Kim loại kiềm thổ

I. VỊ TRÍ CẤU TẠO:
1.Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn:
- Các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, trong mỗi chu kì các kim loại kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm.
- Bao gồm các nguyên tố: Be, Mg, Ca, Sr, Ba và Ra ( nguyên tố phóng xạ).
2. Cấu tạo và tính chất của các nguyên tố kim loại kiềm thổ:
- Bảng một số đặc điểm của các nguyên tố kim loại kiềm thổ:
Nguyên tố Be Mg Ca Sr Ba Ra
Số hiệu nguyên tử 4 12 20 38 56 88
Electron lớp ngoài cùng 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 7s2
Bán kính nguyên tử
(nm) 0,11 0,16 0,20 0,21 0,22
Năng lượng ion hoá I2
(kJ/mol) 1800 1450 1150 1060 970
Độ âm điện 1,57 1,31 1,00 0,95 0,89
Thế điện cực chuẩn
E0M+/M (V) -1,85 -2,73 -2,87 -2,89 -2,90

- Nhận xét:
+ Cấu hình electron: Kim loại kiềm thổ là những nguyên tố s. Lớp ngoài cùng của nguyên tử có 2e ở phân lớp ns2. So với những electron khác trong nguyên tử thì hai electron ns2 ở xa hạt nhân hơn cả, chúng dễ tách khỏi nguyên tử.
+ Số oxi hoá: Các ion kim loại kiềm thổ có điện tích duy nhất 2+. Vì vậy trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm thổ có số oxi hoá là +2
+ Thế điện cực chuẩn: Các cặp oxi hoá khử của các kim loại kiềm thổ đều có thế điện cực chuẩn rất âm.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Bảng một số hằng số vật lí của kim loại kiềm thổ:
Nguyên tố Be Mg Ca Sr Ba Ra
Nhiệt độ sôi (oC) 2770 1110 1440 1380 1640 -
Nhiệt độ nóng chảy (oC) 1280 650 838 768 714 -
Khối lượng riêng (g/cm3) 1,85 1,74 1,55 2,6 3,5 -
Độ cứng - 2,0 1,5 1,8 - -
Mạng tinh thể Lục phương Lập phương tâm diện Lập phương tâm khối

- Nhận xét:
+ Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại kiềm thổ cao hơn so với các kim loại kiềm. Tuy nhiên sự biến đổi đó, diễn ra không đều đặn vì các kim loại kiềm thổ kết tinh theo những mạng tinh thể khác nhau.
+ Khối lượng riêng của các kim loại kiềm thổ lớn hơn khá nhiều so với các kim loại kiềm là do trong tinh thể có nhiều electron hoá trị, vì vậy thực hiện liên kết kim loại mạnh hơn.
III. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
Tính chất đặc trưng: Tính khử mạnh (yếu hơn kim loại kiềm)
Thể hiện qua các phản ứng:
1. Tác dụng với phi kim
a. Tác dụng với H2:
- Khi đốt các kim loại kiềm thổ trong khí quyển H2 khô thì Ca, Sr, Ba dễ dàng tạo ra các hợp chất hiđrua kim loại.
- Phản ứng : M + H2 → MH2
Khi tiếp xúc với H2O, các hiđrua này tạo thành dung dịch M(OH)2 và H2
b. Tác dụng với oxi:
- Khi đốt nóng, tất cả các kim loại kiềm thổ đều cháy trong không khí tạo ra oxit.
2M + O2 →2MO
- Trừ BeO, tất cả các oxit của kim loại kiềm thổ đều tác dụng với nước cho dung dịch bazơ
c. Tác dụng với các phi kim khác:
- Khi đung nóng các kim loại kiềm thổ tác dụng mãnh liệt với các phi kim mạnh như halogen, lưu huỳnh, nitơ...tạo ra muối.
M + X2→MX2
M + S→MS
3M + N2 M3N2
- Các nitrua kim loại kiềm thổ tác dụng với nước tạo ra hiđroxit và giải phóng NH3
2. Tác dụng với axit
a. Tác dụng với HCl, H2SO4 loãng:
- Do thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá- khử Eo2H+/H2 = 0,00V, thế điện cực chuẩn của cặp oxi hoá khử của kim loại kiềm thổ có giá trị từ -2,90V
đến -1,85V. Nên các kim loại kiềm đều khử dễ dàng ion H+ của dung dịch axit (HCl, H2SO4 loãng) thành H2.
- Phản ứng: M + 2H+ →M2+ + H2
b.Tác dụng với dung dịch axit HNO3, H2SO4 đặc:
- Tác dụng với dung dịch HNO3 loãng: các kim loại nhóm IIA có tính khử mạnh có thể khử N+5 của dung dịch HNO3 loãng xuống các số oxi hoá thấp.
Ví dụ: 4M + 10HNO3 →4M(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
- Tác dụng với HNO3 đặc : Tạo NO2
M + 4HNO3 → M(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- Tác dụng với H2SO4 đặc và nóng : tạo SO2
M + 2H2SO4 →MSO4 + SO2 + 2H2O
3. Tác dụng với H2O
- Be không tác dụng với H2O dù ở nhiệt độ cao
- Mg tác dụng chậm với H2O ở nhiệt độ thường tạo ra Mg(OH)2, tác dụng nhanh với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO
Mg + H2O hơi MgO + H2
- Ca, Sr, Ba tác dụng với H2O ở nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazơ.
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
4. Tác dụng với dung dịch bazơ
- Chỉ có Be phản ứng được với dung dịch bazơ để tạo muối berilat và khí H2
- Phản ứng : Be + 2NaOH →Na2BeO2 + H2
IV. ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ
1. Ứng dụng của kim loại kiềm thổ:
- Kim loại Be được làm chất phụ gia để chế tạo những hợp kim có tính đàn hồi cao, bền chắc, không bị ăn mòn...
- Kim loại Mg được dung để chế tạo những hợp kim có đặc tính cứng, nhẹ, bền...Bột Mg trộn với chất oxi hoá dung để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm.
- Kim loại Ca dung làm chất khử để tách oxi , lưu huỳnh ra khỏi thép...
2. Điều chế các kim loại kiềm thổ
- Nguyên tắc: Khử ion kim loại kiềm thổ: M2+ + 2e → M
- Phương pháp: Điện phân nóng chảy muối của chúng.
Ví dụ: CaCl2 Ca + Cl2