Nhóm 1 Chu kỳ H Li Na K Rb Cs Fr Kim loại kiềm Các kim loại kiềm là một dãy các nguyên tố trong nhóm 1 của bảng tuần hoàn các nguyên tố, ngoại trừ hiđrô.. Các kim loại kiềm là các kim l
Trang 1Nhóm nguyên tố 1 , Nguyên tố nhóm II (Kim loại kiềm thổ)
Nhóm nguyên tố 1 là cột số 1 trong bảng tuần hoàn (tiêu chuẩn), còn được gọi là nhóm kim loại kiềm gồm 6 nguyên tố kim loại kiềm và hydro
Nhóm 1
Chu kỳ
H
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Kim loại kiềm
Các kim loại kiềm là một dãy các nguyên tố trong nhóm 1 của bảng tuần hoàn các
nguyên tố, ngoại trừ hiđrô Đó là liti, natri, kali, rubiđi, xêzi và franxi Chúng là các nguyên tố hoạt động mạnh và ít khi tìm thấy ở dạng đơn chất trong tự nhiên
Các kim loại kiềm là các kim loại có màu trắng bạc, mềm, có khối lượng riêng thấp, có phản ứng tức thời với các nguyên tố thuộc nhóm halôgen để tạo thành các muối điện ly
và với nước để tạo thành các hiđrôxít kiềm rất mạnh về phương diện hóa học tức các bazơ (hay ba dơ) Các nguyên tố này chỉ có một êlectron ở lớp ngoài cùng, vì thế trạng thái năng lượng ưa thích của chúng là dễ mất đi một êlectron để tạo thành ion có điện tích dương 1
Hiđrô, có một êlectron đơn độc, đôi khi được xếp vào đầu nhóm 1, nhưng nó không phải
là một kim loại kiềm; nó tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khí nhị nguyên tử (phân tử) Để loại bỏ êlectron duy nhất của nó đòi hỏi tương đối nhiều năng lượng hơn việc loại bỏ êlectron ngoài cùng của các kim loại kiềm Giống như các halôgen, chỉ một êlectron bổ sung là đủ để điền đầy lớp ngoài cùng của nguyên tử hiđrô, vì thế hiđrô có thể trong một vài điều kiện môi trường có những tính chất của một halôgen, tạo thành ion âm hiđrua
Trang 2Hợp chất của hiđrô với các kim loại kiềm và một số kim loại chuyển tiếp cũng đã được tạo ra
Dưới áp suất cực lớn, chẳng hạn như ở lõi của Mộc Tinh, hiđrô có tính kim loại và có các tính chất giống như kim loại kiềm
Hiđrô
Hiđrô (từ tiếng Latinh: hydrogenium) là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu H và số nguyên tử bằng 1 Trước đây còn được gọi là khinh khí; hiện nay từ này ít được sử dụng, chỉ trong một số trường hợp hữu hạn
1 Thuộc tính
Hiđrô là nguyên tố hóa học nhẹ nhất với đồng vị phổ biến nhất chứa một prôton và một điện tử Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn nó là dạng khí không màu, không mùi, nhị nguyên tử (phân tử), H2 dễ bắt cháy, có hóa trị 1, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87°C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14°C)
Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ Nó hiện diện trong nước và trong mọi hợp chất hữu cơ cũng như các cơ thể sống Nó có thể có phản ứng hóa học với phần lớn các nguyên tố hóa học khác Các ngôi sao trong chuỗi chính là sự tràn ngập của hiđrô trong trạng thái plasma Nó được sử dụng trong sản xuất amôniắc (NH3), cũng như làm khí nâng trong các khinh khí cầu hay làm nguồn năng lượng
Trong phòng thí nghiệm, hiđrô được điều chế bằng phản ứng của axít với kim loại, như kẽm chẳng hạn Để sản xuất công nghiệp có giá trị thương mại nó được điều chế từ ga thiên nhiên Điện phân nước là biện pháp đơn giản nhưng không kinh tế để sản xuất hàng loạt hiđrô Các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra những phương pháp điều chế mới như sử dụng tảo lục hay việc chuyển hóa các dẫn xuất sinh học như glucôda hay sorbitol
ở nhiệt độ thấp bằng các chất xúc tác mới
Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn như tại trung tâm của các sao khí khổng lồ, các phân tử hiđrô mất đặc tính của nó và hiđrô trở thành một kim loại lỏng (xem hiđrô kim loại) Dưới áp suất cực thấp, như trong khoảng không vũ trụ, hiđrô có xu hướng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt, đơn giản vì không có cách nào để chúng liên kết với nhau; các đám mây H2 tạo thành và được liên kết trong quá trình hình thành các ngôi sao
Nguyên tố này đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng prôton-prôton và chu trình cacbon - nitơ (Chúng là các phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng khổng lồ thông qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành một nguyên tử hêli.)
