Kim loại kiềm – Wikipedia tiếng Việt

Kim loại kiềm (tiếng Anh: Alkali metal) là một nhóm các nguyên tố hóa học gồm có lithi (Li), natri (Na), kali (K),[a] rubidi (Rb), caesi (Cs)[b] và franci (Fr). Các kim loại kiềm cùng với hydro tạo thành nhóm 1,[c] nằm trong khối nguyên tố s của bảng tuần hoàn. Tất cả các kim loại kiềm đều có electron ngoài cùng nằm ở orbital-s, và do có chung cấu hình electron giúp các nguyên tố này có các tính chất hóa học tương đối giống nhau.[d] Các nguyên tố kim loại kiềm cũng là những ví dụ tốt cho xu hướng biến đổi tuần hoàn trong bảng tuần hoàn hóa học, với các nguyên tố thể hiện tính đồng đẳng trong các phản ứng.[5] Nhóm các nguyên tố này cũng thường được gọi là họ lithium (tiếng Anh: lithium family), lấy tên nguyên tố đầu tiên của nhóm này là lithi.

Các kim loại kiềm có ánh kim, mềm, thuận tiện phản ứng ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn và dễ nhường đi electron ngoài cùng của nó để trở thành một cation với số oxi hóa + 1. Nó hoàn toàn có thể được cắt thuận tiện bởi một lưỡi dao nhờ độ mềm của chúng, lộ ra một mặt phẳng ánh kim nhưng bị rữa ngay sau đó do tính năng với nước và ôxy ( nếu với lithi là nitơ ) trong không khí. Do sự dễ phản ứng của chúng, những kim loại kiềm thường được dữ gìn và bảo vệ trong dầu hỏa để tránh nó bị hỏng khi để trong không khí. Tất cả những kim loại kiềm đều phản ứng với nước, càng kim loại ở những chu kỳ luân hồi sau càng phản ứng can đảm và mạnh mẽ hơn – từ đó khiến caesi là nguyên tố phản ứng thuận tiện và mạnh nhất trong nhóm .Tất cả những kim loại kiềm đều Open trong tự nhiên dưới dạng hợp chất thay vì dạng đơn chất của chúng, với natri dễ tìm nhất – sau đó là kali, lithi, rubidi, caesi và ở đầu cuối là franci – vốn rất hiếm do tính phóng xạ mạnh của nó, khi chỉ Open vài phút trong vết đồng vị phóng xạ như một bước trong chuỗi phân rã trong tự nhiên. Ununenni ( Uue ) – nguyên tố được Dự kiến là nguyên tố tiếp theo trong họ kim loại kiềm vẫn chưa được tổng hợp thành công xuất sắc, dù cho nhiều thí nghiệm tổng hợp đã được thực thi. Tuy nhiên, Ununenni hoàn toàn có thể không phải là kim loại kiềm do hiệu ứng lượng tử, khi mà hiệu ứng này đã giúp Dự kiến nhiều đặc thù hóa học của những nguyên tố siêu nặng .

Đa số các kim loại kiềm đều có nhiều ứng dụng thực tiễn. Một trong những ứng dụng được biết tới nhiều nhất là việc sử dụng rubidi và caesi trong các đồng hồ nguyên tử, mà đồng hồ nguyên tử của caesi được làm chuẩn cho đơn vị thời gian giây. Các hợp chất của natri cũng có nhiều ứng dụng, mà cụ thể là đèn hơi natri và muối ăn – hợp chất của natri và chlor đã được sử dụng từ lâu. Lithi được sử dụng để làm thuốc điều trị tâm thần hoặc làm anot của các pin lithi. Natri, kali và lithi đều là các nguyên tố khoáng như các chất điện li các dung môi sinh học, và mặc dù các nguyên tố kim loại kiềm khác không phải nguyên tố khoáng – chúng đều có những ảnh hưởng, dù tốt hay xấu lên cơ thể động vật.

Bạn đang đọc: Kim loại kiềm – Wikipedia tiếng Việt

Mẫu quặng petalite – mẫu quặng đầu tiên chứa lithi được phát hiện và điều chế ra lithi nguyên chất.

