www.khoabang.com.vn Luyn thi trờn mng _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN Bài số 01: Tính chất chung của Kim loại 1) Kim loại: + Kim loại là các nguyên tố có ít electron ở các phân lớp ngoài cùng. Khái niệm ít ở đây áp dụng cho các kim loại là các nguyên tố nhóm A thờng có số electron là 3 e. Trong khi các nguyên tố nhóm A có lớp vỏ hoá trị có 1 đến 8 electron. Các nguyên tố có nhiều hơn 3 electron ở lớp vỏ hoá trị thờng là các phi kim. + Trờng hợp ngoại lệ là các nguyên tố: Có ít e lại không mang tính kim loại đặc trng: H:1e; Be: 2e; B: 3e. Nhiều e mà có tính kim loại đặc trng: Ge, Sn, Pb: 4e; Sb, Bi: 5e; Te, Po: 6e; At: 7e. + Đối với các nguyên tố nhóm B: có phân lớp cận ngoài cùng (phân lớp d) có từ 1 đến 10 electron và lớp ngoài cùng (s) có từ 1 đến 2 electron (thậm chí có thể không có electron nào nh nguyên tố Pd). Đây là hai lớp electron khác nhau. Có một số trờng hợp đặc biệt, xảy ra sự di chuyển một e ở lớp ngoài vào phân lớp bên trong và tạo phân lớp giả bão hòa (nh Crôm: 3d 5 ) và bão hoà (nh Đồng 3d 10 ) làm cho phân lớp s (phân lớp ngoài cùng) còn lại có 1 e. Các nguyên tố nhóm B khác đều có hai electron phân lớp ngoài cùng. Theo quan niệm nh trên do thờng có một hay hai e ở lớp vỏ ngoài nên tất cả các kim loại nhóm B đều là các kim loại. Do có thêm các e ở phân lớp d bên trong, nên các kim loại nhóm B còn có thêm các số ôxi hóa khác nữa và thờng lớn hơn +2. Thí dụ nguyên tố Mangan có các số ôxi hoá bền là +2, + 4, + 6 và +7. + Tơng tác của các electron hóa trị với hạt nhân trong kim loại yếu hơn so với các phi kim nên kim loại dễ nhờng e. + Hệ quả của việc dễ nhờng e của kim loại là chúng dễ tạo một tập hợp rắn có cấu tạo tinh thể đặc biệt - tinh thể kim loại. Trong tinh thể kim loại tồn tại liên kết đặc biệt - liên kết kim loại. www.khoabang.com.vn Luyn thi trờn mng _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN + Liên kết kim loại khác với liên kết cộng hoá trị: Trong liên kết cộng hoá trị có số ít cặp electron tham gia. Chẳng hạn trong phân tử H 2 , Cl 2 , HCl chỉ có 1 cặp electron liên kết; trong phân tử O2 có hai cặp electron liên kết; trong CO, N 2 có 3 cặp electron tham gia liên kết; trong CH 4 có 4 cặp electron liên kết. Trong khi đó trong khối kim loại toàn bộ các electron tự do tham gia vào loại hình liên kết này. + Liên kết kim loại cũng khác với liên kết ion: Trong liên kết ion, các ion âm và ion dơng trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. Các ion này thờng ở các nút mạng lới nên không di chuyển đợc. Trong khi đó, liên kết kim loại cũng là tơng tác tĩnh điện nhng là tơng tác giứa các ion dơng cố định ở các nút mạng và các electron di chuyển tự do. + Tính chất vật lí đặc trng của kim loại và tính chất hóa học đặc trng của kim loại phụ thuộc vào tơng tác của ion dơng và electron tự do này. 2) Tinh thể kim loại: + Các nguyên tử kim loại tập hợp lại thành một khối trong đó các hạt nhân đợc phân bố ở những nút mạng lới, còn các e chuyển động khá tự do trong không gian xung quanh các hạt nhân - không gian tinh thể kim loại. + Trong phần cấu tạo nguyên tử (lớp 10) ta đã biết rằng giữa nguyên tử và không gian xung quanh không có một ranh giới rõ rệt. Chúng ta thừa nhận rằng obitan nguyên tử hay đám mây electron là phần không gian chứa 90% xác suất tìm thấy electron ở xung quanh hạt nhân. Vì vậy chúng ta chấp nhận bán kính nguyên tử là nửa khoảng cách trung bình giữa hai hạt nhân trong tinh thể và thừa nhận nguyên tử là hình cầu. + Khi coi các