Muối Cacbonat và Sùnat của kim loại nhóm IIA

Tích số tan của các MCO3 Trong dung dịch có chứa CO2 dư, các muối cacbonat của Ca, Sr, Ba lại tan do tạo ra muối hidrocacbonat MHCO3 2 CaCO3 + CO2 + H2O CaHCO32 phản ứng này giải th

VIII.9 Cacbonat của IIA

Là những muối phổ biến trong thiên nhiên ở dưới dạng các khoáng vật khác nhau

Manhezit MgCO3 Dolomit MgCO3.CaCO3

Stroxianit SrCO3 Vitrerit BaCO3

Canxit Aragonit

Đá cẩm thạch Đá phấn

Các muối cacbonat của nhóm IIA đều là chất ở dạng tinh thể, khó tan trong nước

Bảng 8.11 Tích số tan của các MCO3

Trong dung dịch có chứa CO2 dư, các muối cacbonat của Ca, Sr, Ba lại tan do tạo ra muối hidrocacbonat M(HCO3) 2

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2

phản ứng này giải thích hiện tượng ăn mòn đá vôi trong thiên nhiên và do phản ứng đó nên trong nước sông, nước ngầm có chứa một lượng đáng kể Ca(HCO3)2

Khi để trong không khí hoặc đun nóng, các muối tan đó bị phân hủy tách ra CO2 và trở lại dạng cacbonat kết tủa ban đầu, phản ứng này giải thích hiện tưởng tạo thành thạch nhũ, suối hóa đá, cặn ấm, cặn nồi hơi

Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O

Ngược lại, các muối trung hòa BeCO3 và MgCO3 không tan trong dung dịch chứa một lượng dư khí CO2, chúng bị thủy phân tạo ra kết tủa là những muối cacbonat bazơ [M(OH)]2CO3

Muối bazơ luôn được tạo thành khi cho dung dịch cacbonat của kim loại kiềm tác dụng với muối tan của Be và Mg

2Na2CO3 + 2MgCl2 + H2O → [Mg(OH)2]CO3 ↓ + 4NaCl + CO2

Các muối MCO3 bị dung dịch axit (kể cả CH3COOH) phân hủy tạo CO2

Khác với M2CO3, các MCO3 đều bị nhiệt phân, độ bền nhiệt tăng từ MgCO3 đến BaCO3

Bảng 8.12 Nhiệt độ phân hủy của các MCO3

VIII.9.1 BeCO3

- Khi cho muối cacbonat của kim loại kiềm tác dụng với berili tạo ra muối bazơ [Be(OH)]2CO3 Muối này có thể chuyển thành muối trung hòa khi đun nóng với dung dịch KHCO3 đặc

[Be(OH)] 2 CO3 + 2KHCO3 2 BeCO3 ↓ + K2CO3 + 2 H2O

- [Be(OH)] 2CO3 là chất rắn màu trắng, khó tan trong nước, nhưng tan trong một lượng dư cacbonat kim loại kiềm, đặc biệt dễ tan trong dung dịch (NH4)2CO3

[Be(OH)] 2 CO3 + 3(NH4)2CO3 2(NH4)2[Be(CO3)2] + 2NH3.H2O

- BeCO3 kết tinh từ dung dịch ở dạng tetrahidrat, khi đun nóng đến 1000C chuyển thành muối khan, khi đun đến nhiệt độ cao hơn bị phân hủy tạo CO2

BeCO3 BeO + CO2

VIII.9.2 MgCO3

- Khi đun nóng dung dịch cũng bị thủy phân tạo muối cacbonat bazơ, cũng tương tự như BeCO3, MgCO3 tan trong một lượng

dư cacbonat kim loại kiềm, tan trong dung dịch (NH4)2CO3 do tạo ra muối kép M2[Mg(CO3)2].4H2O, KH[Mg(CO3)2].4H2O

- MgCO3 tan trong dung dịch axit tạo muối Mặt khác khi cho khí CO2 qua chất lỏng có chứa huyền phù MgCO3, huyền phù này tan do tạo ra Mg(HCO3)2

- Khi cho muối magie tác dụng với cacbonat của kim loại kiềm tạo thành muối bazơ:

2Na2CO3 + 2MgCl2 + H2O → [Mg(OH)2]CO3 + 4NaCl + CO2

-Muối cacbonat bazơ của magie có thành phần gần đúng là Mg(OH)2.xMgCO3.nH2O (x = 3,4; n = 3,4,5…)

- MgCO3 tinh khiết được điều chế bằng cách thổi CO2 tinh khiết lên bề mặt dung dịch cacbonat bazơ của magie ở 1500C - 2200C

[Mg(OH)2]CO3 + CO2 → 2MgCO3↓ + H2O

VIII.9.3 CaCO3

- Là chất kết tinh màu trắng, ít tan trong nước (1,4 mg/100 gam nước ở 250C) , tan nhiều hơn trong dung dịch chứa lượng

dư NH4Cl Khi đun sôi CaCO3 với dung dịch NH4Cl, nó bị phân hủy hoàn toàn:

