Bài 25: Kim loại kiềm và hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

A. KIM LOẠI KIỀM

I. VỊ TRÍ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN, CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

• Kim loại kiềm nằm ở nhóm IA trong bảng tuần hoàn gồm các nguyên tố: Liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), xesi (Cs) và franxi (Fr). Franxi là nguyên tố phóng xạ không bền nên chúng ta không đi tìm hiểu về nó.

• Các kim loại kiềm có cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng ns¹.

Ví dụ:

Li: 1s²2s¹.                Na: 1s²2s²2p⁶3s¹

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

• Các kim loại kiềm có màu trắng bạc, ánh kim, dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ và độ cứng thấp (có thể cắt được bằng dao), trừ Li.
• Nguyên nhân là do các kim loại kiềm có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng. Trong tinh thể các nguyên tử và ion liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu. Vì vậy, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng của các kim loại kiềm thấp.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh. Tính khử tăng dần từ liti đến xesi. Trong hợp chất, các kim loại kiềm có số oxi hóa +1.

M   ➜   M⁺   +   e

1. Tác dụng với phi kim

• Tác dụng với oxi

Khi cháy trong oxi hoặc không khí, chỉ có Li là tạo ra oxit bình thường Li₂O, các kim loại còn lại ngoài tạo thành oxit bình thường còn có thêm peoxit và supeoxit như Na còn tạo thành peoxit Na₂O₂ (oxi ở trạng thái ion O₂^2-). K, Rb và Cs tạo thành supeoxit MO₂ (oxi ở dạng O₂^-).

2Na  +   O₂  ➜   Na₂O₂ (natri peoxit)

4Na  +  O₂   ➜  Na₂O (natri oxit)

• Tác dụng với clo

Ở nhiệt độ thường các kim loại kiềm tự bốc cháy trong khí quyển clo và tạo ra các halogenua MCl. 

2K   +   Cl₂   ➜    2KCl

2. Tác dụng với nước

Các kim loại kiềm phản ứng mãnh liệt với nước ở nhiệt độ thường giải phóng khí H₂, natri bị nóng chảy và chạy trên mặt nước. Kali tự bùng cháy, rubiđi và xesi phản ứng mãnh liệt khi tiếp xúc với nước. 

2Na   +   2H₂O   ➜    2NaOH   +   H₂

Vì các kim loại kiềm dễ tác dụng với nước, với oxi trong không khí nên ta cần phải bảo quản các kim loại kiềm bằng cách ngâm chúng trong dầu hỏa.

3. Tác dụng với axit

Nếu cho kim loại kiềm tác dụng với dung dịch axit thì chúng còn phản ứng mãnh liệt hơn nhiều khi phản ứng với nước. Tất cả các kim loại kiềm đều nổ khi tiếp xúc với axit.

2Na   +   2HCl   ➜    2NaCl   +   H₂

IV. ỨNG DỤNG, TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN, ĐIỀU CHẾ

1. Ứng dụng

• Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp như hợp kim natri - kali dùng làm chất trao đổi nhiệt trong một số lò phản ứng hạt nhân.
• Hợp kim liti - nhôm siêu nhẹ nên được dùng trong kĩ thuật hàng không.
• Xesi được dùng làm tế bào quang điện.

2. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, các kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Ví dụ như trong nước biển có muối NaCl, đất cũng chứa một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat.

3. Điều chế

Phương pháp: Khử các ion của kim loại kiềm thành nguyên tử kim loại. Vì ion của các kim loại kiềm rất khó bị khử nên phương pháp phổ biến là dùng dòng điện. Quan trọng nhất là phương pháp điện phân nóng chảy muối halogenua của kim loại kiềm.

M⁺   +   e  ➜   M

Ví dụ: Sản xuất natri bằng cách điện phân nóng chảy NaCl.

• Ở catot:               Na⁺   +   e   ➜  Na
• Ở anot:                2Cl^-     ➜   Cl₂   +    2e

B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM

I. NATRI HIDROXIT (NaOH)

1. Tính chất

• Natri hidroxit hay còn gọi là xút ăn da là chất rắn, không màu, dễ nóng chảy, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt mạnh khi bị hòa tan.
• Khi tan trong nước, NaOH phân li hoàn toàn thành các ion:

NaOH   ➜  Na⁺  +  OH^-

• Phản ứng được với axit, oxit axit và muối:

2NaOH   +   CO₂   ➜   Na₂CO₃   +   H₂O

NaOH   +   HCl   ➜   NaCl  +   H₂O

2NaOH  +  CuSO₄   ➜   Cu(OH)₂   +   Na₂SO₄ 

2. Ứng dụng

• Là hóa chất quan trọng số hai sau axit sunfuric.
• Dùng để nấu xà phòng, chế phẩm nhuộm, tơ nhân tạo, tinh chế quặng nhôm trong công nghiệp luyện nhôm và dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ.

II. NATRI HIDROCACBONAT (NaHCO₃)

1. Tính chất

• Là chất rắn, màu trắng, ít tan trong nước, dễ bị nhiệt phân hủy tạo ra Na₂CO₃ và khí CO₂.

2NaHCO₃  \(\underrightarrow{t^o}\)  Na₂CO₃   +  CO₂  +  H₂O

• Là chất lưỡng tính, vừa tác dụng được với axit vừa tác dụng được với bazơ.

NaHCO₃   +    HCl   ➜   NaCl   +   CO₂   +  H₂O

NaHCO₃  +   NaOH  ➜  Na₂CO₃  +   H₂O

2. Ứng dụng

• Dùng trong công nghiệp dược phẩm, điều chế thuốc đau dạ dày và làm bột nở trong công nghiệp thực phẩm.

III. NATRI CACBONAT (Na₂CO₃)

1. Tính chất

• Là chất rắn màu trắng, tan nhiều trong nước. 
• Là muối của axit yếu (axit cacbonic) và có những tính chất chung của muối.
• Muối cacbonat của kim loại kiềm trong dung dịch nước cho môi trường kiềm.

2. Ứng dụng

• Là hóa chất quan trọng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặt, phẩm nhuộm, sợi,...

IV. KALI NITRAT (KNO₃)

1. Tính chất

• Là những tinh thể không màu, bền trong không khí, tan nhiều trong nước. Khi đun nóng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy (333°C), KNO₃ bắt dầu bị phân huỷ thành O₂ và KNO₂.

2KNO₃  \(\underrightarrow{t^o}\)   2KNO₂  +  O₂

2. Ứng dụng

• Làm phân bón và chế tạo thuốc nổ. Thuốc nổ thông thường là hỗn hợp gồm 68% KNO₃, 15% S và 17% C (than).
• Phản ứng cháy của thuốc súng:

2KNO₃   +  3C  +  S  \(\underrightarrow{t^o}\)   N₂  +  3CO₂  +  K₂S

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!