I: ĐỊNH NGHĨA KIM LOẠI:
Theo định nghĩa cổ điển mà cho đến nay vẫn còn nhiều ý nghĩa thì: Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao
Tuy nhiên không phải mọi kim loại đều có được tính chất đó
VD: Angtimon (Sb) dòn, không rèn được, Xêri (Ce) và Prazêodim (Pr) có tính dẫn điện kém do đó định nghĩa cũ chưa đúng cho mọi kim loại và chưa nêu lên được bản chất chung của kim loại
Hiện nay người ta thống nhất rằng: Kim loại khác với á kim là hệ số nhiệt độ của điện trở, ở kim loại hệ số này là dương tức là khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng, còn ở á kim hệ số này là âm
Ngoài ra còn có các nguyên tố trung gian đó là các nguyên tố bán dẫn (Gr, Si …)
Có thể giải thích định nghĩa trên của kim loại bằng cấu tạo nguyên tử và cấu tạo
tinh thể của nó.
II: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO NGUYÊN TỬ:
+ Kim loại có các 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 (điện tử có điện tích âm). Đối với kim loại người ta thường hay 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 hoá trị ( số điện tử ngoài cùng đối với kim loại thông thường và ở lớp sát ngoài đối với kim loại chuyển tiếp). Số điện tử này là 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 trưng của kim loại. Bình 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 một 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 âm này dịch chuyển xung quanh hạt nhân trên các quỹ đạo riêng của nó, đặc biệt là các điện tử ở quỹ đạo ngòai cùng ở mạng tinh thể kim loại còn gọi là điện tử tự do. Vì chúng dể bật ra khỏi quỹ đạo của chúng. Chính các điện tử tự do này tạo nên tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt cũng như cơ tính của kim loại.
+ Khi kim loại bị nung nóng, dao động nhiệt của các ion dương tăng lên làm tăng
trở lực cho sự chuyển động định hướng của các điện tử tự do do vậy điện trở tăng lên Tính dẫn nhiệt cũng được giải thích bằng sự truyền động năng của các điện tử
tự do và của ion dương. Điện tử tự do khi hấp thụ năng lượng của ánh sáng chiếu tới bị kích động lên mức năng lượng cao hơn khi trở về mức năng lượng cũ nó phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ
Do vậy kim loại phản xạ ánh sáng.
Sự sai khác giữa hai mức năng lượng đặc trưng cho tần số ánh sáng phản xạ do đó mỗi kim loại có màu sắc riêng
Điện tử tự do có trong kim loại là yếu tố quyết định để hình thành liên kết kim loại, nó bảo đảm mối liên kết này không bị biến đổi khi các nguyên tử (ion dương) dịch chuyển vị trí tương đối với nhau (biến dạng dẻo) do đó kim loại có tính dẻo cao
III: LIÊN KẾT KIM LOẠI:
Trong hoá học ta đã làm quen với liên kết ion ( VD: muối NaCl) trong đó lực tác dụng giữa các nguyên tử là lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu ( VD: giữa Na+ và Cl- )
Mô hình này được trình bày ở hình 2a. Liên kết như vậy vật thể không có tính
dẻo
Trong kim loại phần lớn các nguyên tử tồn tại ở dạng ion dương sắp xếp theo những nguyên tắc hình học nhất định và các điện tử tự do bao quanh. Như vậy trong kim loại tồn tại lực hút tĩnh điện giữa các ion dương và các điện tử bao quanh đồng thời lực hút này cân bằng với lực đẩy giữa ion dương với ion dương, giữa điện tử với điện tử
Như vậy liên kết kim loại được hình thành giữa tập thể các ion dương sắp xếp theo một trật tự xác định và mây điện tử bao quanh (hình 2b). Liên kết như vậy làm cho kim loại có tính dẻo cao. Ơ đây điện tử tự do như chất dính kết gắn chặt các ion dương và luôn duy trì mối liên kết đó nên liên kết kim loại là liên kết bền vững.
IV: CÁC TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI:
Để chọn được vật liệu thích hợp dùng cho việc chế tạo các chi tiết máy hay để làm một công việc gia công nào đó ta phải nắm vững tích chất của nó.
BẢNG TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
1. Cơ tính
Cơ tính của kim loại và hợp kim được đánh giá bằng chỉ tiêu sau:
a) Độ bền: được đo bằng giới hạn bền gồm có:
- Giới hạn bền kéo,b
- Giới hạn bền nén,bn
- Giới hạn bền uốn, bu
- Giới hạn bền mỏi, bm (-1)
- Giới hạn chảy, c (0,2)
- Giới hạn đàn hồi, đh.
