Hoa hoc vo co 2

Bảnchất liên kết hóa học trong kim loại liên quan đến hai tính chất cơ bản là tính dẫn điện, dẫnnhiệt tốt và ở điều kiện thường là chất kết tinh có số phối trí cao.- Trong tinh thể kim l

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI (8 TIẾT)

1 Sự phân bố kim loại trong thiên nhiên Vị trí kim loại trong bảng tuần hoàn.

1.1 Sự phân bố kim loại trong thiên nhiên:

Một trong những đặc tính quan trọng của các nguyên tố hóa học là tính phổ biến trong thiên nhiên Hầu hết các kim loại đều có trong thành phần vỏ trái đất, có trong nước đại dương, trong cơ thể sống với mức độ nhiều ít khác nhau

3,2.10-2

3,0.10-2

47,2027,602,643,602,601.10-1

9.10-2

5.10-2

HAlFeMgTiPN

3,06,62,02,02,5.10-1

5.10-2

2,5.10-2

0,158,805,102,106.10-1

8.10-2

1.10-2

b Trong nước đại dương: các kim loại có hàm lượng cao nhất là Na, Mg, K, Ca ứngvới thành phần sau:

Na: Chiếm 1,0354% khối lượng

Mg: Chiếm 0,1297% khối lượng

K: Chiếm 0,0388%khối lượng

Ca: Chiếm 0,0408%khối lượng

c Trong cơ thể sống: các kim loại Ca K, Mg, Na, Fe, Al, Ba, Sr, Mn, Zn, Cu chiếmvới tỷ lệ % khối lượng rất ít, nhiều nhất là canxi

1.2 Vị trí kim loại trong bảng hệ thống tuần hoàn:

Hầu hết các nguyên tố hóa học là kim loại , chiếm hơn 80% tổng số nguyên tố trongbảng tuần hoàn các nguyên tố kim loại được xếp phần bên trái và phía dưới của bảng và cóthể coi Be, Al, Ge, Sr, Po là nguyên tố giới hạn Phần bên phải phía trên là các nguyên tốphi kim và giới hạn là B, Si, As, Te Vậy giữa kim loại và phi kim có một ranh giới gầnđúng là đường thẳng nằm giữa hai dãy nguyên tố trên Các nguyên tố giới hạn nằm cạchđường ranh giới đó được xem là các nguyên tố bán kim

Tóm lai, các nguyên tố chuyển tiếp, các nguyên tố nhóm IA, IIA và các nguyên tố nặngnhóm IIIA, IVA, VA đều là kim loại

2 Cấu trúc electron của các kim loại:

Xét về cấu trúc lớp vỏ electron thì hầu hết các kim loại có từ 1 đến 3 electron ở lớp

Ví dụ: (21) Sc: 3d14s2, (30) Zn: 3d104s2

Trong dãy này có 2 sai lệch: Cr có cấu hình: 3d54s1 (3d44s2) và Cu: 3d104s1 (3d94s2)

Sự sai lệch đó là do sự khác nhau rất ít về năng lượng các phân mức năng lượng 1)d và ns ở các nguyên tố chuyển tiếp gây ra

(n-* Trong chu kỳ 5, có 10 kim loại chuyển tiếp từ ô 39 ở nhóm IIIB (Y) đến ô 48 ởnhóm IIB (Cd) có cấu hình ở lớp ngoài cùng là 4d1-105s1-2

3 Cấu trúc tinh thể của kim loại:

Ở trạng thái rắn, hhầu hết các kim loại đều kết tinh theo 3 dạng mạng tinh thể chínhlà: lục phương, lập phương tâm diện, lập phương tâm khối

Một số kim loại kết tinh mạng hỗn hợp, một số kim loại tùy theo nhiệt độ mà códạng khác nhau Ví dụ: Co kết tinh theo mạng hỗn hợp lục phương và lập phương, scanđi

ở 250C tinh thể có mạng lập phương tâm diện, nhưng ở nhiệt độ cao hơn lại có mạng lụcphương.

4 Thành phần và cấu trúc tinh thể của hợp kim:

* Hợp kim là vật liệu có tính chất của kim loại mà thành phần gồm một kim loại cơbản và một kim loại khác hoặc một phi kim nào đó

Ví dụ: Loại hợp kim thép không gỉ có thành phần 80,6%Fe, 18%Cr, 1%Ni và 0,4%C.Dựa vào thành phần cấu trúc tinh thể người ta chia hợp kim thành: Hợp kim dungdịch, hợp kim dị thể và hợp chất giữa các kim loại

* Hợp kim dung dịch hay còn gọi là dung dịch rắn là một hỗn hợp đồng thể mà cáccấu tử phân bố đồng đều như khi nóng chảy Nguyên tử chất tan có thể chiếm vị trí củakim loại dung môi (nút của mạng lưới) hình thành mạng tinh thể hỗn tạp kiểu thay thế,hoặc có thể xâm nhập khoảng giữa các nút mạng lưới hình thành mạng tinh thể hỗn tạpkiểu xâm nhập

- Hợp kim kiểu thay thế được hình thành khi hai nguyên tử kim loại có bán kínhtương tự nhau và có bản chất liên kết hóa học giống nhau

Ví dụ: Ag và Au đều có bán kính nguyên tử là 1,44A0 ; Cu và Ni có bán kính tươngứng là 1,24A0 và 1,28A0 đều có thể tạo ra hợp kim có mạng tinh thể dạng thay thế

-Khi hai kim loại có bán kính khác nhau vào khoảng 15% thì độ hòa tan của kim loạinày trong kim loại kia sẽ bị hạn chế Trong kiểu hợp kim này các cấu tử xâm nhập có bánkính cộng hóa trị bé hơn nhiều so với bán kính của nguyên tử dung môi điển hình cho loạicấu tử xâm nhập này là các phi kim

Ví dụ: Cacbon có bán kính cộng hóatrị là 0,77A0 có thể xâm nhập vào mạng tinh thểcủa sắt có bán kính là 1,27A0 tạo thành thép Thép cacbon có mạng thinh thể hỗn tạp kiểuxâm nhập làm cho hợp kim cứng hơn, bền hơn và dẻo hơn

- Trong các hợp kim dị thể các cấu tử đều không phân tán đồng đều Chẳng hạn trongquá trình luyện thép tạo ra hỗn hợp peclit có chứa hai pha riêng biệt là Fe-α và xementit

Fe3C trộn lẫn mật thiết với nhau và hợp chất ostenit là hỗn hợp gồm Fe-γ và Fe3C Các hỗnhợp đó đều là hợp kim dị thể

- Bên cạnh các loại hợp kim trên, một số kim loại có khả năng tương tác với nhau,hình thành tinh thể hợp kim kiểu hợp chất giữa các kim loại đó là các metalit: AgZn,

Một số kim loại ở trạng thái lỏng hầu như không tan vào nhau như các cặp: Ag-Fe,Al-Tl, Fe-Pb, K-Mg, Cd-Al, K-Al, Na-Al, Ag-Cr

5 Liên kết kim loại:

* Cấu trúc kim loại là cấu trúc đặc trưng cho kim loại ở trạng thái rắn (lỏng) Bảnchất liên kết hóa học trong kim loại liên quan đến hai tính chất cơ bản là tính dẫn điện, dẫnnhiệt tốt và ở điều kiện thường là chất kết tinh có số phối trí cao.

- Trong tinh thể kim loại, các nguyên tử kim loại giống nhau nên không thể hìnhthành kiểu liên kết hóa học như trong hợp chất ion, cũng không thể hình thành kiểu liênkết như trong hợp chất cộng hóa trị vì số electron hóa trị của nguyên tử kim loại không đủ

để tạo nên liên kết hai electron với các nguyên tử phối trí

* Lý thuyết đầu tiên để giải thích các tính chất của kim loại là thuyết “khí electron”Theo thuyết này thì trong tinh thể kim loại có một phần electron đồng thời liên kết vớinhiều nhân, những electron đã tách ra từng các nguyên tử kim loại, di chuyển từ nguyên tửtrung hòa này đến nguyên tử bị ion hóa khác, mà không thuộc về một nguyên tử nhất địnhnào

- Khi không có tác dụng của điện trường ngoài, những electron này di chuyển hỗnloạn trong khối kim loại theo mọi phương tương tự như chuyển động nhiệt của các phân tửkhí trong một thể tích nào đó (gọi là thuyết khí electron)

- Vậy những electron nào đã tham gia vào đám khí electron ? Đó là những electron

dễ dàng rời bỏ nguyên tử kim loại nhất, tức là các electron hóa trị Tuy nhiên không nhấtthiết là tất cả các electron hóa trị đều tham gia vào đám khí electron, thông thường thì sốelectron tự do này bằng số nguyên tử kim loại Trong quá trình chuyển động các electron ít

va chạm vào nhau vì kích thước bé, nhưng không ngừng va chạm vào các nguyên tử đã ionhóa

- Có thể hình dung rằng trong tinh thể kim loại, các nguyên tử không ở trạng tháitrung hòa vĩnh cửu, mà ở trạng thái ion hóa thường xuyên đổi mới, quá trình biến đổi đóthường xuyên xảy ra, nên trong tinh thể kim loại luôn luôn có một số có tính di động cao,lúc nào cũng có những nguyên tử kim loại dễ bị ion hóa, và ở chỗ này hay chỗ kia trongmạng tinh thể đó có một số ở trạng thái trung hòa Chính nhờ có tương tác giữa đám khíelectron với các ion, đã gây ra liên kết kim loại, bảo đảm tính bền vững của mạng tinh thể

- Khi có tác dụng của điện trường ngoài, đám khí electron chuyển động theo mộtchiều, hiệu ứng này gây ra dòng điện kim loại Trong chuyển động đó, các electron vachạm mạnh vào các ion kim loại, nên một phần động năng đã chuyển thành nhiệt gây rahiệu ứng Joule của dòng điện Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của electron và ionkim loại được tăng cường, làm rối loạn chiều chuyển dịch của electron, kết quả độ dẫnđiện giảm tức là điện trở tăng

- Thuyết khí electron cũng giải thích được tại sao kim loại dẫn điện tốt, đồng thờicũng dẫn điện tốt Các electron tự do trong kim loại tham gia vào chuyển động nhiệt, vànhờ có tính di động lớn, nên dễ dàng sang bằng nhiệt, ở chỗ nóng chúng chuyển động

mạnh, có động năng lớn và khi đến chỗ lạnh hơn, thì qua va chạm với các ion kim loại, sẽnhường bớt động năng và bằng cách đó sẽ tải nhiệt từ chỗ nóng đến chỗ lạnh.

