Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Lý thuyết trọng tâm
I. Đặc điểm cấu tạo của nguyên tử kim loại
1. Số electron lớp ngoài cùng
Các nguyên tử kim loại thường có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng.
Ví dụ:
| Nguyên tố | Z | Cấu hình electron | Số e lớp ngoài cùng |
|---|---|---|---|
| Na | 11 | $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ | 1 |
| Mg | 12 | $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ | 2 |
| Al | 13 | $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$ | 3 |
| Fe | 26 | $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^6 4s^2$ | 2 |
So sánh với phi kim: Các nguyên tử phi kim thường có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng.
2. Bán kính nguyên tử
Trong cùng một chu kì, bán kính nguyên tử kim loại lớn hơn bán kính nguyên tử phi kim.
Giải thích:
- Trong cùng chu kì, từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng dần
- Lực hút giữa hạt nhân và electron tăng → bán kính giảm
- Kim loại đứng đầu chu kì nên có bán kính lớn nhất
Ví dụ: Trong chu kì 3:
$$r_{Na} > r_{Mg} > r_{Al} > r_{Si} > r_{P} > r_{S} > r_{Cl}$$
3. Độ âm điện
Trong cùng một chu kì, độ âm điện của kim loại nhỏ hơn độ âm điện của phi kim.
Ý nghĩa: Độ âm điện nhỏ → khả năng hút electron yếu → dễ nhường electron.
Ví dụ: Trong chu kì 3:
$$\chi_{Na} < \chi_{Mg} < \chi_{Al} < \chi_{Si} < \chi_{P} < \chi_{S} < \chi_{Cl}$$
4. Xu hướng nhường electron
Do có:
- Số electron lớp ngoài cùng ít (1, 2, 3)
- Bán kính nguyên tử lớn
- Độ âm điện nhỏ
→ Các nguyên tử kim loại dễ nhường electron khi tham gia phản ứng hóa học để tạo thành cation kim loại.
Quá trình nhường electron:
$$Na \rightarrow Na^+ + 1e$$
$$Mg \rightarrow Mg^{2+} + 2e$$
$$Al \rightarrow Al^{3+} + 3e$$
$$Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e \quad \text{hoặc} \quad Fe \rightarrow Fe^{3+} + 3e$$
5. Phân loại nguyên tố kim loại theo khối
Dựa vào cấu hình electron, các nguyên tố kim loại được phân loại theo khối:
| Khối | Đặc điểm | Ví dụ |
|---|---|---|
| Khối s | Electron cuối cùng điền vào phân lớp s | Li, Na, K, Rb, Cs (nhóm IA); Be, Mg, Ca, Sr, Ba (nhóm IIA) |
| Khối p | Electron cuối cùng điền vào phân lớp p | Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb,… |
| Khối d | Electron cuối cùng điền vào phân lớp d | Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn,… (kim loại chuyển tiếp) |
| Khối f | Electron cuối cùng điền vào phân lớp f | Lanthanide, Actinide |
Lưu ý: Trong bảng tuần hoàn, các khối nguyên tố s, d, f gồm các nguyên tố kim loại, khối nguyên tố p gồm cả nguyên tố kim loại và phi kim.
6. Bảng tổng hợp đặc điểm nguyên tử kim loại và phi kim
| Đặc điểm | Kim loại | Phi kim |
|---|---|---|
| Số e lớp ngoài cùng | 1, 2, 3 | 5, 6, 7 |
| Bán kính nguyên tử | Lớn | Nhỏ |
| Độ âm điện | Nhỏ | Lớn |
| Xu hướng | Nhường e → Cation | Nhận e → Anion |
II. Tinh thể kim loại
1. Trạng thái của kim loại ở điều kiện thường
Ở nhiệt độ phòng, các đơn chất kim loại ở thể rắn và có cấu tạo tinh thể.
Ngoại lệ: Thủy ngân (Hg) ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng.
