Kiềm thổ là tên gọi của nhóm nguyên tố nằm ở nhóm IIA trong bảng tuần hoàn hóa học. Vì sao nhóm lại có tên gọi là “kiềm thổ”, có bao nhiêu nguyên tố thuộc nhóm? Tính chất đặc trưng cũng như ứng dụng của các chất này là gì? Hãy cùng tìm hiểu về nhóm nguyên tố thú vị này cùng VIETCHEM qua bài viết dưới đây nhé!
I. Kim loại kiềm thổ là chất gì?
Kiềm thổ là tên gọi để chỉ các nguyên tố thuộc nhóm II trong bảng tuần hoàn. Có tất cả 6 nguyên tố được xếp vào nhóm kiềm thổ được sắp xếp lần lượt theo số hiệu nguyên tử tăng dần gồm có: Beri (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Ba) và Radi (Ra). Trong đó Radi là 1 nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn, được phát hiện từ quặng uranium.
Chắc có nhiều người thắc mắc vì sao nhóm được đặt tên là “kiềm thổ”. Câu trả lời là do chúng mang các tính chất tự nhiên trung gian giữa các chất kiềm (hay các oxit của kim loại kiềm) và các loại đất hiếm (hay oxit của kim loại đất hiếm).
Các kim loại kiềm thổ chiếm tỉ lệ 4,16% trong vỏ Trái Đất, trong đấy Canxi chiếm 67%, Magnesi chiếm 31%, Bari chiếm 1.4%, Stronti chiếm 0.6%, còn lại lượng nhỏ là Beri và Radi. Trong tự nhiên chúng ít khi tồn tại ở dạng đơn chất mà thường kết hợp với các gốc hóa học khác.
Vị trí kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn hóa học
II. Vị trí, cấu tạo của kim loại kiềm thổ
Nhìn vào bảng tuần hoàn các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, đứng sau nhóm kim loại kiềm nhóm IA. Cấu hình electron của các nguyên tố kiềm thổ như sau:
Nguyên tố
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Cấu hình e
[He] 2s2
[Ne] 3s2
[Ar] 4s2
[Kr] 5s2
[Xe] 6s2
Cấu tạo chung của các nguyên tố này đều là xs2, đều có 2 electron ở lớp ngoài cùng nên có khuynh hướng nhường 2e để tạo cấu hinh bền vững - các ion dương có điện tích +2. Vì vậy các kim loại kiềm thổ có trạng thái hoạt động hóa học tương đối mạnh.
II. Tính chất của kim loại kiềm thổ
Các tính chất đặc trưng của kim loại nhóm kiềm thổ gồm có:
1. Tính chất vật lý
- Kiềm thổ là các kim loại có màu trắng bạc hoặc xám nhạt.
- Các kim loại kiềm thổ tương đối mềm, cứng hơn kim loại kiềm nhưng chúng vẫn có độ cứng thấp và giảm dần theo chiều từ Beri đến Bari.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn so với kim loại kiềm nhưng nhỏ hơn nhiều so với các nguyên tố khác. Chúng biến đổi không theo 1 chiều nhất định vì các nguyên tố có cấu tạo tinh thể khác nhau, trong khi Be, Mg là hình lục phương, Ca và Sr có hình lập phương tâm diện thì Ba lại là lập phương tâm khối.
Màu sắc các kim loại kiềm thổ
Dưới đây là bảng tổng hợp một số tính chất vật lý của nhóm kim loại kiềm thổ:
Nguyên tố
Khối lượng riêng (g/cm3)
Nhiệt độ sôi (oC)
Nhiệt độ nóng chảy (oC)
Mạng tinh thể
Độ cứng
Độ dẫn điện (s/m)
Be
1.85
2770
1280
Lục phương
5.5
31,3 . 10^6
Mg
1.74
1110
650
Lục phương
2.5
22,6 . 10^6
Ca
1.55
1440
838
Lập phương tâm diện
1.75
29,8. 10^6
Sr
2.6
1380
768
Lập phương tâm diện
1.5
7,62 . 10^6
Ba
3.5
1640
714
Lập phương tâm khối
1.25
3. 10^6
Ra
5.5
?
?