* Mặc dù thuyết khí electron đã giải thích định tính được nhiều tính chất của kimloại, nhưng lại gặp khó khăn lớn nhất là không thể giải thích được giá trị thực nghiệm vềnhiệt dung nguyên tử của kim loại là xấp xỉ 6 cal/mol Giá trị thực nghiệm đó chỉ đượcgiải thích bằng cách loại bỏ dao động của các electron “tự do” trong mạng tinh thể mà chỉ

kể đến những dao động của nguyên tử và ion trong mạng, như vậy các electron “tự do” –xem như các phân tử khí – không có vai trò gây ra nhiệt dung kim loại, điều đó mâu thuẫnvới thuyết “khí electron”

- Mâu thuẫn đó đã được giải quyết trên cơ sở của thuyết MO áp dụng cho hệ chứamột số lớn nguyên tử, nghĩa là coi kim loại như một hệ nhiều nhân mà tạng thái củaelectron trong hệ đó giống như trạng thái của electron trong phân tử Thuyết Môci mộtmâu thuẫn kim loại là một phân tử, tại mắt của mạng lưới có các ion kim loại, còn các đámmây electron của các electron hóa trị bao quanh các ion kim loại và liên kết với chúng,nghĩa là các electron hóa trị ở trong “tường chung” của tất cả các ion kim loại

- Như đã biết, theo thuyết MO thì hai nguyên tử tương tác với nhau sẽ có sự xen phủcác obitan phân tử liên kết và phản liên kết, lúc đó mỗi mức năng lượng nguyên tử sẽ tách

ra thành hai mức năng lượng phân tử Nếu hệ có bốn nguyên tử thì mỗi mức năng lượngnguyên tử sẽ tách ra thành bốn, nghĩa là hình thành bốn obitan phân tử Số nguyên tử trong

hệ càng lớn thì số MO càng lớn và mỗi MO ứng với một trạng thái năng lượng xác định.Như vậy trong tinh thể có N nguyên tử sẽ tạo nên N obitan phân tử Vì N rất lớn (ví dụ 1

cm3 tinh thể kim loại có khoảng 1022 – 1023 nguyên tử) nên N mức năng lượng rất gần nhautạo ra vùng năng lượng Sự khác nhau về năng lượng của các trạng thái electron trong giớihạn của vùng chỉ khoảng 10-22 eV, nên có thể coi sự biến thiên năng lượng của electrontrong vùng liên tục

- Các obitan của vùng năng lượng cũng xem như là các obitan nguyên tử trong phân

tử, và cũng tuân theo nguyên lý Pauli, là mỗi obitan cũng chỉ chứa hai obitan, và sự điềnelectron vào các obitan đó cũng tuân theo đúng trật tự mức năng lượng từ thấp đến cao.Như vậy, số electron cực đại trong vùng sinh ra do sự xen phủ các obitan nguyên tử s, p, d,

f sẽ là 2N (vùng s), 6N (vùng d), và 14N (vùng f)

- Trong trường hợp kim loại, những vùng năng lượng gần nhau có thể tiếp giáp vớinhau hoặc cách xa nhau Vùng năng lượng chứa các electron gây ra liên kết hóa học gọi làvùng hóa trị Vùng tự do có mức năng lượng cao hơn, phân bố phía trên vùng hóa trị gọi làvùng dẫn Phụ thuộc vào cấu trúc và mạng tinh thể mà hai vùng đó có thể xen phủ vào

đó, khoảng cách này gọi là vùng cấm Trong tinh thể kim loại xảy ra sự sen phủ của hai

vùng hóa trị và vùng dẫn, trong chất bán dẫn, trong chất bán dẫn vùng cấm có ∆E vàokhoảng 0,1 – 3 eV, còn trong chất điện môi, ∆E vào khoảng lớn hơn 3 eV.

* Vậy thuyết vùng năng lượng đã giải thích các tính chất đặc trưng của kim loại nhưthế nào ?

Nói chung, các tính chất vật lý đặc trưng của kim loại đều gây ra bởi các electron ởvùng hóa trị Số electron xếp trong vùng hóa trị phụ thuộc vào số electron của hóa trịnguyên tử

Nếu nguyên tử có một electron ns thì vùng năng lượng s chỉ mới được xếp một nửa

số electron tối đa, nếu nguyên tử có hai electron ns thì vùng năng lượng s đã xếp đủ sốelectron, còn nếu tất cả các mức năng lượng trong một vùng đều bị electron chiếm hết, thìcác electron đó không thể chuyển động tự do trong vùng mà có thể chuyển động trongphạm vi các obitan phân tử của chúng

- Nếu trong vùng năng lượng còn có những obitan phân tử còn trống (chưa bịelectron chiếm hoàn toàn) thì những electron nào có năng lượng gần nhất với năng lượngcủa obitan đó sẽ chuyển tới các obitan này, còn các vị trí cũ của các electron đã di chuyển

sẽ được khác electron khác thay thế, nhờ vậy electron có thể chuyển động hỗn loạn trongvùng năng lượng không bị chiếm hoàn toàn này Khi các electron đó bị kích thích (ví dụtác động của điện trường ngoài) sẽ chuyển động theo phương của trường ngoài và phátsinh ra dòng điện Các kim loại nhóm IA, IB và các kim loại chuyển tiếp có lớp vỏ (n-1)dchưa xếp đủ số electron (là những kim loại mà trong mạng tinh thể có vùng năng lượngchưa bị chiếm hoàn toàn) đều là những chất dẫn điện điển hình

- Trong trường hợp mà vùng hóa trị đã bị electron chiếm hoàn toàn nhưng lại tiếpgiáp với vùng trống chưa bị chiếm, dưới tác dụng của trường ngoài các electron chuyểnđộng lên vùng trống sẽ làm cho vùng bị chiếm hoàn toàn thành vùng dẫn điện Các kimloại nhóm IIA, IIB - thuộc trường hợp này – cũng đều là chất dẫn điện điển hình

6 Tính chất lý học của kim loại.

Những tính chất lý học của kim loại như trạng thái màu sắc, vẻ sáng, tính dẻo, tínhcứng, khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính dẫn điện, dẫn nhiệt … đềuphụ thuộc vào mạng tinh thể và vào bản chất liên kết trong kim loại, vì vậy muốn so sánhtính chất vật lý giữa các kim loại với nhau chỉ có thể so sánh các kim loại trong cùng kiểumạng lưới Dưới đây chỉ nêu lên những nét tổng quát về các tính chất đã nêu trên

- Ở điều kiện thường tất cả các kim loại đều ở trạng thái rắn, trừ thủy ngân ở trạngthái lỏng và cũng vì do hiện tượng chậm đông nên xezi (Tnc = +28oC) và gali (Tnc = +28oC)cũng thường ở trạng thái lỏng

Ở trạng thái tự do đa số kim loại đều có màu trắng bạc, một số kim loại có màu đặctrưng chủ yếu là các kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn Cu – màu đỏ, Au – màu vàng, Bi -màu đỏ nhạt, Pb – màu trắng xanh Một số kim loại ở dạng tấm và dạng phân tán (bột,

vụn) có màu sắc khác nhau Thí dụ Cu tấm có màu đỏ, nhưng Cu bột có màu gạch, Pb tấm

có màu trắng xanh nhưng bột lại có màu xám…Trong thực tế, màu sắc của một số kim loại

có thay đổi ít nhiều do sự hình thành các oxit trên bề mặt của kim loại

- Tinh thể kim loại tạo nên bởi các nguyên tố có số electron hóa trị ít hơn số obitanhóa trị, nên liên kết trong kim loại có tính biến vị mạnh, và do đặc điểm đó mà mạng tinhthể của kim loại có thể bị biến dạng dưới tác dụng của lực cơ học, nhưng liên kết đó không

bị phá hủy, các lớp nguyên tử trong mạng dễ dàng trượt lên nhau gây ra tính dẻo, dễ rèn,

dễ dát mỏng, dễ kéo sợi của kim loại Vàng là kim loại dẻo nhất !

