Bài 24. Nguyên tố nhóm IA

a) Vị trí trong bảng tuần hoàn

Nhóm IA (kim loại kiềm): Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

• Ở nhóm IA (cột 1)
• Chu kì 2-7
• Fr là nguyên tố phóng xạ

b) Cấu hình electron

Đặc điểm chung: Lớp ngoài cùng có 1 electron (ns¹)

c) Xu hướng biến đổi trong nhóm

Từ Li → Cs:

• Bán kính nguyên tử tăng
• Năng lượng ion hóa giảm
• Tính kim loại tăng
• Tính khử tăng
• Nhiệt độ nóng chảy giảm

a) Trạng thái và màu sắc

• Rắn ở nhiệt độ phòng
• Màu trắng bạc (Li, Na, K)
• Màu vàng nhạt (Rb, Cs)
• Có ánh kim

b) Tính chất đặc trưng

Bảng nhiệt độ nóng chảy:

• Li: 181°C
• Na: 98°C
• K: 63°C
• Rb: 39°C
• Cs: 28°C

Nhận xét: Nhiệt độ nóng chảy giảm dần từ Li → Cs

a) Tính khử mạnh

Đặc điểm: Kim loại kiềm có tính khử rất mạnh

M → M⁺ + e⁻

Thứ tự tính khử: Li < Na < K < Rb < Cs

b) Phản ứng với phi kim

1. Với O₂:

4Li + O₂ → 2Li₂O (oxit)

2Na + O₂ → Na₂O₂ (peroxide)

K + O₂ → KO₂ (superoxide)

Lưu ý:

• Li tạo oxit Li₂O
• Na tạo peroxide Na₂O₂
• K, Rb, Cs tạo superoxide MO₂

2. Với Cl₂:

2Na + Cl₂ → 2NaCl (phản ứng mạnh, tỏa nhiệt)

3. Với S:

2Na + S → Na₂S (t°)

4. Với H₂:

2Na + H₂ → 2NaH (t° cao, hydride)

c) Phản ứng với nước

Phản ứng chung:

2M + 2H₂O → 2MOH + H₂↑

Ví dụ:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

Hiện tượng:

• Li: Phản ứng mạnh, nổi trên mặt nước
• Na: Phản ứng rất mạnh, nóng chảy thành giọt, chạy trên mặt nước
• K: Phản ứng dữ dội, cháy với ngọn lửa tím, có thể nổ

Độ mạnh: Li < Na < K < Rb < Cs

d) Phản ứng với acid

Với HCl, H₂SO₄ loãng:

2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂↑ (phản ứng dữ dội, nguy hiểm)

Lưu ý: Không cho kim loại kiềm trực tiếp vào acid (rất nguy hiểm)

e) Phản ứng với dung dịch muối

Phản ứng với nước trước:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Kết quả: Không thu được kim loại, mà thu được kết tủa hydroxide

a) Natri hydroxide (NaOH)

Tính chất vật lí:

• Rắn, màu trắng
• Hút ẩm mạnh
• Tan nhiều trong nước, tỏa nhiệt
• Ăn da thịt (gọi là xút)

Tính chất hóa học:

1. Là base mạnh:

NaOH → Na⁺ + OH⁻

2. Phản ứng với acid:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

3. Phản ứng với oxit acid:

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

4. Phản ứng với muối:

2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

5. Phản ứng với kim loại lưỡng tính:

2NaOH + Zn + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

2NaOH + Al + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑

Điều chế:

Điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn:

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + Cl₂↑ + H₂↑

Ứng dụng:

• Sản xuất xà phòng, giấy
• Lọc quặng nhôm
• Sản xuất hóa chất
• Xử lí nước thải

b) Natri carbonate (Na₂CO₃)

Tính chất vật lí:

• Rắn, màu trắng
• Tan trong nước
• Dung dịch có tính base yếu

Tính chất hóa học:

1. Phản ứng với acid:

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

2. Phản ứng với muối:

Na₂CO₃ + CaCl₂ → CaCO₃↓ + 2NaCl

3. Phản ứng với dung dịch base:

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2NaOH

Điều chế:

Phương pháp Solvay:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O → NaHCO₃↓ + NH₄Cl

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O (t°)

Ứng dụng:

• Sản xuất thủy tinh
• Sản xuất xà phòng, bột giặt
• Làm mềm nước cứng
• Công nghiệp giấy

c) Natri chloride (NaCl)

Tính chất:

• Rắn, màu trắng, vị mặn
• Tan nhiều trong nước
• Nhiệt độ nóng chảy: 801°C

Ứng dụng:

• Gia vị, bảo quản thực phẩm
• Nguyên liệu sản xuất NaOH, Cl₂, Na₂CO₃
• Làm tan băng tuyết

d) Natri hydrogencarbonate (NaHCO₃)

Tính chất:

• Rắn, màu trắng
• Tan ít trong nước
• Bị phân hủy khi đun nóng

Phản ứng:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O (t°)

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂↑ + H₂O

Ứng dụng:

• Bột nở làm bánh
• Chữa ợ nóng
• Chữa cháy

a) Ứng dụng kim loại kiềm

1. Natri (Na):

• Sản xuất hợp kim Na-Pb (chống kích nổ xăng)
• Chất làm mát lò phản ứng hạt nhân
• Đèn hơi natri (ánh sáng vàng)
• Khử kim loại từ hợp chất

2. Kali (K):

• Phân bón (KCl, K₂SO₄)
• Hợp kim K-Na (chất làm mát)

3. Lithium (Li):

• Pin lithium (điện thoại, laptop)
• Hợp kim nhẹ (Al-Li)
• Dược phẩm (chữa trầm cảm)

b) Điều chế kim loại kiềm

Phương pháp: Điện phân nóng chảy

1. Điện phân NaCl nóng chảy:

2NaCl → 2Na + Cl₂↑ (điện phân nóng chảy)

Cathode (-): Na⁺ + e⁻ → Na

Anode (+): 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻

2. Điều kiện:

• Nhiệt độ: 600-650°C
• Thêm CaCl₂ để giảm nhiệt độ nóng chảy
• Điện cực trơ (graphite)

3. Bảo quản:

• Ngâm trong dầu hỏa hoặc paraffin lỏng
• Tránh tiếp xúc với không khí, nước
• Bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát

c) Trong tự nhiên

Trạng thái: Chỉ tồn tại ở dạng hợp chất

Nguồn chính:

• NaCl: Nước biển (2.7%), muối mỏ
• Na₂CO₃·10H₂O: Muối trona
• KCl: Muối sylvinite
• NaNO₃: Muối Chile

Trữ lượng:

• Na: 2.8% vỏ Trái Đất (thứ 6)
• K: 2.6% vỏ Trái Đất (thứ 7)