BỘ GIÁO DUC VÀ ĐÀO TẠO D ự ÁN ĐÀO TẠO GIẢO VIÊN THCS LOAN No 1718 VIE (SF) TRÂN THÀNH HƯẼ HOÁ HỌC ĐẠI CƯƠNG 1 CẤU TẠO CHẤT ĐAI HOCSƯPHAMNHÀ XUÂT BAN P G S T S T R A N T H A N H H U E HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG[.]
BỘ GIÁO DUC VÀ ĐÀO TẠO D ự ÁN ĐÀO TẠO GIẢO VIÊN THCS LOAN No 1718 - VIE (SF) TRÂN THÀNH HƯẼ HOÁ HỌC ĐẠI CƯƠNG CẤU TẠO CHẤT NHÀ XUÂT BAN ĐAI HOCSƯPHAM P G S T S T R A N T H A N H H U E HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG CẤU TẠO CHẤT ( tái ban thứ n h ấ t ) NHA XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s PHẠM M ũ số: 01.01.4161X69 DH 200H Mực LỤC Mục lục Lời mở đầu Chương I CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT HỐ HỌC § Các khái niệm §2 Hệ đơn vị §3 Một số định luật §4 Một sơ’ phương pháp xác định khối lượng mol phân tử chất khí hay chất lỏng dễ bay §5 Một số phương pháp xác định khối lượng ngun tử §6 Cơng thức phương trình hoá học Chương II Trang 10 31 37 44 46 48 MỘT SỐ VẤN ĐỂ TIỀN c HỌC LƯỢNG TỬ §1 Thuyết lượng tử Plăng §2 Lưỡng tính sóng - hạt ánh sáhg §3 Sóng vật chất Brơi §4 Hệ thức bâ't định Haixenbec Chi&ng III 75 76 82 87 92 MỘT SỐ TIÊN ĐỂ CỦA c HỌC LƯỢNG TỬ §1 Tiên đề hàm sóng §2 Tiên để tốn tử §3 Tiên đề phương trình Srođingơ Hạt chuyển động tự hộp thê chữ nhật chiều 101 102 107 111 Chương IV HỆ MỘT ELECTRON MỘT HẠT NHÂN MỌT SỐ KHÁI NIỆM c BẢN §1 Mở đầu 121 122 §2 Hệ electron hạt nhân 123 §3 Một scf khái niệm 143 Chương V NGUN TỬ NHIỀU ELECTRON 173 §1 Một sơ' sỏ 174 §2 Cấu 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 thống tuần hồn ngun tố hố học 197 §3 Một sơ' quy luật liên hệ tính chất với vị trí ngun tơ' bảng Menđêlêep 201 §4 Một sô' vấn đề sở Cơ học lượng tỏ định luật hệ thống tuần hoàn 206 §5 Độ âm điện 209 Chương VII ĐẠI CƯƠNG VỂ HỐ HỌC HẠT NHÂN 229 § Một sơ' vấn đề cấu tạo hạt nhân 230 §2 Sơ lược phóng xạ hạt nhân 237 §3 Đại cương vể phản ứng hạt nhân 249 §4 Sụ phân hạch hạt nhân 251 §5 Phản ứng nhiệt hạch 252 §6 Sơ lược số hạt 253 \Chương VIII ) ĐẠĩ-GửỡrĩcívỀ 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 JL,iên kết hiđro 304 Chương IX \ 'THUỸỄT LIÊN KẾT HỐ TRỊ (THUYẾT VB) 315 § Các luận điểm sỏ 317 §2 Xét sơ lược phương pháp Hailơ - Lơnđơn giải toán H2 317 §3 Thuyết lai hố 322 §4 Ngun lí xen phủ cực đại Thuyết hoá trị định hướng 329 §5 Liên kết xichma, liên kết pi Sơ đồ hoá trị Sự chồng chất sơ đồ hố trị 333 §6 Thuyết spin hố trị 341 §7^_Liên kết cho nhận 344 ịfC h n g \ MỘT-Sé VẤN ĐỀ CỦA THUYẾT OBITAN PHÂN TỬ (THUYẾT MO) 351 §1 Các luận điểm