Tài liệu Lý thuyết và ứng dụng hóa học đại cương (Tập 1) phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Cấu tạo nguyên tử, hệ thống tuần hoàn các nguyên tố; Thuyết lượng tử Planck và đại cương về cơ học lượng tử; Nguyên tử Hiđrô và ion giống Hiđrô; Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, cấu tạo và tính chất của các nguyên tử;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
THƯ VIỆN Đ À O Đ ÌN H TH Ứ C DẠI HỌC THUỶ SẢN Đỉ 541 n Đ 108 Th T.1 ;|g|ị -r / nOAHỌC DẶIOÍONG Tập I Tữ LÝ THUYẾT ĐỄN ỨNG DỤNG o m H»HQI NHA XUAT Bă n http://tieulun.hopto.org đ ại học qu ổ c g ia h a n ộ i GS ĐÀO ĐỈNH THỨC HOÁ HỌC ĐẠI CƯƠNG ■ ■ TẠP I TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN ỨNG DỤNG (In lần thứ 5) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI http://tieulun.hopto.org Chịu trá c h nhiệm x u ấ t Giám đốc: NGUYỄN VĂN THỎA Tổng biên tập: NGUYỄN THIỆN GIÁP Người n h ận x é t : PGS TRẦN THÀNH HUẾ PGS LÂM NGỌC THIỀM B iên tả p sử a in lầ n I: NGUYỄN HOÀI PHƯƠNG B iên tậ p tá i bản: ĐINH QUỐC THẮNG T rình bày bìa: QUỐC THẮNG HỐ HỌC ĐẠI CƯƠNG TẬP I - TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN ỨNG DỤNG Mã số: Ỏ1.42.ĐH2002 In 1000 cuốn, Nhà in Đại học Quốc gia Hà Nội Số xuất bản: 129/171/CXB số trích ngangl 16KH/XB In xong nộp lưu chiểu q II năm 2002 http://tieulun.hopto.org LỊI NĨI DẦU • Các tương tác Hóa học tương tác hệ hạt vi mô : nguyên tử, phàn tủ vậy, lí thuyết vè cáu tạo ngun tử liên kết hóa học lí thuyết sỏ tồn hệ thống lí thuyết Hóa học Cũng thế, với mức độ kiến thức với phương pháp truyền thụ thích hợp, lí thuyết dược bố tú giảng dạy ỏ thời gian dầu cáp học Giáo trình biên soạn theo chương trình Hóa Đại Cương Aỵ, áp dụng cho nhóm ngành II, giai đoạn I, hệ Đại Học • Giáo trình gồm phàn : I Cấu tạo nguyên tủ; II Cáu tạo phân tử liên kết hóa học; III Các hệ ngưng tụ : liên kết cáu trúc, v ì loại liên kết liên kết kim loại, liên kết ion, liên kết (hay tương tác) phản tử tồn hay tồn chủ yếu hệ ngưng tụ, dặc biệt tinh thề nên ứng với giáo trình Hóa học, phần III, nội dung chủ yếu đề cập dến /nối quan hệ liên kết - cấu trúc tính chát loại tinh thể • Vì ngun tử, phàn tử hệ hạt vi mô nên lí thuyết ve cấu tạo nguyên tử liên kết hóa học phải dược xây dựng sỏ học lượng tử, ngành Vật li lí thuyết tương dối khó vậy, với dối tượng sinh viên năm thứ nhất, tài liệu chi đề cập dến vài tiền đề sở CHLT đủ dể họ nấm dược số khái niệm quan trọng liên quan dến tí thuyết nguyên tử liên kết hóa học dược trinh bày giáo trình Phương pháp trinh bày vấn đề liên quan http://tieulun.hopto.org đến CHLT chủ yếu mang tính chất lí giải (it di sâu vào chế tốn học), nêu bật ý nghía vật lí khải niệm củng sử dụng ví dụ dơn giản d ề cụ thề hóa ván d'é c'ãn xét Đó dường ngàn nhát nhà Hóa học việc tiếp cận với lí thuyết phương pháp nghiên cứu dại Hóa học, hên quan nhiều đến Tốn học Vật li lí thuyết Theo kế hoạch quy