Kim loại kiềm thổ là gì? Tính chất và ứng dụng trong đời sống

Chu Văn An

Đất kiềm là tên của một nhóm nguyên tố nằm ở nhóm IIA trong bảng tuần hoàn. Tại sao gọi nhóm là “kiềm thổ”, nhóm đó có bao nhiêu nguyên tố? Tính chất và ứng dụng điển hình của các chất này là gì? Hãy cùng vietchem tìm hiểu về nhóm nguyên tố thú vị này qua bài viết dưới đây nhé!

I. Kim loại kiềm thổ là gì?

Đất kiềm là tên của các nguyên tố thuộc nhóm II trong bảng tuần hoàn. Có tổng cộng 6 nguyên tố được xếp vào nhóm kiềm thổ, sắp xếp tuần tự theo số nguyên tử tăng dần, bao gồm: Beryllium (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) và Radi ( Ra). Trong đó Radi là nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn, được phát hiện từ quặng uranium.

Chắc hẳn nhiều người thắc mắc vì sao nhóm này lại có tên là “đất kiềm”. Câu trả lời là vì chúng có đặc tính tự nhiên trung gian giữa kiềm (hoặc oxit kim loại kiềm) và đất hiếm (hoặc oxit kim loại đất hiếm).

Kim loại kiềm thổ chiếm 4,16% vỏ Trái đất, trong đó Canxi chiếm 67%, Magie chiếm 31%, Bari chiếm 1,4%, Stronti chiếm 0,6%, lượng nhỏ còn lại là Beryllium và Radius. Trong tự nhiên, chúng hiếm khi tồn tại ở dạng đơn lẻ mà thường kết hợp với các gốc hóa học khác.

Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn

II. Vị trí và cấu trúc của kim loại kiềm thổ

Nhìn vào bảng tuần hoàn các kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA, xếp sau nhóm kim loại kiềm IA. Cấu hình electron của các nguyên tố kiềm thổ như sau:

Cấu trúc chung của các nguyên tố này là xs2, chúng đều có 2 electron ở lớp vỏ ngoài nên có xu hướng nhường 2e để tạo cấu hình ổn định – các ion dương có điện tích +2. Vì vậy, kim loại kiềm thổ có hoạt tính hóa học tương đối mạnh.

II. Tính chất của kim loại kiềm thổ

Tính chất đặc trưng của kim loại kiềm thổ bao gồm:

1. Tính chất vật lý

• Đất kiềm là kim loại màu trắng bạc hoặc xám nhạt.
• Kim loại kiềm thổ tương đối mềm, cứng hơn kim loại kiềm nhưng vẫn có độ cứng thấp và giảm dần từ Berium đến Barium.
• Nhiệt độ nóng chảy và sôi cao hơn nhiệt độ của kim loại kiềm nhưng nhỏ hơn nhiều so với các nguyên tố khác. Chúng không thay đổi theo một hướng nhất định vì các nguyên tố có cấu trúc tinh thể khác nhau. Trong khi Be và Mg là lục giác, Ca và Sr là lập phương tâm mặt, Ba là lập phương tâm khối.

Màu sắc của kim loại kiềm thổ

Dưới đây là bảng tóm tắt một số tính chất vật lý của kim loại kiềm thổ:

2. Tính chất hóa học

Kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh nhờ cấu trúc có thêm 2 electron ở lớp ngoài cùng. Sự khử tăng dần từ Be đến Ba khi bán kính nguyên tử tăng dần

2.1 Tác dụng với nước:

• Ca, Sr, Ba tác dụng với nước tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí H2:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

• Mg không tan trong nước lạnh mà tan chậm trong nước nóng tạo thành magie oxit:

Mg + H2O → MgO + H2↑

• Beryllium không hòa tan trong nước ở mọi nhiệt độ. Nhưng có thể hòa tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng tạo thành phức berylat:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

Be + 2 NaOH nóng chảy → Na2BeO2 + H2

2.2 Tác dụng với phi kim:

• Các kim loại kiềm thổ đều phản ứng với oxy khi đun nóng trong không khí tạo ra oxit (phản ứng đốt cháy):

2 Ca + O2 → 2 CaO

• Tác dụng mạnh lên các halogen, lưu huỳnh, phốt pho, cacbon… tạo muối

Ca + Cl2 →CaCl2

Mg + Si → Mg2Si

• Do có ái lực với oxy lớn hơn nên kim loại kiềm thổ có khả năng khử nhiều oxit ổn định như CO2, SiO2, Cr2O3, Al2O3…

2Be + TiO2 → 2BeO + Ti

2Mg + CO2 → 2MgO + C

2.3 Phản ứng với dung dịch axit

• Phản ứng với axit ở điều kiện thường tạo muối và giải phóng khí H2:

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

• Phản ứng với axit đậm đặc nóng như HNO3 d, H2SO4 d,n:

4Ca + 10HNO3 (l) → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Mg + H2SO4 → MgSO4 + SO2+ H2O

III. Phương pháp điều chế kim loại kiềm thổ

Do khả năng phản ứng hóa học mạnh mẽ, kim loại kiềm thổ tồn tại dưới dạng hợp chất. Để điều chế kim loại kiềm thổ, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là điện phân muối nóng chảy:

CaCl2 ​ → Ca+Cl2

​MgCl2 → Mg+Cl2

IV. Ứng dụng của kim loại kiềm thổ

Trong đời sống cũng như trong công nghiệp, kim loại kiềm thổ được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp:

• Beryllium: Được sử dụng trong chế tạo hợp kim đồng-beryllium, sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo độ dẫn điện, điện cực hàn điểm, lò xo… Beryllium được sử dụng trong các thiết bị phát hiện tia X, phản xạ và làm chậm neutron…

Hợp kim đồng-beri

• Magiê:

– Dùng trong sản xuất hợp kim cứng, bền, nhẹ trong sản xuất phụ tùng, linh kiện cho máy bay, ô tô, tên lửa… và sản xuất pháo hoa. Magiê cũng được sử dụng để khử lưu huỳnh trong quặng sắt.

– Các hợp chất magie như MgO – là vật liệu chịu lửa trong lò luyện kim, MgCO3 là dạng bột khô dùng cho vận động viên thể dục dụng cụ, cử tạ…

• Canxi:

– Làm chất khử trong điều chế kim loại như uranium, thorium…

– Canxi hoặc các hợp chất canxi dùng trong sản xuất xi măng, vôi trong xây dựng.

– Canxi là khoáng chất cần thiết cho con người, tham gia vào cấu trúc của răng, xương cũng như nhiều chức năng sinh học của cơ thể.

• Stronti:

– Dùng trong sản xuất hợp kim, nghiên cứu giải phóng chất dẫn truyền thần kinh.

– Muối Stronti được dùng trong sản xuất pháo hoa…

Canxi được sử dụng trong sản xuất xi măng

• Bari:

– Kim loại bari dùng làm hợp kim.

– Hợp chất BaSO4 được dùng làm chất cản quang trong chụp ảnh tia X. BaCO3 dùng trong sản xuất thủy tinh. BaNO3 dùng làm pháo hoa…

Trên đây là những thông tin cơ bản về nhóm kim loại kiềm thổ giúp bạn đọc hiểu rõ kim loại kiềm thổ là gì? tính chất và ứng dụng của chúng trong cuộc sống. Nếu có thắc mắc vui lòng liên hệ với chúng tôi qua website vietchem.com.vn