Khái Quát Về Kim Loại Và Tính Chất Hóa Học Của Kim Loại

Lý thuyết về phần kim loại đóng vai trò quan trọng trong chương trình Hóa học vô cơ. Do đó, muốn làm chủ được các dạng bài tập ở phần này, các em cần phải hiểu rõ mọi thông tin liên quan đến kim loại. Các em hãy đọc ngay bài viết bên dưới từ TheTips để tìm hiểu về khái niệm cũng như các tính chất hóa học của kim loại. 

Khái quát về kim loại

Kim loại là những nguyên tố hóa học mà trong đó tồn tại những ion dương (hay còn được gọi là cation) và những liên kết kim loại.

• Cấu tạo nguyên tử:
  • Hầu hết, những nguyên tử kim loại đều có rất ít electron tồn tại ở lớp ngoài cùng (khoảng từ 1, 2 hoặc 3 e).
  • Trong một chu kì, nguyên tử của các nguyên tố kim loại có điện tích hạt nhân bé hơn so với các nguyên tử phi kim khác.
• Cấu tạo tinh thể:
  • Ở nhiệt độ thường, các kim loại tồn tại ở dạng rắn, trừ Hg (thủy ngân) ở dạng lỏng.
  • Kim loại có 3 loại mạng tinh thể: lập phương tâm diện (Cu, Ag, Al,…), lập phương tâm khối (Li, Na, K,…) và lục phương (Mg, Be, Zn,…).

Các nguyên tố kim loại sẽ được phân thành những nhóm cơ bản như sau:

• Kim loại hiếm và kim loại cơ bản: Kim loại hiếm là những kim loại ít gặp, ít bị ăn mòn như vàng hoặc bạch kim. Còn cụm từ “cơ bản” là để chỉ các kim loại dễ bị oxi hóa và ăn mòn.
• Kim loại đen và kim loại màu: Những kim loại có màu đen như crom, sắt, titan,… được gọi là các kim loại đen. Kim loại màu chỉ những kim loại có ánh kim và màu sắc như vàng, bạc, kẽm, đồng,…
• Kim loại nặng và kim loại nhẹ: Những kim loại nhẹ sẽ có khối lượng riêng nhỏ hơn 5g/cm_³ (Na, K, Mg,…). Ngược lại, các kim loại nặng sẽ có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm³ (Fe, Zn, Pb,…).

Lưu ý: kim loại nặng thường có số nguyên tử cao và thể hiện được tính kim loại ở nhiệt độ phòng. 

Trong bảng tuần hoàn hóa học, kim loại sẽ nằm tại nhóm IA (trừ H), nhóm IIA, IIIA (trừ Bo) và thuộc một phần của những nhóm IVA, VA, VIA. Đối với nhóm B, bao gồm từ IB đến VIIIB, là vị trí của các họ lantan và actini, chúng là những nguyên tố kim loại phóng xạ.

Tính chất vật lý của kim loại

Kim loại có những tính chất vật lý cụ thể như sau:

• Tính dẻo, dễ cắt, dễ dát mỏng: Những kim loại khác nhau có tính dẻo khác nhau. Thứ tự các kim loại có tính dẻo giảm dần: Au, Ag, Al, Cu, Sn…
• Tính dẫn điện: Nhờ vào dòng electron chuyển động có hướng trong cấu tạo nên kim loại có khả năng dẫn điện. Các kim loại có khả năng dẫn điện theo thứ tự giảm dần: Ag, Cu, Au, Al, Fe,…
• Tính dẫn nhiệt: Những kim loại dẫn điện tốt thường cũng sẽ dẫn được nhiệt. Theo đó, thứ tự các kim loại dẫn nhiệt tốt giảm dần: Ag, Cu, Al, Fe,…
• Ánh kim: Hầu hết, các kim loại đều có ánh kim. Do vậy, một số kim loại được ứng dụng làm trang sức như vàng hay bạc. 

Những tính chất vật lí chung của kim loại như trên chủ yếu là do các electron tự do trong kim loại gây ra.

Tính chất hóa học của kim loại

Đối với tính chất hóa học của kim loại có phần phức tạp. Cụ thể, các em cần nắm vững một số tính chất quan trọng như sau:

Tính chất tác dụng với phi kim của kim loại

1. Tác dụng với oxi (trừ Ag, Au, Pt) 

Trên thực tế, đa số kim loại đều có khả năng cho phản ứng với oxi ở nhiệt độ thường hoặc ở điều kiện nhiệt độ cao để tạo ra các oxit (trừ Au, Pt, Ag,…).

