Bài 25. Nguyên tố nhóm IIA

a) Vị trí trong bảng tuần hoàn

Nhóm IIA (kim loại kiềm thổ): Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

• Ở nhóm IIA (cột 2)
• Chu kì 2-7
• Ra là nguyên tố phóng xạ

b) Cấu hình electron

Đặc điểm chung: Lớp ngoài cùng có 2 electron (ns²)

c) Xu hướng biến đổi trong nhóm

Từ Be → Ba:

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

a) Trạng thái và màu sắc

• Rắn ở nhiệt độ phòng
• Màu trắng bạc
• Có ánh kim

b) Tính chất đặc trưng

Bảng nhiệt độ nóng chảy:

• Be: 1287°C
• Mg: 650°C
• Ca: 842°C
• Sr: 777°C
• Ba: 727°C

So sánh với kim loại kiềm:

• Cứng hơn
• Nặng hơn
• Nhiệt độ nóng chảy cao hơn
• Tính khử yếu hơn

a) Tính khử

Đặc điểm: Kim loại kiềm thổ có tính khử mạnh (yếu hơn kim loại kiềm)

M → M²⁺ + 2e⁻

Thứ tự tính khử: Be < Mg < Ca < Sr < Ba

b) Phản ứng với phi kim

1. Với O₂:

2Mg + O₂ → 2MgO (t°)

2Ca + O₂ → 2CaO

Lưu ý: Tất cả đều tạo oxit MO (không tạo peroxide)

2. Với Cl₂:

Mg + Cl₂ → MgCl₂ (t°)

Ca + Cl₂ → CaCl₂

3. Với N₂:

3Mg + N₂ → Mg₃N₂ (t° cao)

3Ca + N₂ → Ca₃N₂ (t°)

4. Với H₂:

Ca + H₂ → CaH₂ (t° cao, hydride)

c) Phản ứng với nước

1. Be: Không phản ứng với nước

2. Mg: Phản ứng chậm với nước nóng

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂↑ (t°)

3. Ca, Sr, Ba: Phản ứng mạnh với nước lạnh

M + 2H₂O → M(OH)₂ + H₂↑

Ví dụ:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Hiện tượng:

• Ca: Phản ứng mạnh, sủi bọt khí
• Sr, Ba: Phản ứng rất mạnh

Độ mạnh: Be < Mg < Ca < Sr < Ba

d) Phản ứng với acid

Với HCl, H₂SO₄ loãng:

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

Ca + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂↑

Lưu ý:

• Be, Mg phản ứng chậm hơn kim loại kiềm
• Ca, Sr, Ba phản ứng mạnh

e) Phản ứng với dung dịch muối

Phản ứng với nước trước:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Ca(OH)₂ + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + CaSO₄

Kết quả: Tương tự kim loại kiềm, không thu được kim loại

a) Canxi hydroxide Ca(OH)₂

Tên gọi: Vôi tôi, vôi sống

Tính chất vật lí:

• Rắn, màu trắng
• Tan ít trong nước (0.17g/100ml ở 20°C)
• Dung dịch gọi là nước vôi trong

Tính chất hóa học:

1. Là base mạnh:

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻

2. Phản ứng với acid:

Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O

3. Phản ứng với oxit acid:

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O (nước vôi trong đục)

Ca(OH)₂ + 2CO₂ → Ca(HCO₃)₂ (CO₂ dư, kết tủa tan)

4. Phản ứng với muối:

Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaOH

Điều chế:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (tỏa nhiệt mạnh)

Ứng dụng:

• Sản xuất vữa xây (vôi + cát + nước)
• Khử chua đất trồng
• Xử lí nước thải
• Sản xuất thuốc trừ sâu

b) Canxi carbonate CaCO₃

Tên gọi: Đá vôi, đá hoa, đá phấn

Tính chất vật lí:

• Rắn, màu trắng
• Không tan trong nước
• Có nhiều trong tự nhiên

Tính chất hóa học:

1. Phản ứng với acid:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O

2. Bị nhiệt phân:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑ (t° cao, 900°C)

3. Phản ứng với CO₂ và H₂O:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (tan)

Ứng dụng:

• Sản xuất vôi (CaO)
• Sản xuất xi măng
• Sản xuất thủy tinh
• Làm vật liệu xây dựng

c) Canxi oxide CaO

Tên gọi: Vôi sống

Tính chất vật lí:

• Rắn, màu trắng
• Nhiệt độ nóng chảy cao (2572°C)
• Hút ẩm mạnh

Tính chất hóa học:

1. Phản ứng với nước:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (tỏa nhiệt mạnh)

2. Phản ứng với acid:

CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

3. Phản ứng với oxit acid:

CaO + CO₂ → CaCO₃

Điều chế:

CaCO₃ → CaO + CO₂↑ (t° cao)

Ứng dụng:

• Sản xuất vôi tôi
• Sản xuất xi măng
• Luyện thép (loại tạp chất)
• Chất hút ẩm

d) Magie sulfate MgSO₄

Tên gọi: Muối Epsom

Tính chất:

• Rắn, màu trắng
• Tan trong nước
• Dạng ngậm nước: MgSO₄·7H₂O

Ứng dụng:

• Phân bón (cung cấp Mg, S)
• Y học (nhuận tràng)
• Công nghiệp giấy

e) Nước cứng

Định nghĩa: Nước chứa nhiều ion Ca²⁺, Mg²⁺

Phân loại:

• Nước cứng tạm thời: Chứa Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂
• Nước cứng vĩnh cửu: Chứa CaSO₄, MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂

Tác hại:

• Lãng phí xà phòng
• Gây cặn trong nồi hơi
• Ảnh hưởng sức khỏe (sỏi thận)

Làm mềm nước cứng:

1. Nước cứng tạm thời:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O (đun sôi)

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O

2. Nước cứng vĩnh cửu:

CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄

Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O (dùng Na₂CO₃)

3. Phương pháp chung:

• Dùng Na₃PO₄: 3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻ → Ca₃(PO₄)₂↓
• Dùng chất trao đổi ion (resin)

a) Ứng dụng kim loại kiềm thổ

1. Magie (Mg):

• Hợp kim nhẹ (Al-Mg): Máy bay, ô tô
• Pháo sáng, pháo hoa (cháy sáng)
• Khử kim loại từ hợp chất
• Pin Mg-MnO₂

2. Canxi (Ca):

• Khử kim loại hiếm
• Chất khử ẩm
• Hợp kim

3. Bari (Ba):

• Hợp chất BaSO₄: Chụp X-quang
• Pháo hoa (màu xanh lá)

b) Điều chế kim loại kiềm thổ

Phương pháp: Điện phân nóng chảy

1. Điện phân MgCl₂ nóng chảy:

MgCl₂ → Mg + Cl₂↑ (điện phân nóng chảy)

Cathode (-): Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg

Anode (+): 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻

2. Điều kiện:

• Nhiệt độ: 700-800°C
• Điện cực trơ (graphite)

3. Nguồn MgCl₂:

• Từ nước biển: Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓
• Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O

c) Trong tự nhiên

Trạng thái: Chỉ tồn tại ở dạng hợp chất

Nguồn chính:

• CaCO₃: Đá vôi, đá hoa, đá phấn
• CaSO₄·2H₂O: Thạch cao
• MgCO₃: Magie carbonate
• MgCl₂: Nước biển
• Ca₃(PO₄)₂: Apatit

Trữ lượng:

• Ca: 3.6% vỏ Trái Đất (thứ 5)
• Mg: 2.1% vỏ Trái Đất (thứ 8)