HDCB_chapter12

7/23/2019 HDCB_chapter12

http://slidepdf.com/reader/full/hdcbchapter12 1/76

10/6/20

Giảng viên: ThS. Phùng Quán

[email protected]

HỌC LẠI

TỪ ĐẦU

<5 ĐIỂM KHÔNG ĐẠT

ĐẠT (=>5 ĐIỂM)

THI KẾT THÚC MÔN (70%)

MÔN HỌC

THI GIỮA MÔN HỌC (30%) +

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



10/6/20

Chương 1: Giới thiệuChương 2: Cấu tạo nguyên tử và bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 3: Liên kết hóa học

Chương 4: Nhiệt hóa học và nhiệt động lực học

Chương 5: Cân Bằng Hoá Học

Chương 6: Động Hoá Học

Chương 7: Dung Dịch

Chương 8: Cân Bằng Acid-Baz.Cân Bằng Ion Trong Dung Dịch

Chương 9: Điện Hoá Học

TÓM TẮT MÔN HỌC

Hóa học là gì?

“Every aspect of our worldtoday .. even politics andinternational relations ..

Is affected by chemistry”

-Linus Pauling-



10/6/20

Hoá học làkhoa học khảo sát:

Các tính chất , thành phần ,cấu trúc của vật chất.

Các biến đổi về tính chất ,thành phần , cấu trúc củavật chất cùng các thay đổinăng lượng kèm theo cácbiến đổi ấy.





10/6/20

Phương pháp nghiên cứu khoa học

Quan sát & thí nghiệmGiả thuyết,công thức,định luật ..Giải thíchđiều quansát, thínghiệm ..

Lý thuyết

CHEMIC L FORMUL FOR W TER

WhentheChemistryteachercan'tmakeuphismind...

Chemistry Teacher :

“Johnny, what is the chemicalformula of water?”

Johnny :

“HIJKLMNO.”

Chemistry Teacher :

“That’s wrong!”

Johnny : “But yesterday you saidit was H to O…”



10/6/20

Phương pháp học tập

Quá trình học phải được lặp nhiều lần qua các

giai đoạn sau:• Nghe giảng và ghi bài• Hồi tưởng để nhớ lại nội dung của bài• Học thuộc để nhớ nội dung chính của bài• Làm bài tập để ứng dụng các nội dung đã học• So sánh & suy luận các vấn đề trong nội dung• Hệ thống hóa các nội dung đã học

• Ôn lại các nội dung của bài• Tóm tắt nội dung

BAÛNG CHÖÕ CAÙI HY LAÏP TÖÔNG ÖÙNG

: alpha (a) : iota (i) : rho (r)

: beta (b) : kappa (k) : () sigma (s)

: gamma (g) : () lambda (l) : tau (t)

(): delta (d) : mu(y) (m) : upsilon (u)

: epsilon (e) : nu(y) (n) (): phi (f)

: zeta (z) : xi (x) : chi (c)

: eta (h) : omicron (o) (): psi (y)

: theta (q) : pi (p) (): omega (w)





10/6/20

Trình bày chữ số có nghĩa Ký hiệu khoa học:

1g nguyên tử H = 602 200 000 000 000 000 000 000 nguyên tử 1 nguyên tử H = 0. 00000000000000000000000166 g

N x 10n

4591.763= 4.591763 x 103

0.0000025= 2.5x 10-7

Chữ số có nghĩa (CSCN):

Số

6.29 g

0.00348 g

9.0

1.0 10-8

100 eggs

CSCN

3

3

2

2

infinite

Đếm từ trái bắt đầu từ chữ sốkhác không đầu tiên.



10/6/20

Nhân và Chia

0.01208 0.236

Làm tròn Biểu diễn 3 CSCN.

10.235

12.4590 19.75 15.651

10.2

12.519.815.7

= 0.512

= 5.12 10-3

Cộng và trừ

1.14

0.611.67613.416 13.4

Số CSCN sau dấu phẩy nhỏ nhất Số CSCN nhỏ nhất



10/6/20

1

Richard Phillips Feynman (1918-1988) là một nhà vật lýngười Mỹ gốc Do Thái đã nhận giải thưởng Nobel về vậtlý trong năm 1965

Vật chất: Chiếm vùng không gian (space)và có khối lượng (mass)

Trạng thái của vật chất: Rắn , Lỏng và Khí





10/6/20

1

3. Hợp chất được tạo thành từ các nguyên tử thuộc hai hay

nhiều nguyên tố khác nhau. Số lượng tương đối của cácnguyên tử thuộc mỗi nguyên tố trong một loại hợp chấtluôn luôn như nhau.

Các nguyên tửcủa nguyên tố X

Các nguyên tử của nguyên tố Y

Hợp chất củanguyên tố X và Y

4.Nguyên tử không bị thay đổi đặc tính trong các phản ứnghoá học. Phản ứng hoá học chỉ làm thay đổi cách cácnguyên tử nối với nhau.

23

Định luật thành phần không đổi(Law of definite proportions )

Định luật tỉ lệ bội(Law of multiple proportions )Định luật bảo toàn khối lượng

(Law of conservation of mass )

24







10/6/20

1

Electron trong nguyên tử hydro

chuyển động quanh nhân chỉ trên một số quĩ đạo tròn nhất định .Electron hấp thu hay phát ra nănglượng trong những lượng riêngbiệt như chúng chuyển động từ quĩ đạo này sang quĩ đạo khác.

