CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI

CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI

CH ƠNG 1 Đ I C ƠNG V KIM LO I

1.1 Vị trí kim lo i trong bảng hệ thống tuần hoàn

Trongăbảngăhệăthốngătuầnăhoànănếuăvạchămộtăđ ngăchéoătừ B đếnăAtă(B – Si - At)ăthìănhữngăphânănhómănằmăbênătráiăđ ngăchéoălà kimăloại.ăTrongă105ănguyênătốă(bảngăcũ)ăthìăcó 84 nguyênătốălàăkim loại,ăbaoăgồm:

1.2 Đặc đi m cấu trúc lớp vỏ electron

Cácănguyênătửăkimăloạiăcóăbánăkínhănguyên tửălớnăhơn so vớiăcácănguyênătửăphiăkim

Cácăphânălớpăngoàiăcùngăc aăcácănguyên tửăkimăloạiă có ít electron: 1, 2, 3e

Cácăkimăloạiăcóăcấuătrúcălớpăelectron ngoài cùng là ns, np thuộcăphânănhómăA,ănếuălàănd,ănfăthuộcăphân nhóm B

Lựcăhútăc aăhạtănhânăvớiăcácăelectron ngoàiăcùngăt ơng đối yếu,ădoăđóănĕngăl ợngăionăhoáă

c aăcácăkim loạiăthấp

1.3 Kim lo i chuy n ti p và kim lo i không chuy n ti p

Kim loại không chuyển tiếp (kim loại thuộc phân nhóm chính – nhóm A) làănhững nguyênătốăs,

p: ns1 np4

↑íădụ:ăăLi:ăβs1, Po: 6s26p4

Kim loại chuyển tiếp làănhữngănguyênătố dăvàăfă(chỉă các chuăkỳălớn:ă4,ă5,ă6ăvàă7),ăelectronă

cuốiăcùng đ ợcăđiềnăvào các phânălớpă(n-1)d hay (n-2)f

Dung dịch rắn thay thế: làăhợpăkimătrong đóănguyênătử c a mộtăkimăloạiăthayăthếămộtăsốă

nguyênătửătrong mạngătinhăthể c a kimăloạiăkhác.ăCácăkimăloạiăphảiăcóăbánăkính nguyênătửă

không khác nhau quá

↑íădụ:ăhợpăkimăCu(1,17A0

) và Ni(1,15A0)

Dung dịch rắn thâm nhập: làăhợpăkim trongăđóăcác nguyên tửănhỏăchiếmăcácălỗătrốngătrongă

mạngătinh thểăkimăloại.ăĐây là cácăhợpăkimăcóăđộănóngăchảyăcao,ărấtăc ng, bềnăvềămặtăhoá học

Ví dụ:ăhợpăkimăc aăkimăloạiăchuyểnătiếp (nh ăTi,ăZr, Hf, ) vớiăN2, C, B,

Độădẫnăđiệnăc aăhợpăkimăth ngăkém hơnăcácăkim loại thànhăphần

1.4.2 Hợp chất hoá học kim loại

Khiăhoàătanănóngăchảyăcácăkimăloạiăcóăthể tạoăvớiănhau thành hợpăchấtăkimăloại.ăHợpăchấtăkimăloạiăđ ợc tạoăthànhădoăliên kết hỗnăhợpăgiữaăcácănguyênătử (liênăkếtăkim loại,ăion,ăcộngăhoá trị)

Một số dạng hợp chất kim loại:

Bectolit: làănhữngăhợpăchấtăkimăloại cóăthànhăphần thay đổi

↑íădụ:ăăPb0,9995S và PbS0,9; TiO1,9 và TiO2

Dantonit: làăhợpăchấtăkimăloạiăcó thànhăphầnăkhông đổi

↑íădụ: Mg2Pb; Cu3Al

* Đặc điểm:

Hợp chấtăkimăloạiăcóăthànhăphầnăxác địnhă ngăvớiămột công th căhoáăhọcăxácăđịnh

↑íădụ: TiO0,9Cu3Al

Thànhăphầnăc aăhợpăchấtăkimăloạiăđ ợc xácăđịnhăb i:ă

Nồngăđộăelectronăhoáă=ătổngăsốăelectron hoá trị/tổng số nguyên tử

↑ớiănồngăđộ electron hoáătrịăcóăthểăxác địnhăđ ợcăkiểu mạng tinhăthểăc aăhợpăchất

↑íădụ:ăhợpăchấtăkim loạiăCu, Zn: Cu (ns1), Zn (ns2) thì nồngăđộăelectronăhoáătrịă=ă(1+β)/βă=ă1,5ă(mạngălập ph ơng tâmăkhối)

Kiểuămạngătinhăthểăc aăhợpăchấtăkim loạiăkhácăvới kiểu mạngăc aăcác kimăloạiăthànhăphần Nhiệtăđộănóngăchảyăc aăhợpăchấtăkim loạiăcaoăhơn nhiệt độ nóngăchảyăc aăkimăloạiăthànhăphần.ă

↑íădụ:ăMg nóngăchảyă 6500C, Snănóngăchảyă ăβγβ0C,ănh ngăhợpăchấtăMg2Sn nóngăchảyă

7950C

Lýătínhăvàăhoáătínhăc aăhợpăchấtăkim loạiăkhácăhẳn kim loạiăthànhăphần.ă

Ví dụ:ăCácăhợpăchấtăkimăloạiăth ngăc ng, dònănh ngă nhiệtăđộă70-96%ănhiệtăđộănóngăchảyăc aăhợp chấtăkimăloạiăthì hợp chấtăkimăloạiăcóătínhădẻo

1.5 Tính chất vật lý của kim lo i - Thuy t mi n năng l ợng

1.5.1 Tính chất vật lý đặc trưng của kim loại

Kimăloạiăđ ợcăphânăbiệtăvớiăphiăkimăch ăyếuăb iăbốnătínhăchấtăsauăđây

Tấtăcảăcácăkimăloạiăđềuălàăchấtărắnă(trừăHg),ăcóăánhăkim,ă ătrạngătháiăphânătánăcóămàuăxámăsẫm

Kimăloạiăcóătínhădẫnăđiện,ădẫnănhiệtătốt.ăNhiệtăđộătĕngălênălàmăgiảmăđộădẫnăđiện,ădẫnănhiệtă

c aăcácăkimăloại.ăMộtăsốăkimăloạiădẫnăđiện,ădẫnănhiệtătốtănh :ăCu,ăAu,ăAg,ăAl,

Kimă loạiă cóă tínhă dẻoă doă đặcă điểmă cấuă tạoă mạngă tinhă thểă kimă loạiă vàă liênă kếtă kimă loại:ăchúngăcóăkhảănĕngăthayăđổiăhìnhădạngăkhiăchịuătácădụngăc aălựcăcơ học,ărồiăkhiăngừngătácădụngălựcăkimăloạiăvẫnăgiữăđ ợcănguyênăhìnhădạngăđưălấyăđ ợc.ă↑íădụ:ăAuăcóăthểădátămỏngăthànhăláăcựcămỏngătrôngăquaăđ ợc,ăcóăthểăkéoăsợiăthànhăsợiămảnhăkhóăthấyăđ ợc

Ngoàiăra,ăcácăkimăloạiăcóănhữngătínhăchấtăvậtălýăriêngăgiúpănhậnăraăsựăkhácănhauăgiữaăcácăkimăloại:ăkhốiăl ợngăriêngă(d),ănhiệtăđộănóngăchảyă(t0 nc),ănhiệtăđộăsôiă(t 0 s),ăđộăc ng…

Kimăloạiăcóăkhốiăl ợngăriêngălớn,ăchiaălàmăβăloại:

+ăKimăloạiănhẹăcóădă<ă5g/cm3 nh :ăLi,ăNa,ăAl,

+ăKimăloạiănặngăcóădă>ă5g/cm3nh :ăZn,ăFe,ăCu,

Nhiệtăđộănóngăchảyăc aăcácăkimăloạiăbiếnăđổiătrongămộtăkhoảngărấtărộngătừăă-38,870C (Hg) đếnăγγ700

C (W)

1.5.2 Giải tích tính chất vật lý của kim loại

1.5.2.1 Thuyết “khí electron”

Đ ợcă đ aă raă đầuă thếă kỉă β0,ă thuyếtă khíă electronă choă rằngă trongă mạngă tinhă thểă kimă loạiă cácă

nguyênătửăđưăbịăionăhóa.ăDoăcácăelectron hóa trị liênăkếtătrongăcácănguyênătửăkimăloại cóăkhảă

nĕngătáchăkhỏiăcácănguyênătửăvàăchuyểnăđộngăt ơngăđốiătựădoătrongătinhăthểăkimăloạiănh ăcácă

phânătửăkhí,ătạoăthànhămộtăđámă“khí electron” Sựăt ơngătácăgiữaăcácăelectronătrongăđámă“khí electron” vớiăcácăionăd ơngăkimăloạiătạiăcácănútăc aămạngăl ớiătinhăthểătạoăthànhăliên kết kim loại

Theo thuyết “khí electron”:

Kimăloạiăcóăánhăkimăvìăkhíăelectronătrongăcấuătrúcătinhăthểăkimăloạiătaoăraăchoăkimăloạiăkhảănĕngăphảnăchiếuămạnhăcácăb căxạănhìnăthấy.ăMộtăsốăkimăloạiăcóămàuăvìăchỉăhấpăthụămộtăsốăb căxạăvàăphảnăchiếuămộtăsốăb căxạănhìnăthấyăkhác.ăĐồngăcóămàuăđỏăvìănóăhấpăthụăcácăb căxạămàuăxanh

Kimăloạiădẫnăđiệnătốtăb iăvìăkhíăelectronăchuyểnăđộngătừ hỗnăloạnăsangăcóăh ớngăkhiălậpămộtăhiệuăđiệnăthếăgiữaăhaiăđầuădâyădẫn.ăKhiăđunănóng,ăđộădẫnăđiệnăc aăkimăloạiăgiảmăvìătĕngăsựăchuyểnăđộngăhỗnăloạnăc aăkhíăelectronăvàătĕngăsựădaoăđộngăc aănguyênătửăhayăionăkimăloạiălàmăcảnătr ăsựăchuyểnăđộngăcóăh ớngăc aăelectron

Kimăloạiădẫnănhiệtătốtăvìăkhiătĕngănhiệtăđộă ămộtăchỗăthìă ăđóănguyênătửăhayăionăkimăloạiădaoăđộngămạnh,ătruyềnănhiệtăsangăcácăelectronătựădo,ărồiătừăcácăelectronătựădoătruyềnăsangăcácănguyênătửăvàăionăkimăloạiălânăcận…ăC ăthế,ădaoăđộngăc aăcácănguyênătửăvàăcácăionătrongătoànăkhốiăkimăloạiăđ ợcătĕngăc ngăvàătrạngătháiănhiệtăc aăkhốiăkimăloạiăđạtăthĕngăbằngănhanhăchóng

Kimăloạiăcóătínhădẻoălàănh ăkhíăelectronăliênăkếtăcácătiểuăphână(nguyênătửăhayăionăkimăloại)ătrongătinhăthểăkimăloạiăvàăchúngăcóăthểăbịăxêădịchădoăchịuătácădụngăc aămộtălựcăcơăhọc

Hạnăchếăc aăthuyếtă“khí electron” khôngăthểăgiảiăthíchătriệtăđểăm căđộăkhácănhauăvềăbốnă

tínhăchấtăvậtălýăđặcătr ngăc aăkimăloạiăvàăkhôngăthểăgiảiăthíchăđ ợcăcácătínhăchấtăvậtălýăriêngă

c aăriêngăc aăkimăloại

1.5.2.2 Thuyết vùng năng lượng

Thuyếtăvùng nĕngăl ợngădựaătrênăcơăs ăph ơngăphápăobitanăphânătửă(MO),ălàăthuyếtăhiệnăđạiăcóăthểăkhắcăphụcănhữngăthiếuăsótăc aăthuyếtă“khíăelectron”ăvếăcấuătrúcăkimăloại

Theoăthuyếtănày,ăkimăloạiărắnăhayălỏngăcóăcấuătrúcătinhăthể,ănútămạngălàăionăd ơng.ăCácăobitanănguyênătửă(AO)ăhóaătrịăc aăcácăkimăloạiăđ ợcătổăhợpăthànhăcácăMOăchungăchoătoànăbộătinhăthể,ămỗiăMOă ngăvớiămộtătrạngătháiănĕngăl ợngăxácăđịnh.ăTrongăsựăhìnhăthànhăphânătửăhaiănguyênătử,ăsựăxenăph ăgiữaăhaiăAO liênăkếtălàmăxuấtăhiệnăhaiăMO,ăkhiăcóămộtăphânătửăth ăbaăkếtă hợpă vàoă phână tửă nàyă thìă cóă sựă hìnhă thànhă baă MO.ă Do trongă mạngă tinhă thểă kimă loạiă sốăelectronăhoáătrịărấtălớnă(sốăAOănguyênătửărấtălớn),ătổăhợpătạoăthànhăsốăl ợngălớnăcácăMOăcóăsựăsaiăbiệtăcácăm c nĕngăl ợngărấtăbéătạoănênăcácăm cănĕngăl ợngăgầnănh ăliênătục,ăgọiălàăvùng

Nếuăvùngăhóaătrịăvàăvùngădẫnăkhôngăxenăph ănhauăthìăcóămộtăkhoảngătrốngăvềănĕngăl ợngă

