NGUYEN VAN THAN - 15145366 - VLHENMA - HK I 16-17 - CHU DE TIEU LUAN 1.docx

VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại Nguyễn Văn Thân VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại MỤC LỤC Nguyễn Văn Thân VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại LỜI NĨI ĐẦU Trong nhóm vật liệu khí vật liệu kim loại có vai trị định đến phát triển xã hội kỹ thuật Đó vật liệu để chế tạo máy móc cơng trình xây dựng Sự phát triển khơng ngừng máy động lực, máy công cụ gắn liền với phát triển vật liệu kim loại với tính ngày cao Bài tiểu luận cho ta thấy tầm quan trọng kim loại mối quan hệ mạng tinh thể với tính chất thơng qua nội dung: - Khái niệm, vị trí bảng tuần hồn tính thù hình kim loại Cấu tạo liên kết tinh thể kim loại Tính chất kim loại Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại Phần MỞ ĐẦU 1.1 Kim loại 1.1.1 Khái niệm kim loại Kim loại vật thể sáng, dẻo rèn được, có tính dẫn nhiệt dẫn điện cao 1.1.2 Vị trí kim loại bảng tuần hồn - Nhóm IA (trừ H), nhóm IIA: kim loại nguyên tố s - Nhóm IIIA (trừ B), phần nhóm IVA, VA, VIA: kim loại nguyên tố p - Các nhóm B (từ IB đến VIIIB): kim loại chuyển tiếp, chúng nguyên tố d - Họ lantan actini (xếp riêng thành hai hàng cuối bảng): kim loại thuộc hai họ nguyên tố f * Nhận xét: đa số nguyên tố hóa học biết nguyên tố kim loại (trên 80 %) 1.1.3 Tính thù hình kim loại 1.1.3.1 Định nghĩa Là kim loại có nhiều kiểu mạng tinh thể khác tồn khoảng nhiệt độ áp suất khác 1.1.3.2 Đặc tính thù hình - Các dạng thù hình khác ký hiệu chữ Hy Lạp theo nhiệt độ từ thấp đến cao: α, β, γ, δ… - Khi có chuyển biến thù hình kim loại có thay đổi thể tích tính chất bên Đây đặc tính quan trọng sử dụng chúng Ví dụ: Khi nung nóng sắt người ta thấy trạng thái rắn sắt thay đổi ba kiểu mạng tinh thể ba khoảng nhiệt độ khác (≤ 911 0C, 911 - 13920C, ≥ 13920C) Vậy sắt có ba dạng thù hình ký hiệu là: Feα, Feg, Feδ Ta thấy sắt có ba kiểu mạng tinh thể khác tính chất sắt ứng với kiểu mạng khác Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại PHẦN QUAN HỆ GIỮA MẠNG TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI 2.2 Cấu tạo liên kết tinh thể kim loại 2.2.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại - Hầu hết nguyên tử kim loại có 1, electron lớp ngồi - Bán kính nguyên tử nguyên tố kim loại (ở phía dưới, bên trái bảng tuần hồn) nhìn chung lớn bán kính nguyên tử nguyên tố phi kim (ở phía trên, bên phải bảng tuần hồn) 2.2.2 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại - Trong điều kiện thường áp suất khí hầu hết kim loại tồn trạng thái rắn (ngoại trừ thủy ngân) + Mạng tinh thể mơ hình hình học mơ tả xếp có quy luật ngun tử (phân tử) khơng gian (Hình 1.2 a) + Mạng tinh thể bao gồm mặt qua nguyên tử, mặt luôn song song cách gọi mặt tinh thể (Hình 1.2 b) + Ơ sở hình khối nhỏ có cách xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể (Hình 1.2 c) Trong thực tế để đơn giản cần biểu diễn mạng tinh thể sở đủ Tuỳ theo loại ô người ta xác định thông số mạng Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại Ví dụ lập phương thể tâm (Hình 1.3) có thơng số mạng a chiều dài cạnh ô Đơn vị đo thông số mạng Ăngstrong (Angstrom), ký