Các kim loại nhóm 1a (IA) trong bảng tuần hoàn hóa học
-
Nhóm 1A của bảng tuần hoàn có tên gọi là nhóm kim loại kiềm: hydro (H), liti (Li), natri (Na), kali (K), rubidi (Rb), xêzi (Cs) và franxi (Fr). Đây là những kim loại mềm, sáng bóng, có độ nóng chảy thấp, có tính phản ứng cao, bị xỉn màu khi tiếp xúc với không khí.
Tên gọi này xuất phát từ thực tế là khi các kim loại này hoặc oxit của chúng hòa tan trong nước sẽ tạo ra dung dịch bazo. Bởi vì các kim loại kiềm rất dễ phản ứng, chúng hiếm khi được tìm thấy ở dạng tinh chất trong tự nhiên mà ở dạng hợp chất trừ hydro.
Các kim loại kiềm chỉ có một electron hóa trị trong vỏ năng lượng của chúng (ns1). Chúng là các nguyên tố lớn nhất và năng lượng ion hóa thấp nhất. Electron hóa trị dễ bị mất, tạo thành ion có điện tích +1.
Các kim loại kiềm là chất rắn ở nhiệt độ phòng (trừ hydro), nhưng có điểm nóng chảy khá thấp: liti nóng chảy ở 181ºC, natri ở 98ºC, kali ở 63ºC, rubidi ở 39ºC và xezi ở 28ºC. Chúng cũng là những kim loại tương đối mềm, có thể cắt kali và natri bằng dao cắt bơ.
Muối của các nguyên tố nhóm 1A có xu hướng rất dễ hòa tan trong nước. Vì các ion kim loại kiềm tương đối lớn (so với các ion khác cùng chu kỳ), mật độ điện tích thấp và chúng dễ bị tách khỏi hợp kim và hòa tan bởi các dung môi như nước.
Các kim loại nhóm 1A trừ hidro, phản ứng mạnh mẽ với nước tạo ra hidroxit kim loại, khí hydro và nhiệt.
- 2M (s) + H2O (l) => MOH (aq) + H2 (g)
Khi phản ứng chúng tạo ra nhiều nhiệt lượng và hydro trong không khí rất nguy hiểm. Phản ứng càng mạnh mẽ hơn với các nguyên tố từ trên xuống trong nhóm 1A. liti nóng lên dữ dội trong nước, một lượng nhỏ natri phản ứng mạnh hơn nữa. Thậm chí một lượng nhỏ kali phản ứng dữ đội và gây bốc cháy. Rubidi và cesium sẽ gây nổ.
Đây là kết quả của kích thước nguyên tử tăng lên, electron hóa trị ở xa hạt nhân hơn và do đó dễ bị loại bỏ, giải phóng.
Hydro (H, Z=1)
Mặc dù hydro được xếm ở đầu nhóm 1A, trong bảng tuần hoàn. Nhưng nó khá khác biệt với các thành viên còn lại. Ở dạng nguyên tố, hydro là chất khí không màu, không mùi, dễ cháy ở nhiệt độ phòng, bao gồm các phân tử dioxit h2. Hydro phân tử sôi ở -253°C và đóng băng ở -259°C. Dưới áp suất cực lớn nó có thể chuyển sang dạng kim loại dẫn điện.
Hydro là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ 75% trọng lượng, 88% tổng số nguyên tử của vũ trụ. Hydro và heli cùng nhau tạo nên 99% vật chất bình thường của vũ trụ.
Hợp chất: hydro không tồn tại ở dạng đơn chất mà kết hợp với các chất khác thông qua liên kết cộng hóa trị. Hydro có thể tạo liên kết với rất nhiều nguyên tố như nito (NH3), oxy (H2O) và lưu huỳnh (H2S), halogen (HX) và cacbon.
Hydro cũng có thể liên kết với các phần tử kim loại như liti (LiH), canxi (CaH2). Nó cũng được tìm thấy trong axit, chúng có nguyên tử hidro dễ bị loại bỏ và thường kết nối với oxy, nito hoặc halogen. Các axit thường gặp là HCL, H2SO4, HNO3, HC2H3O2, H3PO4, HF và nhiều loại khác.
