Giá trị của các kim loại là ở các electron tự do của chúng Các kimloại luôncó mặt sau nhữngtiến bộ quan trọng củacon ngườitrong khoa họcvàcông nghệ. Vàtấtcả là bởi vì chúngkhông giữ lấy những electron ngoài cùng của chúng. Cuộc sống của chúng ta sẽ rất khácđi nếu không cócác kimloại. Không cóxe hơi, khôngcóđồ điện,khôngcó nồichảo,vàchỉ cònnhữngmóntrangsức linhtinh, ‘hoangdại’. Các kimloại quý, như vàng, có tính trơ đối vớioxygen. Vàngvẫn giữ được sự sáng bóng ngaycả sau khi cho tiếp xúcvới các nguyên tố khác. (Ảnh:PerthMint) Giống như mọi nguyên tử và nguyêntố khác, tínhchất của các kimloại suy cho cùng là do số lượng protonvà electronmà chúngcó, và donhững electronđó được sắp xếp như thế nào. Và đối với các kim loại thì căn nguyên thật sự nằmở chỗ các electronngoài cùng cáchcác protonbao xa. Các proton tronghạtnhân củamột nguyêntử thìtích điệndương,nên chúng hút lấycác electrontích điện âm nén vào xungquanhchúng. Vàcàng có nhiều protontronghạt nhân,thì lực hút lêncác electron sẽ càng mạnh. Nhưng lựchút giữaproton và electrontrở nên yếu đi khikhoảng cách tănglên. Và trong mọi nguyêntử kim loại, cácelectronngoài cùng ở vừa đủ xa hạt nhân để cho proton khôngcòn trôngnom nổi đối vớichúng,nên chúngtự do ‘sẩy chân’ ra ngoài ngay từ cơ hội đầu tiên mà chúng có. Chínhnhững electronbên ngoài liên kết lỏnglẻo đó là nguyên nhânlàm cho kim loạisáng bóng, cứng,dẫnđiện, dẫn nhiệt tốt và dễ bị dát mỏng. Các kimloại nhìndưới kính hiển vi Nếu bạn cóthể nhặtra một mảnh kimloại và phóng to nólên đếnkích cỡ nguyêntử, thì bạn sẽ khôngthấymột chùm phântử hơi cách xa nhaut như trường hợp bạn phóngto nướchay chất khí. Bạn sẽ thấy cácnguyêntử sắp hàngtheo hàng ngayngắn thật đẹp trong một đám mây electron. Đámmây electronđó là tất cả những electronlớp ngoài chúngliên kết lỏng lẻo. Theothuật ngữ kĩ thuật,chúng đã được giải phóngvì nguyêntử ‘bố mẹ’ của chúng không còn giữ nổi chúngnữa.Cho nên, thayvì treo lơ lửng xungquanhlớp vỏ ngoài của một nguyên tử,các electronngoài cùngđượcchia sẻ chung trong toàn khối kimloại. Vàvì các nguyên tử cùng đónggóp các electronvào đámmây trên, nên thật ra chúng giốngnhư nhữngion dươnghơn.Lực hút giữa nhữnglớp ion dươngvà đámmây electron bao quanhchúnglà mạnh. Nóđược gọilà liên kết kim loại, và đó là cái địnhhình nên các kimloại. Đámmây electronlà nguyênnhân chokhả năng dẫnnhiệt và dẫn điện của các kimloại, cũngnhư tính sáng bóng của chúng. Và sắp thẳng hàngtheo lớp của những iondương là cơ sở cho tính cứng vàtính dễ dát mỏng của cáckim loại. “Luyện” kimloại làtổ chức lại cấu trúc nguyên tử của nó. (Ảnh: Wikimedia) Dẫn nhiệt và dẫn điện Dòngđiện khởiđộng xehơi củabạn và điện thoại di độnghoạtđộngdựa trên mộtthứ: các hạt mangđiện đangchuyển động. Bất kì chất liệu nàocho các hạt mang điện di chuyển tự do làcó thể dẫn điện, vàcáckim loại với đámmây electron tích điện âm đã giải phóng của chúnglà thậthoàn hảo cho công việc đó.Khi bạn móc một sợi dây kim loại vào mộtcái pin, thì đám mây electronbị đẩy về phía cực dươngcủa pin, và các electron dự trữ trong cực âm củapinlập tức bắt đầuđổ vào trong sợi dây, tạo ramột dòng điện. Vừa dẫn điện, các electrontự docòn cóthể mangnăng lượngtruyền đi trong kim loại, đó là nguyêndo vì saokim loại dẫn nhiệt. Làm nóngmột đầu củamột vật kim loạithì đámmây electronsẽ phân tán rất nhanhnăng lượngđó trong khắp khối kimloại. Tính cứng, tính dẻovà tính ‘dễ hòa hợp’ Bạn chỉ việc tạcmột tác phẩm không cần đẹp gì bằng đồnglà biết rằng các kim loạichẳng thích gì hơn ngoài việcđược rèn tốt. Theo thuậtngữ kĩ thuật, đó là tính dễ dát mỏng.