định, mơn học có dơn vị học trình, dó ĐVHT dành cho phần giảng lí thuyết ĐVHT dành cho phân hướng dẫn thực tập (sách tập dã xuất bản) Giáo trinh phát triển, mỏ rộng giáo trình Hóa học cấp Trung học nên củng dược sử dụng làm tài liệu tham khảo, >b'ơi dưỡng giáo viên dạy Hóa Phổ thông, dặc biệt la giáo viên phụ trách lớp chuyên Hóa Việc biên soạn giáo trĩnh cho dối tượng sinh viên năm thứ nhát với nội dung liên quan nhiêu dến lí thuyết lượng tử tương dối trừu tượng, vấn d'ê đặc biệt khó khăn Tác giả cố gắng tổng hợp, hệ thống hóa kiến thức, trình bày ván dề lí thuyết cách ngắp gọn dễ tiếp thu Tuv nhiên, việc biên soạn chác chấn cịn có nhiêu thiếu sót, rát mong góp ý xây dựng bạn dọc Hà Nội ngày thảng năm 1996 T ác giả http://tieulun.hopto.org Chuơng I CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, HỆ THốNG TUAN HOẦN CẤC NGUYÊN T ố 1.1 NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ, THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA NGUYÊN TỬ 1.1.1 NGUYÊN Tứ, PHÂN TỬ Cuối kỉ 18 đầu kỉ 19, từ kết thực nghiệm, số nhà bác học tìm định luật hóa học sở định luật đó, Dalton Avogadro (Đantơn, Avogađro) đưa giả thuyết nguyên tử phân tử 1.1.1 Giả thuyết nguyên tử Dalton (1807) 1.1.1.1.1 Các định luật hóa học vẽ khối lượng Định luật bảo tồn khối lượng (Lauoisier, Lơmơnơxốp) Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng chất tạo thành tổng khối lượng chất tham gia phản ứng Định luật tỉ số không đổi (Proust, 1801) Đối với hợp chất xác định, tỉ số khối lượng nguyên tố tạo thành hợp chất tỉ số xác định, không đổi Định luật ti lệ bội (Dalton 1804) Khi hai nguyên tố (A B) tương tác với tạo thành http://tieulun.hopto.org5 hai hợp chất khác tỉ số khối lượng nguyên tố (A) hai hợp chất đo' (mA/m’ x) kết hợp với khối lượng nguyên tố (B) tỉ số số nguyên (thường đơn giản) 1.1.1.1.2 Giả thuyết nguyên từ Dalton Để giải thích định luật ho'a học trên, nãm 1807 Dalton đưa giả thuyết nguyên tử gọi giả thuyết nguyên tử Dalton : Nguyên tù lả hạt nhỏ cáu tạo nên chát, chia nhỏ bầng phương pháp hóa học 1.1.1.2 Giả thuyết phân tử Avogadro (1811) 1.1.1.2.1 Định luật Gay-Lussac (Gay-Luytxăc, 1808) vẽ thể tích Tỉ số thể tích chất khí tham gia phản ứng ho'a học tỉ số số nguyên đơn giản 1.1.1.2.2 Định luật Avogadro giả thuyết phân tử Avogadro Từ phân tích tổng hợp nội dung định luật ho'a học khối lượng định luật Gay-Lussac, năm 1911 Avogadro đưa định luật Avogadro : Trong điều kiện vé nhiệt độ áp suất nhau, thể tích chất khí khác chứa số phân tử Khái niệm phân tử Avogadro đưa sử dụng để hạt nhỏ chất khí có khả nãng tồn độc lập, chứa nguyên tử (trừ trường hợp khí trơ chưa biết) Định luật Avogadro chứa đựng nội dung giả thuyết phân tử Avogadro http://tieulun.hopto.org 1.1.2 HỆ THỐNG KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ 1.1.2.1 SỐ Avogadro Số nguyên tủ 12c có 12 g cacbon 12 gọi số Avogadro N N = 6,022.1023 Tỷ số N x = N/mol gọi