A. Kim loại kiềm

I. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

Kim loại kiềm thuộc nhóm IA của bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố: liti (Li), natri (Na), kali (K), rubiđi (Rb), xesi (Cs) và franxi (Fr)*.

Cấu hình electron nguyên tử:

Li: [He] 2s¹ ; Na: [Ne] 3s¹ ; K: [Ar]4s¹ ; Rb: [Kr] 5s¹ ; Cs: [Xe] 6s¹

II. Tính chất vật lí

Các kim loại kiềm có màu trắng bạc và có ánh kim, dẫn điện tốt, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, khối lượng riêng nhỏ, độ cứng 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).

II. Tính chất hóa học

Các nguyên tử kim loại kiềm có năng lượng ion hóa nhỏ nên có tính khử rất mạnh. Tính khử tăng dần từ liti đến xesi.

$M \to {M^ + } + e$

Trong hợp chất, các kim loại kiềm có số oxi hóa +1.

1 Tác dụng với phi kim

Kim loại kiềm khử dễ dàng các nguyên tử phi kim thành ion âm:

- Tác dụng với oxi

Natri cháy trong khí oxi khô tạo ra natri peoxit (Na₂O₂), trong không khí khô ở nhiệt độ thường tạo ra natri oxit (Na₂O).

- Tác dụng với clo

$2K + C{l_2} \to 2KCl$

2. Tác dụng với axit

Kim loại kiềm khử mạnh ion H⁺ trong dung dịch axit HCl và H₂SO₄ loãng thành khí hiđro:

$2Na + 2HCl \to 2NaCl + {H_2} \uparrow $

Tất cả các kim loại kiềm đều nổ khi tiếp xúc với axit.

3. Tác dụng với nuớc

Kim loại kiềm khử nước dễ dàng ở nhiệt độ thường, giải phóng khí hiđro.

$2K + 2{H_2}O \to 2KOH + {H_2} \uparrow $

Vì các kim loại kiềm dễ tác dụng với nước, với oxi trong không khí nên để bảo quản, người ta ngâm chìm các kim loại kiềm trong dầu hỏa.

IV. Ứng dụng, trạng thái tự nhiên và điều chế

1. Ứng dụng

- Dùng chế tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp.

- Hợp kim liti - nhôm siêu nhẹ, được dùng trong kĩ thuật hàng không.

- Xesi được dùng làm tế bào quang điện.

2. Trạng thái tự nhiên

Các kim loại kiềm không có ở dạng đơn chất mà chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Trong nước biển có chứa một lượng tương đối lớn muối NaCl. Đất cũng chứa một số hợp chất của kim loại kiềm ở dạng silicat và aluminat.

3. Điều chế

Muốn điều chế kim loại kiềm từ các hợp chất, cần phải khử các ion của chúng.

${M^ + } + e \to M$

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

B. Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm

I. Natri hiđroxit

1. Tính chất

- Natri hiđroxit (NaOH) hay xút ăn da là chất rắn, không màu, dễ nóng chảy (t_nc = 322^oC), hút ẩm mạnh (dễ chảy rữa), tan nhiều trong nước và tỏa ra một lượng nhiệt lớn nên cần phải cẩn thận khi hòa tan NaOH trong nước.

- Khi tan trong nước, NaOH phân li hoàn toàn thành ion

- Natri hiđroxit tác dụng được với oxit axit, axit và muối:

2. Ứng dụng

Natri hiđroxit là hóa chất quan trọng, đứng hàng thứ hai sau axit sunfuric.

Natri hiđroxit được dùng để nấu xà phòng, chế phẩm nhuộm, tơ nhân tạo, tinh chế quặng nhôm trong công nghiệp luyện nhôm và dùng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ,...

II. Natri hiđrocacbonat

1. Tính chất

Natri hiđrocacbonat (NaHCO₃) là chất rắn màu trắng, ít tan trong nước, dễ bị nhiệt phân hủy tạo ra Na₂CO₃ và khí CO₂.

NaHCO₃ có tính lưỡng tính (vừa tác dụng được với dung dịch axit, vừa tác dụng được với dung dịch bazơ).

2. Ứng dụng

NaHCO₃ được dùng trong công nghiệp dược phẩm (chế thuốc đau dạ dày,...) và công nghiệp thực phẩm (làm bột nở,...).

III. Natri cacbonat

1. Tính chất

Natri cacbonat (Na₂CO₃) là chất rắn màu trắng, tan nhiều trong nước. Ở nhiệt độ thường, natri cacbonat tồn tại ở dạng muối ngậm nước Na₂CO₃.10H₂O, ở nhiệt độ cao muối này mất dần nước kết tinh trở thành natri cacbonat khan, nóng chảy ở 850^oC.

Na₂CO₃ là muối của axit yếu (axit cacbonic) và có những tính chất chung của muối.

Muối cacbonat của kim loại kiềm trong dung dịch nước cho môi trường kiềm.

2. Ứng dụng

Na₂CO₃ là hóa chất quan trọng trong công nghiệp thủy tinh, bột giặt, phẩm nhuộm, giấy, sợi,...

IV. Kali nitrat

1. Tính chất

Kali nitrat (KNO₃) là những tinh thể không màu, bền trong không khí, tan nhiều trong nước. Khi đun nóng ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy (333^oC), KNO₃ bắt đầu bị phân hủy thành O₂ và KNO₂.

2. Ứng dụng

KNO₃ được dùng làm phân bón (phân đạm, phân kali) và được dùng để chế tạo thuốc nổ.