Đặc điểm cấu tạo và liên kết kim loại. Tính chất kim loại SVIP

1. CẤU TẠO KIM LOẠI

➤ Đặc điểm cấu tạo của nguyên tử kim loại

- Kim loại có ít electron lớp ngoài cùng (thường là 1, 2 hoặc 3 electron).

- Bán kính nguyên tử kim loại lớn hơn các nguyên tử phi kim trong cùng chu kì.

- Độ âm điện của các nguyên tử kim loại nhỏ.

➤ Đặc điểm cấu tạo tinh thể kim loại

- Trong điều kiện thường, hầu hết các kim loại tồn tại ở thể rắn (trừ thủy ngân) và có cấu tạo tinh thể.

- Thành phần: Ion dương kim loại (nằm ở các nút mạng) và electron hóa trị (chuyển động tự do).

- Các kiểu mạng tinh thể thường gặp:

❏ Mạng lập phương tâm khối

Ví dụ: Li, Na, K, Ba,...

❏ Mạng lập phương tâm mặt

Ví dụ: Ca, Sr, Cu,...

❏ Mạng lục phương

Ví dụ: Be, Mg,...

➤ Đặc điểm của liên kết kim loại

Liên kết kim loại được tạo thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các electron hóa trị tự do và các cation kim loại ở các nút mạng trong tinh thể.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

Các kim loại có tính dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và ánh kim.

Tính ánh kim

- Electron tự do phản xạ các tia sáng nhìn thấy.

- Ứng dụng: Dùng làm đồ trang sức hoặc vật trang trí.

Tính dẫn điện

- Khi xuất hiện hiệu điện thế, electron tự do trong mạng tinh thể di chuyển từ cực âm sang cực dương tạo thành dòng điện.

- Dãy kim loại có khả năng dẫn điện giảm dần là Ag, Cu, Au, Al,...

- Ứng dụng: Sản xuất dây dẫn điện.

Tính dẫn nhiệt

- Đốt nóng làm electron trong kim loại chuyển động mạnh, truyền động năng qua va chạm đến toàn bộ thanh kim loại.

- Các kim loại dẫn điện tốt thì cũng dẫn nhiệt tốt.

- Ứng dụng: Chế tạo dụng cụ đun nấu, thiết bị tản nhiệt,...

Tính dẻo

- Các electron tự do liên kết các ion dương trong mạng tinh thể. Khi lực tác động, các ion dương này trượt lên nhau mà không làm vỡ khối tinh thể.

- Au, Ag, Al, Cu, Sn,... là những kim loại có tính dẻo cao.

- Ứng dụng: Chế tạo các vật dụng có nhiều hình dạng khác nhau.

Kim loại còn có các tính chất vật lí riêng như khối lượng riêng, nhiệt độ nóng chảy và độ cứng.

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA KIM LOẠI

Khi tham gia phản ứng, kim loại có xu hướng nhường electron để tạo thành cation (tính khử).

M → Mⁿ⁺ + ne

➤ Tìm hiểu phản ứng của kim loại với phi kim

- Trừ một số kim loại kém hoạt động như Ag, Au và Pt,... phần lớn các kim loại đều phản ứng với oxygen.

- Hầu hết kim loại đều có thể phản ứng với các phi kim khác tạo thành muối.

⚡ THÍ NGHIỆM (Sắt phản ứng với chlorine)

Nung nóng đỏ sợi dây sắt trên ngọn lửa đèn cồn, đưa nhanh vào bình chứa khí chlorine.

Phương trình hóa học:

\(2Fe\left(s\right)+3Cl_2\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rarr}2FeCl_3\left(s\right)\)

⚡ THÍ NGHIỆM (Kim loại tác dụng với oxygen)

Dùng kẹp sắt kẹp một đoạn dây magnesium và đốt trên ngọn lửa đèn cồn.

Phương trình hóa học:

\(2Mg\left(s\right)+O_2\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rarr}2MgO\left(s\right)\)

⚡ THÍ NGHIỆM (Kim loại tác dụng với lưu huỳnh)

Trộn đều bột sắt và bột lưu huỳnh rồi cho hỗn hợp vào ống nghiệm chịu nhiệt, hơ nóng trên ngọn lửa đèn cồn.

Phương trình hóa học:

\(Fe\left(s\right)+S\left(s\right)\overset{t^{o}}{\rarr}FeS\left(s\right)\)

➤ Sử dụng bảng giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa - khử phổ biến để giải thích một số phản ứng của kim loại

1. Kim loại phản ứng với dung dịch HCl hoặc dung dịch H₂SO₄

- Ở điều kiện chuẩn, kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn 0 có khả năng đẩy H⁺ khỏi acid loãng, tạo thành khí H₂.

- Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) có thể khử lưu huỳnh trong H₂SO₄ đặc xuống số oxi hóa thấp hơn.

- HNO₃ đặc, nguội và H₂SO₄ đặc, nguội làm thụ động hóa Al, Fe, Cr,...

⚡ THÍ NGHIỆM (Kim loại tác dụng với một số dung dịch acid)

Kim loại phản ứng với dung dịch HCl

Cho mẩu đồng vào ống nghiệm (1) và mẩu sắt vào ống nghiệm (2), mỗi ống nghiệm chứa khoảng 2 mL dung dịch HCl 1 M.

Kim loại phản ứng với dung dịch H₂SO₄ loãng

Cho mẩu đồng vào ống nghiệm (3) và mẩu sắt vào ống nghiệm (4), mỗi ống nghiệm chứa khoảng 2 mL dung dịch H₂SO₄ 0,5 M.

Kim loại phản ứng với dung dịch H₂SO₄ đặc

Cho mẩu đồng vào ống nghiệm (5) chứa 2 mL dung dịch H₂SO₄ 98% và dùng bông tẩm dung dịch NaOH đậy ống nghiệm. Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

Phương trình hóa học:

\(Fe\left(s\right)+HCl\left(aq\right)\rarr FeCl_2\left(aq\right)+H_2\left(g\right)\)

\(Fe\left(s\right)+H_2SO_4\left(aq\right)\rarr FeSO_4\left(aq\right)+H_2\left(g\right)\)

\(Cu+2H_2SO_4đặc\rarr CuSO_4+SO_2+2H_2O\)

2. Kim loại phản ứng với nước

Ở nhiệt độ thường, các kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn -0,42 V có khả năng tác dụng với nước.

Ví dụ:

\(2Na\left(s\right)+2H_2O\left(l\right)\rarr2NaOH\left(aq\right)+H_2\left(g\right)\)

3. Kim loại phản ứng với dung dịch muối

Kim loại hoạt động mạnh hơn có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của nó.

⚡ THÍ NGHIỆM (Kim loại tác dụng với dung dịch muối)

Cho mẩu đồng vào ống nghiệm 1 (chứa dung dịch AgNO₃) và ống nghiệm 2 (chứa dung dịch ZnSO₄).

Ví dụ:

\(Cu\left(s\right)+2AgNO_3\left(aq\right)\rarr Cu\left(NO_3\right)_2\left(aq\right)_{}+2Ag\left(s\right)\)