I. Màu của kim loại
Màu của kim loại phụ thuộc vào chỗ chúng phản xạ những sóng có bước sóng
như thế nào. Từ các phổ nêu ra ở hình 24 ta thấy rằng ánh sáng trắng của bạc được
quyết định bởi sự phản xạ đồng đều hấu như toàn bộ
các tia lam, cham và tím. 1g 26 `⁄2 NHI tn
Vi dụ: Titan va chì, thi chúng phản xa còn tốt hơn N Sá
các tia sóng dài cho nên chúng có mau chim nhạt. l>:s:©-C a
Mau trắng bạc của Bitmut và Coban có pha sắể *' `“
hổng là do sự hấp thụ khác nhau các tia ngắn và các tia 4 dài. Ta thấy trên hình vẽ sự phan xạ giảm xuống dan
din từ sóng dài đến sóng ngấn. Các chất bán din va; A F ;
cỏc tế bào quang điện là những vi du xdcthuc vộtuong ô= 44 4 ⁄#
tác ánh sáng với các electron trong đó diễn ra sự
chuyển electron sang mức cao hơn và thâm chí xảy rasự Hình 24: Các phổ phản
tách hoàn toàn electron. xạ của các kim loại.
Đa số các chất vô cơ có màu đều liên quan với ion
kim loại, mà bản thân các kim loại lại là một trong số các kiểu đơn chất có màu, cho nên đương nhiên phải xét đến sự phụ thuôc của mau kim loại vào cấu trúc của nó.
Trong hệ thống tuần hoàn, kể từ chu kỳ II các kim loại được phân bố trong tất cả các nhóm, từ nhóm I đến nhóm VIIL Tất nhiên là tính chất của các nguyên tố
trong những nhóm này thay đổi từ nhóm nay sang nhóm kia và từ chu kỳ này sang
chu kỳ kia. Tuy nhiên, mặc dù các kim loại có nhiều tính chất khác, nhưng chúng cũng có những tính chất vốn có đối với tất cả mọi kim loại không trừ kim loại nào.
II. Cơ chế xuất hiện màu của kim loại
Mau của chất vé cơ bản được xác định bởi các bước chuyển electron, mặc di các biến đổi của năng lượng quay và năng lượng dao động của các phân tử nói
chung và các nhóm nguyên tử riêng biệt tạo thành chúng cũng góp phần khá lớn. Sự
thay đổi của tất cả các dạng năng lượng khi phân tử chuyển từ trạng
thái cơ bản sang trạng thái kích thích cũng quyết định phổ hấp thu của chất.
Vì thế, chúng ta phải xét đến trạng thái các electron trong kim loại. Khi hai
nguyên tử gắn nhau, các obitan electron của chúng che phủ nhau và thống nhất thành các obitan chung. Chúng ta cẩn phải nhớ đối với kim loại thì chỉ liên quan đến
các electron ngoài cùng. Các electron bên trong không trở thành chung, chúng bám
Trang 48
Luộn wan tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc
chat lấy nguyên tử “của mình”. Nếu tất cả các trạng thái năng lượng bên trong của nguyên tử đều đã được lắp đấy electron thì sư dùng chung được thực hiện bởi các
obitan s và p bên ngoài. Điều này đã diễn ra ở các kim loai điển hình.
Còn các kim loại chuyển tiếp thì các lớp vỏ bên trong không được lắp day
electron. Số electron trong chúng bé hơn số cho phép tối đa. Trong trường hợp như
vay chẳng những chỉ có lớp vỏ bên ngoài, mà cả lớp vỏ bên trong cũng tham gia vào việc tạo thành các obitan electron chung. Dé làm việc đó nó dùng các electron của các obitan s và d. Kết quả là các kim loại điển hình (Natri) chỉ có thể là những chất cho electron còn các kim loại chuyển tiếp thì có thể vừa đóng vai trò chất nhận
clectron.
Như vậy, trone các kim loại hợp chất nhiều nguyên tử, sự tăng số phân mức (do sự gần nhau của các nguyên tử gây nên) làm xuất hiện những phân mức phân bố gin nhau. Chúng tạo nên những dải độc lập tương ứng với các elecron s, các electron p... Những phân mức ở cạnh nhau sẽ nằm rất sát nhau, chúng khác nhau
khoảng 10” ~ 10””eV (trong khi ở các nguyên tử chúng khác nhau khoảng một vài
electron von eV). Trong trường hợp như vậy, các phân mức và các dải sát nhập
thành một vùng chung. Một nữa của nó là nơi có electron gọi là “vùng lắp đầy” còn nữa trên (trong đó không có electron) được gọi là “vùng din”.
Bức tranh vật lý của trạng thái đó tương ứng với “sy dùng chung” electron.
