Bài 27: Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất

1. Kiến thức trọng tâm

Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất gồm 10 nguyên tố từ scandi ($Sc$) đến kẽm ($Zn$), thuộc chu kì 4, các nhóm từ IIIB đến IIB. Các nguyên tử của chúng có phân lớp $3d$ đang được điền đầy dần, với cấu hình electron hoá trị dạng $3d^{1-10}4s^{1-2}$. Chính phân lớp $d$ chưa bão hoà tạo nên nhiều tính chất đặc trưng của kim loại chuyển tiếp.

Về tính chất vật lí, kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều là kim loại nặng, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, độ cứng lớn, trừ kẽm mềm và dễ nóng chảy hơn. Sắt, coban, niken có tính sắt từ, được dùng làm nam châm. Đồng có tính dẫn điện tốt nhất trong các kim loại chuyển tiếp, được dùng làm dây dẫn điện.

Về tính chất hoá học, kim loại chuyển tiếp có nhiều số oxi hoá khác nhau do có thể mất cả electron $4s$ và electron $3d$. Ví dụ, sắt có số oxi hoá $+2$ và $+3$, mangan có các số oxi hoá từ $+2$ đến $+7$, crom có $+2$, $+3$ và $+6$. Nhiều hợp chất của kim loại chuyển tiếp có màu đặc trưng: dung dịch $CuSO_4$ màu xanh, dung dịch $FeCl_3$ màu vàng nâu, dung dịch $KMnO_4$ màu tím. Tính chất này liên quan đến các chuyển dời electron trong phân lớp $d$. Các kim loại chuyển tiếp và hợp chất của chúng thường có hoạt tính xúc tác cao, được dùng nhiều trong công nghiệp hoá chất.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ. Viết cấu hình electron của nguyên tử sắt ($Z = 26$) và cho biết sắt có những số oxi hoá phổ biến nào.

Lời giải. Cấu hình electron của $Fe$: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$, viết gọn là $[Ar]3d^64s^2$. Khi tham gia phản ứng, sắt mất hai electron $4s$ tạo ion $Fe^{2+}$, mất thêm một electron $3d$ tạo ion $Fe^{3+}$. Do đó sắt có hai số oxi hoá phổ biến là $+2$ và $+3$.

3. Ghi nhớ

• Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất: $Sc$ đến $Zn$, phân lớp $3d$ đang điền đầy.
• Nhiều số oxi hoá khác nhau do mất electron $4s$ và $3d$.
• Hợp chất thường có màu đặc trưng; nhiều chất có hoạt tính xúc tác.
• $Fe, Co, Ni$ có tính sắt từ.