Bài giảng hóa đại cương chương 1

MƠN HỌC HĨA ĐẠI CƯƠNG (Dùng cho lớp khơng chun Hóa) TÀI LIỆU THAM KHẢO  HĨA HỌC ĐẠI CƯƠNG (LÝ THUYẾT + BÀI TẬP) (LÂM NGỌC THIỀM, BÙI DUY CAM)  HĨA ĐẠI CƯƠNG (1,2) GS NGUYỄN ĐÌNH SOA  HĨA ĐẠI CƯƠNG (GLINKA, N.L.)  HĨA ĐẠI CƯƠNG VƠ CƠ (HỒNG NHÂM)  HĨA ĐẠI CƯƠNG (REN DIDIER)  HĨA ĐẠI CƯƠNG VÀ TRẮC NGHIỆM HĨA ĐẠI CƯƠNG (NGYỄN ĐỨC CHUNG)  CÁC TÀI LIỆU HĨA ĐẠI CƯƠNG HAY GENERAL CHEMISTRY CHƯƠNG 1: CẤU TẠO NGUN TỬ, HỆ THỐNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC PHẦN 1: NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA HỐ HỌC Ngun tử Ngun tử phần tử nhỏ ngun tố hố học, khơng thể phân chia nhỏ mặt hố học Trong phản ứng hố học, ngun tử khơng thay đổi Ngun tố hố học Là chất tạo thành từ ngun tử có điện tích hạt nhân giống Phân tử Phân tử tập hợp nhóm ngun tử (có thể khác loại) Các ngun tử liên kết với phân tử theo kiểu liên kết khác Đơn chất, hợp chất: -Đơn chất chất cấu thành từ ngun tố (Oxy O2, Kim cương C, Nitơ N2…) -Hợp chất chất cấu thành từ ngun tố trở lên (H2O, Rượu, Dấm…) Định Luật thành phần khơng đổi: - Một hợp chất hóa học xác định ln chứa số ngun tố với tỉ lệ khối lượng xác định  Định luật bảo tồn khối lượng (Hay định luật Lomonossow - Lavoisier) định luật lĩnh vực hóa học, phát biểu: – Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng sản phẩm tạo thành  (mtrước) =  (msau)  Lịch sử: – Năm 1748 Mikhail Lomonossow đặt định đề – Năm 1789 Antoine Lavoisier phát biểu định luật Khối lượng ngun tử (Ngun tử lượng) Khối lượng 1H = 1.6735 x 10-24 g 16O 2.6560 x 10-23 g Định nghĩa: Khối lượng 12C = xác 12 đvC hay amu (đơn vị Carbon, đơn vị ngun tử, atomic mass unit) Từ đó: amu = 1.66054 x 10-24 g g = 6.02214 x 1023 amu Đồng vị   Các ngun tử ngun tố khác số neutron hạt nhân (được định số khối) Ví dụ: – Đồng vị Hydrogen H-1, 1H, protium (một proton, khơng có neutron hạt nhân) – Đồng vị Hydrogen H-2 or D, 2H, deuterium (1 proton neutron hạt nhân) – Đồng vị Hydrogen H-3 or T, 3H, tritium (1 proton neutron hạt nhân) Riêng ngun tố nhóm VIII B (VD: Co, Ni) có số electron phân lớp ngồi lớn đặt vào nhóm VIII B (Fe, Co, Ni có cấu hình electron 4s23d6,7,8), nhóm có 12 ngun tố Ngồi ngun tố lantanit actinit có cấu tạo đặc biệt xếp vào nhóm III B (cấu hình electron lớp ngồi ns2(n-2)f114 Ngoại lệ: Các trường hợp gần cấu trúc bão hòa bán bảo hòa chuyển (n-1)d4ns2  (n-1)d5ns1 (n-1)d9ns2  (n-1)d10ns1 Cụ thể: Phân nhóm IB có (n-1)d9ns2  (n-1)d10ns1 Cấu trúc electron, ngun tử thay đổi tính chất ngun tố hệ thống tuần hồn Bán kính ngun tử ion (r) Trong chu kỳ: Từ trái sang phải bán kính ngun tử giảm, Z tăng n khơng đổi Ở chu kỳ lớn khơng rõ ràng, hiệu ứng chắn Trong nhóm chính: Trên xuống bán kính ngun tử tăng n tăng hiệu ứng chắn chiếm ưu so với Z tăng Phân nhóm phụ: Ngun tố đến ngun tố bán kính ngun tử tăng, sau khơng tăng Bán kính ion có xu hướng biến thiên giống ngun tử Bán kính ion dương nhỏ ngun tử trung hồ Bán kính ion âm lớn ngun tử trung hồ Biến thiên bán kính nguyên tử theo số nguyên tố Bán kính nguyên tử Năng lượng ion hóa (I hay EI) Là lượng cần thiết bứt electron (khỏi ngun tử hay ion dương) để tạo ion dương (hay ion dương cao