BÀI 1: KIM LO IẠ
I. V trí c u t o c a kim lo iị ấ ạ ủ ạ
1. V trí:ị
Trong b ng tu n hoàn các nguyên t hóa h c kim lo i chi m h n 80% t ng s nguyênả ầ ố ọ ạ ế ơ ổ ố
t , kim lo i nh ng v trí:ố ạ ở ữ ị
- Nhóm IA (tr H), nhóm IIA: các kim lo i này là nh ng nguyên t sừ ạ ữ ố .
- Nhóm IIIA (tr B), m t ph n c a các nhóm IVA, VA, VIA: các kim lo i này là nh ngừ ộ ầ ủ ạ ữ
nguyên t pố.
- Các nhóm B (t IB đ n VIIIB): các kim lo i chuy n ti p, chúng là nh ng nguyên từ ế ạ ể ế ữ ố
d.
- H lantan và actini (x p riêng thành hai hàng cu i b ng): các kim lo i thu c hai họ ế ở ố ả ạ ộ ọ
này là nh ng nguyên ữf.
Các nguyên t càng n m bên trái, phía d i c a b ng, tính kim lo i càng m nh.ố ằ ở ướ ủ ả ạ ạ
2. C u t o c a nguyên t kim lo iấ ạ ủ ử ạ
- Nguyên t kim lo i có s electroon l p ngoài cùng nh (1,2,3e), d dàng nh ngử ạ ố ở ớ ỏ ễ ườ
electron trong các ph n ng hóa h c.ả ứ ọ
- Bán kính nguyên t c a các nguyên t kim lo i ( phía d i, bên trái b ng tu n hoàn)ử ủ ố ạ ở ướ ả ầ
nhìn chung l n h n bán kính nguyên t các nguyên t phi kim ( phía trên, bên ph iớ ơ ử ố ở ả
b ng tu n hoàn)ả ầ .
3. C u t o tinh th kim lo iấ ạ ể ạ
- H u h t các nguyên t kim lo i đi u ki n nhi t đ th ng đ u t n t i d i d ngầ ế ố ạ ở ề ệ ệ ộ ườ ề ồ ạ ướ ạ
tinh th (tr th y ngân)ể ừ ủ
- Trong tinh th kim lo i nguyên t và ion kim lo i n m nh ng nút m ng tinh th .ể ạ ử ạ ằ ở ữ ạ ể
Các electron hóa tr liên k t y u v i h t nhân nên d tách kh i nguyên t và chuy nị ế ế ớ ạ ễ ỏ ử ể
đ ng t do trong m ng tinh th .ộ ự ạ ể
- Có ba ki u m ng tinh th kim lo i đ c tr ng là l p ph ng tâm kh i, l p ph ngể ạ ể ạ ặ ư ậ ươ ố ậ ươ
tâm di n và l c ph ngệ ụ ươ
Liên k t kim lo iế ạ
Là liên k t hóa h c hình thành b i l c hút tĩnh đi n gi a ion d ng kim lo i n m ế ọ ở ự ệ ữ ươ ạ ằ ở
các nút m ng tinh th và các electron t do di chuy n trong toàn b m ng l i tinh thạ ể ự ể ộ ạ ướ ể
kim lo iạ.
Ion d ng kim lo iươ ạ
Hút nhau
II. Tính ch t v t líấ ậ
Kim lo i có tính d n đi n, d n nhi t tôt, có tính d o, có ánh kim.ạ ẫ ệ ẫ ệ ẻ
Do đ c tính c u t o c a m ng l i kim lo i ta gi i thích tính ch t v t lí c a nó.ặ ấ ạ ủ ạ ướ ạ ả ấ ậ ủ
a) Tính d o:ẻ các l p m ng tinh th kim lo i khi tr t lên nhau v n liên k t đ c v iớ ạ ể ạ ượ ẫ ế ượ ớ
nhau nh l c hút tĩnh đi n c a các electron t do v i các cation kim lo i. Nh ng kimờ ự ệ ủ ự ớ ạ ữ
lo i có tính d o cao là Au, Ag, Al, Cu, Zn…ạ ẻ
b) Tính d n đi nẫ ệ : nh các electron t do có th chuy n d i thành dòng có h ng d iờ ự ể ể ờ ướ ướ
tác d ng c a đi n tr ng. Nói chung nhi t đ c a kim lo i càng cao thì tính d n đi nụ ủ ệ ườ ệ ộ ủ ạ ẫ ệ
c a kim lo i càng gi m. Kim lo i d n đi n t t nh t là Ag, ti p sau là Cu, Au, Al, Fe… ủ ạ ả ạ ẫ ệ ố ấ ế
c) Tính d n nhi tẫ ệ : nh s chuy n đ ng c a các electron t do mang năng l ngờ ự ể ộ ủ ự ượ
(đ ng năng) t vùng có nhi t đ cao đ n vùng có nhi t đ th p c a kim lo i. Nóiộ ừ ệ ộ ế ệ ộ ấ ủ ạ
chung kim lo i nào d n đi n t t thì d n nhi t t tạ ẫ ệ ố ẫ ệ ố .
Tóm l i: nh ng tính ch t v t lí chung c a kim lo i nh trên ch y u do cácạ ữ ấ ậ ủ ạ ư ủ ế
electron t do trong kim lo i gây raự ạ .
Tính ch t v t lí riêngấ ậ
- Kh i l ng riêng: đ c chia thành 2 lo iố ượ ượ ạ
Kim lo i nh : Na, K, Mg.....ạ ẹ
Kim lo i n ng: Fe, Cu, Ag, ...ạ ặ
- Nhi t đ nóng ch y: kim lo i có nhi t đ nóng ch y th p nh t là Hg(-39ệ ộ ả ạ ệ ộ ả ấ ấ 0C), kim
lo i có nhi t đ nóng ch y cao nh t la W(3410ạ ệ ộ ả ấ 0C).
- Tính c ng: đ c chia 2 lo iứ ượ ạ
Kim lo i c ng; W, Cr...ạ ứ
Kim lo i m m: Na, K,...ạ ề
III.Tính ch t hóa h cấ ọ
1. Nh n xét chungậ
Do có năng l ng ion hóa th p và đ âm đi n nh nên kim lo i có khuynh h ngượ ấ ộ ệ ỉ ạ ướ
nh ng electron đ chuy n thành ion d ng và th hi n tính kh .ườ ể ể ươ ể ệ ử
M → Mn+ + ne
Kim lo i đ c s p x p theo tính kh gi m d n:ạ ượ ắ ế ử ả ầ
K, Ca, Na, Mg, Al, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au
2. Các ph n ng đ c tr ng:ả ứ ặ ư
a) Ph n ng v i oxi:ả ứ ớ
K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu,
Hg Ag, Pt, Au
Ph n ng không đi u ki nả ứ ề ệ
Đ t chaý sángốPh n ng khi nung đôtả ứ
không chaý sáng tr FeừKhông ph n ngả ứ
4Al + 3O2 2Al2O3
3Fe + 2O2 Fe3O4
b) Ph n ng v i halogen và các phi kim khácả ứ ớ :
- V i halogen: các kim lo i ki m, ki m th , Al, ph n úng ngay nhi t đ th ng. Cácớ ạ ề ề ổ ả ệ ộ ườ
kim lo i khác ph n ng y u h n, ph i đun nóng.ạ ả ứ ế ơ ả
2Fe + 3Cl2 2FeCl3
Hg + S → HgS
- V i phi kim khác ph i đun nóng:ớ ả
c) Ph n ng v i hidro:ả ứ ớ
Kim lo i ki m và kim lo i ki m th ph n ng t o h p ch t hidrua kim lo i d ngạ ề ạ ề ổ ả ứ ạ ợ ấ ạ ạ
mu i'ố
2Na + H2 → 2NaH
d) Ph n ng v i n c:ả ứ ớ ướ
K, Ba, Ca, Na Mg Al Mn, Zn, Cr, Fe
Ph n ng t oả ứ ạ
hidroxit tuong ngứ
và gi i phóng hidroả
- không p nhi t đư ở ệ ộ
th ng.ườ
- nhi t đ cao p x y raệ ộ ư ả Không x y raảPh n ng t o oxitả ứ ạ
t ng ng và gi iươ ứ ả
phóng hidro.