Phát hiện: hydro được phát hiện năm 1766 bởi Henry Cavendish. Ông nhận ra nó là một nguyên tố dễ cháy và có khả năng tạo thành nước, điều này cung cấp bằng chứng rằng nước không phải một nguyên tố.
Liti (Li,Z=3)
Lithium là một kim loại mềm, màu bạc, có tỷ trọng thấp, phản ứng với nước và nhanh chóng bị xỉn màu trong không khí. Tên của nó có nguồn gốc Hy Lạp có nghĩa là đá. Nó được tìm thấy trong vỏ trái đất với nồng độ 20ppm, là nguyên tố phong phú thứ 31.
Quặng: spodumene [LiAl (SiO3) 2], petalite [LiAlSi4O10], lepidolite[KLi2Al(Al,Si)3O10(F,OH)] và amblygonite [(Li,Na)AlPO4(F,OH)].
Tính chất: liti cũng đưa ra các ngoại lệ với các đặc tính của nhóm 1A. ion liti có mật độ điện tích cao vì kích thước nhỏ, do đó, muối liti có đặc tính liên kết cộng hóa trị. Muối này có khả năng phân ly trong nước ít dễ dàng hơn muối của natri, kali do đó ít hòa tan. Liti là một trong ba nguyên tố được hình thành trong vụ nổ big bang, mặc dù nó chỉ được tạo ra ở một lượng nhỏ.
Ứng dụng:
- Hợp kim nhôm của magie, liti rất bền và nhẹ, được sử dụng trong chế tạo máy bay, xe lửa và xe đạp.
- Pin làm từ Lithium có tuổi thọ rất cao. Đặc biệt quan trọng trong các thiết bị cấy ghép như máy tạo nhịp tim, máy khử rung tim… vì chúng rất nhẹ.
- Ngoài ra còn được tìm thấy trong các thiết bị điện tử cầm tay và máy tính.
Natri (Na, Z=11)
Natri là một kim loại mềm, màu bạc, phản ứng rất mạnh với nước và dễ bị xỉn màu trong không khí. Nó là nguyên tố nhiều thứ 4 trong vỏ trái đất. Tên của nó có nguồn gốc tiếng anh, có nghĩa là soda. Ký hiệu ‘Na’ có nguồn gốc từ tên tiếng Latinh của nó, natrium. Nó được tìm thấy trong quặng halit[muối, natri clorua, NaCl] và trona [natri cacbonat bicacbonat, Na3(CO3)(HCO3)] và có thể chiết xuất từ nước biển.
Phản ứng: một minh chứng cho sự tồn tại của natri là. Một mẩu nhỏ natri đặt trên đĩa nước, nó trượt trên mặt nước, rít lên dữ dội rồi từ từ biến mất. Natri phản ứng với nước tạo ra natri hidroxit và khí hidro.
- 2Na (s) + H2O (l) => NaOH (aq) + H2 (g)
Phản ứng này trở nên nguy hiểm nếu sử dụng một lượng natri quá lớn vì có thể tạo ra đủ nhiệt để đốt cháy hydro.
Ứng dụng:
- Natri thu được từ các quặng này 60% sẽ được chuyển thành natri hydroxit, natri clorua hoặc natri cacbonat.
- 20% được sử dụng làm chất bảo quản, hương liệu thực phẩm.
- 20% được sử dụng cho các ứng dụng khác.
Kali (K, Z = 19)
Kali là một kim loại mềm, màu bạc, phản ứng cực kỳ mạnh với nước và bị xỉn màu nhanh chóng trong không khí. Tên của nó là Potassium, ký hiệu “K” có nguồn gốc từ tên tiếng Latinh, kalium. Kaki là nguyên tố phong phú thứ 8 trong vỏ trái đất.
Quặng: sylvite [kali clorua, KCl], carnallit [KMgCl3 · 6H2O] và anunit [KAl3 (SO4)2(OH)6].