hơn) Năng lượng ion hóa nhỏ dễ nhường electron, tính kim loại khử tăng Tách electron để tạo cation sau khó Ví dụ: Tách electron thứ hai cho X+2 có I2>>I1 Z tăng hiệu ứng xâm nhập tăng dẫn đến I tăng Hiệu ứng chắn tăng dẫn đến I giảmTrong chu kỳ từ trái sang phải I tăng, tính kim loại giảm (Z tăng) Từ xuống, phân nhóm I giảm Phân nhóm phụ I tăng (ít) hiệu ứng xâm nhập tăng Năng lượng ion hóa vs số nguyên tố Năng Lượng Ion hóa (in kJ/mol) Element First Second Third Fourth Fifth Sixth Seventh Na 496 4,560 Mg 738 1,450 7,730 Al 577 1,816 2,881 Si 786 1,577 3,228 4,354 16,100 P 1,060 1,890 2,905 4,950 6,270 21,200 S 999.6 2,260 3,375 4,565 6,950 8,490 27,107 Cl 1,256 2,295 3,850 5,160 6,560 9,360 11,000 Ar 1,520 2,665 3,945 5,770 7,230 8,780 12,000 11,600 Ai lực electron (F hay Eea) Là lượng phát kết hợp electron vào ngun tử trung hòa, tạo ion âm X0 + e  X-  F (Hay Eea), F = Einitial – Efinal Tính phi kim tăng  lực electron (F) tăng Trong chu kỳ: Trái sang phải F tăng Phân nhóm chính: Từ xuống F giảm Chú ý ký hiệu quy ước cho Eea ngược với nhiệt động học: Eea dương nghĩa lượng từ ngun tử để tạo anion Tất ngun tố có Eea dương (một số tài liệu cũ nhầm lẫn cho số ngun tố có Eea âm, nghĩa chúng đẩy electron) Chlorin có lực electron mạnh nhất, thủy ngân thuộc loại yếu Ái lực electron khí trơ gần Tổng qt, phi kim có lực electron lớn kim loại (Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_affinity) Eea tính KJ/mol H 73 He * Li 60 Be * B 27 C 122 N * O 141 F 328 Ne * Na 53 Mg * Al 42 Si 134 P 72 S 200 Cl 349 Ar * K 48 Ca Sc 18 Ti V 51 Cr 65 Mn * Fe 15 Co 64 Ni 112 Cu 119 Zn * Ga 41 Ge 119 As 79 Se 195 Br 343 Kr * Rb 47 Sr Y 30 Zr 41 Nb 86 Mo 72 Tc * Ru 101 Rh 110 Pd 54 Ag 126 Cd * In 39 Sn 107 Sb 101 Te 190 I 295 Xe * Cs 46 Ba 14 * Hf Ta 31 W 79 Re * Os 104 Ir 150 Pt 205 Au 223 Hg * Tl 36 Pb 35 Bi 91 Po At Rn * Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Ub Uut Uuq Up Uu Uus Uuo * Lanthanides La 45 Ce 92 Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm 99 Yb Lu 33 ** Actinides Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Độ âm điện Cho biết khả ngun tử ngun tố hút mật độ electron phía tạo liên kết với ngun tử ngun tố khác Độ âm điện tuyệt đối: Theo Mulliken  = ½(I+F) (Robert Mulliken) Theo Pauling (Linus Pauling): ΔE = EA B  EAA EBB =  χ A  χ B  Với  E tính eV EXY : lượng phân ly XY  lớn hút electron lớn Trong chu kỳ: Trái sang phải X tăng Trong nhóm: Từ xuống X giảm Độ âm điện:  Theo Pauling EXY la lượng phân ly liên kết X-Y Ví du: EH–Br= 3.79 eV; EH–H =4.52 eV; EBr–Br =2.00 eV Theo Mulliken:  = 0.187(I + F) + 0.17 (Nguồn : http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity) Số oxy hóa Là điện tích dương hay âm ngun tố hợp chất tính với giả thiết hợp chất tạo thành từ ion Một số quy tắc xác định số oxy hóa ngun tố: Số oxy hóa ngun tố tự Số oxy hóa ion ngun tử điện tích ion Số oxy hóa ngun tố hợp chất cộng hóa trị điện tích ngun tử xem cặp electron liện kết chuyển hẳn ngun tử có độ âm điện lớn (Ví dụ NH3 N +3) Số oxy hóa kim loại kiềm ln +1, kiềm thổ +2 Số oxy hóa Oxy -2 (trừ F2O O-2 +2 -1) Số oxy hóa Hydro +1 (trừ hợp chất Hidrua kim loại hoạt động -1) “Tổng số oxy hóa phân tử trung hòa ngun tố 0” Theo ngun tắc tính số oxy hóa ngun tố Từ tính Kết tự quay electron (spin) Nghịch từ (diamagnetism) – Khơng có electron tự Thuận từ (paramagnetism) – Có hay nhiều electron tự Sắt từ (ferromagentism) – Là trường hợp thuận từ thân vật chất có từ tính [...]