LECTURE CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IA IIA IIIA - HÓA VÔ CƠ - PCHE330

HÓA VÔ CƠ – PCHE330

B6: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IA VÀ IIA

1

Mục tiêu  Trình bày, so sánh đặc điểm cấu trúc nguyên tử của

các nguyên tố nhóm IA và IIA  Viết được phương trình phản ứng, giải thích tính chất vật lý, hóa học của các nguyên tố và hợp chất Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba  Trình bày ứng dụng và độc tính của các đơn chất và hợp chất dùng trong ngành Y- Dược

2

Các nguyên tố nhóm IA Phân nhóm IA còn được gọi là Kim loại kiềm

4

Các nguyên tố nhóm IIA Phân nhóm IIA còn được gọi là Kim loại kiềm thổ

5

Đặc điểm nguyên tử  Nhóm IA

 Nhóm IIA

 Có 1 electron ở lớp ngoài

 Có 2 electron ở lớp ngoài

cùng Cấu hình chung: ns1 Rất dễ cho 1 electron ở lớp ngoài cùng để có cấu hình bền giống khí hiếm  rất hoạt động Số OXH duy nhất trong hợp chất: +1 Có thể tồn tại ở thể khí Li2, Na2, K2, Rb2, Cs2

cùng Cấu hình chung: ns2 Dễ cho 2 electron ngoài cùng  là kim loại hoạt động nhưng kém hơn so với nhóm IA cùng chu kỳ Số OXH đặc trưng: +2, đôi khi có số oxy hóa +1 Có thể tồn tại được ở thể khí đơn nguyên tử

 





 





6

Đặc điểm nguyên tố nhóm IA  Xu hướng biến đổi tính chất rất đều đặn

7

Đặc điểm nguyên tố nhóm IA  Năng lượng ion hóa giảm đột ngột giữa Mg và Ca

8

Tính chất của kim loại đơn chất  Nhóm IA

 Nhóm IIA

 Mềm, có thể cắt bằng

 Cứng và đặc hơn KL IA

dao  Nhẹ, có thể nổi trên nước  Tnc thấp

nhưng vẫn mềm hơn so với KL chuyển tiếp như Fe, Cr…  Tnc cao hơn so với KL IA

 Kim loại kiềm dễ tan lẫn

vào nhau, dễ tan trong thủy ngân, tan được trong amoniac lỏng

 Kim loại kiềm thổ dễ tạo

hợp kim với các kim loại khác (nhất là Mg)

9

Tính chất của kim loại đơn chất  Kim loại kiềm và kiềm thổ rất hoạt động hóa học nên trong

tự nhiên chỉ tìm thấy dạng hợp chất  Tính khử mạnh (tăng dần từ trên xuống dưới trong cùng phân nhóm)  tính chất hóa học đặc trưng  Khử nước để giải phóng H2 và tạo dung dịch kiềm

(Be và Mg phản ứng chậm vì có lớp vỏ oxyd bảo vệ)  Khử hydro tạo thành hydrid  Khử Oxy tạo thành oxyd, peroxyde và superoxyde  Khử halogen tạo muối halogenide

Thảo luận: 1. Phương trình phản ứng 2. Phân biệt các kim loại khi tác dụng với O2 không khí tạo oxyd, peroxyd và superoxyd.

10

Tính chất của ion  Các ion của KL kiềm và kiềm thổ

đều không màu  Khi đốt trong ngọn lửa cho màu đặc trưng         

Li: đỏ Na: vàng K: tím Rb: tím hồng Cs: xanh da trời Be và Mg: không màu Ca: đỏ cam Sr: đỏ son Ba: lục hơi vàng

11

Đặc điểm bất thường của Li và Be  Có xu hướng tạo liên kết cộng hóa trị hơn là tạo liên

kết ion trong hợp chất  Tính tan trong nước kém hơn so với KL cùng phân nhóm (tất cả hợp chất của Be đều có liên kết cộng hóa trị)  Be, BeO và Be(OH)2 có tính lưỡng tính: Be kim

loại, oxyd BeO và Be(OH)2 có thể tan trong dung dịch kiềm mạnh hoặc trong kiềm nóng chảy tạo berilate và giải phóng H2 (giống với Al) Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2 Be + 2NaOH → Na2[BeO2] + H2 Be(OH)2 + NaOH → Na2[Be(OH)4] 12

Tính chất chung của hợp chất  Tính tan trong nước  Hợp chất của kim loại kiềm dễ tan trong nước (trừ Li)  Nhiều hợp chất của kim loại kiềm thổ ít tan trong nước

(đặc điểm khác nhau rõ rệt giữa nhóm IIA và IA)  Oxyd: BeO không tan; MgO tan chậm trong nước nóng; CaO, SrO,

