Bài 24: Nguyên tố nhóm IA

- Tính chất vật lí của đơn chất nhóm IA:

+ Trong nhóm IA, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại có xu hướng giảm dần từ Li đến Cs.

Các kim loại nhóm IA đều dễ nóng chảy và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với các kim loại nhóm khác.

+ Các kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ (đều là kim loại nhẹ) do có bán kính nguyên tử lớn và cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít.

+ Do có liên kết kim loại yếu nên các kim loại nhóm IA có độ cứng thắp (đều mềm, có thể cắt bằng dao, kéo).

- Tính chất hoá học của đơn chất nhóm IA:

+ Kim loại kiềm là những kim loại hoạt động hoá học mạnh, có tính khử mạnh và tính khử tăng dần từ Li đến Cs.

+ Các kim loại kiềm có thể điện cực chuẩn rất âm, do đó chúng đều phản ứng với nước ở điều kiện thường với mức độ tăng dần từ Li đến Cs.

- Các hợp chất nhóm IA quan trọng như xút, soda được sản xuất trong công nghiệp như sau:

+ Trong công nghiệp, xút (NaOH) được điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl bão hoà, có màng ngăn điện cực.

+ Trong công nghiệp, sodium hydrogencarbonate (baking soda) và sodium carbonate (soda) được sản xuất bằng phương pháp Solvay từ nguyên liệu chính là đá vôi, muối ăn, ammonia và nước.

Quá trình Solvay sản xuất soda gồm hai giai đoạn chính:

Giai đoạn tạo NaHCO₃:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O ⇌ NaHCO₃ + NH₄Cl

Khi làm lạnh, NaHCO3 kết tinh và được lọc, tách khỏi hệ phản ứng.

Giai đoạn tạo Na2CO₃:

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

1. Trong nhóm IA, theo chiều từ trên xuống dưới (chiều tăng dần của điện tích hạt nhân) bán kính nguyên tử tăng dần.

2. Dựa vào thế điện cực chuẩn xác định được từ Li đến Cs tính khử của kim loại tăng dần;

Do nguyên tố nhóm IA là những nguyên tố s, chỉ có 1 electron hoá trị ở phân lớp ns1 nên số oxi hoá đặc trưng của nguyên tử kim loại nhóm IA trong hợp chất là +1.

Kim loại nhóm IA có thế điện cực chuẩn \(E^o_{M^+\text{/}M}\) rất nhỏ nên dễ tách electron hoá trị ra khỏi nguyên tử. Do đó, nguyên tố kim loại nhóm IA không tồn tại ở dạng đơn chất trong tự nhiên.

1. Trong nhóm IA, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại có xu hướng giảm dần từ Li đến Cs.

Các kim loại nhóm IA đều dễ nóng chảy và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với các kim loại nhóm khác.

2. Các kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ (đều là kim loại nhẹ) do có bán kính nguyên tử lớn và cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít.

Do có liên kết kim loại yếu nên các kim loại nhóm IA có độ cứng thắp (đều mềm, có thể cắt bằng dao, kéo).

Thực hiện các yêu cầu:

Thí nghiệm 1:

1. Các kim loại kiềm phản ứng mạnh với nước, mức độ phản ứng tăng dần theo chiều: Li, Na, K.

2. Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra:

2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

Để nhận biết môi trường của các dung dịch sau phản ứng có thể dùng các chất chỉ thị như quỳ tím, phenolphthalein.

Thí nghiệm 2:

Các phương trình hoá học của phản ứng xảy ra:

2Li + Cl₂  2LiCl

2Na + Cl₂2NaCl

2K + Cl₂ 2KCl

Thí nghiệm 3:

Các phương trình hoá học của phản ứng xảy ra:

4Li + O₂ 2Li2O

4Na + O₂2Na2O

4K + O₂2K2O

a) Kim loại nhóm IA có thế điện cực chuẩn \(E^o_{M^+\text{/}M}\) rất nhỏ nên phản ứng mãnh liệt với nước do đó chỉ cần lấy mẩu kim loại nhỏ đã đủ để quan sát thí nghiệm. Ngoài ra, để đảm bảo an toàn khi tiến hành thí nghiệm chỉ cần lấy mẩu kim loại nhỏ.

b) Sodim tác dụng dễ dàng với nước nhưng không tác dụng với một số dung môi hữu cơ như ether, do đó trong phòng thí nghiệm sodium được dùng để loại nước khỏi một số dung môi hữu cơ như ether.

a) Kim loại nhóm IA dễ tác dụng với hơi nước, với oxygen có trong không khí nên trong phòng thí nghiệm Na và K thường được bảo quản trong dầu hoả.

b) Không thể sử dụng alcohol (ví dụ ethanol) để bảo quản kim loại nhóm IA. Do alcohol có thể tác dụng được với kim loại nhóm IA. Ví dụ:

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂

Ở nhiệt độ thường, các ion kim loại nhóm IA đều không có màu. Tuy nhiên, đốt nóng hợp chất của chúng trên ngọn lửa không màu làm ngọn lửa có màu đặc trưng:

+ Hợp chất của Li: ngọn lửa có màu đỏ tía;

+ Hợp chất của Na: ngọn lửa có màu vàng;

+ Hợp chất của K: ngọn lửa có màu tím.

Quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở mỗi điện cực:

Tại anode: 

\(2Cl^-\rightarrow Cl_2+2e\)

Tại cathode: 

\(2H_2O+2e\rightarrow2OH^-+H_2\)

Phương trình hoá học của phản ứng điện phân:

\(2NaCl+2H_2O\text{ }\underrightarrow{\text{ }\text{ }đpdd}\text{ }2NaOH+Cl_2+H_2\)

- Trong chế biến thực phẩm, NaHCO₃ được sử dụng làm bột nở do khi nướng bánh hoặc hấp bánh … NaHCO₃ phân huỷ giải phóng CO₂ làm bánh phồng, xốp.

- Trong chữa cháy, NaHCO₃ được dùng làm chất chữa cháy dạng bột do ở nhiệt độ cao NaHCO₃ phân huỷ giải phóng CO₂, khí này không duy trì sự cháy có tác dụng làm loãng oxygen. Ngoài ra, Na₂CO₃ sinh ra còn có tác dụng ngăn cách vật cháy với oxygen không khí giúp dập tắt đám cháy.