(kheănĕngăl ợng)ăđ ợcăgọiălàăvùng cấm

Trongăkimăloại,ămiềnăhoáătrịăvàămiềnădẫn xen ph ălênănhau (Hình 1.2.a) và miềnăhoáătrịă

ch aăđầyăelectron.ăD ớiătácădụng c aăđiện tr ng cácăelectronănhậnănĕngăl ợngăchuyểnălên các m cănĕngăl ợng kế cậnăcònătrốngătạoănênătínhădẫnăđiệnăc aăkim loại ↑ớiăcácăchấtăcáchăđiệnă(phiăkim),ămiền cấmăcóăkheănĕng l ợngăkháălớnăcó ∆Eă>ăγ,0 eV (Hình 1.2.b) vàămiềnăhoáătrịăđầyăelectron D ớiătácădụng c a điệnătr ngăcácăelectronăhoáătrịăkhôngăđ ănĕng l ợngăđểă

v ợt qua miềnăcấmăđếnămiềnădẫn ↑ớiăchấtăbánădẫn,ămiềnăcấmăcóăkheănĕng l ợngăkhá nhỏăcó

∆Eă≈ă0,1ă†ăγ,0 eV (Hình 1.2.c) miềnăhoáătrịăđầyăelectron.ăD ớiătácădụngăc a điệnătr ng các

Nĕngă

l ợngă

1

Hình 1.1: Sơ đồ hình thành các vùng năng lượng khi tăng liên tục số

nguyên tử trong tinh thể kim loại

electronăhoáătrịă ăm cănĕngăl ợngăcaoăc a miềnăhoáătrịăcó thể nhảyălênămiềnădẫnăvàăthamăgiaădẫnăđiện.ă

Khiăelectronăchuyểnălênămiềnădẫn,ămiềnăhoáătrịăsẽăxuấtăhiệnăcácăm cănĕngăl ợngăkhôngăđ ăelectron,ăgọiălàăcácănútătrốngăhayăcácălỗ

 + h  [ ] + 

Trongăđiệnătr ngăcácălỗăt ơngăđ ơngăvớiămộtăhạtăđiệnătíchăd ơng.ăTrongăchấtăbánădẫn,ădòngăđiệnălàădoădòngăelectronă(dẫnăn: negative)ăvàăcácălỗă ămiềnăhoáătrịă(dẫnăp: positive)

Thựcănghiệmăchoăthấyăkhoảngă1ăelectronătrongăsốăcácăelectronăc aănguyênătửăkimăloạiăgâyăraătínhădẫnăđiệnăvàădẫnănhiệt,ăsốăelectronăhóaătrịăcònălạiăthamăgiaătạoăliênăkếtăcộngăhóaătrịăbềnăvữngăgiữaăcácănguyênătửăkimăloại.ăDoăđó,ăphầnălớnăkimăloạiăchuyểnătiếpăcóăkhốiăl ợngăriêng,ănhiệtăđộănóngăchảy,ănhiệtăđộăsôiăvàăkhốiăl ợngăriêngălớnăhơnănhiềuăsoăvớiăcácăkimăloạiăkhôngăchuyểnătiếp

Theoăthuyếtăvùngănĕngăl ợng,ăvìăcácăelectronăhóaătrịăchuyểnăđộngătrênăcácăMOăc aăvùngăhóaătrịătạoăra nhữngăđámămấyăelectronălàmătĕngăkhảănĕngăphảnăchiếuăvàăgiảmăkhảănĕngăhấpăthụăcácăb căxạănhìnăthấyănênăkimăloạiăcóătính ánh kim CũngăvìăcácăelectronăhóaătrịăchuyểnăđộngătrênăcácăMOăchungălàmăchoătoànăbộătinhăthểăluônăluônăliênăkếtăvớiăionăd ơngăthànhămộtăkhốiă

chịuăđ ợcătácădụngăc aălựcăcơăhọcănênăkimăloạiăcóătính dẻo

1.6 Tính chất hoá học của kim lo i

1.6.1 Dãy điện hóa của kim loại

Cơ sở sắp xếp các cặp oxi hóa khử của kim loại tạo nên dãy điện hóa

Thếăđiệnăcựcăchuẩnăc a kimăloạiăđ ợcăđoăbằngăcáchăghépăđiệnăcựcăchuẩnăc aăkimăloạiăđóăvớiăđiệnăcựcăchuẩnăhiđroătạoăthànhămộtăpinăGanvani.ă↑ìăthếăc aăđiệnăcựcăchuẩnăhiđroăbằngă0ănênătừăgiáătrịăsuấtăđiệnăđộngăc aăpinăđọcătrênăvônăkếătaătínhăđ ợcăthếăđiệnăcựcăchuẩnăc aăkimăloại.ă

Taăđưăbiết,ăsuấtăđiệnăđộngăc aăpinăE0 vàăbiếnăthiênănĕngăl ợngăGipă∆G0 liênăhệăvớiănhauătheoăbiểuăth c,

∆G0 = -nFE0pin (1.1)

trongăđó,ăn:ăsốăelectronăkimăloạiănh ngăđểătạoăion,ăFă≈ 96500 C.mol-1

: hằngăsốăFaraday Vì vậy,ăbằngălýăthuyếtătínhăđ ợcă∆G0thìăcũngătínhăđ ợcăE0

Đểăđơnăgiảnătaăxétăpină(-) M|Mn+║H3O+|H2 (+),ăphảnă ngăxảyăraătrongăpinălà

M(s) + nH3O+ Ō Mn+

(aq) + n/2H2(k) + nH2O(l) (1) Đốiăvớiămộtăphảnă ngăhóaăhọcătaăluônăcó,

∆G0

=ăăă∆H0

+ăăăăăT∆S0

(1.2) Doăphảnă ngăxảyăraătrongădungădịchănênăbiếnăthiênăentropiă∆S0 khôngăđángăkể,ădoăđóăcóăthểăbỏăqua Khiăđó,ă(1.β)ăt ơngăđ ơngăvới, ∆G0 = ∆H0 (biếnăthiênănĕngăl ợngăGipăbằngăbiếnăthiên entanpiăc aăphảnă ng.ăĐểătínhănhiệtăc aăphảnă ngă(1), tách phảnă ngănàyălàmăβănửa phảnăngăkhácănhau,

M(r) + n ớc Ō Mn+

(aq) + ne, (a)

nH3O+ + ne Ō n/2H2(k) + nH2O(l) (b)

↑íădụ:ăPhảnă ngă(a) đốiăvớiăkimăloạiăkiềmăcóăthểăchiaăthànhăγ giaiăđoạnănh ăsau:

1 Làmăđ t các liên kết trong tinh thể kim loại kiềm,ănghĩaălàăchuyển kim loại trạng thái

rắn sang trạng thái tự do (trạngătháiăkhí).ăNĕngăl ợng cần cung cấpăchoăgiaiăđoạn này xảy ra

gọiălàănĕngăl ợngăthĕngăhoaă(sublimationăenergy)ă– ΔHth.h,

M(r)  M(k) - ΔHth.h

2 Tách electron ra khỏi nguyên tử.ăNĕngăl ợng cần cung cấpăchoăgiaiăđoạn này gọiălàănĕngă

l ợng ion hóa (ionization energy) – I1,

M(k)  M+

(aq) + e - I1

3 Sự hiđratăhóaăcácăionăKLKămới tạo thành giải phóng mộtănĕngăl ợng gọiălàănĕngăl ợng hiđrat hóa (hydration energy) – ΔHh,

M+(aq) + nH2O(l)  M+(H2O)n(aq) +ăăăăΔHh

Nh ăvậy,ăquáătrìnhă(a)ăxảyăraădễădàngăkhiătổngăđạiăsốăc aănĕngăl ợngăthĕngăhoaă(ΔHth.h), nĕngăl ợngăionăhóaă(I1)ăvàănĕngăl ợngăhiđratăhóaăΔHhcóăgiáătrịătuyệtăđốiăcàngănhỏ,ăt călàănĕngă

l ợngătiêuătốnăcàngăít.ăĐặt,ăăΔH1 =ăăΔHth.h + I1 +ăăΔHh

2 nH+(l) + ne Ō nH(g); - I(H+) (- nĕngăl ợngăionăhóaăc aăH)ă=ă- 1312kJ,

3 n/2(H + H)(g)Ōn/2H2(g); -1/2Elk (-1/βănĕngăl ợngăliênăkếtăc aăH2)=-217,5kJ ŌănH3O+ + ne Ō n/2H2(g) + nH2O(l);ăΔH 0

2 = - (ΔH0

h + I(H+) + 1/2Elk) = - 480,5kJ

Nhiệtătổngăcộngăc aăphảnă ngă(1)ălà:ăăă∆H0 = ΔH0

1 + ΔH0

2 (1.3) Từăhệăth că(1.1)ătaăcó,

nF

Gpin

0

0 

) ( 0 ) (

= ΔH0 vàoăbiểuăth că(1.4)ătínhăđ ợcă0(Mn /M) 0

) / ( M n  M

 càngălớnăthìănửaăphảnăngă(a)ăcàngăkhóăxảyăraăt călàătínhăkhửăc aăkimăloạiăcàngăyếu

Từăhaiăbiểuăth că(1.γ)ăvàă(1.4)ătaăthấy,ăthếăđiệnăcựcăchuẩnăc aăkimăloạiăđ ợcăquyếtăđịnhăb iă

ba yếuătố:ănĕngăl ợngăthĕngăhoaă(∆Hth.h),ănĕngăl ợngăionăhóaă(I) và nĕngăl ợngăhiđrată hóaă

(∆Hh)

Dãy hoạt động hóa học và dãy điện hóa của kim loại

Nh ătaăđưăbiết,ătínhăchấtăhóaăhọcăc aămộtăchấtăthểăhiệnă ăkhảănĕngăthamăgiaăvàoăcácăphảnăngăhóaăhọcăxácăđịnh.ăNếuăcácăphảnă ngămàămộtăchấtăthamăgiaăxảyăraădễădàng,ănhanhăchóng

thìăng iătaănóiăđóălàăchấtă “hoạt động hóa học” mạnhăvàăng ợcălại.ăĐốiăvớiăcácăkimăloại,ă

ng iătaăth ngăsoăsánhăhoạtăđộngăhóaăhọcăc aăchúngăbằngăphảnă ngăđổiăchỗăchoănhau.ăKimăloạiăhoạtăđộngămạnhăđấyăkimăloạiăhoạtăđộngăyếuăraăkhỏiămuốiăc aănó tan trong n ớc.ăDựaăvàoă

đó,ăng iătaăsắpăxếpăcácăkimăloạiătheoă“dãy hoạt động hóa học” (dưyăBêkêtốp).ă

Dãy điện hóa của các nguyên tố kim loại

Dựaătrênăcơăs ăxácăđịnhă“thế điện cực chuẩn” c aăcác kimăloạiăng iătaăthiếtălậpănênădưyă

điệnăhóaăc aăcácănguyênătốăkimăloạiătheoăsựăsắpăxếpăcácăcặpăoxiăhóa/khửănh ăsau:

Mg 2Al

Al 3Mn

Mn 2Zn

Zn 2Cr

Cr 3Fe

Fe 2Ni

Ni2Sn

Sn2Pb

Pb2Fe

Fe32

2 H

HCu

Cu2





2 3 Fe

Fe Ag

AgHg

Hg 2Pt

Pt2Au

Au3

Nguyên tắcăsắpăxếpătrongădưyăđiệnăhóaălà:ăcặpăoxiăhóa/khửăđ ngăsauăcóăthếăđiệnăcựcăchuẩnă

lớnăhơnăcặpăđ ngătr ớc.ăDoăvậy,ătính khử của kim loại giảm từ trái sang phải trong dãy điện

hóa

Taăthấy,ăcácăkimăloạiămạnhăth ngăcũngălàănhữngăchấtăhoạtăđộngăhóaăhọcămạnh,ă nh ngătínhăkimăloạiăvàăhoạtăđộngăhóaăhọcăc aămộtăkimăloạiăkhôngăphảiălàănhữngăkháiăniệmăđồngănhất.ăChẳngăhạn,ătrongănhómăkimăloạiăkiềmănĕngăl ợngăionăhóaăgiảmădầnătừălitiăđếnăcesiăt cătínhăkimăloạiătĕngătừălitiăđếnăcesi.ăNh ngătrongădưyăhoạtăđộngăhóaăhọcăcácăkimăloạiă(xếpătheoă

↑iệcăxácăđịnhăđ ợcăthếăkhửăchuẩnăc aăLiălàăâmănhấtăkhôngăchỉăcóăýănghĩaălàătimăđ ợcăvịătríă

c aănóătrongădưyăđiệnăhóaămàăcònăh ớngăchoănhữngănghiênăc uă ngădụngăthựcătếăc aăLi.ăĐóălàăthiếtălậpăpinălitiărắn,ăbằngăcáchăghépăđiệnăcựcăLiăvớiăđiệnăcựcăMnO2 thuăđ ợcăpinăcóăsuấtăđiệnăđộngăγ↑ăđ ợcădùngăcho máy tính xách tay

1.6.2 Thế điện cực hidro, thế điện cực oxi

Cácăphảnă ngăc aăkimăloạiăth ngăcóăsự hiệnădiệnăc a H2O trongăđóăcóăhoàătanăO2, ion H+, do đóăcóăliện hệăđếnăthế điện cực hidro (2H+/H2)ăvàăthếăđiệnăcựcăoxi (O2/ H2O)

* Phản ứng của điện cực hidro: 2 

) (a q

2

2][HkP

Kimăloạiăphảnă ngăvớiăO2, H2O,ăaxit,ăkiềm, muối,ăoxit với các điềuăkiệnăsau:

KimăloạiăcóăE0 < 0,815V, phảnă ng vớiăO2 (trong H2O)ătạo oxit

E  = -2,925V 2K + 2 H2O  2KOH + H2 KimăloạiăcóăE0 < 0V, không có màng oxităbảo vệ,ăsảnăphẩm tan thìăkimăloạiăđóăphảnă ngăvớiăaxităkhôngăoxi hoá

