Khả năng phản ứng

Kẽm có cấu hình electron là [Ar]3d104s2 và là nguyên tố thuộc nhóm 12 trong bảng tuần hoàn. Nó là kim loại có độ hoạt động trung bình và là chất oxy hóa mạnh.[30] Bề mặt của kim loại kẽm tinh khiết xỉn nhanh, thậm chí hình thành một lớp thụ động bảo vệ là Hydrozincit, Zn5(OH)6(CO3)2, khi phản ứng với cacbon điôxít trong khí quyển.[31] Lớp này giúp chống lại quá trình phản ứng tiếp theo với nước và hidro.

Kẽm cháy trong không khí cho ngọn lửa màu xanh lục tạo ra khói kẽm ôxít.[32] Kẽm dễ dàng phản ứng với các axít, kiềm và các phi kim khác.[33] Kẽm cực kỳ tinh khiết chỉ phản ứng một cách chậm chạp với các axít ở nhiệt độ phòng.[32] Các axít mạnh như axít clohydric hay axít sulfuric có thể hòa tan lớp bảo vệ bên ngoài và sau đó kẽm phản ứng với nước giải phóng khí hydro.[32]

Tính chất hóa học của kẽm đặc trưng bởi trạng thái ôxi hóa +2. Khi các hợp chất ở trạng thái này được hình thành thì các electron lớp s bị mất đi, và ion kẽm có cấu hình electron [Ar]3d10.[34] Quá trình này cho phép tạo 4 liên kết bằng cách tiếp nhận thêm 4 cặp electron theo quy tắc bộ tám. Dạng cấu tạo hóa học lập thể là tứ diện và các liên kết có thể được miêu tả như sự tạo thành của các orbitan lai ghép sp3 của ion kẽm.[35] Trong dung dịch, nó tạo phức phổ biến dạng bát diện là [Zn(H2O)6]2+.[36] Sự bay hơi của kẽm khi kết hợp với kẽm clorua ở nhiệt độ trên 285 °C chỉ ra sự hình thành Zn2Cl2, một hợp chất kẽm có trạng thái ôxi hóa +1.[32] Không có hợp chất kẽm nào mà kẽm có trạng thái ôxi hóa khác +1 hoặc +2.[37] Các tính toán chỉ ra rằng hợp chất kẽm có trạng thái ôxi hóa +4 không thể tồn tại.[38]

Tính chất hóa học của kẽm tương tự tính chất của các kim loại chuyển tiếp nằm ở vị trí cuối cùng của hàng đầu tiên như niken và đồng, mặc dù nó có lớp d được lấp đầy electron, do đó các hợp chất của nó là nghịch từ và hầu như không màu.[39] Bán kính ion của kẽm và magiê gần như bằng nhau. Do đó một số muối của chúng có cùng cấu trúc tinh thể[40] và trong một số trường hợp khi bán kính ion là yếu tố quyết định thì tính chất hóa học của kẽm và magiê là rất giống nhau.[32] còn nếu không thì chúng có rất ít nét tương đồng. Kẽm có khuynh hướng tạo thành các liên kết cộng hóa trị với cấp độ cao hơn và nó tạo thành các phức bền hơn với các chất cho N- và S.[39] Các phức của kẽm hầu hết là có phối vị 4 hoặc 6, tuy nhiên phức phối vị 5 cũng có.[32]

Hợp chất

Hợp chất hai nguyên tố của kẽm được tạo ra với hầu hết á kim và tất cả các phi kim trừ khí hiếm. ZnO là chất bột màu trắng và hầu như không tan trong các dung dịch trung tính, vì là một chất trung tính nó tan trong cả dung dịch axit và bazơ.[32] Các chalcogenua khác (ZnS, ZnSe, và ZnTe) có nhiều ứng dụng khác nhau trong điện tử và quang học.[41] Pnictogenua (Zn3N2, Zn3P2, Zn3As2 và Zn3Sb2),[42][43] peroxit (ZnO2), hydrua (ZnH2), và cacbua (ZnC2) cũng tồn tại.[44] Trong số 4 halua, ZnF2 có đặc trưng ion nhiều nhất, trong khi các hợp chất halua khác (ZnCl2, ZnBr2, và ZnI2) có điểm nóng chảy tương đối thấp và được xem là có nhiều đặc trưng cộng hóa trị hơn.[45]

Trong các dung dịch bazơ yếu chứa các ion Zn2+, hydroxit Zn(OH)2 tạo thành ở dạng kết tủa màu trắng. Trong các dung dịch kiềm mạnh hơn, hydroxit này bị hòa tan và tạo zincat ([Zn(OH)4]2−).[32] Nitrat Zn(NO3)2, clorat Zn(ClO3)2, sulfat ZnSO4, photphat Zn3(PO4)2, molybdat ZnMoO4, cyanua Zn(CN)2, asenit Zn(AsO2)2, asenat Zn(AsO4)2·8H2O và cromat ZnCrO4 (một trong những hợp chất kẽm có màu) là một vài ví dụ về các hợp chất vô cơ phổ biến của kẽm.[46][47] Một trong những ví dụ đơn giản nhất về hợp chất hữu cơ của kẽm là acetat (Zn(O2CCH3)2).

Các hợp chất hữu cơ của kẽm là dạng hợp chất mà trong đó có các liên kết cộng hóa trị kẽm-cacbon. Diethyl kẽm ((C2H5)2Zn) là một thuốc thử trong hóa tổng hợp. Nó được công bố đầu tiên năm 1848 từ phản ứng của kẽm và ethyl iodua, và là hợp chất đầu tiên chứa liên kết sigma kim loại-cacbon.[48] Decamethyldizincocen chứa một liên kết mạnh kẽm-kẽm ở nhiệt độ phòng.[49]