LÝ THUYẾT / HÓA HỌC / HÓA HỌC VÔ CƠ

CHỦ ĐỀ 5. KIM LOẠI - ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI

I. VỊ TRÍ CỦA KIM LOẠI TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Hơn 80% các nguyên tố hóa học là kim loại. Trong bảng tuần hoàn, kim loại gồm:

- Các nguyên tố s thuộc nhóm IA và IIA (trừ H, He).

- Các nguyên tố p thuộc nhóm IIIA (trừ Bo), Sn, Pb (nhóm IVA), Bi (nhóm VA) và Po (nhóm VIA).

- Tất cả các nguyên tố d (thuộc các nhóm B).

- Tất cả các nguyên tố f (thuộc họ Lantan và họ Actini).

=> Kim loại tập trung ở phía dưới và bên trái của bảng tuần hoàn.

II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ KIM LOẠI

- Nguyên tử kim loại có ÍT e ở lớp ngoài cùng: thường từ 1 đến 3e.

- Bán kính nguyên tử LỚN và điện tích hạt nhân NHỎ so với các phi kim trong cùng chu kì.

- Năng lượng ion hóa THẤP và độ âm điện NHỎ so với các phi kim cùng chu kỳ.

III. MẠNG TINH THỂ KIM LOẠI

1. MẠNG TINH THỂ LỤC PHƯƠNG

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

- Thuộc loại này có các kim loại: Be, Mg, Zn,..

2. MẠNG TINH THỂ LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN

- 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 các khe rỗng.

- Thuộc loại này có các kim loại: Cu, Ag, Au, Al,...

3. MẠNG TINH THỂ LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI

- Các nguyên tử, ion dương 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 chỉ chiếm 68%, còn lại 32% là các khe rỗng.

- Thuộc loại này có các kim loại: Li, Na, K, V, Mo,...

IV. LIÊN KẾT KIM LOẠI

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

V. TÍNH CHÂT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

1. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CHUNG

- Kim loại có tính chất vật lí chung: dẻo, dẫn điện, dẫn nhiệt và có ánh kim.

- Các tính chất vật lí chung này là do các e tự do có trong mạng tinh thể kim loại gây ra.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ RIÊNG

- Tỉ khối: của các kim loại rất khác nhau nhưng thường dao động từ 0,5 (Li) đến 22,6 (Os). Thường thì:

- d < 5: kim loại nhẹ (K, Na, Mg, Al).
- d > 5: kim loại nặng (Zn, Fe...).

- Nhiệt độ nóng chảy: biến đổi từ -390C (Hg) đến 34100C (W). Thường thì:

- t < 1000⁰C: kim loại dễ nóng chảy.
- t > 1500⁰C: kim loại khó nóng chảy (kim loại chịu nhiệt).

- Tính cứng: Biến đổi từ mềm đến rất cứng.

* Tỷ khối, nhiệt độ nóng chảy và tính cứng của kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

- - Mạng tinh thể
  - Mật độ e
  - Khối lượng mol của kim loại...

VI. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Trong một chu kì, nguyên tử của các nguyên tố kim loại có bán kính tương đối lớn hơn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với phi kim.

Số electron hoá trị ít, lực liên kết với hạt nhân của những electron này tương đối yếu => chúng dễ tách khỏi nguyên tử.

Vì vậy, tính chất hoá học chung của kim loại là tính khử.

M → Mⁿ⁺ + ne

1. TÁC DỤNG VỚI PHI KIM

-Nhiều kim loại có thể khử được phi kim đến số oxi hoá âm, đồng thời nguyên tử kim loại bị oxi hoá đến số oxi hoá dương.

TÁC DỤNG VỚI CLO

Hầu hết các kim loại đều có thể khử trực tiếp clo tạo ra muối clorua.

VD. Dây sắt nóng đỏ cháy mạnh trong khí clo tạo ra khói màu nâu là những hạt chất rắn sắt (III) clorua.

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

TÁC DỤNG VỚI OXI

Hầu hết các kim loại có thể khử từ xuống

VD. Khi đốt, bột nhôm cháy mạnh trong không khí tạo ra nhôm oxit.

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

TÁC DỤNG VỚI LƯU HUỲNH

Nhiều kim loại có thể khử lưu huỳnh từ xuống

Phản ứng cần đun nóng (trừ Hg).

VD.Hg + S → HgS

2. TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT

VỚI DUNG DỊCH HCl, H₂SO₄ LOÃNG

Nhiều kim loại có thể khử được ion H+ trong các dung dịch axit trên thành hiđro.

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

VỚI DUNG DỊCH HNO₃, H₂SO₄ ĐẶC

Hầu hết kim loại (trừ Pt, Au) khử được (trong HNO₃) và (trong H₂SO₄ ) xuống số oxi hoá thấp hơn.

Fe + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

* CHÚ Ý: HNO₃, H₂SO₄ đặc, nguội làm thụ động hoá Al, Fe, Cr, ...

3. TÁC DỤNG VỚI NƯỚC

Kim loại nhóm IA và IIA của bảng tuần hoàn (trừ Be, Mg) có tính khử mạnh nên khử được H₂O ở nhiệt độ thường thành hiđro.

Các kim loại còn lại có tính khử yếu hơn nên chỉ khử được H₂O ở nhiệt độ cao (Fe, Zn,...) hoặc không khử được H₂O (Ag, Au,...).

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

4. TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI

Kim loại mạnh hơn có thể khử được ion của kim loại yếu hơn trong dung dịch muối thành kim loại tự do. Ví dụ:

Ngâm một đinh sắt (đã làm sạch lớp gỉ) vào dung dịch CuSO₄, sau một thời gian màu xanh của dung dịch CuSO₄ bị nhạt dần và trên đinh sắt có lớp đồng màu đỏ bám vào.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

xanh không màu đỏ