giáo trình bài giảng hóa vô cơ (tập 1)

NGUYỄN HỮU KHÁNH HƯNG HUỲNH THỊ KIỀU XUÂN HÓA HỌC VÔ CƠ Tập 1 -2011- Mục lục i Mục lục Mục lục i Chương 1 Giới thiệu 1 1.1 Đại cương về Hóa vô cơ 1 1.1.1 Hóa học là gì? 1 1.1.2 Hóa Vô cơ là gì? 2 1.1.3 Các giai đoạn phát triển của Hóa học 2 1.1.4 Xu hướng hiện đại 3 1.2 Phương pháp học tập và Nội dung cơ bản môn học 3 1.2.1 Các thuật ngữ cơ bản 3 1.2.2 Phương pháp học tập 5 1.2.3 Nội dung cơ bản của Hóa Vô cơ 5 Chương 2 Liên kết trong hóa học 8 2.1 Khái niệm về tiểu phân 8 2.2 Liên kết hóa học 9 2.2.1 Bản chất liên kết hóa học 9 2.2.2 Liên kết theo quan điểm nhiệt động lực hóa học 9 2.2.3 Các thông số đặc trưng cho liên kết 11 2.3 Liên kết ion 11 2.3.1 Mô hình của liên kết ion 11 2.3.2 Điều kiện hình thành liên kết ion 12 2.3.3 Các tính chất của liên kết ion 12 2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết ion trong tinh thể 13 2.4 Liên kết cộng hóa trò 14 2.4.1 Mô hình của liên kết cộng hóa trò 14 2.4.2 Điều kiện hình thành liên kết cộng hóa trò 15 2.4.3 Các tính chất của liên kết cộng hóa trò 15 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết cộng hóa trò 15 2.4.5 Liên kết cộng hóa trò σ, π và δ 16 2.5 Liên kết kim loại 21 Mục lục ii 2.5.1 Mô hình của liên kết kim loại theo quan điểm phi cơ học lượng tử 21 2.5.2 Mô hình của liên kết kim loại theo lý thuyết cơ học lượng tử 21 2.5.3 Các tính chất của liên kết kim loại 23 2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết kim loại 23 2.6 Liên kết van der Waals 24 2.6.1 Mô hình và điều kiện hình thành liên kết van der Waals 24 2.6.2 Các tính chất và độ bền của liên kết van der Waals 24 2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của liên kết van der Waals 24 2.7 Liên kết hydro 25 2.7.1 Mô hình và điều kiện hình thành liên kết hydro 25 2.7.2 Các tính chất và độ bền của liên kết hydro 25 2.7.3 Các loại liên kết hydro và ảnh hưởng đến tính chất của phân tử 26 2.8 Tác dụng phân cực và tác dụng bò phân cực 27 2.8.1 Tác dụng phân cực 28 2.8.2 Tác dụng bò phân cực 30 2.8.3 Phân biệt tác dụng phân cực của ion và độ phân cực của liên kết 31 2.9 Sự không phân đònh ranh giới giữa các loại liên kết hóa học 31 2.9.1 Sự biến đổi giữa các loại liên kết hóa học 31 2.9.2 Ảnh hưởng của sự biến đổi giữa các loại liên kết hóa học đến các tính chất và độ bền của liên kết 32 Chương 3 Phản ứng hóa học 34 3.1 Khái niệm chung 34 3.1.1 Phản ứng acid-baz 34 3.1.2 Phản ứng oxi hóa-khử 35 3.2 Khả năng phản ứng 35 3.2.1 Nhiệt động lực học của phản ứng 35 3.2.2 Động học của phản ứng 36 3.2.3 Mối liên hệ giữa nhiệt động lực học và động học của phản ứng 37 3.3 Quy ước về điều kiện phản ứng 37 Chương 4 Phản ứng acid-baz 38 4.1 Đònh nghóa acid-baz 