Hóa vô cơ ( phần 4) pps

Tính chất hoá học - Silic tinh thể thì trơ, silic vô định hình khá hoạt động: - Silic hoá hợp được với flo ở to thường : - Ở điều kiện thường, silic không tác dụng với axit, chỉ tác dụng

Hóa vô cơ ( phần 4)

Silic

1 Cấu tạo nguyên tử:

- Silic là nguyên tố phổ biến thứ hai trong tự nhiên sau oxi, gồm ba loại đồng vị :

- Cấu hình e lớp ngoài cùng của silic : 3s2, 3p2

2 Tính chất vật lý

- Silic là chất rắn, màu xám, dẫn điện, dẫn nhiệt Nóng chảy ở 1423oC Silic dạng đơn tinh thể là chất bán dẫn nên dùng trong kỹ thuật radio, pin mặt trời

3 Tính chất hoá học

- Silic tinh thể thì trơ, silic vô định hình khá hoạt động:

- Silic hoá hợp được với flo ở to thường :

- Ở điều kiện thường, silic không tác dụng với axit, chỉ tác dụng với hỗn hợp HNO3 + HF:

- Silic tác dụng với kiềm tạo ra muối silicat và giải phóng H2:

- Tính chất hoá học đặc biệt của silic là nó có thể tạo thành các silan kiểu ankan với hiđro và halogen : SinH2n+2 ; SinCl2n+2

4 Ứng dụng và điều chế: Silic dùng để

- Chế tạo hợp kim đặc biệt có tính cứng và chịu axit

- Chế tạo chất bán dẫn trong kỹ thuật vô tuyến điện, pin mặt trời

Trong phòng thí nghiệm, silic vô định hình được điều chế bằng phản ứng:

Trong công nghiệp:

5 Hợp chất của silic

a) Silic đioxit SiO2

- SiO2 là chất rắn, không màu, nóng chảy ở 1700oC Thạch anh, phalê, ametit là SiO2 nguyên chất

- SiO2 là oxit axit, ở to cao nó tác dụng được với oxit bazơ, kiềm, cacbonat kim loại kiềm, tạo ra silicat :

- SiO2 có tính chất hoá học đặc trưng là tan được trong dung dịch axit HF:

Vì vậy người ta dùng HF để khắc hình trên thuỷ tinh

- SiO2 được dùng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất thuỷ tinh, đá mài

b) Axit silicic và muối silicat

H2SiO3 là axit yếu, ít tan trong nước

Điều chế H2SiO3:

Muối của axit silicic là silicat

Na2SiO3 và K2SiO3 trông giống thuỷ tinh, tan được trong nước nên được gọi là thuỷ tinh tan

Thuỷ tinh tan dùng chế tạo xi măng, bêtông chịu axit

Nguyên liệu để sản xuất thuỷ tinh là cát, thạch anh, đá vôi và xôđa:

Thành phần hoá học của thuỷ tinh này được biểu diễn gần đúng bằng công thức các oxit: Na2O.CaO.6SiO2.

Đại cương về kim loại

Vị trí và cấu tạo của kim loại

1 Vị trí

Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, kim loại ở những vị trí:

- Phân nhóm chính nhóm I, II, III (trừ bo)

- Phân nhóm phụ nhóm I đến nhóm VIII

- Họ lantan và họ actini (những nguyên tố xếp riêng ở dưới bảng)

- Một phần của các phân nhóm chính nhóm IV, V, VI

Hiện nay người ta biết khoảng 109 nguyên tố hoá học, trong đó có trên

85 nguyên tố là kim loại

Các nguyên tố càng nằm ở bên trái, phía dưới của bảng, tính kim loại càng mạnh

2 Cấu tạo của nguyên tử kim loại

- Nguyên tử kim loại có số electron ở lớp ngoài cùng nhỏ ( £ 4 ), dễ dàng cho đi trong các phản ứng hoá học

- Trong cùng 1 chu kì, nguyên tử của các nguyên tố kim loại có bán kính lớn hơn và có điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với các nguyên tố phi kim Những nguyên tử có bán kính lớn là những nguyên tử nằm ở góc dưới, bên trái của bảng tuần hoàn

3 Cấu tạo tinh thể kim loại

- Các nguyên tử kim loại sắp xếp theo một trật tự xác định làm thành mạng lưới tinh thể kim loại Nút của mạng lưới là các ion dương hoặc các nguyên tử trung hoà Khoảng không gian giữa các nút lưới không thuộc nguyên tử nào, làm thành "khí electron" mà các nguyên tử kim loại ở nút lưới liên kết với nhau tạo thành mạng lưới bền vững

Liên kết sinh ra trong mạng lưới kim loại do các e tự do gắn các ion dương kim loại lại với nhau gọi là liên kết kim loại

Đặc điểm của liên kết kim loại:

- Do tất cả các e tự do trong kim loại tham gia

- Liên kết kim loại do tương tác tĩnh điện giữa các ion dương và các e

tự do

Tính chất vật lý

- Ở điều kiện thường, các kim loại đều ở trạng thái rắn (tinh thể), trừ

Hg là chất lỏng Nhiệt độ nóng chảy rất khác nhau

- Người ta phân biệt : Các kim loại đen (gồm Fe, Mn, Cr) và kim loại

màu (các kim loại còn lại)

- Kim loại có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, có tính dẻo, có ánh kim

