Chương 5: ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI

Trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleep, các nguyên tố kim loại chiếm hơn 3/4 số nguyên tố đã biết hiện nay. Do có nhiều đặc tính nổi bật nên kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất dưới nhiều dạng như kim loại nguyên chất, hợp kim... Nghiên cứu về kim loại ngoài việc vận dụng các lí thuyết về cấu tạo nguyên tử, cấu tạo mạng tinh thể và liên kết kim loại, định luật tuần hoàn, phản ứng oxi hóa khử,... chúng ta cần tìm hiểu thêm những vấn đề về điện hóa như dãy điện hóa của kim loại, các phản ứng hóa học trong ăn mòn kim loại và trong điện phân... Nội dung kiến thức của chương này bao gồm:

Bài 17: Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn và cấu tạo của kim loại.

Bài 18: Tính chất của kim loại. Dãy điện hóa kim loại.

Bài 19: Hợp kim.

Bài 20: Sự ăn mòn kim loại.

Bài 21: Điều chế kim loại.

Chúng ta lần lượt xét từng bài học cụ thể của chương:

Bài 17: VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN VÀ CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI

A. BÀI GIẢNG

I. VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Các nguyên tố hóa học được phân thành kim loại và phi kim. Trong hơn 110 nguyên tố hóa học đã biết có tới gần 90 nguyên tố là kim loại. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố kim loại có mặt ở:

- Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA (trừ B) và một phần của các nhóm IVA, VA, VIA.

- Các nhóm B (từ IB đến VIIIB).

- Họ lantan và actini.

II. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI

1. Cấu tạo nguyên tử

- Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại đều có ít electron ở lớp ngoài cùng (1, 2 hoặc 3e).

Thí dụ: Na: [Ne]3$s^{1}$; Mg: [Ne]3$s^{2}$; Al: [Ne]3$s^{2}$3$p^{1}$

- Trong chu kì, nguyên tử của nguyên tố kim loại có bán kính nguyên tử lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với các nguyên tử của nguyên tố phi kim. Thí dụ:

2. Cấu tạo tinh thể

- Ở nhiệt độ thường, trừ Hg ở thể lỏng, còn các kim loại khác ở thể rắn và có cấu tạo tinh thể.

- Trong tinh thể kim loại, nguyên tử và ion kim loại nằm ở những nút của mạng tinh thể. Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể.

- Tinh thể kim loại có ba kiểu mạng phổ biến là: kiểu lục phương, kiểu lập phương tâm diện, kiểu lập phương tâm khối.

a) Mạng tinh thể lục phương (hình a)

- Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lục giác đứng và ba nguyên tử, ion nằm phía trong của hình lục giác.

- Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiếm 74%, còn lại 26% là không gian trống.

- Tinh thể kim loại có cấu trúc dạng này có: Be, Mg, Zn,...

b) Mạng tinh thể lập phương tâm diện (hình b)

Hình b

- Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương.

- Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiếm 74%, còn lại 26% là không gian trống.

- Tinh thể kim loại có cấu trúc dạng này có: Cu, Ag, Au, Al,...

c) Mạng tinh thể lập phương tâm khối (hình c)

- Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm của hình lập phương.

- Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiếm 68%, còn lại 32% là không gian trống.

- Tinh thể kim loại có cấu trúc dạng này có: Li, Na, K, V, Mo,...

3. Liên kết kim loại

Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa các nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do có sự tham gia của các electron tự do.

* Chú ý: Vì kim loại có cấu trúc như trên nên các kim loại hầu hết là chất rắn ở điều kiện thường và dẫn điện tốt.