Cấu tạo và Tính Chất Vật Lí của Kim Loại

Cấu tạo và Tính Chất Vật Lí của Kim Loại

Đặc Điểm Cấu Tạo và Liên Kết Kim Loại

• Nguyên tử kim loại thường có 1, 2, hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng.
• Bán kính nguyên tử kim loại lớn hơn so với phi kim cùng chu kỳ.
• Các electron hóa trị ở lớp ngoài cùng chịu lực hút yếu từ hạt nhân.
• Trừ thủy ngân (ở thể lỏng), kim loại tồn tại ở thể rắn và có cấu trúc tinh thể ở điều kiện thường.
• Các ion kim loại nằm ở các nút mạng trong tinh thể, electron hóa trị chuyển động tự do.
• Liên kết kim loại hình thành từ lực hút tĩnh điện giữa cation kim loại và electron hóa trị tự do.

Tính Chất Vật Lí Chung và Ứng Dụng

• Kim loại có ánh kim do electron tự do phản xạ ánh sáng trong vùng nhìn thấy, ứng dụng trong trang sức và trang trí.
• Kim loại dẻo (Au , Ag, Al, Cu, Sn...) có thể kéo sợi, rèn, dát mỏng để tạo hình.
• Kim loại dẫn điện do electron tự do chuyển động có hướng khi có hiệu điện thế.
  • Ag dẫn điện tốt nhất, sau đó đến Cu, Au, Al, Fe.
  • Chúng được dùng làm dây dẫn điện (Cu, Al).
• Kim loại dẫn nhiệt do ion và electron tự do truyền năng lượng khi nhiệt độ tăng.
  • Kim loại dẫn điện tốt thường dẫn nhiệt tốt.

Tính Chất Vật Lí Riêng và Ứng Dụng

• Kim loại nhẹ (D < 5 g/cm³): Mg, Al.
• Kim loại nặng (D ≥ 5 g/cm³): Fe, W.
• Khối lượng riêng lớn nhất: Os.
• Khối lượng riêng nhỏ nhất: Li.
• Nhiệt độ nóng chảy thấp: Pb, Cd, Sn (dùng làm cầu chì).
• Nhiệt độ nóng chảy cao: W (dùng làm dây tóc bóng đèn).
• Nhiệt độ nóng chảy cao nhất: W.
• Nhiệt độ nóng chảy thấp nhất: Hg.
• Độ cứng cao: Cr (mạ bên ngoài để bảo vệ sản phẩm).
• Độ cứng vừa phải và dẻo: Nhôm (làm khung cửa, lon).
• Độ cứng cao nhất: Cr.
• Độ cứng mềm nhất: Cs.

Câu Trắc Nhiệm

• Trang sức: Ánh kim.
• Cắt thủy tinh: Độ cứng.
• Dẫn điện tốt nhất: Ag, Cu, Au.
• Lõi dây điện: Đồng.
• Dây dẫn điện: Đồng và nhôm.
• Tính chất vật lý chung do electron tự do quyết định.
• Electron tự do trong mạng tinh thể là yếu tố quyết định.
• Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s².
• Na⁺ : 1s²2s²2p⁶.
• Bảng tuần hoàn: Khối s, d, f là kim loại.
• X là 3s¹: Số hiệu nguyên tử 11.
• Kim loại cơ bản trong hợp kim: Sắt, nhôm và magnesium (do hàm lượng lớn).
• Nhiệt kế: Hg (chất lỏng).
• Mg: Chu kì 3, nhóm IIA.
• Al: 3 electron lớp ngoài cùng.
• Dây điện cao thế: Al (dẫn điện tốt, nhẹ, rẻ).
• Vỏ hộp kim loại nhẹ: Không cần tính đến nhiệt độ nóng chảy.
• Ống dẫn nước: Đồng.
• Liên kết kim loại: Cation kim loại và electron hóa trị tự do.
• Lực liên kết kim loại: Tương tác tĩnh điện giữa cation và electron hóa trị tự do.
• Sự hình thành liên kết cho - nhận: Không phải là liên kết kim loại.
• Tính chất vật lý chung do electron hóa trị tự do quyết định.
• Tính dẻo: Do cấu trúc tinh thể và sự trượt của lớp nguyên tử (không phải do không có cấu trúc tinh thể).
• Tính chất vật lí chung: Tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt và ánh kim.
• Ứng dụng phổ biến của đồng: Làm lõi dây dẫn điện.