38 4.1.1 Đònh nghóa acid-baz theo Arrhenius 38 4.1.2 Đònh nghóa acid-baz theo Bronsted 38 4.1.3 Đònh nghóa acid-baz theo Lewis 39 4.1.4 Đònh nghóa acid-baz theo Ubanovish 39 4.1.5 Đònh nghóa acid-baz cứng-mềm 40 4.1.6 Tóm lược các đònh nghóa acid-baz 40 4.2 Cường độ của acid-baz 41 4.3 Phân loại acid-baz vô cơ theo bản chất hóa học 42 Mục lục iii 4.3.1 Các hydracid, các dẫn xuất thế và muối của chúng 42 4.3.2 Các oxihydroxid, các dẫn xuất thế và muối của chúng 42 4.3.3 Tóm lược về các hydracid, oxihydroxid và các dẫn xuất của chúng 43 4.4 Các hydracid 43 4.4.1 Cường độ acid-baz của các hydracid 43 4.4.2 Cường độ acid-baz của các dẫn xuất và muối từ các hydracid 44 4.5 Các oxihydroxid 45 4.5.1 Cường độ acid-baz của các oxihydroxid 45 4.5.2 Ví dụ điển hình 46 4.5.3 Cường độ acid-baz của các dẫn xuất và muối từ các oxihydroxid 48 4.6 Phản ứng trung hòa 49 4.6.1 Giản đồ pK a 49 4.6.2 Phản ứng trung hòa giữa các acid-baz mạnh 50 4.6.3 Phản ứng trung hòa giữa các acid-baz yếu 50 4.7 Phản ứng thủy phân 54 4.7.1 Sự thủy phân của các cation 54 4.7.2 Sự thủy phân của các anion 54 4.7.3 Sự thủy phân của các hợp chất cộng hóa trò 55 4.8 Phản ứng trao đổi 56 4.9 Phản ứng tạo phức 57 Chương 5 Phản ứng oxi hóa-khử 59 5.1 Số oxi hóa 59 5.1.1 Đònh nghóa 59 5.1.2 Ý nghóa và ứng dụng 59 5.1.3 Hiệu ứng co d và co f 60 5.1.4 Sự biến đổi số oxi hóa 62 5.1.5 Nhận xét 64 5.2 Phản ứng oxi hóa-khử 65 5.3 Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử 65 5.4 Chiều của phản ứng oxi hóa-khử 67 5.5 Giản đồ E 0 68 5.6 Giản đồ Latimer 68 5.7 Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa-khử 69 5.7.1 Trường hợp 1: n 1 ≠ n 2 69 5.7.2 Trường hợp 2: n 1 = n 2 70 5.8 Ảnh hưởng của pH đến phản ứng oxi hóa-khử 71 5.9 Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa đến phản ứng oxi hóa-khử 72 5.10 Ảnh hưởng của phản ứng tạo phức đến phản ứng oxi hóa-khử 73 5.11 Tóm lược ảnh hưởng của các phản ứng kết tủa, tạo phức và bay hơi đến phản ứng oxi hóa-khử 74 Mục lục iv 5.12 Khả năng tồn tại của các chất oxi hóa-khử trong môi trường nước 75 5.13 Một số vấn đề trong phản ứng oxi hóa-khử 76 5.13.1 Các oxihydroxid có tính oxi hóa mạnh hơn trong môi trường acid 76 5.13.2 Biến thiên của tính oxi hóa của một nguyên tố theo số oxi hóa 77 5.13.3 Khả năng dò phân của một nguyên tố 77 Chương 6 Các trạng thái tập hợp và tính chất đặc trưng của chúng 79 6.1 Trạng thái của vật chất 79 6.2 Trạng thái rắn 79 6.2.1 Trạng thái tinh thể 80 6.2.2 Trạng thái vô đònh hình 80 6.3 Trạng thái lỏng 81 6.4 Trạng thái khí 81 6.4.1 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 82 6.4.2 Hỗn hợp khí lý tưởng 82 6.4.3 Khí thật 83 6.5 Trạng thái tập hợp và phản ứng hóa học 83 