Giáo trình Hóa học đại cương 1 - Cấu tạo chất (Tái bản lần thứ nhất): Phần 1

PGS.TS TRẦN THÀNH HUÊ' HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG CẤU TẠO CHẤT ( tá i b n l ầ n t h ứ n h ấ t ) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s PHẠM MỤC LỤC Trang Muc lục Lời m đ ầ u Chương / CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT HỐ HỌC § Các khái niệm 10 §2 Hệ đơn vị 31 §3 Một sô’ định luật 37 §4 Một số phương pháp xác định khơi lượng mol phân tử 44 chất khí hay chất lỏng dễ bay §5 Một số phương pháp xác định khối lượng ngun tử 46 §6 Cơng thức phương trình hố học 48 Chương II MỘT SỐ VẤN ĐỂ TIỀN c HỌC LƯỢNG TỬ §1 Thuyết lượng tử Plăng §2 Lưõng tính sóng - hạt ánh sáng 75 76 82 §3 Sóng vật chất Brơi §4 Hệ thức bất định Haixenbec 87 92 ChiAíng III MỘT SỐ TIÊN ĐỂ CỦA c HỌC LƯỢNG TỬ 101 §1 Tiên đề hàm sóng §2 Tiên đề tốn tử §3 Tiên đê' phương trình Srođingơ Hạt chuyển động 111 tự hộp th ế chữ nhật chiều 102 107 Chương r v HỆ MỘT ELECTRON MỘT HẠT NHÂN MỘT SỐ KHÁI NIỆM Cơ BẢN § Mở đầu 121 ^22 §2 Hệ electron hạt nhân 123 §3 Một sô khái niệm 143 Chương V NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON 173 § Một sơ’cơ sỏ 174 §2 Câu hình electron 180 Chương VI ĐỊNH LUẬT VÀ HỆ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HỐ HỌC 195 §1 Định luật tuần hồn 196 §2 Bảng hệ thơng tuần hồn ngun tơ" hố học 197 §3 Một số quy luật liên hệ tính chất với vị trí ngun tố bảng Menđêlêep 201 §4 Một số vấn đề sở Cơ học lượng tử định luật hệ thống tuần hồn 206 §5 Độ âm điện 209 Chương VII ĐẠI CƯƠNG VỀ HOÁ HỌC HẠT NHÂN 229 §1 Một số vấn đề cấu tạo h ạt nhân 230 §2 Sơ lược phóng xạ h ạt nhân 237 §3 Đại cương phản ứng h ạt nhân 249 §4 Sự phân hạch h ạt nhân 251 §5 Phản ứng nhiệt hạch 252 §6 Sơ lược số h ạt 253 Chương VIII ĐẠI CƯƠNG VỀ LIÊN KẾT HỐ HỌC 263 §1 Mở đầu 264 §2 Liên kết cộng hố trị, liên kết ion 267 §3 Đặc trưng hình học phân tử 284 §4 Tương tác Van Van 300 §5 Liên kết hiđro 304 Chương IX THUYẾT LIÊN KẾT HỐ TRỊ (THUYẾT VB) 315 § Các luận điểm sở 317 §2 Xét sơ lược phương pháp Hailơ - Lơnđơn giải toán H 317 §3 Thuyết lai hố 322 §4 Ngun lí xen phủ cực đại Thuyết hố trị định hướng 329 §5 Liên kết xichma, liên kết pi Sơ đồ hoá trị Sự chồng chất sơ đồ hoá trị 333 §6 Thuyết spin hoá trị 341 §7 Liên kết cho nhận 344 Chương X MỘT SỐ VẤN ĐỂ CỦA THUYẾT OBITAN PHÂN TỬ (THUYẾT MO) 351 § Các luận điểm sở 352 §2 Thuyết MO sô' phân tử đơn chất A2 354 §3 Liên kết xichma, liên kết pi Thuyết MO sơ phân tử hợp chất Mơ hình liên kết theo thuyết MO 366 §4 Đại cương phương pháp MO Hucken 375 Chương XI ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỨC CHẤT §1 Mở đầu §2 Thuyết Pauling giải thích liên kết hố