Kim loại kiềm thổ (nhóm 2)

Hai electron ngoài cùng

Mỗi kim loại kiềm thổ có hai electron ngoài cùng ở obitan s, nên cấu hình của nó kết thúc bằng ns²: magie là [Ne] 3s² và canxi là [Ar] 4s². Mất cả hai electron cho ra cấu hình của khí hiếm đứng trước và các ion như Mg²⁺ và Ca²⁺. Tách hai electron cần nhiều năng lượng hơn tách một electron, nên các kim loại này phản ứng ít dữ dội hơn kim loại kiềm.

Tên gọi bắt nguồn từ hóa học thời kì đầu: các oxit của chúng, từng được gọi là “đất”, tan trong nước tạo ra dung dịch kiềm, ví dụ CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Tính chất vật lí

Kim loại kiềm thổ có màu trắng bạc, dẫn điện tốt và nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với kim loại kiềm: magie ở 650 °C và berili ở 1287 °C. Một số hợp chất của chúng nhuộm màu ngọn lửa, canxi cho màu đỏ gạch, stronti đỏ thẫm và bari lục nhạt, đó là lí do muối stronti và bari được dùng trong pháo hoa.

Phản ứng và xu hướng biến đổi trong nhóm

Độ hoạt động tăng khi đi xuống trong nhóm vì các electron ngoài cùng ở xa hạt nhân hơn và dễ tách ra hơn. Berili không phản ứng với nước, magie chỉ phản ứng rất chậm với nước lạnh nhưng cháy trong hơi nước, và canxi phản ứng đều đặn với nước lạnh: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂. Stronti và bari phản ứng còn nhanh hơn.

Magie cháy trong không khí với ngọn lửa trắng chói: 2Mg + O₂ → 2MgO. Đi xuống trong nhóm, các hiđroxit trở nên tan nhiều hơn trong khi các sunfat trở nên tan ít hơn, nên bari sunfat hầu như không tan.

Ứng dụng của kim loại kiềm thổ

Canxi photphat tạo nên xương và răng, và canxi cacbonat tạo nên phấn, đá vôi, đá cẩm thạch và vỏ sò; đá vôi được dùng để sản xuất xi măng. Các ion canxi và magie hòa tan gây ra nước cứng và cặn vôi. Magie là kim loại nhẹ dùng trong hợp kim cho ô tô, máy bay và máy tính xách tay, và mỗi phân tử diệp lục trong thực vật xanh có một ion magie ở trung tâm.

Berili nhẹ và cứng, nên được dùng trong các bộ phận hàng không vũ trụ và làm các tấm gương của Kính viễn vọng Không gian James Webb, nhưng bụi của nó độc. Bari sunfat được nuốt trước khi chụp X-quang đường ruột và an toàn vì nó không tan. Radi từng làm mặt đồng hồ phát sáng, và radi-223 nay được dùng điều trị ung thư tuyến tiền liệt đã di căn đến xương.