Đặc điểm cấu tạo, tính chất và vai trò của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất

Đặc điểm cấu tạo, tính chất và vai trò ứng dụng của đại cương về kim loại chuyển tiếp đãy thứ nhất - nhóm 3d trong hệ thống tuần hoàn hóa học.
I. Đặc điểm cấu hình electron của nguyên tử kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất
- Kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất gồm các nguyên tố từ Sc đến Cu, chúng là các kim loại nhóm B, tương đối phổ biến và có nhiều ứng dụng trong đời sống.
- Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có dạng [Ar]3d1÷104s1÷2. Nguyên tử của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có electron hoá trị nằm ở phân lớp 3d và 4s, vì vậy các nguyên tố này có nhiều tính chất vật lí và hoá học khác biệt với các nguyên tố kim loại nhóm A.
II. Một số tính chất vật lý và ứng dụng của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.
1. Tính chất vật lí
- Đa số kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng, khối lượng riêng, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt cao.
- Độ dẫn điện, dẫn nhiệt của Cu cao nhất trong dãy. Độ dẫn điện, dẫn nhiệt của K, Ca đều thấp hơn của Cu.
2. Một số ứng dụng
- Hầu hết kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đều có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Đồng có độ dẫn điện lớn nên được dùng trong sản xuất các thiết bị như: biến thế, cầu dao điện, dây dẫn điện,...
- Chromium có độ cứng cao được dùng mạ lên các thiết bị để chống mài mòn, chế tạo hợp kim đặc biệt. Scandium, titanium là những kim loại tương đối nhẹ và bền, được dùng để chế tạo hợp kim ứng dụng trong hàng không, vũ trụ. Vanadium có nhiệt độ nóng chảy cao được dùng trong chế tạo thiết bị chịu nhiệt.
- Sắt, manganese là các kim loại có thể tạo ra hợp kim với độ bền cơ học tốt nên được dùng trong sản xuất thiết bị quốc phòng, công nghiệp, nông nghiệp, đời sống.Sắt, cobalt còn được dùng để chế tạo nam châm điện. Nickel được dùng để chế tạo các hợp kim sử dụng trong máy móc, thiết bị.
III. Trạng thái oxi hóa và màu sắc của ion kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất.
- Với cấu hình electron [Ar]3d1÷104s1÷2, các kim loại chuyển tiếp thường có xu hướng thể hiện nhiều trạng thái oxi hoá.
Ví dụ: trạng thái oxi hoá thường gặp của sắt là +2, +3; của đồng là +2; của chromium là +3, +6; của manganese là +2, +4, +7.
- Trong dung dịch, ion của kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất thường có màu.
IV. Thí nghiệm đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất hóa 12
1. Thực hiện thí nghiệm xác định hàm lượng muối Fe(II) bằng dung dịch thuốc tím
Để xác định hàm lượng của muối Fe(II), người ta có thể sử dụng phương pháp chuẩn độ permanganate. Phương trình ion của phản ứng như sau:
MnO4-+ 5Fe2+ + 8H+→ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
2. Thực hiện thí nghiệm nhận biết sự có mặt của từng ion Cu2+, Fe3+ riêng biệt
*Nhận biết ion Cu2+ bằng dung dịch kiềm:Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch CuSO4. Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch NaOH vào ống nghiệm.
- Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa xanh là Cu(OH)2.
- Phương trình hoá học: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4
*Nhận biết ton Fe3+ bằng dung dịch kiềm:Cho vào ống nghiệm khoảng 1 mL dung dịch FeCl3. Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch NaOH vào ống nghiệm.
- Hiện tượng: Xuất hiện kết tủa nâu đỏ là Fe(OH)3.
- Phương trình hoá học: FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl