Bài 14. Đặc điểm cấu tạo và liên kết kim loại. Tính chất kim loại.

1. CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI

1.1. Đặc điểm cấu tạo của nguyên tử kim loại

- Trong cùng 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 nguyên tử của nguyên tố phi kim.

- Đa số các nguyên tử kim loại có số electron ở lớp ngoài cùng là 1, 2, 3.

1.2. Đặc điểm cấu tọa tinh thể kim loại

- Ở điều kiện thường, hầu hết kim loại ở thể rắn (trừ Hg) và có cấu tạo tinh thể.

- Trong tinh thể kim loại, ion kim loại nằm ở các nút mạng, các electron hoá trị chuyển động tự do.

1.3. Đặc điểm của liên kết kim loại

- Trong tinh thể kim loại, lực hút tĩnh điện giữa các ion dương ở nút mạng với các electron hoá trị chuyển động tự do tạo nên liên kết kim loại.

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA KIM LOẠI

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

- Giải thích một số tính chất vật lí chung:

+ Kim loại có ánh kim vì electron tự do trong tinh thể kim loại phản xạ ánh sáng trong vùng nhìn thấy. 

+ Kim loại dẫn điện vì electron tự do chuyển động từ hỗn loạn sang có hướng khi đặt một hiệu điện thế ở hai đầu kim loại. 

+ Kim loại dẫn nhiệt vì khi tăng nhiệt độ tại một vị trí thì ở đó ion kim loại dao động mạnh, truyền năng lượng sang các electron tự do, rồi các electron tự do truyền sang các ion kim loại lân cận, ... làm tăng nhiệt độ toàn khối kim loại.

+ Kim loại có tính dẻo là nhờ electron tự do liên kết các lớp mạng trong tinh thể với nhau và chúng có thể trượt lên nhau khi chịu tác dụng của một lực cơ học nhưng không tách tách rời nhau.

- Ứng dụng của kim loại: 

+ Làm trang sức, vật trang trí: Au, Ag,..

+ Làm dây dẫn điện: Cu, Al,…

+ Làm dụng cụ đun nấu.

+ Tạo các đồ vật khác nhau.

3. TINH CHẤT HOA HỌC CỦA KIM LOẠI

3.1. Phản ứng của kim loại với phi kim

- Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt, ...) có thể phản ứng với chlorine tạo thành muối chloride.

2Fe  +  3Cl₂  \(\rightarrow\)  2FeCl₃

- Hầu hết các kim loại có thể phản ứng với oxygen (trừ Ag, Au, Pt) tạo thành các oxide tương ứng.

2Mg  +  O₂  \(\rightarrow\)  2MgO

- Nhiều kim loại có thể khử lưu huỳnh tạo thành các muối sulfide tương ứng. Phản ứng cần đun nóng (trừ Hg).

Fe  +  S  ^{\(\underrightarrow{t^o}\)}  FeS

3.2. Sử dụng bảng giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hoá khử phổ biến để giải thích được một số phản ứng của kim loại

a) Kim loại phản ứng với dung dịch HCl hoặc dung dịch H₂SO₄

- Do ${\mathrm{<span\; class="math-q">\backslash (E^o\_\{2H^+/H\_2\}\backslash )</span> }}_{}^{}$ = 0 V nên kim loại M có giá trị thế điện cực chuẩn \(E^o_{M^{n+}/M}\) < 0 có thể khử được ion H⁺ trong dung dịch HCl hoặc dung dịch H₂SO₄ loãng, tạo thành khí H₂.

Ví dụ: Do \(E^o_{Fe^{2+}/Fe}\) = - 0,440 V < 0 nên khi cho Fe vào dung dịch H₂SO₄ 1 M có phản ứng:

Fe(s) + H₂SO₄(aq) → FeSO₄(aq) + H₂(g).

- Do có giá trị thế điện cực chuẩn dương nên Ag, Cu,... không tác dụng với dung dịch HCl hoặc H₂SO₄ loãng.

b) Kim loại phản ứng với nước

- Do \(E^o_{H_2O/OH^-+\dfrac{1}{2}H_2}\) = - 0,42 V nên kim loại M có giá trị thế điện cực chuẩn \(E^o_{M^{n+}/M}\) < - 0,42 V có khả năng khử H₂O ở điều kiện thường, tạo thành khí H₂.

Ví dụ: Do \(E^o_{Na^+/Na}\) = - 2,71 V < - 0,42 V nên Na có thể phản ứng với H₂O, tạo thành base và khí H₂.

Na(s) + H₂O(l) → NaOH(aq) + H₂(g).

c) Kim loại phản ứng với dung dịch muối

- Kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn có khả năng khử được ion kim loại có thế điện cực chuẩn lớn hơn trong dung dịch muối ở điều kiện chuẩn.

- Ví dụ: Do \(E^o_{Cu^{2+}/Cu}\) = 0,340 V < \(E^o_{Ag^+/Ag}\) = 0,799 V nên Cu đẩy Ag ra khỏi dung dịch muối AgNO₃ 

Cu(s) + 2AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2Ag(s).