Bài giảng Hóa đại cương vô cơ - Chương 4: Nguyên tố nhóm II

CHƢƠNG 4: NGUYÊN TỐ NHÓM II 67 NGUYÊN TỐ NHÓM II 68 1. Từ cấu hình electron của nhóm -IIA, IIB, chỉ ra những tính chất điển hình của đơn chất và hợp chất thuộc hai phân nhóm đó. ' 2. Trình bày vai trò, ứng dụng và độc tính của Mg, Ca, Zn, Cd và Hg. Mục tiêu: 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 69  Do hoạt động hoá học mạnh nên các kim loại kiềm thổ trong thiên nhiên chỉ gặp ở dạng hợp chất.  Ví dụ: Nguồn thiên nhiên chủ yếu Beryli (Quặng beryl (Be3AI2Si6018)), Magnesi (Đá magnesit), Calci (Đá vôi CaC03), Stronti (Đá SrC03; SrS04), Bari (Quặng barit (BaS04); BaC03), Radi (Vết trong quặng uran) 1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất Be - Mg - Ca - Sr - Ba - Ra 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 70 1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 71 1.2. Đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 72  Tính khử của kim loại kiềm thổ  Với O2: 2E (r) + O2 (k) → 2EO (r) Chú ý: Ba tạo thành bari peroxyd BaO2  Với H2O 2E(r) + 2H2O (l) → E 2+ (aq) + 2OH- (aq) + H2 (k) (E = Ca, Sr, Ba)  Với halogen X2 E(r) + X2 → EX2(r) (X= F, Cl, Br, I)  Khử hydro tạo thành các hydrid ion E (r) + H2 (k) → EH2 (r) (E = tất cả, trừ Be)  Khử nitrogen tạo thành các nitrid ion: 2E (r) + N2 (k) → E3N2 (r) (E = tất cả, trừ Be) 1.2. Các phản ứng chính - Hợp chất thông dụng 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 73  Tính base của các oxyd Trừ BeO lưỡng tính, còn lại là các oxyd base: EO (r) + H2O (l) → E 2+ (aq) + 2OH- (aq)  Phân hủy nhiệt của carbonat Tất cả carbonat bị nhiệt phân hủy thành oxyd: ECO3 → EO (r) + CO2 (k) 1.2. Các phản ứng chính - Hợp chất thông dụng 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 74  Định tính ion E2+ Các nguyên tử kim loại kiềm thổ tự do và các hợp chất dễ bay hơi của chúng trong ngọn lửa không màu sẽ cho các màu đặc trưng: calici (màu đỏ cam), Stronti (màu đỏ son), bari (màu lục hơi vàng), beryli và magnesi (không màu)  Những hợp chất thông dụng: Bery (Be3Al2Si6O18), MgO, các hợp chất cơ kim RMgX (R= hydrocarbon, X = halogen), CaCO3, Ca(OH)2, CaO 1.2. Các phản ứng chính - Hợp chất thông dụng 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 75  Các hợp chất của Be đều rất độc khi ăn phải, hít phải hoặc tiếp xúc qua da.  Không có hợp chất nào được dùng trong điều trị. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.1. Beryli 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 76  Mg là nguyên tố sinh học. Có khoảng 20-25g trong cơ thể, magnesi chủ yếu chứa ở xương (tạo xương) và trong tế bào.  Là cation phổ biến thứ 2 ở nội bào, magnesi kiểm soát lượng calci thâm nhập vào tế bào qua kênh calci.  Vì vậy, ion Mg2+ là chất chẹn kênh calci tự nhiên, từ đó nó có vai trò quan trọng trong nhiều bệnh tim mạch và trong việc giữ cho hệ thần kinh - cơ không hoạt động quá chớn. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.2. Magnesi 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 77  Magnesi là chất hoạt hoá cho khoảng 300 enzym  Ion Mg2+ còn tham gia vào các cơ chế ổn định nồng độ Na+ và K+ ở 2 bên màng tế bào; cùng vitamin c kháng histamin (chống dị ứng); hạn chế tác hại của gốc tự do trong chống lão hoá. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.2. Magnesi 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 78  Các hợp chất của magnesi được dùng trong điều trị và sản xuất dược phẩm với nhiều mục đích:  Làm thuốc kháng acid  Thuốc nhuận tràng, thuốc chống co giật ngoài đường tiêu hoá  Chất làm trơn trong sản xuất thuốc viên (tá dược trơn) 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.2. Magnesi 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 79  Calci là chất không thế thiếu cho sự sống. Ca và Mg với mức độ thấp hơn, cùng phosphor tạo xương, răng.  Ca2+ có vai trò thiết yếu trong nhiều quá trình sinh lý: tham gia quá trình đông máu, điều hoà dẫn truyền thần kinh, tham gia điều hoà chuyển hoá trong cơ thể 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.3. Calci 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 80  Phân loại theo điều trị, các hợp chất của calci gồm 2 nhóm chính:  Thuốc kháng acid. Ví dụ: calci carbonat CaCOg — 100,09.  