Các hợp chất của natri đã được biết tới từ thời cổ đại, như muối (hay natri chloride) là gia vị, đồng thời là hàng hóa quan trọng trong các hoạt động của con người, với từ tiếng Anh salt được biến điệu từ từ salary – lấy nguyên gốc từ “salarium“, khi mà những người lính La Mã được trả tiền để có thể mua muối ăn.[6] Quặng potash cũng đã được sử dụng từ thời cổ đại, nhưng trong phần lớn chiều dài lịch sử người ta không biết rằng nó không phải là một muối khoáng của natri. Georg Ernst Stahl đã có những bằng chứng từ thí nghiệm thực tiễn, điều đó giúp ông đưa ra ý tưởng về việc công bố sự khác nhau cơ bản giữa các muối của natri và kali vào năm 1702,[7] và Henri-Louis Duhamel du Monceau đã chứng minh sự khác biệt này vào năm 1736.[8] Tuy nhiên, hợp chất cụ thể của kali và natri và trạng thái tự nhiên của hai nguyên tố này vẫn chưa được biết tới khi đó – từ đó cũng khiến Antoine Lavoisier không thêm bất cứ nguyên tố kim loại kiềm nào vào danh sách các nguyên tố hóa học của ông vào năm 1789.[9][10]

Kali nguyên chất được điều chế lần tiên phong vào năm 1807 tại Anh bởi Humphry Davy, ông làm điều này bằng cách điều chế từ kali hydroxide, sau đó điện phân muối nóng chảy mới bởi pin Volta – dụng cụ mới được ý tưởng khi đó. Các thử nghiệm điện phân trước đó đều thất bại do năng lực phản ứng mạnh của kali, tuy nhiên thành công xuất sắc này cũng lưu lại lần tiên phong kim loại được phân lập bằng giải pháp điện phân. [ 11 ] Cùng năm, Davy cũng công bố việc ông điều chế natri nguyên chất, cũng với một hóa chất tương tự là xút bởi một kĩ thuật tương tự, từ đó công bố nguyên tố mới và định nghĩa hai muối của hai kim loại này trọn vẹn khác nhau. [ 9 ] [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ]

Johann Wolfgang Döbereiner là người đầu tiên chỉ ra những điểm tương đồng ở các nguyên tố mà ngày nay được biết tới là kim loại kiềm.

Petalite (hay LiAlSi4O10) được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 bởi nhà hóa học người Brasil José Bonifácio de Andrada tại một hầm mỏ trên đảo Utö, Thụy Điển.[14][15][16] Tuy nhiên, phải tới năm 1817, khi phân tích mẫu quặng này, Johan August Arfwedson khi đang làm việc trong phòng thí nghiệm của Jöns Jacob Berzelius mới phát hiện ra sự xuất hiện của một nguyên tố mới.[17][18] Nguyên tố mới này khi tạo thành các hợp chất có các tính chất tương tự như natri và kali, dù cho dạng muối carbonate và hydroxide của nó tan ít hơn trong nước, nhưng lại tạo ra môi trường kiềm mạnh hơn.[19] Berzelius đã đặt tên cho nguyên tố chưa biết này là lithion/lithina, lấy nguyên gốc từ từ λιθoς (chuyển tự: lithios, có nghĩa là hòn đá) trong tiếng Hy Lạp cổ đại, để nhấn mạnh nguồn gốc tìm ra nguyên tố này từ trong các quặng rắn, khác với kali khi được tìm thấy trong tro khi đốt các loài thực vật, hay natri với nồng độ tương đối trong máu động vật. Kim loại bên trong quặng petalite được ông đặt tên là lithium.[20][15][18] Liti, natri và kali đều là một phần trong quá trình tìm ra sự biến đổi tuần hoàn của bảng tuần hoàn, khi chúng cùng nằm trong một bộ ba các nguyên tố chung một nhóm và được Johann Wolfgang Döbereiner chỉ ra những điểm giống nhau về tính chất hóa học vào năm 1850.[21]

Một mẫu quặng Lepidolite, mẫu quặng chứa rubidi đầu tiên giúp điều chế ra nguyên tố này.

Rubidi và caesi là những nguyên tố đầu tiên được phát hiện mới bằng việc sử dụng một máy quang phổ – thiết bị mới được phát minh vào năm 1859 bởi Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff.[22] Trong năm tiếp theo, họ tìm ra caesi trong các mẫu nước khoáng từ Bad Dürkheim, Đức. Năm 1861, hai nhà khoa học này tìm ra rubidi trong các mẫu quặng lepidolite.[23] Tên của rubidi và caesi bắt nguồn từ quang phổ phát xạ của chúng, với một đường xạ đỏ của rubidi (lấy từ tiếng Latinh từ rubidus, nghĩa là đỏ đậm hay đỏ chói) và một đường xạ xanh da trời của caesi (lấy từ tiếng Latinh từ caesius, nghĩa là xanh da trời).[24][25]