hiệu: A ∗ Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng lập phương tâm khối, lập phương tâm diện lục phương Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại - Lập phương tâm khối: Các nguyên tử, ion kim loại nằm đỉnh tâm hình lập phương Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng như: Feα, Cr, W, Mo, V… - Lập phương tâm diện: Các nguyên tử, ion kim loại nằm đỉnh tâm mặt hình lập phương Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng như: Feg, Cu, Ni, Al, Pb… Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại - Lục phương: Các nguyên tử, ion kim loại nằm đỉnh tâm hình lục giác đứng ba nguyên tử, ion nằm phía hình lục giác Các kim loại ngun chất có kiểu mạng như: Mg, Zn… Như xem khối kim loại nguyên chất tập hợp vô số mạng tinh thể (hạt tinh thể) xếp hỗn độn, mạng tinh thể lại gồm vô số ô sở dạng ô sở tùy thuộc vào kiểu mạng kim loại Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại * Kiểu cấu trúc mạng tinh thể phổ biến số kim loại tổng kết bảng 3.1 Chúng ta tra cứu muốn biết kim loại nghiên cứu có kiểu mạng tinh thể Thí dụ: Từ bảng 3.1 cho thấy kim loại sắt thuộc dạng tinh thể lập phương tâm khối, đồng dạng thuộc tinh thể lập phương tâm diện coban thuộc dạng tinh thể lục phương Người ta dùng độ đặc khít ρ phần trăm thể tích mà nguyên tử chiếm tinh thể để đặc trưng cho kiểu cấu trúc Với kiểu cấu trúc lập phương tâm khối, ρ = 68%; Kiểu cấu trúc lục phương tâm diện, ρ = 74%; Kiểu cấu trúc lập phương, ρ = 74% Phần trăm cón lại tinh thể khơng gian trống Thí dụ: Đối với kim loại có cấu trúc kiểu lập phương tâm khối, nguyên tử kim loại chiếm 68% thể tích tinh thể Khơng gian trống tinh thể 32% thể tích tinh thể Bảng 3.1 - Kiểu cấu trúc mạng tinh thể phổ biến số kim loại bảng tuần hoàn: Nguyễn Văn Thân Trang 10 VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại ∗ Tính chất tinh thể kim loại Vì tinh thể kim loại có electron tự do, di chuyển mạng nên tinh thể kim loại có tính chất sau: Có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt có tính dẻo 2.2.3 Liên kết tinh thể kim loại Hầu hết kim loại điều kiện thường tồn dạng tinh thể (trừ Hg) Trong tinh thể kim loại, ion dương nguyên tử kim loại nút mạng tinh thể Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi nguyên tử chuyển động tự Nguyễn Văn Thân Trang 11 VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại mạng tinh thể Lực hút electron ion dương tạo nên liên kết kim loại Như vậy: Liên kết kim loại liên kết hình thành nguyên tử ion kim loại mạng tinh thể tham gia electron tự 2.3 Tính chất kim loại 2.3.1 Tính chất vật lý 2.3.1.1 Tính chất chung Kim loại có tính chất vật lí chung là: tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt ánh kim - Tính dẻo: lớp mạng tinh thể kim loại trượt lên liên kết với nhờ lực hút tĩnh điện electron tự với cation kim loại Những kim loại có tính dẻo cao Au, Ag, Al, Cu, Zn… - Tính dẫn điện: nhờ electron tự chuyển dời thành dịng có hướng tác dụng điện trường Nói chung nhiệt độ kim loại cao tính dẫn điện kim loại giảm Kim loại dẫn điện tốt Ag, tiếp sau Cu, Au, Al, Fe… - Tính dẫn nhiệt: nhờ chuyển động electron tự mang lượng (động