1. Vị trí và cấu tạo nguyên tử:
Các kim loại nhóm A trong Bảng tuần hoàn
Phi kim Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Kim loại
- Trong bảng tuần hoàn, các kim loại thuộc nhóm A nằm bên trái đường chéo qua B, Si, As, Te, At trong đó B, Si là phi kim, As và Te là nửa kim loại.
- Ở nhiệt độ thường, hầu hết kim loại đều ở thể rắn và có cấu tạo tinh thể trừ thuỷ ngân ở thể lỏng.
2. Cấu trúc tinh thể
Coi nguyên tử là những quả cầu có kích thước như nhau thì các kim loại kết tinh theo 3 kiểu mạng tinh thể:
* Kiểu lập phương đặc khít ( lập phương tâm diện):
- Độ đặc khít: 74%. - Số phối trí: 12.
- Các kim loại thường gặp: Cu, Ag, Au, Al, Pb, Fe, Ni, Pt,…
A
A
CB B
* Kiểu lập phương tâm khối:
các nguyên tử ( hoặc ion) nằm ở các đỉnh và tâm của hình lập phương - Độ đặc khít: 68%.
- Số phối trí: 8.
- Các kim loại thường gặp: Mo, Li, Na, K, V,…
* Kiểu lục phương đặc khít:
các nguyên tử ( hoặc ion) nằm ở các đỉnh và tâm 2 mặt đáy và các hốc bát diện của hình lục phương.
- Độ đặc khít: 74%. - Số phối trí: 12.
- Các kim loại thường gặp: Be, Mg, Hg, Zn, Cd, Ti, Cr,…
AA A
AB B C A A B LËp ph-¬ng t©m khèi LËp ph-¬ng t©m mÆt Lôc ph-¬ng chÆt khÝt
(3). Liên kết trong tinh thể kim loại
- Liên kết kim loại là liên kết giữa các nguyên tử kim loại khi chúng được phân bố trong mạng tinh thể theo một trật tự xác định. Các liên kết kim loại được mô tả theo một số thuyết : thuyết khí electron, thuyết vùng, thuyết liên kết hoá trị. Trong chương trình THPT chỉ xét thuyết khí electron và thuyết vùng ở những điểm cơ bản nhất và dùng để giải thích một số tính chất vật lý của kim loại.
- Thuyết khí electron: Một phần các electron của kim loại ( các electron hoá trị) chuyển động như những phân tử chất khí (gọi là khí electron) xung quanh các ion dương nằm ở nút mạng tinh thể. Các electron đó có thể chuyển động tự do trong mạng tinh thể kim loại mà không thuộc về một nguyên tử nhất định nào. Nhờ "khí" này các nguyên tử kim loại liên kết với nhau tạo thành mạng lưới bền vững ( liên kết kim loại).
- Thuyết vùng: dựa trên cơ sở thuyết MO áp dụng cho một số lớn nguyên tử. + Coi mẫu kim loại như một phân tử, tại mắt mạng lưới có ion kim loại, các đám mây electron của các electron hoá trị bao quanh các ion kim loại và liên kết với chúng. Nghĩa là các electron hoá trị ở trong trường chung của tất cả các ion kim loại. Như vậy, trong tinh thể có N nguyên tử sẽ tạo nên N obital phân tử. Vì N rất lớn nên N mức năng lượng rất gần nhau tạo ra vùng năng lượng. Vì sự chênh lệch năng lượng giữa các mức là rất nhỏ( 10-22eV) nên có thể coi năng lương của vùng là liên tục.
+ Các obital của vùng năng lượng cũng xem như obital nguyên tử trong phân tử và cũng tuân theo nguyên lý Pauli: mỗi obital cũng chỉ chứa tối đa 2 electron; sự điền electron vào các obital đó cũng tuân theo đúng trật tự mức năng lượng từ thấp đến cao. + Trong kim loại, những vùng năng lượng gần nhau có thể tiếp giáp hoặc cách xa
nhau. Vùng năng lượng chứa các electron gây ra liên kết hoá học gọi là vùng hoá
trị. Vùng tự do có mức năng lượng cao hơn, phía trên vùng hoá trị gọi là vùng dẫn.
Phụ thuộc vào cấu trúc và mạng tinh thể mà hai vùng đó có thể xen phủ vào nhau,
nghĩa là cách nhau một khoảng năng lượng ΔE nào đó, khoảng cách này gọi là vùng
cấm.Trong kim loại xảy ra sự xen phủ của vùng hoá trị và vùng dẫn, trong chất bán
dẫn vùng cấm cóΔE ≈ 0,1→3 eV, trong chất điện môi ΔE > 3eV.