Bài giảng Hóa đại cương vô cơ - Chương 3: Các nguyên tố nhóm I

CHƢƠNG 3: NGUYÊN TỐ NHÓM I 40 NGUYÊN TỐ NHÓM I 41 Mục tiêu  Trình bày sự liên quan giữa cấu tạo nguyên tử và tính chất của các nguyen tố IA, IB.  Kể ra những ứng dụng chính của các hợp chất của Li, Na, K, Cu và Ag trong Y – Dược. 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 42 1.1. Trạng thái thiên nhiên Li - Na - K - Rb - Cs - Fr  Do hoạt động hóa học mạnh nên các kim loại kiềm trong thiên nhiên chủ yếu ở dạng hợp chất:  Nguồn thiên nhiên chủ yếu Lithi [LiAl(Si2O6)]  Natri (NaCl trong nước biển, NaNO3)  Kali (KCl trong nước biển, quặng KCl.MgCl2.6H2O)  Rubidi (lượng nhỏ trong quặng của lithi)  Cesi (Cs4Al4Si9O26.H2O)  Franci (viết trong chuỗi phản ứng phóng xa 235U) 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 43 1.1. Trạng thái thiên nhiên 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 44 1.2. Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 45 1.2. Các phản ứng chính & hợp chất thông dụng 1/ Khử H trong nước từ +1 về 0: 2E (r) + 2H20(l) → 2E + (aq) + 2OH- (aq) +H2 (k) Phản ứng mạnh hơn đối với kim loại càng ở phía dưới của nhóm, ví như đối với Rb và Cs là phản ứng nổ 2/ Khử Oxy tạo ra các loại oxyd: 4Li (r) + O2 (k) → 2Li2O (r) (Lithi oxyd) 2Na(r) + O2(k)→Na2O2(r) (Natri peroxyd) K(r) + O2(k) → KO2(r) (kali superoxyd) (tương tự cho Rb, Cs) 1.2.1. Tính khử của kim loại kiềm 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 46 1.2. Các phản ứng chính & hợp chất thông dụng 3/ Khử hydro tạo ra các muối hydrid là các hợp chất ion: 2E (r) + H2 (k) → 2EH (r) 4/ Khử các halogen tạo ra các muối halogenid (hay halid) là các hợp chất ion: 2E (r) + X2 → 2EX (r) 1.2.1. Tính khử của kim loại kiềm 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 47 1.2. Các phản ứng chính & hợp chất thông dụng  Natri clorid (NaCl) là nguyên liệu quan trọng nhất cho sản xuất natri kim loại, sản xuất xút, sản xuất 2 sản phẩm thông dụng là HCl và Na2SO4  Natri hydroxyd dùng chế tạo các dung dịch tẩy trắng, ví dụ nước Javen  Ion Na+ trong nhựa cationit (Na2Z) trao đổi với các ion của nước cứng trong quá trình làm mềm nước 1.2.2. Ứng dụng của các nguyên tố IA 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 48 1.2. Các phản ứng chính & hợp chất thông dụng  Kết hợp E+ với một anion lớn để tạo ra muối hoặc muối kép kết tủa Ví dụ: Định tính Na+: Na+(aq)+Zn(UO2)3(CH3COO)8(aq)+CH3COOH(aq) →NaZ(UO2)3(CH3COO)9(r)+ H +(aq) Tủa tinh thể màu vàng lục (hình nhẫn)  Do khoảng cách các lớp năng lượng là khác nhau đối với mỗi kim loại kiềm nên nguyên tố hay muối của chúng có những màu đặc trưng trong n gọn lửa: Lithi (màu đỏ), natri (màu vàng), kali (màu tím), rubidi (tím hồng), cesi ( xanh da trời) 1.2.3. Các phản ứng định tính thường gặp 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 49 1.2. Các phản ứng chính & hợp chất thông dụng  Lithi clorid (LiCl) và lithi bromid (LiBr) dùng trong máy hút ẩm, máy làm lạnh không khí  Natri clorid (NaCl) dùng sản xuất Na, NaOH, Na2CO3 (dùng trong công nghiệp thủy tinh), NaHCO3 (dễ tách CO2 ở nhiệt độ thấp dùng làm bột nở hoặc thiết bị chống cháy)  NaOH là nguyên liệu chế tạo các chất tẩy rửa, các muối natri phosphat và các alcol  Kali nitrat (KNO3) dùng làm thuốc nổ pháo hoa. 1.2.4. Những hợp chất thông dụng 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 50 1.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính  Lithi carbonat, Li2CO3 dùng làm thuôc chống loạn tâm thần. Điều trị và phòng bệnh hưng cảm, trầm cảm.  