Ở cấp độ nguyên tử, khi kimloại bị đập, cáclớp nguyên tử (ion dương)lăn lên trên nhauvà trượt thành một sự thẳng hàng mới mà khôngphá vỡ liên kết kimloại. Bị đập, nhưngkhôngvỡ. Chính‘tính dễ lăn’ củanhững lớp nguyên tử cũng làmchokim loại bị dễ kéo thành dây, một tínhchất gọilà tính dễ kéo sợi mànhững chất phi kimloại không thể sánh kịp. Vậy với tấtcả sự cuộn gấp nguyêntử ấy thì kimloại có thể cứng như thế nào? Thật ra, nếu chúngchỉ là mộtsự sắp xếp liêntục củanhữngnguyêntử sắp thẳnghàng hoàn hảo, thì cáckim loại sẽ không cứngnhư vậy. Nhưng các kim loại cấu tạo gồm rất nhiều vùngnhỏ gồm nhữnglớp nguyên tử sắpthẳng hàngép chặt với nhau. Các vùng đó gọi là ôtinh thể, và trong khinhững lớp nguyên tử có thể cuộn lên nhaubêntrong các ô, thì nhữnglớp từ những ôkhác nhaukhônghoàn toàn thẳnghàng với nhau, cho nên sự lăn cuộn dừnglại tại rìa của cácô. Các kimloại với nhữngôtinh thể lớn dễ bị dát mỏng hơn,cònnhững kimloại có ô nhỏ hơn thì cứng hơn. Những người thợ rèn đã tôi luyện cho kimloại cứng hơn trong hàngthế kỉ qua. Họ không hề có một kiến thức hoàn chỉnh về lí thuyếtô tinh thể, nhưnghọ biết làmthế nào để đập một miếng kim loạira – và đó là tất cả nhữnggì cần làmđể cho các tinhthể nhỏ hơn, và kimloạicứng hơn và giòn hơn. Và cách đây 5000năm, tổ tiên của chúng ta đã tìm ra mộtphươngpháp làm cho các kimloại trở nên cứng hơn – đó là bằng cáchtrộn chúnglẫn vào nhau. Giống như những hợpkim khác, đồng thiếc cứnghơn và đồng tác thiếc, haikim loại trộn lẫn đề tạo nên nó.Và một lần nữa, tính cứng phát sinhtừ việc làm xáo trộn nhữngô tinh thể. Mặcdù họ không biết điều đó, nhưngngười tiền sử đã hòa trộn kim loại với nhữngnguyên tử kích cỡ khácnhau, và chẳngcòncách nào cho tác dụnglăn trượt nguyên tử, dễ dát mỏnghoạt động nữa. Longlanh, sáng bóng Nếu bạn từng nhìnthấy kimloại trước khi chúngđược xử lí, bạn sẽ quên mất suy nghĩ rằng danh tiếng sángbóng/ chói ngời của chúng làcó chútcườngđiệu quá mức. Nhưng ở dạng tinhkhiết của chúng, mọikim loại đều sáng bóng– đó là vì với nhữngelectron liên kết lỏng lẻo trôi nổi xung quanh, đa phần chúng không bắt gặpnhững nguyên tố có sức hútelectron tốt,tức là đa số các phi kim.Và đặcbiệt là oxygen. Oxygen thu hút các electronrất tốt. Khi cácnguyêntử oxygen bắt gặp bề mặt kim loại, chúng lao vào đámmây electronvà ở lại,tạo nên một oxidekim loại giòn trên bề mặt. Nhưng cómột vài kim loại lại trơ trơ trước sự duyên dáng của oxygen.Các kim loạiquý như vàng, bạch kim, và bạc có sự kìm kẹp chặtchẽ đối với các electroncủa chúng hơnso với đasố các kimloại, nên chúngkhôngphản ứngvới oxygen. Bạncó thể để chúngtrongoxygencả thiên niên kỉ mà chẳng làm trócvỏ chúng chút nào – đó là nguyên do vì sao chúnglànhững nguyêntố đượcchọn làm đồ trangsức,làm tiền đồngkể từ khi chúng đượcphát hiện ra lần đầu tiên. . Giá trị của các kim loại là ở các electron tự do của chúng Các kimloại luôncó mặt sau nhữngtiến bộ quan trọng củacon ngườitrong khoa họcvàcông nghệ. Vàtấtcả là bởi vì chúngkhông giữ. tínhchất của các kimloại suy cho cùng là do số lượng protonvà electronmà chúngcó, và donhững electron ó được sắp xếp như thế nào. Và đối với các kim loại thì căn nguyên thật sự nằmở chỗ các electronngoài. địnhhình nên các kimloại. Đámmây electronlà nguyênnhân chokhả năng dẫnnhiệt và dẫn điện của các kimloại, cũngnhư tính sáng bóng của chúng. Và sắp thẳng hàngtheo lớp của những iondương là cơ sở cho tính