thuyet giang 1 ppt

Định nghĩa: Nguyên tử là tiểu phân nhỏ nhất cấu tạo nên các chất, đại diện cho một nguyên tố, không thể chia nhỏ bằng phương pháp hoá học.. Thuyết cấu tạo nguyên tử của Bohr 1.1 Ba tiê

HOÁ ĐẠI CƯƠNG

Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội -1988

• [2] Nguyễn Đức Chung, Hoá đại cương, NXB Đại học

Quốc gia TP.HCM- 2007.

• [3] Nguyễn Đức Chung, Bài tập Hoá đại cương, NXB

Đại học Quốc gia TP.HCM- 2010.

• [4] Lê Mậu Quyền, Cơ sở lý thuyết hoá học, NXB

Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội-1995.

• [5] Nguyễn Đình Soa, Hoá đại cương, NXB Đại học

Quốc gia TP.HCM-2007.

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, ĐỊNH LUẬT

TUẦN HOÀN VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC

NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC I.Khái niệm về nguyên tử

1 Định nghĩa: Nguyên tử là tiểu phân nhỏ nhất cấu tạo nên

các chất, đại diện cho một nguyên tố, không thể chia nhỏ bằng phương pháp hoá học

2 Cấu tạo nguyên tử

Bao gồm hai phần: hạt nhân bên trong, lớp vỏ electron bao bọc bên ngoài

Hạt nhân: gồm hạt nơtron (n) trung hoà điện tích và hạt proton (p) mang điện tích dương (quy ước +1)

Lớp vỏ electron: gồm các electron mang điện tích âm (quy

ước +1)

Lớp vỏ electron quyết định tính chất hoá học của nguyên tử

II Lớp vỏ electron

1 Thuyết cấu tạo nguyên tử của Bohr

1.1 Ba tiên đề của Bohr về

cấu tạo nguyên tử

– Trong nguyên tử, electron quay

quanh nhân không phải trên quỹ đạo bất kỳ, mà trên quỹ đạo tròn, đồng tâm có bán kính xác định.(gọi là quỹ đạo dừng hay quỹ đạo lượng tử)

– Khi chuyển động trên quỹ đạo

này năng lượng electron được bảo toàn (mỗi một quỹ đạo có

2 2

4

2 0

1 8

1

n h

m : khối lượng electron

e : trị tuyệt đối điện tích electron

n : số lớp electron

h : hằng số plank

• Khi hấp thu năng

lượng, electron sẽ chuyển từ quỹ đạo

có năng lượng thấp lên quỹ đạo có năng lượng cao Ngược lại khi chuyển từ quỹ đạo có năng lượng

lượng thấp nó sẽ phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ.

1.2 Ưu và nhược điểm của thuyết Bohr

• Thuyết Bohr không thể giải thích được: khi chuyển từ

2 Thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại dựa trên cơ học lượng tử

Theo Einstein: Bất kỳ một vật chất nào có khối lượng m điều có một năng

lượng được tính theo công thức:

m × 2 = ×

c m

h

×

=

λ

Louis De Broglie đã khảo sát thí nghiệm và thấy rằng hạt vi

mô có hiện tượng nhiễu xạ Từ đó kết luận hạt vi mô vừa

mang tính chất hạt đồng thời mang tính chất sóng

Dựa vào (1) và (2) suy ra biểu thức thể hiện tính chất sóng và hạt của hạt vi mô:

⇔

⇔

Nguyên lý bất định: Đối với hạt vi mô,

ta không thể xác định đồng thới chính

xác cả tọa độ và vận tốc của hạt, do đó không thể vẽ chính xác quỹ đạo của hạt

Ta chỉ có thể xác định được xác suất

xuất hiện của nó tại một điểm nào đó

trong không gian.

2.2 Khái niệm về cơ học lượng tử 2.2.1 Hàm sóng

ϕ

1 )

, ,

∫∞ ϕ x y z dxdydz

Trạng thái chuyển động của hạt vi mô được mô tả bằng hàm sóng

Như vậy: | ϕ (x, y, z, t) | 2 dxdydz

cho ta biết xác suất tìm thấy hạt tại thời điểm t, trong thể tích: dv = dxdydz

Nếu hệ độc lập không phụ thuộc vào thời gian (hạt ở trạng thái dừng):

2.2.2 Phương trình Schrodinger

• Schrodinger thiết lập phương trình vi phân của hàm đối với

hạt mô chuyển động trong trường thế U.

Trong đó: (toán tử Laplace)

E: năng lượng toàn phần của hạt.

U: thế năng của hạt.

m: khối lượng của hạt.

h: hằng số Plank.

0 )

h m

δ δ

δ δ

δ + +

=

∆

3 Nguyên tử có một electron

• Áp dụng phương trình Schrodinger cho nguyên

tử có một electron, quá trình giải phương trình Shrodinger xuất hiện 4 tham số là 4 số lượng tử sau: n, l, m, ms.

3.1 Phương trình Schrodinger cho

electron (nguyên tử một electron)

(tham khảo tài liệu)

3.2 Ý nghĩa bốn số lượng tử

• Nhận giá trị nguyên dương: n=1, 2, 3 (n ≤ 7)

• Xác định năng lượng electron:

3.2.1 Số lượng tử chính n

2 2

4 2

1 8

1

n h

3.2.2 Số lượng tử momen động lượng orbitan

• Nhận giá trị nguyên từ : 0, 1, 2, , (n-1)

(Ứng với 1 giá trị n sẽ có n giá trị )

• Xác định độ lớn momen động lượng bởi công thức:

• Mỗi giá trị tương ứng với một phân lớp:



π

2

) 1

M z = ×

3.2.4 Số lượng tử spin ms

• Cho ta biết định hướng electron trong orbital

• Quy ước như sau:

ms = +1/2 ↑

ms = -1/2 ↓

3.3 Hình dạng mây electron

• Dựa vào kết quả phương trình sóng Schrodinger và

của pt |(x, y, z)|2 dxdydz ta có hình dạng và sự định hướng của mây electron như sau:

4 Nguyên tử nhiều electron

Điện tích hiệu dụng là điện tích tác dụng thực sự của nhân và electron đang xét.

Trong đó: Z*: điện tích hiệu dụng.

Z: điện tích hạt nhân.

b: hằng số chắn.

• Hằng số chắn b phụ thuộc vào số electron bên trong electron đang xét Số e - bên trong càng nhiều thì b càng lớn, Z* càng nhỏ.

• Lớp bên trong có tác dụng chắn mạnh hơn lớp bên ngoài.

• Trong cùng 1 lớp: phân lớp trong chắn mạnh hơn phân lớp bên ngoài.

4.1 Điện tích hiệu dụng (Z * )

b Z

Z* = −

4.2 Các quy luật phân bố electron trong

nguyên tử nhiều electron

4.2.1 Nguyên lý ngoại trừ Pauli

Trong một nguyên tử không thể có hai (hay nhiều)

electron có 4 số lượng tử như nhau.

Hệ quả 1: Trong mỗi AO chỉ chứa tối đa hai electron có

spin trái dấu.

Hệ quả 2: Mỗi một phân lớp chứa tối đa: e

-Hệ quả 3: Số electron tối đa trong 1 lớp n là: Sn =2n 2

) 1 2

(

2 ×  +

4.2.2 Nguyên lý bền vững

Ở trạng thái cơ bản trong nguyên tử, electron sẽ

choán những mức năng lượng thấp trước rồi mới đến những trạng thái có mức năng lượng cao hơn.

Mức năng lượng tuân theo quy tắc Kletskopxki:

Phân lớp có tổng giá trị (n+l) càng lớn thì năng

lượng càng cao.