Điều này có nghĩa là các electron từ nguyên tử này nhờ sử dung các mức tự do, mà
có thể chuyển sang nguyên tử kia. Như vậy, trong các kim loại ở trạng thái rấn và
trạng thái lỏng đã tạo thành những vùng không lắp đấy có những năng lượng cho phép và chung cho tất cả các nguyên tử. Các kim loại là những nguyên tố chứa không quá ba electron ở các mức năng lượng bên ngoài (trừ Sn, Pb, Bi, Po)vì vậy ở
trạng thái ngưng tụ chúng sẽ xuất hiện những vùng lớn chưa lấp đẩy có các năng lượng cho phép. Điểu này quyết định độ dẫn điện cao, quyết định hiện tượng quang điện (sự bứt electron khỏi kim loại đưới tác dụng của ánh sáng) và tất nhiên là quyết
định khả nang phản xạ và mau của kim loại.
Sự hợp nhất các phân mức electron hoá trị thành các dải năng lượng là hệ quả của tương tác giữa các nguyên tử kim loại. Các vùng dẫn chung được phân bố bên
trong tinh thể và không ra khỏi giới hạn của nó. Mặt ngoài của tinh thể gồm các ion kim loại. Dé tách electron khỏi kim loại, phải tiêu phí năng lượng.
Ở những kim loại hoạt động nhất như Xesi và Rubidi, có thể thực hiện được
diéu này bằng nang lượng của ánh sáng trông thấy. Năng lượng của những lượng tử
như vậy đủ để tách electron ra khỏi hẳn kim loại. Còn trong đa số trường hợp, thì
ánh sáng trông thấy lúc đậy vào kim loại và tương tấc với các electron chỉ có khả
năng chuyển chúng từ vùng lấp đẩy sang mức nào đó của vùng dẫn, đồng thời mỗi một nguyên tố cu thể đòi hỏi những lượng tử có năng lượng hoàn toàn xác định.
Trang 49
Luộa vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc
Những tia khác thì bị phản xa khỏi bể mặt .Vì thế trong bức xạ phản xạ thiếu đi những tia đã dùng để chuyển các electron, nên chúng ta nhìn thấy các màu phụ của phổ quyết định màu của chính kim loại.
Ở các chất bán dan, giữa vùng lấp đẩy va vùng dẫn có sự gián đoạn. Để
chuyển electron từ vùng này sang vùng khác cẩn phải tiêu phí một năng lượng tương
đối lớn. Su chiếu sáng bể mặt chất bán dẫn (hay dun nóng) cho phép các electron
thu được một năng lượng cẩn thiết và chuyển sang vùng dẫn. Đối với chất bán dẫn
có mau sự hấp thụ photon của ánh sáng trông thấy đủ để bù sự hụt năng lượng giữa các vùng. Electron bị kích thích và chuyển sang mức electron, làm thay đổi sự phân
bố mật độ electron trong phân tử và xuất hiện màu. Trong số các chất bán dẫn là đơn chất có những chất như Silic, Gecmani, Gali, Indi. Các hợp chất bán dẫn là những oxit và sunfua của các kim loại chuyển tiếp có rất nhiều màu sắc khác nhau
từ vàng đến đen.
Mau của kim loại có một điểm đáng chú ý là ở tất cả các kim loại chuyển tiếp đều có các hợp chất màu. Ta có thể giải thích sự phụ thuộc của màu dựa vào sự có
mat các obitan d tự do ở mức gần ngoài cùng của nguyên tử ki loại như sau:
Ở phân mức d có 5 obitan, chúng có những vi trí khác nhau nhưng hoàn toàn
xác định trong không gian. Theo nguyên lý Pauli trên mỗi obitan trong số 5 obitan này có thể có 2 electron . Đồng thời, nếu nguyên tử (hay ion) có 5 electron hay ít
hơn ở phân mức d, thì mỗi electron cố chiếm một obitan riêng biệt . Trong trường
hợp này, năng lượng của chúng là bé nhất so với tất cả các năng lượng có thể. Nếu electron nhiều hơn 5, thì xảy ra sự cặp đôi kéo theo những quá trình chuyển electron. Năng lượng chuyển các electron như vậy tương ứng với các năng lượng của lượng tử ánh sáng trông thấy. Chính sự hấp thụ các lượng tử như vậy trong ánh sáng
trắng của mặt trời quyết định màu của Cu”, Fe?*, Fe", Co?°, NI?*,Cr”", Mn’, Mn“, Mn” và các ion màu của những nguyên tố chuyển tiếp. Những obitan electron bên
trong được lắp day một nữa và ít hơn tạo khả năng dé dang cho sự chuyển electron.
Trang 50
Hình 25: Màu của các ion của kim loại chuyển tiếp từ trái sang phải: Tỉ”, Cr”, Mn”, Fe”, Co”, NP", Cụ?”
Trang 51
Ludn ván tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc
CHUONG II