- Phụ thuộc và mạng tinh thể, vào bán kính của nguyên tử (tức là khoảng cách giữacác nguyên tử lân cận) các kim loại có độ cứng khác nhau Trong các kim loại thì cứngnhất là crom (Cr), và mềm nhất xezi (Cs)

- Khối lượng riêng của các kim loại cũng phụ thuộc vào mạng tinh thể và khối lượngnguyên tử của kim loại, biến đổi trong khoản rộng từ 0,5 g/cm3 ở liti đến 22,6 g/cm3 ởosimi

Những kim loại có khối lượng riêng D< 5g/cm3 được gọi là kim loại nhẹ và D >5g/cm3 được gọi là kim loại nặng

- Nhiệt độ nóng chảy của kim loại phụ thuộc vào mạng tinh thể và lực tương tác giữacác tiểu phân trong mạng Nhiều kim loại, khi chuyển sang trạng thái nóng chảy, lực tươngtác đó vẫn còn tồn tại, nên nhiệt độ nóng chảy chúng không cao, nhưng cũng có nhiều kimloại lại có nhiệt độ nóng chảy rất cao, vì kim loại trong các mạng tinh thể của các kim loại

- Các kim loại không chuyển tiếp có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn vì bán kính nguyên

tử lớn hơn, do đó liên kết kim loại yếu hơn

Trong các nhóm A – thí dụ nhóm kim loại kiềm - nhiệt độ nóng chảy giảm từ Li đến

Cs, vì liên kết trong kim loại kiềm là liên kết yếu, khi bán kính nguyên tử tăng, liên kết đólại càng yếu

- Nhiệt độ sôi của các kim loại phụ thuộc vào liên kết kim loại và bán kính củanguyên tử Trong quá trình đun sôi kim loại, đòi hỏi phải cắt đứt được liên kết giữa cáctiểu phân, do đó nhiệt độ sôi thường cao hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy

- Nói chung, các kim loại chuyển tiếp có nhiệt độ sôi cao hơn các kim loại khôngchuyển tiếp Cũng như nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các kim loại ở giữa dãy cónhiệt độ sôi cao hơn, vì lý do như đã nêu ở trường hợp nhiệt độ nóng chảy

- Trong các kim loại kiềm, nhiệt độ sôi giảm xuống theo chiều tăng của điện tích hạtnhân do lực liên kết của kim loại giảm xuống khi bán kính nguyên tử tăng.

7, Tính chất hoá học của các kim loại:

II. Tác dụng với lưu huỳnh :

III. Tác dụng với Nitơ :

3.Tác dụng với hợp chất :

4 Sản xuất kim loại :

Chương 2: CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM (4 tiết)

1 Tính chất chung:

Nhóm IA của bảng tuần hoàn gồm có các nguyên tố : liti (Li), natri (Na), kali (K),rubiđi (Rb), xesi (Cs) và franxi (Fr) Franxi là nguyên tố phóng xạ không có đồng vị bền,được tạo thành trong dãy phân rã phóng xạ tự nhiên hay trong lò phản ứng hạt nhân Cácnguyên tố trên được gọi là kim loại kiềm và hiđroxit của chúng là các chất kiềm mạnh.Một số tính chất chung của các kim loại kiềm được nêu ra ở bảng

Các kim loại kiềm có các nguyên tố họ s, cấu hình lớp electron hóa trị là ns1 Nguyên

tử của các kim loại này dễ nhường 1 electron để đạt cấu hình bền vững của khí hiếm đứngtrước nó Vì thế các kim loại kiềm có năng lượng ion hóa thấp, thế điện cực chuẩn rất âm,

độ âm điện rất nhỏ, nghĩa là chúng là những kim loại hoạt động rất mạnh

Các kim loại kiềm tạo thành chủ yếu các hợp chất ion, trong đó chúng có oxi hóa +1.Chỉ ở thể khí chúng mới tạo nên liên kết cộng hóa trị và hình thành các phân tử Na2, K2,

Rb2, và Cs2 Người ta mới biết được ion M- của các kim loại kiềm (chẳn hạn Na-) trongdung dịch ete crao

Tính chất của các đơn chất và hợp chất của các kim loại kiềm thể hiện rõ nhất cácquy luật biến thiên tính chất trong một nhóm của bảng tuần hoàn Những khác biệt của Li

so với các kim loại kiềm khác cũng là thể hiện quy luật chung đối với các nguyên tố đầutiên của một nhóm

2.Trạng thái tự nhiên

Trong vỏ Trái Đất, các kim loại kiềm có nhiều là natri và kali Chúng đứng thứ sáu

và bảy về hàm lượng các nguyên tố Các kim loại kiềm là các kim loại hoạt động rất mạnhnên không thể tìm thấy chúng dưới dạng đơn chất, mà chỉ dưới dạng hợp chất với cácnguyên tố khác Các hợp chất này nằm trong đất, đá và các khoáng vật khác nhau Natricòn có mặt với lượng lớn trong nước biển, nước ngầm

Franxi là nguyên tố phóng xạ, trong thiên nhiên chỉ có một lượng rất nhỏ trong quặngchứa urani (4.10-28 gam trong 1 gam urani thiên nhiên)

3 Điều chế các kim loại kiềm

điều kiện không có mặt nước

M+ + e → M(r)Các kim loại kiềm là những nguyên tố dương điện nhất, chúng có xu hướng tồn tại ởdạng ion dương bền vững, vì vậy để khử được các ion dương này cần tiêu tốn một nănglượng lớn Phương pháp phổ biến là dùng dòng điện

Natri được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp điện phân NaCl nóng chảy

Ở catot 2 Na+ + 2e → 2Na

Ở anot 2Cl- → Cl2(k) + 2e

chưng cất

Vì natri clorua nóng chảy ở 808oC gần với nhiệt độ sôi của natri nên trong thực tếngười ta thêm canxi clorua vào để hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp xuống 600oC.Điều đó còn cho phép tiết kiệm điện năng vì chính năng lượng của dòng điện đã duy trì sựnóng chảy của hỗn hợp muối trong bình điện phân

Liti cũng được sản xuất bằng phương pháp điện phân muối clorua nóng chảy

Kali được điều chế bằng cách cho kali clorua nóng chảy phản ứng với hơi natri trongtháp chưng cất phân đoạn

KCl(1) + Na(h) K(k) + NaCl(1)

Sở dĩ quá trình này thực hiện được là do kali dễ hóa hơi hơn natri Kali sôi ở 756OC

rubiđi và xesi còn được điều chế bằng cách dùng canxi kim loại khử các clorua ở nhiệt độcao (khoảng trên 700OC) và trong chân không

Ví dụ: 2RbCl(l) + Ca(l) → CaCl2(l) + 2Rb(k)

Franxi được điều chế bằng cách nhân tạo Vì chu bán hủy của các đồng vị nhỏ, nênkhông thể tích lũy được một lượng franxi đáng kể Do đó các tính chất của nó chưa đượcnghiên cứu một cách đầy đủ

4 Tính chất vật lý

Ở dạng đơn chất, các kim loại kiềm theo đúng quy tắc Engel và Brewer, đều có mạngtinh thể lập phương tâm khối Dưới đây là một số tính chất lí học của các kim loại kiềm

Từ những dữ kiện tên chúng ta thấy các kim loại kiềm đều có khối lượng riêng nhỏ

Na và K nhẹ hơn nước, Li còn nhẹ hơn cả dầu hỏa Các kim loại kiềm đều rất mềm, trừ Li,còn lại đều dễ dàng cắt bằng dao, kéo Khi mới cắt chúng đều có màu trắng bạc, có ánhkim đặc trưng cho các kim loại (trừ xesi có màu vàng ánh), nhưng sau đó bị mờ đi nhanhchóng do tác dụng của không khí Vì vậy thường bảo quản kim loại kiềm trong dầu hỏakhan, hoặc trong những bình hàn kín

Nguyên tử kim loại kiềm chỉ có một electron hóa trị, năng lượng liên kết trong mạngkim loại không lớn, vì thế các kim loại kiềm có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp,thấp hơn nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của kim loại khác, và giảm dần từ Li đến Cs

Ở các kim loại kiềm, khuynh hướng biến đổi tính chất lí học theo khối lượng và kíchthước nguyên tử biểu hiện có quy luật một cách rõ rệt Khối lượng riêng tăng theo khốilượng nguyên tử Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thì giảm khi bán kính nguyên tử vàbán kính ion tăng Điều đó có nghĩa là nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giảm là do liênkết trong mạng lưới kim loại giảm khi kích thước nguyên tử tăng lên

Các kim loại kiềm đều là những chất dẫn điện tốt, bởi vì nguyên tử của các nguyên

tố này chỉ có một electron có hóa trị s, nên vùng hóa trị của các tinh thể kim loại mới chứamột số nửa tối đa Điều đó làm cho electron dễ dàng chuyển động trong phạm vi cả vùng

Đó chính là vùng dẫn

Khi bị chiếu sáng, các electron hóa trị của kim loại kiềm có thể thoát ra và chuyểnđộng tự do Xesi là kim loại dễ thoát ra electron nhất Chính vì vậy các kim loại kiềm (như

Rb và Cs) được sử dụng làm tế bào quang điện

Các kim loại kiềm và những hợp chất dễ bay hơi của chúng làm cho ngọn lửa khôngmàu trở nên có màu đặc trưng: liti cho màu đỏ tía, natri cho màu vàng chói, kali cho màutím, rubiđi cho màu tím hồng, xesi cho màu xanh da trời Trong phân tích định tính, người

ta dựa vào màu sắc của ngọn lửa để nhận ra các kim loại kiềm

Natri và các kim loại kiềm khác hòa tan mạnh trong thủy ngân tạo ra hỗn hống Hỗnhống Na – Hg ở trạng thái lỏng khi hàm lượng natri nhỏ (≤7%) và ở trạng thái rắn khi hàmlượng natri lớn Đây là một chất khử khá mạnh, có thể dùng ngay cả trong dung dịch nước.Các kim loại kiềm hòa tan trong amoniac lỏng Dung dịch loãng có màu xanh Cácphần tử chủ yếu trong dung dịch loãng là ion kim loại M+ và electron Cả hai phần tử này

am

thụ mạnh các bức xạ bước sóng dài của ánh sáng trắng để lại các bức xạ các bước sóngngắn nên các dung dịch của các kim loại kiềm trong amoniac đều có màu xanh sáng nhưnhau Các dung dịch này dẫn điện và chất truyền điện chủ yếu là do các electron sonvathóa So với các electron hiđrat hóa (eaq), đời sống của các electron sonvat hóa trongamoniac lỏng tinh khiết (eam) lâu hơn nhiều, nên thuận lợi hơn cho việc nghiên cứu

