Kim loại | Khái niệm hoá học

1. Khái niệm

 Trong hóa học, kim loại là nguyên tố có thể tạo ra các ion dương (cation) và có các liên kết kim loại, và đôi khi người ta cho rằng nó tương tự như là cation trong đám mây các điện tử. Các kim loại là một trong ba nhóm các nguyên tố được phân biệt bởi độ ion hóa và các thuộc tính liên kết của chúng, cùng với các á kim và các phi kim.

2. Vị trí trong bảng hệ thống tuần hoàn

- Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA: các kim loại này là những nguyên tố s 

- Nhóm IIIA (trừ B), một phần của các nhóm IVA, VA, VIA: các kim loại này là những nguyên tố p 

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB): các kim loại chuyển tiếp, chúng là những nguyên tố d 

- Họ lantan và actini (xếp riêng thành hai hàng ở cuối bảng): các kim loại thuộc hai họ này là những nguyên tố f

* Nhận xét: đa số các nguyên tố hóa học đã biết là nguyên tố kim loại (trên 80 %) 

3. Tính chất vật lý

a. Tính chất chung

- Kim loại có tính chất vật lí chung là dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim.

- Các tính chất vật lí chung này là do các e tự do có trong mạng tinh thể kim loại gây ra.

b. Một số tính chất vật lí khác

- Tỉ khối: của các kim loại rất khác nhau nhưng thường dao động từ 0,5 (Li) đến 22,6 (Os). Thường thì:

+ d < 5: kim loại nhẹ (K, Na, Mg, Al).

+ d > 5: kim loại nặng (Zn, Fe...).

- Nhiệt độ nóng chảy: biến đổi từ -390C (Hg) đến 34100C (W). Thường thì:

+ t < 10000C: kim loại dễ nóng chảy.

+ t > 15000C: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt).

- Tính cứng: Biến đổi từ mềm đến rất cứng.

Tỷ khối, nhiệt độ nóng chảy và tính cứng của kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kiểu mạng tinh thể; mật độ e; khối lượng mol của kim loại...

3.Tính chất hóa học

Tính chất đặc trưng của kim loại là tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương):  

M → Mⁿ⁺ + ne

1. Tác dụng với phi kim

Hầu hết các kim loại khử được phi kim điển hình thành ion âm 

Ví dụ:                                                      Hg + S → HgS  

2. Tác dụng với axit

a) Đối với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng:

2M + 2nH⁺ → 2Mⁿ⁺ + nH₂ 

(M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn)

b) Đối với H₂SO₄ đặc, HNO₃ (axit có tính oxi hóa mạnh): 

- Kim loại thể hiện nhiều số oxi hóa khác nhau khi phản ứng với H₂SO₄ đặc, HNO₃ sẽ đạt số oxi hóa cao nhất 

- Các kim loại có tính khử càng mạnh thường cho sản phẩm khử có số oxi hóa càng thấp. Các kim loại như Na, K…sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dịch axit

2Fe + 6H₂SO₄ (đặc)→Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O 

4Mg + 5H₂SO₄ (đặc) → 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O 

Cu + 4HNO₃ (đặc) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

 3Cu + 8HNO₃ (loãng) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

3. Tác dụng với dung dịch muối

- Với Na, K, Ca và Ba phản ứng với nước trước sau đó dung dịch kiềm tạo thành sẽ phản ứng với muối.

- Với các kim loại không tan trong nước, kim loại hoạt động (đứng trước) đẩy được kim loại kém hoạt động (đứng sau) ra khỏi dung dịch muối của chúng theo quy tắc α.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Chú ý:

2Fe³⁺ + Fe → 3Fe²⁺

Cu + 2Fe³⁺ → Cu²⁺ + 2Fe²⁺

Fe²⁺ + Ag⁺ → Ag + Fe³⁺ 

4. Tác dụng với dung dịch kiềm

Các kim loại mà hiđroxit của chúng có tính lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác dụng được với dung dịch kiềm (đặc). Trong các phản ứng này, kim loại đóng vai trò là chất khử, H₂O là chất oxi hóa và bazơ làm môi trường cho phản ứng 

Ví dụ: phản ứng của Al với dung dịch NaOH được hiểu là phản ứng của Al với nước trong môi trường kiềm và gồm hai quá trình:       2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂ 

                                    Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄] 

Cộng hai phương trình trên ta được một phương trình: 

                        2Al + 6H₂O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂

5. Tác dụng với oxit kim loại

Các kim loại mạnh khử được các oxit kim loại yếu hơn ở nhiệt độ cao thành kim loại 

Ví dụ: 2Al + Fe₂O₃→ 2Fe + Al₂O₃