E= | Ed -Ec| = hMỗi quĩ đạo tương ứng với mộtmức năng lượng xác định. Khi quaytrên quỹ đạo dừng electron khôngmất năng lượng

29

Thuyết Bohr (1913)

Sommerfeld đã phát triển thuyết Bohr bằng cáchđưa thêm những quỹ đạo elip và đưa vào các số lượng tử n, l, m nhằm giải thích có kết quả hiệu ứngZiman. Mẫu này còn tính được:

Bán kính quỹ đạo bền của electron (e)

Năng lượng e trong nguyên tử

Tốc độ chuyển động e trên quỹ đạo bềnGiải thích được hiện tượng quang phổ nguyên tử hyđro

Nhưng cũng chưa giải thích thỏa đáng quang phổ của nguyên tử có nhiều e

Thuyết mẫu nguyên tử Sommerfeld



10/6/20

1

Nguyên tử

Nhân

Proton

Quarks

Neutron

Quarks

Điện tử

31

10-8cm =1ÅRutherford

protons 1919

James Chadwick

neutrons 1932







10/6/20

1

Có nguyên tử đồng vị bền, không bị hủy biến theo thời gian:đồng vị không phóng xạ

Có nguyên tử đồng vị không bền, bị hủy biến theo thời gian:đồng vị phóng xạ

Khối lượng nguyên tử của một nguyên tố là khốilượng trung bình của nguyên tố đó khi xét đến tất cảcác đồng vị trong thiên nhiên.Clor thiên nhiên gồm có 75 .4 % 35 Cl và 24 .6 % 37 Cl . Khối lượng trung trình của clor thiên nhiên :

n

nn

xxxx

xMxMxMxMM

...

...

321

332211

37

Nhiều câu hỏi chưa có câu trả lờiTại sao các nguyên tố có tính

chất hóa, lý khác nhau?

Tại sao các nguyên tử củacác nguyên tố phát ra hayhấp thu ánh sáng ứng vớinhững màu sắc đặc trưng?

J.J Thomson

Rutherford

Tại sao các nguyên tố hìnhthành nên hợp chất vớinhững công thức nhất định?

? ? ?38

http://f/atom_animation.qt







10/6/20

2

Ví dụ: Tính toán tần số và độ dài sóng

1. Ánh sáng xanh phát ra từ đèn đường thủy ngân có độ dài sóng khoảng 436 nm. Hãy xác định tần số tương ứng .

Từ phương trình c = = c/

Ví dụ: Tính toán tần số và độ dài sóng2.Mắt người có thể nhận ra ánh sáng có độ

dài sóng lớn nhất khoảng 700 nm. Hãy xác định tần số tương ứng .

Từ phương trình c = = c/



10/6/20

2

Bức xạ điện từ bao gồm các bức xạ vô tuyến, vi sóng

(MW), hồng ngoại (IR), khả kiến (VIS), tử ngoại (UV), tiaX và tia .

Quang phổ liên tục của ánh sáng trắng





10/6/20

2

Bohr đưa ra biểu thức tính năng

lượng của electron trên các quĩ đạo trong nguyên tử hydro:

2

1

n

R E H n

Mô hình của Bohr có giá trị đối với nguyên tử H và các iongiống H, như He+ hay Li2+ (ion chỉ có một điện tử ). Mô hình n ày không áp dụng được cho các nguyên tử có nhiều điện tử .

• R H là hằng số Rydberg = 2.18 10-18 J hay 13,6eV• n là số lượng tử chính ( n = 1, 2, 3 …)

2

1

n

R E H n

• n (electron ở rất xa nhân): En 0

• n giảm (electron càng gần nhân) En tăng cả về giá trịtuyệt đối và giá trị âm electron ở trạng thái càng bền:phù hợp với ý tưởng, electron càng gần nhân, sức hút tĩnh

điện giữa electron và nhân tăng, electron bi giữ chặc hơn.• n =1: electron ở trạng thái bền nhất, hệ có năng lượng thấp

nhất, gọi là trạng thái căn bản (ground state or groundlevel).

• n = 2, 3 .. : electron có trạng thái kém bền hơn, năng lượngcao hơn, gọi là trạng thái kích thích (excited state or excitedlevel).

50







10/6/20

2

Quang phổ nguyên tử H

◦ Khi phóng điện liên tục vào trong hyđro dưới áp suất thấp thìthu được quang phổ vạch đơn giản.◦ Quang phổ vạch hydro có ba vùng gồm 5 dãy:+ Vùng quang phổ nhìn thấy có dãy Balmer (J.Balmer 1825-1891, người Thuỵ Sỉ).

+ Vùng hồng ngoại : có 3 dãy Paschen, Brackett, Pfund+ Vùng tử ngoại xa: Dãy Lyman◦ Dãy Balmer: c ó 4 vạch nhìn thấy được. Càng xa vạch H vềphía có bước sóng ngắn khoảng cách giữa 2 vạch kề nhaucàng bé dần nên những vạch ở cuối dãy nằm sát nhau khótrông thấy và rất nhiều vạch ở vùng tử ngoại gần .

Quang phổ nguyên tử

55

Lyman

Balmer

Paschen

+ dãy Lyman n0 = 1, n ≥ 2

+ dãy Balmer n0 =2, n ≥ 3+ dãy Paschen n0=3, n ≥ 4+ dãy Brackitt n0=4 ; n ≥ 5

56





10/6/20

3

• Không giải thích được độ bội của quang phổ.• Tính toán lại sử dụng đl cơ học cổ điển.• Xem electron chuyển động trên mặt phẳng.• Không xác định được vị trí của electron khi di chuyển

từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác.• Không giải thích được sự lượng tử hóa năng lượng.• Áp dụng cho ng tử phức tạp chỉ cho kết quả định tính.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA THUYẾT BORH

CẤU TRÚC LỚP VỎ e NGUYÊN TỬTHEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

1. Tính lưỡng nguyên của các hạt vi mô

2. Nguyên lý bất định Heisenberg và khái niệm

đám mây điện tử

3. Phương trình sóng Schrödinger và 4 số lượng

tử

60







10/6/20

3

Tính chất hạt của ánh sáng◦

Theo thuyết lượng tử về ánh sáng: Bản chấthạt của ánh sáng thể hiện ở hiệu ứng quangđiện: E =h (1)

◦ Năm 1903 Einstein tìm ra hệ thức E= mc2 (2)◦ Từ (1) và (2), ta có m = h /c2 tức là ánh

sáng cũng có một khối lượng do đó có tínhhạt.