số Avogadro N a = 6,022 1023 moi“1 1.1.2.2 Mol Mol lượng chất chứa N = 6,022.1 o23 hạt vi mô (nguyên tử, phân tử, điện tử) mol H = 6,022 1023 nguyên tử H mol H = 6,022.1023 phân tử H-, 1.1.2.3 Đơn vị khối lượng nguyên tử Theo công ước quốc tế : Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) 1/12 khối lượng nguyên tử 12c u = ^m c = 12 g lg = -=f = 1,66056.10 2Jg Đơn vị khối lượng nguyên tử gọi đơn vị cacbon, đvC (thuật ngữ sử dụng) Khối lượng nguyên tử (tuyệt đối) thường ký hiệu mA Ví dụ :mH = l,0079u = 1,673.10~24g Khối lượng phân tủ (tuyệt đối) ký hiệu mM, tổng khối lượng nguyên tử phân tử Ví dụ :mlh = 3,346.10"24g 1.1.2.4 Nguyên tử khối, phân tử khối Khối lượng nguyên tử tương đối (Ar) hay nguyên tử khối http://tieulun.hopto.org nguyên tố X cho biết khối lượng nguyên tử X gấp lần khối lượng chọn làm khối lượng so sánh nghĩa gấp lần 1/12 khối lượng nguyên tử 12c Vì tỷ số khối lượng nên ngun tử khối khơng có thứ ngun Ví dụ A^H) = 1,0079 hay cách vắn tắt, người ta thường viết : H = 1,0079 Người ta định nghĩa : nguyên tử khối số đo khối lượng nguyên tử khối lượng nguyên tử tính đơn vị u Phân tử khối phân tử tổng nguyên tử khối nguyên tử tạo thành Ví dụ : IVựH;,) = 2,0158 1.1.2.5 Khối lượng mol nguyên tử, khối lượng mol phân tử Khối lượng mol Aíx loại hạt X (nguyên tử, phân tử ) đại lượng xúc định hệ thức : mx Mx = 77 - [g/mol] Trong Qx lượng chất X (tính mol) cổ khối lượng mx (thường tính gam) Số trị khối lượng mol nguyên tử với nguyên tử khối nguyên tố tương ứng Ví dụ : nguyên từ khối H bàng 1,0079 khối lượng mol nguyên tử H bàng 1,0079 g/mol1 (1) Sau mol chọn đơn vị lượng chắt khái niệm nguyên tử gam, phâh tủ gam không dùng Tuy nhiên cần lưu ý xét vé mặt định nghĩa vể đơn vị, không thẻ khái niệm nguyên tủ gam (g) với K'hái niệm khối lượng mol nguyên tù (g/mol) phân tủ gam (g) vói khối lượng mol phân từ (g/mol) http://tieulun.hopto.org Một cách tương tự : Số trị khối lượng mol phân tử đồng với phân tử khối chất tương ứng Ví dụ : Mr(H2) = 2,0158 => MH = 2,0158 g/mol 1.1.2 Thể tích mol phân tử chất khí Thề tích mol phản tử V0 chất khí đại lượng xác định hệ thức : V VQ = — , [1/mol hay dm /mol] Trong đo' Q lượng chất khí (tính mol) tích V (thường tính lít hay dm3) Từ định luật Avogadro ta co' thể nói : điều kiện vể nhiệt độ áp suất thể tích mol phân tử chất khí Thực nghiệm cho biết : điều kiện tiêu chuẩn (t = °c , p = atm) thể tích mo phân tử chất khí 22,41 1/mol Vo = 1.1.3 22,41 l/moỉ THÀNH PHÂN CẤU TRÚC CỦA NGUYÊN TỬ 1.1.3.1 Điện tử 1.1.3.1.1 Sự phát minh diện tử Cuối kỉ 19 nhiều nhà vật lí, đặc biệt Crookes (Cruc) Lenard (Lêna) sâu vào việc nghiên cứu tượng pho'ng điện khí lỗng (áp suất nhỏ) Trong việc nghiên cứu này, người ta dùng ống thủy tinh kín, dài khoảng 50 cm, chứa chất khí, hai đầu co' hai điện cực kim loại Giữa hai điện cực người ta đật hiệu tương đối lớn (khoảng vài chục kV) Bằng máy bơm, người ta làm giảm áp