học phức chất §3 Sơ lược thuyết trường tinh thể thuyết MO giải thích liên kết hoá học phức chất 397 397 403 411 Chương XII MỘT SỐ VẤN ĐỂ VỂ HOÁ HỌC TINH THE 423 § Cơ sở 424 §2 Tinh thể ion 439 §3 Tinh thể kim loại 448 §4 Tinh thể nguyên tử 453 §5 Tinh thể phân tử 455 HƯỚNG DẪN GIẢI HOẶC ĐÁP s ố BÀI TẬP 465 PHỤ LỤC 480 TÀI LIỆU THAM KHẢO 487 PHỤ LỤC HÌNH MÀU 488 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với đặc trưng vốn có khoa học thực nghiệm, hố học ngày cịn khoa học có sở lí thuyết vững Giáo trình cung cấp mức độ đại cương kiên thức sở lí thuyết cấu tạo vật chất Những kiến thức vừa sở cho sinh viên học tập tốt mơn hố học khác, vừa làm sờ giúp làm tốt công tác giảng dạy tiếp tục học tập sau trường Khi học thêm đ ể cấp Cử nhân khoa học hoá học, người học khơng phải học lại giáo trình Hố học đại cương phần cấu tạo chất bậc đại học Phần sở mở đầu gồm chương I, II, III Phần cấu tạo nguyên tử số vấn đề liên quan đề cập chương IV, V, VI, VII Từ chương VIII đến chương X I vấn đề liên kết hoá học câu tạo phân tử Chương X II dành đê khảo sát hố học tinh thể Theo quy ước thơng thường, phần chữ nghiêng nội dung trọng tăm, phần chữ nhỏ nội dung cần tham khảo thêm Các ví dụ giúp làm sáng tỏ thêm nội dung kiên thức vừa đề cập Bài tập áp dụng giúp cho việc vận dụng nội dung vấn đề vừa khảo sát Cuối chương có tập Những tập có dấu (*) đòi hỏi mức độ cao việc áp dụng kiến thức Các tập có gợi ý cách làm đáp số Mơn Hố học đại cương ' hệ Cao đẳng Sư phạm có thời gian dành cho mơn Hố học 50% tống thời gian đào tạo, củng dạy học theo giáo trình ; phần sử dụng theo quy định chương trinh môn học Nội dung giáo trinh trình bày với quan tâm mức sớ thực nghiệm, lí thuyết Phương pháp học tập, nghiên cứu trọng thích đáng việc trinh bày nội dung giáo trinh Nội dung giáo trinh dựa chủ yếu vào sách "Hoá hoc đ a i cương Tập I —CẦU TẠO CHÁT" tác giả Nhà xuăt Giáo dục ăn hành năm 2000, tái năm 2001; có bơ’sung, sửa chữa Tài liệu Hội đồng thẩm định sách Bộ Giáo dục Đào tạo duyệt, cho phép dùng làm sách giáo khoa trường cao đẳng sư phạm, làm tài liệu tham khảo cho sinh viên Đại học S phạm, thày cô giảng dạy mơn tìố học Chúng tơi trăn trọng cảm ơn độc giả đóng góp ỷ cho nội dung, hình thức vấn đề khác đ ể cho sách ngày hoàn thiện Chương/ C Á C KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT HOÁ HỌC Mở đ ầu Chương đề cập đến vấn đề r ấ t hoá học : khái niệm ; hệ đơn vị ; số định luật ; số phương pháp xác định khôi lượng mol phân tử ; mol nguyên tử ; công thức phương trìn h hoố học Các nội dung đề cập đến vấn đề nảy sinh sử dụng suốt chiêu dài thời gian xây dựng khoa học Hoá học từ buổi ban đầu lúc trở thành ngành khoa học vững vàng