◦ Trên cơ sở hiệu ứng quang điện:hν = E= E0 + mv2/2

Eo năng lượng cần thiết tách điện tử khỏi bề

mặt kim loại, mv2

/2 là động năng.Eo = h o; o ngưỡng quang điệnHay nói 1 cách khác là:

Động năng = h - h0

65

Tính chất sóng của ánh sáng- Thể hiện qua hiện tượng nhiễu xạ và

giao thoa.- Khi ánh sáng truyền đi không gian với

vận tốc c, bước sóng λ, tần số ν thì c =λ

- Với phương trình Planck E= h và biểuthức Einstein E = mc2 → λ = h/mc

Tính chất nhị nguyên của các hạt vi mô

Albert Einstein(1879-1955)

1921

66



10/6/20

3

Louis de Broglie đặt vấn đề: nếu bức xạ điện

từ (vốn là sóng) có thể có tính chất như mộthạt tử thì các electron và các hạt vi mô kháccó thể biểu lộ tính chất giống như sóng?

Năm 1925, trong luận văn Ph.D. của mình, de Broglie đã dự đoán rằng một hạt tử có khối lượng m và vận tốc v sẽ biểulộ một độ dài sóng λ, tính theo hệ thức:

(1892-1987)

1929E = mc2 (Einstein)E = h (Planck )

67

Tính độ dài sóng tương ứng với một điện tử di chuyển với vậntốc 1.000×107 m.s-1 và có khối lượng 9.109×10-28 g

Giải: Dùng phương trình de Broglie để giải bài toán nầy.Trước tiên phải đổi đơn vị của hằng số Planck.

Vì 1 J=1kg.m2.s-2

vậy h=6.626 ×10-34 J.s = 6.626 ×10-34 kg.m2.s-1

Tương tự : tính độ dài sóng của một quả cầu có khối lượng 100 g dichuyển với vận tốc 35 m.s-1.

Lời giải: 1.9×10-34 m

( quá nhỏ để có thể nhận biết hay đo đạc )

Bài tập

68



10/6/20

3

Giả thuyết ánh sáng có bản chất hạt của Einstein đã giảithích được hiệu ứng quang điện.

Thí nghiệm của Davisson-Germer cho thấy rằng cácelectron có thể bị nhiễu xạ như ánh sáng, đó là đặc tínhcủa sóng.

OP

T

Hiện tượng vật chất vừa biểu lộ bản chất sóngvừa biểu lộ bản chất hạt được gọi là bản chấtnhị nguyên của vật chất.

69

Werner Heisenberg xem xét giới hạn chính xáccó thể đo lường các đặc tính của điện tử hayhạt vi mô khác. Ông xác định có một giới hạn vềđộ chính xác khi vừa đo vị trí và vừa đo độnglượng.

(1901-1976)

Khi đo động lượng của hạt tử càng chính xác thì việc xácđịnh vị trí của hạt tử càng kém chính xác, và ngược lại.

Nếu xác định vị trí và động lượng cùng lúc, các giá trị củamột trong hai đại lượng hay của cả hai đại lượng là khôngchính xác.

70



10/6/20

3

1901-1976)

Không xác định được chính xác cùng lúc vị trí và tốc độ

Với vật thể vĩ mô (m lớn), h/m nhỏ độ bất định về vị

trí hay tốc độ là không đáng kể Với vật thể vi mô (m nhỏ), h/m lớn khi biết chính xác1 trong 2 đại lượng thì không thể biết chính xác đạilượng còn lại.

Tích số của độ bất định về vị trí (x), và độ bất định vềđộng lượng ((mv)) phải lớn hơn hay bằng h/2π:

71

Louis de Broglie (1892-1987) đề ra ý tưởng làelectron, trước đó được xem là hạt tử, cũng có tínhchất sóng.

Theo hướng suy nghĩ ấy, Erwin Schrödinger(1887-1961, là nhà vật lý Áo) đã khảo sát cấutrúc nguyên tử bằng cách nhấn mạnh đến các

đặc tính sóng của electron.

Schrödinger đưa ra phương trình sóng mô tả tổng quátbản chất và năng lượng của hạt tử

Ĥ=E

72





10/6/20

3

Đặc trưng cho độ lớn của momen động lượng củaelectron

số lượng tử 0 1 2 3 4 …

Tên vân đạo s p d f g …

• Cho biết hình dạng và tên của vân đạo nguyên tử

• Có giá trị phụ thuộc vào giá trị của n: từ 0 đến (n-1) mỗi 1 lớp có n dạng vân đạo khác nhau

– n = 1: l = 0 – n = 2: l = 0, 1

Liên quan đến cách định hướng của các AO trong không gianso với các vân đạo khác trong nguyên tử .