suất bên ống Khi áp suất giảm xuống khoảng mm Hg, phóng điện bát đấu xảy http://tieulun.hopto.org Chu kì : chu kì có ngun tố Chu ki : chu kì có 18 ngun tố Chu kì có 32 ngun tố Chu kì cđ Ì4 ngun tố (chưa hồn thành) Các chu kì : 1,2,3 gọi chu kì ngán : 4,5,6,7 gọi chu kì dài 14 nguyên tố đứng sau lantan (thuộc chu kì 6) gọi lantanit 14 nguyên tố đứng sau actini (thuộc chu kì 7) gọi' actinit Các nguyên tố xếp bảng thành hai hàng, mỗi' hàng 14 nguyên tố Trừ nguyên tố xếp bảng, chu kì dài có 18 ngun tố (trừ chu kì chưa hồn thành) tạo thành 18 cột H xếp vào cột 1, He xếp vào cột 18 Hai nguyên tố đầu thuộc chu kì ngắn xếp theo thứ tự vào cột , sáu nguyên tố lại xếp vào cột từ 13 đến 18 Các nguyên tố thuộc cột , cột từ 13 đến 18 tạo thành nhổm, đánh số từ IA đến VIIIA gọi nhóm hay nhóm A Mười cột cịn lại tạo thành nhóm phụ hay nhóm B, nhóm đánh số theo thứ tự Illg VlIIg sau đo' Ig Ilg Mỗi cột tạo thành nhổm, riêng nho'm VlIIg gồm cột Đối với cột này, không nguyên tố thuộc cột mà nguyên tố thuộc hàng ngang có tính chất giống 106 http://tieulun.hopto.org 1.6.2 CẤU HÌNH ĐIỆN TỬ CỦA CÁC NGUN TỐ 1.6.2.1 Cấu hình điện lử cúa nguyên tố xét theo chu kì 1.6.2.1.1 Các chu kì 1, 2, Dặc diểm cáu hình diện tử nguyên tổ thuộc nhóm A Cấu hình điện tử 18 ngun tử thuộc chu kì đầu nguyên tử thuộc chu kì trình bày bảng 1.3 Bảng 1.3 Cấu hình điện tử nguyên từ thuộc chu lù 1, 2, nguyên tử thuộc chu kì z Nguyên tử H He 1s1 1s2 Li Be [He] [He] [He] [He] [He] [He] [He] [He] 2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s22p3 2s2sp4 2s2sp5 2s22p6 3s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6 10 B c N F Ne Cấu hình điện từ 11 12 13 14 15 16 17 18 Na Mg AI Si •p Ci Ar [Ne] [Ne] [Ne] [Ne] [Ne] [Ne] [Ne] [Ne] 19 K Ca [Arj 20 s Sự phân bố điện từ abita L [Ar] 4s1 4s2 É )® E 30r*T T l mmmtn 0E IE E E E 3E ỈE 3ĨE E IE E E 00 E E E E íia E E lE E E E lE in E3E1 t o E B P F tF R I EDEIEEE21H1 [ E B I đ iíin in r a ítn te iti E f f iE E lE H I H l 0 a n r ’^ r r m i PiRiPFHñ|rfnM ¡iiHH 11 i n s i http://tieulun.hopto.org 107 Trong cách viết cấu hình điện tử nguyên tử người ta thường sử dụng ký hiệu [He] thay cho ls ; [Ne] thay cho ls 2 s 2 p6, cấu hình điện tử ngun tử khí trơ He, Ne, tương ứng Vì nguyên tử nguyên tố đứng sau có nhiều điện từ so với nguyên tử nguyên tố đứng trước nên muốn xác định cấu hình điện tử nguyên tử ta vào cấu hình điện tử nguyên tử đứng trước xét xem điện tử bổ sung nàỵ phân bố phân lớp Người ta hình dung *sự bổ súng thêm điện tử vào phân lớp xây dựng lớp vỏ diện tử phân lớp đổ Các nguyên tố vừa xét đểu nguyên tố thuộc nhóm A Ta thấy từ nguyên tố đến nguyên tố tiếp theo, điện tử phân bố bổ sung thêm vào lớp Một cách đại cương, người ta định nghĩa : Các nguyên tố thuộc nhóm A nguyên tố mà xây dụng lớp vỏ diện tử dược thực phàn lớp s (các nguyên tố s) hay "các phân lớp p (các nguyên tố p) thuộc lớp ngồi 1.6.2.1.2 Các chu kì 4, Các