Mg + H2O(h) MgO + H2
3Fe + 4H2O(h) Fe3O4 + 4H2
Fe + H2O(h) FeO + H2
e) Ph n ng v i axit:ả ứ ớ
axit Kim lo i ho t đ ng (tr c H)ạ ạ ộ ướ Kim lo i th đ ng (sau H)ạ ụ ộ
HCl
Nói chung p t o mu i clorua kimư ạ ố
lo i (hóa tr th p).ạ ị ấ
Pb ch p n u đun nóngỉ ư ế
Nói chung không p .ư
Cu tan n u có oxi (hòa tan ho cế ặ
ph i trong không khí).ơ
H2SO4 l
Nói chung p t o mu i sunfat kimư ạ ố
lo i ( hóa tr th p).ạ ị ấ
Pb không ph n ng do PbSOả ứ 4 k tế
t a.ủ
Không p .ư
Cu tan n u có oxi.ế
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2
2K + H2SO4 → K2SO4 + H2
f) Ph n ng v i ki mả ứ ớ ề :
M t s kim lo i đ ng tr c hidro và hidroxit c a nó có tính l ng tính (Be, Zn, Al, Cr)ộ ố ạ ứ ướ ủ ưỡ
có th p v i ki m m nh.ể ư ớ ề ạ
2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
g) Ph n ng kim lo i m nh đ y kim lo i y u kh i h p ch t:ả ứ ạ ạ ẩ ạ ế ỏ ợ ấ
Tác d ng v i dung d ch mu iụ ớ ị ố
- Đi u ki n đ kim lo i M đ y đ c kim lo i X ra kh i dung d ch mu i c a nó: ề ệ ể ạ ẩ ượ ạ ỏ ị ố ủ
+ M đ ng tr c X trong dãy th đi n c c chu n ứ ướ ế ệ ự ẩ
+ C M và X đ u không tác d ng đ c v i n c đi u ki n th ng ả ề ụ ượ ớ ướ ở ề ệ ườ
+ Mu i tham gia ph n ng và mu i t o thành ph i là mu i tan: xM (r) + nXố ả ứ ố ạ ả ố x+ (dd) →
xMn+ (dd) + nX (r)
- K- Kh i l ng ch t r n tăng: ∆m↑ = mố ượ ấ ắ X t o raạ – mM tan
h i l ng ch t r n gi m: ∆m↓ = mố ượ ấ ắ ả M tan – mX t o raạ
- H n h p các kim lo i ph n ng v i h n h p dung d ch mu i theo th t u tiên: kimỗ ợ ạ ả ứ ớ ỗ ợ ị ố ứ ự ư
lo i kh m nh nh t tác d ng v i cation oxi hóa m nh nh t đ t o ra kim lo i kh y uạ ử ạ ấ ụ ớ ạ ấ ể ạ ạ ử ế
nh t và cation oxi hóa y u nh t ấ ế ấ
- V i nhi u anion có tính oxi hóa m nh nh NOớ ề ạ ư 3-, MnO4-,…thì kim lo i M s kh cácạ ẽ ử
anion trong môi tr ng axit (ho c baz ) ườ ặ ơ
Al + 3AgNO3 → Al(NO3)3 + 3Ag
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓
Tác d ng v i oxit kim lo iụ ớ ạ
Các kim lo i m nh kh đ c các oxit kim lo i y u h n nhi t đ cao thành kim lo i ạ ạ ử ượ ạ ế ơ ở ệ ộ ạ
2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3
h) Ph n ng v i oxi hóa:ả ứ ớ
axit Kim lo i ho t đ ng ( tr c hidro )ạ ạ ộ ướ Kim lo i th đ ng (sauạ ụ ộ
hidro)
H2SO4 đ cặ
T o mu i sunfat kim lo i ạ ố ạ