nguyên tử là hình cầu thì giữa các nguyên tử trong tinh thể có những khoảng trống. Tỉ lệ giữa thể tích do các nguyên tử chiếm và không gian tinh thể chiếm đợc gọi là độ chiếm chỗ của kim loại. Độ chiếm chỗ trong tinh thể kim loại thay đổi theo kiểu mạng lới tinh thể từ 68% ở tinh thể lập phơng tâm khối đến 74% ở tinh thể lập phơng tâm mặt và lục giác đặc khít. www.khoabang.com.vn Luyn thi trờn mng _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN + Xét một đơn vị tinh thể kim loại (một tế bào cơ bản của tinh thể hay gọi là một hộp tinh thể): Trong tinh thể lập phơng tâm khối một hộp có 8 nguyên tử ở 8 đỉnh. Mỗi nguyên tử ở đỉnh hộp chung với 8 hộp lân cận nên thể tích đóng góp cho hộp đang xét 8 1 thể tích của nguyên tử. Nh thế là trong hộp có 8 x 8 1 = đúng thể tích của 1 nguyên tử. Ngoài ra ở tâm mỗi hộp có một nguyên tử. Nh vậy trong mỗi hộp có thể tích của hai nguyên tử. Các nguyên tử trên đờng chéo của hộp tiếp xúc nhau, còn hai nguyên tử ở hai đỉnh lân cận bị nguyên tử ở giữa làm kênh lên do đó không tiếp xúc với nhau. Nếu cạnh hộp là a, bán kính nguyên tử là r ta có đờng chéo trên một mặt có độ dài = a2 còn đờng kính hộp bằng 4r. Ta có định luật bình phơng đờng chéo bằng tổng bình phơng của các cạnh của tam giác vuông: (4r) 2 = (2 a) 2 + a 2 = 3a 2 . Ta có 4r = 3 a. Vì thế có thể so sánh độ chiếm chỗ của kim loại = tỉ số giữa 2 lần thể tích một nguyên tử hình cầu bán kính r so với a 3 và bằng 68%. + Tơng tự đối với lập phơng mặt tâm trong một hộp có 4 nguyên tử và các nguyên tử trên đờng chéo của mặt bên tiếp xúc nhau. Tính toán tơng tự ta có độ chiếm chỗ của kim loại trong mạng này bằng 74%. + Mạng lới lục giác đặc khít cũng có độ chiếm chỗ bằng 74%. + Cần chú ý rằng trong mọi mạng lới dù điều chế bằng cách nào đi nữa không tránh khỏi có khuyết tật nên độ chiếm chỗ có thể dao động xung quanh các giá trị kể trên. 3) Tính chất vật lý của kim loại: Các tính chất vật lý phổ biến đặc trng nhất cho kim loại là: có ánh kim; có tính dẻo và dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Vì sự tồn tại của các electron tự do dạng khí electron nên có thể giải thích các tính chất trên một cách ngắn gọn và đơn giản nh sau: + Các electron có mật độ lớn và có đủ các trạng thái năng lợng có thể chuyển hóa cho nhau nên chúng có thể hấp thụ mọi bức xạ do ánh sáng chiếu vào. Các bức xạ này có một phần nhỏ chuyển thành nhiệt năng làm khối kim loại nóng lên còn lại www.khoabang.com.vn Luyn thi trờn mng _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN đợc phát trả lại nh cũ nên khi kim loại ở dạng khối thì có thể coi nh chuyển toàn bộ ánh sáng đến mắt ta gây ra ánh kim. Nếu kim loại ở dạng bột thì có bề mặt ngăn cách nên ánh sáng bị phát tán theo mọi hớng nên đến mắt ngời quan sát rất ít gây ra màu xám hay đen của bột kim loại, trừ trờng hợp bột nhôm (nhũ nhôm). + Các electron trong khối kim loại có tơng tác với các hạt nhân mà lại rất linh động nên khi tác động một lực cơ học lên tinh thể thì các hạt nhân bị di chuyển, các lớp hạt nhân bị xô lệch nhng do khí electron mà khoảng cách giữa các hạt nhân vẫn đợc giữ nguyên nh trớc. Do đó kim loại dễ dát mỏng và kéo thành sợi. + Khi đốt nóng một đầu thanh kim loại các hạt nhân dao động mạnh lên (động năng tăng dần), động năng này đợc truyền cho các electron. Do các e dễ dàng di chuyển trong khối kim loại nên nó không chỉ truyền động năng cho các hạt nhân lân cận mà còn có thể truyền cho các hạt nhân ở xa hơn nên dẫn nhiệt nhanh hơn. Kim loại dẫn nhiệt