1 1 Hiđrô nguyên tử
Trang 3Bài chính: Hiđrô nguyên tử
Hiđrô nguyên tử là nguyên tử của nguyên tố hiđrô Nó bao gồm một điện tử có điện tích
âm quay xung quanh prôton mang điện tích dương là hạt nhân của nguyên tử hiđrô Điện
tử và prôton liên kết với nhau bằng lực Culông
2 Lịch sử
Hiđrô (trong tiếng Pháp, hydrogène, hydr-, thân từ của hydros, tiếng Hy Lạp nghĩa là
"nước", và -gène, tiếng Pháp nghĩa là "sinh", có nghĩa là "sinh ra nước" khi hợp với ô xy [1]) lần đầu tiên được Henry Cavendish phát hiện như một chất riêng biệt năm 1766 Cavendish tình cờ tìm ra nó khi thực hiện các thí nghiệm với thủy ngân và các axít Mặc
dù ông đã sai lầm khi cho rằng hiđrô là hợp chất của thủy ngân (và không phải của axít), nhưng ông đã có thể miêu tả rất nhiều thuộc tính của hiđrô rất cẩn thận Antoine
Lavoisier đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hiđrô và ôxy Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là khinh khí cầu Hiđrô thu được bằng cách cho axít sulfuric loãng tác dụng với sắt Đơteri, một trong các đồng vị của hiđrô, được Harold
C Urey phát hiện bằng cách chưng cất một mẫu nước nhiều lần Urey nhận giải Nobel cho phát minh của mình năm 1934 Trong cùng năm đó, đồng vị thứ ba, triti, đã được phát hiện
3 Sự phổ biến và sản xuất
Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử Nguyên tố này được tìm thấy với một lượng khổng lồ trong các ngôi sao và các hành tinh khí khổng lồ Tuy vậy, trên Trái Đất
nó có rất ít trong khí quyển (1 ppm theo thể tích) Nguồn chủ yếu của nó là nước, bao gồm hai phần hiđrô và một phần ôxy (H2O) Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên Mêtan (CH4) là một nguồn quan trọng của hiđrô
Hiđrô có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau: hơi nước qua than (cacbon) nóng đỏ, phân hủy hiđrôcacbon bằng nhiệt, phản ứng của các bazơ mạnh (kiềm) trong dung dịch với nhôm, điện phân nước hay khử từ axít loãng với một kim loại (có khả năng đẩy hiđrô
từ axít) nào đó
Việc sản xuất thương mại của hiđrô thông thường là từ khí tự nhiên được xử lý bằng hơi nước nóng Ở nhiệt độ cao (700-1.100°C), hơi nước tác dụng với mêtan để sinh ra
mônôxít cacbon và hiđrô
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Lượng hiđrô bổ sung có thể thu được từ mônôxít cacbon thông qua phản ứng nước-khí sau:
Trang 4CO + H2O → CO2 + H2
4 Hợp chất
Là nhẹ nhất trong mọi chất khí, hiđrô liên kết với phần lớn các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất Nó có độ điện âm 2,2 vì thế nó tạo ra hợp chất ở những chỗ mà nó là nguyên tố mang tính phi kim loại nhiều hơn (1) cũng như khi nó là nguyên tố mang tính kim loại nhiều hơn (2) Các chất loại đầu tiên gọi là hiđrua, trong đó hiđrô hoặc là tồn tại dưới dạng ion H- hay chỉ là hòa tan trong các nguyên tố khác (chẳng hạn như hiđrua palađi) Các chất loại thứ hai có xu hướng cộng hóa trị, khi đó ion H+ là một hạt nhân trần và có
xu hướng rất mạnh để hút các điện tử vào nó Các dạng này là các axít Vì thế thậm chí trong các dung dịch axít người ta có thể tìm thấy các ion như hiđrôni (H3O+) cũng như prôton