Tính Chất Hóa Học Của Kim Loại

Tính Chất Hóa Học Chung

• Kim loại có tính khử: M → Mⁿ⁺ + ne.
• Tác dụng với phi kim:
  • Hầu hết kim loại tác dụng với chlorine tạo muối chloride (trừ Au, Pt…). Ví dụ: Cu(s) + Cl₂(g) → CuCl₂(s)
  • Hầu hết kim loại tác dụng với oxygen tạo oxide (trừ Ag, Au, Pt…). Ví dụ: 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)
  • Nhiều kim loại khử lưu huỳnh tạo sulfide tương ứng (cần đun nóng, trừ Hg). Ví dụ: 2Na(s) + S(g) → Na₂S(s)
• Tác dụng với nước: Kim loại có thế điện cực chuẩn Em+/M < -0.413 V có khả năng khử nước tạo H₂ (IA: Li, Na, K, Rb, Cs; IIA: Ca, Sr, Ba; Mg rất chậm, đun nóng nhanh hơn).
• Tác dụng với dung dịch muối: Kim loại không tan trong nước có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn có khả năng khử ion kim loại thế điện cực chuẩn lớn hơn.
  • Ví dụ: Zn(s) + CuSO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + Cu(s)
• Tác dụng với acid:
  • Dung dịch hydrochloric acid & sulfuric acid loãng: Kim loại có E°M+/M < 0 có khả năng khử ion H⁺ tạo H₂.
    • Ví dụ: Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂(aq) + H₂(g)
  • Dung dịch sulfuric acid đặc: Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) khử S⁺⁶ xuống số oxi hoá thấp hơn:
    • Cu(s) + 2H₂SO₄(aq) → CuSO₄(aq) + SO₂(s) + 4H₂O(l)

Câu Trắc Nghiệm

• Kim loại tan trong nước: K.
• Không phản ứng với HCl loãng: Đồng.
• Không phản ứng với sulfuric acid đặc, nguội: Fe, Al, Ag.
• Phản ứng với nước tạo môi trường kiềm: Na, Ba, K.
• Tác dụng với HCl và Cl₂ tạo cùng muối choride: Fe.
• Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại: Tính khử.
• Phản ứng với sulfuric acid đặc, nóng tạo SO2: Đồng, Ag, Au.
• Không đẩy đồng ra khỏi copper(II) sulfate: Na, K, Ag.
• Au, Ag tồn tại ở dạng đơn chất vì kém hoạt động hóa học.
• Số kim loại phản ứng với H₂SO₄ loãng (Al, Cu, Fe, Ag): 3.
• Số kim loại phản ứng với HCl (Fe, Cu, Mg, Ag, Al, Na, Ba): 5.
• Pt & Au không tác dụng với HCl và H₂SO₄.
• Phương trình sai: Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂
• Kim loại tan trong nước (pH = 7): Lớn hơn -0.413 V
• Magnesium tác dụng với nước: Thế điện cực chuẩn: Nhỏ hơn -0.413 V
• Kim loại tan trong acid HCl hoặc acid sulfuric loãng: Thế điện cực chuẩn: Am
• Kim loại tan tốt trong KOH: Al (Số kim loại: 3)
• Thí nghiệm không sinh ra đơn chất: Cho CaCO₃ vào dung dịch HCl.
• Sổ dung dịch tạo ra 1 kim loại: FeCl3, Cu(NO3)2, AgNO3

Tách Kim Loại Và Tái Chế Kim Loại

Trạng Thái Tự Nhiên

• Kim loại tồn tại ở dạng đơn chất (Au, Ag, Platinum), hợp chất trong các quặng mỏ
• Khoáng vật:
• Bauxite (Al₂O₃.2H₂O) — Nhôm
• Hematite (Fe₂O₃), pyrite (FeS₂) — Sắt
• Chalcopyrite (CuFeS₂) — Đồng
• Calcite (CaCO₃) — Calcium
• Halite (NaCl) — Natri
• Sphalerite (ZnS) — Kẽm