2. Tính chất hóa học
Các kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nhờ cấu trúc có thừa 2 electron ở lớp ngoài cùng. Tính khử tăng dần từ Be đến Ba theo chiều tăng dần của bán kính nguyên tử
2.1 Tác dụng với nước:
- Ca, Sr, Ba tác dụng với nước tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí H2:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
- Mg không tan trong nước lạnh, tan chậm trong nước nóng tạo thành Magie oxit:
Mg + H2O → MgO + H2↑
- Beri không tan trong nước dù ở bất kỳ nhiệt độ nào. Nhưng có thể tan trong các dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng tạo phức berilat:
Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2
Be + 2 NaOH nóng chảy → Na2BeO2 + H2
2.2 Tác dụng với phi kim:
- Các kim loại kiềm thổ đều phản ứng với oxi khi bị đốt nóng trong không khí tạo ra oxit (phản ứng cháy):
2 Ca + O2 → 2 CaO
- Tác dụng mạnh mẽ với các Halogen, lưu huỳnh, photpho, cacbon… tạo muối
Ca + Cl2 →CaCl2
Mg + Si →Mg2Si
- Do có ái lực lớn hơn oxi nên các kim loại kiềm thổ có thể khử được nhiều oxit bền như CO2, SiO2, Cr2O3, Al2O3…
2Be + TiO2 → 2BeO + Ti
2Mg + CO2 → 2MgO + C
2.3 Tác dụng với dung dịch axit
- Tác dụng với axit trong điều kiện thường tạo muối và giải phóng khí H2:
Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2
- Tác dụng với axit đặc nóng như HNO3 đ, H2SO4 đ,n:
4Ca + 10HNO3 (l) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Mg + H2SO4 → MgSO4 + SO2+ H2O
III. Phương pháp điều chế kim loại kiềm thổ
Do khả năng hoạt động hóa học mạnh nên các kim loại kiềm thổ tồn tại dưới dạng hợp chất. Để điều chế kim loại kiềm thổ phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay là điện phân nóng chảy muối của chúng:
CaCl2 → Ca+Cl2
MgCl2 → Mg+Cl2
IV. Ứng dụng của kim loại kiềm thổ
Trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp các kim loại kiềm thổ được ứng dụng trong nhiều ngành nghề:
- Beri: Được sử dụng trong chế tạo hợp kim đồng - beri, sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo độ dẫn điện, các điện cực hàn điểm, lò xo… Beri được sử dụng trong các thiết bị phát hiện tia X, thiết bị phản xạ và điều tiết neutron…
Hợp kim đồng - beri
- Magie:
- Sử dụng trong chế tạo hợp kim cứng, bền và nhẹ trong sản xuất các phụ tùng, linh kiện máy bay, ô tô, tên lửa… và sản xuất pháo hoa. Magie còn được sử dụng để khử lưu huỳnh trong quặng sắt.
- Hợp chất của Magie, như MgO - là vật liệu chịu lửa trong các lò luyện kim, MgCO3 là bột khô sử dụng cho các vận động viên thể dục dụng cụ, cử tạ….
- Canxi:
- Là chất khử trong điều chế kim loại như urani, thori…
- Canxi hoặc hợp chất của canxi dùng trong sản xuất xi măng, vôi trong xây dựng.
- Canxi là 1 khoáng chất cần thiết đối với con người, tham gia vào sự cấu tạo của răng, xương cũng như nhiều chức năng sinh học của cơ thể.
- Stronti:
- Sử dụng trong chế tạo hợp kim, trong nghiên cứu về giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh.
- Muối của Stronti được sử dụng trong sản xuất pháo hoa…
Canxi ứng dụng trong sản xuất xi măng
- Bari:
- Kim loại Bari sử dụng trong chế tạo hợp kim.
- Hợp chất BaSO4 được sử dụng làm chất cản quang phóng xạ trong chụp X-quang. BaCO3 sử dụng trong sản xuất thủy tinh. BaNO3 sử dụng trong chế tạo pháo hoa…
Trên đây là những thông tin cơ bản về nhóm kim loại kiềm thổ giúp người đọc hiểu về kim loại kiềm thổ là gì? tính chất cũng như ứng dụng của chúng trong cuộc sống. Nếu bạn có thêm thắc mắc hãy liên hệ với chúng tôi qua website vietchem.com.vn