Khoảng năm 1865, John Newlands xuất bản một ấn bản mà ở đó ông liệt kê các nguyên tố theo chiều tăng dần của nguyên tử khối, cùng với đó là những nguyên tố có tính chất vật lý/hóa học tương tự nhau được xếp vào từng nhóm tám nguyên tố một – ông làm điều này dựa trên những quãng tám của âm nhạc, khi mà các nốt nhạc trong cùng một quãng tám có các tính chất âm tương đồng nhau.[26][27] Ấn bản này của ông liệt kê toàn bộ các nguyên tố kim loại kiềm được biết tới khi đó (từ lithi tới caesi), cùng với đồng, bạc và thali (nguyên tố thể hiện số oxi hóa +1 trong các hợp chất giống với kim loại kiềm) đều được xếp vào một nhóm. Tuy nhiên, ông cũng xếp hydro vào cùng nhóm với các halogen.[21]

Xem thêm: Bộ số 2: Diện Chẩn căn bản cho người mới – 9 món – Diện Chẩn Bùi Quốc Châu dụng cụ chính hãng

Bảng tuần hoàn của Dmitri Mendeleev vào năm 1871 xếp hydro và các kim loại kiềm vào nhóm I, sau đó là đồng, bạc và vàng.

Sau năm 1869, Dmitri Ivanovich Mendeleev trong bảng tuần hoàn hóa học của mình, ông sắp xếp lithi đứng đầu nhóm các nguyên tố với natri, kali, rubidi, caesi và thali.[28] Hai năm sau đó, Mendeleev chỉnh lý lại bảng tuần hoàn của mình, đặt hydro trong cùng nhóm 1 và trước lithi, ông cũng đồng thời chuyển thali xuống nhóm Bor. Trong phiên bản năm 1871, đồng, bạc và vàng xuất hiện tới hai lần, vừa trong nhóm IB, vừa xuất hiện trong “nhóm VII” mà ngày nay trở thành các nhóm từ 8 tới 11.[29][e] Sau khi bảng tuần hoàn gồm 18 cột lần đầu tiên được giới thiệu, nhóm nguyên tố IB được chuyển tới vị trí như hiện của chúng tại khối nguyên tố d, còn các kim loại kiềm được đặt tại nhóm IA. Năm 1988, nhóm này được đổi tên thành nhóm 1. Tên gọi chung “kim loại kiềm” tới từ việc các hydroxide của các nguyên tố trong nhóm 1 này đều tạo ra những môi trường kiềm mạnh khi tan trong nước.[5]

Có tối thiểu bốn lần người ta thất bại trong việc phát hiện nguyên tố ở đầu cuối trong nhóm kim loại kiềm, [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] trước khi Marguerite Perey thuộc Viện Curie tại Paris, Pháp tìm ra nguyên tố franci vào năm 1939 trong khi tinh chế một mẫu actini-227, được báo cáo giải trình có mức nguồn năng lượng phân rã là 220 keV. Tuy nhiên, Perey đã phát hiện những hạt phân rã có mức nguồn năng lượng dưới 80 keV, khiến bà nghĩ rằng việc phân rã này đã được triển khai bởi một tác nhân phân rã chưa được biết tới Open trong quy trình tinh khiết hóa mẫu actini-227. Các thử nghiệm khác nhau đã loại trừ năng lực tác nhân mới này là thori, radi, chì, bismuth hay thali. Sản phẩm mới được sinh ra biểu lộ những đặc thù hóa học của một kim loại kiềm, điều này khiến Perey tin rằng đây chính là nguyên tố có số hiệu 87, là mẫu sản phẩm của quy trình phân rã alpha của actini-227. [ 33 ] Sau đó, Perey đã thử nghiệm để xem liệu phân rã beta có tạo ra mẫu sản phẩm khác với phân rã alpha hay không, bà đặt nguồn tia alpha ở mức 0,6 %, sau này nâng lên 1 % theo phương trình : [ 34 ]

Ac

89
227

→

21
,
77
n

ă

m

α

Fr

87
223

→

22
p
h

ú

t

β

−

Ra

88
223

→

11
,
4
n
g

à

y

α

Rn

86
219

{\displaystyle {\ce {^{227}_{89}Ac ->[{α}][{21,77 năm}] ^{223}_{87}Fr ->[{β−}][{22 phút}] ^{223}_{88}Ra ->[{α}][{11,4 ngày}] ^{219}_{86}Rn}}}

Xem thêm: [TGDG] Tất tần tật máy lọc nước ion kiềm là gì có tốt & chữa bệnh?