Đơn vị đo của độ bền thường dùng là N/mm2 hoặc MN/m2.
1Kg/mm2 = 9,81 N/mm2
b/ Độ cứng: là khả năng chống lại sự xuyên lún của vật thể khác vào nó. Thử độ cứng được thực hiện trên máy thử, và được đánh giá bằng các đơn vị đo độ cứng như sau: độ cứng Brinen(HB), Rốcven(HRC,HRB, HRA), So(HSh), Vicke(HV).
c/ Độ dai : được xác định bằng độ dai va đập k. Đơn vị đo KJ/m2.
d/ Tính dẻo: khi chịu tải vật liệu biến dạng dẻo trước khi bị phá hỏng. Thép có hàm lượng cacbon thấp, kim loại nhẹ có tính dẻo cao.
e/ tính dòn: khi chịu tải đến giới hạn phá hủy thì vật liệu bị gẫy vỡ mà không có quá trình biến dạng. Vật liệu có tính dòn như: gang, gốm, thủy tinh.
2. Lý tính.
Các tính chất dẫn điện, từ là các tính chất không gì thay thế được của kim loại, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
- Anh kim là vẻ sáng bề ngòai của kim loại, theo vẻ sáng bề ngòai của kim loại có thể chia thành kim loại màu và kim loại đen. Kim loại đen là các hợp kim của sắt như: gang, thép. Còn các kim loại màu là tất cả các kim loại còn lại.
- Khối lượng riêng:
d = M/V
Trong đó m: là khối lượng của vật.
V là thể tích của vật.
- Tính nóng chảy: kim loại có tính chảy lõang khi bị đốt nóng và đông đặc lại khi làm nguội. Nhiệt đọ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hòan tòan gọi là điểm nóng chảy. Điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ đúc, hàn.
- Tính dẫn nhiệt: là tính truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc bị làm lạnh. Tính truyền nhiệt của kim loại giảm xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm xuống.
- Tính giãn nở nhiệt: khi đốt nóng các kim loại giãn ra khi làm lạnh nó co lại.
- Tính dẫn điện: là khả năng cho dòng điện đi qua của kim loại. So sánh tính dẫn nhiệt và dẫn điện ta thấy kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt và ngược lại.
- Tính nhiễm từ: là khả năng bị từ hóa khi được đặt trong từ trường. Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ. Tính nhiễm từ của thép và gang phụ thuộc vào thành phần và tổ chức bên trong của kim loại.
3. Hóa tính.
Các kim loại thường tác dụng mạnh với á kim(như ôxy, clo), do đó thường không ổn định về mặt hóa học. Hiện tượng kim loại bị gỉ trong không khí và trong các môi trường khác gọi là hiện tượng ăn mòn kim.
a. Tính chống ăn mòn là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay oxy của
không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao.
b. Tính chịu Axít: là khả năng chống lại tác dụng của môi trường axít.
Một số kim loại đặc biệt có tính ổn định rất cao trong không khí(Tính chịu ăn
mòn), trong axít(tính chịu axít) và tính chịu nhiệt cao.
4. Tính công nghệ.
Là khả năng chịu các dạng gia công khác nhau như:
- Tính đúc: Xác định bởi độ chảy lõang của kim loại khi nấu chảy để đổ đầy vào khuôn đúc
- Tính rèn:.là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu lực tác dụng bên ngòai mà không bị phá hỏng.
- Tính hàn: là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chi tiết khi nung nóng cục bộ
chi tiết đến trạng thái dẻo
- Tính cắt gọt: là khả năng kim loại gia công dể hay khó, được xác định bằng tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt và độ bóng bề mặt kim loại sau khi cắt gọt.
- Tính nhiệt luyện: là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo…của kim
loại sau khi nhiệt luyện.
Một kim loại hay một hợp kim nào đó mặc dù có những tính chất rất quý nhưng tính công nghệ kém thì cũng khó được sử dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành sản phẩm.
Về mặt kỹ thuật luyện kim: Chế tạo hợp kim thông thường dễ hơn kim loại nguyên chất.
Tìm hiểu thêm tại: Wikipedia
ST: Phan Đức Thuận
Bảng báo giá nắp hố ga 2024