• Có giá trị nguyên từ - l … 0… + l

mỗi 1 phân lớp có (2 l +1) giá trị

– l = 0: m l có 1 giá trị = 0

– l = 1: m l có 3 giá trị = -1, 0,1

– l = 2: m l có 5 giá trị = -2, -1, 0, 1, 2

76





10/6/20

4

79

• Hình dạng khối cầu• Khả năng tìm thấy electronkhông phụ thuộc vào hướng,mà phụ thuộc khoảng cách đếnnhân• Vùng đậm có xác suất tìmthấy electron cao

• Vùng trắng còn gọi là các mặtnút hay nút (nodal surfaces,nodes) có xác suất tìm thấyelectron bằng không• Số nút tăng khi n tăng• Với vân đạo ns, số nút là n-1

80





10/6/20

4

E tùy thuộc vào nCùng n cùng E E bị suy biến

E tùy thuộc vào n, l

84







10/6/20

4

n l m l msLớp e

Phân lớp e

AO

e

Nguyên tử nhiều electron, sự phân bố electrontuân theo các nguyên lý và quy tắc sau:

Nguyên lí ngoại trừ Pauli (The Pauliexclusion principle)

Nguyên lí vững bềnQuy tắc Hund (Hund’s rule)

90



10/6/20

4

“Trong một nguyên tử, không có cácelectron có cùng các số lượng tử n, l,m l , m s “

(1900-1958)Wolfgang Pauli

Trong cùng một vân đạo, các Electron cùng giá trị n, l , m l

nên theo nguyên lý này thì các electron đó phải có giá trịms khác nhau.

ms chỉ có 2 giá trị ±½, do đó một vân đạo chỉ có thể chứatối đa hai electron và hai electron này phải có spin đốinhau.

Hea) b) c)

1s2

Đọc: một s hai (Không đọc: một s bình phương)

Những vân đạo có cùng giá trị n và l (cùng phân lớp), có thể có (2 l +1) giá trị m l khác nhau: có tất cả (2 l +1) vân đạo.

Số electron tối đa trong cùng 1 phân lớp là 2×(2 l +1) electron.

Phân lớp s ( l =0) chứa tối đa 2 electron

Phân lớp p ( l =1) chứa tối đa 6 electron

Phân lớp d ( l =2) chứa tối đa 10 electron …

Những vân đạo có cùng giá trị n (cùng lớp) có thể có n giá trị l

khác nhau: có tất cả n 2 vân đạo.Số electron tối đa có cùng n là 2×n 2 electron.

Lớp K (n=1) chứa tối đa 2 electron

Lớp L (n=2) chứa tối đa 8 electron

Lớp M (n=3) chứa tối đa 18 electron …



10/6/20

4

“Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử, các ion sẽchiếm cứ các vân đạo có năng lượng từ thấp đến cao“

Dữ kiện quang phổ cho thấy thứ tự tăng dần các mức năng lượng như sau:1s < 2s < 2p < 3s < 4s < 3d <4s<4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f = 5d <6p < 7s …

93

Electron xếp vào vân đạo có (n+ l ) tăng dần.

Trong cùng phân lớp, cùng giá trị (n+ l ), electron sẽ xếpvào vân đạo có n nhỏ trước.

Li (Z=3) 1s2 2s1 2p0

B (Z=5) 1s2 2s2 2p1

94



10/6/20

4

“Trong 1 phân lớp, các electron được sắp xếp sao chotổng số spin là cực đại”Hay c ó 1 số tối đa electron độc thân spin c ùng dấu

C (Z=6) 1s2 2s2 2p2

a) b) c)

px py pz px py pzpx py pz

C (Z=6) 1s2 2s2 2p2px py pz

N (Z=7)

O (Z=8)

F (Z=9)

Ne (Z=10)

1s2 2s2 2p3

1s2 2s2 2p4

1s2 2s2 2p5

1s2 2s2 2p6

He 2s2 2p2

He 2s2 2p3

He 2s2 2p4

He 2s2 2p5

Na (Z=11) 1s22s22p63s1 Ne 3s1

96



10/6/20

4

Viết cấu hình electron từ Scandi (Sc, z=21) đến kẽm (Zn, z=30)Nhận xét sự phân bố electron vào vân đạo 3d

97

98



10/6/20

5

Thế giới vật chất quanh ta vô cùng đa dạng và phức tạp.Người ta đã xác định được sự hiện diện của nhiều triệu hợp

chất và điều đáng nói là tất cả các hợp chất ấy được tạo thành

chỉ từ khoảng 100 nguyên tố (đến 9/2003 đã biết được 115

nguyên tố, nguyên tố 114, 116 và 118 đã được xác định nhưng

còn ít thông tin được công bố).

Việc tìm ra các nguyên tố này đã kéo dài nhiều thế kỷ.

Từ thế kỷ 19, các nhà Hóa học đã bắt đầu sắp xếp cácnguyên tố theo tính chất lý-hóa tương tự nhau.

99

1829, xếp các nguyên tố thành từng nhóm ba nguyên tố (Law of triads).

Johann Dobereiner(1780-1849, Geman chemist)

Li 7Na 23K 39

Cl 35Br 80I 127

Ca 40Sr 87Ba 137

100



10/6/20

5

1862, xếp các nguyên tố theothứ tự khối lượng nguyên tửtăng dần Bảng TH có dạnghình trụ.

Béguyer de Chancourtois(1819-1886, French geologist)

101

1864, xếp các nguyên tố thành từngnhóm tám nguyên tố (Law of Octaves).

John Newlands(1838-1898,

English chemist)

Không hợp lý cho vài trường hợp không được chấp nhận

102



10/6/20

5

Bảng tuần hoàn hiện dùng được đề xuất một cách riêng rẽ bởi hai nhà hoá học

(1869):

Dmitri Ivanovich Mendeleev(1834-1907, Nga)

Julius Lothar Meyer(1830-1895, Đức)

103

Bảng tuần hoàn theo Mendeleev được đề nghị năm1869.