Do đặc tính cấu tạo của mạng lưới kim loại ta giải thích tính chất vật lý

của nó

a) Tính dẫn điện và dẫn nhiệt

- Khi nối 2 đầu thanh kim loại với 2 cực của nguồn điện Dưới tác dụng của điện trường, các e tự do chuyển động theo 1 hướng xác định làm thành dòng điện trong kim loại

- Khi đun nóng kim loại tại 1 điểm nào đó, các nút lưới (nguyên tử, ion) ở điểm đó nhận thêm năng lượng, dao động mạnh lên và truyền năng lượng cho các e tự do Các e tự do lại truyền năng lượng cho các nút xa hơn Và cứ như thế năng lượng (dạng nhiệt) được truyền ra khắp thanh kim loại Đó là bản chất tính dẫn nhiệt của kim loại

b) Tính dẻo (dễ kéo dài, dát mỏng):

Khi tác dụng lực cơ học lên thanh kim loại, một số nút mạng lưới kim loại có thể bị xê dịch, nhưng mối liên kết giữa các lớp nút trong mạng nhờ các e tự do vẫn được bảo toàn, do đó mạng lưới tinh thể vẫn bền vững, mặc dù hình dạng thanh kim loại bị thay đổi

Tính chất hoá học

1 Nhận xét chung

Do đặc điểm cấu tạo, các nguyên tử kim loại dễ dàng cho e hoá trị, thể hiện tính khử:

So sánh tính khử của kim loại : Đi từ đầu đến cuối "dãy thế điện hóa"

của các kim loại thì tính khử giảm dần

K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au

2 Các phản ứng đặc trưng:

a) Phản ứng với oxi :

- Ở to thường, phần lớn kim loại phản ứng với O2 của không khí tạo thành lớp bảo vệ cho kim loại không bị oxi hoá tiếp tục

- Khi nung nóng, phần lớn kim loại chảy trong oxi Ví dụ:

b) Phản ứng với halogen và các phi kim khác

- Với halogen: các kim loại kiềm, kiềm thổ, Al phản ứng ngay ở to

thường Các kim loại khác phản ứng yếu hơn, phải đun nóng Hợp chất tạo thành ở đó kim loại có hoá trị cao:

- Với phi kim khác (yếu hơn) phải đun nóng :

c) Phản ứng với hiđro:

Kim loại kiềm và kiềm thổ phản ứng tạo hợp chất hiđrua kim loại dạng muối, ở đó số oxi hoá của H là -1

d) Phản ứng với nước:

- Ở to thường, chỉ có các kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng được với nước tạo thành H2 và hiđroxit kim loại Một số kim loại yếu hơn tạo thành lớp bảo vệ hiđroxit hoặc tạo thành axit

- Ở nhiệt độ nóng đỏ, những kim loại đứng trước hiđro trong dãy thế

điện hoá phản ứng với hơi nước Ví dụ:

e) Với axit thường (HCl, H2SO4 loãng)

Phản ứng xảy ra dễ dàng khi:

- Kim loại đứng trước H2

- Muối tạo thành phải tan

g) Với axit oxi hoá (HNO3, H2SO4 đặc nóng)

Trừ Au và Pt, còn hầu hết các kim loại tác dụng được với HNO3 (đặc hoặc loãng), H2SO4 (đặc, nóng),

- Với HNO3 đặc:

(Khí duy nhất bay ra là NO2 màu nâu)

- Với HNO3 loãng:

Tuỳ theo độ mạnh của kim loại và độ loãng của axit, sản phẩm khí bay

ra có thể là N2, N2O, NO Đối với kim loại mạnh và axit rất loãng, sản phẩm là NH4NO3

Ví dụ:

- Với axit H2 SO 4 đặc nóng

Kim loại + H2SO4 đ.n ® muối + (H2S, S, SO2) + H2O

Tuỳ theo độ mạnh của kim loại mà sản phẩm của sự khử S+6 (trong

H2SO4) là H2S, S hay SO2

Kim loại càng mạnh thì S+6 bị khử về số oxi hoá càng thấp Ví dụ:

Chú ý: Al và Fe bị thụ động hoá trong H2SO4 đặc, nguội và HNO3 đặc, nguội Nguyên nhân là do khi 2 kim loại này tiếp xúc với các axit đặc, nguội thì trên bề mặt chúng có tạo lớp màng mỏng, đặc xít bảo vệ kim loại không bị axit tác dụng Do đó, trong thực tế người ta dùng các xitec bằng sắt để chuyên chở các axit trên

h) Phản ứng với kiềm:

Một số kim loại đứng trước H2 và hiđroxit của nó có tính lưỡng tính có thể phản ứng với kiềm mạnh

Ví dụ như Be, Zn, Al:

k) Phản ứng kim loại mạnh đẩy kim loại yếu khỏi hợp chất:

- Đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch muối Ví dụ:

Những kim loại tác dụng mạnh với H 2 O như kim loại kiềm, kiềm thổ, khi gặp dung dịch nước thì trước hết phản ứng với H 2 O

- Đẩy kim loại yếu khỏi oxit (phản ứng nhiệt kim loại)

Xảy ra ở to cao, toả nhiều nhiệt làm nóng chảy kim loại:

Phương pháp này thường được dùng để điều chế các kim loại khó nóng chảy như Cr, Mn, Fe…