Chương 7 Cấu trúc của các tiểu phân cộng hóa trò 84 7.1 Đònh nghóa tiểu phân cộng hóa trò 84 7.2 Cách viết công thức cấu trúc theo Lewis 84 7.2.1 Cách viết thứ nhất 85 7.2.2 Cách viết thứ hai 86 7.3 Cấu trúc của tiểu phân theo mô hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory – Lý thuyết đẩy đôi điện tử) 86 7.4 Cấu trúc của tiểu phân theo sự lai hóa 88 7.4.1 Thuyết lai hóa và cấu trúc của tiểu phân 88 7.4.2 Cách viết công thức cấu trúc theo thuyết lai hóa 90 7.5 Liên kết σ và π trong tiểu phân 91 Chương 8 Tinh thể học đại cương 93 8.1 Các trạng thái cơ bản của vật chất 93 8.2 Các yếu tố đối xứng 94 8.3 Suy đoán 32 lớp đối xứng 96 8.4 Ký hiệu của lớp đối xứng 98 8.4.1 Ký hiệu quốc tế (ký hiệu Herman–Maughin) 98 8.4.2 Ký hiệu Schoenflies 98 8.5 Mạng lưới tinh thể 100 8.6 Ô mạng cơ sở – 14 mạng Bravais 100 8.6.1 Ô mạng cơ sở 100 8.6.2 14 mạng Bravais 101 Chương 9 Hóa học tinh thể 105 Mục lục v 9.1 Đại cương 105 9.2 Cấu trúc của một số tinh thể đơn kim loại 106 9.2.1 Cấu trúc xếp chặt 106 9.2.2 Cấu trúc của các quả cầu xếp chặt 106 9.2.3 Ảnh hưởng của cấu trúc đến bán kính nguyên tử 109 9.2.4 Lỗ trống trong tinh thể xếp chặt 109 9.3 Cấu trúc của một số tinh thể ion 110 9.3.1 Các cấu trúc tinh thể ion đơn giản điển hình 111 9.3.2 Ảnh hưởng của tỉ số bán kính r + / r – đến số phối trí 112 9.4 Cấu trúc của tinh thể cộng hóa trò 113 9.5 Cấu trúc của tinh thể van der Waals 114 9.6 Cấu trúc của tinh thể có liên kết hỗn tạp 114 9.6.1 Cấu trúc lớp-mạch với liên kết cộng hóa trò-van der Waals 115 9.6.2 Cấu trúc lớp-mạch với liên kết cộng hóa trò hay ion và van der Waals 119 9.6.3 Cấu trúc lớp–mạch với liên kết hydro và van der Waals 120 Chương 10 Hóa học chất rắn 121 10.1 Sự phân bố các chất kết tinh theo hệ tinh thể 121 10.2 Hiện tượng đa hình 122 10.3 Hiện tượng đồng hình 123 10.4 Tinh thể thật 124 10.4.1 Hình thái tinh thể 124 10.4.2 Khuyết tật trong tinh thể 125 10.5 Phản ứng pha rắn 127 10.5.1 Nhiệt động lực học của phản ứng pha rắn 127 10.5.2 Động học của phản ứng pha rắn 128 Chương 11 Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của các chất 129 11.1 Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất vật lý của chất 129 11.1.1 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi 129 11.1.2 Nhiệt độ phân hủy 131 11.1.3 Tính chất cơ học 131 11.1.4 Tính dẫn điện 132 11.1.5 Tính tan 133 11.2 Mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất hóa học của các chất 135 11.3 Nhận xét chung về mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất của chất 136 Chương 12 Đại cương về hóa học của các nguyên tố s và p 137 12.1 Cấu trúc nguyên tử và đặc điểm liên kết 137 12.2 Quy luật biến đổi tính chất 139 12.2.1 Quy luật biến đổi tính chất trong một phân nhóm chính 139 12.2.2 Quy luật biến đổi tính chất trong một chu kỳ 139 Mục lục vi 12.2.3 Quy luật biến đổi tính chất trên đường chéo 140 Chương 13 Hydrogen 141 13.