Kim loại và tính chất hóa học của kim loại

Giới thiệu chung về kim loại

Vị trí trên bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Vị trí của kim loại trên bảng tuần hoàn bao gồm nhóm IA (trừ H), nhóm IIA, IIIA (trừ Bo) và một phần của các nhóm IVA, VA, VIA. Các nhóm B (từ IB đến VIIIB) Họ lantan và actini là những nguyên tố kim loại phóng xạ.

Cấu tạo của kim loại

1. Cấu tạo nguyên tử

Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại đều có ít electron ở lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3 e). 
Ví dụ:

$\mathrm{Na}: 1{\mathrm{s}}^2 2{\mathrm{s}}^2 2{\mathrm{p}}^6 3{\mathrm{s}}^1$ ;

$\mathrm{Mg}: 1{\mathrm{s}}^2 2{\mathrm{s}}^2 2{\mathrm{p}}^{6 }3{\mathrm{s}}^2$;

$\mathrm{Al}: 1{\mathrm{s}}^{2 }2{\mathrm{s}}^2 2{\mathrm{p}}^6 3{\mathrm{s}}^2 3{\mathrm{p}}^{1 }$

Trong chu kì, nguyên tử của nguyên tố kim loại có điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với các nguyên tử của nguyên tố phi kim. 

Ví dụ: số hiệu các nguyên tử chu kì 2:

 Na: 11; Mg: 12; Al:13; Si:14; P: 15; S:16; Cl: 17

2. Cấu tạo tinh thể

Ở nhiệt độ thường, trừ Hg ở thể lỏng, còn các kim loại khác ở thể rắn và có cấu tạo tinh thể. Các electron hoá trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Kim loại có 3 loại mạng tinh thể sau:

• Lập phương tâm diện:

Ví dụ: Cu, Ag, Au, Al…

• Lập phương tâm khối 

Ví dụ: Li, Na, K,... 

• Lục phương:

Ví dụ: Be, Mg, Zn...

Phân loại

Kim loại cơ bản và kim loại hiếm
Kim loại cơ bản" được dùng để ám chỉ các kim loại bị oxi hóa hoặc ăn mòn khá dễ dàng, kim loại hiếm chỉ các loại ít gặp và ít bị ăn mòn như vàng, bạch kim...

Kim loại đen và kim loại màu
Kim loại đen là kim loại màu đen. Gồm sắt, titan, crôm, và nhiều kim loại đen khác. 
Kim loại màu là kim loại có các màu và ánh kim như màu vàng, màu bạc, màu gạch đồng.  Ví dụ như bạc, vàng, đồng, kẽm

Kim loại nặng và kim loại nhẹ
Các kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 g/cm3 được gọi là kim loại nhẹ (như Na, K, Mg, Al…) và lớn hơn 5 g/cm3 được gọi là kim loại nặng (như Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Au…), kim loại nặng có số nguyên tử cao và thường thể hiện tính kim loại ở nhiệt độ phòng.

Thuộc tính vật lý chung của kim loại

Tính dẻo, dễ kéo, dễ dát mỏng: Ta có thể dễ dàng dát mỏng thanh kim loại, tác dụng lực làm biến dạng chúng nhưng khó để làm chúng tách rời nhau. Những kim loại có tính dẻo cao nhất theo thứ tự giảm dần : Au, Ag, Al, Cu, Sn...

Tính dẫn điện: Kim loại dẫn được điện nhờ dòng electron chuyển động có hướng trong kim loại. Kim loại khác nhau thì có tính dẫn điện khác nhau. Các kim loại dẫn điện tốt nhất theo thứ tự giảm dần là: Ag, Cu, Au, Al, Fe,…

Tính dẫn nhiệt: Tính chất này của kim loại cũng là nhờ các electron tự do có trong kim loại. Khi đốt nóng một đầu thanh kim loại, các electron tự do ở vùng nhiệt độ cao có động năng lớn, chuyển động đến vùng có nhiệt độ thấp hơn và truyền năng lượng cho các ion dương ở đây, làm đầu kia của thanh kim loại cũng nóng lên. Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt như: Ag, Cu, Al, Fe,..

Ánh kim: vẻ ngoài ánh lên của kim loại gọi là ánh kim. Hầu hết kim loại đều có ánh kim.

Tính chất hóa học chung của kim loại

Tác dụng với phi kim

Tác dụng với oxi: Hầu hết kim loại (trừ Au, Pt, Ag,...) tác dụng với oxi ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao, tạo thành oxit.
$2\mathrm{Ba} + {\mathrm{O}}_2 \to 2 \mathrm{BaO}$
$4\mathrm{Cr} + 3{\mathrm{O}}_2 \stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to } 2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_3$

Tác dụng với phi kim khác (Cl.,, S,...)

Nhiều kim loại tác dụng với phi kim ở nhiệt độ cao, tạo thành muối.
$2 \mathrm{Fe} + 3 {\mathrm{Cl}}_2 \to 2 {\mathrm{FeCl}}_3$
$\mathrm{Ba}+\mathrm{S}\to \mathrm{BaS}$

Tác dụng với dung dịch axit

Nhiều kim loại tác dụng với dung dịch axit (HCl,...) tạo thành muối và H2.