nguyên tổ thuộc nhóm B (các nguyên tố chuyền tiẽp) Chu kì : Ta biết, mức 4s thấp mức 3d v ì vậy, phân lớp 3d cịn hồn tồn trống điện tử thứ 19 lại phân bố vào lớp thứ ta cđ kali (K); nguyên tố đẩu chu kì Nguyên tố canxi (Ca), điện tử thứ 20 phân bố VI mức 4s mức 3d nên điện tử thứ 21 nguyên tử scanđi (Sc) lại trở lại phân bố phân lớp 3d v ì phân lớp 3d cd thể nhận thêm 10 điện tử nên 10 nguyên tứ : Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 108 http://tieulun.hopto.org cac điện tử phân bố thêm vào orbital thuộc phân lớp : nguyên tô ngun tố thuộc nhóm B (các nguyên tố chuyển tiếp) hay nguyên tố d Các nguyên tố d hay nguyên tố chuyển tiếp nguyên tố mà nguyên tử chúng xây dựng lớp vỏ diện tử thực phân lớp d thuộc lớp thứ hai tính từ ngồi vào Đối với nguyên tố từ gali (Ga, z = 31) đến kripton (Kr, z = 36) điện tử lại phân bố lớp cùng, phân lớp p Ta lại có nguyên tố p thuộc nhóm A Chu kì kết thúc khí trơ kripton với phân lớp 4s 4p bão hịa điện tử Chu kì Tương tự chu kì ta có : ngun tố s 10 nguyên tố d : Rb, Sr : Y, Zn, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd nguyên tố p : In, Sn, Sb, Te, I, Xe (Z = 54) Chu kì chấm dứt khí trơ Xe với phân lớp 5s, 5p bão hòa điện tử 1.6.2.1.3 Các chu k) 6, Các nguyên tố lantanit, actinit (ngun tơ f) Chu kì Mức 6s thấp mức 4f, 5d, 5f nên với Xe, phân lớp 5d, 5f 4f thuộc lớp thứ trống điện tử thứ 55 lại phân bố phân lớp 6s ta có nguyên tố xesi (Cs), nguyên tố đấu tiên chu kì Tiếp theo Cs Ba ([Xe]6s2) lan tan (Z = 57) điện tử thứ 57 phân bố vào phân lớp 5d (lantan nguyên tố d) Sau ỉantan Ce Bắt đầu từ Ce điện tử phân bố phân lớp 4f thuộc lớp thứ tính từ vào vỉ phân lớp cđ http://tieulun.hopto.org 109 thể chứa 14 điện tử nên từ Ce (Z = 58) đến Lu (Z = 71) điện tử phân bố orbital thuộc phân lớp 4f Một cách đại cương người ta định nghĩa : nguyên tố f (các lantanit actinit) nguyên tố mà nguyên tử cùa chúng xây dựng lớp vỏ diện tủ dược thực phản lớp f thuộc lớp thứ tính từ ngồi vào Vì 14 nguyên tố đứng sau lantan nên chúng gọi lantanit Sau lantanit H f (Z = 72) Từ Hf đến Hg (Z = 80) điện tử tiếp tạc phân bố phân lớp 5d Kể lantan ta có 10 nguyên tố d Từ TI (Z = 81) đẽn R n(Z = 96) điện tử điền vào phân lớp 6p Chu kì chấm dứt rađon (Rn) Chu kì Tương tự chu kì 6, chu kì có hai nguyên tố s (Fr, Ra) 14 nguyên tố f (được gọi nguyên tố actinit) tìm ngun tơ d 1.6.2.2 Cấu hình điện tử nguyên tố xét theo nhóm Ị.6.2.2.1 Các nguyên tố thuộc nhóm A (nhóm chính) Những điện tử hóa trị điện tử dễ tham gia vào hình thành liên kết hóa học Đối với ngun tố thuộc nhóm A điện tử hóa trị điện tử thuộc lớp ngồi Dưới (bảng 1.4) cấu hình điện tử (chỉ xét lớp cùng) nguyên tố thuộc nhóm A 110 http://tieulun.hopto.org Bảng 1.4 C ác n gu yên tố A Nhóm *A IIA IIIA IV A VA V IA VUA VISA Chu k) H He s1 1s12 Li 2s4 Be 2s2 c B /V F 2sz2p1 2s22p2 s‘2p‘ 2s22p4 2s22p5 Ne 2sz2p6 Na Mg AI Si p s Cl Ar