Kim loại và phi kim — Tính chất & sự khác nhau

Kim loại và phi kim khác nhau chủ yếu ở cách nguyên tử của chúng xử lý electron và ở những tính chất phát sinh từ điều đó. Nói chung, kim loại dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, đồng thời có xu hướng mất electron dễ hơn, còn phi kim thường dẫn kém hơn và thường nhận electron hoặc dùng chung electron trong liên kết cộng hoá trị.

Đây là một quy luật khái quát, không phải quy tắc đúng trong mọi trường hợp. Nếu bạn cần dự đoán chính xác, nguyên tố cụ thể và điều kiện hoá học vẫn rất quan trọng.

So sánh nhanh kim loại và phi kim

• Kim loại thường có ánh kim, dễ dát mỏng và dẫn điện tốt.
• Phi kim thường không có ánh kim hoặc giòn nếu ở thể rắn, và thường dẫn điện kém.
• Kim loại thường tạo ion dương gọi là cation.
• Phi kim thường tạo ion âm trong hợp chất ion hoặc dùng chung electron trong hợp chất cộng hoá trị.

Đó là những ý chính mà học sinh thường cần nắm trước tiên. Lý do sâu xa hơn nằm ở hành vi của electron.

Vì sao có sự khác nhau này

Sự phân biệt giữa kim loại và phi kim chủ yếu liên quan đến việc nguyên tử giữ các electron lớp ngoài cùng chặt đến mức nào. Kim loại nhìn chung giữ các electron đó kém chặt hơn phi kim, nên trong nhiều phản ứng, kim loại dễ mất electron hơn. Phi kim thường hút electron mạnh hơn, nên chúng thường nhận electron hoặc dùng chung electron.

Điều đó giúp giải thích hai quy luật phổ biến. Một kim loại kết hợp với một phi kim thường tạo thành hợp chất ion, vì trong nhiều trường hợp sự chuyển electron là thuận lợi. Kim loại cũng có xu hướng dẫn điện tốt vì electron có thể chuyển động trong chất rắn kim loại tự do hơn so với trong phần lớn chất rắn phi kim.

Tính chất của kim loại

Kim loại thường có ánh kim, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, đồng thời dễ dát mỏng, nghĩa là có thể tạo hình mà không bị vỡ. Nhiều kim loại cũng có tính dẻo kéo sợi, nên có thể kéo thành dây.

Phần lớn kim loại là chất rắn ở nhiệt độ phòng, nhưng không phải tất cả. Thuỷ ngân là một ngoại lệ quen thuộc vì nó ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng.

Trong phản ứng, kim loại thường tạo ion dương. Natri thường tạo $Na^+$, magie thường tạo $Mg^{2+}$, và nhôm thường tạo $Al^{3+}$ trong các bài hoá học nhập môn.

Tính chất của phi kim

Phi kim thường dẫn nhiệt và dẫn điện kém hơn. Nếu một phi kim ở thể rắn, nó thường giòn thay vì dễ dát mỏng.

Nhiều phi kim là chất khí ở nhiệt độ phòng, nhưng không phải tất cả. Cacbon, lưu huỳnh và photpho là các phi kim rắn, còn brom là một phi kim lỏng.

Về mặt hoá học, phi kim thường tạo ion âm trong hợp chất ion hoặc dùng chung electron trong hợp chất cộng hoá trị. Clo thường tạo $Cl^-$ trong hợp chất ion, còn oxi thường tạo $O^{2-}$ trong nhiều ví dụ đơn giản.

Ví dụ có lời giải: Nhôm và lưu huỳnh

Nhôm là kim loại. Lưu huỳnh là phi kim. Ngay cả trước khi изучить một phản ứng cụ thể, các tính chất quen thuộc của chúng đã cho thấy hai hướng khác nhau.

Một mảnh giấy nhôm có thể bị uốn cong mà không bị vụn và dẫn điện tốt. Lưu huỳnh rắn thì giòn và không có khả năng dẫn điện dễ dàng như vậy. Sự tương phản này phù hợp với quy luật chung: kim loại có xu hướng là chất dẫn dễ dát mỏng, còn phi kim rắn thường giòn và cách điện.

Quy luật hoá học cũng phù hợp. Nhôm có xu hướng mất electron và tạo ion dương, còn lưu huỳnh có thể nhận electron trong môi trường ion. Trong mô hình nhập môn, điều đó giúp giải thích vì sao một kim loại và một phi kim thường tạo thành hợp chất ion.

Mục đích của ví dụ này không phải là nói mọi kim loại đều hành xử giống hệt nhôm hay mọi phi kim đều giống hệt lưu huỳnh. Nó cho thấy các tính chất vật lí và hành vi electron thường đi cùng nhau trong một cặp đơn giản, dễ nhớ.

Những nhầm lẫn thường gặp về kim loại và phi kim

Cho rằng có ánh kim thì chắc chắn là kim loại

Ánh kim là đặc điểm phổ biến của kim loại, nhưng tự nó không phải là phép kiểm tra đầy đủ. Một số phi kim cũng có thể trông sáng bóng.

Nghĩ rằng mọi phi kim đều là chất khí

Nhiều phi kim là chất khí ở nhiệt độ phòng, nhưng không phải tất cả. Lưu huỳnh và cacbon là phi kim rắn, còn brom là phi kim lỏng.

Xem quy luật này là tuyệt đối

Đây là những quy luật khái quát, không phải định luật chính xác tuyệt đối. Độ dẫn điện, vẻ ngoài, độ cứng và tính phản ứng có thể khác nhau giữa các nguyên tố.

Quên mất á kim

Một số nguyên tố, chẳng hạn như silic, có tính chất trung gian. Chúng thường được xếp vào nhóm á kim thay vì bị ép hoàn toàn vào nhóm kim loại hoặc phi kim.

Khi nào cách phân loại này hữu ích

Ý tưởng phân biệt kim loại với phi kim rất hữu ích khi bạn muốn có một dự đoán nhanh ban đầu. Nó giúp ích khi bạn:

1. ước lượng xem một nguyên tố có nhiều khả năng tạo cation hay anion hơn
2. dự đoán xem một vật liệu có thể dẫn điện tốt hay không
3. đưa ra phỏng đoán ban đầu về liên kết ion hay liên kết cộng hoá trị
4. đọc các xu hướng tuần hoàn khái quát trên bảng tuần hoàn
5. liên hệ loại nguyên tố với các ứng dụng có khả năng phù hợp, như làm dây dẫn hoặc vật liệu cách điện

Đây là điểm khởi đầu, không phải toàn bộ câu chuyện. Muốn dự đoán chính xác, bạn vẫn cần biết nguyên tố, hợp chất và điều kiện cụ thể.

Hãy thử một phép so sánh tương tự

Hãy tự thử với magie và oxi. Trước tiên, phân loại mỗi nguyên tố là kim loại hay phi kim, sau đó dự đoán nguyên tố nào dễ mất electron hơn, nguyên tố nào dễ nhận electron hơn, và hợp chất tạo thành có nhiều khả năng là ion hay cộng hoá trị. Nếu muốn thêm một trường hợp khác, hãy so sánh natri và clo tiếp theo.