... 98.892 % 12 C + 1. 108 % 13 C Nguyên tử lượng trung bình C: (0.98892) (12 amu) + (0. 010 8) (13 amu) = 12 . 011 amu Trong hệ thống tuần hoàn là NTL trung bình Ví dụ: Chloride có 2 đồng vị, 35Cl and 37Cl, có nguyên tử lượng lần luợt là 34.96885 và 36.96590 amu Nguyên tử lượng của nó trong tự nhiên là 35.453 amu Thành phần % của từng đồng vị? Đặt x = phần trăm 35Cl, y = phần trăm 37Cl Ta có x + y = 1 y = 1 - x... khối lượng Fe thì tỉ lệ S: Fe lần lượt là 32:56; 64:56 Do đó tỉ lệ S là 32:64 = 1: 2 N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5 với 14 đơn vị khối lượng N thì tỉ lệ N lần lượt là : (8 /14 ): (16 /14 ):(24 /14 ):(32 /14 ):(40 /14 )   8 :16 :32:40 1: 2:3:4:5 Chuyển đổi nhiệt độ C = 5/9 * (F - 32) F = (9/5)*C + 32 K = C + 273 .15 BẢNG CHỮ CÁI HY LẠP TƯƠNG ỨNG : alpha (a) : iota (i) : rho (r) : beta (b) : kappa (k) : () sigma (s)... tố M: khối lượng nguyên tử, n: Hóa trị nguyên tố Ví dụ: Trong CO thì ĐC =12 /2=6 CO2 thì ĐC =12 /4=3 A là axit: M: Phân tử lượng của axit n: Số H+ tham gia phản ứng Ví dụ: H2SO4 + NaOH  NaHSO4 + H2O ĐA = 98 /1= 98 H2SO4 + NaOH  Na2SO4 + H2O ĐA = 98/2=49 A là bazơ: M: Phân tử lượng của bazơ n: Số OH- tham gia phản ứng Ví dụ: Ca(OH)2 + HCl  Ca(OH)Cl + H2O ĐA = M[Ca(OH)2] /1 Ca(OH)2 + HCl  CaCl2 + H2O ĐA... (ml.mmHg/mol.K) R = 1. 987 (cal/mol.K) Định luật Avogadro Một mol khí bất kỳ ở điều kiện tiêu chuẩn 250C, 760mmHg) phải chứa một số phân tử là 6.023x1023 N = 6.023x1023 là số Avogadro Từ đó tính được khối lượng chính xác của nguyên tử và phân tử PHẦN 2: NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ Phổ điện từ Chuyển dịch electron trong nguyên tử Hydro Lyman series => Tử ngoại (ultraviolet) n > 1 ==> n = 1 Balmer series... Al+3 ĐA = M[Al2(SO4)3]/(3x2) theo (SO4)-2 Trong phản ứng cụ thể Fe2(SO4)3 + 2NH4OH = 2Fe(OH)SO4 + (NH4)2SO4 Đ[NH4OH] = M[NH4OH] (vì chỉ có 1 nhóm OH-) Đ[Fe2(SO4)3] = Đ[Fe2(SO4)3]/ (1[ SO4-2]x2) (vì trong 2Fe.2(SO4).(SO4) có 1 nhóm SO4-2 đã bị thay thế) A là chất oxi hóa- khử: M: khối lượng phân tử chất n: số e trao đổi trong phản ứng Ví dụ: 8Al+3KNO3+5KOH+2H2O=3NH3+8KAlO2 Đ[Al] = 27/3 (Số e trao đổi từ... quan niệm hiện đại của cơ học lượng tử Ba luận điểm cơ sở của cơ học lượng tử 1 Vật vi mô đều có tính chất hạt và sóng Năm 19 24, trong luận văn Ph.D của mình, Louis de Broglie đã đưa ra giả thuyết về tính chất này qua hệ thức :  Louis de Broglie h λ= mν Hạt vi mô có khối lượng m khi chuyển động với tốc độ V sẽ tạo nên sóng truyền đi với bước sóng  2 Nguyên lý bất định Heisenberg: Năm 19 27 Werner Heisenberg... trong nguyên tử 1 Số lượng tử chính, ký hiệu n (Principal Quantum Number, số lớp electron) Số lượng tử n biểu thị kích thước của nguyên tử, n càng lớn kích thước của nguyên tử càng lớn n là số nguyên dương từ 1   và các electron trong cùng một số lượng tử chính có cùng một mức năng lượng: En