sở 352 §2 Thuyết MO số phân tử đơn chất A2 354 §3 Liên kết xichma, liên kết pi Thuyết MO vê mộtsố phân tử hợp chất Mơ hình liên kết theo thuyết MO 366 §4 Đại cương phương pháp MO Hucken 375 Chương X I ĐẠI CƯƠNG VỀ PHỨC CHẤT 397 §1 Mở đầu 397 §2 Thuyết Pauling giải thích liên kết hố học phức chất 4(03 §3 Sơ lược thuyết trường tinh thể thuyết MO giải thích liên kết hố học phức chất 411 Chương X II MỘT SỐ VẤN ĐỂ VỀ HOÁ HỌC TINH THE 423 §1 Cơ sở 424 §2 Tinh thể ion 4.39 §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 ĐẨU 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 kiến 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 sở giúp làm tốt công tác giảng dạy tiếp tục học tập sau trường Khi học thêm để cấpỷằng Cử nhân khoa học hố 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 đượcđề cập tror.g chương IV, V, VI, VII Từ chương VIII đến chương XI vấn đề liên kết hoá học cấu tạo phân tử Chương XII dành để khảo sát vê hoá học tinh thể Theo quy ước thông thường, phần chữ nghiêng nội dung trọng tâm, phần chữ nhỏ nội dung cần tham khảo thêm Các ví dụ giúp làm sáng tỏ thêm nội dung kiến 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 (*) địi hỏi mức độ cao việc áp dụng kiến thức Các tập có gợi ý cách làm đáp sơ' Mơn Hoá học đại cương 1‘ hệ Cao đắng Sư phạm có thời gian dành cho mơn Hố học 50% tổng thời gian đào tạo, dạy học theo giáo trình ; phần sử dụng theo quy định chưỉng trình mơn học Nội dung giáo trình trình bày với quan tâm mức sở thực nghiệm, lí thuyết Phương pháp học lập, nghiên cứu củng trọng thích đáng việc trình bày nội dung giáo trình Nội dung giáo trình dựa chủ yếu vào sách "Hoá học đai cương Tập I - CẢU TẠO CHAT" tác giả Nhà xuất Giáo dục ấn 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 Sư phạm, thày cô giảng dạy mơn Hố học Chúng tơi trân trọng cảm ơn độc giả đóng góp ý cho nội dung, hình thức vấn đề khác sách ngày hoàn thiện TÁC GIẢ H t (3 h t e ; k ế t q u ả n g u y ê n t ố có vị tr í liền s a u nguyên tố mẹ V I I a ) aeKr80 ; b) v c) đ ề u tạ o r a ^ S e 80 VTI.4 z = 92 VII.5 a) z = 16 ; b) _,e0 ; c) 2H4 ; d) z = ; e) z = 10 f) z = 13 ; g) _,e°; h) hạt a VTI.7 Còn 10,0 ựg VII Từ t = 2,303 m„ - , , _ _| - l g — = 0,13 năm k V1I.9 k = m t,;2s 5,33 năm « 0,023 năm ■1 *1/2 ,3 , ,3 , 100 _ t = -— - l g — = ỉg — « 0 ,2 năm k m 0,023 VII.10 Tìm k * 0,59.109 năm - -> t ,/2 * 175.109 năm VII.11 t * 1,70.10" năm V II.12 Vào khoảng 4900 năm VII.13 3,6.10-1năm VII.14 Am = 8(1,00782 + 1,00866) - 15,99053 * 0,13699 AE * Amc2 * 2,047.10‘ "Jun Vậy tính cho nucleon là: SE »l,86.10~12Jun C hương VIII • • /***•• \ : o • f e V III.12* SOj~ : có cấu tạo cộng hưởng a, b, c, d, e,f trên: Bâc liên kết s với O: + +1 + _ I Điện tích nguyên tử oxi: =- — Với PO®~ xét tương tự V III.13* Với C6H6 : có cấu tạo cộng hưởng (2 cấu tạo Kêkulê, cấíu tạo Đioa ; cấu tạo Kêlukê thuận lợi có nHiau độ dài liên kết) a) Cấu tạo Kêkulê b) Cấu tạo Đioa c) Sự giải tỏa e Thực nghiệm cho biết: C6H6 hệ phẳng, e-p tạo liên kết pi (ít) giiải tỏa tồn hệ (cơng thức c) SO4* : Tứ diện, điện tích giải tỏa oxi (-0,33), không khu trú ỏi nguyên tử a, b, c, d VIII 12* V III.21* Khi phân tử có dạng hình tháp hay bát diện (đều) có stự phân biệt liên kết trục liên kết ngang Phân tử có hình lưỡng tháp tam giác BrF5 phải rõ liên kết trục v/à ngang độ dài liên kết liên kết khác (xem giáo trình) VIII.23* Với S n C l-: 475 CJ I C1 Sn\^"'" C1 / C1 CỊ f|1 C1 C l- ■ Sn* ĩC1 \ C1 < ^ C1 b) u) Theo VSEPR: cấu tạo b, lưỡng tháp tam giác Với SnCl: C1 C1 C1 In S Cl ,C1 C1 (ếầ Cl C1 Sn' C1 < ;c i C1 C1 Sn C1 C1 C1 Cl * C1 f) li) a) _CJ c) b) Theo VSEPR: cấu tạo d, bát diện đểu C hương IX IX 11* +) liên kết hai nguyên tử gọi liên kết đơn Ví dụ: C2H có liên kết đơn có c - c +) Liên kết gồm liên kết liên kết 7t hai nguyên tử, gọi liên kết đơi Ví dụ: C2H có liên kết đơi c = c +) Liên kết gồm liên kết liên kết 7t hai nguyên tử, goi liên kết ba Ví dụ: C2H2có liên kết đơi c^ c IX.12* Từ bảng VIII ta có số liệu lượng liên kết theo kJ.mol_l: L iê n k ế t đơn: C -C : 344 Liên kết đôi: c = C: 615 L iê n k ế t ba: c = C: 812 476 T ch o th ấ y n ă n g lư ợ n g liê n k ế t ơ: 344 ; liê n k ế t 71 th ứ n h ấ t: 271 ; thúứ hai: 197 Vậy xếp thứ tự liên kết C- c theo độ bền nhhư sau: liên k ết > liên kết 7t, > liên kết 7t2 IX * Đ ể x é t h ìn h học p h â n tử ta có th ể p d ụ n g th u y ế t (m ô h ìn h ) VSSEPR thuyết lai hóa Chẳng hạn thực nghiệm cho biết góc HNH NHa 107° - Theo VSEPR: NH thuộc loại hợp chất AX3E nên có hình tháp tam giriác, góc HNH 107° - T h e o thuyết lai hóa: Có thể coi N tr o n g NH:ì lai hóa sp3 Do AO-sp có đơi e riêng nên ảnh hưỏng đến góc c á c c ặ p t r ụ c A O - s p 3, d ẫ n tố i m g iả m t r ị sơ' góc từ 109"29’ x u n g 107° IX.17* +) Nêu rõ khái niệm +) Liên hệ: hóa trị sơ' ngun dương ; dùng đề giải thích khả nàăng liên kết nguyên tử hóp chất cộng hóa trị Điện tích ion: sơ' ngun, dương âm Có vai trị tương tự hóa trị nnên gọi điện hóa trị Sơ' oxi hóa (mức oxi hóa) khái niệm giả định; dùng để tìm pphương trình phản ứng oxi hóa khử IX.18* Kết