tốt. Hiện tợng tơng tự đối với tính dẫn điện. Bài tập thí dụ: Tìm bán kính nguyên tử của sắt biết khối lợng riêng của sắt là 7,87 g/cm 3 . Cho Fe: 55,85 nếu cho rằng các nguyên tử sắt có dạng cầu và xếp khít nhau trong mạng lới lập phơng tâm diện có độ chiếm chỗ bằng 74%. Giải: + Trong mạng lới tinh thể sắt, các nguyên tử sắt có dạng cầu và tiếp xúc nhau ở mặt bên. + Nh vậy nếu gọi a là cạnh của hình lập phơng là tế bào cơ bản của tinh thể, r là bán kính nguyên tử sắt thì đờng chéo của mặt bên là 4r. Ta có (4r) 2 = a 2 + a 2 = 2a 2 . + Quan hệ giữa bán kính nguyên tử và cạnh hộp là 4r = a2 và r = a 4 2 . + Trong một hộp tinh thể mạng lới lập phơng tâm mặt có 4 hạt nguyên vẹn nên ta có tỉ lệ thể tích của 4 hạt so với thể tích của hộp: 74,0: 3 4 4 3 3 =a r x www.khoabang.com.vn Luyn thi trờn mng _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN + áp dụng vào trờng hợp sắt tinh thể: Theo điều kiện đầu bài ra ta có 1 cm 3 sắt có khối lợng 7,87 gam. Nh vậy 1 mol sắt với khối lợng 55,85 gam có thể tích bằng: 55,85/7,87 = 7,097 cm 3 . Thể tích của 1 mol sắt tinh thể có 6,02 . 10 23 nguyên tử sắt nên thể tích của 1 nguyên tử sắt trong tinh thể là 7,097/6,02.10 23 = 1,179.10 -23 cm 3 . Thể tích thực của nguyên tử sắt là 0,74 x 1,179.10 -23 cm 3 = 0,872. 10 -23 cm 3 Ta có: 323 3 10.872,0 3 4 cm r = và r = 1,28.10-8 cm hay 1,28 A- Các bài tập ứng dụng: 1) Tìm bán kính các nguyên tử Au cho d = 19,32 g/cm 3 . Cho biết độ chiếm chỗ của các nguyên tử vàng bằng 75%, Au: 196,9665. 2) (Câu 1. 1 đề 99) Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Fe và của Au ở 20 o C biết rằng tại nhiệt độ đó khối lợng riêng của Fe là 7,87 g/cm 3 và của Au bằng 19,32 g/cm 3 với giả thiết rằng trong tinh thể các nguyên tử Fe hay Au là những hình cầu chiếm 75% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe rỗng giữa các quả cầu. Cho biết khối lợng nguyên tử của Fe là 55,85 và Au là 196,97. 3) (Câu 1. 3 đề 40) Nếu thừa nhận rằng nguyên tử canxi và đồng đều có dạng cầu, sắp xếp đặc khít bên cạnh nhau, thì thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử kim loại chỉ bằng 74% so với toàn khối tinh thể. Hãy tính bán kính nguyên tử Ca, Cu (theo đơn vị ), biết khối lợng riêng của chúng (ở đkktc) ở thể rắn tơng ứng là 1,55 g/cm 3 và 8,90g/cm 3 . 4) Tìm d của tinh thể các kim loại Zn và Au cho biết các nguyên tử hình cầu có độ chiếm chỗ là 75%. Cho biết Zn: 65,38; r = 1,35 A o . Au: 196.9665 r = 1,48 A o . 5) Ô xi hoá hoàn toàn 2 gam một kim loại M thuộc một phân nhóm chính của bảng hệ thống tuần hoàn thì thu đợc 2,553 gam ôxit. Hãy xác định kim loại M (dùng bảng HTTH và sử dụng khối lợng mol nguyên tử có 1 số lẻ sau dấu phảy). www.khoabang.com.vn Luyn thi trờn mng _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN 6) Một viên bi đồng nhất làm bằng kim loại có dạng hình cầu có khối lợng = 8 g. Cho viên bi tác dụng hoàn toàn với 200 ml dung dịch H 2 SO 4 0,625 M thì thấy bán kính viên bi giảm còn một nửa. Hãy xác định kim loại M làm ra viên bi. 7) Cho 6 gam một hỗn hợp Cu, Fe, Al vào HCl d thì thu đợc 3,024 lít khí (đktc) và bã rắn có m = 1,86 g. Hãy xác định thành phần % khối lợng hỗn hợp? . _________________________________________________________________ G.V Lờ Kim Long - HKHTN Bài số 01: Tính chất chung của Kim loại 1) Kim loại: + Kim loại là các nguyên tố có ít electron. đặc trng của kim loại và tính chất hóa học đặc trng của kim loại phụ thuộc vào tơng tác của ion dơng và electron tự do này. 2) Tinh thể kim loại: +