Kẽm có phải là nguyên tố chuyển tiếp?

⚠️ Nội dung trích từ phần đọc thêm của sách 273.15K – Nền tảng kiến thức chuyên Hoá cho các kì thi HSG. Đọc các bài viết Chuyên Hoá khác tại đây. 

Việc phân loại kẽm (Zn) là kim loại chuyển tiếp vẫn còn là một chủ đề gây tranh cãi trong giới hóa học. Theo định nghĩa của IUPAC, một nguyên tố chuyển tiếp phải có “nguyên tử với lớp vỏ d chưa hoàn chỉnh hoặc có khả năng tạo ra các cation với lớp vỏ d chưa hoàn chỉnh”. Các nguyên tố như kẽm (Zn), cadmium (Cd) và thủy ngân (Hg) thuộc nhóm 12 có d orbital đã lấp đầy và do đó thường không được coi là kim loại chuyển tiếp theo định nghĩa nghiêm ngặt này.

Ví dụ, kẽm, với cấu hình electron [Ar] 3d¹⁰ 4s², có lớp vỏ 3d đã lấp đầy trong trạng thái cơ bản và ion Zn²⁺ phổ biến của nó cũng có cấu hình [Ar] 3d¹⁰. Do đó, không phù hợp với định nghĩa của IUPAC. Nhiều đặc tính hóa học của kẽm cũng không phù hợp với các kim loại chuyển tiếp điển hình. Kẽm hầu như chỉ thể hiện một trạng thái oxide hóa duy nhất là +2, trong khi các kim loại chuyển tiếp thường có nhiều trạng thái oxide hóa. Các hợp chất của kẽm thường không màu và nghịch từ, khác với nhiều hợp chất có màu và thuận từ của kim loại chuyển tiếp do sự tham gia của các d electron. Hơn nữa, kẽm có nhiệt độ nóng chảy và sôi tương đối thấp so với các kim loại chuyển tiếp khác, cho thấy liên kết kim loại yếu hơn. Do những khác biệt này, kẽm thường được phân loại là kim loại hậu chuyển tiếp (post-transition).

Tuy nhiên, vẫn có những quan điểm ủng hộ việc coi kẽm là kim loại chuyển tiếp. Một số định nghĩa rộng hơn coi bất kì nguyên tố nào thuộc khối d của bảng tuần hoàn là kim loại chuyển tiếp và kẽm nằm ở nhóm 12 (khối d). Lịch sử phân loại cũng cho thấy kẽm đôi khi được bao gồm trong nhóm kim loại chuyển tiếp do vị trí của nó. Ngoài ra, kẽm có khả năng tạo phức với các phối tử, một đặc tính thường thấy ở kim loại chuyển tiếp. Dù rằng cơ chế tạo phức và các đặc tính của phức kẽm thường khác biệt so với các kim loại chuyển tiếp điển hình. Những khám phá mới, ví dụ như sự tồn tại của mercury(IV) fluoride (HgF₄) cho thấy Hg có thể tồn tại ở cấu hình có phân lớp d chưa lấp đầy.

Do là một khái niệm còn nhiều tranh luận nên khi giảng dạy-học tập, chúng ta ưu tiên tuân theo các hướng dẫn của SGK và định nghĩa IUPAC. Tuy nhiên, trong nghiên cứu thực tế thì cần linh hoạt. Ví như khi bạn đọc các bài báo khoa học, nếu có phân loại Zn là nguyên tố chuyển tiếp cũng đừng lấy làm lạ. Trong các bài thi, cũng không nên đưa ra câu hỏi “Zn có phải kim loại chuyển tiếp hay không” – cái gì nhạy cảm thì ta nên tránh. Cũng đừng nên hoang mang bởi các vấn đề gây tranh cãi này, vì có như vậy thì khoa học mới phát triển được.