Cấu tạo nguyên tử - Tài liệu Hóa học 12

Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc) Cu to nguyên t Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - I. THÀNH PHN CU TO NGUYÊN T 1. Lp v Gm các ht mang đin âm gi là electron (hay đin t). Khi lng ca các electron đu bng nhau và xp x bng 1/1840 khi lng ca nguyên t hiđro là nguyên t nh nht, tc là bng: m e = 9,1095.10 - 31 kg hay bng 0,00055 đn v Cacbon (đv.C). in tích ca các electron đu bng nhau và bng -1,6.10 -19 Culông. ó là đin tích nh nht, vì vy đc gi là đin tích nguyên t. 2. Ht nhân Ht nhân nguyên t gm các ht proton và ntron. Proton. Proton có đin tích đúng bng đin tích ca electron nhng ngc du tc là bng +1,6.10 -19 Culông. Nh vy proton và electron cùng mang mt đin tích nguyên t, có du ngc nhau.  thun tin, ngi ta quy c ly đin tích nguyên t làm đn v, coi đin tích ca electron là 1- và đin tích cu proton là 1+. Ntron. Ht ntron không mang đin, có khi lng xp x bng khi lng ca proton và bng: m p = m n = 1,67.10 -27 kg hay xp x bng 1 đv.C. 3. Kích thc, khi lng ca nguyên t Kích thc: Nu hình dung nguyên t nh mt khi cu thì nó có đng kính khong 10 -10 m.  biu th kích thc nguyên t, ngi ta dùng mt đn v là Angxtrom và kí hiu là Å. 1Å = 10 -10 m hay 1Å = 10 -8 cm. Nguyên t nh nht là hiđro có bán kính khong 0,53 Å. ng kính ca ht nhân nguyên t còn nh hn, vào khong 10 -4 Å, nh vy đng kính ca nguyên t ln hn đng kính ca ht nhân khong 10.000 ln. Ta tng tng nu phóng đi mt nguyên t vàng lên 10 9 ln (mt t ln !) thì nó có đng kính là 30 cm ngha là nguyên t va bng qu bóng r. Trong khi đó thì ht nhân nguyên t vàng có mt đng kính nh hn 0,003 cm ngha là có kích thc ca mt ht cát nh. Bng - Khi lng và đin tích ca các ht cu to nên nguyên t Tên Kí hiu Khi lng in tích Electron e m e = 9,1095 ´ 10 -31 kg m e » 0,549 ´ 10 -3 đv.C -1,602.10 -19 C Proton p m p = 1,6726 ´ 10 -27 kg m p » 1đv.C +1,602.10 -19 C Ntron n m n = 1,6750 ´ 10 -27 kg m n » 1đv.C 0 ng kính ca electron và proton li còn nh hn nhiu : khong 10 -7 Å. Electron chuyn đng xung quanh ht nhân. Gia electron và ht nhân là chân không : t đó ta thy nguyên t có cu to rng ! Khi lng : Khi lng ca mt nguyên t vào khong 10 -26 kg. Nguyên t nh nht là hiđro có khi lng là 1,67.10 -27 kg. Khi lng ca nguyên t cacbon là 1,99.10 -26 kg. Mt lng cht rt nh cng cha mt s nguyên t ln ti mc ta khó mà hình dung đc. Ví d : Trong 2 gam cacbon có10 23 nguyên t cacbon. Mt lít nc cng cha ti khong 9.10 25 nguyên t hiđro và oxi. II. HT NHÂN NGUYÊN T- NGUYÊN T HÓA HC- NG V 1. Ht nhân nguyên t a. in tích ht nhân CU TO NGUYÊN T (TÀI LIU BÀI GING) Giáo viên: V KHC NGC ây là tài liu tóm lc các kin thc đi kèm vi bài ging “Cu to nguyên t” thuc Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc ) ti website Hocmai.vn.  có th nm vng kin thc phn “Cu to nguyên t”, Bn cn kt hp xem tài liu cùng vi bài ging này. Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc) Cu to nguyên t Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - Vì đin tích ca mi proton bng mt đn v đin tích dng (1+) nên trong ht nhân nu có Z proton, thì đin tích ca ht nhân s là Z+. Thc nghim cho bit nguyên t trung hoà đin nên s proton trong ht nhân bng s electron chuyn đng quanh ht nhân. Nh vt, trong nguyên t: in tích ht nhân = S proton = S electron Ví d: in tích ht nhân nguyên t oxi là 8+, nh vy nguyên t oxi có 8 proton và có 8 electron. Bit đc đin tích ht nhân nguyên t (cng nh bit đc s proton và s electron) tc là nm đc chìa khóa đ nhn bit nguyên t. b. S khi Tng s ht proton (kí hiu là Z) và tng s ht ht ntron (kí hiu là N) trong ht nhân gi là s khi ca ht nhân đó (kí hiu là A). A = Z + N Ví d: Trong ht nhân nguyên t clo có 17 proton và 18 ntron, vy s khi ca ht nhân nguyên t clo là: 17 + 18 = 35. c, Khi lng nguyên t Khi lng ca nguyên t bng tng khi lng ca proton, ntron và electron có trong nguyên t. Nhng vì khi lng ca electron rt nh so vi khi lng ca proton và ntron nên khi lng ca nguyên t coi nh bng khi lng ca các proton và ntron trong ht nhân nguyên t. Ví d : Ht nhân ca nguyên t nhôm có 13 proton và 14 ntron, xung quanh ht nhân có 13 electron. Xác đnh khi lng nguyên t nhôm. Khi lng ca nguyên t nhôm coi nh bng khi lng ca 13 proton và 14 ntron. Khi lng ca mi proton và mi ntron xp x bng 1 đv.C. Vy khi lng nguyên t nhôm bng 27 đv.C. Nh vy, ht nhân tuy rt nh so vi c nguyên t nhng li tp trung  đó hu nh toàn b khi lng ca nguyên t. 2. Nguyên t hoá hc a. nh ngha Tt c các nguyên t có cùng đin tích ht nhân đu thuc cùng mt nguyên t hoá hc. Nh vy, các nguyên t ca cùng mt nguyên t hoá hc có cùng s proton và cùng s electron. Ví d : Tt c các nguyên t có cùng đin tích ht nhân là 17+ đu thuc nguyên t clo. Các nguyên t ca nguyên t clo đu có 17 proton và 17 electron. Cho đn nay, ngi ta đã bit 92 nguyên t t nhiên và khong 17 nguyên t nhân to (tng s khong 109 nguyên t). Các nguyên t nhân to cha đc phát hin thy trên Trái t hay bt kì ni nào khác trong v tr mà đc điu ch trong phòng thí nghim. Tính cht ca mt nguyên t hoá hc là tính cht ca tt c các nguyên t ca nguyên t đó. b. S hiu nguyên t in tích ht nhân nguyên t ca mt nguyên t đc gi là s hiu nguyên t ca nguyên t đó. S hiu nguyên t đc trng cho mt nguyên t hoá hc và thng đc kí hiu là Z. Ví d : S hiu nguyên t ca nguyên t urani là 92. Vy : đin tích ht nhân nguyên t urani là 92+ ; có 92 proton trong ht nhân và 92 electron ngoài lp v. c. Kí hiu các nguyên t  đc trng đy đ cho mt nguyên t hoá hc, bên cnh kí hiu thng dùng, ngi ta còn ghi các ch dn sau: A Z X X : kí hiu ca nguyên t. Z : s hiu nguyên t. A : s khi A = Z + N. T kí hiu trên ta có th bit đc : Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc) Cu to nguyên t Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - - S hiu nguyên t ca nguyên t clo là 17 ; đin tích ht nhân nguyên t là 17+ ; trong ht nhân có 17 proton và (35 - 17) = 18 ntron. - Nguyên t clo có 17 electron chuyên đng quanh nhân. - Khi lng nguyên t ca clo là 35 đv.C. 3. ng v Khi nghiên cu các nguyên t ca cùng mt nguyên t hoá hc, ngi ta thy rng trong ht nhân ca nhng nguyên t đó, s proton đu nh nhau nhng s khi có th khác nhau do s ntron khác nhau. Ngi ra gi nhng nguyên t có cùng s proton nhng khác nhau v s ntron là nhng đng v. Hu ht các nguyên t hoá hc là hn hp ca nhiu đng v, ch có vài nguyên t có mt đng v. Ngoài nhng đng v tn ti trong t nhiên (khong 300), ngi ta còn điu ch đc các đng v nhân to (khong 1000). Các đng v ca cùng mt nguyên t có