Natri clorid, NaCl làm thuốc cung cấp chất điện giải trong các trường hợp tiêu chảy, sốt cao, sau phẫu thuật, mất máu và các trường hợp mất nước khác. Dung dịch NaCl 0,9% còn dùng ngoài để tưới, rửa, thụt các mô bị tổn thương. 1. NHÓM IA (KIM LOẠI KIỀM) 51 1.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính  Na+ thường là cation được lựa chọn để tối ưu hóa tác dụng dược học của các thuốc hữu cơ, như Na- phenobarbital (thuốc an thần, gây ngủ, giãn cơ), Na- sulfamid (thuốc kháng khuẩn)  Kali clorid, KCl chất điện giải dùng điều trị giảm kali máu  Rubidi và cesi cho đến nay chưa có ứng dụng trog Y- Dược 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 52 2.1. Trạng thái thiên nhiên  Đồng trong thiên nhiên phổ biến hơn vàng bạc. Nó tồn tại chủ yếu dưới dạng Cu2S, CuS, CuFeS2.  Bạc thường ở dạng sulfid Ag2S hoặc tự do (Ag).  Vàng tồn tại chủ yếu dưới dạng tự do (Au) thành những hạt lẫn trong đá thạch anh, cát hoặc lẫn với quặng đồng, bạc. 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 53 2.2. Đặc tính nguyên tử và vật lý  Các nguyên tố nhóm IB đều có chung cấu hình (n-1)d10ns1  Tính chất kim loại của nguyên tố IB rất yếu so với nguyên tố IA, dẫn đến tính ion trong liên kết của các hợp chất đồng, bạc và vàng nhỏ hơn nhiều  Các nguyên tố IB có số oxy hóa cao nhất lớn hơn số thứ tự của nhóm. Thực tế số oxy hóa bền nhất của bạc là +1, đồng là +2, vàng là +3 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 54 2.2. Đặc tính nguyên tử và vật lý 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 55 2.2. Đặc tính nguyên tử và vật lý  Chú ý: vì tính kim loại yếu nên tất cả trạng thái oxy hóa dương đều không bền, dễ chuyển về trạng thái oxy hóa không (Cu0, Ag0, Au0)  Các kim loại IB có màu riêng: Ag (màu trắng), Cu (màu đỏ), Au (màu vàng chói)  Đồng, bạc, vàng có thể tạo nhiều phức chất với vai trò là ion trung tâm 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 56 2.3. Những phản ứng và hợp chất thƣờng gặp  Oxyd:  4CuO (r) → 2Cu2O (r) + O2 (k)  CuO (r) + 2HCl (aq) → CuCl2 (aq) + H2O  Hydroxyd: đồng (II) hydroxyd màu xanh, không tan trong nước, nhưng dễ tan trong acid, trong kiềm đặc và trong dung dịch amoniac:  Cu(OH)2 (r) + H2SO4 (aq) → CuSO4(aq) + 2H2O  Cu(OH)2 (r) + 2NaOH (aq) → Na2[Cu(OH)4] (aq)  Cu(OH)2 (r) + 4NH4 (aq) → [Cu(NH3)4](OH)2(aq) 2.3.1. Đồng có số oxy hóa +2 đặc trưng hơn là +1 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 57 2.3. Những phản ứng và hợp chất thƣờng gặp  Muối, phức chất:  Các muối đồng (II) ngậm nước có màu xanh, khi đun nóng để loại hết nước kết tinh muối trở nên không màu, ví dụ CuSO4 khan màu trắng.  Ion Cu2+ có tính oxy hóa, có thể bị khử đến Cu+, Cu0: – Cu2+(aq) + Fe (r) → Cu(r) + Fe2+ (aq) – 2Cu2+(aq) + aI-(aq) → 2CuI(r) + I2 (aq)  Ion Cu2+ là chất tạo phức mạnh. Trong dung dịch nước ion Cu2+ tạo ra phức có số phối trí 4 như [Cu(H2O)4] 2+ xanh lam, [Cu(NH3)4] 2+ xanh chàm, [Cu(etylendiamin)2] 2+ xanh chàm đậm 2.3.1. Đồng có số oxy hóa +2 đặc trưng hơn là +1 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 58 2.3. Những phản ứng và hợp chất thƣờng gặp  Oxyd: 2Ag2O → 4Ag + O2  Hydroxyd: AgOH không tách ra được ở dạng tự do vì ngay khi hình thành đã phân hủy:  2Ag+(aq) + 2OH- (aq) → 2AgOH (r) + Ag2O (r) +H2O  Ag2O tan ít nhưng tác dụng một phần với nước tạo dung dịch có tính kiềm  Ag2O(r) + H2O 2AgOH → 2Ag +(aq) + 2OH- (aq) 2.3.2. Bạc có số oxy hóa đặc trưng +1 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 59 2.3. Những phản ứng và hợp chất thƣờng gặp  Muối, phức chất  Hầu hết các muối của Ag+ không tan trong nước (trừ AgNO3, AgClO3, AgF)  Các muối Ag+ Có tính oxy hóa, nhận electron chuyển về Ago: 2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2  Phản ứng ngay cả với các chất khử yếu hữu cơ như aldehyd, glucose  Ion Ag+ dễ tạo phức với nhiều phối tử nên các muối khó tan có thể chuyển thành phức dễ tan: AgX (r) + 2NH3 (aq) → [Ag(NH3)2] + (aq) + X- (aq) 2.3.2. Bạc có số oxy hóa đặc trưng +1 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 60 2.3. Những phản ứng và hợp chất thƣờng gặp Oxyd: (Au2O) màu nâu, dễ bị phân hủy: 2Au2O3 → 4Au + 3O2 Hydroxyd: (Au(OH)3) là bột màu nâu đỏ, không tan trong nước, kém bền, có tính lưỡng tính nên tan trong cả acid và kiềm Au(OH)3(r) + 4HCl (aq) → H[AuCl4](aq) + 3H2O Au(OH)3(r) + NaOH (aq) → Na[Au(OH)4] 2.3.2. Vàng có số oxy hóa đặc trưng +2 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 61 2.3. Những phản ứng và hợp chất thƣờng gặp  Muối, phức chất:  Muối đơn giản và thông dụng là vàng (III) clorid (AuCl3). Nó có tính oxy hóa mạnh, dễ bị khử hơn Ag+ 2AuCl3 + 3H2O2 → 2Au + 3O2 + 6HCl AuCl3 + 3FeSO4 → Au + Fe2(SO4)3 + FeCl3  Các phức của Au3+ có cấu hình vuông phẳng đặc trưng của cấu hình electron d8 2.3.2. Vàng có số oxy hóa đặc trưng +2 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 62  Là nguyên tố vi lượng thiết yếu, người lớn cần 1,5- 2g/ngày.  Đồng thúc đẩy sự tạo máu, làm cho hồng cầu non mau trưởng thành, tăng cường tác dụng sinh lý của Fe.  Đồng có mặt trong sắc tố hô hấp, trong nhiều enzym và phân bố rộng rãi trong cơ thể để điều chỉnh chuyển hóa protid, lipid, glucid.  Đồng cũng điều chỉnh sự hấp thu và phân bố các vitamin C, A, E,P do đó tăng sức đề kháng của cơ thể chống nhiễm độc, nhiễm trùng 2.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.4.1. Đồng 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 63  Hợp chất của đồng có nhiều ứng dụng trong y học.  Đồng gluconat, CuCl2.2H2O và CuSO4.5H2O được ghi chính thức trong các chuyên luận về thuốc  Đồng vị phóng xạ 64Cu dùng trong nghiên cứu chuyển hóa chất khoáng  Các hợp chất của đồng còn dùng làm thuốc diệt nấm, côn trùng, và đặc biệt tốt trong diệt tảo. 2.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.4.1. Đồng 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 64  Ion Ag+ có tác dụng tiệt trùng ngay ở nồng độ rất nhỏ, chỉ khoảng 10M  Do có thể kết tủa protein và clorid trong mô bị tổn thương, cùng với tính oxy hóa của Ag+, các hợp chất của bạc, ví dụ như AgNO3, có tác dụng diệt mầm bệnh tại chỗ 2.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.4.2. Bạc 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 65  Để làm thuốc diệt khuẩn dùng ngoài, người ta tạo ra các chế phẩm chứa bạc hoặc hợp chất của nó có tác dụng kéo dài Ví dụ: Bạc sulfadiazin (C10H9AgN4O2S = 357,13) dùng phòng và chữa nhiễm khuẩn các vết thương, vết bỏng  Các chế phẩm dược dụng của bạc nhạy cảm với ánh sáng, dễ chuyển ion Ag+ thành Ag màu đen nên gây ra các vấn đề thẩm mỹ trong sử dụng, hoặc phải bảo quản thuốc trong bao bì tránh ánh sáng. 2.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.4.2. Bạc 2. NHÓM IB (Cu – Au - Ag) 66  Hiện nay các hợp chất của vàng được dùng trong điều trị viêm khớp dạng thấp và luput ban đỏ.  Ví dụ: Auranofin, Aurothioglucose, Gold sodium thiomalat  Đồng vị vàng phóng xạ 198Au dùng trong điều trị một số bệnh ác tính 2.4. Vai trò & ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.4.3. Vàng