Kim loại kiềm và hợp chất

I. Vị trí, cấu tạo và tính chất vật lý của kim loại kiềm

1. Vị trí, cấu hình electron nguyên tử

- Các kim loại kiềm có cấu hình electron chung là [R]ns¹, thuộc nhóm IA và đứng ở đầu mỗi chu kì (trừ H).

Francium là nguyên tố phóng xạ không bền nên chúng ta không tìm hiểu về nó.

- Kim loại kiềm có năng lượng ion hóa => dễ cho electron nên thể hiện tính khử mạnh.

- Số oxi hóa: trong mọi hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm chỉ có số oxi hóa +1.

2. Tính chất vật lý

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp.

- Khối lượng riêng nhỏ (Li là kim loại có khối lượng riêng nhỏ nhất)

- Độ cứng nhỏ : các kim loại kiềm đều mềm, có thể cắt bằng dao)

II. Tính chất hóa học của kim loại kiềm

1. Tác dụng với hầu hết các phi kim

Ví dụ:

2Na + O₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Na₂O₂

2Li + 3N₂ → 2LiN₃

2. Tác dụng với nước

Các kim loại kiềm phản ứng mãnh liệt với nước ở nhiệt độ thường giải phóng khí H₂, sodium bị nóng chảy và chạy trên mặt nước. Potassium tự bùng cháy, rubidium và caesium phản ứng mãnh liệt khi tiếp xúc với nước. 

2Na  +  2H₂O  →  2NaOH  +  H₂

Vì các kim loại kiềm dễ tác dụng với nước, với oxygen trong không khí nên ta cần phải bảo quản các kim loại kiềm bằng cách ngâm chúng trong dầu hỏa.

3. Tác dụng với dung dịch acid

Kim loại kiềm phản ứng với acid trước, hết acid mới phản ứng với nước

M + H⁺ → M⁺ +  \(\frac{1}{2}\)H₂

Ví dụ:     2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂

III. Trạng thái tự nhiên và ứng dụng của kim loại kiềm

1. Trạng thái tự nhiên

Các kim loại kiềm chỉ tồn tại ở dạng hợp chất.

Ví dụ như trong nước biển có muối NaCl, đất cũng chứa một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicate và aluminate.

2. Ứng dụng

- Chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp dùng trong thiết bị báo cháy,…

- Hợp kim Na và K dùng làm chất trao đổi nhiệt trong 1 vài loại lò phản ứng hạt nhân.

- Dùng nhiều trong tổng hợp hữu cơ.

- Hợp kim Li – Al siêu nhẹ nên được dùng trong kĩ thuật hàng không.

IV. Điều chế kim loại kiềm

Phương pháp: Khử các ion của kim loại kiềm thành nguyên tử kim loại. Vì ion của các kim loại kiềm rất khó bị khử nên phương pháp phổ biến là dùng dòng điện. Quan trọng nhất là phương pháp điện phân nóng chảy muối halide của kim loại kiềm.

M⁺   +   e  →   M

Ví dụ: Sản xuất sodium bằng cách điện phân nóng chảy NaCl.

- Ở catot:               Na⁺   +   e   →  Na

- Ở anot:                2Cl^-     →   Cl₂   +    2e

V. Sodium hydroxide (NaOH)

1. Tính chất của sodium hydroxide

- NaOH là chất rắn, không màu, hút ẩm, tan nhiều trong nước.

- NaOH có tính base mạnnh, tác dụng với acid, oxide acid tạo thành muối và nước

Ví dụ: CO₂ + NaOH → NaHCO₃

           CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

Tùy theo tỉ lệ mol giữa oxide acid và NaOH mà sản phẩm thu được là muối acid, trung tính hoặc cả hai.

- Tác dụng với dung dịch muối tạo base không tan:

Ví dụ: 2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

2. Ứng dụng và điều chế

- NaOH dùng để chế biến dầu mỏ, luyện nhôm, xà phòng, …

- Điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch NaCl (có màng ngăn)

VI. Sodium hydrocarbonate (NaHCO3)

1. Tính chất của sodium hydrocarbonate

- NaHCO₃ là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước.

- NaHCO₃ bị phân hủy bởi nhiệt:

2NaHCO₃ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

- NaHCO₃ là chất lưỡng tính, tác dụng với acid, base:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

2. Ứng dụng của sodium hydrocarbonate

NaHCO₃ được dùng trong công nghệ dược phẩm, thuốc đau dạ dày, công nghệ thực phẩm (muối nở baking soda…), chế tạo nước giải khát.

VII. Sodium carbonate (Na2CO3)

1. Tính chất của sodium carbonate

- Na2CO3 là chất rắn màu trắng, tan nhiều trong nước.

- Na₂CO­₃ không bị phân hủy bới nhiệt.

- Na₂CO₃ là muối base, tác dụng với acid:

Na₂CO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

2. Ứng dụng của sodium carbonate

Là hóa chất quan trọng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặt, phẩm nhuộm, sợi,...