s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 4s1 4s2 4s24p1 4s24p2 4s24p3 4s24p4 4s24p5 4s24p6 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe s1 5s2 5s25p1 5s25p2 5s25p3 5s25p4 5s25p5 5s25p6 Cs Ba TI Pb Bi Po At Rs 6s1 6s2 Ó5z é 6s26p3 6s26p4 6s26p5 6s26p6 F Ra 7s1 7s2 f>1 6s26p2 Ị Nhận xét : Các nguyên tố thuộc nhóm có số điện tử hóa trị (trừ He) Chính giống cấu hình điện tử lớp hóa trị nguyên nhân giống tính chất nguyên tố nhổm Số thứ tự nhóm (I, II, ) trùng với số điện tử lớp (trừ He) Các nguyên tố thuộc hai nhóm đầu (và He) nguyên tố s Các nguyên tố thuộc nhóm sau (trừ He) nguyên tố p 111 http://tieulun.hopto.org Các nguyên tố thuộc nhóm IA nguyên tố đầu chu ki, trừ hiđro £Òn nguyên tố khác kim loại kiềm Các nguyên to thuộc nhóm VIIIA nguyên tố đứng cuối chu kì, chúng khí trơ Cấu hình điện tử lớp hóa trị lặp lặp lại chu kì Đố nguyên nhân biến thiên tuần hoàn tính chất nguyên tố Mặc dù Hêli khơng có cấu hình s 2p6 co' lớp điện tử bão hịa (lớp K) nên có tính chất giống tính chất khí trơ khác Hiđrơ cđ điện tử phân lớp s nên co' tính chất gần giống kim loại kiềm (dễ bỏ điện tử) lại đứng trước khí trơ He nên mặt khác hiđrơ lại co' tính chất giống ngun tố thuộc nhóm VIIA ỉ.6.2.2.2 Các nguyên tố thuộc nhóm B (nhóm phụ) Cấu hình điện từ (n -l)d ansb nguyên tố thuộc nhóm B ghi bảng 1.5 Bảng 1.5 lllB Cấu htnh VIB VIIB Ville IVB VB d1s2 d.2s d3s dV dV w6 d s ^7 s d ¿ d8s co o ’“O Nhóm Chu kì Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Y Zn Nb dV Mo Tc d6s Ru (d V ) Rh (d7s 1) Pd (d V ) Ag Cd La Hf Ta w dV Re Os lr Pt (d9s 1) Au Hg Ac Ku Ns 106 107 o CO CM 109 "b 'tĩ 112 108 *B 110 http://tieulun.hopto.org Nhận xét : 1- Trong trường hợp chung, ngun tử có cấu hình dxs (x = 10 ) Tuy nhiên, mức ns (n-l)d nằm sát nên tùy cấu hình cụ thể, mức (n -l)d thấp mức ns điện tử cố thể chuyển từ mức ns mứ ns Như vậy, nhìn chung họ, cấu hình nguyên tử khác số điện tử phân lớp f thuộc lớp thứ tính từ ngồi vào VI tính chất ho'a học chúng khác giống tính chất lantan actini Do có người ta tính lantan vào họ lantan actini vào họ actini (mỗi họ gồm 15 nguyên tố) 1.6.3 Sự BIẾN THIÊN TN HỒN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ Trong phần tìm hiểu quy luật biến thiên số tính chất nguyên tố I.6.3.1 Bán kính nguyên tử Như ta biết, chuyển động điện tử nguyên tử tuân theo quy luật chuyển động sóng VI vậy, cách chặt chẽ người ta khơng thể nói đến ranh giới rõ rệt nguyên tử không gian xung quanh Tuy nhiên, thực n gh iệm cho th là, tron g Hình ỉ.30 Bán kính nguyên tủ n h ữ ng đ iều kiện xác định, hiđrô r : d!2 khoảng cách hai nguyên tử định nàm cạnh phân tử (ví dụ phân tử H2, hình vẽ) hay tinh thể (ví dụ, tinh thể 114 http://tieulun.hopto.org kim loại) có giá trị xác định, vậy, cách gần người ta coi khoảng cách d hai hạt nhân tổng bán kính hai nguyên tử cạnh d = rj + r2 Và, hai nguyên tử giống bán kính nguyên d tử coi nửa khoảng cách r = — Bán kính