tính cht hoá hc ging nhau. Khi lng nguyên t trung bình ca các nguyên t hoá hc. Vì hu ht các nguyên t hoá hc là hn hp ca nhiu đng v nên khi lng nguyên t ca các nguyên t đó là khi lng nguyên t trung bình ca hn hp các đng v có k đn t l phn trm ca mi đng v. III. V NGUYÊN T 1. Lp electron Trong nguyên t, ht nhân mang đin tích dng hút các electron mang đin tích trái du. Mun tách electron ra khi v nguyên t cn cung cp nng lng cho nó. Thc nghin chng t rng không phi mi electron đu liên kt vi ht nhân cht ch nh nhau. Nhng electron  gn ht nhân nht liên kt vi nhau cht ch nht. Ngi ta nói: chúng  mc nng lng thp nht. Ngc li, nhng electron  xa ht nhân nht có mc nng lng cao nht ; chúng d b tách ra khi nguyên t hn các electron khác. Chính nhng electron này quy đnh tính cht hoá hc ca các nguyên t. Tu theo mc nng lng cao hay thp mà các electron đc phân b theo tng lp electron (hay mc nng lng). Các electron có mc nng lng gn bng nhau thuc cùng mt lp. Các lp electron t trong ra ngoài đc đánh s n = 1, 2, 3, 4, hoc kí hiu bng dãy ch cái ln: K, L, M, N 2. Phân lp electron (hay phân mc nng lng) Mi lp electron li phân chia thành phân lp electron. Các electron trong mi phân lp có mc nng lng bng nhau. Các phân lp đc kí hiu bng các ch cái thng s, p, d, f. S phân lp bng s th t ca lp. Lp th 1 có 1 phân lp, đó là phân lp 1s. Lp th 2 có 2 phân lp, đó là phân lp 2s và phân lp 2p. Lp th 3 có 3 phân lp, đó là phân lp 3s, 3p và phân lp 3d, v.v Các electron  phân lp s đc gi là electron s ;  phân lp p, đc gi là electron p, v.v 3. Obitan Obitan là khu vc không gian xung quanh ht nhân trong đó kh nng có mt electron là ln nht (khu vc có mt đ đám mây electron ln nht). S và dng obitan ph thuc vào đc đim ca mi phân lp electron. Phân lp s có 1 obitan có dng hình cu. Phân lp p có 3 obitan có dng hình s 8 ni. Phân lp d có 5 obitan và phân lp f có 7 obitan. Obitan d và obitan f có dng phc tp hn. Mi obitan ch cha ti đa 2 electron. Khi mt obitan đã có đ 2 electron, ngi ta nói rng các electron đã ghép đôi. Các electron ghép đôi thng không tham gia vào vic to thành liên kt hoá hc. Khi mt obitan ch có 1 electron, ngi ta gi đó là electron đc thân. Trong đa s các trng hp, ch có các electron đc thân mi tham gia vào to thành liên kt hoá hc. 4. S electron ti đa trong mt phân lp, mt lp T s electron ti đa trong mt obitan, ta có th suy ra s electron ti đa trong mi phân lp và mi lp. - Phân lp s có 1 obitan nên có ti đa 2 electron. Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc) Cu to nguyên t Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - Phân lp p có 3 obitan nên có ti đa 6 electron. Phân lp d có ti đa 10 electron và phân lp f có 14 electron. - Lp th 1 có 1 phân lp s nên có ti đa 2 electron. Lp th 2 có phân lp s và phân lp p nên có ti đa 8 electron. Lp th 3 có các phân lp s, p, d, nên có ti đa 18 electron. T đó suy ra lp th 4 có ti đa 32 electron v.v Mt lp đã cha đ s electron ti đa đc gi là lp electron bão hào. S electron ti đa trong các lp và các phân lp (t n = 1 đn n = 3) S th t ca lp S electron ti đa ca lp S electron phân b vào các phân lp n = 1 (lp K) 2 1s 2 n = 2 (lp L) 8 2s 2 2p 6 n = 3 (lp M) 18 3s 2 3p 6 3d 10 5. Cu trúc electron trong nguyên