4Na + O_2 xrightarrow{t^o}  2Na_2O

2. Tác dụng với halogen: 

Một số kim loại cũng có thể tác dụng với halogen ở điều kiện nhiệt độ cao để tạo thành muối halogen. 

Cu + Cl_2xrightarrow{t^o} CuCl_2

3. Tác dụng với lưu huỳnh: 

Kim loại còn có khả năng kết hợp với lưu huỳnh trong điều kiện nhiệt độ cao để tạo thành các sản phẩm muối sunfua. 

Fe + Sxrightarrow{t^o} FeS

4. Tác dụng với nitơ: 

Một vài kim loại cho phản ứng với nitơ ở điều kiện thông thường.

N_2 + 6Na → 2Na_3N

Tính chất tác dụng với nước của kim loại

Tính chất hóa học của kim loại cũng đề cập đến khả năng cho phản ứng với nước. 

1. Kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs) và kiềm thổ (Ca, Sr, Ba): 

Những kim loại mạnh như Li, Na, Ca,…có thể tác dụng với nước ở điều kiện nhiệt độ phòng để tạo ra các dung dịch bazơ và giải phóng khí H₂.

2Na + 2H_2O → 2NaOH + H_2

2. Các kim loại khác Mg, Zn, Fe,…

Đối với các kim loại trung bình như Mg, Fe,… thì cần điều kiện nhiệt độ cao mới có thể phản ứng với nước để tạo thành oxit kim loại (trừ Mg tan chậm trong nước nóng tạo thành dung dịch Mg(OH)₂) và khí hiđro. 

Mg + 2H_2O xrightarrow{t^o} Mg(OH)_2 + H_2

3. Các kim loại không tác dụng với nước

Khác với những kim loại đã nêu trên, một số kim loại như Be, Cu, Ag, Hg,… không tác dụng được với nước.

Tính chất tác dụng với dung dịch axit của kim loại

Trong phần tính chất hóa học của kim loại, các em cũng cần để ý đến khả năng kết hợp với dung dịch axit của nhiều kim loại ở những điều kiện khác nhau.

Kim loại có thể cho phản ứng với một số axit mạnh (HCl, H₂SO₄ loãng,…) ở điều kiện thông thường để tạo thành muối và khí hiđro.​

Mg + H_2SO_{4  (loãng)}→ MgSO_4 +H_2

Khi cho kim loại tác dụng với HCl, HNO₃ hay H₂SO₄ đặc nóng, các em sẽ thu được nhiều sản phẩm khử khác nhau.

• Đối với HNO₃ đặc nóng, khi tác dụng với kim loại sẽ thu được muối nitrat và nhiều loại khí như NO, NO₂, N₂O, N₂ và muối NH₄NO₃. Ví dụ:

Cu + 4HNO_{3  text{(đặc, nóng)}}xrightarrow{t^o} Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O

• Trường hợp cho kim loại phản ứng với H₂SO₄ đặc nóng, ta sẽ thu được muối sunfat cùng những loại khí như H₂S, SO₂ và S. Ví dụ:

2Al + 6H_2SO_{4  text{(đặc, nóng)}} xrightarrow{t^o} Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2↑ + 6H_2O

Chú ý: Al, Fe và Cr trở nên thụ động trong HNO₃ và H₂SO₄ đặc nguội.

Tính chất tác dụng với dung dịch muối của kim loại

Tính chất hóa học của kim loại cuối cùng đó là tác dụng với dung dịch muối. Phản ứng này còn được gọi với cái tên khác là phản ứng thủy luyện. 

• Trong trường hợp kim loại kiềm và kiềm thổ như Na, Ca, Ba,…thì kim loại sẽ tác dụng với nước để tạo thành dung dịch kiềm và khí H₂. Sau đó, dung dịch kiềm mới tạo thành quay ra tác dụng với muối. Phản ứng này chỉ xảy ra nếu kết quả thu được kết tủa, chất bay hơi hoặc chất điện li yếu.
• Đối với những kim loại khác khi tác dụng với muối sẽ tuân theo quy tắc alpha (α). Kim loại đứng trước trong dãy hoạt động của kim loại sẽ đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch để tạo thành muối mới và kim loại mới. Ví dụ:

Zn_{(r)} + CuSO_{4 (dd)} → ZnSO_{4 (dd)} + Cu_{(r)}

Nguồn: Tính Chất Hóa Học Của Kim Loại – Marathon Education