$\mathrm{Mg} + 2 {\mathrm{HNO}}_3 \to \mathrm{Mg}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2 +{\mathrm{H}}_2$
$2 \mathrm{Al} + 6\mathrm{HNO}3 \to 2 \mathrm{Al}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3 + 3{\mathrm{H}}_2$

Tác dụng với dung dịch ${\mathbf{HNO}}_{\mathbf{3}}$ và ${\mathbf{H}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{SO}}_{\mathbf{4}}\mathbf{ }$đặc nóng

Kim loại tác dụng dung dịch ${\mathrm{HNO}}_3$ đặc nóng tạo  muối nitrat và nhiều loại khí như ${\mathrm{NO}}_2 ,\mathrm{NO}, {\mathrm{N}}_2\mathrm{O}, {\mathrm{N}}_{2 }$và muối ${\mathrm{NH}}_4{\mathrm{NO}}_3$

$M+HN{O}_3\to M{\left(N{O}_{\mathit{3}}\right)}_n+$$\left\{N{O}_2,NO,N_{2}O,N_2,N{H}_{4}N{O}_3\right\}+H_{2}O$
Ví dụ:

$\mathrm{Cu} + 4{\mathrm{HNO}}_{3\left(\mathrm{đặc} \mathrm{nóng}\right)}$$\to \mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2 + 2{\mathrm{NO}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

KIm loại tác dụng với dung dịch $\mathrm{H}2{\mathrm{SO}}_4$đặc nóng tạo muối sunfat và nhiều loại khí  như ${\mathrm{SO}}_2 {\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$  và  lưu huỳnh 

$M+H_{2}S{O}_{4 đặc, nóng}\to M_2{\left(SO4\right)}_{\mathit{n}}+S{O}_2,S,H_{2}S+\mathrm{H<div\; class="adv-components"\; id="MiddleContent-06"></div>}{2}_{}O$

Ví dụ:

$2\mathrm{Al} + 6{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_{4 \mathrm{đặc}, \mathrm{nóng} }$$\to {\mathrm{Al}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3 + 3{\mathrm{SO}}_2\uparrow + 6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
$4\mathrm{Mg} + 5{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_{4 \mathrm{đặc}}$$\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to } 4{\mathrm{MgSO}}_{4 }+ {\mathrm{H}}_2\mathrm{S} + 4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

*Lưu ý Al, Fe, Cr thụ động với ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$ đặc nguội và ${\mathrm{HNO}}_3$ đặc nguội

Tác dụng với dung dịch muối

Kim lọại hoạt dộng mạnh hơn (trừ Na, K, Ba,... vì kim loại kiềm, kiềm thổ tan trong nước ở điều kiện thường) tác dụng với muối của kim loại yếu hơn, tạo thành muối và kim loại mới.

$\mathrm{Fe} + {\mathrm{CuSO}}_4 \to \mathrm{Cu} + {\mathrm{FeSO}}_4$
$2\mathrm{Fe} + 3{\mathrm{CuSO}}_4 \to 3\mathrm{Cu} + {\mathrm{Fe}}_2{\left(\mathrm{SO}{4}_{}\right)}_3$
$\mathrm{Mg} + {\mathrm{FeCl}}_2 \to \mathrm{Fe} + {\mathrm{MgCl}}_2$

Tác dụng với nước

Các kim loại mạnh như $\mathrm{Li<div\; class="adv-components"\; id="MiddleContent-07"></div>}, \mathrm{Na}, \mathrm{K}, \mathrm{Ca}, \mathrm{Sr}, \mathrm{Ba}\dots$tác dụng với nước dễ dàng ở nhiệt độ thường tạo thành dung dịch bazo 
$\mathrm{M} + {\mathrm{nH}}_2\mathrm{O} \to \mathrm{M}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{\mathrm{n}} + \frac{\mathrm{n}}{2}{\mathrm{H}}_2.$
Kim loại trung bình mạnh như Mg tan rất chậm trong nước nóng

Ví dụ:

$\mathrm{Mg} + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to \mathrm{Mg}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 + {\mathrm{H}}_2$

Một số kim loại trung bình như Mg, Al, Zn, Fe…phản ứng được với hơi nước ở nhiệt độ cao tạo oxit kim loại và hiđro 

Ví dụ:

$3\mathrm{Fe} + 4{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{hơi}} \to {\mathrm{Fe}}_3{\mathrm{O}}_4 + 4{\mathrm{H}}_2$

Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về các tính chất chung của kim loại. Các bạn nhớ nghiên cứu phần kim loại tác dụng với ${\mathrm{HNO}}_3$ và ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$ đặc nóng vì phần này xuất hiện rất nhiều trong các đề thi giữa kì và cuối kì nhé. Ngoài ra các bạn có thể đọc thêm về các hợp chất vô cơ nền tảng khác trong các bài viết dưới đây: