Cấu tạo của kim loại và liên kết kim loại

Lý thuyết Cấu tạo của kim loại được biên soạn chi tiết kèm ví dụ từng nội dung về cấu tạo nguyên tử của kim loại, các kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng và nhắc lại khái niệm về liên kết kim loại. 

I. Cấu tạo kim loại

1. Cấu tạo nguyên tử

• Nguyên tử của hầu hết các nguyên tố kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng.

Thí dụ:

+ Na (Z = 11): 1s²2s²2p⁶3s¹

Viết gọn: [Ne]3s¹ có 1electron ở lớp ngoài cùng.

+ Mg (Z = 12): 1s²2s²2p⁶3s²

Viết gọn: [Ne]3s² có 2 electron ở lớp ngoài cùng.

+ Al (Z = 13): 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

Viết gọn: [Ne]3s²3p¹ có 3 electron ở lớp ngoài cùng.

• Trong chu kì, bán kính nguyên tử của nguyên tố kim loại lớn và điện tích hạt nhân nhỏ hơn so với các nguyên tử của nguyên tố phi kim.

Ví dụ:

Chu kì 3:

2. Cấu tạo tinh thể

Ở nhiệt độ thường, trừ thủy ngân ở thể lỏng, còn các kim loại khác ở thể rắn, có cấu tạo tinh thể.

Trong tinh thể kim loại, nguyên tử và ion kim loại nằm ở những nút mạng của tinh thể. Các electron hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách ra khỏi nguyên tử và chuyển động tự do trong mạng tinh thể.

Có ba kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng là: lập phương tâm khối, lập phương tâm diện và lục phương.

2.1. Mạng tinh thể lục phương

• Đặc điểm: Các nguyên tử, ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lục giác đứng và ba nguyên tử, ion nằm phía trong của hình lục giác.

Mạng tinh thể lục phương

• Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiểm 74%, còn lại 26% là không gian trống.
• Các kim loạithuộc mạng tinh thể lục phương: Be, Mg, Zn …

2.2. Mạng tinh thể lập phương tâm diện

• Đặc điểm: Các nguyên tử và ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm các mặt của hình lập phương.

Mạng tinh thể lập phương tâm diện

• Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chiểm 74%, còn lại 26% là không gian trống.
• Các kim loạithuộc mạng tinh thể lập phương tâm diện: Cu, Ag, Au, Al …

2.3. Mạng tinh thể lập phương tâm khối

• Đặc điểm: Các nguyên tử và ion kim loại nằm trên các đỉnh và tâm của hình lập phương.

Mạng tinh thể lập phương tâm khối

• Trong tinh thể, thể tích của các nguyên tử và ion kim loại chỉ chiếm 68%, còn lại 32% là các không gian trống.
• Các kim loạithuộc mang tinh thể lập phương tâm khối: Li, Na, K, V, Mo …

II. Liên kết kim loại

Liên kết kim loại là liên kết được hình thành giữa nguyên tử và ion kim loại trong mạng tinh thể do sự tham gia của các electron tự do.

Liên kết kim loại

Ở liên kết kim loại, nhiều nguyên tử chia sẻ chung electron hóa trị, hiện tượng này xảy ra bởi các nguyên tử chỉ liên kết lỏng lẻo với electron hóa trị, tạo điều kiện cho các electron này có thể di chuyển khá tự do, tạo cho kim loại có đặc tính dẻo và tính dẫn điện.

Khả năng có thể bẻ cong hay tạo hình mà không bị vỡ, bể là do các electron chỉ trượt đi chứ không bị tách rời. Khả năng dẫn điện của kim loại cũng hình thành với các electron chia sẻ chung này di chuyển giữa các nguyên tử.