Bài 18. Tính chất của kim loại. Dãy điện hoá của kim loại

I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ

1. Tính chất vật lí chung

Ở điều kiện thường, các kim loại đều ở trạng thái rắn (trừ Hg), có tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim.

2. Giải thích

- Tính dẻo: dễ rèn, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi.

Kim loại có tính dẻo là vì các ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau dễ dàng mà không tách ra khỏi nhau nhờ những electron tự do chuyển động dính kết chúng với nhau.

- Tính dẫn điện

Khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại, những electron chuyển động tự do trong kim loại sẽ chuyển động thành dòng có hướng từ cực âm đến cực dương, tạo thành dòng điện.

Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe,...

Ở nhiệt độ càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm do ở nhiệt độ cao, các ion dương dao động mạnh cản trở dòng electron chuyển động.

- Tính dẫn nhiệt

Các electron trong vùng nhiệt độ cao có động năng lớn, chuyển động hỗn loạn và nhanh chóng sang vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng này nên nhiệt lan truyền được từ vùng này đến vùng khác trong khối kim loại.

Thường các kim loại dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt.

- Ánh kim

Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được, do đó kim loại có vẻ sáng lấp lánh gọi là ánh kim.

Tóm lại: Tính chất vật lí chung của kim loại gây nên bởi sự có mặt của các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại.

Không chỉ các electron tự do trong tinh thể kim loại, mà đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể kim loại, bán kính nguyên tử,... cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lí của kim loại.

Ngoài những tính chất vật lí chung của kim loại như đã nói ở trên, kim loại còn có một số tính chất vật lí không giống nhau. Những kim loại khác nhau có khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy và tính cứng khác nhau.

II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Tính chất hóa học chung của kim loại là tính khử.

1. Tác dụng với phi kim

Nhiều kim loại có thể khử được phi kim đến số oxi hoá âm, đồng thời nguyên tử kim loại bị oxi hoá đến số oxi hoá dương.

- Tác dụng với clo

Hầu hết các kim loại đều có thể khử trực tiếp clo tạo ra muối clorua.

- Tác dụng với oxi

Hầu hết các kim loại có thể khử oxi từ số oxi hóa 0 xuống số oxi hóa 

- Tác dụng với lưu huỳnh

Nhiều kim loại có thể khử lưu huỳnh từ số oxi hóa 0xuống số oxi hóa  .  Phản ứng cần đun nóng (trừ Hg).

2. Tác dụng với dung dịch axit

- Với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng

Nhiều kim loại có thể khử được ion H⁺ trong dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng thành hiđro.

- Với dung dịch HNO₃, H₂SO₄ đặc

Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) khử được N⁺⁵ (trong HNO₃) và S⁺⁶ (trong H₂SO₄) xuống số oxi hóa thấp hơn.

3. Tác dụng với nuớc

Các kim loại ở nhóm IA và IIA của bảng tuần hoàn (trừ Be, Mg) có tính khử mạnh, có thể khử được H2O ở nhiệt độ thường thành hiđro. Các kim loại còn lại có tính khử yếu hơn nên chỉ khử được H₂O ở nhiệt độ cao như Fe, Zn,... hoặc không khử được H₂O như Ag, Au,...

4. Tác dụng với dung dịch muối

Kim loại mạnh hơn có thể khử được ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do.

III. DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI

1. Cặp oxi hóa - khử của kim loại

Nguyên tử kim loại dễ nhường electron để trở thành ion kim loại, ngược lại ion kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại.

Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa - khử của kim loại.

2. So sánh tính chất của các cặp oxi hóa - khử

Thí dụ: So sánh tính chất của hai cặp oxi hóa - khử Cu²⁺/Cu và Ag⁺/Ag.

Thực nghiệm cho thấy Cu tác dụng được với dung dịch muối AgNO₃ theo phương trình ion rút gọn:

Trong khi đó, ion Cu2+ không oxi hóa được Ag. Như vậy, ion Cu2+ có tính oxi hóa yếu hơn ion Ag+ và kim loại Cu có tính khử mạnh hơn kim loại Ag.

3. Dãy điện hóa của kim loại

Người ta đã so sánh tính chất của nhiều cặp oxi hóa - khử và sắp xếp thành dãy điện hóa của kim loại:

4. Ý nghĩa của dãy điện hóa của kim loại

Dãy điện hóa của kim loại cho phép dự đoán chiều của phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa - khử theo quy tắc α: Phản ứng giữa 2 cặp oxi hóa - khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.