CaCO3 + 2NH4Cl CaCl2 + 2NH3 + CO2 + H2O

- Trong nước có chứa khí CO2 , độ tan của CaCO3 tăng lên nhờ tạo thành muối hidrocacbonat tan

- Ở nhiệt độ cao, nó tương tác với một số oxit như SiO2 , Al2O3 , NO2 , và khí NH3 v.v

CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2

- CaCO3 được điều chế bằng cách cho muối canxi tác dụng với dung dịch muối cacbonat của kim loại kiềm hoặc amoni, cũng có được khi cho nước vôi hấp thụ khí CO2

0t

→

VIII.9.4 SrCO3

- Là chất rắn màu trắng, rất khó tan trong nước Trong dung dịch SrCO3 bị thủy phân một phần tạo ra môi trường

kiềm Tan nhiều trong dung dịch có chứa CO2 do tạo ra muối hidocacbonat Khi nung nóng bị phân hủy tạo CO2, nhưng phản ứng khó hơn so với CaCO3

- SrCO3 được điều chế bằng cách cho muối tan của Sr tác dụng với (NH4)2CO3

VIII.9.5 BaCO3

- Dung dịch bão hòa có phản ứng kiềm do bị thủy phân BaCO3 tan trong axit, tan một ít trong dung dịch chứa

CO2 do tạo ra muối hidrocacbonat, cũng tan trong dung dịch amoni tạo ra muối kép giống như MgCO3

- BaCO3 được điều chế bằng cách cho dung dịch Ba(OH)2 hấp thụ khí CO2 hoặc cho dung dịch muối Ba tác dụng với muối cacbonat của kim loại kiềm

-Trong công nghiệp BaCO3 được điều chế bằng cách dùng than khử BaSO4 ở 6000C - 8000C tạo ra BaS, sau đó cho dung dịch BaS tác dụng với CO2 tạo kết tủa BaCO3:

BaSO4 + 2C → BaS + 2CO2

BaS + CO2 + H2O → BaCO3 + H2S

- Cũng có thể đun nóng huyền phù BaSO4 với dung dịch K2CO3 đậm đặc:

BaSO4 + K2CO3 → BaCO3 + K2SO4

III.10 Sunfat của nhóm IIA

- Đều là những chất kết tinh màu trắng Hai muối BeSO4 và MgSO4 đều dễ tan, các muối còn lại đều khó tan, độ tan giảm

dần từ BeSO4 đến BaSO4

Bảng 8.13 Ở 200C độ tan (g/100 g nước) của các MSO4

- Muối sunfat của IIA đều tạo ra muối kép với các kim loại IA dạng M2M’(SO4)2

VIII.10.1 BeSO4

- Tạo thành khi đun nóng BeO hoặc Be(OH)2 trong dung dịch H2SO4 dư Tinh thể BeSO4 tách ra ở dạng tám mặt không

màu ngậm 4 H2O, ngoài ra còn các dạng ngậm hai hoặc sáu H2O

- Trong dung dịch nước BeSO4 bị thuỷ phân một phần, nhưng kém hơn BeCl2 Khi làm bay hơi dung dịch không chứa H2SO4, tinh thể tách ra ở dạng muối bazơ Khi nung nóng tinh thể hidrat BeSO4.4H2O đến 2300C chuyển thành muối khan, nung ở nhiệt độ cao hơn, bắt đầu tách SO3 và sau đó chuyển thành BeO tinh khiết:

2BeSO4 2BeO + 2SO2 + O2

VIII.10.2 MgSO4

- Ở trạng thái khan là chất bột màu trắng, từ dung dịch nước tách ra dạng tinh thể hidrat ngậm 1; 2; 4; 5; 6; 7

và 12 phân tử nước, trong đó dạng 2; 4; 5 phân tử nước là ít bền Quan trọng hơn cả là dạng monohidrat (kizerit) và heptahidrat (muối đắng)

- MgSO4 cũng được điều chế bằng cách cho MgO tác dụng với dung dịch H2SO4 30% Tinh thể tách ra từ dung dịch này ở dạng heptahidrat, nung nóng đến 2380C, dạng heptahidrat chuyển thành dạng khan Nếu nung ở nhiệt độ cao hơn nữa tách dần thành SO3

0t

→

- Trong thiên nhiên, nó ở dạng khoáng chất kizerit (monohidrat) và dạng heptahidrat (muối đắng).

