Kim loại kiềm là tập hợp chung của các nguyên tố nhóm IA trong bảng tuần hoàn. Kim loại kiềm và các hợp chất của nó có nhiều ứng dụng trong cuộc sống và các ngành sản xuất công nghiệp. Hãy cùng VIETCHEM chúng tôi tìm hiểu kim loại kiềm là gì cũng như tính chất, ứng dụng của chúng qua bài viết dưới đây.

1. Kim loại kiềm là chất gì? 

Kim loại kiềm là tên gọi của các nguyên tố thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn (trừ nguyên tố hidro), đứng trước các nguyên tố kiềm thổ trong mỗi chu kỳ. Chúng gồm: Lithi (Li), Natri (Na), Kali (K), Rubidi (Rb), Cesi (Cs) và Franci (Fr). Trong đó Franci là nguyên tố phóng xạ nên không bền. Vì vậy khi nghiên cứu các tính chất đặc trưng của kim loại kiềm ta sẽ không đề cập đến nguyên tố Franci.

Cấu hình nguyên tử của các nguyên tố kiềm lần lượt là:

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

Ta có thể thấy đặc điểm chung là đều có 1 electron lớp ngoài cùng, nên có xu hướng nhường 1e để tạo trạng thái bền vững là các ion dương +1. Chính vì vậy các nguyên tố này có khả năng hoạt động mạnh mẽ. Trong tự nhiên, chúng chủ yếu dưới dạng hợp chất, ít khi ở trạng thái đơn chất. 

Hình ảnh các kim loại kiềm

2. Các tính chất, đặc điểm của kim loại kiềm

2.1 Tính chất vật lý của kim loại kiềm

• Kim loại kiềm là các chất rắn màu trắng bạc. Các tinh thể ở dạng lập phương tâm khối, các liên kết trong mạng tinh thể đều yếu nên độ cứng thấp, các kim loại kiềm thổ đều khá mềm.
• Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, giảm dần từ Lithi đến Franci. 
• Khối lượng riêng nhỏ với D< 5 g/cm3, độ dẫn điện lớn.

Một số tính chất vật lý của kim loại kiềm

2.2 Tính chất hóa học của kim loại kiềm

Do chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng và năng lượng ion hóa thấp, các kim loại kiềm rất dễ nhường electron, thể hiện tính khử cực mạnh nên tính khử của chúng rất mạnh và tăng dần theo chiều từ Lithi dến Cesi. Kim loại kiềm mang số oxi hóa +1 trong tất cả các hợp chất.

Phương trình oxi hóa tổng quát là: M → M+ + e

Các đặc điểm phản ứng đặc trưng của nhóm kim loại kiềm là:

• Phản ứng với phi kim:

• Khi tác dụng với oxy, tùy thuộc vào điều kiện và kim loại cụ thể, sản phẩm tạo ra có thể là oxit, peoxit hoặc superoxit.

4Na + O2 → 2Na2O 

2Na + O2 → Na2O2 (natri peoxit)

Li + O2 → Li2O

• Tác dụng với Halogen: 2K + Cl2 → 2KCl.

Khi tác dụng với dung dịch axit, kim loại kiềm tạo thành muối và giải phóng khí hiđro.

(Phản ứng này tỏa một lượng nhiệt khổng lồ và giải phóng khí hydro (H2​) với tốc độ rất nhanh. Lượng nhiệt này đủ để đốt cháy khí hydro ngay lập tức, gây ra hiện tượng nổ nguy hiểm. TUYỆT ĐỐI không thử nghiệm phản ứng này nếu không có chuyên môn và trang thiết bị bảo hộ đầy đủ).

2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑

• Phản ứng giữa kim loại kiềm và nước sinh ra dung dịch kiềm cùng khí H₂ bay lên:
  

2K + 2H2O → 2KOH + H2↑

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑

Vì kim loại kiềm phản ứng mạnh với nước và oxi trong không khí, chúng được bảo quản bằng cách ngâm trong dầu.