quả: a) S: (H2S) ; (S 2) ; (S 3, H 2S 4) b) Cl: (HC1) ; (HC102) ; (KCIO,) ; (HC104) tx.19* N có hóa trị cao N có AO hóa trị (xem íị6 cchương IX) Trong HNO;i hay N 20 5, N có hóa trị vi tham gia liên kết Có t th ể nói tr o n g H N 3, N có s ố oxi h ó a +5 H -0 - N = o 477 Chương X X.6 * Xét kết tổ hợp AO thành MO tương ứng (chú ý hệ tọa độ) ; chưa ý đến thứ tự lượng MO Tổ hợp: Vùng tơ đậm • vùng xen phủ AO Đưòng kẻ đứng I hay —chỉ mặt nút MO y o K r x o O IO IO ÌO 00 OỊO X ll* Hệ lượng tử (nguyên tử, ion, phân tử, gốc, ) có e độc thân h ệ t h u ậ n từ ; h ệ lư ợ ng tử k h n g có e độc th â n hệ n g h ịch từ (xem chương III) X * c ủ a H tạ o a) A O -2 s v p z c ủ a Li tổ hợp vổi n h a u v tổ h ợ p với A O -S r a MO: „ [, ” K ế t q u ả có M O th e o th ứ tự n ă n g lượng: ơ„ ơ* 71° 71° ơ* -> cấu hình e: [ ls 2] b) B F có 14 e đ ẳ n g e với N ; c) BN có 12 e đ ẳ n g e với C2 ; d) NO* đ ẳ n g e với N ; e) N O ' đ ẩ n g e vói X 15* N ế u coi tro n g H 20 la i h ó a sp: - A O -s p tố hợ p tu y ế n tín h với tơ hợp (+) v (-) c ủ a A O - ls c ủ a 2H tạ o r a M O -o ; ,, 2, * , a l- 478 - A O -p nguyên ch ất (px, py) chuyển th n h MO-7t° ; IDo chưa giải thích góc thực nghiệm cho biết vậậ}y :nên giả th iết H ,0 , o lai hóa sp'\ HOH =104,5°, X 16* Kết dùng giả thiết c lai hóa sp Cáctổ hợp (-) củủía AO 2px 2py chuyển thành M - / IX.24* dùng kết hàm sóng lượng cho C3H5* vàà CỊ|H5“ với gốc allyl C2H j Kết sau: «C,H»+ có Q, = Q:f = +0,5 ; Q2 = 'C;ịH5 có Q, = Q3 = —0,5 ; Q2 —0 X.26* 1) Đề nghị bạn đọc trình bày (chú ý lấy a làm chuẩn trục toan g) 2) Kết tính: c, c2 c3 c4 0,820 0,180 0,820 0,180 q, 1,478 0,882 Q, -0,478 0,118 3) Bậc liên kết hình bên Từ tính F,.: F, = 0,98 ; F2 = 0,072 ; F3 = F,= 0,46 Chương XI X I.14* C1 _ Cl C1 Cl C1^ C cr r ^ C1 C1 ' C1 C1 C1 C1 © © Trong o thích hợp cá (xem lại tập V III.23) 479 X I.1 * B ốn p h ố i tử đ ịn h hướng k h ô n g g ia n tạ o th n h đ ỉn h ci.a tứ diện đểu Các AO không định hưống theo trục tọa độ mà ưu tiên tr o n g m ặ t p h ă n g th ì c h ịu ả n h h n g n h iề u h n c ủ a c c p h ố i t t Vậy AO-d tách mức lượng sau: V ậy , so vối k ế t q u ẵ tr o r g /' tá c h tr n g b t d iệ n tạ ) ra, ỏ có phân bố ngượ: lại sô AO mức lượng hấp '\ v cao T a có th ể m in h h ọ a liên ■— / — hệ sau: Sự tách mức n ă n g lượng 5AO • d \ _ \ _ tro n g trườ ng b t diện tro n g trư ò n g tứ diện Chương XII X II.10* Vẽ h ìn h , ta có —•8 + —-2 = X II 11* H ã y n ê u đ ịn h n g h ĩa Đáp số p = 0,68 a= XII.12* Từ hình vẽ, tính độ dài cạnh mạng íở 4r 1S