Xế p các nguyên tố theothứ tự tăng dần khố i lượngnguyên tử

Các nguyên tố có tí nh chấ tlý, hoá giố ng nhau xuấ thiện một cách tuần hoàn.

Các nguyên tố tương tự ấ y được xế p thành cột

104



10/6/20

5

Annalen der Chemie und Pharmacie, VIII, Supplementary Volume 1872, trang 511.

— = 44

— = 72 — = 68

— = 100

Scandium, Gallium, Germanium, Technetium

105

Nhược điểm của bảng tuần hoàn theo Mendeleev

K - Ar ; Co - Ni; Te - I ; Th - Pa

Năm 1913, Henry Moseley Dùng electron điện áp cao, bắn phá điện cực KL.Thu được phổ phát xạ tia X (sự kích thích của cácelectron vào những qui đạo gần hạt nhân nguyên tử). Mối quan hệ giữa tần số bức xạ tia X và số thứ tự Zcủa nguyên tố trong HTTH.

= A (Z-b)2

Số thứ tự Z = số điện tích dương của hạt nhânnguyên tử

Nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần củađiện tích hạt nhân nguyên tử. Các nguyên tố cótính chất tương tự được xếp vào 1 cột.

Dạng bảng tuần hoàn hiện dùng

106



10/6/20

5

• Cấu hình e được tìm thấy bằng thực nghiệm và tính toán.Bảng hệ thống tuần hoàn được sắp xếp theo cấu trúc điệntử của nguyên tử gồm các hàng (chu kỳ) và các cột(nhóm).

• Các nguyên tố có cùng số lớp điện tử thuộc cùng một chukỳ. Số hiệu chu kỳ bằng giá trị của số lượng tử chính củavân đạo có mức năng lượng cao nhất.

• Các nguyên tố có cùng cấu hình e của lớp ngoài cùngthuộc về cùng một nhóm.

• Lớp với số lượng tử chính n có n2 ocbitan, do đó có thểchứa tối đa 2n2 điện tử.

• Lớp với n = 3, số vân đạo là 9 (1 ocbitan s, 3 vân đạo p, 5vân đạo d), chứa tối đa 18 điện tử.

107

Phản ảnh quá trìnhhình thành các lớp điệntử của nguyên tử.

108



10/6/20

5

Các nguyên tố được xếp thành chuỗi liên tục có các nguyên tốnhóm chính toả từ tâm của vòng xoắn ra ngoài, các nguyên tố d vàf xếp quanh đường viền

109

Mô tả tính tuần hoàn thông qua các số lượng tử

110



10/6/20

5

Dựa chủ yếu trên cấutrúc electron của cácnguyên tử.

Bốn nhóm nguyên tốchính được phân biệtdựa vào kiểu vân đạonguyên tử được điềnthêm electron.

111

112



10/6/20

5

KL Kiềm

KL Kiềm Thổ

KL chuyển tiếp

Halogen

Khí hiếm

Lantanit and Actinit

Nhóm chính

Nhóm chính

113

Nhóm chính

Nhóm chính

Là các nguyên tố kim loại và phi kim có electron cuối cùng ở trong vân đạo s hay p.

Các electron hóa trị trong các nguyên tố này là các electron ns và np.

114



10/6/20

5

KL chuyển tiếp

Lantanit and Actinit(chuyển tiếp nội)

Là các nguyên tố kim loại có electron cuối cùng ở trong vân đạo d.Các electron hóa trị là các electron ns và (n-1)d.

3d

4d5d6d

Các electron hóa trị gồm cácelectron (n - 2 )f, (n - 1 )d và ns.

4f 5f

115

Sự tương tự về cấu hình điện tử và về các đặc tính hóahọc của các nguyên tố trong cùng nhóm cho thấy cácđiện tử ngoài cùng trong nguyên tử quyết định động tháihóa học của nguyên tố.

Vân đạo hóa trị của một nguyên tử là các v ân đạo c ósố lượng tử c h ín h lớn nhất chứa điện tử vàc ác v ân đạo thuộc các p h ân lớp c ó số lượng tử c h ín h thấphơn lớp c ao nhất c ó chứa chưa đầy điện tử .

Các điện tử hóa trị là các điện tử thuộc các vân đạohóa trị.

Vân đạo hóa trị/ Điện tử hóa trị

Với các nguyên tố có phân lớp d hay f chứa chưa đầyđiện tử, điện tử trong các vân đạo thuộc các phân lớpnày cũng là các điện tử hóa trị

116



10/6/20

5

Chu kỳ 1: 1H: 1s1 , 2He: 1s2

Chu kỳ 2: 3Li: 2s1 10Ne: 2s2 2p6

Chu kỳ 3: 11Na: [Ne] 3s118Ar: [Ne] 3s2 3p6

Chu kỳ 4: 19K: [Ar] 4s1 36Kr: [Ar] 3d10 4s2 4p6

Chu kỳ 5: 37Rb: [Kr] 5s1 54Xe: [Kr] 4d10 5s2 5p6

Chu kỳ 6: 55Cs: [Xe] 6s1 86Rn: [Xe] 4f 14 5d10 6s2 6p6

Chu kỳ 7: chưa có đầy đủ nguyên tố . 5f 14 6d10 7s2 7p6

117

Cấu hình điện tử của phần lớn nguyên tố có thể được viết dựavào bảng tuần hoàn trừ một số ngoại lệ:

Nguyên tố Cấu hình dự đoán Thực nghiệm

Cr (Z=24)

Cu (Z=29)

Mo (Z=42)

Ag (Z=47)

Au (Z=79)

[Ar]4s23d4

[Ar]4s23d9

[Kr]5s24d4

[Kr]5s24d9

[Xe]6s24f 145d9

[Ar]4s13d5

[Ar]4s13d10

[Kr]5s14d5

[Kr]5s14d10

[Xe]6s14f 145d10

118



10/6/20

6

119

Cation được tạo thành khi nguyên tử mất một hay nhiều điện

tử hóa trị, nhưng điện tử không luôn luôn mất theo thứ tựngược với thứ tự được đưa vào nguyên tử.

