Tính chất của Kim loại kiềm thổ: Tính chất hóa học, vật lí, điều chế, ứng dụng

I. Vị trí và cấu tạo

1. Vị trí của kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn

- Kim loại kiềm thổ thuộc nhóm IIA của bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố beri (Be), magie (Mg), canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba) và rađi (Ra). Trong mỗi chu kì, nguyên tố kim loại kiềm thổ đứng sau nguyên tố kim loại kiềm.

2. Cấu tạo và tính chất của kim loại kiềm thổ

- Cấu hình electron: Kim loại kiềm thổ là những nguyên tố s. Lớp ngoài cùng của nguyên tử có 2e ở phân lớp ns². So với những electron khác trong nguyên tử thì hai eletron ns² ở xa hạt nhân hơn cả, chúng dễ tách khỏi nguyên tử.

- Các cation M²⁺ của kim loại kiềm thổ có cấu hình electron của nguyên tử khí hiếm đứng trước nó trong bảng tuần hoàn.

- Số oxi hóa: Các kim loại kiềm thổ có điện tích duy nhất là 2+. Vì vậy, trong các hợp chất, nguyên tố kim loại kiềm thổ có số oxi hóa là +2.

- Thế điện cực chuẩn: Các cặp oxi hóa – khử M²⁺/M của kim loại kiềm thổ đều có thế điện cực chuẩn rất âm.

II. Tính chất hóa học

- Các kim loại kiềm thổ đều có tính khử mạnh, nhưng yếu hơn so với kim loại kiềm. Tính khử của các kim loại kiềm thổ tăng dần từ Be đến Ba.

1. Tác dụng với phi kim

- Khi đối nóng, các kim loại kiềm thổ đều bốc cháy trong không khí tạo ra oxit.

- Tác dụng với halogen tạo muối halogen.

2. Tác dụng với axit

- Các kim loại kiềm thổ đều khử được H⁺ trong các dung dịch axit (H₂SO₄ loãng, HCl) thành khí hiđro.

   Ca + HCl → CaCl₂ + H₂↑

3. Tác dụng với nước

- Ca, Sr, Ba tác dụng với nước ở nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazơ. Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ thường tạo ra Mg(OH)₂, tác dụng nhanh với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo thành MgO. Be không tác dụng với nước dù ở nhiệt độ cao.

III. Tính chất vật lí

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tương đối thấp (trừ beri )

- Độ cứng tuy có cao hơn kim loại kiềm, nhưng nhìn chung kim loại kiềm thổ có độ cứng thấp.

- Khối lượng riêng tương đối nhỏ, chúng là những kim loại nhẹ hơn nhôm (trừ bari ).

IV. Điều chế

- Trong tự nhiên, kim loại kiềm thổ chỉ tồn tại dưới dạng ion M²⁺ trong các hợp chất. Phương pháp cơ bản điều chế kim loại kiềm thổ là điện phân muối nóng chảy của chúng.

V. Ứng dụng

- Kim loại Be được dùng làm chất phụ gia để chế tạo những hợp kim có tính đàn hồi cao, bền chắc, không bị ăn mòn.

- Kim loại Mg có nhiều ứng dụng hơn cả, được dùng để chế tạo những hợp kim có đặc tính cứng, nhẹ, bền. Những hợp kim này được dùng để chế tạo máy bay, tên lửa, ôtô ,... Kim loại Mg còn được dùng để tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ. Bột Mg trộn với chất oxi hóa dùng để chế tạo chất chiếu sáng ban đêm.

- Kim loại Ca dùng làm chất khử để tách oxi, lưu huỳnh ra khỏi thép. Canxi còn được dùng để làm khô một số hợp chất hữu cơ.