Kim loại kiềm là một chủ đề quan trọng trong môn Hóa học cấp 3 và có mặt trong nhiều đề thi. Vậy kim loại kiềm là gì? Nó có những tính chất lý hóa và ứng dụng nào trong cuộc sống? Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu rõ hơn về nhóm kim loại này và các hợp chất quan trọng liên quan.
Vị trí và cấu hình electron của kim loại kiềm
Kim loại kiềm là cụm từ dùng để chỉ nhóm các kim loại thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn hoá học, bao gồm 6 nguyên tố là liti (Li), kali (K), natri (Na), rubiđi (Rb), xesi (Cs) và franxi (Fr). Trong đó, franxi là nguyên tố phóng xạ và không có đồng vị bền, nên chúng ta sẽ không tìm hiểu về nó trong bài viết này.
Cấu hình electron nguyên tử của các kim loại kiềm lần lượt như sau:
- Li: [He] 2s1
- Na: [Ne] 3s1
- K: [Ar] 4s1
- Rb: [Kr] 5s1
- Cs: [Xe] 6s1
Tính chất vật lý của kim loại kiềm
Các kim loại kiềm có những tính chất vật lý chung như sau:
- Màu trắng bạc, có ánh kim
- Có khả năng dẫn điện tốt
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, giảm dần từ Li đến Fr
- Khối lượng riêng nhỏ
- Độ cứng tương đối thấp do có 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, nên rất dễ bị bẻ gãy.
Tính chất hóa học của kim loại kiềm
Vì có năng lượng ion hóa nhỏ (tính oxi hoá yếu), các kim loại kiềm có tính khử rất mạnh. Tính khử này tăng dần theo chiều từ liti đến xesi.
M → M+ + e
Các kim loại kiềm có số oxi hoá là +1 trong các hợp chất.
Tác dụng với nước
Ở nhiệt độ thường, kim loại kiềm có khả năng khử nước dễ dàng và giải phóng khí hidro.
Ví dụ:
2K + 2H2O → 2KOH + H2↑
Vì vậy, khi bảo quản các kim loại kiềm, chúng ta thường ngâm chúng trong dầu hoả.
Tác dụng với phi kim
Khi tác dụng với phi kim, các kim loại kiềm sẽ khử các nguyên tử phi kim thành ion âm.
Ví dụ:
2K + Cl2 → 2KCl
Li + O2 → Li2O
Na + O2 → Na2O
Tác dụng với axit
Kim loại kiềm có khả năng khử mạnh ion H+ trong dung dịch axit HCl và H2SO4 loãng, tạo thành khí hidro theo phương trình phản ứng chung như sau:
2M + H2O → 2MOH + H2↑
Ví dụ:
2K + 2HCl → 2KCl + H2↑
K + H2SO4 → K2SO4 + H2↑
Chú ý: Tất cả các kim loại kiềm đều gây hiện tượng nổ khi tiếp xúc với axit. Do đó, người làm thí nghiệm cần cẩn thận để đảm bảo an toàn.
Phương pháp điều chế và ứng dụng của kim loại kiềm
Phương pháp điều chế
Để điều chế kim loại kiềm, ta có các cách sau:
- Điều chế từ hợp chất: Ta tiến hành khử các ion của chúng theo phương trình tổng quát: M+ + e → M
- Phương pháp điện phân nóng chảy: Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong điều chế kim loại kiềm, đặc biệt là điện phân muối halogenua của kim loại kiềm nóng chảy.
Ứng dụng
Kim loại kiềm được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống, ví dụ như:
- Được dùng để chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp, thường được sử dụng trong các thiết bị báo cháy.
- Một số kim loại kiềm như natri hay kali cũng được sử dụng để làm chất trao đổi nhiệt trong một số lò phản ứng hạt nhân.
- Kim loại xesi được ứng dụng trong chế tạo tế bào quang điện.
Các hợp chất quan trọng của kim loại kiềm
Dưới đây là một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm, được ứng dụng nhiều trong thực tế đời sống:
Natri Hidroxit (NaOH)
Natri Hidroxit (NaOH) là chất rắn không màu, dễ hút ẩm, dễ nóng chảy và tan nhiều trong nước. NaOH mang đầy đủ những tính chất của một bazơ điển hình khi có thể tác dụng với oxit axit, axit và một số dung dịch muối.
Phương pháp điều chế: Điện phân nóng chảy dung dịch NaCl có màng ngăn.
Natri Hydrocarbonat (NaHCO3)
- Natri Hydrocarbonat (NaHCO3) là chất rắn ít tan trong nước.
- NaHCO3 có tính lưỡng tính, dễ bị phân huỷ bởi nhiệt, có thể tác dụng với cả dung dịch axit và dung dịch bazơ.
- NaHCO3 được ứng dụng nhiều trong y học (điều chế thuốc chữa đau dạ dày), trong ngành thực phẩm, nước giải khát.
Natri Cacbonat (Na2CO3)
- Natri Cacbonat (Na2CO3) là một loại muối dễ tan trong nước, nóng chảy ở nhiệt độ 850oC.
- Na2CO3 có khả năng tác dụng với dung dịch axit và một số dung dịch muối.
- Na2CO3 được ứng dụng nhiều trong sản xuất giấy, thuỷ tinh, xà phòng và các chất tẩy rửa.
Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education
Trên đây là tổng hợp các kiến thức liên quan đến kim loại kiềm, bao gồm tính chất lý hóa, ứng dụng và các hợp chất quan trọng của các kim loại này. Hãy ôn tập kỹ các kiến thức trên để phục vụ tốt cho quá trình học và thi của mình. Hãy theo dõi website của Marathon Education để học online nhiều kiến thức hữu ích khác. Chúc các bạn học tập tốt và đạt điểm cao!
Được sửa bởi: Dnulib
