Hóa đại cương 1 - Chương 12 ppt

Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động của GV và SV Nội dung bài dạy Hoạt động : Tinh thể - GV: vật chất tồn tại ở những dạng nào? - SV: rắn, lỏng, khí, plasma - GV: Tại sao cùng cấu tạo từ các nguyên tử cacbon mà kim cương và cacbon lại khác nhau? - SV: vì dạng thù hình khác nhau, kim cương tồn tại ở dạng tinh thể đều đặn, còn than ở dạng vô định hình - GV: khái niệm tinh thể - SV: trả lời - GV: Các tính chất của tinh thể - GV: Các loại liên kết trong tinh thể - GV: có những loại tinh thể nào? - SV: Tinh thể ion, tinh thể phân tử, tinh thể nguyên tử, tinh thể kim loại - GV: Thế nào là chất vô định hình Hoạt động: Các ô mạng cơ sở - GV: có những loại ô mạng cơ sở nào? Đặc điểm của các ô mạng đó - SV: kẻ bảng… Bài 1: CƠ SỞ I. Trạng thái rắn của vật chất 1. Tinh thể - Tinh thể là trạng thái tồn tại của vật chất mà ở đó sự phân bố tuần hoàn theo những quy lụât nhất định tạo thành mạng lưới không gian đều đặn giữa các đơn vị cấu trúc ( nguyên tử, ion, phân tử). - Tinh thể có một số tính chất chủ yếu + Trong tinh thế các hạt đơn vị cấu trưc được phân bố một cách tuần hoàn theo những quy lụât nhất định tạo thành mạng lưới không gian đều đặn + Tinh thể là một môi trường đồng nhất + Theo các phương khác nhau, tinh thể có những tính chất khác nhau (tính dị hướng) + Tinh thể có hình dạng của đa diện, giới hạn bởi những mặt phẳng - Liên kết hoá học giữa các đơn vị cấu trúc của tinh thể + Liên kết ion giữa các đơn vị cấu trúc + Liên kết cộng hoá trị giữa các nguyên tử + Liên kết kim loại là liên kết giữa các cation với e hóa trị + Liên kết do tương tác yếu giữa các phân tử 2. Chất vô định hình II. Mạng lưới tinh thể 1. Khái niệm 2. Sự sắp xếp các quả cầu đặc khít tạo ra mạng tinh thể - Một cách gần đúng có thể coi một đơn vị cấu trúc- nguyên tử, phân tử hay ion là một quả cầu cứng chắc đồng nhất - Xét sự sắp xếp theo kiểu sáu phương đặc khít Lớp thứ nhất của các quả cầu này được kí hiệu là lớp A III. Ô mạng tinh thể 1. Khái niệm - Ô mạng cơ sở là một đơn vị cơ bản mà xuất phát từ đó ta có thể thu được toàn bộ tinh thể khi nó tịnh tiến theo hướng của 3 trục toạ độ Ox, Oy, Oz - Hệ thống toạ độ và các thông số mạng. Quy ước: + Trên trục Ox có cạnh a tương ứng với vectơ tinh tiến a r Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang VD: Mặt lưới cắt trục tại A(1,0,0); B(0,1,0); C(0, 0,2). Xác định chỉ số Milơ? Bài giải: Toạ độ các điểm cắt tạo thành (1, 1, 2) Lấy nghịch đảo của 3 giá trị trên được: 1/1, 1/1, 1/2 ; Quy đồng mẫu số được (2/2, 2/2, 1/2). Vậy chỉ số Milơ là (2,2, 1) Hoạt động: Nghiên cứu mật độ đặc khít - GV: yêu cầu Hs xác định số quả cầu trong một ô mạng cơ sở lập phương nguyên thuỷ, lập phương nội tâm, lập phương tâm diện, lập phương tâm khối? - SV: + Lập phương nguyên thuỷ: 2 + Lập phương tâm diện: 4 + Lập phương nội tâm: 2 + Trên trực Oy có cạnh tương ứng b tương ứng với vectơ tịnh tiến b r + Trên cạnh Oz có cạnh tương ứng với vectơ tịnh tiến c r + Cạnh b cắt cạnh c tạo ra góc α + Cạnh a cắt cạnh c tạo thành góc β + Cạnh a cắt cạnh b tạo ra góc γ Mỗi ô mạng cơ sở tương ứng với một hình hộp có 6 thông số mạng gồm độ dài a, b, c và độ lớn của các góc , , α β γ 2. Các ô mạng cơ sở của các hệ tinh thể - Có 7 hệ tinh thể nguyên thuỷ bảng