Bài giảng Kim loại kiềm, nhóm IA

KIM LOẠI KIỀM - NHÓM IA Liti (Latinh: Lithium; Hy Lạp: lithos, có nghĩa là "đá"): Nó được đặt tên là liti vì nó được phát hiện ra từ các khoáng vật trong khi các kim loại kiềm khác đã được phát hiện ra từ các cơ quan của thực vật. Natri (từ tiếng Latinh: natrium; có thể viết là natri): 1807 Humphry Davy điều chế bằng cách điện phân xút ăn da - Sodium Kali (tên Latinh: Kalium): Humphry Davy năm 1807, từ bồ tạt ăn da (KOH) - Potassium Rubidi (từ tiếng Latinh rubidus, đỏ thẫm) được Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff phát hiện năm 1861 - lepidolit Xêzi (tiếng Latinh caesius có nghĩa là "thiên thanh" hay "lam nhạt") được Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff phát hiện năm 1860 trong nước khoáng lấy từ Dürkheim, Đức. Franxi: được phát hiện vào năm 1939 bởi Marguerite Perey của Viện Curie tại Paris, Pháp khi bà tinh chế một mẫu actini-227 . Đặc Điểm Cấu Tạo KLK có câú hình e n/c là ns1 nên dễ mất e hoá trị tao thành ion M+ KL rất hoạt động,thể hiện NL hoạt hoá thứ nhất rất thấp. KLK có t/c giống nhau hơn hết và biến đổi đều đặn từ Li - Fr. Li đặc biệt hơn vì có 1 e h.trị duy nhất. Liên kết chủ yếu là LK ion, số oxh +1. Ion KLK không màu,h/c dễ tan trong H2O. có màu trắng bạc,có ánh kim rất mạnh. Nhiệt nóng chảy va t0 sôi đều thấp và giảm dần từ Li - Cs.Có cấu trúc tinh thể giống nhau kiểu lập phương tâm khối. Nhẹ, nổi trên nước và dầu hoả, mềm cắt được bằng dao. Độ dẫn điện cao nhưng kém Ag. khi đưa vào lửa thì có màu đặc trưng. Tính chất hóa học 1-Tác dụng với phi kim Ở nhiệt độ thường: Tạo oxit công thức M2O (Li,Na) hay tạo M2O2 (K,Rb,Cs,Fr) 2Na + O2 = 2Na2O 2K + O2 = K2O2 Ở nhiệt độ cao: tạo M2O2 (Na) hay MO2 (K,Rb,Cs,Fr) (trừ trường hợp Li tạo Li2O) 2Na + O2 = Na2O2 (to cao) Khi cháy Li cho ngọn lửa màu đỏ tía. Na cho ngọn lửa màu vàng. K cho ngọn lửa màu tím. Rb cho ngọn lửa màu tím hồng. Cs cho ngọn lửa màu xanh lam. Phản ứng mãnh liệt với halogen (X2) để tạo muối halogenua MX 2M + X2 = 2MX (to) T/d với S: gây nổ: 2Na + S = Na2S Phản ứng với H2 tạo kim loại hidrua 2M + H2 = 2MH (to) 2Na + H2 = 2NaH (to) NaH là chất khử mạnh, khi tác dụng với nước giải phóng H2 Li T/d với N2 (to thường), C, Si: khi đun nóng tạo nên tinh thể màu tím hút ẩm Li + N2 = Li3N 2-Tác dụng với nước và dung dịch axit Do hoạt động hóa học mạnh K + H2O = KOH +1/2H2 2Na + 2HCl = 2NaCl + H2  3-Tác dụng với oxit kim loại 2Na + CuO = Na2O + Cu 4- T/d với NH3: tạo thành amiđua ở nhiệt độ cao Na + NH3 = NaNH2 + H2 (natri amiđua) 5-Tác dụng với các kim loại khác: tạo thành hợp kim rắn với các kim loại khác. Ứng dụng công nghiệp – nông nghiệp Liti: Vì nhiệt dung riêng lớn sử dụng trong các ứng dụng truyền nhiệt. Nó cũng là vật liệu quan trọng trong chế tạo anốt của pin vì khả năng điện hóa học cao của nó. Clorua và brômua liti: hút ẩm cực cao - chất làm khô. Stearat liti: chất bôi trơn đa mục đích nhiệt độ cao. LiOH: loại bỏ CO2 từ không khí trong các tàu vũ trụ và tàu ngầm. Các hợp kim của liti với nhôm, cadmi, đồng và mangan: các bộ phận có đặc tính cao của máy bay. Natri:Natri trong dạng kim loại của nó là thành phần quan trọng trong sản xuất este và các hợp chất hữu cơ. Trong một số hợp kim để cải thiện cấu trúc của chúng. Trong xà phòng (trong hợp chất với các axít béo). Để làm trơn bề mặt kim loại. Để làm tinh khiết kim loại nóng chảy. Trong các đèn hơi natri, một thiết bị cung cấp ánh sáng từ điện năng có hiệu quả. Như là một chất lỏng dẫn nhiệt trong một số loại lò phản ứng nguyên tử. Kali:Các loại phân hóa học chứa kali như clorua kali, sulfat kali, cacbonat kali v.v Nitrat kali được sử dụng trong thuốc súng. Cacbonat kali được sử dụng trong sản xuất thủy tinh. Thủy tinh được xử lý bằng kali lỏng là có độ bền cao hơn so với thủy tinh thường. NaK : chất truyền nhiệt trung gian. ion kali là cần thiết để giữ cho các tế bào sống Clorua kali được sử dụng để thay thế cho muối ăn và cũng được sử dụng để ngừng tim trong các phẫu thuật tim và