GIA SƯ SV · HÓA HỌC 12

Bài 18. Cấu tạo và liên kết tinh thể kim loại – Hóa học 12

Em sẽ học được gì? Nhận biết cấu hình electron phổ biến của nguyên tử kim loại, mô hình tinh thể và bản chất liên kết kim loại.

Trước khi học: Cấu hình electron, bảng tuần hoàn, các loại liên kết hóa học.

1. Đặc điểm nguyên tử kim loại

Nguyên tử của nhiều nguyên tố kim loại có ít electron lớp ngoài cùng, thường 1, 2 hoặc 3 electron. Trong cùng chu kỳ, nguyên tử kim loại thường có bán kính lớn hơn và độ âm điện thấp hơn các nguyên tử phi kim phía bên phải. Khi tham gia nhiều phản ứng, nguyên tử kim loại có xu hướng nhường electron tạo ion dương; tuy nhiên phải phân biệt với tính chất của hợp chất kim loại ở các trạng thái oxi hóa khác nhau.

2. Mạng tinh thể và electron chuyển động trong mạng

Trong mô hình tinh thể kim loại, các ion dương hoặc lõi nguyên tử kim loại sắp xếp có trật tự, còn các electron hóa trị có khả năng chuyển động trên toàn mạng tinh thể. Liên kết kim loại là lực hút tĩnh điện giữa electron chuyển động trong mạng và các ion dương kim loại.

Các kiểu cấu trúc tinh thể thường gặp gồm lập phương tâm khối (bcc), lập phương tâm diện (fcc) và lục phương xếp chặt (hcp). Bcc không phải cấu trúc xếp chặt; fcc và hcp là hai kiểu xếp chặt. Đây là mô hình lý tưởng; cấu trúc thực tế phụ thuộc từng kim loại và điều kiện. Sơ đồ bên dưới minh họa mô hình electron chung, không phải ảnh chụp vi mô.

3. Vì sao kim loại thường dẫn điện và có tính dẻo?

Electron có tính linh động giúp kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt. Khi tác dụng lực, các lớp ion có thể trượt tương đối mà không làm mất hoàn toàn liên kết kim loại, giải thích tính dẻo của nhiều kim loại. Mức độ dẫn điện và tính dẻo phụ thuộc loại kim loại, khuyết tật, cấu trúc hạt, nhiệt độ và hợp kim; không phải mọi kim loại có độ dẻo hoặc độ dẫn điện bằng nhau.

4. Ví dụ cấu hình electron

Na (Z = 11): $[\mathrm{N}\mathrm{e}]3{\mathrm{s}}^1$; Mg (Z = 12): $[\mathrm{N}\mathrm{e}]3{\mathrm{s}}^2$; Al (Z = 13): $[\mathrm{N}\mathrm{e}]3{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{p}}^1$. Với Fe và Cu, electron $d$ cũng có vai trò quan trọng trong hóa học kim loại chuyển tiếp. Không suy rằng một cấu hình phân lớp ngoài cùng giống nhau là tính chất vật liệu sẽ giống hệt nhau.

Ví dụ có lời giải

Xác định số electron lớp ngoài cùng của nhôm

Đề bài: Nguyên tử Al có Z = 13. Viết cấu hình electron cơ bản và nêu số electron lớp ngoài cùng.

Lời giải từng bước: Cấu hình $1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^{6}3{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{p}}^1$. Lớp ngoài cùng $n=3$ có $2+1=3$ electron.

Tự kiểm tra trước khi mở đáp án

Câu hỏi: Trong mô hình liên kết kim loại, thành phần nào có khả năng chuyển động trên toàn mạng?

Những lỗi dễ mắc

• Cho rằng ion dương kim loại tự do dịch chuyển khắp tinh thể như electron.
• Đồng nhất liên kết kim loại với liên kết ion giữa hai loại ion trái dấu.
• Kết luận mọi kim loại có đúng 1–3 electron hóa trị trong mọi định nghĩa chuyên sâu; câu phổ thông chỉ nói “thường”.

Ghi nhớ và luyện tiếp

Kiểm tra lại bản chất phản ứng, điều kiện và đơn vị trước khi làm bài tập. Mở bộ Luyện tập tương ứng để làm câu hỏi nhận biết → thông hiểu → vận dụng; sau khi nộp mới xem giải chi tiết hoặc chọn chế độ học để nhận gợi ý từng bước.

Biên soạn học liệu: Gia Sư SV. Các sơ đồ được vẽ mới cho bài; không phải bản sao tài liệu PDF tham khảo.