t các nguyên t Nguyên lí vng bn : Trong nguyên t, các electron ln lt chim các mc nng lng t thp đn cao. Càng xa ht nhân, các lp và phân lp electron nõi chung có mc nng lng càng cao. C th mc nng lng ca các lp tng theo th t t 1 đn 7 và ca phân lp tng theo th t s, p, d, f. Sau đây là th t sp xp các phân lp theo chiu tng ca mc nng lng xác đnh bng thc nghim : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s v.v Da vào nguyên lí vng bn, đng thi chú ý đn s electron ti đa trong mi phân lp, ta có th vit đc s đ phân b electron trong nguyên t ca bt kì nguyên t náo khi biêt s hiu nguyên t Z ca nguyên t đó. Ví d : - Nguyên t hiđro : Z = 1, có 1 electron. Electron này chim phân mc nng lng thp nht là 1s. - Nguyên t heli : Z = 2, có 2 electron. C 2 electron đu chim phân mc 1s. Nh vy, nguyên t hiđro và nguyên t heli ch có 1 lp electron, lp K. - Nguyên t liti : Z = 3, có 3 electron. Hai electron đu chim phân mc 1s : vì phân mc 1s ch nhn ti đa 2 electron nên electron th 3 chim phân mc 2s. Nh vy nguyên t liti có 2 lp electron, lp K gm 2 electron và lp L, 1 electron v.v Cu hình electron Mun biu din s phân b electron theo các lp và phân lp, ngi ta dùng cu hình electron ghi theo cách sau: - Lp electron đc ghi bng ch s. - Phân lp đc ghi bng ch cái thng s, p, d - S electron đc ghi bng s  phía trên bên phi ca ch cái ch phân lp, các phân lp không có electron không ghi. Ví d: Cu hinh electron ca các nguyên t 1 H, 2 He, 3 Li, 13 Al đc ghi nh sau: 1 H : 1s 1 2 He : 1s 2 3 Li : 1s 2 2s 1 13 Al : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Ngoài cách vit cu hình electron nh trên, mun biu din s phân b electron theo cac obitan, ngi ta làm nh sau : Kí hiu mi obitan bng mt ô vuông, mi electron bng mt mi tên, các electron ghép đôi đc kí hiu bng hai mi tên ngc chiu. Sau đây là s đ phân b electron vào các obitan trong nguyên t ca 10 nguyên t đu tiên. Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc) Cu to nguyên t Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 - 6. c đim ca lp electron ngoài cùng - i vi nguyên t ca tt c các nguyên t, lp ngoài cùng có ti đa là 8 electron. - Các nguyên t có 8 electron lp ngoài cùng đu rt bn vng, chúng không tham gia vào các phn ng hoá hc. ó là các nguyên t khí him. - Các nguyên t có 1, 2, 3 electron lp ngoài cùng là nhng nguyên t kim loi. - Các nguyên t có 5, 6, 7 electron lp ngoài cùng là nhng nguyên t phi kim. Các electron lp ngoài cùng (gi tt là các electron ngoài cùng) hu nh quyt đnh tính cht hoá hc ca mt nguyên t. Bit đc s phân b electron trong nguyên t, nht là bit đc s electron lp ngoài cùng, ngi ta có th d đoán đc nhng tính cht hoá hc tiêu biu ca nguyên t đó. Giáo viên: V Khc Ngc Ngun: Hocmai.vn . : Khóa hc LTH KIT-1: Môn Hóa hc (Thy V Khc Ngc) Cu to nguyên t Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 5 8-5 8-1 2 - Trang | 3 - - S hiu nguyên. cha ti khong 9.10 25 nguyên t hiđro và oxi. II. HT NHÂN NGUYÊN T - NGUYÊN T HÓA HC- NG V 1. Ht nhân nguyên t a. in tích ht nhân CU TO NGUYÊN T (TÀI LIU BÀI GING) Giáo. các nguyên t ca nguyên t đó. b. S hiu nguyên t in tích ht nhân nguyên t ca mt nguyên t đc gi là s hiu nguyên t ca nguyên t đó. S hiu nguyên t đc trng cho mt nguyên