thu gọi bán kính thực nghiệm quy ướcS1) Trong chu kì (các nguyên tử cđ số lớp điện tử nhau) số điện tích hạt nhân tăng bán kính ngun tử giảm Ví dụ : Nguyên tử Li Be B c N o F f (Ả) 1,30 0,98 0,77 0,70 0,66 0,64 1,55 Điều giải thích tăng lực hút hạt nhân điện tử Trong nhóm chính, bán kính nguyên tử tăng dẩn từ xuống , 5, Hình 1.31 Hình 1.32 (1) Ngồi bán kính thực nghiệm quy ước người ta cịn đưa khái niệm bán kính nguyên tử lí thuyết (cũng có tính quy ước) Đó ỉà khoảng cách từ hạt nhân đến cực đại cùa hàm phân bố theo bán kính orbital ngồi có điện từ (cần ý hàm không biẻu thị mật độ xác suất) http://tieulun.hopto.org 115 Ví dụ : Nguyên tử Li Na K Rb Cs r (A) 1,55 1,89 2,36 2,48 2,68 Điểu giải thích tăng số lớp điện tử, từ xuống Đối với ion điện tích (điện tích ion), biến thiên bán kính ion giống biến thiên bán kính nguyên tử 1.6.3.2 Năng lượng ion hóa nguyên tử Năng lượng ion hóa nguyên tử lượng tối thiểu cần thiết để tách điện tử trạng thái khỏi nguyên tử Năng lượng ion hóa thường biểu thị đơn vị electron - vôn (eV) Trong nguyên tử H chẳng hạn, trạng thái bản, điện tử chuyển động orbital ls Khi muốn bứt điện tử khỏi nguyên tử, ta cần cung cấp cho nguyên tử lượng tối thiểu 13,6 eV Như lượng ion hóa H 13,6 eV Đối với nguyên tử nhiều điện tử ngồi lượng ion hóa Ij người ta cịn xét đến lượng ion hóa I2, I3 , nghĩa lượng cần thiết để tách điện tử thứ hai, thứ ba, trạng thái khỏi ion Trong trường hợp chung, chu kì, lượng ion hóa tăng từ trái sang phải Điều giải thích tăng điện tích hạt nhân số lớp điện tử khơng thay đổi Tuy nhiên, có số ngoại lệ : từ nhổm IIA đến nhóm IIIA từ nhóm VA đến nhóm VIA ta lại thấy có giảm lượng ion hóa Sự giảm lượng I từ Be đến B chẳng hạn giải thích liên kết bền vững điện tử p nguyên tử B so với điện tử s Be Sự giảm lượng I từ N đến o giải thích tương tác đẩy hai điện tử p orbital nguyên tử o Trong nhóm, 116 http://tieulun.hopto.org nâng lương ion hóa giảm từ xuống Điều giải thích tăng khoảng cách từ hạt nhân đến điện tử số lớp điện tử tăng : I(Li) = 5,390 eV, I(Cs) = 3,893 eV Năng lượng ion hóá biến thiên ngược chiều với chiều biến thiên bán kính ngun tử Xesi có lượng ion hóa nhỏ nên thường sử dụng làm tế bào quang điện 1.6.3.3 Ái lực điện tử Ái lực điện tử E lượng giải phóng nguyên tử nhận thêm điện tử để trở thành ion âm : A + e -* A~ Ví dụ, F : F + e —* F~ E = 3,45 eV Ái lực điện tử nguyên tố khó xác định thực nghiệm So với nguyên tố chu ki, halơgien có lực điện tử lớn thu thêm điện tử, ion tạo thành có cấu hình vững bền khí trơ đứng sau Nói chung, nguyên tố đứng trước nguyên tố có phân lớp nửa bão hòa hay bão hòa thường cố lực điện tử tương đối lớn 1.6.3.4 Độ âm điện Độ âm điện 9Ổ đặc trưng cho khả hút điện tử nguyên tử phân tử hay khuynh hướng kết hợp điện tử nguyên tử tạo thành liên kết hóa học Vào khoảng kỷ người ta đề nghị khoảng 20 hệ thống độ âm điện khác dựa thuộc tính khác nguyên tử phân tử Hệ thống độ âm điện Mulliken (Muliken, 1934) dựa sở lượng ion hóa I lực điện tử E nguyên tử : http://tieulun.hopto.org 117 as = I+ E Người ta quy ước chọn độ âm điện liti với E + I = 128 kcal/mol = 523 kJ/mol làm đơn vị với quy ước trên, độ âm điện nguyên tố khác tính theo hệ thức : d€ = ĩ + E hay 128 kcal/mol T+ F T—, 523 kJ/mol Hệ thống độ âm điện Pauling (1923) dựa sở lượng phân li liên kết Gọi E d (A-A) ; E d (B-B) ; ED(A-B) lượng phân li phân tử A2, B2, AB À = E d (A-B) - VEd (A —A) Ed(B —B) theo Pauling : hiệu độ âm điện hai nguyên tử A B xác định theo hệ thức : 3CA -fâ Q = k y [ Ă = 0,208 VA(kcal/mol) = 0.088^A(kj"/ mol) Trên sở Pauling thành lập hệ thống độ âm điện nguyên tố với thừa nhận độ âm điện flo Nói chung, hệ thống độ âm điện đểu cho thang âm điện tương đối phù hợp Trong chu ki, độ âm điện nguyên tố tăng số điện tích hạt nhân (trừ số ngoại lệ) nhđm (A), nối chụng độ âm điện giảm số điện tích hạt nhân tăng 118 Cs Hình 1.33 http://tieulun.hopto.org CẰU HỎI VÀ BÀI TẬP Hãy cho biết nguyên tắc sáp xếp nguyên tố bảng tuần hồn Menđêlêep Cố phải điện tích hạt nhân ngun tử số electron lớp vỏ nguyên tử không ? Hãy cho biết cấu trúc HTTH nguyên tố (số chu kì, số nguyên tố chu kì, số nhóm A, số nhóm B) Hãy phân biệt nguyên tố : nguyên tố thuộc nhóm chính, ngun tố thuộc nhóm phụ, ngun tố lantanit actinit Hãy viết cấu hình điện tử nguyên tố có z = 6, z = 9, z = 10 , z = 20, z = , z = 31 Q Hãy cho biết quan hệ số điện tử lớp ngun tố thuộc nhóm số thứ tự nhóm Tại hêli cđ điện tử lớp lại xếp vào nhóm VIIIA Hiđrơ có điện tử lớp giống kim loại kiêm Hỏi hiđrô lại không coi nguyên tố thuộc nhóm kim loại kiềm ? Tại nguyên tố thuộc nhóm đồng lại xếp vào nhóm IB, nguyên tố thuộc nhóm kẽm lại xếp vào nhóm IIB ? a Hãy cho biết nguyên tố chuyển tiếp ? Bằng ô lượng tử viết cấu hình điện tử lớp phân lớp d thuộc lớp sát lớp nguyên tố chuyển tiếp thuộc chu kì b Hãy cho biết đặc điểm cấu hình điện tử Cr Cu, giải thích đặc điểm 10 Hãy cho biết quy luật chung biến thiên lượng ion hóa ngun tố thuộc nhóm 119 http://tieulun.hopto.org chu kì nhóm Hãy giải ngun tố thuộc nhổm IIA đến nguyên nguyên tố thuộc nhóm VA đến nguyên có giảm lượng ion hóa 120 thích từ tố thuộc nhóm III từ tổ thuộc nhóm VIA lại nguyên tử http://tieulun.hopto.org ... hóa học 1. 1 .1. 2 Giả thuyết phân tử Avogadro (18 11) 1. 1 .1. 2 .1 Định luật Gay-Lussac (Gay-Luytxăc, 18 08) vẽ thể tích Tỉ số thể tích chất khí tham gia phản ứng ho''a học tỉ số số nguyên đơn giản 1. 1 .1. 2.2... bìa: QUỐC THẮNG HOÁ HỌC ĐẠI CƯƠNG TẬP I - TỪ LÝ THUYẾT ĐẾN ỨNG DỤNG Mã số: ? ?1. 42.ĐH2002 In 10 00 cuốn, Nhà in Đại học Quốc gia Hà Nội Số xuất bản: 12 9 /17 1/CXB số trích ngangl 16 KH/XB In xong nộp... LƯỢNG TỬ PLANCK VÀ ĐẠI CUƯNG VỀ Cơ HỌC LUỢNG Tử 1. 3 .1 THUYẾT LƯỢNG TỬ PLANCK (PLĂNG, 19 00) 1. 3 .1. 1 Bức xạ điện từ đại cương quang phổ 1. 3 .1. 1 .1 Bức xạ diện từ Theo thuyết diện từ Maxwell (Maxcen)