Hiđrô kết hợp với ôxy tạo ra nước, H2O và giải phóng ra năng lượng, nó có thể nổ khi cháy trong không khí Ôxít đơteri, hay D2O, thông thường được nói đến như nước nặng Hiđrô cũng tạo ra phần lớn các hợp chất với cacbon Vì sự liên quan của các chất này với các loại hình sự sống nên người ta gọi các hợp chất này là các chất hữu cơ, việc nghiên cứu các thuộc tính của các chất này thuộc về hóa hữu cơ
5 Đồng vị
Hiđrô là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các đồng vị của nó (Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu phóng xạ, các đồng vị phóng xạ nặng khác nhau cũng được đặt tên, nhưng các tên gọi này không được sử dụng, mặc dù một nguyên tố, radon, có tên gọi
mà nguyên thủy được dùng chỉ cho một đồng vị của nó) Các ký hiệu D và T (thay vì H2
và H3) đôi khi được sử dụng để chỉ đơteri và triti, mặc dù điều này không được chính thức phê chuẩn (Ký hiệu P đã được sử dụng cho phốtpho và không thể sử dụng để chỉ proti.)
* H1: Đồng vị phổ biến nhất của hiđrô, đồng vị ổn định này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất một prôton; vì thế trong miêu tả (mặc dù ít) gọi là proti
* H2: Đồng vị ổn định có tên là đơteri, với thêm một nơtron trong hạt nhân Nó chiếm khoảng 0,0184-0,0082% của toàn bộ hiđrô (IUPAC); tỷ lệ của nó tới proti được xác định liên quan với nước tham chiếu tiêu chuẩn của VSMOW
* H3: Đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên là triti Hạt nhân của nó có hai nơtron và một prôton Nó phân rã theo phóng xạ bêta và chu kỳ bán rã là 12,32 năm
* H4: Hiđrô-4 được tổng hợp bằng cách tấn công triti với hạt nhân đơteri chuyển động cực nhanh Nó phân rã thông qua bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 9,93696x10-23 giây
* H5: Năm 2001 các nhà khoa học phát hiện ra hiđrô-5 bằng cách tấn công các mục tiêu hiđrô bằng các ion nặng Nó phân rã thông qua bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 8,01930x10-23 giây
* H6: Hiđrô-6 phân rã thông qua ba bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 3,26500x10-22
Trang 5giây
* H7: Năm 2003 hiđrô-7 đã được tạo ra (bài báo [2]) tại phòng thí nghiệm RIKEN ở Nhật Bản bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử hêli-8 cao năng lượng với mục tiêu hiđrô lạnh và phát hiện ra các triton - hạt nhân của nguyên tử triti - và các nơtron từ sự phá vỡ của hiđrô-7, giống như phương pháp sử dụng để sản xuất và phát hiện hiđrô-5
6 Cảnh báo
Hiđrô là một chất khí dễ bắt cháy, nó cháy khi mật độ chỉ có 4% Nó có phản ứng cực mạnh với clo và flo, tạo thành các axít hiđrôhalic có thể gây tổn thương cho phổi và các
bộ phận khác của cơ thể Khi trộn với ôxy, hiđrô nổ khi bắt lửa
Nguyên tố nhóm II (Kim loại kiềm thổ)
Các kim loại kiềm thổ làmột dãy các nguyên tố trong nhóm nguyên tố 2 của
bảng tuần hoàn các nguyên tố. Đó là berili, magiê, canxi, stronti, bari và radi (không phải lúc nào cũng được xem xét do chu kỳ bán rã ngắn của nó).