KimăloạiăcóăE0 bé,ăkhôngăphảnă ngăvới H2O,ăsảnăphẩm tan thìăđẩyăđ ợcăkimăloạiăcóăE0 lớnăhơnăraăkhỏi dungădịchămuối

Oxit KL + H2(g)  Khôngăphảnă ng Oxit KL + H 2(g)t 0 KL Oxit t 0 KL

Hình 1.3: Dãy điện hóa và một số phản ứng của kim loại

1.7.1.Các phương pháp điều chế kim loại

1.7.1.1 Phương pháp nhiệt luyện (hoả luyện)

Phương pháp nhiệt luyện

Ph ơngăphápănhiệtăluyệnăđ ợcă ngădụngărộngărưiătrongăcôngănghiệpăđểăđiềuăchếănhữngăkimăloạiăcóăđộăhoạtăđộngăhóaăhọcătrungăbìnhănh ăZn,ăCr,ăFe,ăSn,ăPb…ă

Cơăs ăc aăph ơngăphápănàyălàăkhửănhữngăionăkimăloạiătrongăcácăhợpăchấtă ănhiệtăđộăcaoăbằngăcácăchấtăkhửămạnhănh ăC,ăCO,ăH2hoặcăAl,ăkimăloạiăkiềmăhoặcăkiềmăthổă

PbO + C t 0 Pb + CO

Fe2O3 + 3CO t 0 2Fe + 3CO2

WO3 + 3H2 t 0 W + 3H2O TiCl4 + 4Na t 0 Ti + 4NaCl

V2O5 + 5Ca t 0 2V + 5CaO

Cácăphảnă ngădùngăkimăloạiăkiềmăvàăkimăloạiăkiềmăthổălàmăchấtăkhửăđềuăphảiăthựcăhiệnătrongămôiătr ngăkhíătrơăhoặcăchânăkhông

Tr ngăhợpăquặngălàăsunfuaăkimăloạiănh ăCu2S, ZnS, FeS2…thìăphảiăchuyểnăsunfuaăkimăloạiăthànhăoxităkimăloại.ăSauăđóăkhửăoxităkimăloạiăbằngăchấtăkhửăthíchăhợp.ă↑íădụ,ăvớiăZnS

2ZnS + 3O2 t 0 2ZnO + 2SO2 ZnO + C t 0 Zn + CO Đốiăvớiăkimăloạiăkhóănóngăchảyănh ăCr,ăng iătaădùngăAlălàmăchấtăkhửă(phảnă ngănhiệtă

nhôm).ăPhảnă ngănhiệtănhômătỏaănhiệtămạnh,ăl ợngănhiệtătạoăraăđ ợcăsửădụngăđểăđunănóngăchảyăCr2O3,ănh ăvậyăgiảmăđ ợcăchiăphíăchoănhiênăliệu:

Cr2O3 + 2Al t 0 2Cr + Al2O3

Đốiăvớiănhữngăkimăloạiăkémăhoạtăđộngănh ăHg,ăAgăchỉăcầnăđốtăcháyăquặngăcũngăthuăđ ợcăkimăloạiămàăkhôngăcầnădùngăchấtăkhửă

HgS + O2 t 0 Hg + SO21.7.1.2 Phương pháp điện luyện

Định luật Faraday thứ nhất: Khối lượng của chất thoát ra ở mỗi điện cực khi điện phân tỷ lệ

thuận với lượng điện đã đi qua chất điện phân

Định luật Faraday thứ hai: Khi cho những lượng điện bằng nhau đi qua các chất điện phân

khác nhau thì khối lượng các chất thoát ra tỷ lệ với các đương lượng của chúng

Biểuăth cătoánăhọcăc a haiăđịnhăluậtăFaradayătrênălà

F q

Đ

m 

(1.5) trongăđó,ămălàăkhốiăl ợngăchấtăthoátăraă ăđiệnăcựcă(gam);ăĐălàăđ ơngăl ợngăgamăc aăchấtăđó;ăqălàăđiệnăl ợngăđiăquaăchấtăđiệnăphân,ăFă(hằngăsốăFaraday)ă=ă96500C.mol-1

Từă(1.5)ăvàă(1.6)ăkhốiăl ợngăchấtăthoátăraă ămỗiăđiệnăcựcăđ ợcătính

F

t I

Đ

m  . . hay

F n

t I A m

.

 (1.7)

Các quá trình điện phân:

Điện phân hợp chất nguyên chất nóng chảy: Dùngăđiềuăchế nhữngăkimăloạiăcóătínhăkhửă

mạnhănh Al, Mg, kim loạiăkiềm,ăkimăloạiăkiềmăthổ Ng iăta th ngăđiệnăphânănóng chảy các hợpăchấtăoxit,ăhiđroxit,ămuối (clorua ) ăc aăchúng

* Quá trình khử ở catot:

ăcatotăxảyăraăquáătrìnhăkhửăionăkimăloạiă(Mn+)ăhoặcăkhửăH2O

Mn+ + ne  M, Ec,M n  (thếăphóngăđiệnăc aăkimăloại) 2H2O + 2e  H2 + 2OH- EcHO

2

, (thếăphóngăđiệnăc aăn ớc) Theoănhiệtăđộngăhọc,ătiểuăphână(cặpăoxiăhóaă– khử)ănàoăcóăthếăphóngăđiệnăEclớnăhơnăthìă ăcatot,ănóăsẽăbịăkhửătr ớc

* Quá trình oxi hóa ở anot:

* Một số kết luận về sự điện phân dung dịch chất điện ly trong nước như sau:

Cationăc aăcácăkimăloạiăkémăhoạtăđộngănh ăAu,ăAg,ăCu,ăCr,ăPt,ăCd…ăThìăbịăkhửăthànhăkimăloại

Cationăc aăcácăkimăloạiăhoạtăđộngăgồmăcácăkimăloạiănhómăIA,ăIIAăvàăAlănhómăIIIAăthìăkhôngăbịăkhử,ămàăthayăvàoăđóăn ớcăbịăkhửăthànhăH2

Cácăanionăhalogenuaă(trừăF-)ăbịăoxiăhóaădoăquáăthếăc aăsựătạoăthànhăO2 lớn

Cácăanionănh ă     3 

4 3 2 3 2

F … Không bịăoxiăhóaămàăthayăvàoăđóăn ớcăbịăoxiăhóaătọaăthànhăO2.ăS ădĩ, cácăoxoanionăkhôngăbịăoxiăhóaălàăvìăcácănguyênătốăphiăkimătrungătâmăđưă ătrạngătháiăoxiăhóaăcaoănhất

1.7.1.3 Phương pháp thuỷ luyện

Ph ơngăphápăth yăluyệnăcònăgọiălàăph ơngăphápă ớt,ăđ ợcădùng đểăđiềuăchếănhữngăkimăloạiăcóăđộăhoạtăđộngăhóaăhọcăthấpănh ăAu,ăAg,ăHg,ăCu…

Cơăs ăc aăph ơngăphápănàyălàădùngănhữngădungădịchăthíchăhợp,ănh ădungădịchăH2SO4, NaOH,ăNaCN…đểăhòaătanăkimăloạiăhoặcăhợpăchấtăc aăkimăloạiăvàătáchăraăkhỏiăphầnăkhôngătană

có trong quặng.ăSauăđóăcácăionăkimăloạiătrongădungădịchăđ ợcăkhửăbằngăkimăloạiăcóătínhăkhửămạnhă hơn,ă nh ă Fe,ă Znă đểă đẩyă ionă kimă loạiă raă khỏiă dungă dịchă tạoă thànhă kimă loạiă tựă do…ă

Ví dụ 1:

Ng iătaăđiềuăchếăAgăbằngăcáchănghiềnănhỏăquặngăbạcăsunfuaăAg2S,ăxửălíăbằngădungădịchă

NaCN,ărồiălọcăđểăthuăđ ợcădungădịchămuốiăph căbạc:ă

Ag2S + 4NaCN Ōă 2Na[Ag(CN)2] + Na2S Sauăđó,ăionăAg+trongăph căđ ợcăkhửăbằngăkimăloạiăZn:ă

Zn + 2Na[Ag(CN)2] Ō Na2[Zn(CN)4] + 2Ag

Ví dụ 2:

↑àngălẫnătrongăđấtăđáăcóăthểăhòaătanădầnătrongădungădịchăNaCNăcùngăvớiăoxiăc aăkhôngăkhí,ă

đ ợcădungădịchămuốiăph căc aăvàng:ă

4Au + 8NaCN + O2 + 2H2OăŌă4Na[Au(CN)2] + 4NaOH Sauăđó,ăionăAu3+trongăph căđ ợcăkhửăbằngăkimăloạiăZn:ă

Zn + 2Na[Au(CN)2]ăŌăNa2[Zn(CN)4] + 2Au

1.7.2 Điều chế kim loại có độ tinh khiết cao

Doăyêuăcầuăc aăcácăngànhăkỹăthuậtăhiện đạiă(lòăphản ng hạtănhân,ătênălửa, )ărấtăcầnăđếnăcácăkim loạiăcóăđộătinh khiếtăcao, nên ng iătaăđưănghĩăraămộtăsốăph ơngăphápăđể điềuăchếăcác kim loạiăvớiăđộătinhăkhiếtăcaoăđó.ăSauăđây, giới thiệuămộtăsốăph ơng pháp quanătrọng

1.7.2.1 Chưng cất lại trong chân không

Ph ơngăphápănàyădựaăvàoăsựăkhácănhauăvề nhiệtăđộăsôi c a kimăloạiăvàătạpăchất

Kimăloạiăđ ợcăchoăvàoăbìnhăđốtănóngăvàăbay hơiătrongăchân không.ăTrongăquáătrìnhăch ngăcấtăvàăng ngătụ, ta thuăđ ợc kim loạiă(nếuăkimăloạiădễăbayăhơi)ăhayătạpăchất (nếuătạpăchất dễăbay hơi).ăLặpălạiăquáătrìnhăch ngăcấtăvàăng ngătụ nhiềuălầnăsẽ thu đ ợcăkimăloạiăcóăđộătinhăkhiếtăcao

Nhiệtăđộăphảiăcaoăđ ăs c làmănóngăchảyăkim loại, đoạnăkimăloạiăđiăquaăvòngăsẽănóngăchảyătừng phầnănhỏăgọiălà vùng Cácănguyênătửăc aămộtăchấtăbẩnăth ngăhoà trongăchấtălỏng dễ dàng hơnătrongăchấtărắn,ăvìăthếă ăbiênăgiớiăvùng nóngăchảyăsẽ thấy các nguyênătửăc aătạpăchấtăchuyểnătừăphầnărắn vào vùng này, sựădi chuyểnănàyăchỉămộtăchiều.ăVùngănóngăchảyădi chuyểnădầnătừ đầu nàyăđếnăđầuăkiaăc aăthanhăkimăloại,ăkéoătheo vàătậpătrung các nguyênătửătạpăchấtăcóătrongăkimăloại.ăKhiăđến đầuămútărồi, làm lại nh ătr ớcăvàăsauămộtăsốălầnăcầnăthiếtăcắt bỏăđoạnăđầuămút tập trungătạpăchất.ăTh ngătiếnăhànhăph ơngăpháp này trong chân khôngăhoặcătrongăkhíăquyểnătrơăđểăđảmăbảo khôngăđ aăchất bẩn từăngoài vào

Dòngăđiệnăcao tần

Lò

Thanhăkimăloạiă

Hình 1.4:Phương pháp nấu nóng chảy từng vùng

1.7.2.3 Phân hủy hợp chất kim loại dễ bay hơi

Ph ơngăphápănàyădựaăvàoătínhăchấtăc aămột sốăkimăloại nh Ti, Zr, Ta, Nb, V, Cr Dễătạoăthànhăđ ợc mộtăhợpăchấtăcó nhiệtăđộ sôi t ơngăđốiăthấp vàăkhiătiếpăxúcăvớiămộtăbề mặtănungănóng thì phân h yăchoăkimăloại

Ví dụ: * Điều chế Ni: đunăNiăvớiăkhí quyểnăcoă ăáp suấtăcao

CH ƠNG 2 KIM LO I NHÓM IA – KIM LO I KI M

2.1 Đặc đi m chung của kim lo i ki m

SáuănguyênătốăthuộcănhómăIAăc aăbảngăhệăthốngătuầnăhoànă(HTTH) Mendeleep là liti (Li), natriă(Na),ăkaliă(K),ărubidiă(Rb),ăcesiă(Cs)ăvàăfranciă(Fr).ăS ădĩ,ăchúngăđ ợcăgọiălàăkimăloại kiềmă(KLK),ăb iăvìădungădịchăc aăchúngăcóătínhăkiềm.ăTrongăđó,ăfranciălàănguyênătốăphóngăxạ Bảng 2.1: Một số đặc điểm và tính chất vật lý của nguyên tố nhóm IA

Bán kính, pm Thếăionăhóa,ă

(eV)

Độă

âm điện

M căoxi hóa Nguyên

K

Khốiăl ợngăriêng, g/cm3

Thếăđiệnăcực,ă↑

Màu ngọnălửa Kiểuămạng

Trong bảngăHTTH, KLK có năng lượng ion hóa thấp nhất.ăB iăvì,ătrênălớpăvỏăelectronăhóaă

trịăc aăcácăKLKăcóă1ăelectronă(ns1

: trong đó,ănălàăsốăth ătựăchuăkì)ănênăkhiăthamăgiaăphảnă ngă

hóaăhọc,ădễădàngănh ngăđiă1ăelectronăđểătạoăthànhăionăM+ cóăcấuăhìnhăbềnăvữngăc aăkhíăhiếm.ăSốăoxiăhóaăđặcătr ngăc aăKLKălàă+1.ăĐiềuănàyăcũngăcóăthểăgiảiăthíchăvìăsaoăKLKăcóăthếăđiệnăcựcă chuẩnă rấtă âmă vàă KLKă làă nhómă cácă kimă loạiă cóă tínhă khửă mạnhă nhấtă trongă BHTTHăMendeleep

