Dãy điện hóa kim loại là gì? Ý nghĩa, tính chất và mẹo ghi nhớ?

Kim loại chiếm hơn 80% các nguyên tố hóa học, kim loại được ứng dụng rộng rãi trong đời sống do tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt. Như vậy, kim loại cũng có những tính chất hóa học, tính chất vật lý nào, nguyên tử kim loại có cấu tạo như thế nào, dãy điện hóa của kim loại có ý nghĩa gì? Hãy cùng khám phá chi tiết qua bài viết dưới đây.

1. Dãy điện hóa kim loại là gì? 

Trong hóa học vô cơ, dãy điện hóa của kim loại là nội dung rất quan trọng. Học sinh mới có khả năng học tốt phần hóa học vô cơ trong chương trình học nếu nắm vững được những kiến thức này. Tuy nhiên, dãy điện hóa của kim loại tương đối dài và phức tạp nên học sinh tìm hiểu những phương pháp, cách thức để có thể ghi nhớ dễ dàng và chính xác hơn

Trong phản ứng hóa học, nguyên tử kim loại có thể nhường electron để tạo thành cation kim loại và ngược lại, cation kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại.

Dãy điện hóa của kim loại bao gồm chuỗi những cặp oxi hóa – khử của kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần theo tính oxi hóa của ion kim loại và giảm dần theo tính khử của kim loại.

Tính oxi hóa của kim loại tăng: 

K+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ Au3+

Tính khử của kim loại giảm:

K Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Au

2. Ý nghĩa của dãy điện hóa kim loại:

– So sánh tính oxi hóa – khử của dãy điện hóa kim loại: ion Mn+ có tính oxi hóacàng mạnh thì kim loại M có tính khử càng yếu và ngược lại. Ví dụ: kim loại Na có tính khử mạnh vì vậy ion Na+ có tính oxi hóa yếu. lon Ag+ có tính oxi hóa mạnh do đó kim loại Ag có tính khử yếu.

– Xác định chiều phản ứng oxi hóa – khử của dãy điện háo kim loại: Dự đoán chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử theo quy tắc alpha: Quy tắc này là Phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.

– Để xét một phản ứng oxi hóa – khử có xảy ra được hay không cần nắm và hiểu rõ quy tắc alpha: Chất khử mạnh + chất oxi hóa mạnh –> chất oxi hóa yếu hơn + chất khử yếu hơn.

3. Tính chất của kim loại:

3.1. Tính chất vật lý của kim loại:

Tính dẻo: do các ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt lên nhau một cách dễ dàng mà không bị tách khỏi nhau nhờ các electron tự do.

Tính dẫn điện: Khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại , nhưng electron chuyển động tự do sẽ chuyển động thành dòng có hướng từ âm đến dương.

Tính dẫn nhiệt: do có các electron tự do trong mạng tinh thể.

Ánh kim: các electron tự do trong mạng tinh thể phản xạ hầu hết những tia sáng nhìn thấy được

=>Tính chất vật lý chung của kim loại do các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại.

Kim loại có tính dẻo:

– Tính dẻo: Dễ rèn, dễ tạo hình và dễ kéo sợi. 

– Kim loại có tính dẻo vì các ion dương trong mạng tinh thể kim loại có thể trượt qua nhau dễ dàng do các êlectron chuyển động tự do liên kết chúng lại với nhau.

Kim loại có tính dẫn điện:

– Khi đặt một hiệu điện thế vào hai đầu dây kim loại, các êlectron chuyển động tự do trong kim loại sẽ chạy từ cực âm sang cực dương, tạo thành dòng điện. 

– Ag là kim loại dẫn điện tốt nhất, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe,… 

– Nhiệt độ càng cao, kim loại dẫn điện càng giảm, vì ở nhiệt độ cao các ion dương dao động, cản trở mạnh dòng electron.

Kim loại có tính dẫn nhiệt:

– Các electron ở vùng nhiệt độ cao có động năng lớn, chúng chuyển động hỗn loạn và nhanh dần về vùng có nhiệt độ thấp hơn, truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng đó nên nhiệt có thể lan truyền từ vùng này sang vùng khác trong khối kim loại

– Nhìn chung, kim loại dẫn điện tốt cũng là kim loại dẫn nhiệt tốt.

Kim loại có ánh kim:

– Các electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ hầu hết ánh sáng nhìn thấy được, tạo cho kim loại vẻ ngoài sáng bóng, được gọi là ánh kim. 

– Tóm tắt: Tính chất vật lý chung của kim loại là do trong mạng tinh thể kim loại có sự góp mặt của các êlectron tự do. 

– Tính chất vật lý của kim loại không chỉ chịu ảnh hưởng của các electron tự do trong tinh thể kim loại mà còn chịu ảnh hưởng của tính chất về cấu trúc mạng tinh thể kim loại, bán kính nguyên tử, v.v. 

– Ngoài những tính chất vật lý chung của kim loại nêu trên, kim loại còn có một số tính chất vật lý khác nhau. Các kim loại khác nhau có mật độ, điểm nóng chảy và độ cứng khác nhau.

3.2. Tính chất hoá học của kim loại:

Dựa vào dãy điện hóa đầy đủ của kim loại, chúng ta sẽ xác định được các tính chất hóa học của kim loại trong dãy. Trong đó tính khử là tính chất hóa học nổi bật nhất của kim loại, nó có công thức chung như sau:

M → Mn+ + ne ( Với 1 <= n <= 3 )

Phản ứng với những phi kim:

Một số kim loại có thể phản ứng với phi kim và tạo ra các muối tương ứng. Một số phi kim thường gặp như oxi, clo hay lưu huỳnh khi tác dụng với kim loại sẽ tạo ra muối kết tủa.