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 141 13.2 Trạng thái tự nhiên 142 13.3 Đơn chất 142 13.3.1 Cấu trúc và lý tính 142 13.3.2 Hóa tính 142 13.3.3 Điều chế 143 13.3.4 Ứng dụng 143 13.4 Các hợp chất bậc hai của hydrogen H n X 144 13.4.1 Các hợp chất hydracid H n X của hydrogen (+1) 145 13.4.2 Các hợp chất hydrur cộng hóa trò AH n 146 13.4.3 Các hợp chất hydrur ion XH n 146 13.4.4 Các hợp chất hydrur kim loại 147 13.4.5 Các hợp chất hydrur không bền 147 Chương 14 Oxygen 148 14.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 148 14.2 Trạng thái tự nhiên 149 14.3 Đơn chất 149 14.3.1 Oxygen 149 14.3.2 Ozon 151 14.4 Các hợp chất của oxygen (−2) 152 14.4.1 Các oxihydroxid 152 14.4.2 Nước 154 14.4.3 Các hợp chất peroxyd 156 Chương 15 Phân nhóm 7A: Halogen 159 15.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 159 15.2 Trạng thái tự nhiên 160 15.3 Đơn chất 160 15.3.1 Cấu trúc và lý tính 160 15.3.2 Hóa tính 161 15.3.3 Điều chế 162 15.3.4 Ứng dụng 162 15.4 Các hợp chất của các halogen 162 15.4.1 Các hydracid HX và các dẫn xuất của chúng 162 15.4.2 Các oxihydroxid HXO n và các dẫn xuất của chúng 164 Chương 16 Phân nhóm 6A: Chalcogen 168 16.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 168 Mục lục vii 16.2 Trạng thái tự nhiên 169 16.3 Đơn chất 169 16.3.1 Cấu trúc và lý tính 169 16.3.2 Hóa tính 170 16.3.3 Điều chế 170 16.3.4 Ứng dụng 170 16.4 Các hợp chất của các chalcogen 171 16.4.1 Các hydracid H 2 E và các dẫn xuất của chúng 171 16.4.2 Các oxihydroxid H 2 EO n và các dẫn xuất của chúng 172 16.4.3 Sự tạo mạch E−E 174 Chương 17 Phân nhóm 5A 175 17.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 175 17.2 Trạng thái tự nhiên 176 17.3 Đơn chất 176 17.3.1 Cấu trúc và lý tính 176 17.3.2 Hóa tính 177 17.3.3 Điều chế 178 17.3.4 Ứng dụng 178 17.4 Các hợp chất của các nguyên tố phân nhóm 5A 178 17.4.1 Các hydracid H 3 E và các dẫn xuất của chúng 178 17.4.2 Các oxihydroxid H x EO n và các dẫn xuất của chúng 180 Chương 18 Phân nhóm 4A 182 18.1 Cấu trúc điện tử và đặc điểm liên kết 182 18.2 Trạng thái tự nhiên 183 18.3 Đơn chất 184 18.3.1 Cấu trúc và lý tính 184 18.3.2 Hóa tính 184 18.3.3 Điều chế 186 18.3.4 Ứng dụng 186 18.4 Các hợp chất của các nguyên tố phân nhóm 4A 186 18.4.1 Các hợp chất H 4 E và các dẫn xuất của chúng 186 18.4.2 Các oxihydroxid H x EO n và các dẫn xuất của chúng 189 Chương 19 Danh pháp các chất vô cơ 191 19.1 Đại cương 191 19.1.1 Mở đầu 191 19.1.2 Nguyên tắc cơ bản 192 19.2 Danh pháp của các nguyên