Từ cơng thức d = — — tính d a 3,23.10“ kg.m N a -Nỏ 480 P h ụ lụ c CÁC H A N G s ố T H Ư Ờ N G D Ù N G TÊN GỌI T R Ị SỐ K Í H IỆ U Sơ í A v õ g a đ rô NAh ay No 6,023.1023/ mol Đơtìn vịị khối lượng nguuyêm tử u h ay đvkl lg /N A= 1,6605 10 27kg K hóối liượng e le c tro n me 9,1095.10“31 kg h a y 5,4858.10"4U Khhốì ltượng p ro to n mp 1,67258.10-27kg h ay 1,00724 u Khhơì lịượng n tro n m„ 1,67487.10~27kg h ay 1,00862 u Đ iệện tíc h sở e„ 1,6021.10“19 c h ỹ ,8 '10 ues cgs H ằằng s ố P n g h 6,6256.10-“ J s Tốoc đ ộ n h s n g tro n g ch áân lkhông c 2,997925.108m s l Thhể tách m ol p h â n tử Vo 22,4 moi-1 CỐQC k h í H ằằng s ố k h í R 8,3144 J mol_1K_1 hay 1,98 cal moi-1 K"1 H ằằng số B ônxơ m an k 1,38054.10“ J.K -‘ H ằằng sô’ R itbe Rh Báán k ín h Bo th ứ n h ấ t 109677,57 cm"1 0,529 lơ ^cm = 0,529 ìcr11 m = 0,529 A P h ụ lụ c L IÊ N H Ệ CÁC Đ Ơ N V Ị N Ă N G LƯ Ợ N G J C a lo nhiệt hoá học ec eV /.atm J 0,239006 107 6,242197.10" 9,86894.10^ ( CalO) nhiệt hoă học 4,18400 4,183995.105 2,6117323.1019 0,0412916 ec 10-7 2,39006.10"* 6,242197.10" 9,86894.10-'° eV 1,602.10-’9J 3,829.10” 1.602.10-12 1.581.10-21 /.atm 101,328 24,2180 1.01328.109 6,325093.10” 481 P h ụ lụ c s ố L IỆ U V Ể M ỘT s ố Đ Ặ C T R Ư N G C H Ủ Y Ế U CỦA CÁC N G U Y Ê N TỐ T R O N G B Ả N G T U Â N h o n M E N Đ Ê L È E P (2) (11 (5) (31 (4) te1 1*2 (6) (7) Hldro H 1.00797 Hei Hề 4,0026 utl u 6539 B«riS B« &0122 1»*2S2 112 0.31 Bo B KX8T1 * 22*a2p' 0.98 020 aoa(-i) 155 0.60 (8) (9) (10) (ti) (12) 13) (14) «.6 Z1 - 252.7 -259,2 0,071 24.8 - - 268.9 -269.9 0,126 0.« 5.4 10 030 180.5 0.53 032 A3 15 2770 1277 \85 -0.19 &3 2,0 (2030) £34 0.33 t12 21 0,75 Cacbon c 12.01115 ls22»22p2 0,914 2J60(.4) U3 Z5 4830 3727g 2,26 ±K2 Ni tú N 14^007 1s22 t22p3 052 t7 t-3 ) K5 ao • 195,8 •210 0.81 n&4.2 ỈX05 -183 - 2188 t14 -ĩ-1 -2195 t51 •1 a45 • 248,6 120 * Oxi 155994 1s22 ta2p4 140 13.6 35 Fk) F 185984 1sa2s22p8 136 17.4 4,0 10 N*on Ne 20.B3 1s22 t22pe 2X6 • 11 Nitri Na 229890 (N e^s1 190 0,95 5.1 0.9 892 97.8 097 a47 12 Magie Mg 24.312 (Ne)3ss X60 0.65 7,6 12 VQ7 650 174 •032 (Ne)3a23p1 X43 0,50 &0 t5 2450 660 2,70 052 (N*)3»23p2 309738 (N«)3s23p3 132 UB 1410 44.2b \46 Z12(-3) 2680 280b 233 128 «.1 0.5 I82b ±ỈA4 - 127 t843*23p4 17 Ck) 35.453 (Ne)3*23p5 ã 181 18 Agon Af 39,948 (Nô)3*23pô - - 19 Kai K 39.YỈ2 (Ar)4s1 235 133 4.3 0B 760 63.7 0,86 20 Canxi Ca 40.08 (Ar) 4s2 197 099 6.1 to 1440 838 \S Z1 ao 21 Scanđi Sc 44,956 (ArKSd1^ 162 0.81 6,5 13 2730 1539 3.0 22 TI tan TI 47,90 (Ar)3d24s2 U7 O0O(+2) 6 X X X X !*