Ngoài 7 hệ tinh thể trên đây còn có các hệ tinh thể: + ở nội tâm của ô mạng cơ sở có thêm một đơn vị cấu trúc. Ta có ô mạng cơ sở nội tâm kí hiệu chữ I + ở mỗi mặt hình hộp có thêm một đơn vị cấu trúc. Ta có ô mạng cơ sở tâm mặt kí hiệu chữ F + ở mỗi đáy của hình hộp có thêm một đơn vị cấu trúc. Ta có ô mạng cơ sở tâm đáy ô mạng tinh thể nguyên thuỷ được kí hiệu là chữ P - Tổng cộng lại có 14 ô mạng cơ sở ứng với 14 mạng lưới Brave 3. Toạ độ và chỉ số Milơ - Vị trí của 1 đơn vị cấu trúc trong một ô mạng cơ sở được xác định bởi bộ 3 toạ độ (x, y, z) hay ( a, b, c) - Trong tinh thể học người ta dùng chỉ số Milơ để kí hiệu tọa độ của 1 mặt lưới của ô mạng cơ sở Mặt lưới của ô mạng cơ sở là một mặt phẳng bất kì có trong ô mạng đó IV. Một số đại lượng về cấu trúc tinh thể 1. Mật độ đặc khít - Kí hiệu P c nV P V δ = n: số qủa cầu trong 1 ô mạng cơ sở V c : thể tích một qảu cầu V δ : thể tích một ô mạng 3 4 3 c V r π = ; . .V a b c δ = - Số đơn vị cấu trúc có trong một ô mạng cơ sở: Số quả cầu= 1 2 3 1 . . 720 2 C C C γ + + C 1 : quả cầu ở đỉnh Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang …. - GV: xác định mật độ đặc khít trong mạng sáu phương ? Hoạt động: Nghiên cứu khối lượng riêng của tinh thể - GV: Tính khối lượng riêng của Fe biết dạng tinh thể là lập phương nội tâm, cạnh của ô mạng cơ sở a= 2,86 A 0 . Hoạt động: Mở đầu - GV: có những loại tinh thể nào? - SV: tinh thể ion, phân tử, nguyên tử, kim loại… - GV: tinh thể ion có những đặc điểm nào? - GV: yếu tố nào quyết định trong sự tạo thành mạng lưới tinh thể ion? - Phân loại các hợp chất tinh thể ion? Hoạt động: Một số dạng tinh thể ion - Dựa vào giáo trình HS tìm hiểu một số dạng tinh thể C 2 : số quả cầu ở đáy hoặc mặt C 3 : quả cầu ở tâm 2. Khối lượng riêng của tinh thể . . A n M d N V δ = d: khối lượng riêng n: số lượng quả cầu có trong ô mạng cơ sở M: khối lượng mol phân tử V δ : thể tích chung của ô mạng cơ sở 3. Số phối trí - Số phối trí là số đơn vị cấu trúc bao quanh 1 đơn vị cấu trúc đang xét trong một ô mạng cơ sở xác định. Bài 2. TINH THỂ ION I. Mở đầu 1. Đặc điểm chung - Các nút mạng là các ion trái dấu xếp xen kẽ nhau. Liên kết hoá học trong tinh thể ion là tương tác tĩnh điện - Hợp chất ion kết tinh theo dạng tinh thể nhất định để sao cho hệ có năng lượng thấp nhát, số phối trí cực đại 2. Yếu tố hình học Yếu tố hình học có vai trò quyết định trong sự tạo thành mạng tinh thể ion, là tỉ số hai bán kính c a r r r c : bán kính cation, r a : bán kính anion 3. Phân loại hợp chất - Khi xét cấu trúc tinh thể ion chia thành 4 loại: + Hợp chất AB: NaCl, CsCl… + Hợp chất AB 2 : CaF 2 , Na 2 O… + Hợp chất ABO 3 : CaTiO 3 … + Hợp chất AB 2 O 4 : MgAl 2 O 4 … II. Một số dạng tinh thể ion 1. Tinh thể hợp chất AB a. Mạng tinh thể CsCl Tỉ số c a r r =0,934, nên là dạng lập phương nguyên thuỷ b. Mạng tinh thể NaCl c a r r =0,54, lập phương tâm mặt c. Mạng tinh thể ZnS Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang Hoạt động: Nghiên cứu năng lượng mạng lưới tinh thể. - SV nêu khái niệm năng lượng mạng lưới tinh thể - GV: các cách xác định năng lượng mạng lưới tinh thể? VD: xác định năng lượng mạng lưới tt MgO biết:I 1 (Mg)= 7,7V; I 2 (Mg)=15 eV; 2 ( ) pl H O∆ = 493kJ/mol, th H∆ (Mg) =150kJ/mol, ( ) ht H MgO∆ =-610 kJ/mol, ( ) A E