Bài 20. Sơ lược về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
Nội dung lý thuyết
I. Khái quát về kim loại chuyển tiếp chuyển tiếp dãy thứ nhất
1. Đặc điểm cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
- Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất gồm các nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 21 (Sc) đến 29 (Cu), thuộc chu kì 4.
| Nguyên tử | Cấu hình electron nguyên tử | Độ âm điện (theo Pauling) |
| Scandium (Sc) | 1s22s22p63s23p63d14s2 | 1,36 |
| Titanium (Ti) | 1s22s22p63s23p63d24s2 | 1,54 |
| Vanadium (V) | 1s22s22p63s23p63d34s2 | 1,63 |
| Chromium (Cr) | 1s22s22p63s23p63d54s1 | 1,66 |
| Manganese (Mn) | 1s22s22p63s23p63d54s2 | 1,55 |
| Sắt (Fe) | 1s22s22p63s23p63d64s2 | 1,83 |
| Cobalt (Co) | 1s22s22p63s23p63d74s2 | 1,88 |
| Nickel (Ni) | 1s22s22p63s23p63d84s2 | 1,91 |
| Đồng (Cu) | 1s22s22p63s23p63d104s1 | 1,90 |
- Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong dãy từ Sc đến Cu có xu hướng xếp đầy electron ở phân lớp 4s và tăng dần số electron ở phân lớp 3d (trừ Cr và Cu).
- Electron hoá trị của nguyên tử kim loại chuyển tiếp nằm ở phân lớp 4s và 3d.
2. Số oxi hóa và màu sắc của các ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
- Do có nhiều electron hoá trị, độ âm điện nhỏ, nguyên tố kim loại chuyển tiếp thể hiện nhiều số oxi hóa dương khác nhau.
| Nguyên tố | Số oxi hoá phổ biến |
| Chromium (Cr) | +3, +6 |
| Manganese (Mn) | +2, +4, +7 |
| Sắt (Fe) | +2, +3 |
| Đồng (Cu) | +2 |
- Các nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất tạo nhiều cation khác nhau. Các cation kim loại và hợp chất của chúng thường có màu sắc đặc trưng.
II. Tính chất vật lí của kim loại chuyển tiếp
1. Tính chất vật lí
- Các kim loại chuyển tiếp thường có khối lượng riêng lớn, cứng và khó nóng chảy.
- Nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng và độ cứng của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất cao hơn so với kim loại họ s cùng chu kì.
- Các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (trừ đồng) có khả năng dẫn điện thấp hơn so với kim loại họ s cùng chu kì.
| Đơn chất | Khối lượng riêng (g.cm-1) | Nhiệt độ nóng chảy (oC) | Độ cứng (thang Mohs) |
| Calcium (Ca) | 1,54 | 850 | 1,7 |
| Scandium (Sc) | 2,99 | 1540 | - |
| Titanium (Ti) | 4,54 | 1675 | 6,0 |
| Vanadium (V) | 5,96 | 1900 | 7,0 |
| Chromium (Cr) | 7,19 | 1890 | 8,5 |
| Manganese (Mn) | 7,20 | 1240 | 6,0 |
| Iron (Fe) | 7,86 | 1535 | 4,0 |
| Cobalt (Co) | 8,90 | 1492 | 5,0 |
| Nickel (Ni) | 8,90 | 1453 | 4,0 |
| Đồng (Cu) | 8,92 | 1083 | 3,0 |
2. Một số ứng dụng từ tính chất vật lí
- Đồng có độ cứng vừa phải, dẫn điện tốt, được sử dụng làm dây dẫn trong các thiết bị và mạng lưới điện gia dụng.
- Chromium có độ cứng, bền trước tác động của các tác nhân ăn mòn, được dùng làm lớp bảo vệ chống ăn mòn cho các dụng cụ, máy móc, thiết bị, xe cộ, đồ gia dụng,…
- Hợp kim kim loại chuyển tiếp: Fe-Ti không bị gỉ và chịu được nhiệt độ cao; hợp kim Fe-Cr không gỉ và rất cứng.