Khi nấu nóng chảy kim loại xảy ra 4 trường hợp:
a) Các kim loại không hòa tan vào nhau cả ở trạng thái lỏng cũng như trạng thái rắn.
b) Hòa tan tương hỗ ở trạng thái lỏng, nhưng trạng thái rắn kết tinh riêng rẽ tạo ra hỗn hợp ơtecti.
28
c) Hòa tan tương hỗ cả trạng thái lỏng lân trạng thái rán gọi là dung dịch rắn với thành phần bất kỳ.
d) Tạo thành một hợp chất kim loại hoặc vài hợp chất kim loại.
VI.1. Dung dịch rắn kim loại
Kim loại có đặc tính là khuynh hướng hòa tan chất là kim loại hay á kim.
Nguyên nhân kim loại có khả năng trên do liên kết kim loại không định xứ, do sự khiếm khuyết điện tử cùa vòng hóa trị của tinh thể, vì thế kim loại có thể tiếp nhận một số cặp đôi điện tử mà không gây ra sự thay đổi cấu trúc và sự kết tinh của kim loại.
Ví dụ trong tinh thể bạc, nguyên tử bạc có 1 điện tử hóa trị và nồng độ điện tử bằng 1 (là tỉ số e hóa trị và số nguvên tử trong đơn vị tinh thể). Nhưng nồng độ điện tử có thể tăng lẽn đến 1,4 do điện tử của những nguvén tố khác hòa tan vào. Người ta thấy tùy theo sự tăng số điện tử hóa trị, độ hòa tan của các kim loại khác trong Ag giảm.
Ví dụ với Cd là 40%, In là 20%, Sn là 13,3% còn Sb là 10%.
Trường hợp cùa Au sự hòa tan trong Ag là vó hạn vì khi hòa tan vào Ag nồng độ hóa trị của Ag không thav đổi.
Độ hòa tan cùa một chất (kim loại khác) vào kim loại phụ thuộc vào khỏng chỉ vào số điện tử hóa trị cùa nó mà còn phụ thuộc vào loại điện tử và trạng thái năng lượng của nó, đồng thời độ hòa tan cũng chỉ ờ giới hạn tới hạn nào đó cùa nồng độ hay có thể khỏng xảy ra.
Ví dụ: Độ hòa tan giới hạn cùa một số kim loại trong Ni.
K im loại Co F e M n Cr V T i Sc Ca K
Điên tử 1 2 .62 ,2 2 5 1 9 7 -> -> 1 2 2 I
h o a t n d s d s d s d s d s d s d s s s
Bán kính
nguyên tử 1,25 1,26 1,30 1,27 1,34 1,45 1,64 1,97 2,36 (A0)
ĐộhÒffr t .a" 100 100 100 50 43 - trong Ni (%)
Theo ví dụ trên chúng ta thấy do sự gần nhau về tính chất hóa học và bán kính nguyên tử với niken, các nguyên tố Co, Fe và Mn tạo với nó dãy liên tục dung dịch rắn lẫn nhau. Còn với dãy Cr, V và Ti do sự khác biệt lớn với Ni về tính chất hóa học độ hòa tan của chúng trong Ni giảm. Riêng Ca và K do khác biệt với Ni về tính chất hóa học và bán kính nguyên tử nên không tạo thành dung dịch rắn.
VI.2. Hợp chất kim loại
Khác với dung dịch rắn, hợp chất kim loại tạo thành thường có cấu trúc tinh thể phức tạp và tính chất hóa lý khác biệt hẳn với cấu trúc kim loại ban đầu.
Ví dụ:
Hợp chất kim
Mg n loại Mg2Sn
Cấu trúc tinh thể Lục giác Tinh thể đặc biệt Tinh thể lục giác Nhiêt đô
, , C- ■ 650 232 778
nóng cháy c
Độ dẫn điện 21 8 0,1
Về tính chất cơ học, hợp chất kim loại cứng và dòn hơn các kim loại thành phần, khi nung lên 70 -r 90% so với nhiệt độ nóng
3 0
chảy kim loại, chúng ườ thành vật thể dẻo. Nguyên nhân cơ bải cùa sự biến đổi trên là do sự tảng thêm phần liên kết kim loạ cùa hợp chất kim loại khi đốt nóng.