Khiăđiătừătrênăxuống, cácăKLKăcóănĕngăl ợngăionăhóaăgiảmădần.ă

Nĕngă l ợngă ionă hóaă th ă haiă c aă KLKă rấtă lớn.ă Doă ionă M+ cóă cấuă hìnhă rấtă bềnă c aă cácă

nguyênătốăkhíăhiếm,ănênărấtăkhóăđểăb tăelectronăth ăhaiăraăkhỏiănguyênătửăKLK.ă↑ìăvậy,ănĕngă

l ợngăionăhóaăth ăhaiălớnăhơnărấtănhiềuăsoăvớiănĕngăl ợngăionăhóaăth aănhấtăc aăchúng

Cácăkimăloạiăkiềmătạoănênăch ăyếuăb iăhợpăchấtăionăvớiăsốăoxiăhóaăđặcătr ngăduyănhấtălàă+1.ăTuyănhiên,ăchúngăcũngăcóăkhảănangătạoănênăliênăkếtăcộngăhóaătrịătrongăcácăphânătửăLi2,

Na2, K2, Rb2, Cs2 tồnătạiă ătrạngătháiăkhí.ăNĕngăl ợngăliênăkếtătrongăcácăphânătửănàyăkháăthấpăvàăgiảmădầnătừăLiăđếnăCs

Phânătửă Li2 Na2 K2 Rb2 Cs2

Nĕngăl ợngăliênăkết,ă(kJ/mol) 108 73,2 49,8 47,3 43,5

Nĕngăl ợngăthấpăc aăliênăkếtăcộngăhóaătrịăgiữa cácănguyênătửăKLKăphùăhợpăvớiănĕngăl ợngăionăhóaăthấpăc aăchúng.ăLựcăhútăgiữaăđiệnătíchăhạtănhânăvớiăelectronăhóaăc aăKLKăkháăyếu,ăvìăthếălựcănàyăcàngăyếuăhơnăkhiănhậnămộtăelectronătừănguyênătửăkhác.ă↑ìăvậy,ăliênăkếtăkimăloạiătrongăKLKălàăliênăkếtăyếu.ăĐiềuănàyăđưălàmăchoănhiệtăđộănóngăchảy,ănhiệtăđộăsôiăc aăchúngăđềuăthấpăvàăgiảmădầnătừăLiăđếnăCs.ăMặtăkhác,ăkimăloạiăkiềmărấtămềmăcóăthểădùngădaoăcắtăđ ợcă(trongăđóăLiălàăkimăloạiăc ngănhất)

Khốiăl ợngăriêngăc aăKLKănhỏăhơnăsoăvớiăcácăkimăloạiăkhác.ăLi,ăNaăvàăKăđềuănhẹăhơnă

n ớc.ăĐiềuănàyăđ ợcăgiảiăthíchălàădoăliênăkếtăkimăloạiătrongăKLKăyếu,ănênăkhôngăgianătrốngătrongăcấuătrúcămạngătinhăthểăc aăchúngălớn,ălàmăchoăthểătíchănguyênătửă(hayămạngătinhăthể)ătĕngălên.ă↑ìăthế,ăkhốiăl ợngăriêngă(khốiăl ợng/thểătích)ăc aăchúngăgiảmăxuống.ăKhiăđiătừătrênăxuống,ăkhốiăl ợngăriêngăc aăKLKătĕngădần.ăB iăvì,ătheoăchiềuătĕngăc aăđiệnătíchăhạtănhânăthìăkhốiăl ợngănguyênătửătĕngănhanhăhơn.ăTuyănhiên,ăkhốiăl ợngăriêngăc aăNaălơnăhơnăK,ăb iăvìăelectronăhóaătrịăc aăKăđiềnăvàoăphân lớpă4sătrongăkhiăđóăphânălớpăγdăvẫnăcònătrốngălàmăchoăbánăkínhănguyênătửăc aăKătĕngălênăđángăkểăsaoăvớiăNa

Nguyênă tửă vàă ionă c aă KLKă ă trạng thái cơ bản (nĕngă l ợngă thấp)ă khôngă cóă màu.ă Tuyă

nhiên,ăkhiăđ aănguyênătửăhoặcăhợpăchấtăc aăKLKăvàoăngọnălửaăkhôngămàuăthìăchúngăsẽălàmăchoăngọnălửaătr ănênăcóămàu.ăĐiềuănàyăđ ợcăgiảiăthíchănh ăsau,ăkhiă ătrongăngọnălửaăelectronă

hóaătrịăc aănguyênătửăcũngănh ăionăc aăKLKănhậnănĕngăl ợngăvừaăđ ăđểănhảyălênăcácătrạng

thái kích thích ngăm cănĕngăl ợngăcaoăhơn.ăDoăcácătrạngătháiăkíchăthíchănàyăthựcăsựăkhôngăbền,ănênătrongămộtăth iăgianărấtăngắnă(khoảngă10-8s)ăcácăelectronăhóaătrịănàyăsẽăquayăvềăcácătrạngătháiăcơăbảnăcóăm cănĕngăl ợngăthấpăhơnăvàăgiảiăphóngăraănĕngăl ợngăd ớiădạngăcácăb căxạănằmătrongăvùngăánhăsángănhìnăthấy.ă↑ìăvậy,ăngọnălửaăc aănguyênătửăvàăionăc aăKLKăcóămàuăđặcătr ng.ăLiă– màuăđỏ,ăNaă– màu vàng, K – màu tím, Rb – màuătímăhồng,ăCsă– màu xanh lam.ăMàuăkhácănhauăc aănguyênătửăvàăionăc aăKLKăđ ợcăgiảiăthíchălàădo,ăchúngăcóăcácătrạngătháiăcơăbảnăvàătrạngăthái kíchăthíchă ngăvớiăcácăm cănĕngăl ợngăkhácănhau.ăă

CácăKLKăcóăthểăhòaătanălẫnănhauăvàădễătạoăthànhăhỗnăhốngăvớiăth yăngână(KLK/Hg).ăHỗnăhốngăgiữaăth yăngânăvàăKLKăcóătínhăkhửămạnhănênăđ ợcă ngădụngălàmătácănhânăkhử.ă

2.2 Tr ng thái tự nhiên và thành phần các đ ng vị

Trongătựănhiên,ăNaăvàăKălàăhaiănguyênătốăphổăbiếnănhấtăc aăKLKăchiếmăt ơngă ngălàăβ,40ăvàăβ,γ5%ăkhốiăl ợngăvỏătráiăđất.ăNgoàiăra,ănguyênătốăLiăchiếmă5.10-3%,ăRbăchiếmă8.10-3% và Cs chiếmă10-3

%

Doătínhăchấtăhoạtăđộngămạnh,ănênătrongătựănhiênăcácăKLKătồnătạiăch ăyếuăd ớiădạngăionă

M+ trongăthànhăphầnăcácăkhoángăvậtănằmă ălớpăvỏăc aăTráiăđất.ăTrongăthạchăquyển,ăcácăKLKătồnătạiăch ăyếuă ădạngăalumosilicatănh ăorthoclaăK2[Al2Si6O16]ălàăkhoángăvậtăch aăK,ăanbită

Na2[Al2Si6O16]ălàăkhoángăvậtăch aăNa.ăCònăLi,ăRbăvàăCsătồnătạiătrongăcácăkhoángăvậtălepiđolităvàăspođunmen

CácăKLKăcóăsốăth ătựănguyênătửălẻ,ănênăcácăđồngăvịăbềnătrongătựănhiênăc aăchúngăt ơngăđốiăít.ăNaăvàăCsăchỉăcóămộtăđồngăvịăduyănhất;ăLiăcóăhaiăđồngăvịăbềnălàă7Liăchiếmă9β,5%ăvàă6

Li chiếmă7,5%;ăKăcóăbaăđồngăvịălàă39Kăchiếmă9γ,β6%,ătiếpăđếnă41K và 40Kă(0,01%)ăkhôngăbềnăvàăcóătínhăphóngăxạă ăyếu.ăRbăcóăhaiăđồngăvịălàă85Rbăchiếmă7β,8%ăvàă87Rbăchiếmăβ7,β%.ăNgoàiăcácăđồngăvịăbền,ăcácăKLKăcònăcóănhiềuăhạtănhânăphóngăxạănh ă137Csălàămảnhătồnătạiălâuănhấtă(T1/2~ăγ0ănĕm)ăkhiăphânărưănhiênăliệuăhạtănhân

+1

Taă thấy,ă cácă kimă loạiă cóă tínhă khửă mạnhă th ngă cũngă làă nhữngă chấtă hoạtă độngă hóaă họcă

mạnh,ănh ngătính khử và hoạt động hóa học c aămộtăkimăloạiăkhôngăphảiălàănhữngăkháiăniệmă

đồngănhất.ă ăKLKăđiềuănàyăthấyărấtărõ.ăNĕngăl ợngăionăhóaăc aăcácăKLKăgiảmădầnătừăLiăđếnăCs,ăt călàătínhăkimăloạiătĕngădầnătừăLiăđếnăCs.ăNh ngătrongădưyăhoạtăđộngăhóaăhọcăc aăcácăkimă

loạiă(xếpătheoăth ătựătĕngădầnăthế điện cực tiêu chuẩn)ăthìăLiălạiălàăkimăloạiăhoạtăđộngănhất,ăxếpă

tr ớcăcảăK,ăNa…ăNh ăvậy,ărõăràngăcóănhiềuăyếuătốăảnhăh ngăđếnăhoạtăđộngăhóaăhọcăc aămộtăkimăloại,ăch ăkhôngăphảiăchỉădoăkhảănĕngănh ngăelectronăc aăkimăloạiăđó.ăă

- Li phản ng êm dịu, không gây nổ và không tạo thành ngọn lửa,

- Na nóng chảy thành hạt tròn nổi và chạy trên mặtăn ớc, nếu hạt lớn sẽ gây nổ và

tạo thành ngọn lửa K bốc cháy ngay, còn Rb và Cs gây nổ

Bảng 2.2: Đặc trưng năng lượng nguyên tử của các nguyên tố nhóm IA (eV/atom)

cực rấtăcao.ăKếtăquảălàăhútăcácăphânătửăn ớcămạnhăhơnăsoăvớiăcácăionăKLKăkhácădoăđó,ănĕngă

l ợngăhyđratăâmănhất.ăT călà,ăquáătrìnhăhyđratăhóaăionăLi+rấtăthuậnălợi.ă

TừăkếtăquảăΔHăthuăđ ợcă ăbảngătrênătaăthấy,ăLiălàăkimăloạiăhoạtăđộngămạnhănhấtă(thếăđiệnăcựcăchuẩnăâmănhất).ăT călà,ăquáătrìnhă(*)ădiễnăraărấtăthuậnălợiăđốiăvớiăLiăvềămặtănĕngăl ợng.ăTuyănhiên,ăthựcătếănóăphảnă ngăvớiăn ớcăkhôngămưnhăliệt.ăĐiềuănàyăđ ợcăgiảiăthíchălàădoăyếuătốăđộngăhọc,ăvìăquáătrìnhăpháăvỡămạngăl ớiătinhăthểăc aăLiăkhóăhơnăsoăvớiăcácăKLKăkhácăvớiăβă

2.3.1.3 Tan trong dung dịch amoniac

CácăKLKătanăđ ợcătrongăamoniacălỏng.ăDungădịchăloưngăcóămàuăxanhăvàădẫnăđiệnăđ ợc,ădungădịchăvớiănồngăđộăcaoăhơnăcóămàuăđỏăđồngăvàăcóătínhăánhăkim.ăTrongădungădịchăloưngăKLKăphânăliăthànhăionăvàăelectronăđ ợcăsonvatăhóaăb iăamoniac,

M + (x + y) NH3  [M(NH3)x]+ + [e(NH3)y]-,

chínhănhữngăelectronăamoniacăhóaănàyăgâyănênămàuăxanhăc aădungădịch.ăBằngăph ơngăphápă

phổăcộngăh ngătừăelectron,ăxácăđịnhăđ ợcăsựătồnătạiăc aăelectronătự do trongădungădịchă(dungă

dịchăcóătínhăthuậnătừ).ăTuyănhiên,ătínhăthuậnătừăgiảmăxuốngăkhiănồngăđộăc aădungădịchătĕngălên,ăb iăvìăcácăelectronăđ ợcăamoniacăhóaăcóăthểăkếtăhợpăvớiănhauătạoănênăhợpăchấtănghịchătừă

2.3.2 Tác dụng với phi kim

2.3.2.1 Với không khí

ăđiềuăkiệnăth ngăvàătrongăkhôngăkhíăkhô,ăkimăloạiăLiăbịăph ămộtălớpămàuăxámăgồm Li2O và

Li3N,ăNaăbịăoxiăhóaăthànhăNa2O2 vàăcóălẫnămộtăítăNa2O,ăKăbịăph ălớpăKO2 ăbênăngoàiăcònăbênătrongălàălớpăK2O,ăRbăvàăCsătựăbốcăcháyătạoăthànhăRbO2 và CsO2

Khiăbịăđốtănóngătrongăkhôngăkhíăhoặcătrongăoxi.ăLiătạoăLi2OăvàămộtăítăLi2O2,ăNaătạoăNa2O2vàăcácăKLKăkhácătạoăMO2 (M: K, Rb, Cs)