Sự nghiên cứu các dung dịch của các kim loại kiềm trong amoniac đã cho thấy có sựtồn tại các electron độc thân và tính thuận từ của dung dịch giảm khi nồng độ dung dịchtăng Điều đó chứng tỏ rằng các electron có thể liên hợp lại với nhau tạo thành các cặpnghịch từ Có thể giải thích hiện tượng này nhờ hệ cân bằng sau, mặc dù trong dung dịch

có thể xảy ra các quá trình khác nữa

Na(r, phân tán)  Na(dung dịch amoniac lỏng)  +

am

Na + eam

Khi nồng độ kim loại lớn hơn 3M, dung dịch có màu hồng với ánh kim Các dungdịch này có các tính chất lí học, chẳng hạn tính dẫn điện rất cao, tương tự như tính chấtcủa kim loại lỏng

Các kim loại kiềm cũng hòa tan được ở mức độ khác nhau trong một số amin, ete,trong tetrahiđrofuran (THF) hoặc ete crao tạo thành các dung dịch màu xanh Các dungdịch của kim loại kiềm trong amoniac lỏng và trong amin được dùng rộng rãi trong tổnghợp vô cơ và hữu cơ Natri trong amoniac lỏng được sử dụng rộng rãi nhất

5 Tính chất hóa học

Các kim loại kiềm rất hoạt động, chúng kết hợp trực tiếp với hầu hết các phi kim

Ở nhiệt độ thường, các kim loại kiềm tự bốc cháy trong khí quyển flo và clo tạo racác halogenua MX Tương tác của K, Rb và Cs với brom lỏng kèm theo sự nổ mạnh, còn

Li và Na chỉ tác dụng trên bề mặt Khi đun nóng nhẹ, các kim loại kiềm phản ứng mạnhvới iot

Khi cháy trong oxi hoặc trong không khí, chỉ có Li là tạo ra oxit bình thường Li2O,còn với Na tạo thành peoxit Na2O2 (trong đó oxi ở dạng ion 2 −

2

supeoxit MO2 (trong đó oxi ở dạng ion O2−):

4Li(r) + O2 → 2Li2O(r) (Liti oxit)2Na(r) + O2 → Na2O2(r) (Natri peoxit)K(r) + O2(k) → KO2(r) (Kali supeoxit)Khi đun nóng nhẹ, các kim loại kiềm cũng tác dụng dễ dàng với lưu huỳnh và các phikim khác, nhiều trường hợp gây ra phản ứng nổ

Khi đun nóng, các kim loại kiềm kết hợp với hiđro tạo nên các hiđrua ion M+H- Litiphản ứng với hiđro ở 600 – 700oC, còn các kim loại khác ở 350 – 400oC

Các kim loại kiềm còn có khả năng phản ứng với một số kim loại khác tạo ra các hợpchất hóa học loại hợp chất metalit như: KHg2, NaHg2, LiMg2, LiAl, Li3Al, CaCd2, Na3Sb7 Các kim loại kiềm phản ứng mảnh liệt với nước: Li không tạo ra các ngọn lửa, Nanóng chảy thành hạt tròn chạy trên mặt nước và phát ra tia lửa điện, K có thể bốc cháythành ngọn lửa còn Cs gây ra phản ứng nổ, sản phẩm của phản ứng là các hiđroxit và khí

Nếu cho tác dụng với các dung dịch axit thì các kim loại kiềm còn phản ứng mãnhliệt hơn nhiều vì khi đó nồng độ ion H3O+ trong dung dịch rất lớn:

2M(r) + 2H3O+ → 2M+

(aq) + H2(k)↑ + 2H2OCác kim loại kiềm có thể tác dụng với amoniac lỏng tạo ra các amiđua MNH2 khi cótác dụng xúc tác của muối kim loại chuyển tiếp (ví dụ vết FeCl3) hay của ánh sáng

Ví dụ: 2Na(r) + 2NH3(l) → 2NaNH2(r) + H2(k)↑

Khi tương tác với các amin cũng xảy ra phản ứng tương tự

6 Ứng dụng của kim loại kiềm:

7 Cation của kim loại kiềm:

- Cation kim loại kiềm có cấu hình è giống khí hiếm đứng sau nó và độ phân cực hóathấp

- Cation kim loại kiềm rất bền vững

- Cation kim loại kiềm có bản chất là ion

- Các cation kim loại kiềm có thế điện cực rất âm Trong đó âm nhất là ion Li+

- Trừ ion Li+, các kim loại kiềm còn lại có bán kính tương đối lớn nên chúng tươngtác yếu với các anion trong tinh thể dẫn tới năng lượng mạng lưới nhỏ và độ tan trongnước lớn

-Tỉ lệ điện tích /bán kính đối với ion Li+ gần giống với Mg2+ nên giải thích sự giốngnhau về tính chất hóa học của Li+ và Mg2+ và sự khác nhau về tính chất hóa học của Li+ vớicác ion M+ của các nguyên tố khác cùng phân nhóm

- Cation của kim loại kiềm đều không màu và nghịch từ Màu của hợp chất chứa bất

kỳ cation nào của nhóm này đều do anion gây nên

8 Các oxit của kim loại kiềm:

8.1 Oxit thường M2O:

a Tính chất vật lý:

- Các oxit kim loại kiềm đều là những chất rắn, có dạng tinh thể lập phương, màu sắc

Li2O, Na2O, K2O có màu trắng, Rb2O có màu vàng, Cs2O coa màu da cam

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi , độ bền về nhiệt độ giảm dần từ Li đến Cs

- Khá bền đối với nhiệt, không bị phan hủy khi nóng chảy

- Hút ẩm mạnh và dễ chảy rữa khi để trong không khí ẩm

b Tính chất hóa học:

c Điều chế:

Natri peoxit Na2O2:

- Là chất bột màu trắng nếu tinh khiết, thường có màu vàng do có lẫn tạp chất

- Nóng chảy ở 460oC và sôi ở 660oC và phân hủy ở 600oC

8.3 : Ozonit : MO3

9 Hiđrôxit của kim loại kiềm

10 Halogenua của các kim loại kiềm:

- Đều kết tinh dưới dạng tinh thể không màu

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao

- Là những chất hút ẩm mạnh.

- Dễ tan trong nước trừ LiF và NaF

- Độ tan của các halogenua kim loại kiềm tăng khi nhiệt độ tăng

- Trong nước các halogenua kim loại kiềm đều phân li hoàn toàn thành ion

11 Muối cacbonat của kim loại kiềm:

- Là tinh thể nhỏ đơn tà, màu trắng, tan vừa phải trong nước

11.2 Muối cacbonat trung hòa:

- Tan tốt trong nước trừ LiCO3

- Bền với nhiệt Ở nhiệt độ cao chúng bị phân hủy:

12 Nitrat của các kim loại kiềm:

- Là những chất kết tinh không màu, dễ nóng chảy, tan tốt trong nước

Chương 3: CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI KIỀM THỔ

1 Tính chất chung

Nhóm IIA của bảng hệ thống tuần hoàn gồm có các nguyên tố : berili (Be), magie(Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), hari (Ba) và radi (Ra) Các nguyên tố này còn được gọi làkim loại kiềm thổ Sau đây là một số tính chất của các nguyên tố đó

Các nguyên tử kim loại kiềm thổ đều có hai electron hóa trị ns2, do đó chúng rất dễmất 2 electron hóa trị đó để tạo thành ion dương M2+ có cấu hình electron bên vững củakhí hiếm Mặt khác từ bảng trên ta cũng thấy các kim loại kiềm thổ có tổng năng lượng ionhóa I1 và I2 tương đối thấp, ái lực với electron rất yếu, độ âm điện nhỏ, thế khử chuẩn khá

âm chứng tỏ chúng là các kim loại hoạt động

Tuy nhiên mức độ hoạt động của chúng có kém hơn so với các nguyên tố kim loạikiềm cùng chu kì

Từ bảng trên ta cũng thấy: các giá trị năng lượng ion hóa, độ âm điện và thế khửchuẩn giảm mạnh từ Be đến Mg và từ Mg đến Ca, còn ở các nguyên tố Ca, Sr, Ba và Rathì giảm không đáng kể Điều đó chứng tỏ Be (là nguyên tố đầu nhóm), rồi đến Mg cónhiều tính chất khác với các kim loại kiềm thổ khác còn lại Thật vậy, khả năng mất 2electron hóa trị Be và Mg khó khăn hơn nhiều so với các kim loại kiềm thổ khác

Berili kim loại hoạt động yếu nhất Nó rất giống nhôm là nguyên tố đứng dưới botrong hệ thống tuần hoàn (sự giống nhau theo đường chéo) Ở điều kiện thường, berilikhông tạo thành ion dương đơn giản Be2+ và không tạo thành các hợp chất ion vì để hìnhthành ion Be2+ từ nguyên tử tự do cần tiêu tốn một năng lượng khá lớn (I1 + I2 = 2657,1kJ/mol) Trong đại đa số các hợp chất, Be tạo ra liên kết cộng hóa trị với các nguyên tốkhác Magie là kim loại hoạt động mạnh hơn Trong các hợp chất, đôi khi nó cũng tạothành liên kết có một phần cộng hóa trị Ca, Sr và Ba có tính hóa học cao, gần giống Na.Trong các phản ứng hóa học, chúng luôn có khuynh hướng tạo ra các cation M2+ (Ca2+, Sr2+

và Ba2+) và tạo thành các hợp chất ion

Năng lượng ion hóa (I1 + I2) của các kim loại kiềm thổ lớn hơn rất nhiều so với cáckim loại kiềm Bù lại ion M2+ của các kim loại kiềm thổ có điện tích khá lớn, bán kính nhỏnên nhiệt hiđrat hóa của nó khá âm, âm hơn nhiều so với các kim loại kiềm Do đó các kimloại kiềm thổ có thế điện cực chuẩn khá âm, gần bằng các kim loại kiềm