2. Cấu trúc tinh thể kim loại
Trong tinh thể kim loại:
| Thành phần | Vị trí | Chuyển động |
|---|---|---|
| Ion dương kim loại | Nằm ở các nút mạng tinh thể | Gần như đứng yên (chỉ dao động quanh vị trí cân bằng) |
| Electron hóa trị | Xung quanh các nút mạng | Chuyển động tự do trong toàn bộ mạng tinh thể |
Mô hình tinh thể kim loại:
3. Các kiểu mạng tinh thể phổ biến
Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại phổ biến:
| Kiểu mạng tinh thể | Độ đặc khít (%) | Số phối trí | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Lập phương tâm khối | 68 | 8 | Li, Na, K, Ba,… |
| Lập phương tâm diện | 74 | 12 | Ca, Sr, Cu,… |
| Lục phương | 74 | 12 | Be, Mg,… |
a) Mạng lập phương tâm khối
- Cấu trúc: Các nguyên tử nằm ở 8 đỉnh và 1 nguyên tử ở tâm hình lập phương
- Số nguyên tử trong 1 ô mạng: $8 \times \frac{1}{8} + 1 = 2$ nguyên tử
- Độ đặc khít: 68%
- Số phối trí: 8 (mỗi nguyên tử được bao quanh bởi 8 nguyên tử khác)
b) Mạng lập phương tâm diện
- Cấu trúc: Các nguyên tử nằm ở 8 đỉnh và 6 nguyên tử ở tâm các mặt
- Số nguyên tử trong 1 ô mạng: $8 \times \frac{1}{8} + 6 \times \frac{1}{2} = 4$ nguyên tử
- Độ đặc khít: 74%
- Số phối trí: 12
c) Mạng lục phương
- Cấu trúc: Các nguyên tử xếp theo kiểu lục giác
- Độ đặc khít: 74%
- Số phối trí: 12
Nhận xét: Mạng lập phương tâm diện và mạng lục phương có độ đặc khít cao nhất (74%), còn mạng lập phương tâm khối có độ đặc khít thấp hơn (68%).
III. Liên kết kim loại
1. Khái niệm liên kết kim loại
Liên kết kim loại là liên kết được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các electron hóa trị tự do với các ion dương kim loại ở các nút mạng tinh thể.
2. Bản chất liên kết kim loại
- Các nguyên tử kim loại nhường electron hóa trị → trở thành ion dương
- Các electron hóa trị không thuộc riêng nguyên tử nào mà chuyển động tự do trong toàn bộ mạng tinh thể
- Lực hút tĩnh điện giữa các ion dương và “biển electron” tự do tạo nên liên kết kim loại
Sơ đồ minh họa:
3. So sánh liên kết kim loại với các loại liên kết khác
| Đặc điểm | Liên kết ion | Liên kết kim loại | Liên kết cộng hóa trị |
|---|---|---|---|
| Bản chất | Lực hút tĩnh điện giữa cation và anion | Lực hút tĩnh điện giữa cation và electron tự do | Sự dùng chung cặp electron |
| Thành phần tham gia | Kim loại + Phi kim | Kim loại + Kim loại | Phi kim + Phi kim |
| Electron | Chuyển hẳn từ kim loại sang phi kim | Tự do trong mạng tinh thể | Dùng chung, định xứ |
| Ví dụ | NaCl, MgO | Na, Fe, Cu | $H_2$, $O_2$, $H_2O$ |
So sánh chi tiết liên kết kim loại và liên kết ion:
| Tiêu chí | Liên kết ion | Liên kết kim loại |
|---|---|---|
| Giống nhau | Đều hình thành bởi lực hút tĩnh điện | |
| Khác nhau | Giữa cation và anion | Giữa cation và electron tự do |
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết kim loại
| Yếu tố | Đặc điểm | Ảnh hưởng đến độ bền |
|---|---|---|
| Điện tích cation | Lớn hơn | Liên kết mạnh hơn |
| Bán kính cation | Nhỏ hơn | Liên kết mạnh hơn |
| Số electron tự do | Nhiều hơn | Liên kết mạnh hơn |
Giải thích:
- Điện tích cation lớn → lực hút tĩnh điện mạnh hơn
- Bán kính cation nhỏ → khoảng cách giữa cation và electron nhỏ → lực hút mạnh hơn
- Số electron tự do nhiều → số tương tác nhiều → liên kết bền hơn
5. Ý nghĩa của liên kết kim loại
Liên kết kim loại giải thích được các tính chất vật lý đặc trưng của kim loại:
| Tính chất | Giải thích dựa vào liên kết kim loại |
|---|---|
| Tính dẫn điện | Electron tự do di chuyển có hướng dưới tác dụng của điện trường |
| Tính dẫn nhiệt | Electron tự do truyền năng lượng nhiệt từ vùng nóng sang vùng lạnh |
| Tính dẻo | Khi tác dụng lực, các lớp ion dương trượt lên nhau nhưng vẫn được liên kết bởi electron tự do |
| Ánh kim | Electron tự do phản xạ ánh sáng |
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