4Li(r) + O2(k)  2Li2O(r) O2 + 4e  2O2- (monooxide),

2Na(r) + O2(k)  Na2O2(r) O2 + 2e  O22- (peroxide),

M(r) + O2(k)  MO2(r) O2 + 1e  O2- (superoxide) Trongăthựcătế,ăđểăgiảiăthíchăvềăcấuătrúcăvàăm căđộăbềnăvữngăc aăcácăoxideătaăcầnăphảiăbiếtă

rằng,ămộtăcationăcóăkíchăth ớcănhỏăchỉălàmăbềnăđốiăvớiămộtăanionăcóăkíchăth ớcănhỏăvàăng ợcălại.ăTừăbaăphảnă ngătrênătaăthấy,ăcóăsựăleoăthangăcácăphảnă ngăkhửăc aăoxiăb iăcácăKLK.ăS ădĩă

nh ăvậyălàădo,ăionăLi+ cóăkíchăth ớcărấtănhỏănênătrường điện tích dương xungăquanhănóărấtă

mạnh.ăNóăcóăthểăkếtăhợpăvớiămộtăanionăcóăkíchăth ớcănhỏăO2-,ăkếtăquảătạoăthànhămonooxideă

Li2O.ăNg ợcălại, ion Na + cóăkíchăth ớcălớnănênătr ngăđiệnătíchăd ơngăxungăquanhănóăyếuăhơnăvàănóăcóăthểălàmăbềnăvớiăanionăperoxideăcóăkíchăth ớcălớnăhơnăO22-

tốcăđộăphảnă ngăgiữaăcácăKLKăvớiăhalogenătĕngălênăkhiăđiătừătrênăxuốngătrongănhóm.ăB iăvì,ănĕngăl ợngăionăhóaăc aăcácăKLKăgiảmădầnătừătrênăxuống.ăCácăKLKăbốcăcháyătrongăkhíăcloăkhiăcóămặtăhơiăẩmă ănhiệtăđộăth ng.ă↑ớiăbromălỏng,ăK,ăRbăvàăCsănổămạnhăcònăLiăvàăNaăchỉăphảnăngătrênăbềămặt.ă↑ớiăiotăcácăKLKăchỉăt ơngătácămạnhăkhiăđunănóng.ăTấtăcảăcácăhalogenăKLKăđềuălàăcácătinhăthểăion

2.3.2.4 Một số phản ứng khác

KhiănghiềnăKLKăvớiăbộtăS,ăxảyăraăphảnă ngănổ

2M + S  130   0C

M2S Khiăđunănóngăvới N2,ăC,ăSi,ăchỉăcóăLiăcóăthểăt ơngătácătrựcătiếpătạoănênăLi3N, Li2C2, Li6Si2 6Li + N2  200    250  0 C 

2Li3N 2Li + C     200  0 C

Li2C2 6Li + 2Si  600    700  0 C 

+ă↑ớiăNa,ăng iătaădùngăthùngăđiệnăphân bằngăthép,ăbênătrongălótăgạchăchịuălửa,ăanôtăbằngăthanăchì,ăcatôtăbằngăsắt,ăgiữaăβăcựcăcóămàngăngĕn.ăChấtăđiệnăphânălàăhỗnăhợpăgồmăNaClăvớiăβ5%ăNaFăvàă1β%ăKCl,ăđiệnăphână ă610ă- 6500

C

2.5 Các hợp chất của kim lo i ki m

2.5.1 Các hyđrua

Cácăhyđruaăc aăKLKămangăđặcătr ngăc a muối, t c là liên kết M – H mang tính ion trộiăhơn

và tínhăchấtăionăc aăcácăhyđruaătĕngădầnătừăLiăđếnăCs,ăvìănĕngăl ợngăionăhóaăgiảmădầnătừăLiăđếnăCsănênăhyđroădễădàngănhậnăthêmămộtăelectronăđểătạoăthànhăionăhyđruaăH-

Chúng gồm các cation M+ vàăanionăhyđruaăH- và có cấu trúc kiểu NaCl Độăbềnăc aăcácăhyđruaătĕngădầnătừăLiăđênăCsădoăkíchăth ớcăionătĕngădầnătừăLiăđếnăCsălàmăchoăđộăbềnăc aăliênăkếtăMă– Hătĕngădần.ă

trạng thái nóng chảy,ăcácăhyđruaăphânălyăthànhăcácăion,ăcònă trạngătháiăhơiătồn tại trạng thái phân tử MH

Cácăđặcătr ngăc aăhyđruaăc aăKLKănh ănhiệtăđộănóngăchảyăt ơngăđối cao, không màu, có khảănĕngădẫn điệnăphùăhợpăvớiătínhăchấtăionăc aăliênăkết Chúngălàăchấtăkhửămạnh,ăphảnă ngăvớiăn ớcăgiảiăphóngăkhíăhyđro

Nhiệtăđộănóngăchảy,ănhiệtăđộăsôiăvàăđộ bềnănhiệtăgiảm từ Li2OăđếnăCs2O

Cácăoxităkimăloạiăkiềmălàăcácăoxităbazơ nênăchúngăt ơng tác rấtămạnhăvớiăn ớcă(phảnă ngătoảănhiều nhiệt),ătrừăLi2O phản ng chậmăvớiăn ớc,ătácădụngăvớiăaxit,ăoxităaxit

↑íădụ: 2NaOH + 2Na  2 Na2O + H2

Riêng Li2Oăthìăđiềuăchếăbằngăcáchăphânăh y hiđroxit, cacbonat hayănitrată ă800 0C trong khí quyểnăhyđro

2LiOH  800   0C

Li2O + H2O

Li2CO3  800   0C

Li2O + CO2 4LiNO3  800   0C

↑íădụ:ăKhiăchoăkhíăoxiăkhôăsụcăquaădungădịch mớiăđiều chế c aăxesiătrongăamoniacălỏngăthìă

đ ợcăCs2O2,ănh ng tiếnăhành phản ngătrongăth iăgianărấtălâuăvàă ănhiệtăđộ 30-50 0Căthìăsẽă

+ăHỗnăhợpăNa2O2 vớiăNa2CO3 dùngăđểăphá cácăquặng sunfuaăbằng cáchănấuăchảyă ătrongăchénăbạc

2FeS2 + 15Na2O2  Fe2O3 + 4Na2SO4 + 11Na2O

Na2O2 đ ợcăđiềuăchếăbằngăcáchăchoăoxiăhay không khí khô điăquaănatriăđốtănóngă ă1800

C trongăbìnhăbằng thépăhoặc bằng nhôm

* KO 2

Chấtă ădạngăbộtămàuăvàng,ăhútăẩm mạnhănênăchảy rửa trongăkhôngăkhí,ănóngăchảyă ă4400

C DễăbịăH2O, khí CO2 vàăaxităloưngăphânăhuỷ, giảiăphóng khí O2

2KO2 + 3NO  KNO3 + KNO2 + NO2

KO2 cóăthểăđ ợcăđiềuăchếăbằngăcáchădùngăKNO3 oxi hoá kali kimăloạiăhoặcăđốtăcháyăkaliătrongăkhíăoxiăd ă trongăchénăbạc hoặc chén nhôm

c Ozonit MO3 (O3)

Ng iătaăchỉăbiếtăđ ợcămộtăsốăozonităc a kimăloạiăkiềm nh KO3, RbO3 vàăc aăionăamoni

2.5.2.2 Hyđroxit (MOH)

CácăhyđroxităcuaăKLKă– cònăgọiălàăxútăĕnăda,ălàăchấtărắnămàuătrắng,ănóngăchảyă nhiệtăđộă

t ơng đối thấpătạoănênăchấtălỏngălinhăđộngăvàătrong suốt

LiOH NaOH KOH RbOH CsOH

khác)

CácăMOHăhútăẩmămạnh,ătrongăkhôngăkhíăbị chảyărữaăsau đó tanăthànhădungădịch,ăCO2 ătrong không khí tác dụngăvớiădung dịchăđóătạoămuốiăcacbonat.ăDoăvậy,ăMOHăđ ợc dùng trong các bình hútăẩm,ălàmăkhanăcácăbazơăhữuăcơ

CácăMOHălàăcácăbazơ kiềmănênătanănhiều trongăn ớc, quá trìnhăhoàătanătoảănhiệtă(trongăđóăLiOH ít tan), ngoài ra chúng cũng dễătanătrongăr ợuămetylicăvàăr ợuăetylic

CácăMOHălàăchấtăkiềm mạnhă(làăbazơămạnh nhất),ăchúng t ơngătácădễădàngăvớiăcácăoxităaxit và axit tạoă muối.ă Dung dịch c aăchúngă cũngăt ơngă tácăvớiăcácăkimăloại cóăhiđroxitălà

l ỡngătính nh Al, Zn ,ămộtăsốăphiăkimănh ăSi, P, halogen

CácăMOHăđ ợcăđiềuă chếăbằngăđiệnăphân dungădịchă muối cloruaă c aăcácăkimăloạiăkiềmăhoặcăchoăkim loạiăkiềmătác dụng với n ớcătrongătr ngăhợpăcầnămộtăl ợngăítăMOH tinhăkhiết

* Natri hidroxit: NaOH

Làăhợpăchấtărấtăquanătrọngătrong thựcătế,ăđặc biệt làătrongăcôngănghiệpăsảnăxuấtănh ăNaOHă

đ ợc dùng trongăsản xuất xenlulozơătừăgỗ,ăxàăphòng,ăgiấyăvàătơănhân tạo,ătinhăchế dầu thựcăvậtăvàăcácăsảnăphẩmăch ngăcấtădầuămỏ, chếăphẩmănhuộm và d ợcăphẩm, Làm khô các khí và là thuốc thửărấtăthôngădụng trong phòngăthíănghiệm

Làăchấtărắnăcóămàuătrắng,ăhútăẩmărất mạnh

Cóăđầyăđ ătínhăchấtăc aămộtăbazơămạnh điểnăhình

Tanădễădàngătrongăn ớcăvàăr ợu.ăQuá trìnhătanătoả nhiều nhiệt

Tácădụngăvớiăaxităvàăoxităaxitătạo muối:

NaOH + H+  Na+

+ H2O 2NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O

NaOH + CO2  NaHCO3

Tácădụngăvớiăkimăloạiămàăhiđroxitălà l ỡngătính

2Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2 + 3H2

Tácădụngăvớiămộtăsốăphiăkimănh ăSi,ăC, P, S, halogen

Si + 2NaOH + H2O  Na2SiO3 + 2H2

2C + 6NaOH  2Na + 2Na2CO3 + 3H2

4P + 3NaOH + 3H2O  3NaH2PO2 + PH3

Cl2 + 2NaOH  NaClO + NaCl + H2O

Ĕnămònăs ,ăthuỷătinh

SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O

Tácădụngăvớiămộtăsốămuốiătạoăkết t aăhiđroxităc a kim loạiăđóănh ăMg(OH)2, Cu(OH)2 hoặcătạoăra nhữngăbazơăyếu nh :

NH4Cl + NaOH  NaCl + NH3 + H2O

CH3NH3Cl + NaOH  NaCl + CH3NH2 + H2O

* TrongăcôngănghiệpăNaOHăđ ợcăđiềuăchếătheo 2 ph ơngăpháp:

Phương pháp thứ nhất: Cho Ca(OH)2tácădụngăvớiăNa2CO3 loãng và nóng

Ca(OH)2 + Na2CO3  2NaOH + CaCO3

Cáchănàyăth ngăđ ợcădùngăđểăthuăhồiăNaOH trongăsản xuấtăgiấy

Phương pháp thứ hai: Ngàyănay,ăph ơngăphápăphổăbiến làăđiệnăphân dung dịchăNaClăbưoă

+ăĐiệnăphânăvớiăcatôtăHgă(anôtălàăTitan) thuăđ ợcăNaOH đậmăđặc,ăsạchănh ngăHgăgâyăđộcăhại

Tạiăcựcăâm,ăthuỷăngânătạoăhỗnăhốngăvới kimăloạiănatri và tại đâyăxảyăraăăcácăquáătrình:

Đểătránhăphảnă ngănổăgiữaăH2 vớiăCl2 và không cho Cl2 tiếpăxúcăvớiădungădịchăNaOH,ă

ng iătaădùng mộtămàngăxốp bằng l ớiăsắtăph ăamiĕngăcóătẩmănhựaăhữuăcơăngĕn giữaăβăđiệnă

cực Màng ngĕnăxốpăchoăphépădungădịchăthấmăquaănh ngăngĕn không cho cácăbọtăkhíăđiăqua Côngănghệănàyătiêuăthụănhiềuăđiệnănĕngăvà choăsảnăphẩm kémătinhăkhiết,ădungădịchăNaOHăthuăđ ợcăcóălẫn NaCl

+ăĐiệnăphânăvớiă màngăbánăthấm:ăcác điệnă cựcăgiống nh điệnă phânăvớiă màngăngĕn,ă

nh ngămàngăbánăthấm làmăbằng polimeăhữuăcơăcóăch aăcácăgốcăRCOO-, RSO3- Màng bán thấm chia thùngăđiệnăphânăthànhăβăkhoang:ăkhoangăanôt đựngădungădịch NaCl, khoang catôt đựngăn ớcătinhăkhiếtăhayădung dịchăNaOH loãng