2 Trạng thái thiên nhiên.

Các nguyên tố kim loại kiềm thổ hoạt động khá mạnh nên trong thiên nhiên khôngthể tìm thấy chúng ở dưới dạng đơn chất mà chúng chỉ tồn tại dưới dạng hợp chất với cácnguyên tố khác Sự phân bố của chúng trong thiên nhiên được chỉ ra ở bảng sau

Từ bảng trên ta thấy, berili thuộc loại nguyên tố tương đối hiếm Trong thiên nhiênkhoáng vật quan trọng nhất của nó là berin (Be3Al2Si6O18) Các dạng berin trong suốt,thường bị tạp chất nhuốm màu khác nhau Chúng là những đá quý được dùng làm ngọc

Như berin được gọi là emơrơt (hay ngọc bích) có màu xanh lá cây, aquamari có màu xanh

da trời Ngày nay người ta đã điều chế nhân tạo được các loại đá này

Magie là một trong những nguyên tố phổ biến Magie có trong thành phần cáckhoáng silicat (trong đó nhiều nhất là olivin Mg2SiO4), các khoáng vật cacbonat nhưđoimit CaMg(CO3)2, magiezit MgCO3 Khoáng vật dễ tan của Mg là cacnalitKCl.MgCl2.6H2O có giá trị quan trọng, là nguyên liệu thông thường để điều chế magie kimloại Các khoáng vật silicat của magie có vai trò quan trọng trong thực tế là đá tan[Mg3Si4O10(OH)2] và amiăng [Mg6Si4O11(OH)2.H2O] Đá tan đem nghiền thành bột để dùnglàm phấn rôm và chất độn trong cao su; amiăng dùng để làm vật liệu chống cháy, cáchnhiệt và tấm lợp fibro xi măng Magie còn có một lượng lớn trong nước biển, nước ngầm

và nước của nhiều hồ Ngoài ra, magie còn có trong chất diệp lục của lá cây và trong các

mô động vật

Ở nước ta có các mỏ đolomit ở Lào Cai, Phú Thọ và Thanh Hóa, mỏ đá tan ở YênLập (Vĩnh Phú), mỏ amiăng ở Mai Thôn (Hòa Bình) và nhiều núi đá vôi ở Ninh Bình,Đông Triều

Canxi cũng là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên Trái Đất, phần lớn tồntại dưới dạng silicat và alumiat trong các lớp đá macma (granit, gơnai, ), dạng cacbonattrong đá vôi, đá phân, dạng sunfat trong CaSO4 và thạch cao CaSO4.2H2O Các khoáng vậtflorit CaF2, apatit Ca5(PO4)3F (hoặc thay F bằng Cl hoặc OH) rất quan trọng đối với kỹthuật Canxi còn có trong nước thiên nhiên và là nguyên nhân gây nên tính cứng của nước.Ngoài ra, canxi còn có trong động vật (nhiều nhất là trong xương) và trong mô thực vật.Stronti và bari là các nguyên tố tương đối hiếm Các khoáng vật quan trọng nhất củachúng là stronitianit SrCO3, viterit BaCO3, xeleotit SrSO4 và baritin BaSO4 Ở nước ta có

mỏ baritin ở Hà Bắc

Radi là nguyên tố rất hiếm, thường chỉ gặp trong các quặng của urani Tất các đồng

vị của rađi đều phóng xạ Đồng vị 226Ra tạo thành trong các dãy phân rã 238U Đồng vịnày lần đầu tiên được Pierre và Marie Curie tách từ quặng urani Trước đây radi đượcdùng để trị liệu bệnh ung thư bằng phóng xạ

3 Điều chế:

Cũng giống như các kim loại kiềm, các kim loại kiềm thổ được điều chế hoặc bằngcách điện phân muối clorua nóng chảy, hoặc bằng cách khử halogenua hay oxit của chúngbằng các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao

Be được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp BeCl2 và NaCl nóng chảy Ngoài ra

Be kim loại còn rất dễ thu được khi khử BeCl2 bằng Ca hay Mg

Mg là một trong các kim loại có nhiều ứng dụng Nó được điều chế theo nhiềuphương pháp khác nhau Các phương pháp điều chế Mg quan trọng nhất là:

2100 o C

1200 - 1300 o C

thiết bị điện phân điều chế Mg được trình bày ở hình sau:

Muốn nóng chảy được trong bình sắt Bình sắt này đồng thời là catot Anot là một trụthan chì đặt trong ống sứ xốp Ống sứ này có tác dụng làm màng ngăn chỉ cho clo thoát lêntrên Để Mg lỏng tập trung ở phía trên của chất điện phân không bị oxi hóa, người ta thổichậm một luồng hiđro hoặc khí trơ vào trên bề mặt của nó

Khử magie oxit bằng các chất khử hóa học.

được chế từ magiezit, MgCO3)

MgO + C Mg + COCách thứ hai thường dùng ferosilic (hợp kim của Fe và Si, ở đó hàm lượng Si không

và trong chân không

2(CaO.MgO) + Si Ca2SiO4 + 2MgHỗn hợp MgO và CaO được chế từ đolomit (CaCO3.MgCO3) Mg sinh ra ở dạnghơi được dẫn đến bộ phận ngưng tụ Để điều chế Mg tinh khiết (99,999%), người ta chothăng hoa Mg kĩ thuật nhiều lần trong chân không

Ca, Sr, Ba cũng được điều chế bằng cách điện phân các muối clorua nóng chảy hoặcdùng Al, Mg hay Si để khử các oxit kim loại ở 1200oC và trong chân không

2Al + 4CaO → CaO.Al2O3 + 3Ca

Si + 3BaO → BaSiO3 + 2BaRađi được điều chế bằng cách điện phân dung dịch rađi clorua

4 Tính chất lí học

Xu hướng biến đổi tính chất lí học của các kim loại kiềm thổ giống như ở các kimloại kiềm Nhưng do điện tích hạt nhân tăng lên làm cho bán kính ion và bán kính của cáckim loại kiềm thổ đều nhỏ hơn so với các kim loại kiềm đứng trước nó trong cùng một chu

kỳ Đồng thời do số electron liên kết trong kim loại kiềm thổ gấp đôi nên liên kết kim loạitrong kim loại kiềm thổ mạnh hơn trong kim loại kiềm Tất cả các lí do đó đã dẫn đếnnhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, khối lượng riêng và độ cứng của các kim loại kiềm đềucao hơn so với kim loại kiềm tương ứng Một số tính chất lí học quan trọng của chúngđược chỉ ra ở bảng sau:

Ở dạng đơn chất, Be có màu xám sáng, còn các kim loại kiềm thổ khác có màu trắngbạc Khi để trong không khí, chúng bị phủ một lớp màu xám hoặc vàng nhạc của nhữngsản phẩm do chúng tương tác với các chất có trong không khí (như MO, MO2 và M3N2)

Về cấu trúc mạng tinh thể, kim loại kiềm thổ có những điểm khác với kim loại kiềm.Chỉ có hai kim loại đầu tiên là Be và Mg, theo đúng quy tắc của Engel và Brewer, có cấutrúc lục phương Còn Ca, Sr, Ba và Ra không theo đúng quy tắc, có cấu trúc lập phương

tâm mặt và lập phương hình khối Ngoài ra ở nhiệt độ cao hơn, ví dụ 300oC, dạng thù hình

đối xứng kém hơn Ở 450oC nó chuyển thành dạng thù hình γ - Ca có cấu trúc mạng lụcphương Còn đối với Sr, ở 215oC, dạng α – Sr chuyển thành dạng β – Sr vẫn có cấu trúclập phương tâm diện; ở 605oC mới chuyển thành dạng γ - Sr có cấu trúc mạng lập phươnggiống Mg và Be

Chính do các kim loại kiềm thổ có cấu trúc mạng lưới tinh thể khác nhau như vậynên dẫn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của chúng biến đổi không theo một quy luậtnhất định như đối với các kim loại kiềm

Tuy có vùng năng lượng cao nhất đã bị lắp đầy bởi các cặp electron ns2, nhưng cáckim loại kiềm thổ đều dẫn điện khá tốt, đặc biệt Mg và Ca dẫn điện tốt tương đương cáckim loại kiềm

Các kim loại Ca, Sr, Ba và các hợp chất dễ bay hơi của chúng khi đưa vào ngọn lửathì làm cho ngọn lửa trở nên màu đặc trưng Ca cho màu đỏ da cam, Sr – màu đỏ son, còn

Ba - màu lục hơi vàng Trong phân tích định tính, người ta có thể dựa vào các màu đặctrưng này để nhận ra các kim loại đó

5 Tính chất hóa học

Các kim loại kiềm thổ là những kim loại hoạt động mạnh

Khi để ngoài không khí, Be, Mg tạo thành một lớp màng oxit rất mỏng làm chochúng trở nên xám mờ và không bị oxi hóa tiếp nữa Còn Ca, Sr và Ba bị bao phủ một lớpmàng xốp hơn màu vàng nhạt là các sản phẩm tương tác của chúng với oxi, nitơ của khôngkhí Nếu không khí ẩm thì còn tạo ra cả muối cacbonat nữa Chính vì vậy mà Ca, Sr và Bađược bảo quản trong dầu hỏa hay trong bình kín

Các kim loại kiềm thổ tác dụng mãnh liệt với các phi kim hoạt động mạnh Ví dụ tácdụng với các halogen ngay ở điều kiện thường Với các phi kim kém hoạt động hơn (nhưoxi, nitơ, lưu huỳnh, cacbon, silic, ), chúng chỉ phản ứng mạnh khi đun nóng Với oxi tạo

ra oxit MO, với nitơ tạo ra nitrua M3N2, với lưu huỳnh tạo ra sunfat MS, với C tạo racacbua MC2 (trừ Be tạo ra cacbua Be2C), với silic tạo ra silixua M2Si),

Khi đun nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ phản ứng mạnh với oxi, nitơ,tỏa nhiều nhiệt, tạo ra oxit MO và nitrua M3N2

3Mg + N2 → Mg3N2

Mg cháy trong không khí phát ra ánh sáng chói giàu tia tử ngoại Có hiện tượng đó là

do ion Mg2+ và ion O2- đều có bán kính nhỏ kết hợp với nhau đã tạo ra mạng tinh thể chặtkhít của MgO và phát nhiệt rất mạnh (năng lượng mạng lưới của MgO là 3924 kJ/mol làlớn nhất trong các oxit của kim loại kiềm thổ) Chính lượng nhiệt lớn này đã nung nóngmạnh các hạt MgO làm phát ra ánh sáng chói và giàu tia tử ngoại Lợi dụng hiện tượng

này, người ta trộn Mg với các chất oxi hóa như KClO3, KMnO4, KNO3 để chế ra pháosáng, đạn lửa, và trước kia dùng trong kĩ thuật chụp ảnh, chiếu sáng.