Ví dụ:

Tác dụng với clo: 2Fe + Cl2 →2FeCl3 (phản ứng này sắt có hóa trị III)

Tác dụng với oxi: 4Al + O2 → 2Al2O3

Tác dụng với lưu hình: Hg + S → HgS

Phản ứng với dung dịch axit:

Nhiều kim loại phản ứng với các dung dịch axit và tạo ra muối kết hợp giải phóng khí hoặc nước. Tuy nhiên một số kim loại được biết sẽ không có phản ứng với axit.

Khi tác dụng với dung dịch HCI, H2SO4 loãng thì kim loại khử H+ tạo thành H2. Ví dụ: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Khi kim loại tác dụng với dung dịch HNO3, H2SO4 đặc: kim loại khử N+5, S+6 xuống số mức oxi hóa thấp hơn. Ví dụ: 3Cu + HNO3 ->3CuSO4 + 2NO +4H2O, trong đó HNO3 loãng còn NO sinh ra ở dạng khí.

Phản ứng với nước:

Khi kim loại nhóm IA, IIA phản ứng với nước sẽ tạo ra một dung dịch kiềm và khí hidro. Ví dụ: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 (khí).

Phản ứng với dung dịch muối:

Việc kim loại tác dụng với muối thể hiện tính chất kim loại mạnh hơn sẽ đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi muối đó và tạo ra muối mới và kim loại mới. Ví dụ: Fe + CuSO4 → FeSO3 + Cu

4. Dãy điện hóa của kim loại:

4.1. Cặp oxi hóa khử của kim loại:

‐ Nguyên tử kim loại dễ dàng nhường electron cho ion kim loại, trong khi ion kim loại có thể nhận electron cho nguyên tử kim loại. 

‐ Các dạng oxi hoá và khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo thành cặp oxi hoá khử  kim loại.

4.2. So sánh tính chất của các cặp oxi hóa – khử: 

Ví dụ: Chúng ta cùng so sánh tính chất của hai cặp oxi hóa – khử Cu2+/Cu và Ag+/Ag.

‐  Trên thực tế, cho thấy Cu tác dụng được với dung dịch muối AgNO3 theo phương trình ion rút gọn: 

Cu + 2Ag+ → Cu2++2Ag

‐ Trong khi đó, ion Cu2+ không oxi hóa được Ag. Điều này có nghĩa, ion Cu2+ có tính oxi hóa yếu hơn ion Ag+ và kim loại Cu thì có tính khử mạnh hơn kim loại Ag.

5. Mẹo ghi nhớ Dãy điện hóa kim loại:

Dãy điện hóa đầy đủ về kim loại giúp ích rất nhiều cho việc làm bài tập hóa học. Tìm hiểu dãy số điện hóa là chúng ta đã hiểu rõ về kim loại –  một mảng kiến thức vô cùng quan trọng trong môn hóa học vô cơ. Tuy nhiên, chúng ta cũng cần phân biệt giữa dãy điện hóa của kim loại và dãy điện hóa của toàn kim loại. Dãy điện hóa kim loại đầy đủ sẽ dài hơn và phức tạp hơn. Vậy làm thế nào để nhớ tất cả các dãy điện hóa của kim loại? Cách nhớ nhanh dãy điện hóa của kim loại được nhiều học sinh áp dụng là chuyển thể thành bài thơ.

Dãy điện hóa

K Na Ba Ca Mg Al

Khi Nào Bạn Cần May Áo Dài

Fe Ni Sn Pb H

Phái Người Sang Phó Hỏi

Cu Hg Ag Pt Au

Cửa Hàng Á Phi Âu

K Na Ba Ca Mg Al

Không Nói Li Biệt Chiều Mưa Ấy

Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb

Mắt Dõi Phương Cũ Nhớ Thương Chờ

H Cu Bi Hg Ag Pt Au

Hỏi Có Biết Hay Ai Phố Vắng

Dãy điện hóa O sau khử trước (1)

Phản ứng theo quy tắc (2) và (3)

Nhưng cần phải hiểu sâu xa

Trước sau ý nghĩa mới là thành công

Ma, Nhôm, Man, Kẽm tiếp không chịu hèn

Sắt rồi Cô đến Niken

Thiếc, Chì dầu chậm cũng liền theo chân

Hidro, Đồng, Bạc, Thủy Ngân

Bạch Kim, Vàng nữa chịu phần đứng sau

Ba kim loại mạnh nhất ở đầy

Vào dung dịch muối nước đâu “hủy liền”

Khí bay, muối lại gặp kiềm

Đôi trao phản ứng là quyền chúng thôi.

Các kim loại khác dễ rồi,

Vào dung dịch muối trước thời đẩy sau.

Với axit, nhớ bảo nhau:

Khử được hát cộng phải đâu dễ dàng.

Từ Đồng cho đến cuối hàng,

Sau Hidro đấy chẳng tan chút nào.

Vài lời bàn bạc, đổi trao,

Vun cây ” Vườn hóa ” vui nào vui hơn

(1) Kim loại trước có tính khử mạnh hơn kim loại sau

Catio sau có tính oxi hóa mạnh hơn cation trước