MàngăbánăthấmăchỉăchoăNa+ điăquaă(thẩmăthấu một chiều), ngĕnăcácăionăCl-, OH- lại.ăKhiăđiệnăphân,ăion Na+ ăkhoangăanôt đi quaămàngăbánăthấmăsangăkhoangăcatôtăvàătạo NaOH

uăđiểm:ă+ăDungădịchăNaOHăthuăđ ợcăcóăđộ tinhăkhiết rất cao,ăt ơngăđ ơngăvớiăcôngă

nghệăđiệnăphânăvới catôt Hg

+ăTránhăgâyăôănhiễmămôi tr ng(doăkhông dùng Hg vàăamiĕng)

Đâyălàăcôngănghệăhiệnăđạiăđ ợcăápădụng rộngărưiătừ nĕm 1981,ădầnădầnăthayăthếăcácăcôngănghệăđiện phânăbằngăcatôt Hg vàămàngăngĕnăxốp

Hình 2.2: Sơ đồ thùng điện phân với màng bán thấm

2.5.3 Muối của các kim loại kiềm

Cácămuốiăc aăkimăloạiăkiềmăđềuăkhông màu,ătrừ tr ng hợp anionăcóămàuănh ămuốiăKMnO4

có màu tím do ion MnO4-

Hầuăhếtăcácămuốiăc aăkimăloạiăkiềmădễ tanătrongăn ớc, trừ mộtăsốămuốiăc aăliti.ăDungădịchătrongăn ớc c aăcácămuối này hầu nh ăđiệnăliăhoànătoànăvàăđềuăch aăionăkim loạiăkiềmăkhông màu

Khiăkếtătinhătừădungădịch,ăcácămuốiăc a kimăloạiăkiềm hầu nh khôngătạoăraădạngăhyđratătinhăthểăătrừămộtăsố muốiăc aăliti và natri nh ăLiCl.H2O, LiNO3.H2O, NaCl.2H2O

Cácămuốiăkimăloạiăkiềmăth ngăcóănhiệt độănóngăchảy cao vàădẫnăđiệnăkhiănóngăchảy

2.5.3.1 Halogenua của kim loại kiềm MX

-37,63 +4,18 +16,73 +16,73 +20,92

-50,20 +4,18 +20,92 +25,10 +29,28

-62,76 +8,36 +20,92 +29,28 +37,65

Cóănhiệtăđộănóngăchảyăvàănhiệtăđộăsôi cao,ăgiảmădần từăNa đếnăCsăvàătừăFăđếnăI.ă

Bảng 2.4: Nhiệt độ nóng chảy (bên trái) và nhiệt độ sôi (bên phải) của halogen các nguyên

Trongăthiênănhiên,ăNaClăcóătrongăn ớcăbiển khoảngăγ% theo khốiăl ợng,ăcóătrongămuốiămỏ,ă

n ớcăc aăcác hồăn ớcămặn

NaClăđ ợcăkhaiăthácăbằngăcáchăphơiănắng tựănhiên n ớc biển.ă↑ớiămuốiămỏăthìăng iătaăchoăn ớcăqua cácălỗăkhoan để hoàătanămuốiăngầm,ăsauăđóăbơmădungădịchălênăđể kếtătinhăNaCl NaClăcóăvịămặn,ădùngălàmăth căĕn cho ng iăvàăgia súc (nênăgọiălàămuốiăĕn).ăMuốiăĕnătinhăkhiếtăkhông hútăẩmănh ngămuối biển lạiăbịăchảyărữaătrongăkhôngăkhíădoăcóălẫnătạp chấtănh ăMgSO4, CaCl2. NaClărấtăcầnăchoăcơăthể,ătrongăhuyết thanhăc a ng i cóăch aăkhoảngă0,08% NaCl

NaClădễătanătrongăn ớc,ăđộătanăkhôngăbiến đổiănhiều theo nhiệtăđộănênăkhôngădễăthinhăchếăbằngăcách kếtătinhălại, trong khi KClăcóăđộătanăbiếnăđổiănhiềuătheoănhiệtăđộ Ng iătaălợi dụng tínhăchấtănàyăđểătáchăriêngăβămuối

NaClălàănguyênăliệuăđểăđiềuăchếăNa,ăCl2, HCl, NaOH và các hợpăchấtăc aănatri.ăNaClăcònă

đ ợcădùngătrong côngănghiệp thực phẩm,ănhuộm,ăthuộcăda,ăluyệnăkim

* Nước Javen NaCl + NaClO

N ớcăJavenălàădungădịchăch aăcácăion:ăClO

-, Cl-, là chất lỏngăkhôngămàu,ăcóămùiăclo,ăcóătínhăkiềm

N ớcăJavenăcóătínhăoxi hoáărấtămạnhătrong mọiămôi tr ng.ăNguyênănhânătínhăoxiăhoáălàădoă

n ớc Javenăphảnă ngăvới CO2 trongăkhôngăkhíătạoăoxiănguyênătử Doăđó,ăn ớc Javenăđ ợc dùngăđểătẩyămàu,ăkhửătrùng

ClO-     CO  2

HClO  HCl + Oo

MuốiăNaClOădễănhiệt phân:

2NaClO t 0

2NaCl + O2

3NaClO  70    C

2NaCl + NaClO3

N ớcăJavenăđ ợcătạoăthànhăkhiăchoăCl2 phảnă ngăvới dung dịchăkiềm:

Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaClO + H2O

Trongăcôngănghiệp,ăn ớcăJavenăđ ợcăđiềuăchế bằngăcách điệnăphânădungădịchăNaClăloưng,ănguội,ăkhông màngăngĕn

Li2CO3 Na2CO3 K2CO3 Rb2CO3

7350C 8530C 8940C 8370C

* Muối natri hidrocacbonat (NaHCO3 ):

NaHCO3 làăchấtă ădạngătinhăthểăđơnătà màuătrắng,ăgồm nhữngăion: Na+ và HCO3-

NaHCO3 tanăvừaăphảiătrongăn ớc:ă ă0 0C hoà tan 70g/litH2O;ă ăβ0 0C:100g/litH2O; ă400C: 130g/litH2O

Phânăhuỷă ăβ700C: 2NaHCO3  Na2CO3 + CO2 + H2O

ă nhiệtă độă th ngă ngayă trongă dungă dịch, NaHCO3 phână huỷ chậm,ă giảiă phóngă CO2.ă Sựăphânăhuỷăxảyăra mạnhăhơnăkhiăđun nóng

Khiătanătrongăn ớc,ăNaHCO3thuỷăphânăchoămôi tr ng kiềmărấtăyếu

DungădịchăNa2CO3 0,1N có pH = 10,9ăvàădungădịch Na2CO3 1N có pH=12,3

Na2CO3 đ ợcă dùngă rộngă rưiă trongă nhiều ngành công nghiệp:ă thuỷă tinh,ă xàă phòng,ă giấy,ăphẩm nhuộm,ăđồăgốm Dùng để điều chếăcácăhợpăchấtăquanătrọngăc aănatriănh NaOH,ăborĕc,ăthuỷ tinh tan,ăcromat,ăđicromat

Trong thiên nhiên, Na2CO3cóătrongăcácăhồămuối cacbonat, troăc aărongăbiển

Ngày nay, Na2CO3đ ợcăsảnăxuấtătheoăph ơng pháp SolvayătừăNH3

Cho khí NH3 rồiăkhíăCO2điăquaădungădịch NaCl bão hoà:

CO2 + NH3 + H2O  NH4HCO3

NaCl + NH4HCO3  NaHCO3ít tan + NH4Cl)

LọcătáchăNaHCO3 raăvàăđunănóngăđể chuyểnăthành Na2CO3:

2NaHCO3 t 0

Na2CO3 + CO2 + H2O Khí CO2đ ợcăđ aălạiăvàoăquáătrìnhăsản xuất

ChếăhoáăsảnăphẩmăNH4Clăvớiăvôiătôiăđể tái sinh NH3 và đ aălạiăvàoăquáătrìnhăsảnăxuất

2NH4Cl + Ca(OH)2  CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

CH ƠNG 3: KIM LO I NHÓM IIA - KIM LO I KI M TH

3.1 Đặc đi m chung của kim lo i ki m th (KLKT)

NhómăIIAăbaoăgồmănhữngănguyênătố:ăberiă(Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) vàărađi (Ra)

Chúngăđ ợcăgọiălàăkimăloạiăkiềmăthổăvì mộtămặtăcác oxit CaO,ăSrOăvàăBaOătanăđ ợcătrongă

n ớcăchoădung dịchăkiềm mạnh vàămặtăkhácăcácăoxităđóăcóăđộătanăbéăvà độăbềnănhiệtăcao, nghĩa làăcóătínhăchấtăc aăchấtămàăcácănhàăgiả kimăthuậtăngàyăx a gọiălà “thổ”

Bảng 3.1: Một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm IIA

7,64 15,03

6,11 11,87

5,96 10,93

5,21 9,95

5,28 10,10

Do cóăβăelectronăhoáătrịăns2 ăngoàiălớp vỏănênăcácăkim loạiăkiềmăthổăđềuădễămấtăelectronăđóă

để tạoăthànhăionăM2+ Do vậy, cácăkimăloạiăkiềmăthổăđềuăcóătínhăkhửămạnh vàătínhăkhửătĕng dầnătừ Be đếnăRa.ăTuy nhiên, so vớiăcácăkimăloạiăkiềmăcùngăchuăkỳăthìăkém hoạtăđộngăhơnăvì

có điệnătíchăhạtănhânălớnăhơnăvàăbánăkínhăbé hơn

Bánăkínhăc aăKLKTăvàăionăc aăchúngănhỏăhơnăKLKăcùngăchuăkì,ăđiềuănàyălàădoăđiệnătíchă

c aăKLKT lớnăhơnătrongăkhiăsốălớpăelectronăkhôngăđổiăvàădoăđóălựcăhútăc aăhạtănhânănguyênătửăvớiăvớiăelectronăhóaătrịămạnhăhơnăKLKăcùngăchuăkì Bánăkínhăc aăKLKTăvàăion c aăchúngătĕngătừătrênăxuốngătrongănhóm

Doăbánăkínhălớnăhơnănênănĕngăl ợngăionăhóaăc aăKLKTăthấpăsoăvớiăcácănguyênătốănhómă„p‟ătrongăcùngăchuăkìăvàănĕngăl ợngăionăhóaănàyăgiảmădầnătừătrênăxuống.ăNh ngăsoăvớiăKLKăcùngăchuăkìăthìănĕngăl ợngăionăhóaăc aăKLKTălơnăhơn,ădoăbánăkínhăc aăchúngănhỏăhơn.ăMặcădù,ăI1

của KLKT lớn hơn KLK nhưng I2lại thấp hơn nhiều so với KLK cùng chu kì

Trong tinhăthểăKLKTăcóăsựăsắpăxếpăchặtăxítăhơnăvàăliênăkếtăkimăloạiămạnhăhơnăKLK.ăDoăvậy,ăchúngăc ngăhơnăvàăcóăkhốiăl ợngăriêngălớnăhơn

Tínhăchấtămàuăc aăngọnălửa:ăCácăionăkimăloạiăkiềmăthổăđềuăkhôngăcóămàu Tuy nhiên, khi đốtă trênă ngọnă lửaă ngoạiă trừă Beă vàă Mg,ă cácă muốiă c aă KLKTă th ngă cóă màuă đặcă tr ng.ă Doă

chúngăcóănĕngăl ợngăionăhóaăthấpănênăelectronăhóaătrịăc aăchúngădễăbịăkíchăthíchălênăcácătrạngătháiăcóănĕngăl ợngăcaoăhơnătrongăngọnălửa bunsen.ăTuyănhiên,ăelectronătồnătạiă trạngătháiăđóătrongăth iăgianărấtăngắn.ăSauăđó,ătr ăvềălạiătrạngătháiăbanăđầuăvàăphátăraănĕngăl ợngăd ớiădạngăsóngăsinhăraămàuăđặcătr ngănằmătrongăvùngăánhăsángănhìnăthấy

Beriăvàămagieăcóănĕngăl ợngăionăhóaăcaoăhơnănhiềuăsoăvớiăcácăKLKTătrongănhóm.ăDoăvậy,ănĕngăl ợngăngọnăbunsenăkhôngăđ ălớnăđểăkíchăthíchăcácăelectronăhóaătrịăc aăchúngănhảyălênăcácăm cănĕngăl ợngăcaoăhơnănênăchúngăkhôngăcóămàu

Cấuăhìnhăelectronăhóaătrịăc aăKLKTălàăns2nênătrongăcácăphảnă ngăhóaăhọcăchúngănh ngăβăelectronăđểăđạtăcấuăhìnhăbềnăc aăkhíăhiếm.ăDoăđó,ăkhôngăgiốngăKLK,ăsốăoxiăhóaăđặcătr ngăc aăKLKTălàă+βătrongăcácăhợpăchất.ă

M  M2+ + 2e

[Khíăhiếm]ns2

[Khíăhiếm]

Nĕngăl ợngăionăhóaăth ăhaiă(I2)ăc aăKLKTălớnăhơnăkhôngănhiềuăsoăvớiănĕngăl ợngăionăhóaă

th ănhấtă(I1).ăDoăvậy,ăchúngăsẽănh ngăelectronăth ăhaiătrongăcấuăhìnhăM+ đểăđ ợcăionăM2+ Điềuănàyăđ ợcăgiảiăthíchănh ăsau:

+ăIonă+βăc aăKLKTăcóăcấuăhìnhăc aăkhíăhiếm,

+ Trongădungădịchăn ớc,ăionă+βăc aăKLKTăbịăhyđratăhóaăhoànătoànădoăbánăkínhăc aăchúngănhỏăvàănĕngăl ợngăionăhóaăcaoănênăchúngăbềnăhơnăionăM+.ăTổngănĕngăl ợngăgiảiăphóngăraătrongădungădịchăn ớcăc a ion M2+lớnăhơnăionăM+.ăTổngănĕngăl ợngănàyăđ ăđểăbùălạiănĕngăl ợngăionăhóaăth ăhaiăc a KLKTătrongădungădịch