Ca, Sr và Ba phản ứng với hiđro khi đun nóng Chẳng hạn Ca phản ứng với hiđro ở

Be không phản ứng trực tiếp với hiđro

Trong dãy điện hóa của các kim loại, Ca, Sr và Ba đứng gần đầu dãy, tương đươngvới kim loại kiềm, nên chúng phản ứng mạnh với nước ngay ở nhiệt độ thường

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑Mức độ phản ứng tăng theo trật tự Ca<Sr<Ba

Còn Mg tuy đứng xa hiđro trong dãy điện hóa, nhưng nó tác dụng rất chậm với nước

hơn

Be không phản ứng với nước do có lớp oxit BeO bền chắc bảo vệ

Các kim loại kiềm thổ phản ứng mãnh liệt với axit

Be + 2H3O+ + 2H2O → [Be(H2O)4]2+ + H2↑

Be + 2OH- + 2H2O → [Be(H2O)4]2- + H2↑Ngoài ra Be còn có thể tan trong kiềm nóng chảy tạo thành muối berilat

Be + 2NaOH  Na2BeO2 + H2

Do có tính khử mạnh và ái lực rất lớn với oxi nên khi đun nóng các kim loại kiềm thổ

có thể đẩy được các oxit kim loại và phi kim có tính khử yếu hơn ra khỏi oxit của chúngnhư: B2O3, TiO2, Al2O3, Cr2O3, CO2, SiO2

2Be + TiO2  Ti + 2BeO3Ca + Al2O3  3CaO +2Al2Mg + SiO2  MgO + Si

Ngoài ra kim loại kiềm thổ còn khử được các hiđrua của các kim loại khác, kể cảnguyên tố họ lantan và họ actini đến kim loại.

- Các hợp kim của Be được dùng trong kỹ nghệ máy bay, đồng hồ và kỹ thuật điện

- Trong công nghệ hạt nhân, Be được làm thành chắn lò phản ứng hạt nhân, làm chấthãm và chất phản xạ nơtron

* Magiê:

- Là kim loại nhẹ nhất được sử dụng trong kiến trúc Phần lớn Mg được dùng để sảnxuất hợp kim chế tạo máy bay, ôtô và máy móc

- Hai hợp kim quan trong của Mg:

+ “Electron” có thành phần: 3-10% Al; 2-4% Zn, còn lại là Mg “electron” đượcdùng trong chế tạo máy bay

+ “Macnhali” chứa 10-30% Mg và 30-70%Al, cứng và bền hơn nhôm tinh khiết

* Các kim loại kiềm thổ (trừ Be) đều có tính khử mạnh, có ái lực hóa học lớn với phikim Nên được dùng để khử các tạp chất ra khỏi kim loại, hợp kim hoặc khí

* Rađi là nguyên tố phóng xạ đầu tiên được ứng dụng trong thực tế Nó được dùngchủ yếu để chữa các khối u và một số bệnh khác

7 Các oxit của kim loại kiềm:

2Sr(NO3)2  2SrO + 4NO2 + O2

Ngoài ra có thể dùng than để khử muối cacbonat ở nhiệt độ thấp hơn

Ví dụ: BaCO3 + C  BaO +2CO

* Tính chất vật lý:

Các oxit kim loại kiềm thổ đều là chất bột màu trắng

Các oxit kim loại kiềm thổ rất khó nóng chảy và rất bền với nhiệt vì các oxit này cómạng lưới rất lớn và nhiệt hình thành khá âm Ở nhiệt độ sôi chúng biến thành hơi màkhông bị phân hủy

Các oxit của kim loại kiềm đều có cấu trúc theo mạng lập phương trừ BeO

BeO + 2H3O+ + H2O  [Be(H2O)4]2+

BeO + 2OH- + H2O  [Be(H2O)4]

2-Ngoài ra BeO còn tác dụng với oxit bazơ và oxit axit khi nóng chảy tạo ra muối

BeO + SiO2  Be2SiO4 (Berili octhosilicat)BeO + Na2O  Na2BeO2 ( Natri berilat)Các oxit của kim loại kiềm thổ có thể bị kim loại kiềm, nhôm, silic, khử đến kim loại

ở nhiệt độ cao

2Al + 4SrO  SrO.Al2O3 + 3Sr

* Canxi oxit: CaO (vôi sống)

Vôi sống thường là hỗn hợp của CaO và MgO

8 Hiđroxit của kim loại kiềm thổ:

9 Halogennua cuả các kim loại kiềm thổ:

∗ nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy khá cao

∗ Trừ BeF2 florua của các kim loại kiềm thổ dều ít tan trong nước

10 Sunfat của các kim loại kiềm thổ:

11 Cacbonat của các kim loại kiềm thổ:

2.Trạng thái thiên nhiên và đồng vị

Về hàm lượng nguyên tử trên Trái Đất, nhôm chiếm thứ 4 (5,5%) sau O,H,Si

- Ga,In,Tl không hình thành khoáng vật riêng

- Ga thường lẫn trong quặng kẽm và chì

3 Phương pháp điều chế các kim loại nhóm IIIA

a.Điều chế nhôm

-P2 điện phân nóng chảy Al2O3 và Na3[AlF6]

Hòa sản phẩm vào nước,tạp chất lắng xuống còn NaAlO2 tan vào dung dịch ở dạng Na[Al(OH)4]

-P2 Boye

Đun bột Al2O3 nghiền với d2 NaOH 40% trong nồi áp suất ở 150oC và p(5-6pm) Al2O3 tan trong d2 kiềm đó tạo thành Natrihiđrosoaluminat

Al2O3 + 2 NaOH +3H2O→2Na[Al(OH)4]

Lọc lấy kết tủa nung ở 1200-1400oC trong lò sẽ thu được Al2O3 tinh khiết

Al(OH)3 →Al2O3 +H2OCriolit thiên nhiên khá hiếm nên được điều chế bằng cách hòa tan Al(OH)3 và Na2CO3 trong d2HF

2Al(OH)3 + 12HF +3Na2CO3→2Na3[AlF6] + 9H2O + 3CO2

Sau đó hòa tan Al2O3 trong criolit.Quá trình điện phân hỗn hợp trên được thực hiện

ở 960oC với U=5(V) và I=140000(A)

Cơ chế : Θ Θ

Al3+

Catot: Al3+ +3e → Al

Anot : 2O-2 -4e → O2

Chú ý : trong quá trình điện phân phải hạ dần anot xuống thấp vì khí oxi ở nhiệt độ cao sẽ đốt cháy cực dương là cacbon sinh ra hỗn hợp khí CO và CO2

b.Điều chế Ga,Tl,In:

Bằng cách khử oxit của chúng hoặc bằng cách điện phân muối của chúng

4.Tính chất vật lý

Khối lượng riêng(g/cm3)

Kiểu cấu trúc tinh thể

Nhiệt độ nóng chảy(0C)

Nhiệt độ sôi(0C)

Độ dẫn điện(Hg=1)

2.7Lập phương660252036,1

5.9Trực thoi

3022302

7.3

Tứ phương156200012

11.9

30314605Tất cả 4 kim loại đều là những kim loại có màu trắng bạc,phản chiếu ánh sáng tốt, nếu để trong không khí thì ánh bạc bị mờ dần

5.Tính chất hóa học

a.Tác dụng với O2,S

Al2O

3

Ga,Al,Tl và In tác dụng mãnh liệt với O2 và S khi đun nóng

4Al + 3O2→ 2Al2O32Al + 3S→Al2S3

b.Tác dụng với halogen

Al, Ga, Tl, In phản ứng với Clo và Brôm ngay ở nhiệt độ thường còn với Iot khi đunnóng

2Al + 3Cl2→ 2AlCl32Ga + 3Br2→2GaBr3

e.Tác dụng với d2 kiềm

Al tan trong d2 kiềm mạnh giải phóng H2

6.Ứng dụng của các kim loại nhóm IIIA

-Al:dùng tráng gương thay cho bạc, trong đường dây tải điện lớn Hợp kim của nhômđược dùng trong CN chế tạo ô tô, máy bay(hợp kim Đuyra), dùng chế tạo động cơ máybay ,tàu thủy(hợp kim Silumin)

-Gali: chế tạo nhiệt kế đo nhiệt độ cao

-In: dùng trong mạ điện bảo vệ các kim loại khác khỏi bị gỉ

-Gali và In dùng để tráng gương kính thiên văn,chế tạo các chất bán dẫn

7.Oxit của kim loại nhóm IIIA

Đều tạo thành oxit và có CTC : M2O3

a.Al2O3

*Tính chất vật lý:

Chất rắn không màu hoặc màu trắng,không tan trong nước và rất chịu nóng

Trong tự nhiên, Al2O3 tồn tại dưới dạng hiđrat hóa có CT : Al2O3.xH2O hoặc dạngkhan

Nhiệt độ nóng chảy : 2000oC, có cấu trúc mạng tinh thể,phổ biến là 2 dạng α và γ

*Hóa tính : có tính lưỡng tính

-Tan trong dung dịch axit tạo thành aluminat kiềm

Al2O3 + 6NaOH + 3H2O→ 2Na3[Al(OH)6]

Ứng dụng:dùng điều chế nhôm, dùng làm vật liệu chịu lửa:chén nung, ống nung vàlốp lót trong các lò điện,dùng làm xi măng (28,4% Al2O3)

2Al(OH)3→Al2O3 +3H2Ob.Oxit của Ga,Tl,In

*Lý tính:đều là chất rắn có màu đặc trưng:

Ga2O3 có màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 1740oC, tồn tại ở hai dạng thù hình: α bền

ở nhiệt độ cao và γbền ở nhiệt độ thấp

dung dịch axit(trừ Tl2O3 tan được trong dung dịch axit

*Hóa tính: Tl2O3 tác dụng với axit

*Điều chế: Đốt kim loại trong không khí

4Ga + O2→ Ga2O3Nhiệt phân hiđroxit hay muối nitrat

4Ga(NO3)3→ 2Ga2O3 + 12NO2 + 3O2

8.Hiđroxit của kim loại nhóm IIIA

Là chất lưỡng tính: Al(OH)3 + 3H3O+ →[Al(H2O)6]3+

Ga:Ga(OH)3 & GaOOH màu trắng,In(OH)3,TlOOH: hung đỏ

*Tính chất hóa học(chỉ khảo sát In(OH)3)

Dễ tan trong kiềm và axit

In(OH)3

+3H3O+ →[In(H2O)6]3+

In(OH)3

+ OH- →[In(OH)4]

-9.Muối của kim loại nhóm IIIA

a.Muối của nhôm

-Nhôm clorua AlCl3

Tinh thể lục phương màu trắng,thăng hoa ở 1830C, nóng chảy 192,60

Ở 800oC chuyển thành AlCl3

Nhôm clorua bốc khói mạnh trong không khí vì hút ẩm mạnh

Khi đun nóng hay d2 loãng pư thủy phân xảy ra hoàn toàn

AlCl3 + H2O→Al(OH)3 + HCl

-Nhôm clorua hiđrat AlCl3.6H2O

Cấu trúc tà phương,trong suốt, chảy rữa trong không khí Đun nóng chuyển thànhAl(OH)3 và HCl

Dễ nóng chảy,dễ tan trong nước và dung môi hữu cơ tính chất giống muối Al3+

10.Hiđrua và phức Hiđrua

a.Nhôm Hiđrua (AlH3)n

Là hợp chất polime.Là chất rắn vô định hình,màu trắng,không bay hơi, phân hủy ở105oC

Là hợp chất thiếu electron,cấu trúc lớp

*Tính chất: nhạy với Oxi và kết hợp Hiđrua kim loại kiềm tạo thành HiđroaluminatnLiH + (AlH3)n →nLi[AlH4]

b.Phức Hiđrua nhôm Li[AlH4]

Bị thủy phân mãnh liệt nên có thể nổ

Là chất xúc tác quan trọng trong tổng hợp hữu cơ, khử hợp chất chứa nhóm cacbonyl

CH3COCH3 + LiAlH4→CH3CHOLiAlH3CH3

11.Hợp chất của nguyên tố kim loại có hóa trị thấp (chỉ khảo sát Tl)

a.Talioxit Tl2O

Là chất bột màu đen, nóng chảy ở 300oC,nhiệt độ sôi 1080oC

Tan trong nước tạo thành hiđroxit: Tl2O + H2O →2TlOH

Khi đun nóng trong không khí chuyển thành Tali III

Tl2O + O2→Tl2O3Điều chế: 2TlOH→Tl2O + H2O

b.Tali hiđroxit

Tinh thể màu vàng,mất nước chuyển thành Tali oxit

Điều chế: Tl2SO4 + Ba(OH)2→TlOH + BaSO4

c.Muối Tl(I)

Là hợp chất ion,ít tan trong nước hơn so với muối của kim loại Kiềm

TlF dễ tan, TlCl, TlBr, TlI ít tan, ít tan nhất là Tl2CrO4 & Tl2S

TlCl bị đen dưới tác dụng vủa ánh sáng như AgCl

Tl(I) chuyển thành Tl(III) khi tác dụng với chất oxi hóa mạnh,Tl(III) dễ chuyển sangTl(I)

Chương 5: CÁC NGUYÊN TỐ KIM LOẠI NHÓM IVA VÀ NHÓM VA

1.TÍNH CHẤT CHUNG.

-Ge, Sn, Pb có lớp electron hoá trị ns2np2, thể hiện 2 trạng thái OXH +2 và +4

-Khuynh hướng cho số OXH +4 giảm xuống và khuynh hương cho số OXH +2 tăng lên

từ Ge đến Pb

-Do tổng năng lượng ion hoá lớn nên Ge, Sn, Pb không thể mất 4 electron hoá trị để trở thành ion M4+.Do đó muốn dạt được cấu hình bền vững, chúng thường tham gia tạo các liên kết CHT bằng các electron dùng chung

2.TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN ĐỒNG VỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ.

− Trử lượng trong thiên nhiên: Ge: 2.10-4%, Sn: 6.10-4%, Pb: 1.10-4%

-Ge là nguyên tố rất phát tán, thường ở dạng sunfua

-Khoáng vật chính của Sn là quặng Caxiterit (SnO2), và chì là Galen(PbS)

 Dùng than cốc để khử chì oxit thành chì kim loại

PbOr + Cr  Pbl + COr

3.TÍNH CHẤT VẬT LÝ.

− Ge, Sn, Pb là những kim loại, tính kim loại tăng từ Ge đến Pb

 Ge: có màu trắng bạc, cấu trúc mạng tinh thể giống kim cương nên có to

 Ở điều kiện thường Ge và Sn không tác dụng với oxi không khí, Pb bị O2 OXH  lớp màng xit màu xám xanh bọc bên ngoài không cho tác dụng tiếp :

 Axit không có tính OXH:(HCl, HBr, HI )

+Ge không tác dụng (do Ge có thế điện cực bằng O )

+Sn và Pb tác dụng tạo muối,và giải phóng H2

Sn +2 HCll   →to SnCl2+H2

Pb+2HCll  PbCl2 +H2

 Axit có tính OXH:(H 2 SO 4 ,HNO 3 ):

Ge,Sn, Pb đều tan:

Axit loãng :tạo muối (và khí NO đối với HNO3)

3Pb + 8 HNO3l  3 Pb(NO3)2 + 2NO +4 H2O

3Sn + 16 HNO3l 3Sn(NO3)4 +4NO +8 H2O

-Pb tan trong dung dịch HNO3 với bất kì nhiêt độ nào

-Pb có thể tan trong các axit hữu cơ:

VD: 2Pb +4 CH3COOH + O2  2 Pb(CH3COO)2 + 2H2O

d Tác dụng với halogen(Cl, Br, I )

M + 2 X2  MX4 ( M : Ge , Sn ; X : Halogen )

e Tác dụng với dung dịch kiềm: Ge không tác dụng ,Sn và Pb tác dụng khi đun

-Hợp kim của Sn và một ít Cu , Pb gọi là ba bit dùng làm giá đở,ổ trục ,ổ bi

-Sn còn dùng làm sắt tây (tráng Sn bên ngoài lá thép)

-Sn và Pb đều dễ dát mỏng  làm tụ điện Lá Sn mỏng dùng làm giấy gói bao kẹo,thuốc lá

-Pb làm tấm chắn, vỏ bọc, tấm nệm ở mỗi trụ cầu, làm ăcquy chì và cầu chì

-Sản xuất chì tetraetyl Pb(C2H5)4 pha vào xi măng gây ô nhiễm môi trường khi động

cơ hoạt động  thay thế bằng metyl tert butyl ete :CH3-O-C(CH3)3

-Pb rất đột nên cẩn thận khi tiếp xúc với nó

6.OXIT CỦA Ge,Sn,Pb: Ge, Sn, Pb tạo thành 2 loại oxit chính là mono oxit MO và

đioxit MO2

6.1 Mono oxit : GeO, SnO, PbO

a Tính chát vật lý:

PbO,SnO không tan trong nước

-GeO2,SnO2 màu trắng, PbO2 màu nâu sẫm:

GeO2 ít tan trong nước, SnO2, PbO2 không tan, rất bền với nhiệt và dễ bị chuyển sangtrạng thái thuỷ tinh

-PbO2 có tính dẫn điện

b Tính chất hoá học ;

Kém hạt động về mặt hoá học

-SnO2,PbO2 có tính lưỡng tính nhưng tan trong kiềm dễ hơn trong Axit

-Tan trong kiềm  hiđroxostanit(IV) [Sn(OH)6]2- và hiđroxoplombit(IV)[Pb(OH)6]2

-MO2 +2KOH +2H2O  K2[M(OH)6]-Bị khử bởi C, CO, H2, Mg , Al khi nung nóng

SnO2r +2Cr Snl + 2COk

-PbO2 mất dần O2 khi bị nung nóng :

PbO2   290 →  320 → Pb2O3   390 →  420 → Pb3O4   530 →  550 →PbO Khác với GeO2 và SnO2; PbO2 là một chất OXH mạnh

2PbO2 + 2 H2SO4  2 PbSO4 + 2 H2O + O2PbO2 + 4 HCl  PbCl2 + 2H2O + Cl2-Trong môi trường axit đậm đặc,nó OXH Mn(II) thành Mn(VII)