- MgSO4 tạo ra muối kép với kim loại kiềm, trong đó chú ý là là dạng xenit có thành phần M2[Mg(SO4)2].6H2O

VIII.10.3 CaSO4

- là chất rắn, màu trắng, ít tan trong nước (203,6 mg/100 g H2O ở 200C) Độ tan tăng chậm khi tăng nhiệt độ,

nhưng quá 500C độ tan giảm dần Đường cong độ tan có điểm cực đại ở khoảng 300C – 400C

- Trong dung dịch muối sunfat của kim loại khác, độ tan của CaSO4 giảm xuống, nhưng trong dung dịch H2SO4 đặc, độ tan của CaSO4 lại cao hơn nhiều vì một phần đã tạo ra các hợp chất kép dễ tan như CaSO4.H2SO4 và CaSO4.3H2SO4

- Với sunfat của các kim loại kiềm, CaSO4 tạo ra những muối khó tan, như muối globe Na2SO4.CaSO4; muối sinvinit K2SO4.CaSO4.H2O.

- Trong dung dịch (NH4)2SO4, độ tan của CaSO4 lại tăng lên do tạo thành muối phức:

(NH4)2SO4 + CaSO4 (NH4)2[Ca(SO4)2]

- CaSO4 tinh khiết được điều chế bằng cách cho CaCl2 dư tác dụng với dung dịch (NH4)2SO4 Kết tủa tách ra ở dạng

vi tinh thể hình kim dihidrat ở dưới Nếu nung trên 660C tách ra dạng khan Trong thiên nhiên, nó tồn tại CaSO4.2H2O gọi là thạch cao Thạch cao có cấu trúc lớp nên có thể tách thành lá mỏng

- Khi nung đến gần 1280C, thạch cao mất một phần nước kết tinh hemihidrat 2CaSO4.H2O (hay CaSO4.1/2H2O) gọi là thạch cao nung

0t

→

- Khi nung đến khoảng 2000C – 3500C, thạch cao nung chuyển thành CaSO4 khan, tan trong nước, tương tác với nước thành thạch cao nhưng không có khả năng đông cứng vì nó có cấu trúc tinh thể mới rất bền vững.

- Khi nung đến gần 5000C, chuyển thành dạng không tan trong nước, không tương tác với nước, vì vậy không thể làm vật liệu kết dính gọi là thạch cao chết

- Khi nung đến khoảng 9000C– 10000C thành chất bột màu trắng khô có khả năng hút ẩm, nên được dùng làm chất làm khô

- Khi nung đến 12000C bắt đầu phân huỷ

CaSO4 CaO + SO2 + O2

0t

→

VIII.10.4 SrSO4

- Thường gặp trong thiên nhiên ở dạng khoáng vật seletin Là nguyên liệu chủ yếu dùng để điều chế các hợp chất

của stronti SrSO4 rất ít tan trong nước, ở 180C độ tan vào khoảng 11,4 mg trong 100 g nước

- Với muối sunfat của kim loại kiềm, chẳng hạn K2SO4 hoặc (NH4)2SO4, stronti sunfat tạo ra những muối kép khó tan

VIII.11 Các phương pháp định tính để nhận biết

CaCO3 ↓+ CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3- K = 10-4,32

- Ca2+ kết tủa với C2O4 2- tạo CaC2O4 ↓ kết tủa này tan được trong dung dịch HCl, nhưng không tan trong axit axrtic.

VIII.11.2.Ba2+

- Ion không màu, màu ngọn lửa xanh lục, tạo kết tủa màu trắng với anion SO4 2- và kết tủa này không tan trong axit; kết tủa màu trắng với anion CO3 2- và kết tủa này tan trong các axit, kể cả axit yếu như axit axetic, axit cacbonic, tương tự như CaCO3.

Tác hại của nước cứng :

Khi đun sôi nước cứng thì muối hirocacbonat đã ta biến thành muối cacbonat không tan lắng xuống thành cặn cáu kết tủa bám vào phía trong thành nồi hơi supde (nồi cất, ấm nước, bình đựng ) tạo thành một màng cặn cách nhiệt, làm giảm

hệ số cấp nhiệt, có khi còn làm nổ nồi hơi

Nước cứng cũng không dùng để pha chế thuốc vì có thể gây kết tủa làm thay đổi thành phần của thuốc

Khi dùng nước cứng nấu làm rau, thịt khó chín; làm mất vị của nước chè

Giặt bằng nước cứng tốn xà phòng do Ca2+ làm kết tủa gốc axit trong xà phòng làm xà phòng không lên bọt và làm bẩn quần áo

2C17H35COONa + Ca2+ Ca(C17H35COO)2 + Na +

Cách làm mềm nước cứng :

Đối với nước cứng tạm thời có thể đun sôi nước, thêm vào một lượng vừa đủ Ca(OH) 2 hoặc Na2CO3 tương ứng với lượng hirocacbonat đã xác định trước bằng phương pháp hóa học

Đối với nước cứng vĩnh cửu thêm soda Na2CO3 , natri photphat Na3PO4 , hexametaphotphat (NaPO3)6

Ngày nay , người ta dùng rộng rãi phương pháp trao đổi ion

c c ứng

HÖ thèng t¹o ra n íc tinh khiÕt b»ng ph ¬ng ph¸p ho¸ h¬i

Nước biển

Nước sạch

Đun nước

Nước mặn