Thực nghiệm:

Điện tử ứng với số lượng tử chính n lớn nhất, ở xa nhân nhất,sẽ bị mất trước tiên

Đối với các phân lớp có cùng giá trị n, điện tử bị mất trước tiênlà từ các phân lớp có giá trị l lớn nhất.

Viết cấu h ình điện tử của nguyên tử tương ứng,

Xếp lại trật tự các vân đạo sao cho các vân đạo có cùnggiá trị n nằm trong cùng một nhóm, các nhóm được xếptheo chiều tăng dần giá trị của n.

Lấy bớt điện tử từ các vân đạo, bắt đầu với vân đạo có nlớn nhất. Trường hợp các vân đạo có n bằng nhau th ì bắtđầu với vân đạo có l lớn nhất. Số điện tử lấy bớt bằng điệntí ch của cation.

120



10/6/20

6

Kim loại trong phân nhóm chính có xu hướng mất 1 hay nhiều

electron ở lớp vỏ ngoài cùng để hình thành cation có cấu hìnhelectron bền như khí hiếm.

Na+, Mg2+, Al3+

Li+, Be2+

K +, Ca2+, Ga3+, Ge4+

121

Kim loại chuyển tiếp có xu hướng mất electron ở lớp vỏns trước rồi đến electron ở lớp (n-1)d để hình thànhcation.

Kim loại chuyển tiếp có thể hình thành hơn 1 cation(Fe2+, Fe3+), có cấu hình electron không giống khí hiếmtrước đó.

Mn Mn2+ + 2e-

[Ar]4s23d3?[Ar]3d5[Ar]4s23d5

[Ar]4s13d10 [Ar]3d9Cu Cu2+

+ 2e-

[Ar]4s23d6 [Ar]3d6Fe Fe2+ + 2e-

[Ar]3d6 [Ar]3d5

Fe2+ Fe3+ + e-

122



10/6/20

6

Không kim loại có xu hướng nhận 1 hay nhiều electron vào lớp

vỏ ngoài cùng để hình thành anion có cấu hình electron bềnnhư khí hiếm.

N3-, O2-, F-

123

Số điện tích có tác dụng thực sự với electron Z* = Z -

Z: điện tích thực: hằng số chắn ( 0<<Z)

Z*

phụ thuộc vào số electron. Sốelectron cành nhiều càng tăng.

Các electron lớp bên trong có tácdụng chắn mạnh hơn các electroncùng lớp.

124



10/6/20

6

Được xác định bằng phân nửa khoảng cách giữa hai nhân

gần nhất trong tinh thể kim loại và được gọi là bán kính kimloại.

Đ ối với các phi kim tạo được liên kết cộng hóa trị, bán kính nguyên tử được tính bằng phân nửa khoảng cách giữa hai nguyên tử giống nhau nối với nhau bằng một liên kết đơn và được gọi là bán kính cộng hóa trị .

125

126



10/6/20

6

Các nguyên tố nhóm A: Từ trái sang phải, bán kính ngtử các ng tố s,pgiảm dần, liên tục.

Các nguyên tố nhóm B: bán kính cộng hoá trị nói chung giảm chậm vàkhông đều

Nguyên nhân: electron điền vào phân lớp d là lớp thứ 2 ngoài vào nên ảnhhưởng nhỏ đến bán kính nguyên tử và gây ảnh hưởng chắn khác nhau,nên bán kính thay đổi không đều đặn.

Các nguyên tố f còn thay đổi chậm hơn nữa. (Do sự co rút lantanit)

Phân nhóm chính (nhóm A): từ trên xuống, bán kính ngtử tăng do sốlớp electron tăng.Phân nhóm phụ ( n h óm B ) : các ngtố thuộc chu kì 4, 5, 6 co bánkính tăng chậm hoặc giảm, đó là do sự co d hay co f .- Từ chu kỳ 4 lên chu kỳ 5 : tăng chậm- Từ chu kỳ 5 lên 6:ít thay đổi , có khi giảm do co lantanit

127

Hai yếu tố trái ngược ảnh hưởng đến bán kính nguyên tử :Số lượng tử chính n: n càng tăng thì số lớp càng tăng ,bán kính càng tăng.

Điện tích hạt nhân: điện tích hạt nhân tăng , lực liênkết giữa hạt nhân và điện tử tăng nên lớp ngoài cùngcàng bị kéo vào gần hạt nhân hơn , do đó bán kínhnguyên tử giảm.

Hệ quả của các ảnh hưởng đến bán kính nguyên tử :

Khi đi từ trên xuống dưới theo nhóm thì số lớp điện tử tăng. Tính toán cho thấy ảnh hưởng của điện tích hạtnhân yếu hơn so với ảnh hưởng của số lượng tử chínhdo vậy bán kính nguyên tử sẽ tăng.

Nếu đi từ trái sang phải theo một chu kỳ thì ảnhhưởng của điện tích hạt nhân chiếm ưu thế do cácnguyên tố trong cùng chu kỳ có cùng số lớp điện tử .

128



10/6/20

6

129

Na+ Cl-

99 pm

Đối với các hợp chất ion, khoảng cách giữa haiion dương và âm gần nhau nhất trong tinh thể được xem là tổng bán kính của ion dương và âm.Biết bán kính của một ion sẽ tính được bán kínhcủa ion kia.

