1. Kim loại là gì?
Kim loại là một vật chất rắn, dẫn nhiệt và dẫn điện. Kim loại là những nguyên tố hóa học mà tạo ra được ion dương và có liên kết kim loại. Kim loại cũng được phân biệt bởi mức độ ion hóa. Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học, kim loại chiếm khoảng 80% còn phi kim và á kim chỉ chiếm 20%. Kim loại có vị trí ở nhóm IA (trừ H); IIIA (trừ Bo); nhóm IIA và một phần trong nhóm IVA, VA, VIA. Trong các nhóm B (từ nhóm IB đến nhóm VIIIB).
Những kim loại phổ biến như: sắt (FE), nhôm (Al), đồng (Cu), vàng (Au), Bạc (Ag), kẽm (Zn),….
2. Đặc điểm và cấu tạo của kim loại
2.1. Đặc điểm cấu tạo
– Kim loại có tính chất khác nhau là do tổ chức bên trong của chúng khác nhau. Vật chất do các nguyên tử tạo thành;
– Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm hạt nhân (có chứa notron, proton,…) và các lớp điện tử bao quanh nó 9điện tử có điện tích âm). Đối với kim loại thường quan tâm đến lớp điện tử ngoài cùng vì lớp bên trong rất bền vững;
– Đặc điểm quan trọng nhất về cấu tạo nguyên tử của kim loại là số điện tử hóa trị. Số điện tử ngoài cùng đối với kim loại thông thường và ở lóp sát ngoài đối với kim loại chuyển tiếp. Số điện tử này rất ít thường chỉ 1 đến 2 điện tử. Những điện tử này rất dễ bị bứt đi và trở thành điện tử tự do, còn nguyên tử trở thành ion dương;
– Hành vi của điện tử tự do quyết định nhiều các tính chất đặc trung của kim loại. Thông thường, các điện tử tự do không bị ràng buộc bởi các nguyên tử sẽ chuyển động hỗn loạn theo mọi phương tạo nên lớp “khí điện tử” bao quanh các ion dương;
– Mỗi nguyên tử gồm có: hạt nhân mang điện tích dương ở giữa và các điện tử mang điện tích âm quay xung quanh;
– Khi hai đầu dây kim loại có hiệu điện thế các điện tử tự do sẽ chuyển động theo một hướng nhất định tạo nên dòng điện do đó kim loại có tính dẫn điện cao;
– Các điện tử mang điện tích ấm này dịch chuyển xung quanh hạt nhân trên các quỹ đạo riêng của nó, đặc biệt là các điện tử ở quỹ đạo ngoài cùng ở mạng tinh thể kim loại (điện tử tự do).
2.2. Cấu tạo kim loại
Cấu tạo của kim loại gồm cấu tạo nguyên tử và cấu tạo tinh thể.
– Cấu tạo tinh thể: trừ Hg ở thể lỏng, ở nhiệt độ thường các kim loại ở thể rắn và chúng có cấu tạo tinh thể. Hạt nhân liên kết rất kém với các electron hóa trị do đó dễ tách khỏi nguyên tử và các electron di chuyển tự do trong mạng tinh thể kim loại. Mạng tinh thể kim loại gồm: lập phương tâm diện (CU, Au, Ag,…); lục phương (Mg, Be, Zn,…); lập phương tâm khối (Na, K, Li,…).
– Cấu tạo nguyên tử: nguyên tử của đa số các nguyên tố kim loại có rất ít electron ở lớp ngoài cùng (chỉ có 1, 2 hoặc 3 electron)
Ví dụ: Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2
3. Cách phân loại kim loại
Kim loại có 04 loại, mỗi loại sẽ có cấu tạo và ứng dụng khác nhau phục vụ cho quá trình, mục đích sản xuất khác nhau.
– Kim loại cơ bản: Là những kim loại đễàng phản ứng với môi trường bên ngoài, tạo nên sự ăn mòn, oxi hóa. Ngoài ra, chúng có phản ứng hóa học với HCl (axit clohydric loãng). một số kim loại cơ bản như: sắt (Fe), kẽm (Zn),… Riêng đồng (Cu) mặc dù không có phản ứng hóa học với HCl nhưng lại dễ bị oxi hóa nên cũng được phân vào nhóm kim loại cơ bản.