5PbO2 + 2MnSO4 + 6HNO3→ 2MnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2Pb(SO4) + 2H2O

-Trong môi trường kiềm mạnh ,OXH Cr(III) Thành Cr(VI)

3PbO2 + 2Cr(OH)3 + 10 KOH 2K2Cr2O4 + 3K2[Pb(OH)4] + 2H2O

c Điều chế:

Dùng Cl2,Br2,Clorua vôi để OXH muối Pb(II) Trong môi trường kiềm:

Pb(CH3COO)2 + Cl2 + 4NaOH PbO2 + 2NaCl + 2NaCH3COO + 2 H2O

Pb(CH3COO)2 +CaOCl2 + H2O PbO2 + CaCl2 + CH3COOH

Pb3O4:Bột màu đỏ da cam, ít tan trong nước

Tác dụng với H2SO4l hay HNO3l

Pb3O4 + 4HNO3   →2Pb(NO3)2 + PbO2 + 2H2O

Pb3O4 + 2H2SO4→ 2PbSO4 + PbO2+ 2H2O

 Điều chế :

6PbO + O2   → 450 oC 2Pb3O4

6PbCO3 + O2   → 300 oC 2Pb3O4 + 6CO2

Ứng dụng : SX thuỷ tinh, phale, men đồ sứ, làm chất màu cho sơn

7.HIĐROXIT CỦA Ge, Sn và Pb:

7.1 Tính chất vật lý:

-Sn(OH)2 vàPb(OH)2 màu trắng

7.2.Tính chất hoá học:

-Cả Ge(OH)2 ,Sn(OH)2 vàPb(OH)2 đều lưỡng tính

-TừGe(OH)2  Pb(OH)2 tính axit giảm, tính bazơ tăng

M(OH)2 + 2KOH K2 [M(OH)4] M: Ge,Sn,Pb

Oxi không khí GeCl2 + O2 → 2SnOCl2

Khi đun nóng : GeCl2 + O2 → SnO2 + SnCl4

Trong dung dịch bị OXH : 3SnCl2 + ½ O2 → SnCl4 + 2Sn(OH)Cl

Tất cả các đihalogenua của thiết chì đều có khuynh hướng tạo thành phức chất M[X3]- ;M[X4]2-

Ứng dụng: Thuốc thử thông dụng trong phân tích hoá học, trong kỹ thuật.Làm tácnhân khử của các chất vô cơ và hữu cơ Làm chất cầm màu trong việc in hoa trên vãi.

8.2 Tetra halogenua MX4.

nc , to

s, thấp hơn so vớidihalogenua: to

Ứng dụng: làm cầm màu khi nhuộm vải, chất hồ làm trong tơ lụa nặng thêm, chất

xuác tác cho phản ứng hữu cơ

Điều chế: Khí Clo khô + Thiếc lỏng

9 Các muối khác: ( TỰ TÌM HIỂU TRONG GIÁO TRÌNH)

10.Acquy chì:

- Cấu tạo: cực âm được điều chế từ tấm lưới chì phủ kín bằng chì xốp.Cực dươnggồm các tấm lưới chì + PbO2 xốp, các điện cực nhúng trong dung dịch H2SO4 38%.

- Sự phóng điện xảy ra khi xảy ra các phản ứng Oxi hoá khử

Pb +PbO2 +2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O

- Khi dùng thì những tấm lưới chì phủ PbSO4 xốp Nồng độ axit H2SO4 giảm →acquy hết điện Do đó phải nạp điện cho acquy bằng cách cho dòng điện một chiều đi quaacquy

- Bitmut có trạng thái lai hoá sp3d với cấu trúc lưỡng chóp tam giác

2.TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN & ĐIỀU CHẾ ;

a Trạng thái tự nhiên:

Tồn tại dưới dạng tự do ( do kém hoạt động ) hay hợp chất như quặngBi2S3 , Bi2O3

Bi chiếm 2 10 − 6tổng nguyên tử trong vỏ Trái Đất ( phổ biến ) ngoài ra còn lẫn trongkhoáng vật của kim loại khác

b Điều chế :

Bi ở trạng thái tự do : nung nóng quặng đến t0

nc của Bi (2710C) , Bi lỏng chảy ra khỏitạp chất

-Bi ở dạng sunfua: thường đốt cháy trong không khí để chuyển thành Oxit rồi dùngthan khử Oxit thành kim loại

- Cấu trúc tinh thể : lục phương, to

s = 1627 oC , to

nc = 271,3oC

- Dẫn điện , dẫn to thấp

4 TÍNH CHẤT HOÁ HỌC:

* Tác dụng kim loại kiềm , kiềm thổ & và một số kim loại khác →Bitmutua

và hợp chất này dễ dàng bị axit phân huỷ( LiBi)

- Hợp kim dùng làm cầu chì , thiết bị cứu hoả tự động

Thuộc dạng kết tủa keo , xốp nhẹ , màu trắng & rất khó thu được ở dạng tinhkhiết( vì nó hấp thu nhiều gốc axit từ dung dich)

b Tính chất hoá học:

- Là bazơ : Tác dụng muối , axit…

- Vd tác dung axit : 3HCl + Bi(OH)3 → BiCl3 + 3H2O

- Không tan trong dung dịch kiềm

- Khi bị đốt nóng đến 100oC thì Bi(OH)3→ BiO(OH) (bị mất nước)

- BiX3 đều dễ tan trong nước & thuỷ phân mạnh → muối bazơ, Bi(OH)2X,

Vd : BiBr5 + 2H2O ↔Bi(OH)2Br + 2HBr

Bi(OH)2Br → BiOBr + H2O

=>Phản ứng tổng cộng :

BiBr3 + H2O ↔ BiOBr + 2HBr

- Dễ dàng tạo phức với MX ( X : là kim loại kiềm )→ M[BiX4 ] và M2[BiX5]

Vd : BiCl3 + NaCl → Na(BiCl4)

- Tác dụng NH3 , NO, NO2 → BiX3.4NH3, BiX3NO…

- Thể hiện tính khử yếu : tác dụng chất Oxh mạnh trong môi trường kiềm mạnh

Vd : BiCl3 + Cl2 + KOH → KBiO2 + 5KCl + 3H2O

* Điều chế:

BiF3 : Bi2O3 + 6HF → 2BiF3 + 3H2OBiCl3, BiBr3, BiI3 : 2Bi + 3X2 → 2BiX3

b BiX 5 ( X : là F)

* Tính chất vật lý :

Là chất rắn dạng tinh thể, cấu tạo lưỡng chóp tam giác ( Bi lai hoá dsp3)

* Tính chất hoá học:

Tính axit và có khả năng nhận mạnh các e- → tác dụng với florua kim loạikiềm tạo phức M(BiF6)

BiF5 + MF → M(BiF6)Tác dụng NO2, SO2, SF4

* Điều chế : 2Bi + 5F2 →2BiF5

Bi2S3 ít tan trong nước và axit lõang

Điều chế :Sục khi H2S vào hợp chất của Bi (ở số OXH tương ứng ) trong H+

2Bi(NO3)3 + 3H2S → Bi2S3 + 6HNO3

Chương 6: ĐẠI CƯƠNG VỀ CÁC NGUYÊN TỐ CHUYỂN TIẾP

1 Phức chất:

2 Định nghĩa các nguyên tố chuyển tiếp

Hiện nay, có nhiều định nghĩa về các nguyên tố chuyển tiếp, nhưng phổ biến lànhững định nghĩa sau:

- Người ta thường mở rộng định nghĩa đối với các nguyên tử tự do có các phân lớp d

và f đã đầy đủ ē nhưng trạng thái Oxh thường gặp thì các phân lớp d hoặc f chưa đầy đủ

Ví dụ:

Cu: 3d104s1

Cu2+: 3d9 ( phân lớp d chưa đầy đủ)

Theo định nghĩa thứ nhất thì các nguyên tố chuyển tiếp gồm:

+ Ba dãy nguyên tố họ d đầy đủ

+ Một dãy nguyên tố họ d chưa đầy đủ

+ 14 nguyên tố họ Lantan

+ 14 nguyên tố họ Actini

Thứ hai:

“ Nguyên tố chuyển tiếp là những nguyên tố mà nguyên tử của chúng sau khi xây

dựng xong phân lớp ns thì xây dựng tiếp phân lớp ( n-1)d bên trong từ (n-1)d đến (n-1)d 10

- Với cách định nghĩa thế này thì các nguyên tố chuyển tiếp chỉ bao gồm 3 dãynguyên tố họ d chứ không bao gồm 2 họ Lantan và Actini

Thứ ba:

“ Nguyên tố chuyển tiếp bao gồm các nguyên tố nhóm B ( các nguyên tố họ d ) vàcác nguyên tố họ Lantan và Actini (các nguyên tố họ f)

- Theo xu hướng chung thì chúng ta theo cách định nghĩa thứ ba

- Trong 109 những nguyên tố thì có 64 nguyên tố chuyển tiếp

- Người ta thường gọi các nguyên tố chuyển tiếp là các kim loại chuyển tiếp, do tất

cả những nguyên tố này đều là kim loại, và chúng có đầy đủ những tính chất đặc trưng củakim loại

3 Cấu tạo nguyên tử và vị trí các nguyên tố chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn

Sự xuất hiện của nhóm B được giải thích la do sự điền ē vào các phân lớp (n-1)d và

(n-2)f của các lớp M, N, O, P, Q với số lượng tử chính n= 3,4,5,6,7

Các nhóm B trong bảng tuần hoàn:

B)

4 (IV B)

5 (V B)

6 (VI B)

7 (VII B)

8 (VIII B)

9 (VIII B)

10 (VIII B)

11 (I B)

12 (II B)

93Np