BaO tan tốt trong nước tạo hydroxide và tỏa nhiệt  Hydroxyde: Be(OH)2 và Mg(OH)2 rất ít tan, Ca(OH)2 tan trung bình, Ba(OH)2 và Sr(OH)2 tan tốt  Muối: • Muối Cl-, Br-, I-, NO3-, CH3COO-, CN-, SCN- đều dễ tan • Muối F- khó tan (trừ BeF2 dễ tan) • Muối SO42- của: Mg và Be tan, Ca và Sr ít tan, Ba không tan • Muối CrO4- , C2O42-, PO43-, CO32- đều ít tan 13

Tính chất chung của hợp chất 

Tính ngậm nước  Đa số muối của KL kiềm thổ đều tạo dạng ngậm nước  Ứng dụng tính ngậm nước để làm chất hút ẩm

CaCl2

45,3 oC

→

CaCl2.4H2O

31 oC

→

CaCl2.6H2O

CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O to CaSO4.2H2O → CaSO4 + 2H2O

14

Hợp chất của Liti (Lithium)  Lithium carbonate (Li2CO3) và lithium citrate: dùng làm

thuốc chống loạn thần.  Ion Li+: có độc tính nên trong điều trị phải giám sát chặt chẽ nồng độ trong máu

15

Hợp chất của Natri (Sodium)  Natri clorid (Sodium chloride): Na+ và Cl- là các ion hiện

diện phần lớn trong dịch ngoài tế bào

 Dung dịch NaCl 0,9% đẳng trương với dịch cơ thể

 Na+ có tác dụng giữ nước  thận trọng khi sử dụng đối

với người bị bệnh tim mạch và thận

16

Hợp chất của Natri (Sodium)  NaOH: hóa chất cơ bản  Điều chế: điện phân có màng ngăn dd NaCl

2NaCl + 2H2O

2NaOH + H2 + Cl2

 Nước Javen: có thành phần chứa Natri hypoclorid, tác

dụng tẩy trắng  Điều chế: điện phân không có màng ngăn dd NaCl

NaCl + H2O NaClO + H2 Hoặc sục khí Cl2 vào dung dịch NaOH 2NaOH + Cl2 NaClO + NaCl + H2O

17

Hợp chất của Kali (Potassium)  Kali clorid: chất bổ sung K+ trong trường hợp thiếu K  K+ tham gia dẫn truyền xung động thần kinh  Thiếu K+ trong máu  mệt mỏi, yếu hoặc liệt cơ, rối loạn

co bóp cơ tim  Thừa K+ trong máu  loạn cử động, mê man, thay đổi nhịp tim, ngừng tim

18

Hợp chất của Magie (Magnesium)  Khoáng vật quan trọng của Mg là cacnalit

(KCl.MgCl2.6H2O), magiezit (MgCO3), dolomit (MgCO3.CaCO3)  Đá talc (Mg3Si4O10(OH)2) có nhiều ứng dụng trong ngành dược (trong kỹ thuật bào chế)

19

Hợp chất của Magie (Magnesium)  Mg là nguyên tố sinh học:  Mg2+ là ion có trong nhiều enzyme, cơ thể người chứa khoảng 20-25 g Mg  Thành phần tạo xương  Mg2+ kiểm soát lượng Ca2+ xâm nhập vào tế bào  vai trò trong điều trị bệnh tim mạch, giữ cho hệ TK và cơ không hoạt động quá mức

 Làm thuốc  Thuốc kháng acid  Thuốc nhuận tẩy  Thuốc chống co giật (tiêm bắp hoặc dưới da)  Tá dược trơn bóng

20

Hợp chất của Canxi (Calcium)  Khoáng vật quan trọng của Ca là các hợp chất carbonate:

CaCO3 đá vôi, đá phấn; hoặc thạch cao (CaSO4.2H2O), apatit (Ca3(PO4)2), …  Vôi sống là CaO có nhiều ứng dụng trong xây dựng, tẩy rửa, sát trùng…

CaCO3 Đá vôi

1000oC

→

CaO + H2O

CaO + Vôi sống →

CO2

Ca(OH)2 Vôi tôi 21

Hợp chất của Canxi (Calcium)  Ca không thể thiếu cho sự sống:  Ca cần cho xương: thành phần cấu tạo xương và răng

 Ca2+ có liên quan đến sức co bóp cơ tim, sự đông máu,

tham gia dẫn truyền thần kinh (thiếu Ca2+ trong máu gây co giật)  Ứng dụng Canxi trong ngành Y-Dược:  CaCO3: thuốc kháng acid (ít gặp)  CaCl2; Ca-gluconate, Ca-citrate: thuốc bổ sung canxi  CaSO4.2H2O (thạch cao): bột bó (khi gãy xương)

 Tác dụng thận trọng  Khả năng lắng đọng gây sỏi thận, sỏi mật, sỏi khớp…

 Sự hấp thu calci của cơ thể cần có mặt vitamin D3 (Dùng

kèm Calci và Vitamin D3 để tăng hấp thu.