Khi các phân lớp có tổng số (n+l) bằng nhau, phân lớp nào có trị số lơn hơn thì năng lượng cao hơn.

l

n

0 s

1 p

2 d

3 f

II Hệ thống tuần hoàn các

nguyên tố hóa học

1 Định luật tuần hoàn và nguyên tắc xây dựng Bảng tuần hoàn (SV tham khảo TL)

2 Cấu trúc Bảng tuần hoàn và cấu hình

electron nguyên tử.(SV tham khảo TL)

họ của phân lớp đó

2.5 Cấu hình electron của các nguyên tố

Gọi n là lớp lớn nhất của nguyên tố, ta có cấu hình tổng thể của các nguyên tố như sau:

3 Sự biến thiên tuần hoàn một vài tính chất của các nguyên tố trong HTTT

3.Bán kính nguyên tử (r)

Bao gồm bán kính kim loại và bán kính cộng hóa trị

Bán kính kim loại của một nguyên tử bằng một nửa

khoảng cách giữa tâm hai nguyên tử kim loại gần

nhau nhất trong mạng lưới tinh thể.

Bán kính cộng hóa trị của một nguyên tử bằng nửa

khoảng cách giữa tâm hai nguyên tử của cùng một

nguyên tố tạo nên liên kết đơn cộng hóa trị.

•Đối với các nguyên tố kim loại: BKNT chính là BKKL.

•Đối với các nguyên tố phi kim: BKNT chính là BKCHT.

3.2 Sự biến đổi bán kính nguyên tử trong

cùng một chu kỳ

Trong cùng một chu kỳ, khi đi từ trái sang phải

BKNT của các nguyên tố giảm dần.

Lưu ý:

•Các nguyên tố nhóm A giảm đều đặn.

•Các nguyên tố nhóm B giảm chậm và không đều

3.1.3 Sự biến đổi của BKNT trong cùng

một nhóm

Trong cùng một nhóm, khi đi từ trên xuống dưới BKNT của các nguyên tố tăng dần.

Lưu ý:

•Các nguyên tố nhóm A tăng đều.

•Nhóm B: chu kỳ 4-5 tăng nhẹ; chu kỳ 5, 6, 7

dường như không thay đổi có một số nhóm bất quy tắc có r giảm nhẹ.

3.2 Bán kính ion

• Bán kính ion là bán kính của một cation hay một

anion.

• Khi một nguyên tử trung hòa biến đổi thành một

anion thì bán kính của nó tăng, khi chuyển thành một cation thì bán kính nó giảm.

• Đối với các ion đẳng electron (số electron bằng

nhau), ion nào có điện tích hạt nhân lớn hơn thì bán kính nhỏ hơn.

3.2 Năng lượng ion hóa (I)

Là năng lượng cần thiết để bức electron ra khỏi nguyên tử

ở trạng thái không bị kích thích (luôn mang dấu dương)

•Trong một nguyên tử: I 1 < I 2 < ….< I n

3.2.1 Sự biến đổi năng lượng ion hóa thứ

nhất (I1) trong cùng một chu kỳ

Nguyên tố nhóm A: trong cùng một chu kỳ khi đi

từ trái sang phải I1 tăng dần.

Tuy nhiên trong quá trình I1 tăng xuất hiện những

“tiểu cực đại” tại những nguyên tử có cấu hình

ns2, sp3 Cấu hình khí hiếm rất bền vững nên I1 lớn nhất.

Nguyên tố nhóm B: năng lượng ion hóa thứ nhất ít thay đổi.

O C Ne

I1

3.2.2 Sự biến đổi năng lượng ion hóa

Các nguyên tố nhóm A: khi đi từ trên

dần (giảm đơn điệu).

Các nguyên tố nhóm B: khi đi từ trên

chẽ như nhóm A.

3.4 Ái lực electron (A)

Ái lực electron (A) là năng lượng phát ra (+) hay thâu vào (-) khi có một electron kết hợp với nguyên tử tự do ở

trạng thái khí tạo thành một ion âm

•A là đại lượng đặc trưng cho khả năng nhận electron của

nguyên tử; đặc trưng cho tính phi kim của nguyên tử.