Thuốc bổ sung calci. Ví dụ: calci clorid (pha tiêm) CaCl2.2H20 = 147,02  Ca2+ là cation thường được lựa chọn đế mang các anion có tác dụng điều trị, như calci aminosalicylat (trị lao); calci cyclobarbital (an thần, gây ngủ)  Đồng vị phóng xạ 45Ca dùng trong nghiên cứu lỉên quan đến chuyển hoá chất khoáng. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.3. Calci 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 81  Lƣu ý:  Giống như Mg2+, cation Ca2+ có cấu hình electron ổn định đưa đến tính chất ổn định của nó trong các hợp chất sinh học.  Tuy nhiên, muối tan của calci có phản ứng trao đổi vối các anion borat, carbonat, citrat, oxalat, phosphat, sulfat, tartrat tạo thành những hợp chất không hoà tan.  Các phản ứng này thường dẫn đến tương kỵ trong dược khoa, hoặc láng đọng sỏi ở thận, mật, khớp trong cơ thề khi chuyến hoá. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.3. Calci 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 82 Hiện nay - những năm đầu của thê kỷ XXI, việc dùng stronti trong điều trị loãng xương cho phụ nữ sau mãn kinh đang là vấn đề lớn. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.4. Stronti 1. NHÓM IIA (KIM LOẠI KIỀM THỔ) 83  Tất cả các hợp chất tan của bari trong nước hoặc acid loãng đều độc  Chỉ riêng bari sulfat BaS04 = 233,39 ít tan, được dùng làm thuốc dạng uống (huyền phù trong nước), có tính cản quang nên làm rõ nét ảnh chụp bằng tia X trong chẩn đoán viêm loét đường tiêu hoá. 1.3. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 1.3.5. Bari 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 84  Trong thiên nhiên, kẽm tồn tại chủ yếu dưới dạng quặng sulsid (ZnS), carbonat (ZnC03).  Cadmi tồn tại dưới dạng CdS, thường lẫn với quặng kẽm.  Thuỷ ngân trong thiên nhiên cũng ở dạng sulfid (HgS).  Thuỷ ngân còn tồn tại ở trạng thái tự do, từng giọt nhỏ lẫn trong đất đá. 2.1. Trạng thái thiên nhiên 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 85 2.2. Những đặc tính nguyên tử & vật lý chủ yếu 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 86  Kim loại IIB hoạt động hoá học mạnh hơn kim loại IB.  Trong không khí ẩm, Zn, Cd và Hg bị oxy hoá tạo thành lớp oxyd EO  Phản ứng được với lưu huỳnh, halogen; không phản ứng với N2, H2, C.  Hg không đẩy được hydro từ các ion H+ của acid, còn Zn và Cd tác dụng với HC và H2S04 loãng giải phóng H2: E (r) + 2H+ (aq) → E2+(aq) + H2 (k) 2.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.3.1. Đơn chất 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 87  H2SO4 đặc nóng và đặc biệt là HN03 hoà tan cả ba kim loại E + 2H2S04 → ES04 + S02↑ + 2H20 E (r) + 8HN03 (loãng) → 3E(NO3)2(aq) + 2NO (k) + 4H20  Chú ý:  Zn tác dụng với HN03 loãng có thể tạo ra N20, N2 và NH4 +.  Với HNO3 đặc, khí thoát ra là N02 (màu vàng nâu).  Với Hg dư, tạo ra thuỷ ngân (I) nitrat khi tác dụng vối acid nitric, do có phản ứng: Hg(r) + Hg(N03)2(aq) → Hg2(N03)2 (aq) 2.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.3.1. Đơn chất 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 88  Chỉ có Zn tan trong kiềm và giải phóng hydro: Zn (r) + 2NaOH (aq) + 2H20 → Na2[Zn(OH)4] (aq) + H2 (k)  Các kim loại IIB dễ tạo hợp kim với nhau và với các kim loại khác.  Thuỷ ngân là dung môi tốt hoà tan nhiều kim loại tạo ra các hợp kim khác nhau gọi là hỗn hống (amalgam). 2.3. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.3.1. Đơn chất 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 89  ZnO màu trắng, khi đốt nóng có màu vàng, để nguội lại trở về màu trắng. CdO màu nâu.  HgO màu vàng, khi đốt nóng chuyển sang biến thể màu đỏ.  Các EO đều không tan trong nước, dễ tan trong các acid.  Riêng ZnO lưỡng tính nên tan trong acid và kiềm:  ZnO (r) + 2HCl (aq) → ZnCl2 (aq) + H20  ZnO (r) + 2NaOH (aq) + H20 → Na2[Zn(OH)4 (aq) 2.4. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.4.2. Oxyd 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 90  Zn(OH)2, Cd(OH)2 là những kết tủa trắng xốp trong nước, tạo thành do phản ứng trao đổi: E2+ (aq) + 20H"(aq) → E(OH)2(r)  Hg(OH)2 không bền, phân huỷ cho HgO màu vàng kết tủa: Hg2+ + 20H- → HgO (r, vàng) + H20 2.4. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.4.2. Hydroxyd 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 91  Muối của E2+ vối NO3-, S04 3+, F- dễ tan trong nước. Các muối s2-, Cl-, Br-, I- khó tan dần từ Zn2+ đến Hg2+.  Muối HgF2 là hợp chất ion. HgCl2, HgBr2, HgI2 là hợp chất phân tử  Đặc biệt, muối Hg(CN)2 có tính ion yếu đến mức dung dịch của nó gần như không dẫn điện. 2.4. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.4.3. Muối – Phức chất 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 92  Các ion Zn2+, Cd2+, Hg2+ dễ tạo phức với các phối tử CN-, NH3, amin hữu cơ, halogenid, SCN  Muối HgI2 trong nước là một tủa màu đỏ, nó sẽ tan khi cho tác dụng vói KI do tạo thành phức chất không màu:  HgI2 (r, đỏ) + 2KI (aq) → K2[HgI4] (aq, không màu) 2.4. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.4.3. Muối – Phức chất 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 93  Muối Hg2(N03)2 dễ tan trong nước, nên thường được sử dụng để điều chế các hợp chất khác. Ví dụ: Hg2(N03)2 (aq) + 2NaCl (aq) → Hg2Cl2 (r, trắng) + 2NaNO3 (aq)  Ion Hg2 2+ thể hiện vừa tính oxy hoá, vừa tính khử và tự oxy hoá khử:  Hg2 2+ + Sn2+ → 2Hg + Sn4+  Hg2 2+ + 2C12 → 2HgCl2  Hg2 2+ → Hg + Hg2+ 2.4. Những phản ứng, hợp chất thƣờng gặp và ứng dụng 2.4.4. Hợp chất thuỷ ngân (I), Hg2 2+ 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 94  Kẽm là nguyên tô thiết yếu của cơ thể. Toàn cơ thể chứa khoảng 2-2,5g kẽm, gần bằng lượng sắt, gấp hơn 20 lần lượng đồng.  Kẽm rất cần thiết cho sự hình thành và hoạt động của hormon sinh dục nam (testosteron), hormon tăng trưởng của tuyến yên, insulin (chứa 0,36% Zn) của tuyến tuỵ.  Kẽm kích thích tạo hồng cầu và hemoglobin; kích thích tuyến nước bọt. 2.5. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.5.1. Kẽm 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 95  Chế phẩm dƣợc dụng:  Làm viên thuốc bố sung các vi lượng dạng uống  Kẽm oxyd, ZnO = 81,4 dùng điều trị nhiễm khuẩn da, vết bỏng nông, da khô. Hỗ trợ điều trị các bệnh trên da (eczema, ban đỏ...).  Kẽm sulfat, ZnS04.7H20 = 287,5 dùng pha thuốc nhỏ mắt sát trùng, làm thuốc nôn.  Kẽm peroxyd, Zn02 = 97,4, dùng băng bó vết thương nhiễm trùng, vết bỏng.  Kẽm ít gây ngộ độc, trừ khi uống phải lượng lớn muối kẽm vô cơ. Thuốc giải độc phổ biến là NaHCO3. 2.5. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.5.1. Kẽm 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 96  Cadmi được xem là độc gấp nhiều lần chì.  Cadmi độc vì tranh chấp vị trí với kẽm trong các enzym. Các hợp chất của cadmi không được dùng làm thuốc 2.5. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.5.2. Cadmi 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 97  Thuỷ ngân kim loại và các hợp chất của nó cực kỳ độc, khi thuỷ ngân hữu cơ vào cơ thề người.  Nó di chuyển mạnh trong các mô mỡ, kết hợp với nhóm -SH của amino acid sau đó phá huỷ cấu trúc và chức năng của protein.  Thuỷ ngân cùng với chì, cadmi nhiều trong não dẫn đến rối loạn hệ thần kinh và các bệnh tâm thần - chưa kê các trường hợp ngộ độc cấp tính gây tử vong nhanh. 2.5. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.5.3. Thủy ngân 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 98  Tuy nhiên, do có hiệu lực tốt trong điều trị và đã biết rõ tính chất, nhiều hợp chất thủy ngân dùng làm thuốc vẫn được ghi trong các tài liệu sử dụng hoặc Dược điển. Ví dụ:  Hợp chất vô cơ: Thuỷ ngân (II) clorid, HgCl2 = 271,50, pha dung dịch 1/1000, 1/4000 dùng sát trùng ngoài da và dụng cụ phẫu thuật 2.5. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.5.3. Thủy ngân 2. NHÓM IIB: Zn - Cd - Hg 99  Hợp chất hữu cơ: Mercurochrom (thuốíc đỏ), C,8HK06Br2HgNa2 = 726,1. Giống như các phẩm nhuộm hoá học khác như xanh methylen, tím gentian..., thuốc đỏ có tác dụng khử trùng mạnh các vết thương nhỏ và nông. 2.5. Vai trò ứng dụng trong Y – Dƣợc. Độc tính 2.5.3. Thủy ngân