Các kim loại kiềm thổ được đặt tên theo các ôxít của chúng, các đất kiềm, có tên gọi cũ
là berilia, magiêsia, vôi sống, strontia và baryta. Chúng được gọi là kiềm thổ vì các thuộc tính tự nhiên trung gian của chúng giữa các chất kiềm (ôxít của các kim loại kiềm) và các loại đất hiếm (ôxít của các kim loại đất hiếm). Sự phân loại của một số chất bề ngoài trơ như là 'đất' có lịch sử hàng thiên niên kỷ. Hệ thống được biết sớm nhất được sử dụng bởi những người Hy Lạp cổ đại gồm có 4 nguyên tố, bao gồm cả đất. Hệ thống này sau
đó được làm rõ hơn bởi các nhà triết học và giả kim thuật như Aristotle (thế kỷ 4 TCN), Paracelsus (nửa đầu thế kỷ 16), John Becher (giữa thế kỷ 17) và Georg Stahl (cuối thế kỷ 17), với việc phân chia 'đất' thành ba hay nhiều loại hơn. Sự nhận thức về 'đất' không phải là một nguyên tố mà là hợp chất được đề cập bởi nhà hóa học Antoine Lavoisier. Trong tác phẩm Traité Élémentaire de Chimie (Các nguyên tố hóa học) năm 1789 ông gọi chúng là Substances simples salifiables terreuses, tức các nguyên tố đất tạo thành muối. Sau đó, ông thấy rằng các đất kiềm có thể là các ôxít kim loại, nhưng ông thừa nhận rằng
đó chỉ là phỏng đoán. Năm 1808, dựa trên tư tưởng của Lavoisier, Humphry Davy trở
Trang 6thành người đầu tiên thu được các mẫu kim loại bằng cách điện phân các loại 'đất kiềm' nóng chảy.
Kim loại kiềm thổ
Chúng là các nguyên tố hoạt động mạnh và ít khi tìm thấy ở dạng đơn chất trong tự nhiên Trong lớp vỏ Trái đất kim loại kiềm thổ chiếm tỉ lệ 4,16 % (trong đấy 67 % Canxi,
31 % Magiê, 1,4 % Bari, 0,6 % Stronti và 1 lượng rất ít Berili và Radi)
Các kim loại kiềm thổ là các kim loại có màu trắng bạc, mềm, có khối lượng riêng thấp,
có phản ứng tức thời với các nguyên tố thuộc nhóm halôgen để tạo thành các muối điện
ly và với nước để tạo thành các hiđrôxít kiềm thổ mạnh về phương diện hóa học tức các bazơ (hay ba dơ) Ví dụ natri và kali có phăn ứng với nước ở nhiệt độ phòng còn magiê chỉ có phản ứng với hơi nước nóng còn canxi thì phản ứng với nước nóng
Các nguyên tố này chỉ có hai êlectron ở lớp ngoài cùng xs2, vì thế trạng thái năng lượng
ưa thích của chúng là dễ mất đi hai êlectron này để tạo thành ion có điện tích dương 2
1. Phản ứng hóa học
• Phản ứng với Ôxi tạo Ôxít
2X + O2 → 2XO
• Phản ứng với Hiđrô thành hidric có cấu trúc ion
X + H2 → XH2
• Phản ứng (tan) trong nước thành bazơ
X + 2H2O → X(HO)2 + H2
• Phản ứng với Halogen, ví dụ với Clo
Trang 72. Hợp chất
Ôxít BeO MgO CaO SrO BaO
Hiđrôxít Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2
Florit BeF2 MgF2 CaF2 SrF2 BaF2
Clorit BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2
Sulfat BeSO4 MgSO4 CaSO4 SrSO4 BaSO4
Cacbonat BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
Nitrat Be(NO3)2 Mg(NO3)2 Ca(NO3)2 Sr(NO3)2 Ba(NO3)2
Sulfit BeS MgS CaS SrS BaS
Ngoài ra
• Canxi oxalat (CaC2O4) là thành phần chính của sỏi thận
• Canxi cacbit (CaC2) dùng trong công nghiệp sản xuất Ethin, khử Lưu huỳnh từ kim loại thô,
• Canxi cyanamit (CaCN2) dùng làm phân bón