(hóa tr cao) s n ph m kh c a S vàị ả ẩ ử ủ
n c.ướ
Al, Mn, Cr, Fe th đ ng trong Hụ ộ 2SO4 d cặ
ngu i.ộ
T o mu i sunfat kim lo i,ạ ố ạ
SO2 và n cướ
HNO3 loãng T o mu i nitrat kim lo i (hóa tr cao)ạ ố ạ ị
s n ph m kh c a N và n c.ả ẩ ử ủ ướ T o mu i nitrat kim lo i,ạ ố ạ
NO va n c.ướ
HNO3 d cặT o mu i nitrat kim lo i, NOạ ố ạ 2 và n c.ướ
2Fe + 6H2SO4 (đ c) Feặ2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
4Mg + 5H2SO4 (đ c) 4MgSOặ4 + H2S + 4H2O
Cu + 4HNO3 (đ c) → Cu(NOặ3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
IV. Dãy th đi n hóa c a kim lo iế ệ ủ ạ
1. C p oxi hóa kh c a kim lo i:ặ ử ủ ạ
D ng oxi hóa và d ng kh c a cùng m t nguyên t kim lo i t o nên c p oxi hóa –ạ ạ ử ủ ộ ố ạ ạ ặ
kh . M t c p oxi hóa – kh đ c bi u di n d i d ng oxi hóa/kh (Mử ộ ặ ử ượ ể ễ ướ ạ ử n+/M).
Ví d : Cuụ2+ và Cu t o thành m t c p oxi hóa – kh Cuạ ộ ặ ử 2+/Cu.
2. Đi n th oxi hóa kh :ệ ế ử
Dãy th đi n c c chu n c a kim lo i là dãy s p x p các kim lo i theo th t tăng d nế ệ ự ẩ ủ ạ ắ ế ạ ứ ự ầ
th đi n c c chu nế ệ ự ẩ
3. Ý nghĩa c a dãy th đi n th c a kim lo i:ủ ế ệ ế ủ ạ
a. So sánh tính oxi hóa – khử
Trong dung môi n c, th đi n c c chu n c a kim lo i Eướ ế ệ ự ẩ ủ ạ oMn+/M càng l n thì tính oxi hóaớ
c a cation Mủn+ càng m nh và tính kh c a kim lo i M càng y u và ng c l iạ ử ủ ạ ế ượ ạ
b Xác đ nh chi u c a ph n ng oxi hóa – khị ề ủ ả ứ ử
Xác đ nh chi u c a ph n ng oxi hóa – kh cũng là s tìm hi u v ph n ng đó trongị ề ủ ả ứ ử ự ể ề ả ứ
đi u ki n t nhiên có x y ra hay không. ề ệ ự ả
- Kim lo i c a c p oxi hóa – kh có th đi n c c chu n nh h n kh đ c cation kimạ ủ ặ ử ế ệ ự ẩ ỏ ơ ử ượ
lo i c a c p oxi hóa – kh có th đi n c c chu n l n h n (nói cách khác, cation kimạ ủ ặ ử ế ệ ự ẩ ớ ơ
lo i trong c p oxi hóa – kh có th đi n c c chu n l n h n có th oxi hóa đ c kimạ ặ ử ế ệ ự ẩ ớ ơ ể ượ
lo i trong c p có th đi n c c chu n nh h n) ạ ặ ế ệ ự ẩ ỏ ơ
- Ví d : ion Pbụ2+ có oxi hóa đ c Zn hay không trong ph n ng: Pbượ ả ứ 2+(dd) + Zn(r) →
Pb(r) + Zn2+(dd)
N u ph n ng hóa h c trên x y ra gi a 2 c p oxi hóa – kh Pbế ả ứ ọ ả ữ ặ ử 2+/Pb và Zn2+/Zn, ta vi tế
các c p oxi hóa – kh trên theo trình t : c p nào có giá tr Eặ ử ự ặ ị o l n h n bên ph i, c pớ ơ ở ả ặ
nào có giá tr Eịo nh h n bên trái. Ta có:ỏ ơ ở