Kim loại kiềm thổ: Định nghĩa, tính chất, cách điều chế và ứng dụng

Kim loại kiềm thổ, ngôi sao sáng nhóm IIA trong bảng tuần hoàn, không chỉ có vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Vậy kim loại kiềm thổ là gì và chúng được sử dụng như thế nào? Hãy cùng LabTrường Lê Hồng Phong tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

1. Kim loại kiềm thổ là gì?

Kim loại kiềm thổ là nhóm các nguyên tố hóa học thuộc nhóm IIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nhóm này bao gồm Berium (Be), Magiê (Mg), Canxi (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) và Radi (Ra). Chúng được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của số nguyên tử, từ Beryllium có số nguyên tử nhỏ nhất đến Cơ số có số nguyên tử lớn nhất. Bari, nguyên tố nặng nhất trong nhóm, có tính phóng xạ và được tìm thấy trong một số quặng Uranium.

Kim loại kiềm thổ được đặt tên theo tính chất trung gian của các oxit của chúng, giữa độ kiềm mạnh và tính bazơ yếu của các oxit đất hiếm.

Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA

2. Các loại kim loại kiềm thổ phổ biến hiện nay

Trong tự nhiên, kim loại kiềm thổ chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất với các nguyên tố khác, chiếm khoảng 4,16% khối lượng vỏ Trái Đất. Canxi và Magie là hai đại diện tiêu biểu, lần lượt chiếm 67% và 31%. Strontium và Barium cũng có mặt nhưng với tỷ lệ thấp hơn, trong khi Radi và Beryllium chỉ xuất hiện với số lượng rất nhỏ.

3. Tính chất đặc trưng của kim loại kiềm thổ

Tính chất của kim loại kiềm thổ:

3.1. Tính chất hóa học

Các kim loại kiềm thổ có hai electron lớp ngoài là chất khử mạnh. Khả năng nhường electron này tăng lên khi chúng ta đi từ Beryllium đến Barium do bán kính nguyên tử ngày càng tăng.

Phản ứng với dung dịch axit

Trong điều kiện tự nhiên, kim loại kiềm thổ phản ứng với axit, giải phóng khí hydro và tạo thành muối tương ứng. Với các axit oxy hóa mạnh như HNO3 đậm đặc, H2SO4 đậm đặc thì phản ứng có thể phức tạp hơn.

Phương trình phản ứng:

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Mg + H2SO4(d,n) → MgSO4 + SO2+ H2O

4Ca + 10HNO3 → 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Tương tác với nước:

Kim loại kiềm thổ tan nhiều trong nước với những đặc điểm riêng biệt tùy theo từng loại:

• Magiê phản ứng với nước khác với các kim loại kiềm thổ khác. Ở nhiệt độ bình thường, magie không phản ứng với nước. Chỉ khi đun nóng, magie mới phản ứng chậm với hơi nước, tạo thành magie oxit và giải phóng khí hydro.

Phương trình phản ứng có thể xảy ra trong hai trường hợp sau:

Mg + H2O → MgO + H2↑

Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑

• Khi thêm canxi, stronti hoặc bari vào nước, chúng ta thu được dung dịch bazơ tương ứng. Quá trình này giải phóng khí hydro và tạo ra môi trường kiềm.

Phương trình phản ứng:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

Canxi phản ứng tốt với nước tạo thành dung dịch kiềm

Phương trình phản ứng:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

• Beryllium là kim loại kiềm thổ có tính chất khá đặc biệt. Nó không phản ứng với nước nhưng dễ hòa tan trong dung dịch kiềm đậm đặc khi đun nóng.

Phương trình phản ứng:

Be + 2 NaOH nóng chảy → Na2BeO2 + H2

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

Tác dụng với phi kim loại:

• Kim loại kiềm thổ tạo ra muối sau khi phản ứng với photpho, lưu huỳnh, halogen… Phương trình: Mg + Si → Mg2Si hoặc Ca + Cl2 →CaCl2
• Khi đun nóng trong không khí, kim loại kiềm thổ phản ứng và tạo thành oxit. Phương trình: 2 Ca + O2 → 2 CaO
• Các oxit ổn định dễ bị phản ứng khử bởi kim loại kiềm thổ:

2Mg + CO2 → 2MgO + C

2Be + TiO2 → 2BeO + Ti

3.2 Tính chất vật lý

Kim loại kiềm thổ có tính chất vật lý điển hình: mềm, màu sáng. Độ cứng của chúng giảm dần từ berili đến bari. Nhiệt độ nóng chảy và sôi của các kim loại này tương đối thấp so với các nguyên tố khác, ngoại trừ kim loại kiềm.

Cấu trúc tinh thể của kim loại kiềm thổ rất đa dạng và không tuân theo những quy luật nhất định. Bari có cấu trúc lập phương tâm khối, trong khi canxi và strontium có cấu trúc lập phương tâm mặt. Riêng berili và magie có cấu trúc lục giác.

Yếu tố	khối lượng cụ thể	Nhiệt độ nóng chảy	Nhiệt độ sôi (K)	Độ cứng Mohs	Điện trở suất
Beri	1,85 g/cm³	1560°K ​(1287°C, ​2349°F)	2742°K ​(2469°C, ​4476°F)	5,5	ở 20 °C: 36 n Ω·m
Magie	1.737 g/cm³	923°K ​(650°C, ​1202°F)	1363°K ​(1091°C, ​1994°F)	1-2,5	ở 20 °C: 43,9 Ω·m
canxi	1,55 g/cm³	1115°K ​(842°C, ​1548°F)	1757°K ​(1484°C, ​2703°F)	1,75	ở 20 °C: 33,6 n Ω·m
Stronti	2,6 g/cm³	1050°K ​(777°C, ​1431°F)	1655°K ​(1382°C, ​2520°F)	1,5	ở 20 °C: 132 n Ω·m
Bari	3,62g/cm³	1000°K ​(727°C, ​1341°F)	2118°K ​(1845°C, ​3353°F)	1,25	ở 20 °C: 332 nΩ·m
Bán kính	5,5 g/cm³	973°K ​(700°C, ​1292°F)	2010°K ​(1737°C, ​3159°F)		ở 20 °C: 1 µ Ω·m

Màu của kim loại kiềm thổ là màu trắng bạc hoặc xám nhạt

4. Phương pháp điều chế kim loại kiềm thổ

Do có khả năng phản ứng hóa học cao nên kim loại kiềm thổ khó tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên mà thường tồn tại dưới dạng hợp chất. Để điều chế chúng, người ta thường điện phân muối nóng chảy của kim loại tương ứng. Các phản ứng chuẩn bị như sau:

MgCl2 → Mg+Cl2

CaCl2 → Ca+Cl2

5. Ứng dụng của kim loại kiềm thổ

Kim loại kiềm thổ được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Bao gồm:

Stronti:

• Trong nghiên cứu khoa học: Strontium đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu sự truyền tín hiệu thần kinh.
• Trong công nghiệp: Hợp chất Stronti tạo ra màu đỏ đặc trưng của pháo hoa.

Bari:

• Ứng dụng công nghiệp: Bari được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thủy tinh và pháo hoa.
• Trong y học: Barium sulfate là chất tương phản quan trọng trong các xét nghiệm y khoa, giúp bác sĩ hình dung rõ hơn các cơ quan bên trong cơ thể.

Beri:

• Trong công nghiệp: Beryllium được sử dụng để chế tạo các hợp kim đặc biệt, có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như hàng không vũ trụ và điện tử.
• Trong khoa học: Beryllium là vật liệu quan trọng trong các thiết bị nghiên cứu hạt nhân và tia X.

Canxi:

• Vai trò sinh học: Canxi là khoáng chất cần thiết cho cơ thể, tham gia vào quá trình hình thành xương và răng, điều hòa hoạt động của cơ và thần kinh.
• Ứng dụng công nghiệp: Canxi oxit (vôi sống) và các hợp chất canxi là nguyên liệu quan trọng trong ngành xây dựng.

Canxi được sử dụng trong sản xuất xi măng

Magiê:

• Ứng dụng công nghiệp: Magiê được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và ô tô do trọng lượng nhẹ và độ bền cao.
• Trong luyện kim: Magiê được dùng để khử oxit kim loại và tinh chế kim loại.

6. Sự khác biệt giữa kim loại kiềm thổ và kim loại kiềm

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết, giúp chúng ta phân biệt rõ ràng giữa hai nhóm kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ, từ đó phát hiện ra những đặc điểm riêng của mỗi nhóm.

Tiêu chí so sánh	Kim loại kiềm thổ	kim loại kiềm
Định nghĩa	Nằm trong nhóm IIA	Thuộc nhóm IA
Phản ứng với nước	Chỉ có Ca, Ba, Sr phản ứng với nước Mg không tan trong nước, tan chậm trong nước nóng Không hòa tan trong nước	Xảy ra phản ứng tạo dung dịch kiềm và giải phóng khí hiđro
Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy	Ngắn	Thấp hơn kim loại kiềm thổ

7. Địa chỉ cung cấp hóa chất uy tín, giá tốt

Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực cung cấp hóa chất và dụng cụ thí nghiệm, Labvietchem cam kết mang đến cho khách hàng những sản phẩm chính hãng, chất lượng cao. Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng tư vấn và hỗ trợ khách hàng tìm ra giải pháp phù hợp nhất.

Kim loại kiềm thổ là một trong những nhóm hóa học quan trọng trong nghiên cứu khoa học cũng như đời sống. Vui lòng liên hệ với chúng tôi qua hotline 0826 020 020 để được tư vấn và báo giá chi tiết.