Bài 19. Hợp kim

Định nghĩa.

Hợp kim là chất rắn thu được sau khi đun nóng chảy hỗn hợp các kim loại hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim.

Thí dụ:
Gang, thép: Fe – C. (C: 0,2 – 4%)
Đura: Al (96%) – Cu (4%).

II. Cấu tạo.
Có ba loại tinh thể chính sau:
 
1. Tinh thể hỗn hợp (hay tinh thể kết tinh riêng rẽ - hợp kim Ơtécti):
Thí dụ: Bi – Cd, Sn – Pb.....
Hỗn hợp kim loại
Đun nóng chảy
Hỗn hợp lỏng
Để nguội
Hợp kim rắn, kết tinh riêng rẽ
Hợp kim Ơtécti
II. Cấu tạo.
2. Tinh thể dung dịch rắn:
hoặc hh kim loại
và phi kim
Đun nóng chảy
Hỗn hợp lỏng đồng nhất
Hợp kim rắn, đồng nhất như khi nóng chảy
* Có hai kiểu dung dịch rắn:
Hỗn hợp kim loại
II. Cấu tạo.
2. Tinh thể dung dịch rắn:
a) Dung dịch rắn kiểu thay thế:
Mạng tinh thể hợp kim dung dịch rắn kiểu thay thế
II. Cấu tạo.
2. Tinh thể dung dịch rắn:
a) Dung dịch rắn kiểu thay thế:
Điều kiện:
- Kim loại có bán kính nguyên tử gần bằng nhau.
- Mạng tinh thể cùng kiểu.


Thí dụ hợp kim:
Cu (1,124 Å) - Ni (1,128 Å); Ag (1,44 Å) - Au (1,44 Å)......
II. Cấu tạo.
2. Tinh thể dung dịch rắn:
b) Dung dịch rắn kiểu xâm nhập:
● ● ●

● ● ●

● ● ●

● ● ●

● ● ● ● ● ●
Mạng tinh thể kim loại A
Mạng tinh thể phi kim hoặc kim loại B
Mạng tinh thể hợp kim dung dịch rắn kiểu xâm nhập
Ion kim loại (hoặc nguyên tử phi kim) B
II. Cấu tạo.
2. Tinh thể dung dịch rắn:
b) Dung dịch rắn kiểu xâm nhập:

Điều kiện:
Các kim loại (hoặc kim loại và phi kim) có bán kính nguyên tử khác nhau nhiều.


Thí dụ hợp kim: C (0,77Å) có thể xâm nhập vào mạng tinh thể của Fe (1,27Å) tạo ra thép cacbon......
II. Cấu tạo.

3. Tinh thể hợp chất hoá học:
Một số kim loại hoặc phi kim có khả năng tương tác với nhau tạo thành hợp chất hoá học. Đó là tinh thể hợp chất hoá học có liên kết cộng hoá trị.

Thí dụ: MgZn2, Cu3Al, Cu3Au, Mg4C3, Fe3C.......

Lưu ý: Việc phân loại hợp kim như trên chỉ là tương đối. Thông thường trong tinh thể hợp kim có cả hai hay ba loại tinh thể nêu trên cho nên cấu trúc tinh thể của hợp kim có thể đơn giản, cũng có thể phức tạp.
II. Cấu tạo.
2. Tinh thể dung dịch rắn:
hoặc hh kim loại
và phi kim
Đun nóng chảy
KL lỏng đồng nhất
Hợp kim: KL rắn đồng nhất như khi nóng chảy
Hỗn hợp kim loại
III. Liên kết trong hợp kim:

- Hợp kim kết tinh riêng rẽ và dung dịch rắn: Liên kết chủ yếu là liên kết kim loại.

- Hợp kim hợp chất hoá học: Liên kết chủ yếu là liên kết cộng hoá trị.

- Tuy nhiên: Thường có cả hai kiểu liên kết trên.
IV. Tính chất của hợp kim.

- Phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ và quá trình tạo hợp kim.

+ Tính chất hoá học: Tương tự tính chất hoá học của hỗn hợp tạo nên chúng.

+ Tính chất vật lý và cơ học: Nhìn chung khác nhiều so với các đơn chất tạo ra chúng.
IV. Tính chất của hợp kim.

Tính dẫn điện, dẫn nhiệt, ánh kim:
- Khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt kém hơn kim loại đơn chất.
- Có ánh kim giống kim loại.

2. Độ cứng:
Hợp kim thường cứng và giòn.
IV. Tính chất của hợp kim.
3. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi:
- Hợp kim kiểu dung dịch rắn: t0nc, t0s nằm ở khoảng giữa các kim loại thành phần.

Thí dụ:
IV. Tính chất của hợp kim.
3. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi:
- Hợp kim kiểu kết tinh riêng rẽ: t0nc, t0s thường thấp hơn các kim loại thành phần.

Thí dụ 1:



Thí dụ 2:
Ở nhiệt độ phòng, Na và K ở trạng thái rắn; hợp kim Na-K lại ở trạng thái lỏng.
IV. Tính chất của hợp kim.
3. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi:
- Hợp kim kiểu hợp chất hoá học: Tuỳ thuộc bản chất và thành phần của hợp kim mà t0nc, t0s có thể cao hơn hoặc thấp hơn các kim loại thành phần.

Thí dụ:
V. Ứng dụng: (Sgk)

Hợp kim có nhiều ứng dụng quan trọng như: sản xuất thiết bị động cơ phản lực, lò phản ứng, máy bay.....
BỔ TRỢ KIẾN THỨC
Vấn đề 1: KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI HNO3, H2SO4 ĐẶC, NÓNG
Chú ý:
- Kim loại bị oxh lên mức oxh cao nhất.
- Sản phẩm khử của axit phụ thuộc vào tính khử của kim loại, nồng độ của axit và nhiệt độ tiến hành phản ứng. Kim loại càng mạnh tác dụng với axit càng loãng thì axit càng bị khử xuống mức oxh càng thấp.
BỔ TRỢ KIẾN THỨC
Vấn đề 2: MỘT SỐ KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI NƯỚC.
- Các kim loại kiềm (K, Na, ...) (trừ Li tác dụng với nước nóng) và một số kim loại kiềm thổ (Ba, Ca) tác dụng với nước giải phóng hidro:
2M + 2nH2O  2M(OH)n + nH2
- Các kim loại Mg, Al lúc đầu tác dụng với nước (phản ứng xảy ra chậm) tạo thành Mg(OH)2 , Al(OH)3 bám trên bề mặt Mg, Al tạo một lớp màng ngăn không cho hai kim loại trên tác dụng với nước.
- Các KL Fe, Mn, Cr,... (những kim loại đứng trước H2 trong dãy điện hóa của kim loại) tác dụng với nước ở nhiệt độ cao:
xM + yH2O  MxOy + yH2
BỔ TRỢ KIẾN THỨC
Vấn đề 3: MỘT SỐ KIM LOẠI LƯỠNG TÍNH.
- Các kim loại mà hidroxit của chúng có tính chất lưỡng tính (vừa tác dụng được với axit, vừa tác dụng được với bazơ mạnh) như: Be, Al, Zn, Cr tác dụng được với dd kiềm mạnh:
Thí dụ 1: Be + 2H2O  Be(OH)2 + H2 (Be(OH)2 hay H2BeO2)
Be(OH)2 + 2NaOH  Na2BeO2 + 2H2O
Be + 2NaOH  Na2BeO2 + H2

Tổng quát: M + nH2O  M(OH)n + (n/2)H2
M(OH)n + (4-n)NaOH  Na(4-n)MO2 + 2H2O
M + (n-2)H2O + (4-n)NaOH  Na(4-n)MO2 + (n/2)H2