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

Kim loại kiềm thổ, những ngôi sao sáng của 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 tế trong đời sống. Vậy kim loại kiềm thổ là gì và chúng được ứng dụng như thế nào? Hãy cùng LabVIETCHEM 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 Beri (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Stronti (Sr), Bari (Ba) và Radi (Ra). Chúng được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của số hiệu nguyên tử, từ Beri có số hiệu nguyên tử nhỏ nhất đến Radi có số hiệu nguyên tử lớn nhất. Bari, nguyên tố nặng nhất trong nhóm, có tính phóng xạ và được tìm thấy trong một số loại quặng Uranium.

Kim loại kiềm thổ được đặt tên dựa trên tính chất trung gian của oxit chúng, nằm giữa tính 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, các 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 Magnesi là hai đại diện tiêu biểu, lần lượt chiếm 67% và 31%. Stronti và Bari cũng có mặt nhưng với tỷ lệ thấp hơn, còn Radi và Beri chỉ xuất hiện với lượng rất nhỏ.

3. Những tính chất đặc trưng của kim loại kiềm thổ

Tính chất của kim loại kiềm thổ:

3.1. Tính chất hoá học

Các kim loại kiềm thổ, với hai electron lớp ngoài cùng, là những chất khử mạnh. Khả năng nhường electron này càng tăng khi ta đi từ Beri đến Bari do chiều bán kính nguyên tử lớn dần.

Tác dụng với dung dịch axit

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

Phương trình phản ứng:

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Mg + H2SO4(đ,n) → MgSO4 + SO2+ H2O

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

Tác dụng với nước:

Kim loại kiềm thổ tan trong nước với đặc trưng riêng tùy từng loại:

• Magie có phản ứng với nước khác biệt so với các kim loại kiềm thổ còn lại. Ở nhiệt độ thường, magie không phản ứng với nước. Chỉ khi đun nóng, magie mới từ từ tác dụng với hơi nước, tạo thành magie oxit và giải phóng khí hidro.

Phương trình phản ứng có thể xảy ra theo 2 trường hợp sau:

Mg + H2O → MgO + H2↑

Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑

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

Phương trình phản ứng:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

Canxi tác dụng tốt với nước để tạo thành dung dịch kiềm

Phương trình phản ứng:

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

• Beri là một kim loại kiềm thổ có tính chất khá đặc biệt. Nó không phản ứng với nước nhưng lại tan dễ dàng 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:

• 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 bị đốt nóng trong không khí, các kim loại kiềm thổ sẽ phản ứng và tạo ra oxit. Phương trình: 2 Ca + O2 → 2 CaO
• Các oxit bền dễ bị kim loại kiềm thổ tạo phản ứng khử:

2Mg + CO2 → 2MgO + C

2Be + TiO2 → 2BeO + Ti

3.2 Tính chất vật lý

Kim loại kiềm thổ có tính chất vật lý đặc trưng: mềm, màu sắc nhạt. Độ cứng của chúng giảm dần từ beri 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 các kim loại kiềm thổ rất đa dạng và không theo quy luật nhất định. Bari có cấu trúc lập phương tâm khối, trong khi canxi và stronti có cấu trúc lập phương tâm diện. Riêng beri và magie lại có cấu trúc lục giác.

Nguyên tố

Khối lượng riêng

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

Magnesi

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

Radi

5,5 g/ cm³

973 °K ​(700 °C, ​1292 °F)

2010 °K ​(1737 °C, ​3159 °F)

ở 20 °C: 1 µ Ω·m

Màu sắc của kim loại kiềm thổ trắng bạc hoặc xám nhạt

4. Phương pháp điều chế kim loại kiềm thổ

Do tính hoạt động hóa học cao, các kim loại kiềm thổ rất 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 nóng chảy muối của kim loại tương ứng. Các phản ứng điều chế như sau:

MgCl2 → Mg+Cl2

CaCl2 → Ca+Cl2

5. Ứng dụng của kim loại kiềm thổ

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

Stronti:

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

Bari:

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

Beri:

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

Canxi ứng dụng trong sản xuất xi măng

Magie:

• Ứng dụng trong công nghiệp: Magie được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô do có khối lượng nhẹ và độ bền cao.
• Trong luyện kim: Magie được sử dụng để khử các oxit kim loại, 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 kiềm thổ, từ đó khám phá những đặc điểm riêng biệt của từng nhóm.

Tiêu chí so sánh

Kim loại kiềm thổ

Kim loại kiềm

Định nghĩa

Nằm trong nhóm IIA

Nằm trong nhóm IA

Phản ứng với nước

Chỉ có Ca, Ba, Sr tác dụng với nước

Mg không tan trong nước và tan chậm trong nước nóng

Be không tan trong nước

Có phản ứng tạo ra dung dịch kiềm và giải phóng khí Hidro

Nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy

Thấp

Thấp hơn kim loại kiềm thổ

7. Địa chỉ cung ứng hoá chất uy tín, giá tốt

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

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