22

Hợp chất của Bari (Barium)  Độc tính: Các hợp chất Ba tan trong nước đều có tính độc  Làm thuốc  BaSO4: thuốc cản quang

23

Tổng kết  Kim loại kiềm (nhóm IA) và kim loại kiềm thổ (nhóm

IIA) là những nguyên tố đầu chu kỳ, có tính khử mạnh do chỉ có 1 hoặc 2 electron ở lớp ngoài cùng  Kim loại kiềm có số oxy hóa duy nhất là +1  Kim loại kiềm thổ có số oxy hóa phổ biến là +2  Đa phần các nguyên tố nhóm IA và IIA tạo hợp chất ion (ngoại trừ Li và Be)  Đặc điểm khác nhau đặc trưng giữa hai nhóm là tính tan trong nước của các hợp chất: đa phần hợp chất của nhóm IIA ít tan, trong khi hầu hết hợp chất của nhóm IA tan tốt 24

HÓA VÔ CƠ – PCHE330

B7: CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM IIIA

1

Mục tiêu  So sánh đặc điểm cấu trúc nguyên tử của các nguyên

tố nhóm IA, IIA và IIIA  Viết được phương trình phản ứng, giải thích tính chất vật lý, hóa học của các nguyên tố và hợp chất của B và Al  Trình bày ứng dụng và độc tính của các đơn chất và hợp chất dùng trong ngành Y- Dược

2

Nguyên tố nhóm IIIA Phân nhóm IIIA

4

Đặc điểm nguyên tử B và Al đứng ngay sau nhóm KL kiềm thổ: lớp liền kề bên trong có 8 e  Ga, In và Tl đứng sau nhóm KL chuyển tiếp: lớp liền kề bên trong có 18 e  Tính chất các nguyên tố trong phân nhóm IIIA không giống nhau nhiều 

5

Đặc điểm nguyên tử Tính chất

B

Al

Ga

In

Tl

Cấu hình electron

[He]2s22p1

[Ne]3s23p1

[Ar]3d104s2 4p1

[Kr]4d105s2 5p1

[Xe]5d106s2 6p1

Năng lượng I1, eV

8,30

5,95

6,0

5,8

6,1

Năng lượng I2, eV

25,15

18, 82

20,43

18,79

20,32

Năng lượng I3, eV

37,92

28, 44

30,6

27,9

29,7

Thế điện cực Eo , V

-

-1,66

-0,53

-0,342

+0,72

 Bo không dễ mất 3e để tạo ion  tính á kim  Khuynh hướng tạo ion 3+ tăng đột ngột ở Al  kim loại hoạt

động mạnh  Trạng thái OXH +1 có độ phổ biến tăng dần từ Ga đến Tl

6

Tính chất đặc biệt của Bor  Trong tất cả hợp chất, B có liên kết cộng hóa trị  Là hệ thiếu electron, còn orbital trống  tạo liên kết phối trí

với phần tử có cặp electron chưa liên kết 532 kJ/mol

1s2 2s2 2p1

1s2 2s1 2p2

7

Tính chất đặc biệt của Bor  B(OH)3 có tính acid  Thường viết là H3BO3 nhưng chỉ là

acid 1 nấc (yếu hơn cả acid carbonic)

B(OH)3 + 2H2O  B(OH)4- + H3O+

Ka = 5,6 x 10-10

 B(OH)3 có thể liên kết với nhau để làm đầy lớp vỏ

eletron của nguyên tử B  Ví dụ: tetraborate

Natri tetraborate (Borax) Na2B4O7.10H2O 8

Hợp chất của Bor  B và hợp chất của nó ở lượng lớn có độc tính  Acid boric và borate có tính kìm khuẩn yếu  dùng

làm chất chống nhiễm khuẩn ngoài da  Dung dịch acid boric 3%: thuốc rửa mắt hoặc bôi họng  Natri tetraborate: súc miệng, bôi cổ họng, rửa mắt, dùng

trong cream bôi ngoài da, làm dung dịch đệm cho thuốc nhỏ mắt  Natri perborate (Na2[B2O4(OH)4]): thuốc sát trùng tại chỗ do giải phóng H2O2  Natri tetraborate decahydrate: còn gọi là hàn the, độc,

gây nhức đầu và nôn mửa 9

Tính chất của Nhôm đơn chất  Tính chất vật lý  Kim loại trắng ánh bạc, mềm, dễ dát mỏng, kéo thành sợi  Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt  tnc = 650oC; ts = 2467oC  Nhẹ, khối lượng riêng = 2.700 kg/m3  Dễ tạo hợp kim  Hợp kim có tính nhẹ