Cùng 1 nguyên tử , bán kính ion âm lớn hơn bán kínhnguyên tử và bán kính ion dương nhỏ hơn bán kính củanguyên tử .

130



10/6/20

6

* Bán kính Na+(10e-) < F- (10e-) ?

Giải thích:

* Na+ > Mg2+ > Al3+?

* O2- > F- ?

131

Bán kính iôn tăng dần từ trên xuống dướitrong một nhóm.

Bán kính iôn giảm dần trong một chu kỳ ,nhưng tăng khi từ catiôn chuyển sang aniôn.

Trong một chuỗi các iôn isoelectronic, bánkính catiôn giảm khi điện tích catiôn tăng ,bán kính aniôn tăng khi điện tích aniôn tăng.

Bán kính catiôn của cùng nguyên tố giảm khiđiện tích catiôn tăng.

132



10/6/20

6

Bán kính liên kết cộnghoá trị 99pm

Bán kính anion 181pm

133

Năng lượng ion hóa (I) là năng lượng cần thiết để táchmột electron khỏi nguyên tử (hay ion) ở thể khí trongtrạng thái electron cơ bản.

Năng lượng ion hóa luôn luôn mang dấu dương (nănglượng hấp thu), do cần phải có năng lượng để thắng sứchút của nhân lên electron.

B(g) B+(g) + e- I1 = 800 kJ.mol-1

1s2

2s2

2p1

1s2

2s2

Na(g) Na+(g) + e- I1 = 495 kJ.mol-1

1s22s22p63s1 1s22s22p6

134



10/6/20

6

Naêng löôïng ion hoùa thöù nhaát

Taêng daàn

Giaûmdaàn

Từ trái sang phải trong cùng một chu kỳ: năng lượng ion hóa tăng

dần, ngoại trừ các nguyên tố có phụ tầng bán bảo hòa hay bảo hòaứng với cơ cấu bền.Từ trên xuống dưới trong cùng 1 cột, năng lượng ion hóa giảm dần.

I đặc trưng cho khả

năng nhường e củangtử, nghĩa là đặc trưng cho tính kim loại .I càng nhỏ ngtử càngdễ nhường e, do đótính kim loại và tínhkhử của nguyên tố càng mạnh.

135

1. Đi từ trên xuống dưới theo nhóm, khoảng cách giữa hạtnhân và điện tử ngoài cùng tăng nhanh nên theo định luậtCulông lực tương tác sẽ nhỏ hơn. Thế iôn hóa sẽ giảm.

2. Đi theo chu kỳ từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng, số lớp e như nhau, lực tương tác giữa hạt nhân và điện tử ngoàicùng tăng, thế iôn hóa sẽ tăng.

3. Ngoại lệ: điện tử p thứ nhất và thứ 4 (nhóm 3A và 6A) thế

iôn hóa giảm chút ít.Điện tử p có năng lượng cao hơn điện tử s ở phân lớp tươngứng nên dễ tách ra hơn.

Tách điện tử p cặp đôi đầu tiên dễ hơn điện tử p thứ 3 do 2 etrên cùng một ocbitan đẩy nhau nên thế iôn hóa bị giảm.

136



10/6/20

6

137

Giảm

Tăng

138



10/6/20

7

Sự ion hóa có thể tách hai hay nhiều hơn một electron khỏinguyên tử (hay ion). Năng lượng ion hóa trong trường hợp này

thường cao hơn năng lượng ion 1 electron.Mg(g) Mg+(g) + e- I1= 738 kJ.mol-1 Năng lượng ion hóa thứ nhất

Mg+(g) Mg2+(g) + e- I2= 1451 kJ.mol-1 Năng lượng ion hóa thứ hai

Ii

I1I2I3I4I5

I6I7

Năng lượng ion hóa (kJ.mol-1) của nguyên tố thuộc chu kỳ 3139

Ái lực electron (EA) là sự biến thiên năng lượng xảy ra khi 1electron được kết hợp vào nguyên tử (hay ion) ở thể khí để thành thành ion âm.

F (1s22s22p5) + e- F (1s22s22p6) + 328 kJ.mol-1

Ái lực electron của flo là EA = -328 kJ.mol-1

Ái lực càng âm ion âm càng bền

Trong thực tế, ái lực electron được xác định bằng cách tách 1electron từ anion rất khó đo vì anion của nhiều nguyên tố rấtkém bền.

Ar (…3s23p6) + e- Ar- (..3s23p64s1) EA > 0

Mg (…3s2) + e- Mg- (..3s23p1) EA ~ 0

140



10/6/20

7

141

Ñoä aâm ñieän laø khaû naêng cuûa nguyeân töû huùt ñieän töû veà phíamình trong caùc lieân keát hoaù hoïc.

Ñoä aâm ñieän taêng khi ñi töø traùi sang phaûi, giaûm khi ñi töø treânxuoáng.

Ñoä aâm ñieän

142



10/6/20

7

Số oxi hoá

Số oxy hóa là số e- mà nguyên tử nhường đi hay thu vào để tạo thànhion có cấu hình bền ns2 np6, ns2 np6 nd10 (với giả thiết hợ p chất có

liên kết ion)

Soá thöù töï nhoùm A I II III IV V VI VII

Hôïp chaát vôùi oxy Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7

Hoùa trò cao nhaát vôùioxy

1 2 3 4 5 6 7

Hôïp chaát vôùi hidro SiH4 PH3 H2S HCl

Hoùa trò vôùi hidro 4 3 2 1

143

Nguyeântöûsoátaêng

Naênglöôïngionho

ùagiaûm

Baùnkínhnguyeântöûtaêng

Ñaëctínhkimloa

ïitaêng

Nguyeân töû soá taêng

Naêng löôïng ion hoùa taêng

Baùn kính nguyeân töû giaûm

Ñaëc tính kim loaïi giaûm

BAÛNG TUAÀN HOAØN CAÙC NGUYEÂN TOÁ

144



10/6/20

7

Bieán thieân tính chaát cuûa kim loaïi maïnhNhoùm 1A: Kim loaïi kieàmKim loaïi kieàm meàm.Trong phaûn öùng hoaù hoïc nhöôøng ñieän töû s ñoäc thaân.

