Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

    MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI KIỀM THỔ

A. MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA CANXI

I. CaO (Canxi oxit) : Vôi sống.

- Tác dụng với nước, tỏa nhiệt : CaO + H₂O → Ca(OH)₂  ít tan.

- Với axit : CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

- Với oxit axit  : CaO + CO₂ → CaCO₃  ( vôi chết )

II. Những hiđroxit M(OH)₂ của các kim loại kiềm thổ:

1) Tính chất:

- Các hiđroxit M(OH)₂ khan đều ở dạng màu trắng.

- Tính tan:  Be(OH)₂; Mg(OH)₂ rất ít tan trong nướC.

                  Ca(OH)₂ tương đối ít tan ( 0,12g/100g H₂O).

                  Các hiđroxit còn lại tan nhiều trong nướC.

- Độ bền nhiệt của hiđroxit tăng từ Be→Ba: Mg(OH)₂ mất nước ở 150^◦C; Ba(OH)₂ mất nước ở 1000^◦C tạo thành oxit.

- Tính bazơ: Be(OH)₂ là bazơ rất yếu,  Mg(OH)₂ là bazơ trung bình,  Ca(OH)₂; Ba(OH)₂; Sr(OH)₂ là bazơ mạnh.

* Ca(OH)₂ Canxi hidroxit : Vôi tôi

- Ít tan trong nước : Ca(OH)₂  → Ca²⁺ + 2OH

- Với axít : Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

- Với oxit axit : Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O                                    (1)

                       Ca(OH)₂ + CO₂ → Ca(HCO₃)₂              (2)

- Với d² muối : Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2NaOH

2) Ứng dụng:

Hợp chất hidroxit kim loại kiềm thổ Ca(OH)₂  ứng dụng rộng rãi hơn cả :trộn vữa xây nhà, khử chua đất trồng, sản xuất cloruavôi dùng để tẩy trắng và khử trùng.

III. CANXICACBONAT (CaCO₃) VÀ CANXI HIDRO CACBONAT (CaHCO₃)

VI. CANXISUNFAT (CaSO₄)

1) Tính chất:

- Là chất rắn màu trắng tan ít trong nước ( ở 25^◦C tan 0,15g/100g H₂O).

- Tùy theo lượng nước kết tinh trong muối sunfat, ta có 3 loại:

+ CaSO₄.2H₂O : thạch cao sống trong tự nhiên, bền ở nhiệt độ thường.

+ CaSO₄.H₂O hoặc CaSO₄.0,5H₂O : thạch cao nung ( hemihiđrat)

                             CaSO₄.2H₂O → CaSO₄.0,5H₂O + 1,5H₂O (125^◦C)

- Đun nóng 200^◦C; thạch cao nung thành thạch cao khan. (CaSO₄)

CaSO₄.0,5H₂O → CaSO₄ + 0,5H₂O (200^◦C)

- CaSO₄: không tan trong nước, không tác dụng với nước, chỉ phân hủy ở nhiệt độ rất cao.

2CaSO₄ → 2CaO + 2SO₂ + O₂ ( 960^◦C)

2) Ứng dụng:

- Thạch cao nung có thể kết hợp với nước tao thành thạch cao sống và khi đông cứng thì giãn nở thể tích, do vậy thạch cao rất ăn khuôn. Thạch cao nung thường được đúc tượng, đúc các mẫu chi tiết tinh vi dùng trang trí nội thất, làm phấn viết bảng, bó bột khi gãy xương…

- Thạch cao sống dùng để sản xuất xi măng.

B. NƯỚC CỨNG:

1).Khái niệm Nước cứng.

Nước cứng là nước có chứa nhiều cation Ca²⁺, Mg²⁺. Nước chứa ít hoặc không chứa các ion trên được gọi là nước mềm.