Ứng dụng: kali cần thiết cho sự phát triển của thực vật nên được làm phân bón. Trong cơ thể nó có vai trò trong sự co bóp của các mô cơ, sự di chuyển của các ion natri và kali trong tế bào thần kinh giúp truyền tín hiệu. Khi đun nóng muối kali phát sáng màu tím, dùng trong pháo hoa. Giống như natri, kali nên được lưu trữ trong dầu khoáng hoặc hydrocarbon khác, nếu không nó sẽ phản ứng với oxy trong không khí để tạo thành KO2.
Phản ứng: kali phản ứng với nước tương tự natri, sản phẩm là kali hidroxit và khí hydro. Phản ứng này tạo ra nhiệt lượng lớn và gây cháy.
Hợp chất:
- Kali clorua (KCL) dùng trong phân bón.
- KCl tiêm chết người gây tử vong nhanh vì nhưng tim.
- K2CO3 dung sản xuất thủy tinh.
- KOH sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa.
- KNO3 dùng làm thuốc súng.
- KCLO3 dùng trong đầu diêm, pháo hoa.
- KO2 + CO2 giải phóng oxy sử dụng trong hầm mỏ, tàu ngầm, tàu vũ trụ.
Rubidi (Rb, Z = 37)
Rubidi là một kim loại mềm, màu trắng, nó tương tự như natri và kali trong phản ứng với nước, nhưng tỏa nhiệt dữ dội hơn. Tên của nó theo tiếng Latinh là màu đỏ đậm, rubidius.
Rubidi nóng chảy ở 39 ºC nên nó có thể ở dạng lỏng hay rắn tùy khí hậu. Rubidi tự bốc cháy trong không khí.
Quặng: một lượng nhỏ trong lepidolite, pollucite, carnallite, zinnwaldite và leucito.
Ứng dụng:
- Khi bốc cháy muối của rubidi tạo ra màu tím và đỏ, nên dùng làm pháo hoa.
- Rubidi được sử dụng trong sản xuất ống chân không, ống tia âm cực (CRT).
- Sử dụng trong đồng hồ nguyên tử.
Cesium (Cs, Z = 55)
Cesium là kim loại màu vàng bạc, nóng chảy ở 28ºC. Nó phản ứng với nước rất dữ dội, vì Cs là có khối lượng nguyên tử lớn, electron ngoài cùng cũng mất dễ dàng, nên tỏa nhiệt cực kỳ mạnh. Tên của nó theo tiếng Latinh là “xanh da trời”.
Quặng: pollucite (CsAlSi2O6) việc tinh chế Cs rất khó khăn vì thường chứa chung với rubidi rất giống nhau về mặt hóa học.
Ứng dụng:
- Cs rất dễ phản ứng nên dùng để loại bỏ các khí khác khỏi buồng chân không, tia âm cực, ống chân không.
- Muối Cs phát sáng khi chiếu tia X và tia gamma, nên dùng trong tế bào quang điện.
- Phóng xạ Cs-137 dùng trong vũ khí hạt nhân, điện hạt nhân.
- Ion cessium rất nặng nên dùng trong động cơ đẩy ion trên tàu vũ trụ, vệ tinh.
Franxi (Fr, Z = 87).
Francium là một kim loại phóng xạ cực kỳ hiếm. Nó là nguyên tố có ít nhất trong vỏ trái đất.
Quặng: dấu vết của nó được tìm thấy trong quặng Uranium, chỉ có 20-30 gram Franxi tự trên trên toàn bộ trái đất.
Đồng vị: là chất phóng xạ mạnh có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 5 phút, chỉ có đồng vị Fr-223 có chu kỳ bán rã lâu nhất 21.8 phút.
Ra đời: sự tồn tại của Fr được Mendeleev dự đoán từ lỗ hổng trong bảng tuần hoàn của ông. Nó chính thức phát hiện vào năm 1939 vởi Marguerite Perey, trợ lý của Marie Curie ở Paris.
Câu hỏi: Nhóm IA trong bảng tuần hoàn có tên gọi
A. Kim loại kiềm
B. Kim loại kiềm thổ
C. Halogen
D. Khí hiếm
Đáp án đúng là A. Kim loại kiềm
Bài viết liên quan:
Any comments?