Mục lục bài họcĐang ở d08-b2
Group I, Group VII, Group 0 and the transition elements
Group I — the alkali metals
Lithium, sodium, potassium. All have one outer electron, so they all form $1+$ ions and react in the same way.
$$\text{metal}+\text{water}\rightarrow \text{metal hydroxide}+\text{hydrogen}$$$$\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2}$$The resulting solution is alkaline, which is where the group's name comes from. Going down the group the reaction gets more vigorous: lithium fizzes steadily, sodium melts into a ball and darts about, potassium ignites with a lilac flame.
They are soft, have low densities and low melting points for metals, and are stored under oil because they react with air and water.
Group VII — the halogens
All have seven outer electrons, form $1-$ ions, and exist as diatomic molecules ($\ce{Cl2}$, $\ce{Br2}$, $\ce{I2}$).
Going down the group, reactivity decreases but melting and boiling points increase, so at room temperature chlorine is a gas, bromine a liquid and iodine a solid.
Displacement: a more reactive halogen displaces a less reactive one from its compound.
$$\ce{Cl2 + 2KBr -> 2KCl + Br2}$$Chlorine displaces bromine because chlorine is higher in the group. The reverse reaction does not happen — and testing that is exactly what displacement questions do.
Group 0 — the noble gases
Helium, neon, argon. They have a full outer shell, so they have no tendency to gain, lose or share electrons. That is why they are unreactive and exist as single atoms.
Uses follow directly from being unreactive: argon in light bulbs and welding, helium in balloons and airships.
The transition elements
The block in the middle. Compared with Group I metals they are harder, denser, stronger, have much higher melting points, and are far less reactive.
Three properties they have that Group I does not:
- variable oxidation states — iron forms both $\ce{Fe^2+}$ and $\ce{Fe^3+}$;
- coloured compounds — copper(II) salts are blue, iron(III) salts are orange-brown;
- they and their compounds act as catalysts — iron in the Haber process, nickel in hydrogenation.
Group I compounds, by contrast, are almost always white solids giving colourless solutions.
Nhóm I — kim loại kiềm. Liti, natri, kali. Tất cả có một electron lớp ngoài nên đều tạo ion $1+$ và phản ứng theo cùng một kiểu.
$$\text{kim loại}+\text{nước}\rightarrow \text{hiđroxit kim loại}+\text{hiđro}$$$$\ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2}$$Dung dịch tạo thành có tính kiềm — đó là nguồn gốc tên gọi của nhóm. Đi xuống nhóm, phản ứng mạnh dần: liti sủi bọt đều đặn, natri chảy thành giọt tròn và chạy loạn trên mặt nước, kali bốc cháy với ngọn lửa màu tím hoa cà.
Chúng mềm, khối lượng riêng thấp và nhiệt độ nóng chảy thấp so với kim loại nói chung, và được bảo quản ngâm trong dầu vì phản ứng với cả không khí lẫn nước.
Nhóm VII — halogen. Tất cả có bảy electron lớp ngoài, tạo ion $1-$, và tồn tại dạng phân tử hai nguyên tử ($\ce{Cl2}$, $\ce{Br2}$, $\ce{I2}$).
Đi xuống nhóm, độ hoạt động giảm nhưng nhiệt độ nóng chảy và sôi tăng — nên ở nhiệt độ phòng, clo là khí, brom là chất lỏng, iot là chất rắn.
Phản ứng đẩy: halogen hoạt động mạnh hơn đẩy halogen yếu hơn ra khỏi hợp chất của nó.
$$\ce{Cl2 + 2KBr -> 2KCl + Br2}$$Clo đẩy được brom vì clo nằm cao hơn trong nhóm. Phản ứng ngược lại không xảy ra — và đó chính là thứ mà câu hỏi về phản ứng đẩy đang kiểm tra.
Nhóm 0 — khí hiếm. Heli, neon, argon. Chúng có lớp ngoài cùng đầy đủ nên không có xu hướng nhường, nhận hay dùng chung electron. Vì thế chúng không hoạt động và tồn tại dưới dạng nguyên tử đơn lẻ.
Ứng dụng suy thẳng từ tính trơ: argon trong bóng đèn và hàn hồ quang, heli trong bóng bay và khí cầu.
Kim loại chuyển tiếp. Khối ở giữa bảng. So với kim loại nhóm I, chúng cứng hơn, đặc hơn, bền hơn, có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều, và kém hoạt động hơn hẳn.
Ba tính chất mà nhóm I không có:
- nhiều hoá trị — sắt tạo cả $\ce{Fe^2+}$ lẫn $\ce{Fe^3+}$;
- hợp chất có màu — muối đồng(II) màu xanh lam, muối sắt(III) màu nâu cam;
- chúng và hợp chất của chúng làm chất xúc tác — sắt trong quá trình Haber, niken trong phản ứng hiđro hoá.
Ngược lại, hợp chất nhóm I hầu như luôn là chất rắn trắng cho dung dịch không màu.
Cho nước clo vào dung dịch kali bromua thì dung dịch chuyển màu nâu cam. Cho nước brom vào dung dịch kali clorua thì không thấy gì thay đổi. (a) Viết phương trình cho phản ứng xảy ra. (b) Giải thích cả hai quan sát.
(a)
$$\ce{Cl2 + 2KBr -> 2KCl + Br2}$$Màu nâu cam xuất hiện là màu của brom vừa được giải phóng.
(b) Vì sao clo đẩy được brom. Clo nằm cao hơn brom trong nhóm VII nên nó hoạt động mạnh hơn.
Lý do sâu xa: nguyên tử clo nhỏ hơn, lớp electron ngoài của nó gần hạt nhân hơn và bị chắn ít hơn, nên nó hút một electron mới về mạnh hơn brom. Khi hai bên cùng “tranh” electron, clo thắng — nó lấy electron từ ion $\ce{Br-}$ và biến thành ion $\ce{Cl-}$, còn brom bị đẩy ra dưới dạng phân tử $\ce{Br2}$ tự do.
Vì sao chiều ngược lại không xảy ra. Brom yếu hơn clo, nên nó không lấy được electron từ ion $\ce{Cl-}$. Ion clorua giữ chặt electron của nó, và không có phản ứng nào diễn ra — đúng như quan sát.
Ý cần rút ra. Phản ứng đẩy chỉ chạy một chiều: từ halogen mạnh sang muối của halogen yếu. Đây là cách trực tiếp nhất để xếp thứ tự độ hoạt động của các halogen bằng thí nghiệm, và cũng là lý do đề luôn cho cả một cặp thí nghiệm — một cái có phản ứng, một cái không.
So sánh natri (nhóm I) với đồng (kim loại chuyển tiếp) về bốn mặt: độ cứng, nhiệt độ nóng chảy, độ hoạt động, và màu hợp chất. Nêu một ứng dụng của đồng dựa trên tính chất mà natri không có.
Độ cứng. Natri rất mềm — cắt được bằng dao. Đồng cứng và bền hơn nhiều, kéo thành sợi và dát mỏng được mà không gãy.
Nhiệt độ nóng chảy. Natri nóng chảy ở khoảng $98^{\circ}$C — thấp tới mức nó chảy ra ngay trên mặt nước đang phản ứng. Đồng nóng chảy ở $1085^{\circ}$C, cao gấp hơn mười lần.
Độ hoạt động. Natri phản ứng dữ dội với nước và với không khí, nên phải ngâm trong dầu. Đồng gần như không phản ứng với nước hay với axit loãng, nên dùng làm ống dẫn nước hàng chục năm không hỏng.
Màu hợp chất. Hợp chất natri là chất rắn trắng cho dung dịch không màu. Hợp chất đồng(II) có màu xanh lam đặc trưng.
Một ứng dụng dựa trên tính chất mà natri không có. Đồng và hợp chất của nó làm chất xúc tác, và đồng còn có nhiều hoá trị ($\ce{Cu+}$ và $\ce{Cu^2+}$) — hai tính chất đặc trưng của kim loại chuyển tiếp mà nhóm I hoàn toàn không có.
Nhưng ứng dụng phổ biến nhất lại đến từ độ kém hoạt động cộng với khả năng dẫn điện tốt: dây điện và ống nước. Natri dẫn điện còn tốt hơn đồng, nhưng nó nổ khi gặp nước — nên không ai dùng natri làm ống nước.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương The Periodic Table gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.