tố 192 19.3 Danh pháp của các cation 192 19.3.1 Cation đơn giản (một nguyên tử) 192 Mục lục viii 19.3.2 Cation phức tạp (nhiều nguyên tử) 193 19.4 Danh pháp của các anion 193 19.4.1 Anion đơn giản (một nguyên tử) 193 19.4.2 Anion phức tạp (nhiều nguyên tử) 193 19.5 Danh pháp của các nhóm chức (gốc) 194 19.6 Danh pháp của các hợp chất 194 19.6.1 Quy tắc gọi tên 194 19.6.2 Tên của các oxihydroxid 195 19.6.3 Tên của các acid dẫn xuất từ oxihydroxid 196 19.6.4 Tên của các acid polimer 196 19.6.5 Tiếp đầu ngữ chỉ số lượng 196 19.7 Danh pháp bằng tiếng Anh 197 19.7.1 Danh pháp của các nguyên tố hóa học bằng tiếng Anh 197 19.7.2 Danh pháp anion của các oxihydroxid bằng tiếng Anh 199 Tài liệu tham khảo 200 [...]... trình đòa hóa: phong hóa, trầm tích, cát kết,… 4 Các chuyên ngành của Hóa học: • Hóa Vô cơ • Hóa Kỹ thuật • Hóa Y • Hóa Hữu cơ • Hóa Phóng xạ • Hóa Sinh • Hóa Phân tích • Hóa Môi trường • Hóa Nông học • Hóa Lý • Hóa Thực phẩm • Hóa Vật liệu,… 1.1.2 Hóa Vô cơ là gì? 1 Hóa Vô cơ là chuyên ngành hóa học chủ yếu nghiên cứu các chất và các quá trình phản ứng xảy ra đối với các chất nằm ngoài các chu trình chuyển... chu trình chuyển hóa của hợp chất sinh học Ví dụ: Việc hình thành dioxid carbon CO2 • Khi đốt cháy than là đối tượng của Hóa Vô cơ • Khi hô hấp không là đối tượng của Hóa Vô cơ 2 Các chuyên ngành hẹp của Hóa Vô cơ: • Hóa Chất rắn • Tổng hợp Vô cơ • Hóa Nước • Phức chất • Vật liệu Vô cơ • Hóa Phóng xạ • Dung dòch • Xúc tác Vô cơ • Sinh học Vô cơ, … 1.1.3 Các giai đoạn phát triển của Hóa học 1 Các giai... Giới thiệu 1.1 Đại cương về Hóa vô cơ 1.1.1 Hóa học là gì? 1 Hóa học là ngành khoa học nghiên cứu các chất và các quá trình phản ứng của các chất theo quan điểm hóa học Ví dụ: H–H + F–F ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2H–F Tác chất Quá trình phản ứng Sản phẩm 2 Hóa học còn nghiên cứu các đối tượng và quá trình thuộc các lãnh vực liên quan 3 Điều đó có nghóa là: a Hóa học nghiên cứu các chất hóa học bao gồm: • Thành phần... luật từ những kiến thức cơ bản đã biết c Suy diễn Chủ yếu là dự đoán những điều chưa biết từ các quy luật đã biết d Hệ thống hóa Chủ yếu là phân loại và sắp xếp các kiến thức một cách khoa học để có thể ứng dụng một cách dễ dàng các quy luật đã biết 1.2.3 Nội dung cơ bản của Hóa Vô cơ 1 Nội dung cơ bản của Hóa Vô cơ nói riêng và Hóa học nói chung có thể được tóm tắt bằng phương trình phản ứng sau: aA... tốc và cơ chế phản ứng yếu tố động học Ví dụ: H–H + I–I → 2H–I ΔG0298 = –2 kJ/mol v = kCH2CI2 c Hóa học còn nghiên cứu các quá trình và các lãnh vực liên quan đến hóa học như vật lý, sinh học, đòa chất, y học, vật liệu,… Chương 1 2 Giới thiệu • Các quá trình hóa lý: nóng chảy, bay