O = 861,9 kJ/mol Hoạt động: Nghiên cứu tinh thể kim loại - GV: một số dạng cấu trúc chủ yếu? - SV: lập phương tâm khối, lập phương tâm mặt, sáu phương đặc khít - GV: tinh thể lập phương tâm khối? ví dụ? - GV: tinh thể lập phương tâm mặt? ví dụ - GV: tinh thể sáu phương đặc khít? ví dụ Hoạt động: Các mô hình về liên kết trong tinh thể kim loại - Nội dung mô hình khí e? - Mô hình này có ưu nhược điểm gì? SV: c a r r = 0,4, lập phương tâm mặt, ngoài ra ZnS còn có dạng vuzit 2. Tinh thể hợp chất AB 2 a. Mạng tinh thể florit - Mạng lập phương tâm mặt, số phối trí bằng 8 b. Mạng tinh thể ngược florit III. Năng lượng mạng lưới tinh thể 1. Khái niệm - Năng lượng mạng lưới của một chất kết tinh là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol chất đó tạo ra các ion cô lập ở trạng thái cơ bản 2. Xác định năng lượng mạng lưới Theo 3 phương pháp: a. Phương pháp Bơcn- Lanđê b. Phương pháp bán kinh nghiệm Kapustinski c. Chu trình Bơcnơ- Habơ Bài 3: TINH THỂ KIM LOẠI I. Mở đầu - Sự hình thành tinh thể kim loại nhờ liên kết kim loại, là liên kết xuất hiện do tương tác giữa các nguyên tử thông qua e hoá trị của chúng II. Một số dạng cấu trúc chủ yếu 1. Cấu trúc lập phương tâm khối - Ở nội tâm của ô mạng lập phương cơ sở có thêm một đơn vị cấu trúc, ta có ô mạng lập phương tâm khối - Áp dụng: các kim loại kiềm, Ba, V, Cr, Fe, W… 2. Cấu trúc lập phương tâm mặt - Ở mỗi mặt của ô mạng lập phương có thêm một đơn vị cấu trúc, ta có ô mạng lập phương tâm mặt - Áp dụng: các kim loại Ni, Cu, Ag, Au, Al…. 3. Cấu trúc sáu phương đặc khít - áp dụng: Zn, Be, Mg, Cd, Co, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf… III. Mô hình về liên kết trong tinh thể kim loại 1. Mô hình “ khí ” electron - Các e hoá trị trong tinh thể kim loại dễ bị tách ra, chuyển động tương đối tự do trong tinh thể, tạo thành các đám “khí” e. Tương tác giữa các đám “ khí ” e với các ion dương ở các nút mạng tạo ra lực liên kết trong tinh thể kim loại Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang + Ưu điểm: đơn giản, giải thích được tính dẫn điện, nhiệt + Nhược điểm: chưa giải thích được sự không đổi của nhiệt dung chất rắn - Mô hình miền năng lượng còn có tên gọi khác là thuyết vùng, mô hình giải năng lượng… - Nội dung của mô hình này? - SV nêu ưu điểm của mô hình này? - SV giải thích tính chất vật lí kim loại dựa vào mô hình miền năng lượng Hoạt động: Nghiên cứu tinh thể nguyên tử - GV: Khái niệm tinh thể nguyên tử - GV: Yếu tố nào quyết định cấu trúc tinh thể nguyên tử Hoạt động: Các dạng tinh thể nguyên tử? - Có những dạng tinh thể nào? - GV: Mô tả dạng tinh thể kim cương, than chì và so sánh 2 dạng? Hoạt động: Nghiên cứu tinh thể phân tử - Khái niệm tinh thể phân tử - GV: Đặc điểm các hợp chất có tinh thể phân tử? Hoạt động: Một số dạng tinh thể phân tử - Mô hình này đơn giản, giải thích được tính dẫn điện, nhiệt… chưa giải thích được sự không đổi của nhiệt dung rắn 2. Mô hình miền năng lượng - Khi tổ hợp nhiều AO ta thu được một số rất lớn các MO, các MO này cũng có năng lượng gần nhâu, lập thành miền liên tục. Miền năng lượng thấp sẽ được điền e gọi là miền hoá trị, miền có năng lượng cao hơn bị trống gọi là miền dẫn - Có hai mối liên hệ giữa 2 miền này: + Nếu 2 miền đó có năng lượng gần nhau nên có vùng trộn lẫn hay