có song hành ngành khoa học cơng nghệ nhiều đóng góp quan trọng cho phát triển ngành khoa học lân cận cho phát triển kinh tế, xã hội M ục tiê u Về nội dung : Cần tập trung vào vấn đề : - Các khái niệm - Hệ đơn vị - Một sô’ định luật - Cơng thức phương trình hố học Về phương pháp : Kết hợp chặt chẽ hướng dẫn thầy vâi tự học, tự nghiên cứu sinh viên Hết SÛC coi trọng khâu thực hành để sinh viên nắm vững vấn đề § CÁC KHÁI N IỆM C BẢN l ửl C h ấ t Bao quanh th ế giói vật chất Khơng khí, nước, cỏ động vật, máy móc, tàu thuỷ, tạo từ vật chất Theo quan niệm Hoá học, đề cập đến chất phải đề cập đến thành phần, cấu tạo, tính chất thực thê vật chất Chang hạn oxi (O,) chất, benzen (C6H6) chất, Chất tập hợp tiểu phân có thành phần, cấu tạo, tinh chất xác định tồn độc lập điều kiện định Chất mà phân tử cấu tạo loại nguyên tử gọi đơn chất Chẳng hạn Ag, Na, 3l Chất mà phân tứ cấu tạo hai loại nguyên tứ trá lẽn gọi hợp chất Chẳng hạn NaCl, C aC 03, C>H5OH, hợp chất Kết hợp khái niệm đơn chất, hợp chất vừa đề cập với kiến thức Hố học có có thề' hình dung sơ đồ sau : Na Ca Al, Cu s 3, CL, H ÌN H 10 HO 11 s o 1.1 Sơ đồ hệ thống chất CH, CH.COOH Tập hợp gồm phân tử loại gọi nguyên chât Chẳng hạn : Khí H nguyên c h ấ t; nước (H20) nguyên chất Tập hợp gồm phân tử khác loại gọi hỗn hợp Chẳng hạn : Khơng khí hỗn hợp gồm rấ t nhiều khí khác N2 chiếm tỉ lệ lốn (nên cách gần người ta coi khơng khí gồm 4/5 ni tơ, 1/5 oxi, thể tích) Các khái niệm minh họa hình 1.2 co Q 03 ® Na*l ^ ci° +e->cr J Na* + c r NaCl VI.18 Theo Pauling, độ âm điện gì? VI.19 Có thể tính độ âm điện X nguyên tử theo cách nào? Các kết có phù hợp vói khơng? VI.20 Hãy nêu giải thích quy lu ật biến đổi trị số độ ám điện theo z nguyên tố X VI.21 Tại nói độ âm điện tính theo Pauling giá trị tương đơi, tính theo Maliken giá trị tuyệt đổi? VI.22 Độ âm điện N, , F, Cl, Mg tương ứng 3,0; 3,5; 4,0; 3,0; 1,2 Dãy có thứ tự vê tảng độ phân cực liên kết phân tử là: A) MgCl2, 2, NF3, MgO; B) NCL„ FC1, Mg2N3, MgF2 C) Cl2, MgF,, NO, NC13; D) MgO, FC1, F20 , MgCỊ, 227 VI-23" Nh in l é t T b ế n sau: Trong bợp c i: C;H«- CịH, CjHj nguyên ZẾ c chi có -¡KÍI Ln số dộ in ±jệ— \T -Ỉ4 Tr.ec M aũken- ác ả“ điện ĩ u i t t đối CTLS nguyên tử đoạt ìnểa th ị theo đơn vị n â n g ;-Jợn" ỉà eV T roce cãi trư a» g họp 5*0trucng bạọ có phù hợp dúr_g gràa ik ã ĩạ kĩ iu ệa ngoyẽn tố r ã th tụ TẾ rrị âố dộ ảm điện ỉà: c X F A 7.39 12.18 5.80 9.65 B 9.65 5.30 7.39 12.18 c 5.50 7.39 9.65 12-18 D 12.15 9.65 7.39 5.50 V L25- L-ẻ= kế" ion cơns bố tri phär CGC- công hoa ĩrỊ kbocf pỈLẩr cỢc trang sỗ hèn ĩ ế ' cậr Hệ UTc i m Sân đát- L lH L l F CH- -YH o a N N R iB - S lEL CaO* Lz¿n íẾZ sào có ác DĨẳ r cạc J&L nhấì?