2) Phân loại:

Căn cứ vào thành phần các anion gốc axit có trong nước cứng, người ta chia nước cứng ra 3 loại:

a) Nước cứng tạm thời: Tính cứng tạm thời của nước cứng là do các muối Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂ gây ra:

Ca(HCO₃)₂ → Ca²⁺ + 2HCO₃^-

- Goị là tạm thời vì độ cứng sẽ mất đi khi đun sôi: M(HCO₃)₂    →MCO₃ +  CO₂ +  H₂O

b) Nước cứng vĩnh cửu: Tính cứng vĩnh cửu của nước là do các muối CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄ gây ra,gọi là vĩnh cữu vì khi đun nóng muối đó sẽ không phân hủy:

c) Nước có tính cứng toàn phần: Là nước có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu.

- Nước tự nhiên thường có cả tính cứng tạm thời và vĩnh cửu.

3) Tác hại của nước cứng:

* Về mặt đời sống thường ngày:

- Giặt áo quần bằng xà phòng (natri stearat C₁₇H₃₅COONa) trong nước cứng sẽ tạo ra muối không tan là canxi stearat (C₁₇H₃₅COO)₂Ca, chất này bán trên vải sợi, làm cho quần áo mau mục nát.

2C₁₇H₃₅COONa  +MCl₂­ →(C₁₇H₃₅COO)₂M$  +2NaCl

- Nước cứng làm cho xà phòng có ít bọt, giảm khả năng tẩy rửA.

- Nếu dùng nước cứng để nấu thức ăn, sẽ làm cho thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị do phản ứng của các ion và các chất trong thực phẩm.

* Về mặt sản xuất công nghiệp:

- Khi đun nóng,ở đáy nồi hay ống dẫn nước nóng sẽ gây ra lớp cặn đá kém dẫn nhiệt làm hao tổn chất đốt ,gây nổ nồi hơi và tắt nghẻn ống dẫn nước nóng (không an toàn)..

- Làm hỏng nhiều dung dịch cần pha chế.

- Vì vậy, việc làm mềm nước cứng trước khi dùng có‎ ‎‎y nghĩa rất quan trọng.

4. Các phương pháp làm mềm nước cứng:

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là giảm nồng độ các cation Ca²⁺,Mg²⁺ trong nước cứng.

a) Phương pháp kết tủa:

* Đối với nước có tính cứng tạm thời

- Đun sôi nước có tính cứng tạm thời trước khi dùng, muối hiđrocacbonat chuyển thành muối cacbonat không tan:

Ca(HCO₃)₂  CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Mg(HCO₃)₂  MgCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

→ Lọc bỏ kết tủa được nước mềm.

- Dùng một khối lượng vừa đủ dung dịch Ca(OH)₂, Na_2­CO₃ để trung hòa muối hiđrocacbonat thành muối cacbonat kết tủA. Lọc bỏ chất không tan, được nước mềm:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂   +2Ca(OH)₂→Mg(OH)₂  +2CaCO₃ +2H₂O

M(HCO₃)₂ +Na₂CO₃→MCO₃  +2NaHCO₃

* Đối với nước có tính cứng vĩnh cửu: Dùng dung dịch Na₂CO₃, Ca(OH)₂ và dung dịch Na₃PO₄ để làm mềm nước cứng:

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

3Ca²⁺ + 2PO₄^3- → Ca₃(PO₄)₂↓

Mg²⁺ + CO₃^2- + Ca²⁺ + 2OH^- → Mg(OH)₂↓ + CaCO₃↓

b) Phương pháp trao đổi ion:

- Phương pháp trao đổi ion được dùng phổ biến để làm mềm nướC. Phương pháp này dựa trên khả năng trao đổi ion của các hạt zeolit (các alumino silicat kết tinh, có trong tự nhiên hoặc được tổng hợp, trong tinh thể có chứa những lỗ trống nhỏ) hoặc nhựa trao đổi ion.

- Thí dụ:

Cho nước cứng đi qua chất trao đổi ion là các hạt zeolit thì số mol ion Na⁺ của zeolit rời khỏi mạng tinh thể, đi vào trong nước nhường chỗ cho các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ bị giữ lại trong mạng tinh thể silicat.