Kẽm (Zn) là một kim loại quen thuộc và vô cùng quan trọng trong đời sống cũng như công nghiệp. Từ hàng nghìn năm trước, con người đã sử dụng kẽm dưới dạng hợp kim đồng thau, tuy nhiên mãi đến thế kỷ 16 thì nguyên tố kẽm mới được phát hiện và sử dụng độc lập. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu kỹ hơn về các tính chất hóa học của kẽm & vật lý, cách điều chế cũng như những ứng dụng phổ biến của nó. Khám phá thêm cùng hoahocphothong nhé!
TÓM TẮT
Tổng quan về Kẽm
- Ký hiệu hóa học: Zn
- Cấu hình electron: [Ar] 3d10 4s2
- Số hiệu nguyên tử: 30
- Khối lượng nguyên tử: 65 g/mol
- Vị trí trong bảng tuần hoàn:
- Ô 30
- Nhóm IIB
- Chu kỳ 4
- Độ âm điện: 1.65
- Đồng vị: Kẽm có năm đồng vị chính: 64Zn, 65Zn, 66Zn, 68Zn, và 70Zn. Trong đó, 64Zn chiếm tỷ lệ lớn nhất, khoảng 48,63%.
Tính chất hóa học của Kẽm – vật lý
Tính chất vật lý của Kẽm
Hình dáng và tính chất cơ học:
Kẽm có màu trắng xanh, bóng loáng, giòn ở nhiệt độ phòng và trở nên dẻo khi nhiệt độ tăng từ 100-150°C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ vượt quá 200°C, kẽm lại trở nên giòn và dễ vỡ. Kẽm có khối lượng riêng là 7,13 g/cm³, nóng chảy ở 419,5°C và sôi ở 906°C. Điều này khiến kẽm rất lý tưởng để sử dụng trong các hợp kim và các quá trình gia công nhiệt.
Nhận biết kẽm:
Một trong những cách nhận biết kẽm là cho kẽm tác dụng với dung dịch NaOH. Phản ứng này sẽ tạo ra khí không màu và dung dịch Na2[Zn(OH)4]. Phương trình phản ứng:
Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
Tính chất hóa học của Kẽm
Tính chất hóa học của kim loại Kẽm là một kim loại hoạt động với tính khử mạnh, có khả năng tác dụng với nhiều chất khác nhau.
- Tác dụng với phi kim:
Kẽm dễ dàng phản ứng với các phi kim như oxy và clo tạo thành các hợp chất tương ứng như kẽm oxit và kẽm clorua. Một số phản ứng tiêu biểu là:
2Zn + O2 → 2ZnO
Zn + Cl2 → ZnCl2 - Tác dụng với axit:
Kẽm tác dụng với các dung dịch axit loãng như HCl và H2SO4, giải phóng khí hydro và tạo ra muối. Phản ứng với HCl được biểu diễn như sau:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Ngoài ra, khi phản ứng với axit đặc như HNO3 hoặc H2SO4 đặc nóng, kẽm tạo ra các muối và sản phẩm khí độc như NO2:
Zn + 4HNO3 (đặc) → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O - Tác dụng với nước:
Kẽm hầu như không phản ứng với nước ở nhiệt độ thường do lớp màng oxit bảo vệ trên bề mặt ngăn cản sự tiếp xúc trực tiếp với nước. - Tác dụng với bazơ:
Kẽm phản ứng với các dung dịch bazơ mạnh như NaOH, KOH tạo thành các phức chất kẽm và giải phóng khí hydro:
Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2
Trạng thái tự nhiên
Kẽm thường tồn tại trong tự nhiên dưới dạng hợp chất, chủ yếu là kẽm sulfua (ZnS), một trong những khoáng chất phổ biến nhất của kẽm. Các loại quặng chứa nhiều kẽm khác bao gồm smithsonit (kẽm cacbonat), hemimorphit (kẽm silicat) và wurtzit (một dạng khác của ZnS). Sphalerit (ZnS) là quặng có hàm lượng kẽm cao nhất, chiếm khoảng 60-62%.
Phương pháp điều chế Kẽm
Quá trình điều chế kẽm từ quặng trải qua nhiều công đoạn phức tạp. Sau khi quặng kẽm được nghiền nhỏ, phương pháp tuyển nổi bọt được áp dụng để tách quặng ra khỏi các khoáng chất khác. Trong giai đoạn này, kẽm chiếm khoảng 50% thành phần, phần còn lại là lưu huỳnh, sắt và SiO2.
Thiêu kết:
Quặng ZnS được thiêu kết trong không khí để chuyển thành kẽm oxit (ZnO):
2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
Quá trình nhiệt luyện:
Kẽm oxit được khử với cacbon hoặc cacbon mônôxít ở nhiệt độ cao (950°C) để tạo ra kẽm dạng hơi. Hơi này sau đó được ngưng tụ thành kim loại kẽm:
2ZnO + C → 2Zn + CO2
2ZnO + 2CO → 2Zn + 2CO2
Quá trình điện phân:
Kẽm oxit được hòa tan trong axit sulfuric, tạo thành dung dịch ZnSO4. Sau đó, phương pháp điện phân được sử dụng để tách kẽm khỏi dung dịch, thu được kẽm kim loại ở dạng tinh khiết.
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
2ZnSO4 + 2H2O → 2Zn + O2 + 2H2SO4
Khám phá ngay chuyên mục “Tài liệu hóa học phổ thông” để nắm vững kiến thức từ cơ bản đến nâng cao!
Ứng dụng của Kẽm
Kẽm là kim loại phổ biến đứng thứ tư sau sắt, nhôm và đồng. Các ứng dụng của kẽm rất đa dạng, từ công nghiệp đến đời sống:
Mạ kẽm:
Kẽm thường được sử dụng để mạ các kim loại khác, chẳng hạn như thép, giúp bảo vệ chống ăn mòn và rỉ sét.
Hợp kim:
Kẽm được sử dụng trong các hợp kim như đồng thau (đồng – kẽm), bạc Đức, và các loại hợp kim niken khác. Đồng thau có độ cứng và khả năng chống ăn mòn cao, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống.
Ngành đúc khuôn:
Kẽm là kim loại quan trọng trong ngành đúc khuôn, đặc biệt trong ngành sản xuất ô tô và linh kiện điện tử.
Sản xuất pin:
Kẽm dạng cuộn được sử dụng để làm vỏ pin, đặc biệt là pin kiềm, do tính ổn định và khả năng cung cấp dòng điện tốt.
Lời kết
Bài viết trên đây cung cấp một cái nhìn tổng quan về kẽm, từ đặc điểm – tính chất hóa học của kẽm , tính chất vật lý đến các phương pháp điều chế và ứng dụng. Kẽm không chỉ là một kim loại phổ biến mà còn đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống.
Có thể bạn quan tâm:
- Tính Chất Hóa Học Của Crom Và Các Bài Tập Vận Dụng
- Tính chất hóa học của Kali – Ứng Dụng Và Cách Điều Chế
- tính chất hóa học của Magie (Mg) Đặc Điểm, Ứng Dụng Và Vai Trò Quan Trọng