năng) từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp kim loại Nói chung kim loại dẫn điện tốt dẫn nhiệt tốt - Ánh kim: nhờ electron tự có khả phản xạ tốt ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy) Tóm lại: tính chất vật lí chung kim loại chủ yếu electron tự kim loại gây 2.3.1.2 Tính chất riêng - Khối lượng riêng: phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử, bán kính nguyên tử kiểu cấu trúc mạng tinh thể Li kim loại có khối lượng riêng nhỏ (d = 0,5 g/cm3) osimi (Os) có khối lượng riêng lớn (d = 22,6 g/cm3) Các kim loại có khối lượng riêng nhỏ g/cm3 gọi kim loại nhẹ (như Na, K, Mg, Al…) lớn Nguyễn Văn Thân Trang 12 VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại g/cm3 gọi kim loại nặng (như Fe, Zn, Pb, Cu, Ag, Au…) - Nhiệt độ nóng chảy: phụ thuộc chủ yếu vào độ bền liên kết kim loại Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp Hg (–39oC, điều kiện thường tồn trạng thái lỏng) kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao W (vonfam, 3410oC) - Tính cứng: phụ thuộc chủ yếu vào độ bền liên kết kim loại Kim loại mềm nhóm kim loại kiềm (như Na, K…do bán kính lớn, cấu trúc rỗng nên liên kết kim loại bền) có kim loại cứng dũa (như W, Cr…) 2.3.2 Tính chất hóa học Tính chất đặc trưng kim loại tính khử (nguyên tử kim loại dễ bị oxi hóa thành ion dương): M → Mn+ + ne Tác dụng với phi kim Hầu hết kim loại khử phi kim điển hình thành ion âm Ví dụ: 4Al + 3O2 2Al2O3 2Fe + 3Cl2 2FeCl3 Hg + S → HgS ∗ - Tác dụng với axit Đối với dung dịch HCl, H2SO4 loãng: M + nH+ → Mn+ + n/2H2 (M đứng trước hiđro dãy điện cực chuẩn) − Đối với H2SO4 đặc, HNO3 (axit có tính oxi hóa mạnh): - Kim loại thể nhiều số oxi hóa khác phản ứng với H2SO4 đặc, HNO3 đạt số oxi hóa cao − Hầu hết kim loại phản ứng với H2SO4 đặc nóng (trừ Pt, Au) H2SO4 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), S+6 H2SO4 bị khử thành S+4 (SO2) ; So S-2 (H2S) − Hầu hết kim loại phản ứng với HNO3 đặc nóng (trừ Pt, Au) HNO3 đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, Al, Cr…), N+5 HNO3 bị khử thành N+4 (NO2) − Hầu hết kim loại phản ứng với HNO3 lỗng (trừ Pt, Au), N+5 HNO3 bị khử thành N+2 (NO) ; N+1 (N2O) ; No (N2) N-3 (NH4+) Nguyễn Văn Thân Trang 13 VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại − Các kim loại có tính khử mạnh thường cho sản phẩm khử có số oxi hóa thấp Các kim loại Na, K…sẽ gây nổ tiếp xúc với dung dịch axit Ví dụ: 2Fe + 6H2SO4 (đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 4Mg + 5H2SO4 (đặc) 4MgSO4 + H2S + 4H2O Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O ∗ Tác dụng với dung dịch muối: − Điều kiện để kim loại M đẩy kim loại X khỏi dung dịch muối nó: + M đứng trước X dãy điện cực chuẩn + Cả M X không tác dụng với nước điều kiện thường + Muối tham gia phản ứng muối tạo thành phải muối tan: xM (r) + nXx+ (dd) → xMn+ (dd) + nX (r) − Khối lượng chất rắn tăng: ∆m↑ = mX tạo – mM tan − Khối lượng chất rắn giảm: ∆m↓ = mM tan – mX tạo − Hỗn hợp kim loại phản ứng với hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ưu tiên: kim loại khử mạnh tác dụng với cation oxi hóa mạnh để tạo kim loại khử yếu cation oxi hóa yếu − Với nhiều anion có tính oxi hóa mạnh