Tìm hiểu thêm: NaOH là chất gì? Tính chất lý hóa và những ứng dụng quan trọng

3. Cách điều chế kim loại kiềm  

Các kim loại kiềm tồn tại dưới dạng hợp chất trong tự nhiên. Phương pháp điều chế kim loại kiềm phổ biến hiện nay là điện phân nóng chảy muối halogenua hoặc hiđroxit của kim loại kiềm trong điều kiện không có không khí.

• Na được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy hỗn hợp NaCl với 25%  NaF và 12% KCl ở nhiệt độ cao, cực dương than chì và cực âm làm bằng Fe.                        

2NaCl →  2Na   +  Cl2

• Li được điều chế bằng cách điện phân hỗn hợp LiCl và KCl.

Ngoài ra các kim loại kiềm còn được điều chế bằng phương pháp khử: Rb và Cs được điều chế bằng cách dùng Canxi khử muối clorua ở nhiệt độ cao và trong chân không:

2RbCl  + Ca → CaCl2 +  2Rb

2CsCl + CaC2 →   2C + CaCl2 +   2Cs

4. Ứng dụng của kim loại kiềm

Kim loại kiềm có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đời sống và các hoạt động sản xuất công nghiệp

Lithi:

• Chế tạo anot của pin lithium.
• Hợp chất Lithi hydroxit sử dụng trong sản xuất chất bôi trơn. Lithi cacbonat là chất phụ gia trong luyện kim. Lithi và hỗn hợp Hydride của nó như Li[AlH4] được sử dụng trong chế tạo năng lượng đẩy tên lửa. 
• Các muối lithi như cacbonat lithi (Li2CO3), citrat lithi và orotat lithi là các chất ổn định thần kinh được sử dụng để điều trị các rối loạn lưỡng cực…

Lithi được ứng dụng trong sản xuất pin

Natri: 

• Được sử dụng trong quá trình sản xuất xà phòng.
• Làm trơn bề mặt kim loại. Tinh chế kim loại nóng chảy.
• Chế tạo đèn hơi natri, một thiết bị cung cấp ánh sáng từ điện năng có hiệu quả.
• Được dùng làm chất lỏng dẫn nhiệt trong một số lò phản ứng nguyên tử.
• Hợp chất Natri, đặc biệt là NaCl, đóng vai trò quan trọng đối với sự sống

Kali:

• Các cation kali có vai trò quan trọng trong các tế bào thần kinh (não và thần kinh), tạo sự cân bằng thẩm thấu giữa các tế bào và dịch kẽ.
• Kali cũng là thành phần thiết yếu giúp cây trồng phát triển tươi tốt. 
• Các hợp chất của kali có nhiều ứng dụng trong công nghiệp như: KNO3 trong chế tạo thuốc súng và phân bón, KCN được dùng trong công nghệ mạ, K2CrO4 trong chế tạo phẩm nhuộm… Hợp kim NaK với điểm nóng chảy thấp và sức căng bề mặt cao được dùng làm chất làm mát trong một số lò phản ứng hạt nhân nhanh và vệ tinh radar. 

Phân Kali rất cần thiết cho cây trồng

Kim loại Cesi dùng chế tạo tế bào quang điện. Ngoài ra kim loại kiềm ứng dụng trong tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ, trong điều chế 1 số kim loại hiếm bằng phương pháp nhiệt luyện..

Qua bài viết trên đây hy vọng đã giúp bạn đọc hiểu thêm về kim loại kiềm thổ là gì Tính chất đặc trưng, cách điều chế cũng như các ứng dụng trong đời sống. Nếu muốn tìm hiểu thêm về các hợp chất hóa học khác thì đừng bỏ qua nhiều bài viết thú vị của chúng tôi trên website vietchem.com.vn

Có thể bạn quan tâm: 

Kim loại kiềm thổ là gì? Tính chất và ứng dụng trong đời sống

Axit là gì? Tính chất hóa học của axit và ứng dụng quan trọng trong cuộc sống