Đăng nhậpDùng miễn phí

Hoá học 12 · Chương 6. Đại cương về kim loại

Bài 18. Cấu tạo và liên kết trong tinh thể kim loại

Tinh thể kim loại gồm các ion dương đứng cố định ở các nút mạng và electron tự do chuyển động giữa chúng. Lực hút tĩnh điện giữa ion dương với electron tự do tạo nên liên kết kim loại, là cơ sở để giải thích các tính chất đặc trưng của kim loại.

Nhớ nhanh

1. Vị trí và cấu tạo nguyên tử kim loại

2. Mạng tinh thể và các thành phần trong tinh thể kim loại

Định nghĩa
  • Mạng tinh thể kim loại: các nguyên tử và ion kim loại nằm ở các nút mạng, sắp xếp theo một trật tự xác định trong không gian.

  • Ion dương kim loại: được hình thành khi nguyên tử kim loại nhường electron lớp ngoài cùng:

    M⟶Mn++ne. \mathrm{M} \longrightarrow \mathrm{M^{n+}} + n\mathrm{e}.
  • Electron tự do: các electron bị nhường ra không thuộc về một ion xác định nào, chúng chuyển động không ngừng trong khắp khối kim loại.
Thành phầnVai trò trong tinh thể kim loại
Ion dươngNằm cố định ở các nút mạng, tạo thành khung tinh thể.
Electron tự doChuyển động liên tục, rải rác trong toàn bộ khối kim loại.
Lưu ý

Electron tự do không gắn chặt vào từng ion. Do đó ta nói electron tự do là “thuộc về cả khối kim loại”, không nhầm rằng chúng chỉ quay quanh một ion nào đó.

3. Liên kết trong tinh thể kim loại

Liên kết kim loại.

Liên kết kim loại là lực hút tĩnh điện giữa các ion dương với electron tự do bao quanh chúng.

Các nguyên tử kim loại thường xếp cạnh nhau để đóng gói chặt chẽ hơn, tạo nên các cấu trúc tinh thể thường gặp: lập phương tâm khối, lập phương tâm diện và lục giác. Trong các cấu trúc đóng gói chặt chẽ đó, electron hóa trị được chia sẻ trong toàn bộ mạng tinh thể, tạo nên electron tự do.

Mô hình để nhớ
  • Ion dương ⇒\Rightarrow giữ khung tinh thể.
  • Electron tự do ⇒\Rightarrow chuyển động ⇒\Rightarrow dẫn điện, dẫn nhiệt.
  • Lực hút giữa ion dương và electron tự do ⇒\Rightarrow tạo liên kết ⇒\Rightarrow giữ khối kim loại kết dính và làm kim loại dẻo.

4. Giải thích tính chất của kim loại

Giải thích tính chất bằng mô hình tinh thể
  1. 1.
    Xác định tính chất cần giải thích: dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo, ánh kim, độ cứng, nhiệt độ nóng chảy.
  2. 2.
    Chọn cơ chế phù hợp: electron tự do, ion dương ở nút mạng, lực hút tĩnh điện hoặc cấu trúc đóng gói.
  3. 3.
    Diễn giải đúng mối quan hệ nhân–quả, không dùng nguyên nhân sai.
Ví dụ 1

Vì sao kim loại ở thể rắn dẫn điện được, còn hợp chất ion (như NaCl) ở thể rắn thì không?

Lời giải

Trong tinh thể kim loại có sẵn electron tự do chuyển động khắp khối, nên chúng dịch chuyển có hướng khi có điện trường. Trong tinh thể ion, các ion nằm cố định ở nút mạng, không có hạt mang điện tự do; chỉ khi nóng chảy hoặc hoà tan trong nước, các ion mới di chuyển được và dẫn điện.

Ví dụ 2

Vì sao kim loại dễ dát mỏng, kéo sợi trong khi nhiều tinh thể ion lại giòn?

Lời giải

Khi tác dụng lực, các lớp ion dương trong kim loại trượt lệch nhau, nhưng electron tự do vẫn liên kết chúng lại nên khối kim loại biến dạng mà không rời ra. Ở tinh thể ion, các ion cùng dấu nằm cố định ở nút mạng; nếu trượt lệch sẽ xuất hiện lực đẩy giữa các ion cùng dấu nên dễ vỡ.

Ví dụ 3

Nhiệt độ nóng chảy của các kim loại thường cao, nhưng có ngoại lệ. Nêu một ngoại lệ điển hình tại điều kiện thường.

Lời giải

Mercury (Hg\mathrm{Hg}) là ngoại lệ: tại điều kiện thường mercury ở thể lỏng, cho thấy liên kết trong tinh thể kim loại có thể yếu tùy vào đặc điểm nguyên tử và cách sắp xếp.

Câu hỏi 1

Thử lập luận: tại sao nói electron tự do chính là nguyên nhân chính khiến kim loại có tính dẻo?

Gợi ý trả lời

Cần chỉ ra: khi các lớp ion dương trượt, electron tự do vẫn chuyển động và duy trì lực hút giữa ion dương với electron, do đó khối kim loại không bị tách rời.

Lưu ý

Đừng giải thích mọi tính chất của kim loại chỉ bằng một nguyên nhân “electron tự do”. Dẫn điện và dẫn nhiệt liên quan trực tiếp đến electron tự do; tính dẻo liên quan đến cả electron tự do lẫn việc trượt của các lớp ion; độ cứng, nhiệt độ nóng chảy liên quan đến độ bền của liên kết kim loại.

Gặp bài khó? Chụp ảnh để CEAO giảiAI giải từng bước, đề kiểm tra theo bài, thẻ ghi nhớ. Đăng ký miễn phí.
Thử ngay