•A càng dương, nguyên tử càng dễ nhận electron; tính

phi kim càng mạnh tính oxy hóa càng mạnh.

•Trong cùng một nhóm đi từ trái sang phải, nguyên tố

halogen có giá trị A cao nhất.

•Các nguyên tố có cấu hình lớp ngoài cùng: ns 2 , ns 2 np 6 ,

np 3 có giá trị A rất nhỏ thậm chi mang giá trị âm.

A X

e

X + − → − ±

3.5 Độ âm điện ( χ )

Độ âm điện χ là đại lượng đặc trưng cho khả năng của một nguyên tử trong phân tử hút cặp electron liên kết về phía mình.

3.5.1 Thang độ âm điện của Mulliken (độ âm điện tuyệt đối)

Xét hai nguyên tố A và B có tương tác với nhau tạo liên kết cộng hóa trị: (A : B)

•Biểu thức thể hiện khả năng hút cặp electron dùng

chung về phía mình của nguyên tố A là: (A A -I B )

•Biểu thức thể hiện khả năng hút cặp electron dùng

chung về phía mình của nguyên tố B là: (A B -I A )

• Giả sử cặp e- dùng chung lệch về phía A Ta có: (AA- IB) > (AB- IA)

⇔ (AA+ IA) > (AB+ IB)

• Ta thấy rằng tổng (AX+ IX) đặc trưng cho khả

nặng hút cặp electron của nguyên tố X bất kỳ

Từ đó Mulliken đề nghị công thức tính độ âm

điện như sau:

)

( 2

1

X X

χ

3.5.2 Thang độ âm điện của Pauling

(độ âm điện tương đối)

Xét hai nguyên tố A và B có tương tác với nhau tạo liên kết cộng hóa trị: (A : B)

•Năng lượng liên kết phân tử A2 là : EA-A

•Năng lượng liên kết phân tử B2 là : EB-B

A B

E − = − + −

• Nếu cặp electron liên kết bị lệch thì:

)

( 2

1

B B A

A B

A B

χ

Hằng số K phụ thuộc vào thứ nguyên của năng

lượng:

•Đơn vị năng lượng là (eV) thì K=1

•Đơn vị năng lượng là (KJ) thì K=0,102

•Đơn vị năng lượng là (Kcal) thì K=0,208

Từ công thức này Ông lần lượt tính được giá trị

ĐAĐ của các nguyên tố Trong đó Ông quy ước

và

2 , 2

=

H

χ χF = 4

Biến thiên độ âm điện ( χ )

• Đi từ trái sang phải trong cùng một chu kỳ, ĐAĐ

tăng dần, tăng đến nguyên tố halogen.

• Đi từ trên xuống dưới trong cùng một nhóm

ĐAĐ giảm dần.

3.6 Số oxy hóa

Số oxy hóa được hiểu là điện tích hình thức của nguyên tố đó trong hợp chất Trong đó quy ước

số oxy hóa trong hợp chất của H: +1; O: -2.

3.6.1 Số oxy hóa dương cao nhất và số oxy hóa

âm thấp nhất

•Số oxy hóa dương cao nhất của một nguyên tố

bằng số electron hóa trị của nguyên tố đó

( chính là số nhóm).

•Số oxy hóa âm thấp nhất của một nguyên tố

bằng số nhóm trừ đi 8.

3.6.2 Số oxy hóa bền của nguyên tố

• Mỗi một nguyên tố có một số oxy hóa bền

đặc trưng (phụ thuộc vào khuynh hướng cho nhận electron_bản chất hóa học của nguyên

tố đó) Vì vậy, khi các nguyên tố trong hợp

chất ở trạng thái số oxy hóa bền vững thì

tính khử và tính oxy hóa không cao.

Trong cùng một nhóm A, khi đi từ trên xuống dưới

độ bền số oxy hóa dương cao nhất của các nguyên

Bh 108Hs 109Mt 110Ds 111Rg 112Cn 113Uut Uuq114 Uup115 Uuh116 Uus117 Uuo118