Nhiệtăđộănóngăchảyăvàănhiệtăđộăsôiăcaoăhơnăvà biếnăđổiăkhôngăđềuănh ăcácăkimăloạiăkiềmăvìăcácăkimăloạiăkiềmăthổăcóăcấuătrúcămạngătinhăthểăkhácănhau

Kimăloạiăkiềmăthổădẫnăđiệnăkháătốtă(Mg,ăCaăt ơngăđ ơngăkimăloạiăkiềm)ămặcădùăphânălớpăsăđưăđ ợcălấpăđầyăelectron,ăđóălàădoăvùngăsăvàăpătrongăkimăloạiăkiềmăthổăđưăcheăph ănhauătạoăthànhăvùngăch aăcóăđ ăelectron làmăchoăkimăloạiădẫnăđiệnătốt

3.2 Tr ng thái thiên nhiên

Sr và Ba có trongăcácăkhoángăvậtăxeleotit (SrSO4), strontianit (SrCO3), baritin (BaSO4) và viterit (BaCO3)

Raăcóămộtăl ợngărấtăítătrongăquặngăc a uran

3.3 Tính chất hoá học

↑ìăKLKTăcóănĕngăl ợngăionăhóaăthấpăvàăđộăâmăđiệnăcao,ăvìăthếăchúngălàănhữngăkimăloạiăhoạtăđộngărấtăhoạtăđộng Tuyănhiên,ăkémăhơnăKLK.ăM căđộăhoạtăđộngătĕngătừătrênăxuốngătrongănhómăvàăsảnăphẩmătạoănênălàăionăM2+

3.3.1. Phản ứng với không khí và oxi

Trongăkhôngăkhíăvàă ănhiệtăđộăth ng,ăBeăvàăMgăbịăbaoăph ălớpăoxitărấtămỏngăvàăbềnăngĕnăcảnăchúngătácădụngătiếpătụcăvớiăoxi,ăcònăCa,ăSrăvàăBaănhanhăchóngătạoănênălớpămàuăvàngănhạt,ătrongăđóăngoàiăoxităcònăcóămộtăphầnăpeoxităvàănitrua.ăTrongăkhôngăkhíăẩm,ăCa,ăSrăvàăBaătạoănênălớpăcacbonat,ăvìăvậyăcácăăkimăloạiăkiềmăthổăphảiăđ ợcăgiữătrongăbìnhărấtăkínăhoặcăngâmătrong dầuăhoảăkhan

Khiăđốtănóngătrongăkhôngăkhí,ătấtăcảăcácăkimăloạiăkiềmăthổăcháyătạoănênăoxităMO,ăngoạiătrừăBaăvàăSrătạoăpeoxităMO2 vàăphảnă ngăphátănhiềuănhiệt

3.3.2. Phản ứng với hyđro

TrừăBeăkhôngăphảnă ngătrựcătiếpăvới hiđro,ăMgăphản ng rấtăkhóăkhĕn,ăcácăkimăloạiăkiềmăthổăcòn lạiăđềuăphảnă ngătrực tiếp vớiăH2 khi đunănóngătrongăluồngăkhíăH2 tạoăraăhiđruaăion (ngoạiătrừăMgătạoăhợpăchấtăcộngăhóaătrị),

M + H2 t 0

MH2 Caăphảnă ngăngayăvớiăH2 ă00Cănếuă ădạng bộtămịn,ăcòn dạngăkhốiăphảnă ngăxảyăraă ă

150 – 3000

C, Sr phảnă ngă khoảng 300 – 4000

C,ăBaăphảnă ngă ă1800

C Tấtăcảăcácăhyđruaăc aăKLKTăphảnă ngămạnhăvớiăn ớcătạoăhyđroxităvàăgiảiăphóngăkhíăH2,

MH2(r) + 2H2O(l)  ( ) 2 ( )

2 ) (a q 2OHa q 2H k

3.3.3. Phản ứng với nước

Cóăthếăđiệnăcựcăt ơngăđ ơngăkimăloạiăkiềm,ăcácăkimăloạiăkiềmăthổăvềănguyênătắcăt ơngătácădễădàngăvớiăn ớcăgiảiăphóngăhyđroăvàăcàngădễădàngăhơnăvớiăcácădungădịchăaxit.ăNh ngăthựcătế,ăBeăkhôngăt ơngătácăvớiăn ớcăvìăcóălớpăoxităbảoăvệ,ăMgăkhôngătanătrongăn ớcălạnhănh ngătanăchậmătrongăn ớcănóng,

Mg + 2H2O  Mg(OH)2 + H2

vìămàngăoxităMgOăbảoăvệăítătanătrongăn ớc

NếuăđánhăsạchăcácăsợiădâyăMgărồiănhúngăvàoădungădịchăHgCl2,ămagieăsẽăđẩyăthuỷăngânăraăkhỏiădungădịchăvàăcùngăvớiăHgătạoăhỗnăhốngăMgă– Hg,ălúcăđóămàngăoxităkhôngăđ ợcătạoănên vàăhỗnăhốngăMgă– Hgăliênătụcăt ơngătácăvớiăH2Oă ănhiệtăđộăth ng

CácăkiềmăthổăCa,ăSr,ăBaăphảnă ngădễădàngăvớiăn ớc,

M + 2H2O  M(OH)2 + H2

RiêngăBeăcònăcóăthểătanătrongădungădịchăkiềmămạnhăhoặcătrongăkiềmănóngăchảyătạoăthành muốiăberilatăvàăgiảiăphóngăH2,

Be + 2NaOH + 2H2O  Na2[Be(OH)4] + H2,

Be + 2NaOHn/c  Na2BeO2 + H2

3.3.4. Phản ứng kết hợp với amoniac

CácăkimăloạiăCa, Sr vàăBaăcóăthểătanătrongăamoniacălỏng,ăchoădungădịchămàuăxanhăthẫm.ăKhiălàmă choă dungă môiă bayă hơi,ă cònă lạiă tinhă thểă màuă vàngă óngă làă cácă amoniacată cóă thànhă phầnăkhôngăđổiă[M(NH3)6]

Khiăcóămặtăchấtăxúcătácă(víădụ:ăPlatin),ăcácăamoniacatăkimăloạiăkiềmăthổăbịăphânăhuỷădần tạoăraăcácăamiđua

Ca(NH3)6   Pt

Ca(NH2)2 + 4NH3 + H2 Khiăđunănóngă ăápăsuấtăthấpă(trongăchânăkhông),ăcácăamiđuaăbiếnăthànhăimiđuaămàuăvàng

Ca(NH2)2  CaNH + NH3 canxiăamiđuaăăăăăăcanxiăimiđua

3Mg + N2  780    800  0 C 

Mg3N2

Ca + S  150    0 C

CaS 3Ca + 2Pđỏ  Ca3P2

Ba + 2C(than chì)  BaC2

Khiăkiềmăthổăcháyătrongăkhôngăkhíăthìăngoài oxit MO còn có nitrua M3N2 đ ợcătạoănên.ăNitruaădễădàngăđ ợc phátăhiện nh tácădụngăc aăchúngăvớiăhơiăn ớcă ătrong khôngăkhí,ăgiải phóng khí NH3,

Mg3N2 + 6H2O  3Mg(OH)2 + 2NH3 Khiăt ơngătácăvớiăcacbon,ăriêngăBeătạoăBe2C là cacbua giải phóngămetanăkhiăbịăthuỷăphân,ăcònăcácăkimăloại kiềmăthổ khác tạoănênăMC2làăcacbuaăgiảiăphóngăaxetilenăkhi bịăthuỷăphân

Be2C + 4H2O  2Be(OH)2 + CH4

CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2

Tuyănhiênăkhiăt ơngătácăvớiăSi,ătấtăcảăcác kimăloạiăkiềm thổăđều tạo nên silixua M2Si

Doăcóăáiălựcălớnăvớiăoxi,ăcác kimăloại kiềmăthổăkhiăđun nóng cóăthểăkhửăăđ ợcănhiềuăoxităbềnăc aăcác nguyênătốănh ăB2O3, CO2, SiO2, TiO2, Al2O3, Cr2O3

2Be + TiO2  2BeO + Ti

*ăKhảănĕngătạoăph călàăkhôngăđặcătr ngăvới cácăkimăloại kiềm thổăvìăsựătạoăph căchỉăthuậnălợiăvớiănhững ionăbé,ăđiệnătích lớn và cóăorbitalătrống

3.3.6 Sự khác nhau giữa beri và magie

BeriălàănguyênătốăđầuătiênătrongănhómăKLKT.ăKhiăsoăsánhăvớiămagieăvàănhữngănguyênătốăcònălạiătrongănhóm,ăberiăthểăhiệnănhữngătínhăchấtăbấtăth ngăvớiănhữngălíădoăsau:

Kíchăth ớcănhỏăc aănguyênătửăvàăion,

ph căBeF42 và AlF62- và hai ion ph cănày rấtăbền

CảăBeCl2 và AlCl3đềuăcóăkhảănĕngăđimeăhóaătạoănênăBe2Cl4 và Al2Cl6

phảnă ngănhanh chóngădừngălại,ădoăcóălớpăvỏăhyđroxităbảoăvệ

Mg + 2AgNO3  Mg(NO3)2 + 2Ag

Phảnă ngătạoăhợpăchấtăcơămagieăvớiădẫnăxuấtăhalogenăc aăhyđroăcacbon,

Hình 3.1: Sơ đồ thiết bị điều chế Mg bằng phương pháp điện phân

ĐểătránhăkhôngăkhíăoxiăhoáăMgălỏngănổiălên trênăchất điện phân, ng iătaăđưăthổiăchậmămộtăluồngăkhíăH2trênăbềămặt c aăMg lỏng Magieăthuăđ ợcăcóăđộătinhăkhiếtăcaoă99,90%

Đểă cóă thêmă MgCl2,ă ng iă taă đưă điềuă chếă từ magiezit MgCO3 hoặcă từă đolomităMgCO3.CaCO3 theoăphảnă ng,

MgO + CO + Cl2  MgCl2 + CO2

khíăcloăđ ợcălấyătừăcựcăd ơngăbìnhăđiệnăphân

Ngoàiăra,ăđểăcóăMgCl2 ng iătaăcóăthểăchế hoáăn ớc biển khi choătácădụngăvớiăn ớcăvôi hoặcăsữaăđolomit,ălọc lấyăMg(OH)2rồi cho tácădụngăvớiăaxităHCl

Mg2+(aq) + Ca(OH)2  Mg(OH)2 + Ca2+(aq)

2Mg + CaO.SiO2 HơiăMgăbayălênăvàăđ ợcălàmăng ngătụ

Ngoài ra, cònăcóăthểădùngăphảnă ng nhiệtănhômăđể điều chếăCa,ăSrăvàăBa:

2Al + 2MO t 0

MO.Al2O3 + 3M

3.5 Các hợp chất của kim lo i ki m th

3.5.1 Hiđrua

Tấtăcảăcácăkimăloạiăkiềmăthổăđềuăcó khảănĕngătạoăra hợp chấtăvớiăhiđroă ngăvớiăhoáătrịăIIăc aăkim loạiă(MH2).ăTấtăcảăđềuălà chấtărắn màuătrắng,ăđộăbềnătĕngătừăBeH2 đếnăMgH2 sau đóăgiảmădầnătừ CaH2 đếnăBaH2

* BeH2 khôngăđiềuăchếăđ ợcătrựcătiếpătừ cácănguyênătố mà bằngăphảnă ngătraoăđổiăgiữaăBeCl2vớiăLiH trongăr ợuăhoặc bằng cách cho Be(CH3)2tácădụngăvớiăLiAlH4,

BeCl2 + 2LiH  BeH2 + 2LiCl

2Be(CH3)2 + LiAlH4  2BeH2 + LiAl(CH3)4

BeH2 làă chấtă rắnă màuă trắng,ă cóă tính chấtă t ơngă tựAlH3, có thểă tácă dụngă vớiă n ớcă vàămetanolăgiảiăphóng H2,

MgH2 + 2C2H4 MgH2 làăchấtărắnămàuătrắng,ă ădạngăbột mịnăthìătựăbốc cháy trongăkhôngăkhí,ăcònă ădạngăcụcăthìăbềnăhơn Khiăđunănóng trong chânăkhôngă ăkhoảngăβ800Căthìăbịăphânăhuỷ,

MgH2 t 0

Mg + H2 BịăH2O và CH3OHăphânăhuỷăt ơngătựăBeH2

CaH2, SrH2, BaH2 làănhữngăhiđruaătạoămuối CaH2 nóng chảyă ă10000Căvàăbịăphânăhuỷă ănhiệtăđộăcao hơn.ăSrH2 nóng chảyă ă6500Căvàăphânăhuỷătrênă8000

C CaH2 nóng chảyăăvàăphân

huỷ ă6750C,ălàăchấtăkhửămạnhăvàătựăbốcăcháy trong không khí

Đềuăbịăn ớcăphânăhuỷăt ơngătựăBeH2,

Nĕngl ợngămạng l ới (kJ/mol) - 3924 3476 3913 2995

Trừă BeOă thựcă tếă khôngă tană trongă n ớc,ă MgO dạngă bột xốp tană mộtă ítă vàă rấtă chậm (do chúngăcóănĕngăl ợngămạngăl ớiărấtălớn), còn các oxit còn lạiăđềuăt ơngătác dễ với n ớcătạoăhiđroxităvàăphátănhiệtălớn

MO + H2O  M(OH)2

Oxităc aăCa,ăSr,ăBaăđềuăhútăẩmămạnhăkhi đểătrongăkhông khí vàăcóăkhảănĕngăhấpăthụăkhíă