M M+ + e-

Tính kim loaïi taêng khi ñi töø treân xuoáng doïc theo nhoùm.Kim loaïi kieàm taùc duïng maïnh vôùi nöôùc taïo bazô .

2M( s) + 2H2O(l ) 2MOH( aq) + H2( g)Kim loaïi kieàm taùc duïng vôùi oâxy taïo caùc oâxit khaùc nhau:

4Li(s ) + O2(g ) 2Li2O(s ) (oxide)

2Na(s ) + O2(g ) Na2O2(s ) (peroxide)

K(s ) + O2(g ) KO2(s ) (superoxide)

Khi ñoát caùc hôïp chaát cuûa kim loaïi kieàm, ñieän töû s bò kíchñoäng leân ocbital p. Khi trôû veà traïng thaùi cô baûn naênglöôïng ñöôïc giaûi phoùng döôùi daïng aùnh saùng vôùi maøu ñaëctröng cho töøng nguyeân toá .

1A

Li

Na

K

Rb

Cs

145

Nhoùm 1A: Kim loaïi kieàm

Na line (589 nm):3p 3s transition

Li line: 2p 2s transition

K line: 4p 4s transition

Bieán thieân tính chaát cuûa kim loaïi maïnh

146



10/6/20

7

Nhoùm 2A: Kim loaïi kieàm thoå

Kim loaïi kieàm thoå raén hôn vaø naëng hôn so vôùikim loaïi kieàm.Trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc kim loaïi kieàmthoå maát 2 ñieän töû s:

M M2+ + 2e-.Mg( s) + Cl2( g) MgCl2( s)2Mg( s) + O2( g) 2MgO( s)

Be khoâng taùc duïng vôùi nöôùc. Mg chæ taùc duïngvôùi hôi nöôùc noùng. Ca trôû xuoáng phaûn öùng vôùinöôùc ôû nhieät ñoä thöôøng:

Ca( s) + 2H2O(l ) Ca(OH)2( aq) + H2( g)

Bieán thieân tính chaát cuûa kim loaïi maïnh

147

HydrogenHiñroâ laø nguyeân toá ñaëc bieät.Toàn taïi ôû daïng khí khoâng maøu, phaân töû goàm 2 nguyeân

töû, H2.Nguyeân töû coù theå nhaän e taïo ioân hiñrua H-, hay maát

ioân taïo proâtoân H+:

2Na( s) + H2( g) 2NaH( s)2H2( g) + O2( g) 2H2O( g)Hoaù hoïc cuûa hiñroâ trong nöôùc chuû yeáu laø do phaûn öùng

cuûa ioân H+( aq).

Bieán thieân tính chaát cuûa phi kim

148



10/6/20

7

Nhoùm 6A: Nhoùm oâxy Ñi töø treân xuoáng döôùi tính phi kim giaûm, tính

kim loaïi taêng. (O2 laø khí, Te laø aù kim, Po laøkim loaïi).

Oâxy toàn taïi ôû hai daïng: O2 vaø oâzoân O3.3O2( g) 2O3( g) H = +284.6 kJ.

Oâzoân coù muøi haéc vaø ñoäc. Caû oâxy vaø oâzoân laø chaát oâxy hoaù maïnh.

Oâxy coù soá oâxy hoaù–

2 vaø–

1: H2O, H2O2. S ôû daïng boät maøu vaøng nhaït.


149

Nhoùm 7A: Halogen°Nguyeân töû haloâgen nhaän 1 e taïo anioân:

X2 + 2e- 2X-.

°Flo laø chaát coù hoaït tính hoaù hoïc maïnhnhaát:

2F2( g) + 2H2O(l ) 4HF( aq) + O2( g) H = -758.7 kJ phaûn öùng toaû nhieät maïnh

°Taát caû caùc haloâgen ñeàu toàn taïi ôû daïngphaân töû 2 nguyeân töû, X2.°F laø khí maøu luïc nhaït, Cl: khí maøuvaøng nhaït, Br: loûng maøu naâu, I: tinh theåraén maøu tím saäm, deã thaêng hoa.


150



10/6/20

Nhoùm 7A: Halogen

Trong caùc haloâgen clo ñöôïc söû duïng nhieàunhaát. Clo ñöôïc ñieàu cheá baèng phöông phaùp ñieänphaân dung dòch NaCl:

2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2

Clo phaûn öùng vôùi nöôùc cho ra acid hypocloricHOCl. Acid naøy phaân huyû ra oâxy nguyeân töû coùtính khöû truøng maïnh:

Cl2( g) + H2O(l ) HCl( aq) + HOCl( aq).

Taát caû caùc hôïp chaát cuûa haloâgen vôùi hiñroâ ñeàulaø acid maïnh ngoaïi tröø HF.


7A

F

Cl

Br

I

At

151

Nhoùm 8A: Khí trô

Taát caû ñeàu laø phi kim. Toàn taïi ôû daïng khí ñôn nguyeân töû. Gaàn nhö trô trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc do

caùc ocbital s vaø p ñaõ coù ñuû electroân. Naêm 1962 ñaõ toång hôp ñöôc caùc hôp chaát:


8A

He

Ne

Ar

Documents

HDCB_chapter12