Hợp chài kim loại không hòa tan trong niíớc, nhung có một s<
kha năng hòa lan trong dung môi khòng nước như NH3 lòng. Kh này bân thản nó như một chát diện giải, nghĩa là sự hòa lan cho ion Thí dụ. khi điện phân dung dịch NH3 của chất điện giả Na4Pb- trẽn catôt có Na về, còn trên anốt là Pb. Còn điện phả]
KNa-,. K về catôt, Na về anốt. Trong dung mỏi không nước nhi NH, lỏns xảv ra tương tác kim loại khi hòa tan, tạo thành hỢ]
chất kim loại.
Ví dụ:
4Na + 2Pb = Na4Pb-, (dung dịch có màu xanh lá cây) 2Na + 7Sb = Na-,Sb-7 (duns dịch màu hồng)
2Na + 7Bi = Na2Bi7 (duns dịch màu nâu) + Thành phần và cấu trúc hợp chất kim loại
Khi ta phôi hợp đồng và kẽm thấy xuất hiện hợp chất kim lo;
có câu trúc thể tích lập phươns hay cấu trúc sáu mặt tươna ứn với nồns độ điện từ bần2 1.5 và 1.75. Bởi vì với Cu (vỏ nsoài s có 1 điện tử hóa trị. còn Zn (vỏ ngoài s2) có 2 điện tử hóa trị họ chất hóa học có thành phần CuZn và nồna độ điện tử là 1,!
Nồng độ điện tử là 1.75 khi hợp chất kim loại có thành phần ] CuZn? (4 nsuvèn tử có 7 điện tử hóa dị).
Nsười ta thây các hợp chất kim loại như AgZn, AgM;
Cu-Al: và Cu-Sn có câu trúc tinh thể lập phương và Ag3Al A2 13Sbj. Cd?Li. Cu?Si có cầu trúc tinh thể sáu mặt. Đốì vi nhũn2 hợp chất kim loại cùa những nguyên tố bộ d, người I thấy các quy luật ưẽn khôn2 áp dụng được.
Để tìm hiểu thành phần và cấu trúc tinh thể của hợp chất kim loại cần phải qua thực nghiệm. Trên hình 2. chỉ ra mạng lưới tinh thể của hợp chất kim loại Cu3Au.
Nguyên tử Au chiếm các đỉnh của tinh thể lập phương, còn các nguyên tử Cu sắp xếp ớ các măt
phẳng trung tâm. Vậy ta thấy mỗi Hình 2 nguyên tử Au phối trí với 12
nguyên tử Cu, còn một nguyên tử Cu phối trí với 4 nguyên tử Au. Việc đưa ra công thức hợp chất kim loại Cu3Au là hoàn toàn lý tưởng, khi đó tất cả các góc và đỉnh của mạng lưới tinh thể phải hoàn toàn lấp đầy các nguyên tử tương ứng.
Trong nghiên cứu cũng chỉ ra hợp chất kim loại thường có thành phần lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Ví dụ mạng lưới tinh thể cacbin titan (TiC) nếu không đạt được 4 0% c trong thành phần, thì thành phần của nó có thể thay đổi từ TiC06 đến TiC phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp. Hợp chất có thành phần biến đổi như trên không những xảy ra với những hợp chất kết tinh có liên kết kim loại mà còn cả đối với hợp chất có liên kết cộng hóa trị. Ví dụ như PbS trong thực tế là Pb09995s đến PbS09995. hay các oxyt Tio và T i02 là TiO07 đến TiƠ! 3; và TiOị 6 đến T i0 2.
Với những hợp chất có cấu trúc phân tử (NH3; C 0 2, H20 , HCN, v.v...) cũng như các hợp chất ion, do điện tích ion nên sự thay đổi thành phần người ta không thấy xảy ra.
32
C h u o n g I