CO2nh oxit kim loạiăkiềm

BaO + CO2  BaCO3 Cácăoxităkimăloạiăkiềmăthổăcóăthểătan trongădungădịch axit tạoăthànhămuối,ătrừăBeOăkhóătanătrong axit nh ngădễătanătrong dung dịchăkiềmătạoămuốiăberilat

*ă ănhiệtăđộăcao,ăcácăMOăcóăthểăbịăkim loạiăkiềm,ăAl, Si khử đếnăkimăloại

*ăNguyênătắcăchungăđểăđiềuăchếăcácăMOălà nhiệtăphân muối cacbonat,ănitratăhoặcăhiđroxită

c aăkimăloại kiềmăthổ

CaCO3  CaO + CO2 2Sr(NO3)2  900   0C

2SrO + 4NO2 + O2 hoặcădùngăthanăkhửămuốiăcacbonată ănhiệtăđộ thấpăhơn hoặcănhiệtăphânămuốiănitrat,

BaCO3 + C  BaO + 2CO Ba(NO3)2 t 0

MO2 + 2H2O  M(OH)2 + H2O2

ĐềuădễătanătrongăaxitătạoăH2O2

CaO2 + H2SO4  CaSO4 + H2O2 KhiăđunănóngăMO2bịăphânăhuỷăthànhăoxităvà O2

2CaO2  2CaO + O2

Nh ăvậy,ă ădạngărắnăhayădungădịchăcác peoxit MO2 đều có tínhăoxiăhoáănh ngăvớiăchấtăoxiăhoáămạnhăhơn chúngăthể hiện tínhăkhử

Các peoxit MO2 cóăthểăđiềuăchếăbằng cách cho H2O2 tác dụngăvớiăhiđroxităt ơngă ngăđồngă

th iăđun nóngă ă100 - 1300C để làmămấtăn ớcăcácăhiđratăpeoxităMO2.8H2Oăvừa đ ợcătạoănên

Ca(OH)2 + H2O2 + 6H2O  CaO2.8H2O CaO2.8H2O t 0

CaO2 + 8H2O CácăhiđratăpeoxităkhiătácădụngăvớiăH2O2 nóng cóăthểătạo nên supeoxit có màu vàng

CaO2.8H2O + H2O2(nóng)  CaO4 + 10H2O Riêng SrO2 và BaO2cóăthểăđiềuăchếăbằng cách cho oxit kếtăhợpătrựcătiếpăvớiăoxi

2BaO2  2BaO + O2

dựaăvàoătínhăchấtănày,ăcóăthểădùngăBaO2để điềuăchếăO2 trong không khí

BaO2cóătínhăoxiăhoáămạnh,ăkhiăđunănóng BaO2tácădụng vớiăH2, S, C, NH3

BaO2 + H2  Ba(OH)2 2BaO2 + S  2BaO + SO2

BaO2 cóăthểăđiềuăchếăbằngăcáchănhiệt phân Ba(OH)2, Ba(NO3)2, BaCO3 trongăluồngăkhôngăkhí Trong công nghiệp, điềuă chếă BaO2 bằngă cáchă nung BaO trong luồngkhôngă khíă 400-

- Nĕngăl ợngăionăhóaăc aăKLKTăcaoăhơn

- Kíchăth ớcăionăM2+nhỏăhơn

l ợngămạngăl ớiăc aăcácăhyđroxităgiảmădầnătừătrênăxuốngătrongănhóm Nĕngăl ợngăhyđratăc aăchúngătỷălệănghịchăvớiăđộăgiảmănĕngăl ợngămạngăl ớiăvìăthế, độătanăc aăcácăhyđroxit tĕngălên

Nh ăvậy,ănĕngăl ợngămạngăl ớiăvàăkíchăth ớcăc aăcationăquyếtăđịnhăđộătanăcácăhyđroxităc aăKLKT

Các M(OH)2 đềuăkhôngăbềnănhiệt,ăkhiăđun nóng chúng mất n ớcăbiếnăthànhăoxit.ăĐộăbềnănhiệtătĕngălên từăBe(OH)2 đến Ba(OH)2, Mg(OH)2 mấtăn ớcă ă1500

3.5.5 Muối halogenua của KLKT

KLKTăphảnă ngăvớiăhalogenă ănhiệtăđộăcaoătạoănênămuốiăhalogenua,

- BeCl2 cóănhiệtăđộănóngăchảyăthấpăvàădễăbayăhơi.ăTrongăkhiăđó,ăcácăhalogenuaăcònălạiăcóănhiệtăđộănóngăchảyăcao.ăBaCl2cóănhiệtăđộănóngăchảyărấtăcao

- Muốiă khană halogenuaă c aă chúngă th ngă ngậmă n ớc:ă BeCl2.4H2O, MgCl2.6H2O, CaCl2.6H2O

- Cácăhalogenuaăchoămàuăngọnălửaăđặcătr ng,ăngoạiătrừăBeăvàăMgă(vìănĕngăl ợngăionăhóaă

c aăchúngărấtăcao,ănĕngăl ợngăngọnălửaăkhôngăđ ălớnăđểăbùălạiăchoăsựăb tăelectron)

CaCl2 SrCl2 BaCl2

Màuăgạch đỏăthẩm xanh lá cây

* Tínhăchấtăc aăBeCl2

Nóăđ ợcăđiềuăchếănh ăsau,

BeO + Cl2 + C  870    1070  K  BeCl2 + CO

Beriăcloruaăcóăkhảănĕngătrùngăhợpătạoănênăcấuătrúcămạchă ătrạngătháiărắnăvìălớpăvỏăhóaătrịă

c aăBeăcònăthiếuăelectron.ăBeăchỉăcóă4ăelectronă lớpăvỏăhóaătrị,ă cóăthểănhậnăthêmăhaiă cặpăelectonăc aănguyênătửăClă(liênăkếtăchoănhận)ăc aăphânătửăBeCl2 bênăcạnhăđểăvỏăhóaătrịăđạtăcấuătrúcăbềnăc aăkhíăhiếm (quyătắcăbátătử).ă

↓ungăquanhămỗiănguyênătửăBeăcóăbốnănguyênătửăCl,ăhaiănguyênătửăClătạoăliênăkếtăcộngăhóaătrị,ăhaiănguyênătửăClăcònălạiătạoăliênăkếtăchoănhận

BeCl2,ătồnătạiădạngăđimeă ătrạngăthíaăhơi,ăbiăphânăh yăthànhămonomeă ă1β0 0C

3.6 Các hợp chất quan trọng

3.6.1 Canxi hidroxit (Ca(OH) 2 )

Khiăchoăvôiăsốngă(CaO)ătácădụngăvớiăn ớc tạoănên Ca(OH)2gọiălàăvôiătôi

↑ôiătôiăítătanătrongăn ớc:ă ăβ00

C, 1lit n ớcăhoàătan 1,107g Ca(OH)2 tạoăthànhădungădịch

n ớcăvôi,ăđộătanăc aăCa(OH)2 giảm khiănhiệt độ tĕng.ăNếuătĕngăl ợngăvôiăvàăkhuấyăkỹăsẽăđ ợc mộtăhuyềnăphù màu trắngăgọiălàădungădịchăvôiăsữa.ăĐểăyênăvôi sữaămộtăth i gian, Ca(OH)2 kếtă

t aăxuốngăthànhăkhốiănhưoăcó tínhăchấtăkết dính Nếuătrộnăkhốiănhưoăđóăvớiăcátătheoătỉălệ 1/3 hayă1/4ăvớiămột l ợng n ớcăvừaăđ ăgọiălàăvữaăvôi.ă↑ữaăvôiăcó tính chấtăkếtădínhătốt, đ ợc dùngătrongăxâyădựng.ăQuáătrìnhăđôngăc ngăc a vữaăvôiălàădo phản ng giữaăvôiăvớiăCO2 trong không khí

Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O

Ngoài ra, cònăcóăt ơngătácămộtăítăgiữaăcát làăoxităaxităvới vôi là bazơătạoăcanxisilicat

Trongăthựcătế,ăng iătaăsảnăxuấtăvôi bằng cách nung đá vôi ă10000Cătrongălòăđ ngăvàălòă

đ ợcăhoạtăđộng liênătục

3.6.2 Canxi cacbonat (CaCO 3 )

CaCO3 trongătựănhiênătồnătạiăd ớiănhiều dạngănh ăđá phấn,ăđáăvôi,ăđáăspat,ăđáăcẩmăthạch trong đóăđáăvôiălàădạng phổ biến nhất

CaCO3kếtătinhă ădạngăvôăđịnhăhình,ătanăít trongăn ớc (0,014g CaCO3/1lit H2Oă ăβ5 0C), tan nhiềuăhơn trongădungă dịch ch a NH4Cl,ăkhiă đunăsôiăvớiădungădịchăNH4Cl thì nó phân huỷăhoàn toàn,

CaCO3 + 2NH4Cl t0C

CaCl2 + 2NH3 + CO2 + H2O

Trongăn ớcăcóăch aăkhíăCO2, CaCO3tanătạo muối Ca(HCO3)2

- Khiăđunănóng, CaCO3t ơngătácăđ ợcăvới mộtăsốăoxit nh SiO2, Al2O3, NO2, NH3

CaCO3 + SiO2  CaSiO3 + CO2 CaCO3 + 2NH3 t0C

CaCN2 + 3H2O

3.6.3 Canxi sunfat (CaSO 4 )

CaSO4 khanăcóămàuătrắng,ătanăítătrongăn ớc (202mg CaSO4/100g H2Oă ă18 0C),ăđộătanăítăbiếnăđổiătheo nhiệtăđộ

Trong thiên nhiên, CaSO4 tồnătạiă ădạng thạch cao CaSO4.2H2Oăcóămàuătrắngăhayăxámăhayăhungătuỳ thuộcănh ng tạpăchấtăch aătrongăđó.ăThạchăcaoăcóăcấu trúcălớpănênătinh thểăcó thểătáchăthànhăláămỏng,ăcácălớpăliênăkết vớiănhauănh ăliênăkết hiđro tạoănênăgiữaăphânătửăH2Oăvớiăcác ion Ca2+ và SO42-.ăDoăvậy, thạch caoămềmăhơnăCaSO4 khan

Trongădungădịchăcó (NH4)2SO4,ăđộătanăc aăthạchăcao tĕngădo tạoămuốiăph c,

Khiănungăđếnăβ000C,ăthạchăcaoănungămất n ớcăhoàn toàn thànhămuốiăkham,

2(CaSO4.0,5H2O)  200   0C

2CaSO4 + H2O Muốiăkhanănàyă cũngă t ơngătácăvớiăn ớcătạo thànhăthạch cao nh ngă khôngăcóăkhảănĕngăđôngăc ng

ă5000C, CaSO4 chuyểnăthànhădạngăkhôngătan trong n ớcăvàăkhôngăt ơngătácăvớiăn ớc,ăđếnă9600C thì CaSO4phânăhuỷ,

2CaSO4  960    0 C

2CaO + SO2 + O2

3.6.4 Clorua vôi CaOCl 2

Cloruaăvôiălàămuốiăhỗnătạpăc aăaxit hipoclorơăHClOăvà axit clohiđricăHCl,ălàăchấtăbộtărắnămàuătrắng,ăcó mùiăhắc

T ơngătựăn ớcăJaven,ăcloruaăvôiăcóătínhăoxi hoáămạnhădo tạoăHClOăkhiătácădụngăvớiăCO2trong không khí

2CaOCl2 + CO2 + H2O  CaCO3 + 2HClO + CaCl2

Cloruaă vôiăđ ợcădùngălàmă chấtătiệtătrùng, tẩyă uế,ătẩy màu trongăphòngăthíănghiệm,ă

ng iătaădùngăclorua vôiăđểăđiều chế khí cloăvàăoxiăbằngăcácăphảnă ng:

2CaOCl2 + 2HCl  CaCl2 + Cl2 + H2O

2CaOCl2 t 0 C

2CaCl2 + O2 Cloruaăvôiăđ ợcăđiềuăchếăbằngăcáchăcho khíăcloăđiăqua huyềnăphùăđặcăc aăCa(OH)2 trong

- Độăc ngăvĩnhăcữuăchỉăl ợngămuốiăkhông kếtăt aăkhi đun sôi,ăth ngălàăcácămuốiăclorua,ăsunfatăc a canxi, magie

N ớcă rấtă mềmă cóă độă c ngă <1,5mđlg/lit, n ớcă mềmă có dộ c ngă khoảngă 1,5ă - 4mđlg/lit,ă

n ớcă trungă bìnhă có độă c ng khoảng 4 - 8mđlg/lit,ă n ớcă c ngă cóă độă c ngă khoảngă 8ă - 1βmđlg/lit, n ớc rấtăc ngăcóăđộăc ngă>ă1βmđlg/lit

N ớcăthiênănhiênămềmănhấtălàăn ớcăm aăvà tuyết,ăhầu nh khôngăch aăcácămuốiătan

3.7.2 Tác hại của nước cứng

N ớcăc ngăgâyănhiềuătácăhạiăchoăsinhăhoạt, côngănghiệp nh làmămấtătácădụngătẩyărửaăc aăxàăphòng, tạoăkếtăt aăkhó tan và kếtăt aănàyălàmăbẩnăquầnăáo ,ăbấtălợi vớiăcôngănghiệpănhuộm

M2+ + 2RCOONa  (RCOO)2M + 2Na+

Phương pháp trao đổi ion:

Ph ơngăphápănàyălợiădụngăkhảănĕngăcóăthể traoăđổiăion c a mộtăsốăhợpăchấtăcaoăphânătửăthiênă