1. Vị trí và cấu tạo của Kim loại kiềm thổ
- Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn; trong một chu kì, kiềm thổ đứng sau kim loại kiềm.
- Kim loại kiềm thổ gồm: Beri (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Ba) và nguyên tố phóng xạ không bền Rađi (Ra).
- Cấu hình lớp ngoài cùng: Là những nguyên tố s, các nguyên tử này sở hữu 2 electron tại phân lớp . Do nằm xa hạt nhân hơn so với các lớp bên trong, hai electron này rất dễ bị tách rời.
- Sự hình thành Cation: Khi tham gia phản ứng, chúng mất đi 2e để trở thành cation , đạt đến cấu hình electron bền vững của khí hiếm đứng trước.
- Trạng thái oxi hóa: Trong mọi hợp chất, kim loại kiềm thổ chỉ thể hiện một mức điện tích duy nhất là 2+ (tương ứng số oxi hóa +2).
- Thế điện cực: Các cặp oxi hóa – khử của nhóm này đều sở hữu thế điện cực chuẩn rất âm, khẳng định khả năng tham gia phản ứng mạnh mẽ.
2. Tính chất của Kim loại kiềm thổ
Tính chất vật lí
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp (trừ Beryllium )
- Độ cứng tuy có cao hơn kim loại kiềm, nhưng nhìn chung kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp.
- Khối lượng riêng tương đối nhỏ, chúng là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ bari ).
Tính chất hóa học
- Các kim loại kiềm thổ đều có tính khử mạnh, nhưng yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của các kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba.
- Tác dụng với nước
+ Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo dung dịch bazơ
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
+ Mg không tan trong nước lạnh, tan trong nước nóng tạo thành MgO.
Mg + H2O → MgO + H2
+ Be không tan trong nước dù ở nhiệt độ cao vì có lớp oxit bền bảo vệ. Nhưng Be có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc kiềm nóng chảy tạo berilat:
Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2
Be + 2NaOHnóng chảy → Na2BeO2 + H2
- Tác dụng với phi kim
+ Khi bị đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy và tạo ra oxit.
2Mg+O2to→ 2MgO
+ Các kim loại kiềm thổ đều có phản ứng mãnh liệt với halogen, nitơ, lưu huỳnh, photpho, cacbon, silic trong điều kiện nhiệt độ cao.
Ca+Cl2to→ CaCl2Mg+Sito→ Mg2Si
- Tác dụng với axit
+ Các kim loại kiềm thổ đều khử được H+ trong các dung dịch axit (H2SO4 loãng, HCl) thành khí hiđro.
Ca + HCl → CaCl2 + H2↑
3. Ứng dụng của Kim loại kiềm thổ
Ứng dụng trong công nghiệp
- Beri (Be): "Gia vị" quý giá cho hợp kim, giúp tăng độ đàn hồi, độ bền và khả năng chống ăn mòn.
- Magie (Mg): Chìa khóa để tạo ra các hợp kim cứng, nhẹ, siêu bền cho ngành hàng không, ô tô và tên lửa. Bột Mg còn là thành phần trong chất chiếu sáng và tổng hợp hữu cơ.
- Canxi (Ca): Đóng vai trò chất khử loại bỏ tạp chất trong luyện thép và làm khô hợp chất hữu cơ. Trong xây dựng, Canxi là linh hồn của vôi và xi măng.
- Bari (Ba) & Stronti (Sr): Hai nguyên tố này là thành phần không thể thiếu trong pháo hoa để tạo hiệu ứng ánh sáng. Bari còn được dùng trong sản xuất thủy tinh và chế tạo hợp kim.
Vai trò trong y học và đời sống
+ Canxi: Không chỉ kiến tạo khung xương và răng, Canxi còn điều phối nhịp nhàng hoạt động của hệ thần kinh và cơ bắp.
+ Magie: Giúp điều hòa huyết áp, kiểm soát lượng đường trong máu và hỗ trợ chức năng của hệ miễn dịch. Nó cũng góp mặt trong thành phần thuốc kháng axit và thuốc chống trầm cảm.
+ Bari (Ba): Bari sulfat được sử dụng làm chất cản quang giúp các bác sĩ quan sát rõ ràng đường tiêu hóa qua hình ảnh X-quang.