NO3-, MnO4-,…thì kim loại M khử anion mơi trường axit (hoặc bazơ) Ví dụ: - Khi cho Zn vào dung dịch CuSO4 ta thấy lớp bề mặt kẽm dần chuyển qua màu đỏ màu xanh dung dịch bị nhạt dần phản ứng: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu↓ − Khi cho kim loại kiềm Na vào dung dịch CuSO4 ta thấy có sủi bọt khí khơng màu xuất kết tủa keo xanh phản ứng: Na + H2O → NaOH + 1/2H2 CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 − Khi cho bột Cu vào dung dịch Cu(NO3)2 có vài giọt HCl ta thấy có khí khơng màu hóa nâu khơng khí phản ứng: 3Cu + Cu(NO3)2 + 8HCl → 4CuCl2 + 2NO + 4H2O ∗ Tác dụng với nước Nguyễn Văn Thân Trang 14 VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại − Các kim loại mạnh Li, Na, K, Ca, Sr, Ba…khử nước dễ dàng nhiệt độ thường theo phản ứng: M + nH2O → M(OH)n + n/2H2 Kim loại Mg tan − chậm Al tan dạng hỗn hống (hợp kim Al Hg) Các kim loại trung bình Mg, Al, Zn, Fe…phản ứng với nước nhiệt độ cao tạo oxit kim loại hiđro Ví dụ: Mg + H2O(h) MgO + H2 3Fe + 4H2O(h) Fe3O4 + 4H2 − Fe + H2O(h) FeO + H2 Các kim loại có tính khử yếu Cu, Ag, Hg…khơng khử nước dù nhiệt độ cao ∗ Tác dụng với dung dịch kiềm Các kim loại mà hiđroxit chúng có tính lưỡng tính Al, Zn, Be, Sn, Pb…tác dụng với dung dịch kiềm (đặc) Trong phản ứng này, kim loại đóng vai trị chất khử, H2O chất oxi hóa bazơ làm mơi trường cho phản ứng Ví dụ: phản ứng Al với dung dịch NaOH hiểu phản ứng Al với nước môi trường kiềm gồm hai trình: 2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] Cộng hai phương trình ta phương trình: 2Al + 6H2O + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ∗ Tác dụng với oxit kim loại Các kim loại mạnh khử oxit kim loại yếu nhiệt độ cao thành kim loại Ví dụ: 2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3 PHẦN KẾT LUẬN Giữa mạng tinh thể tính chất kim loại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, mạng tinh thể định đến tính chất kim loại Nguyễn Văn Thân Trang 15 VLHENMA HK I 16-17 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim loại TÀI LIỆU THAM KHẢO http://matran.vn/hoa-hoc/lien-ket-hoa-hoc-cau-truc-tinh-the-lien-ket-kim-loai-32.html https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-1/1-2-cau-tao-cua-kim-loai-va-hop-kim http://nguyentrai12a5.canadianforum.net/t50-topic https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-1/1-1-so-luoc-ve-vat-lieu-co-khi-va-tamquan-trong-cua-kim-loai-va-hop-kim Nguyễn Văn Thân Trang 16 ... lo? ?i T? ?I LIỆU THAM KHẢO http://matran.vn/hoa-hoc/lien-ket-hoa-hoc-cau-truc-tinh-the-lien-ket-kim-loai-32.html https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-1/ 1-2 -cau-tao-cua-kim-loai-va-hop-kim... https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-1/ 1-2 -cau-tao-cua-kim-loai-va-hop-kim http://nguyentrai12a5.canadianforum.net/t50-topic https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-1/ 1-1 -so-luoc-ve-vat-lieu-co-khi-va-tamquan-trong-cua-kim-loai-va-hop-kim Nguyễn Văn Thân... tạo liên kết tinh thể kim lo? ?i Tính chất kim lo? ?i Nguyễn Văn Thân Trang VLHENMA HK I 1 6-1 7 Quan hệ mạng tinh thể tính chất kim lo? ?i Phần MỞ ĐẦU 1.1 Kim lo? ?i 1.1.1 Kh? ?i niệm kim lo? ?i Kim lo? ?i vật