10

Tính chất của Nhôm đơn chất  Tính chất hóa học  Ở điều kiện thường, bề mặt nhôm bị bao bọc bởi màng oxide nhôm mỏng kém hoạt động. Nếu làm mất màng mỏng oxide, Al dễ dàng bị oxy hóa bởi oxy không khí 4Al + 3O2  2Al2O3

Ho = -1676 kJ/mol

 Al thể hiện tính khử  Với oxyd kim loại khác (phản ứng nhiệt nhôm)

   

2Al + Cr2O3  Al2O3 + 2Cr Ho = -535 kJ/mol 2Al + Fe2O3  Al2O3 + 2Fe Ho = -856 kJ/mol Với clo, brom ở nhiệt độ thường Với iod khi đun nóng Với nitơ, lưu huỳnh, cacbon ở nhiệt độ 700 – 800oC Không tương tác với H2 11

Tính chất của Nhôm đơn chất  Tính chất hóa học  Tính lưỡng tính:

2Al + OH- + 6H2O  2[Al(OH)4]- + 3H2 2Al + 6H3O+  2Al3+ + 3H2 + 6H2O  Bản chất Al dễ đẩy H ra khỏi H2O nhưng do lớp oxide bảo vệ

nên Al không tác dụng với nước, không tác dụng với dung dịch loãng của acid yếu (phosphoric và acetic)

 Bị thụ động trong acid nitric và acid sulfuric đặc nguội

12

Nhôm oxyd (Al2O3)  Nhôm oxide tồn tại dưới 2 dạng:  Al2O3 - : tính hoạt động hóa học cao, tạo thành từ sự nhiệt phân

Al(OH)3 ở 500 – 600 oC  Al2O3 - : khá trơ, tồn tại trong tự nhiên hoặc nhiệt phân Al(OH)3 ở trên 1000 oC

 Trong mạng lưới tinh thể có sự phối trí e giữa O2- và Al3+

 thể hiện tính chất của liên kết cộng hóa trị  Ở 1000oC, Al2O3 tương tác với hydroxide, carbonate, hydrosulfate, disulfate kim loại kiềm nóng chảy Al2O3 + Na2CO3  2NaAlO2 + CO2 13

Nhôm hydroxyde (Al(OH)3)  Màu trắng, thực tế không tan trong nước  Để lâu bị mất nước dần, sấy khô bị mất nước tạo oxide

2Al(OH)3  Al2O3 + 3H2O  Có tính lưỡng tính điển hình

Al(OH)3 + 3HCl  AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + NaOH  NaAlO2 + 2H2O  Al(OH)3 có tính acid yếu hơn nấc thứ 1 của acid carbonic

 bị (CO2 + H2O) đẩy ra khỏi muối NaAlO2 + CO2 + 2H2O  NaHCO3 + Al(OH)3

14

Nhôm hydroxyde (Al(OH)3)  Ứng dụng Al(OH)3 làm thuốc trung hòa dịch vị  Chú ý: ion Al3+ có tính gây táo bón; đã thấy độc tính mạn của

nhôm ảnh hưởng đến não (biểu hiện ra ở người cao tuổi)

15

Phèn nhôm  Phèn là một loại muối kép, dạo

dạng tinh thể đẹp, có hoặc không có màu M2SO4.E2(SO4)3.24H2O M là Na, K, Rb, Cs, Tl E là Al, Cr, Fe, Ga, In, Tl, Co  Phèn nhôm – kali:

K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O, còn được gọi là phèn chua vì có vị chua, dùng trong công nghiệp dệt, giấy, thuộc da, làm trong nước.

16

Hợp chất khác của nhôm  Nhôm silicate hydrate hóa  Kaolin: Al2O3.2SiO2.2H2O có tính hút ẩm, làm thuốc rắc hoặc bột nhão để chữa bệnh ngoài da  Bentonit: Al2O3.4SiO2.2H2O có tính hút nước mạnh và

trương nở tạo gel  chất gây treo ổn định huyền phù

17

Tổng kết  Nguyên tố phân nhóm IIIA có tính chất không giống

nhau (do hiệu ứng cặp trơ); số OXH +3 phổ biến ở các nguyên tố đầu nhóm và số OXH +1 phố biến ở các nguyên tố cuối nhóm  Nguyên tử nguyên tố nhóm IIIA đều thể hiện tính khử  B có tính chất của một á kim, tạo liên kết cộng hóa trị trong hợp chất  Al có tính lưỡng tính đặc trưng  Trong ngành Dược, hợp chất của B thường được ứng dụng làm thuốc kìm khuẩn, hợp chất nhôm (nhôm hydroxide) được dùng làm thuốc trung hòa acid dịch vị.

18