Nguyên tố nhóm IA — Li, Na, K — Tính chất và hợp chất quan trọng — Hóa 12

I. ĐƠN CHẤT NHÓM IA

1. Đặc điểm chung

– Nguyên tố nhóm IA là các nguyên tố s, chỉ có 1 electron hoá trị ở phân lớp ns1 và đứng đầu mỗi chu kỳ tương ứng. Kim loại nhóm IA có thế điện cực chuẩn EM+/Mo rất nhỏ nên dễ tách electron hoá trị ra khỏi nguyên tử. Vì vậy, trong các phản ứng hoá học, chúng dễ nhường 1 electron, thể hiện tính khử mạnh:

M → M+ + 1e

– Trong hợp chất, các nguyên tố kim loại nhóm IA chỉ thể hiện số oxi hoá +1.

2. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, các nguyên tố nhóm IA chỉ tồn tại ở dạng hợp chất (chủ yếu là dạng muối). Sodium và potassium là hai nguyên tố phổ biến trong vỏ Trái Đất, có nhiều trong nước biển, muối mỏ, quặng halite (NaCl), quặng sylvinite (NaCl, KCl).

3. Tính chất vật lí

a) Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi

– Trong nhóm IA, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các kim loại có xu hướng giảm dần từ Li đến Cs.

– Các kim loại nhóm IA đều dễ nóng chảy và có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với các kim loại nhóm khác.

b) Khối lượng riêng

Các kim loại nhóm IA có khối lượng riêng nhỏ (đều là các kim loại nhẹ) do có bán kính nguyên tử lớn và cấu trúc mạng tinh thể kém đặc khít.

c) Độ cứng

Do có liên kết kim loại yếu nên các kim loại nhóm IA có độ cứng thấp (đều mềm, có thể cắt bằng dao, kéo).

4. Tính chất hoá học

– Kim loại kiềm là những kim loại hoạt động hoá học mạnh, có tính khử mạnh và tính khử tăng dần từ Li đến Cs.

– Các kim loại kiềm đều có thế điện cực chuẩn rất âm, do đó chúng đều phản ứng với nước ở điều kiện thường với mức độ tăng dần từ Li đến Cs.

5. Bảo quản

Các kim loại nhóm IA được bảo quản trong dầu hoả, trong chân không hoặc trong khí hiếm

Ví dụ: Na, K thường được bảo quản bằng cách ngâm trong dầu hoả khan, Rb, Cs thường được bảo quản trong các ống thuỷ tinh hàn kín.

II. HỢP CHẤT CỦA KIM LOẠI NHÓM IA

1. Đặc điểm chung

– Các hợp chất của kim loại kiềm thường dễ tan trong nước và tạo thành dung dịch chất điện li mạnh.

– Ở nhiệt độ thường, các ion kim loại nhóm IA đều không có màu. Tuy nhiên, đốt nóng kim loại kiềm hoặc hợp chất của chúng trên ngọn lửa không màu làm ngọn lửa có màu đặc trưng. Do vậy, có thể nhận biết hợp chất của kim loại nhóm IA bằng màu ngọn lửa.

2. Hợp chất quan trọng

a) Sodium chloride

– Ứng dụng:

– Quá trình điện phân dung dịch NaCl: Trong công nghiệp chlorine – kiềm, quá trình điện phân dung dịch NaCl bão hoà có màng ngăn điện cực được ứng dụng để sản xuất xút công nghiệp (NaOH), khí chlorine (Cl2). Điện phân dung dịch NaCl bão hoà không có màng ngăn điệc cực được ứng dụng để sản xuất nước Javel (chứa NaClO).

b) Sodium hydrogencarbonate và sodium carbonate

* Ứng dụng:

– Sodium hydrocarbonate (baking soda).

+ Trong y học, NaHCO₃ được sử dụng để điều trị triệu chứng dư acid ở dạ dày. Vai trò của NaHCO₃ là làm giảm nồng độ cation H+ theo phươn trình hóa học:

HCO3−(aq) + H+(aq)  →H2Ol + CO2g *

+ Trong điều trị bệnh, sodium hydrogencarbonate còn được gọi là sodium bicarbonate, được sử dụng ở dạng viên uống hoặc dung dịch truyền tĩnh mạch.

+ Trong sản xuất và đời sống, baking soda có một số ứng dụng như: Điều chỉnh vị chua của nước giải khát theo phản ứng (*); Làm tăng độ xốp của bánh, làm mềm thực phẩm.

– Sodium carbonate:

* Sản xuất:

– Trong công nghiệp, sodium hydrogencarbonate (baking soda) và sodium carbonate (soda) được sản xuất bằng phương pháp Solvay từ nguyên liệu chính là đá vôi, muối ăn, ammonia và nước.

– Quá trình Solvay sản xuất soda gồm hai giai đoạn chính:

+ Giai đoạn tạo NaHCO₃:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O  ⇌  NaHCO₃ + NH4Cl

Khi làm lạnh, NaHCO₃ kết tinh và được lọc, tách ra khỏi hệ phản ứng.

+ Giai đoạn tạo Na₂CO₃:

2NaHCO3 →toNa2CO3 + CO₂ + H₂O