hơi, thăng hoa, hòa tan, kết tinh,… • Các quá trình hóa sinh: hóa sinh tổng hợp, hoạt tính hóa sinh học,… • Các quá trình. .. Học thuộc kiến thức cơ bản Bao gồm các khái niệm và quá trình b Suy luận và thảo luận Thông qua các ví dụ và bài tập c Phân tích và tổng hợp Các kiến thức cơ bản d Hệ thống hóa kiến thức Mà trước hết là tóm tắt nội dung môn học 4 Bốn phương pháp suy luận chính trong quá trình học là: a Mô tả Chủ yếu là học thuộc và phân tích – tổng hợp các kiến thức cơ bản bao gồm các khái niệm, quá trình và các hiện... Giới thiệu 5 Phương pháp học tập 1 Quá trình học phải được lặp nhiều lần qua các giai đoạn sau: • Nghe giảng và ghi bài • Hồi tưởng để nhớ lại nội dung của bài • Học thuộc để nhớ nội dung chính của bài • Làm bài tập để ứng dụng các nội dung đã học • So sánh và suy luận các vấn đề được nêu trong nội dung • Hệ thống hóa các nội dung đã học • Ôn lại các nội dung của bài – Tóm tắt nội dung 2 Các giai đoạn... hữu cơ c Tăng kiến thức về con người và tự nhiên để có cuộc sống tốt đẹp và môi trường bền vững Bảng 1.2 Giá trò sản phẩm theo trình độ công nghệ Công nghệ Giá sản phẩm Ví dụ: USD/kg Thấp Trung bình Cao Rất cao 0,01–1 1–10 10–100 100–100.000 Muối ăn Bột màu Xúc tác Bán dẫn Chất Hữu cơ 1.2 Chất Vô cơ Nhựa Verni Hương liệu Biệt dược Phương pháp học tập và Nội dung cơ bản môn học 1.2.1 Các thuật ngữ cơ. .. Một cách gần đúng, người ta cho rằng chỉ có các điện tử hóa trò nằm trong các vân đạo hóa trò của nguyên tử tham gia vào quá trình tạo liên kết 4 Vì vậy, trước khi xem xét các biến đổi của liên kết trong quá trình phản ứng, phải xác đònh rõ ràng cấu trúc điện tử của các nguyên tử tham gia phản ứng, nghóa là xác đònh các vân đạo hóa trò và điện tử hóa trò của các nguyên tử đó 5 Hình dung một cách trực... chung cho cả hai nguyên tử Điện tử liên kết Nằm ở nguyên tử có χ lớn hơn Nằm giữa hai nguyên tử Lực liên kết Điện ion Điện cộng hóa trò Độ bền của liên kết Cao Thấp đến cao Sử dụng chủ yếu Vô cơ 2.2.2 NaCl Hữu cơ và Vô cơ CH4, Na2 SO4 Liên kết theo quan điểm nhiệt động lực hóa học 1 Trước đây, người ta không giải thích được tại sao lại có thể biến đổi chất này thành chất khác một cách dễ dàng mà khó, . Hóa học: • Hóa Vô cơ • Hóa Kỹ thuật • Hóa Y • Hóa Hữu cơ • Hóa Phóng xạ • Hóa Sinh • Hóa Phân tích • Hóa Môi trường • Hóa Nông học • Hóa Lý • Hóa Thực phẩm • Hóa Vật liệu,… 1.1.2 Hóa Vô. tượng của Hóa Vô cơ • Khi hô hấp không là đối tượng của Hóa Vô cơ 2. Các chuyên ngành hẹp của Hóa Vô cơ: • Hóa Chất rắn • Tổng hợp Vô cơ • Hóa Nước • Phức chất • Vật liệu Vô cơ • Hóa Phóng. HÓA HỌC VÔ CƠ Tập 1 -2 01 1- Mục lục i Mục lục Mục lục i Chương 1 Giới thiệu 1 1.1 Đại cương về Hóa vô cơ 1 1.1.1 Hóa học là gì? 1 1.1.2 Hóa Vô cơ