Tìm hiểu kim loại kiềm: Cấu tạo, tính chất, cách điều chế

Meraki Center

Kim loại kiềm là nhóm chung gồm các nguyên tố nhóm IA trong bảng tuần hoàn. Kim loại kiềm và các hợp chất của chúng có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất công nghiệp. Hãy cùng vietchem tìm hiểu kim loại kiềm là gì cũng như tính chất, ứng dụng của chúng qua bài viết dưới đây.

1. Kim loại kiềm là gì?

Kim loại kiềm là tên các nguyên tố nhóm IA trong bảng tuần hoàn (trừ nguyên tố hydro), đứng trước các nguyên tố kiềm thổ trong mỗi thời kỳ. Chúng bao gồm: Lithium (Li), Natri (Na), Kali (K), Rubidium (Rb), Caesium (Cs) và Francium (Fr). Francium là một nguyên tố phóng xạ nên không ổn định. Vì vậy, khi nghiên cứu những tính chất đặc trưng của kim loại kiềm chúng ta sẽ không đề cập đến nguyên tố Francium.

Cấu hình nguyên tử của các nguyên tố kiềm là:

• Lý: [He] 2s1
• Không: [Ne] 3s1
• K: [Ar]4s1
• RB: [Kr] 5s1
• Cs: [Xe] 6s1

Chúng ta có thể thấy đặc điểm chung là chúng đều có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng nên có xu hướng nhường 1e để tạo trạng thái ổn định là ion dương +1. Chính vì thế mà những yếu tố này có khả năng hoạt động mạnh mẽ. Trong tự nhiên, chúng chủ yếu ở dạng hợp chất, hiếm khi ở trạng thái tinh khiết.

Hình ảnh kim loại kiềm

2. Tính chất và đặc điểm của kim loại kiềm

2.1 Tính chất vật lý của kim loại kiềm

• Kim loại kiềm là chất rắn màu trắng bạc. Tinh thể có dạng lập phương tập trung vào vật thể, liên kết trong mạng tinh thể yếu nên độ cứng thấp, kim loại kiềm thổ khá mềm.
• Nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp, giảm dần từ Lithium đến Francium.
• Mật độ thấp với D < 5 g/cm3, độ dẫn điện cao.

Một số tính chất vật lý của kim loại kiềm

2.2 Tính chất hóa học của kim loại kiềm

Dựa vào cấu hình electron, ta thấy kim loại kiềm thổ có mức oxi hóa yếu nên tính khử của chúng rất mạnh và tăng dần từ Lithium đến Caesium. Kim loại kiềm có số oxi hóa +1 trong mọi hợp chất.

Phương trình oxy hóa tổng quát là: M→M+ + e

Tính chất hóa học điển hình của các nguyên tố kim loại kiềm bao gồm:

• Phản ứng với phi kim:

• Phản ứng với oxi tạo thành oxit bazơ:

Na + O2 → Na2O.

2Na + O2 → Na2O2 (natri peroxit)

Li + O2 → Li2O

• Tác dụng với halogen: 2K + Cl2 → 2KCl.

• Phản ứng với dung dịch axit tạo ra muối và thoát ra khí hiđro. Hãy cẩn thận vì có thể xảy ra vụ nổ khi kim loại kiềm phản ứng với axit

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑

• Phản ứng với nước tạo thành dung dịch bazơ và khí hiđro:

2K + 2H2O → 2KOH + H2↑

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑

Vì kim loại kiềm dễ phản ứng với nước và oxy trong không khí nên phải ngâm trong dầu để bảo quản.

3. Cách điều chế kim loại kiềm

Kim loại kiềm tồn tại dưới dạng hợp chất trong tự nhiên. Phương pháp điều chế kim loại kiềm phổ biến hiện nay là điện phân muối halogenua nóng chảy hoặc hydroxit kim loại kiềm trong điều kiện không có không khí.

• Na được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp NaCl nóng chảy với 25% NaF và 12% KCl ở nhiệt độ cao, cực dương là than chì và cực âm làm bằng Fe.

2NaCl → 2Na + Cl2

• Li được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp LiCl và KCl.

Ngoài ra, kim loại kiềm còn được điều chế bằng phương pháp khử: Rb và Cs được điều chế bằng cách sử dụng muối canxi clorua để khử ở nhiệt độ cao và trong chân không:

2RbCl + Ca → CaCl2 + 2Rb

2CsCl + CaC2 → 2C + CaCl2 + 2Cs

4. Ứng dụng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đời sống và hoạt động sản xuất công nghiệp

Liti:

• Chế tạo cực dương của pin lithium.
• Hợp chất lithium hydroxit được sử dụng trong sản xuất chất bôi trơn. Lithium cacbonat là một chất phụ gia trong luyện kim. Liti và các hiđrua hỗn hợp của nó như Li[AlH4] Được sử dụng trong sản xuất năng lượng đẩy tên lửa.
• Các muối lithium như lithium cacbonat (Li2CO3), lithium citrate và lithium orotate là thuốc an thần kinh được sử dụng để điều trị rối loạn lưỡng cực…

Lithium được sử dụng trong sản xuất pin

Natri:

• Dùng trong sản xuất xà phòng.
• Làm mịn bề mặt kim loại. Tinh chế kim loại nóng chảy.
• Sản xuất đèn hơi natri, thiết bị cung cấp ánh sáng hiệu quả từ điện.
• Là chất lỏng dẫn nhiệt trong một số loại lò phản ứng nguyên tử.
• Các hợp chất natri, điển hình là NaCl, là chất quan trọng cho sự sống.

Kali:

• Cation kali có vai trò quan trọng trong tế bào thần kinh (não và dây thần kinh), tạo ra sự cân bằng thẩm thấu giữa tế bào và dịch kẽ.
• Kali cũng là thành phần thiết yếu giúp cây trồng phát triển tốt.
• Các hợp chất kali có nhiều ứng dụng trong công nghiệp như: KNO3 dùng làm thuốc súng và phân bón, KNO3 dùng trong công nghệ xi mạ, K2CrO4 dùng làm thuốc nhuộm… Hợp kim NaK có nhiệt độ nóng chảy thấp và độ bền kéo bề mặt cao được dùng làm chất làm mát trong một số hạt nhân nhanh. lò phản ứng và vệ tinh radar.

Phân kali rất cần thiết cho cây trồng

Kim loại Caesium được sử dụng để chế tạo tế bào quang điện. Ngoài ra, kim loại kiềm được sử dụng trong tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ và điều chế một số kim loại hiếm bằng cách xử lý nhiệt.

Qua bài viết trên chúng tôi hy vọng có thể giúp bạn đọc hiểu thêm về kim loại kiềm thổ là gì > Tính chất đặc trưng, ​​phương pháp điều chế cũng như ứng dụng trong đời sống. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các hợp chất hóa học khác, đừng bỏ lỡ nhiều bài viết thú vị của chúng tôi trên website vietchem.com.vn