Kim loại kiềm là gì? Các hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm là một trong những chủ đề quan trọng trong chương trình Hóa cấp 3 và xuất hiện nhiều trong các bài thi. Vậy kim loại kiềm là gì, có những tính chất lý hóa và ứng dụng gì trong cuộc sống? Trong bài viết dưới đây, Trang tài liệu sẽ cùng các em tìm hiểu rõ hơn về nhóm kim loại này và các hợp chất quan trọng liên quan khác.

Kim loại kiềm là gì?

Khái niệm: Kim loại kiềm là tập hợp những kim loại thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn hoá học, bao gồm 6 nguyên tố là liti (Li), kali (K), natri (Na), rubiđi (Rb), xesi (Cs) và franxi (Fr). Trong đó, franxi là nguyên tố phóng xạ và không có đồng vị bền. Chúng ta sẽ không tìm hiểu về franxi trong bài viết này.

Tính chất hoá học của kim loại kiềm

Tính chất Vật lý

Kim loại kiềm thực chất ra cũng thuộc nhóm kim loại do đó chúng đều có những tính chất chung của kim loại như:

• Có tính dẻo.
• Có ánh kim.
• Dẫn điện tốt.
• Dẫn nhiệt tốt.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp hơn so với các nguyên tố khác.
Độ cứng cứng của kim loại kiềm thấp do kim loại kiềm có mạng tinh thể lập phương tâm khối, cấu trúc tương đối rỗng, ngoài ra trong tinh thể các nguyên tử và ion liên kết với nhau bằng liên kết kim loại yếu. Chúng ta xem nhiều videos trên mạng khi làm thí nghiệm với Natri người làm có thể lấy dao cắt Natri một cách dễ dàng.

Tính chất hoá học

1. Tác dụng với phi kim

Kim loại kiềm tác dụng được với phi kim ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao tạo thành oxit bazơ.
Li + O2 ➞ Li2O
Na + O2 ➞ Na2O
K + O2 ➞ K2O

2. Tác dụng với nước.

Kim loại kiềm tác dụng với nước tạo thành Hidroxit tương ứng và giải phóng khí Hidro
K + H2O ➞ KOH + H2
Na + H2O ➞ NaOH + H2

3. Tác dụng với Axit

Kim loại kiềm tác dụng với axit tạo thành muối giải phóng khí Hidro.
Na + HCl ➞ NaCl + H2
K + H2SO4 ➞ K2SO4 + H2.

Cách điều chế kim loại kiềm

Các kim loại kiềm tồn tại dưới dạng hợp chất trong tự nhiên. Phương pháp điều chế kim loại kiềm phổ biến hiện nay là điện phân nóng chảy muối halogenua hoặc hiđroxit của kim loại kiềm trong điều kiện không có không khí.

• Na được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp NaCl với 25%  NaF và 12% KCl ở nhiệt độ cao, cực dương than chì và cực âm làm bằng Fe.                        

2NaCl →  2Na   +  Cl2

• Li được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp LiCl và KCl.

Ngoài ra các kim loại kiềm còn được điều chế bằng phương pháp khử: Rb và Cs được điều chế bằng cách dùng Canxi khử muối clorua ở nhiệt độ cao và trong chân không:

2RbCl  + Ca → CaCl2 +  2Rb

2CsCl + CaC2 →   2C + CaCl2 +   2Cs

Ứng dụng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, chẳng hạn dùng để chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp lợi dụng tính khử mạnh và dễ tác dụng với không khí của chúng. Hợp kim Li – Nhốm (Al) siêu nhẹ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật hàng không. Trong các tế bào quang điện, thành phần Cs chiếm chủ yếu.

Ở trạng thái tự nhiên, các kim loại kiềm đều không có ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất do khó bảo quản và dễ tác dụng với các chất khác trong môi trường. Thí dụ trong nước biển có chứa một lượng lớn muối NaCl, một dạng hợp chất phổ biến của nguyên tố Na. Đất cũng chứa một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat.

Để điều chế các kim loại kiềm từ hợp chất của chúng, ta cần tiến hành các phản ứng khử ion của chúng:

M+ + e -> M

Vì ion kim loại kiềm rất khó bị khử nên phải dùng dòng điện (phương pháp điện phân) để thực hiện. Quan trọng nhất là điện phân muối halogen của kim loại kiềm nóng chảy.

Do kim loại kiềm hoạt động hóa học mạnh, đặc biệt là bị oxi hóa nhanh trong không khí và có phản ứng mãnh liệt với nước nên điều kiện bảo quản các kim loại này cần đảm bảo tránh tiếp xúc với các chất trên. Để làm như vậy, người ta thường ngâm bảo quản các kim loại này trong dầu hỏa khan, trong chân không hoặc trong khí trơ và thật cẩn thận khi tiến hành làm thí nghiệm với các kim loại kiềm.