H2O + CO3(2-)

Nhờ đặc tính này, NaHCO3 được dùng trong công nghiệp dược phẩm như chế thuốc đau dạ dày theo cơ chế khi đi vào trong dạ dày, nó sẽ tác dụng hầu hết với các hợp chất và thức ăn dư thừa tính axit và bazơ là nguyên nhân dẫn đến các cơn đau. Trong công nghiệp thực phẩm, NaHCO3 được gọi là bột nở, được sử dụng nhiều trong quá trình làm bánh do dễ tác dụng H+ trong axit hoặc nước sinh ra khí CO2 đẩy bánh phồng lên. Ngoài ra NaHCO3 cũng có tác dụng tẩy rửa rất tốt nhờ tính chất lưỡng cực của nó.

Trên đây là bài viết của Luật Minh Khuê về chủ đề Kim loại kiềm. Hy vọng bài viết đã cung cấp cho quý bạn đọc những kiến thức hữu ích. Xin cảm ơn Quý bạn đọc.