vùng xen phủ + Nếu 2 miền đó cách xa nhau, cách nhau bởi vùng cấm Bài 4: TINH THỂ NGUYÊN TỬ I. Mở đầu 1. Khái niệm - Đơn vị cấu trúc ở nút mạng là nguyên tử - Liên kết hoá học được đảm bảo tính bền vững của mạng tinh thể là liên kết cộng hoá trị định hướng 2. Yếu tố quyết định cấu trúc - Yếu tố quyết định cấu trúc là số phối trí của mạng tinh thể nguyên tử II. Một số dạng tinh thể nguyên tử 1. Tinh thể kim cương - Tinh thể có cấu trúc tứ diện đều điển hình - Số phối trí: 4 - Số đơn vị cấu trúc: 8 - Nguyên tử C ở trạng thái lai hoá: sp 3 2. Tinh thể than chì - Than chì có cấu trúc theo lớp - Nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp 2 Bài 5: TINH THỂ PHÂN TỬ I. Mở đầu - Đơn vị cấu trúc ở các nút mạng là các phân tử - Lực duy trì mạng tinh thể là lực hút yếu giữa các phân tử II. Một số dạng tinh thể phân tử 1. Tinh thể phân tử có liên kết hiđro - Tinh thể nước đá, axit cacboxylic 2. Tinh thể phân tử có tương tác VanđơVan Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Dựa vào giáo trình HS nghiên cứu một số dạng tinh thể phân tử và trình bày. - He, H 2 : tinh thể sáu phương đặc khít - Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, CO 2 rắn: lập phương tâm mặt - Cl 2 : tinh thể bốn phương - Br 2 , I 2 : tinh thể trực thoi V. Rút kinh nghiệm giờ dạy: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG XII: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HOÁ HỌC TINH THỂ 7 tiết ( 5 lí thuyết, 2 bài tập) Ngày soạn: 02/11/2010 Ngày giảng: 10/01/2011 – 14/01/2011 I. Mục tiêu Sau khi học xong chương này SV cần nắm được: 1. Kiến thức - Nắm được các khái niệm: dãy điểm, mặt lưới, mạng lưới tinh thể, ô mạng cơ sở và các hệ tinh thể - Các loại tinh thể: ion, kim loại, phân tử, nguyên tử…các đặc điểm - Một số đại lượng về cấu trúc tinh thể: mật độ đặc khít, khối lượng riêng, số phối trí - Các mô hình về liên kết trong tinh thể kim loại 2. Kĩ năng - Xác định được số đơn vị cấu trúc trong các ô mạng cơ sở và tính mật độ đặc khít - Giải thích đựơc tính chất vật lí của KL dựa vào các mô hình liên kết trong tinh thể KL - Giải thích các tính chất của một số chất dựa vào dạng tinh thể - Xác định được năng lượng mạng lưới và các đại lượng liên quan 3. Thái độ tình cảm - Tin tưởng vào khoa học, chân lí khoa học - Tinh thần làm việc nghiêm túc, sáng tạo - Đức tính cần cù, tỉ mỉ, chịu khó - Lòng ham mê khoa học, yêu thích bộ môn hoá học II. Chuẩn bị - GV: Giáo án, giáo trình - SV: bài chuẩn bị, giáo trình III. Phương pháp giảng dạy - Phương pháp dạy học nêu vấn đề; - Phương pháp đàm thoại gợi mở - Phương pháp thuyết trình, kèm theo giải thích minh hoạ - Phương pháp luyện tập IV. Nội dung bài giảng Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh . 5 lí thuyết, 2 bài tập) Ngày soạn: 02 /11 /2 010 Ngày giảng: 10 / 01/ 2 011 – 14 / 01/ 2 011 I. Mục tiêu Sau khi học xong chương này SV cần nắm được: 1. Kiến thức - Nắm được các khái niệm: dãy điểm, mặt. nghịch đảo của 3 giá trị trên được: 1/ 1, 1/ 1, 1/ 2 ; Quy đồng mẫu số được (2/2, 2/2, 1/ 2). Vậy chỉ số Milơ là (2,2, 1) Hoạt động: Nghiên cứu mật độ đặc khít - GV: yêu cầu Hs xác định số quả cầu. sở: Số quả cầu= 1 2 3 1 . . 720 2 C C C γ + + C 1 : quả cầu ở đỉnh Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang …. - GV: xác định mật