Phương Pháp Tách Kim Loại

• Khử ion kim loại thành đơn chất (Mⁿ⁺ + ne → M)
• Phương pháp nhiệt luyện:
• Tách kim loại hoạt động hóa học trung bình và yếu (Zn, Fe, Sn, Pb, Cu) từ các oxide
• Sử dụng chất khử (C, CO) ở nhiệt độ cao: Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g)
• ZnO + C → Zn(g) + CO(g)
• Phương pháp thủy luyện:
• Tách kim loại hoạt động hóa học yếu (Cu, Ag, Au) từ dung dịch muối
• Sử dụng kim loại khử mạnh hơn Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s)
• Phương pháp điện phân:
• Điện phân nóng chảy: Tách kim loại hoạt động hóa học mạnh (IA, IIA, Al)
• 2NaCl → 2Na + Cl₂
• MgCl₂ → Mg + Cl₂
• 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂
• Điện phân dung dịch: Tách kim loại hoạt động hóa học trung bình & yếu
  • 2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

Câu Trắc Nghiệm

• Thủy luyện: Cu
• Điện phân nóng chảy: Na
• Nhiệt luyện: Fe
• Nhiệt luyện: Ca, Ni, Zn
• Thủy luyện: Au
• Nhiệt luyện: Cu
• Quặng sphalerite: Sản xuất Zn
• Nước tự nhiên chứa vật calcite: Cation kim loại - Ca²⁺
• Dạng đơn chất: Vàng
• Điều chế từ hợp chất bằng cách đun nóng: Bạc
• Tồn tại chủ yếu đơn chất trong vỏ: Au, Zn, Fe
• Nhúng Zn vào dd: CuCl₂
• Điện phân nóng chảy: MgCl₂
• Nhiệt phân Mg từ MgCl₂ là không hợp lý
• Cường độ điện hoá yếu và ít có kim loại đơn lẻ (vì Cu & Ag có khả năng oxy hoá yếu)

Hợp Kim – Sự Ăn Mòn Kim Loại

Hợp Kim

• Vật liệu kim loại gồm kim loại cơ bản và kim loại/phi kim khác (thép: sắt, carbon, crom, niken)
• Nhiều tính chất cơ học, tính chất vật lí tốt hơn kim loại
• Dùng trong những lãnh vực kinh tế khác nhau

Một Số Hợp Kim của Sắt và Nhôm

• Gang: Fe và C (2-5%) - ống dẫn nước, khuôn đúc,...
• Thép: Fe và C (Dưới 2%) - Si, Mn, Cr, Ni - tấm, xây dựng, vật dụng,...
• Thép carbon (Fe, C): thép tấm, nhà xây vật dụng.
• Thép manganese (Fe, C, Mn): đường ray, két sắt
• Thép không gỉ (Fe, C, Cr, Ni): Dụng cụ y tế, nhà bếp; vòng bi
• Duralumin: Nhôm, đồng, magnesium, manganese,...- sản xuất máy bay

Ăn Mòn Kim Loại

• Phá huỷ do tác dụng các chất trong môi trường, kim loại bị oxi hóa (M -> M^(n+)+ ne)
• Hoá học - electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất.
  • Đồ trang sức bạc bị chuyển sang đen: 4Ag +O2 + 2H2S-> Ag2S + 2H2O
  • Bộ phận của thiết bị lò đốt bằng 3Fe + 2O2-> Fe3O4 (anode) Fe ->Fe+ + 2e (cathode) O2 hoat tan trong nuoc bi kho thanh ion OH-

• 2H2O(l)+ 4e-> 4OH-((aq)

• Điện hoá - do sự tạo thành pin điện hóa:
  • (anode): Kẽm bị oxi hóa

• Zn +2e

  • (cathode) Ion H+ bi khu:
• Điều kiện xảy ra: _ Có hai loại kho nhau hoac kim loại với phi kim,... _ Tiếp xúc trực tiếp với nhau hoac qua day diện,... _ Cùng tiếp xúc một với dung chất diện li....
• Chống ăn mòn kim loại;
  • Phủ bề mặt(sơn dầu)
  • Phương pháp diện hóa - nối kim loại cần với hoạt động hóa
• Bảo ve vo biển làm bảng thép hàn nhung khoi kemlen mat nguai

CÂU TRẮC NGHIỆM NHIỀU PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

• Kim loai to lam duarl va thep 304:Nhom va sat • Thanh phần quan trong cua inox: Sat nhom cacbon • Khong hup kim cua dong and niker •Dong that la hup kim qua dong and rumimin • dong tra la to hop kim mua bang, niker.

Cau that hot dung hoac sai: *

Kim loai trong lop duoc gai to hom là kim loại to bản - Kim loại đó được trong nước cao hơn