trong án tử hình bằng cách tiêm liều gây chết. Rubidi:Các ứng dụng hiện tại của rubidi là: Chất lưu hoạt động trong các tua bin hơi. Chất thu khí trong các ống chân không. Thành phần của tế bào quang điện. Thành phần cộng hưởng trong các đồng hồ nguyên tử. Thành phần trong một vài loại thủy tinh đặc biệt. Sản xuất superoxit bằng cách đốt cháy trong ôxy. Trong nghiên cứu các kênh ion kali trong sinh học. Hơi rubidi được sử dụng làm từ kế nguyên tử. Rb87 hiện tại được sử dụng, cùng các kim loại kiềm khác, trong phát triển một dạng từ kế là SERF (spin-exchange relaxation-free: trao đổi spin hồi phục tự do) Cs:có ái lực lớn với ôxy và vì thế được sử dụng như là "chất thu khí" trong các ống chân không. tế bào quang điện do khả năng bức xạ điện tử cao của nó. chất xúc tác trong quá trình hiđrô hóa của một vài hợp chất hữu cơ. Các đồng vị phóng xạ của xêzi được sử dụng trong lĩnh vực y học để điều trị một vài dạng ung thư Cs137 : nguồn bức xạ gamma trong các ứng dụng công nghiệp - Đo mật độ hơi ẩm - Đo độ thăng bằng - Đo độ dày Các thiết bị trong giếng khoan Fr:không ổn định và khan hiếm vì thế chỉ có ứng dụng trong các nghiên cứu, trong cả các lĩnh vực của sinh học lẫn cấu trúc nguyên tử. Franxi đã từng được coi là phương tiện trợ giúp trong chẩn đoán các bệnh ung thư, nhưng ứng dụng này dường như là không khả thi trong thực tế Hợp Chất Phổ Biến Liti: một phần nhỏ của các loại đá cuội và cũng được tìm thấy trong nước biển. các nguồn nước khoáng: Lepidolit, spodumen, petalit và amblygonit là các khoáng chất Natri: muối ăn nhiều khoáng chất: amphibôn, cryôlit, muối mỏ, diêm tiêu, zêôlit, v.v. Kali: Hợp chất phổ biến của kali là: cacnalit, langbeinit, polyhalit, và sylvit Rb: Trong tự nhiên rubidi có mặt trong các khoáng vật như: leucit, pollucit và zinnwaldit - 1% ôxít của nó. Xêzi: lepidolit, polluxit (silicat nhôm và xêzi ngậm nước) Các hợp chất chính của xêzi là clorua xêzi và nitrat xêzi Fr: Franxi-223 : phân rã alpha của actini-227, trong các khoáng vật của urani và thori Phương pháp điều chế Na và K điều chế bằng phương pháp điện phân nóng chảy muối clorua or hydroxit Đpnc: 2NaCl(khan)= 2Na + Cl2 Li điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp LiCl và KCl nóng chảy. Rb và Cs điều chế bằng cách dùng kim loại Ca khử các Clorua ở nhiệt độ cao(7000C) và trong chân không. 2RbCl + Ca = CaCl2 + 2Rb Oxít của KLK: có dạng tinh thể lập phương. màu sắc biến đổi từ trắng đến da cam. Tương tác mạnh với nước tạo MOH.(-Li) Tương tác với Oxi tạo peoxit.(-Li2O) Peoxit M2O2 và supeoxit MO2: đều là chất rắn có màu từ vàng đến da cam và hung + Bền với nhiệt không phân huỷ HỢP CHẤT CỦA KIM LOAI KIỀM + Supeoxit tương tác mạnh với nước  H2O2 và O2 + Tất cả đều là chất OXH mạnh. Natri peoxit: phân huỷ gần 6000C. Tương tác mãnh liệt với nước: + t0 cao 2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2 +to thấp: Na2O2 + 2H2O =2NaOH + H2O2 Tương tác với CO, CO2 va dd CO2 trong H2O Na2O2 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2O2 Khi tiếp xúc với chất dễ cháy (rơm, bột nhôm,than, S) có thể gây nổ Hỗn hợp Na2O2 + Na2CO3: phá quặng sunfua 2FeS2 + 15Na2O2 = Fe2O3 + 4Na2SO4 + 11Na2O Kali supeoxit(KO2):hút ẩm mạnh, phân huỷ giải phóng O2 khi t/d với H2O, CO2, axit loãng 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2 là chất Oxi hoá mạnh tương tác mạnh với H2,C ,CO, NO và chất hữu cơ. 4KO2 + 2C = 2K2CO3 + O2 Hydroxit(MOH):là chất rắn màu trắng, to nóng chảy tương đối thấp tạo nên chất lỏng linh động và trong suốt ở trạng thái nóng chảy ăn mòn thuỷ tinh, sứ, Pt. Tất cả đều tan trong nước (-LiOH), qt hoà tan phát ra lượng nhiệt lớn(40kj/mol) Khi đun nóng ở to cao các MOH bay hơi mà không mất nước (-LiOH) Là chất hút ẩm mạnh dễ tan trong rượu metylic, etylic Là chất kiềm mạnh dễ tương tác với oxit axit và axit dễ dàng khí CO2 tạo muối cacbonat:  NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Dd MOH t/d với Zn, Al, Sn, P, Si, Halogen.. Al + NaOH +H2O = NaAlO2 + 3/2H2