Giá trị của các kim loại là ở các
electron tự do của chúng
Các kimloại luôncó mặt sau nhữngtiến bộ quan trọng củacon ngườitrong
khoa họcvàcông nghệ. Vàtấtcả là bởi vì chúngkhông giữ lấy những electron
ngoài cùng của chúng.
Cuộc sống của chúng ta sẽ rất khácđi nếu không cócác kimloại. Không cóxe
hơi, khôngcóđồ điện,khôngcó nồichảo,vàchỉ cònnhữngmóntrangsức linhtinh,
‘hoangdại’.
Các kimloại quý, như vàng, có
tính trơ đối vớioxygen. Vàngvẫn
giữ được sự sáng bóng ngaycả sau
khi cho tiếp xúcvới các nguyên tố
khác. (Ảnh:PerthMint)
Giống như mọi nguyên tử và nguyêntố khác, tínhchất của các kimloại suy
cho cùng là do số lượng protonvà electronmà chúngcó, và donhững electronđó
được sắp xếp như thế nào. Và đối với các kim loại thì căn nguyên thật sự nằmở
chỗ các electronngoài cùng cáchcác protonbao xa.
Các proton tronghạtnhân củamột nguyêntử thìtích điệndương,nên chúng
hút lấycác electrontích điện âm nén vào xungquanhchúng. Vàcàng có nhiều
protontronghạt nhân,thì lực hút lêncác electron sẽ càng mạnh. Nhưng lựchút
giữaproton và electrontrở nên yếu đi khikhoảng cách tănglên. Và trong mọi
nguyêntử kim loại, cácelectronngoài cùng ở vừa đủ xa hạt nhân để cho proton
khôngcòn trôngnom nổi đối vớichúng,nên chúngtự do ‘sẩy chân’ ra ngoài ngay
từ cơ hội đầu tiên mà chúng có.
Chínhnhững electronbên ngoài liên kết lỏnglẻo đó là nguyên nhânlàm cho
kim loạisáng bóng, cứng,dẫnđiện, dẫn nhiệt tốt và dễ bị dát mỏng.
Các kimloại nhìndưới kính hiển vi
Nếu bạn cóthể nhặtra một mảnh kimloại và phóng to nólên đếnkích cỡ
nguyêntử, thì bạn sẽ khôngthấymột chùm phântử hơi cách xa nhaut như trường
hợp bạn phóngto nướchay chất khí. Bạn sẽ thấy cácnguyêntử sắp hàngtheo
hàng ngayngắn thật đẹp trong một đám mây electron.

Chính‘tính dễ lăn’ củanhững lớp nguyên tử cũng làmchokim loại bị dễ kéo
thành dây, một tínhchất gọilà tính dễ kéo sợi mànhững chất phi kimloại không
thể sánh kịp.
Vậy với tấtcả sự cuộn gấp nguyêntử ấy thì kimloại có thể cứng như thế nào?
Thật ra, nếu chúngchỉ là mộtsự sắp xếp liêntục củanhữngnguyêntử sắp
thẳnghàng hoàn hảo, thì cáckim loại sẽ không cứngnhư vậy. Nhưng các kim loại
cấu tạo gồm rất nhiều vùngnhỏ gồm nhữnglớp nguyên tử sắpthẳng hàngép chặt
với nhau.
Các vùng đó gọi là ôtinh thể, và trong khinhững lớp nguyên tử có thể cuộn
lên nhaubêntrong các ô, thì nhữnglớp từ những ôkhác nhaukhônghoàn toàn
thẳnghàng với nhau, cho nên sự lăn cuộn dừnglại tại rìa của cácô. Các kimloại
với nhữngôtinh thể lớn dễ bị dát mỏng hơn,cònnhững kimloại có ô nhỏ hơn thì
cứng hơn.
Những người thợ rèn đã tôi luyện cho kimloại cứng hơn trong hàngthế kỉ
qua. Họ không hề có một kiến thức hoàn chỉnh về lí thuyếtô tinh thể, nhưnghọ
biết làmthế nào để đập một miếng kim loạira – và đó là tất cả nhữnggì cần làmđể
cho các tinhthể nhỏ hơn, và kimloạicứng hơn và giòn hơn.
Và cách đây 5000năm, tổ tiên của chúng ta đã tìm ra mộtphươngpháp làm
cho các kimloại trở nên cứng hơn – đó là bằng cáchtrộn chúnglẫn vào nhau.
Giống như những hợpkim khác, đồng thiếc cứnghơn và đồng tác thiếc, haikim
loại trộn lẫn đề tạo nên nó.Và một lần nữa, tính cứng phát sinhtừ việc làm xáo
trộn nhữngô tinh thể. Mặcdù họ không biết điều đó, nhưngngười tiền sử đã hòa
trộn kim loại với nhữngnguyên tử kích cỡ khácnhau, và chẳngcòncách nào cho
tác dụnglăn trượt nguyên tử, dễ dát mỏnghoạt động nữa.
Longlanh, sáng bóng
Nếu bạn từng nhìnthấy kimloại trước khi chúngđược xử lí, bạn sẽ quên mất
suy nghĩ rằng danh tiếng sángbóng/ chói ngời của chúng làcó chútcườngđiệu
quá mức. Nhưng ở dạng tinhkhiết của chúng, mọikim loại đều sáng bóng– đó là vì
với nhữngelectron liên kết lỏng lẻo trôi nổi xung quanh, đa phần chúng không bắt
gặpnhững nguyên tố có sức hútelectron tốt,tức là đa số các phi kim.Và đặcbiệt là