– Kim loại hiếm: Những kim loại thuộc nhóm ít bị ăn mòn bởi oxi và axit. Đồng thời, giá trị của chúng cũng cao hơn rất nhiều so với các loại kim loại còn lại. Một số kim loại hiếm như: Vàng (Au), Bạc (Ag), Bạch kim,…
– Kim loại đen: là những kim loại chứa sắt (Fe) và có từ tính. Ví dụ như: gang, thép và các hợp kim từ sắt khác; được tạo thành từ 02 nguyên tổ chủ yếu là sắt (Fe) và cacsbon (C). Kim loại đen phổ biến và là một trong những kim loại được tái chế nhiều lần. Tuy có độ bền và độ linh hoạt trong gia công tạo hình nhưng đây là kim loại dễ bị rỉ sét vì nó có thành phần từ sắt. Để loại trừ khuyết điểm này thì các nhà luyện kim sẽ bổ sung thêm các nguyên tố hóa học khác như: Crom, Niken,… để tăng khả năng chống ăn mòn của hợp kim. Vật liệu điển hình cho hợp kim này là thép không gỉ: inox.
– Kim loại màu: là các kim loại còn lại không phải kim loại đen. Chúng không có màu đen, không phải sắt và không phải hợp kim từ sắt. Có đặc trưng riêng và được sản xuất từ quặng màu nguyên sinh hoặc thứ sinh. Kim loại màu chống ăn mòn tốt hơn kim loại đen, dẫn nhiệt và dẫn điện khá tốt. Nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nên khả năng đúc dễ dàng hơn so với kim loại đen.
4. Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại
Kim loại có thể tác dụng với phi kim, axit, muối để tạo thành hợp chất. Phản ứng hóa học của kim loại với các chất này có thể có hoặc không có chất xúc tác đi kèm. Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử do kim loại dễ nhường electron để tạo thành action. Một số tính chất hóa học của kim loại là:
– Tác dụng với oxi. Đa số các kim loại đều tác dụng được với oxi ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thường tạo thành oxit. Một số kim loại không phản ứng với oxi là: Pt, Au, Ag,…
– Tác dụng với axit: Khi kim loại phản ứng với axit sẽ tạo ra muối và khí hidro. Trong trường hợp chất phản ứng là axit đặc, nóng thì phản ứng tạo ra muối nitrat và các khí như (N2, NO2, NO,…) hay muối sufat và các khí (SO2, H2S,…);
– Tác dụng với phi kim: Phi kim là nguyên tố nằm bên phải bảng tuần hoàn hóa học có tính chất không dẫn điện ngoài trừ cacbon, graphit, dễ nhận electron (ngoại trừ hidro). Một số phí kim như: Oxi, nito, photpho, lưu huỳnh, cacbon, hidro,… Khi kim loại tác dụng với phi kim sẽ tạo ra oxit (khi phản ứng với O2) Hoặc tạo ra muối khi phản ứng với các phi kim khác như CL, S,..
– Tác dụng với nước: Ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao thì khi kim loại tiếp xúc với nước có thể cho ra bazơ, kim loại kiềm hay oxit và hidro.
– Tác dụng với muối: Khi kim loại kết hợp với một muối của kim loại yếu hơn nó, phản ứng sẽ tạo ra muối và kim loại mới.
5. Tầm quan trọng của kim loại trong đời sống hiện nay
Trong đời sống hay trong những ngành công nghiệp khác nhau thì kim loại đều xuất hiện và góp phần đóng vai trò quan trong trong quá trình phát triển. Đó là vật liệu cơ bản để chế tạo ra những máy móc và những công trình xây dựng. Sự phát triển không ngừng của máy động lực, máy công cụ gắn liền với sự phát triển của các vật liệu kim loại với tính năng ngày càng cao.
Kim loại là vật liệu hữu ích và vô cùng cần thiết đối với chúng ta. Chúng hiện diện ngày càng nhiều và nhờ sự tiến bộ và khả nnagw, trình độ của con người mà kim loại ngày càng có nhiều ưu điểm hơn, phù hợp với nhiều mục đích và lĩnh vực. Điều quan trọng là con người cần sử dụng chúng đúng và không lãng phí để góp phần bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguồn nguyên liệu và tự nhiên ban tặng.
