Chöông môû ñaàu Trang CHƯƠNG MỞ ĐẦU I Lịch sử phát triển hoá học Vào thiên niên kỷ thứ – trước công nguyên, Ai cập, lưỡng hà, Trung quốc người ta biết nhiều hợp chất hoá học hương liệu, dầu thảo mộc, dược liệu, chất màu oxyt sắt, son,… Người ta biết trình bay hơi, lọc, lên men,… Vào thởi kỳ trung cổ ( kỷ 4- 17 ) hoá học phát triển trào lưu giả kim thuật với mục tiêu biến kim loại không quí thành vàng, chế thuốc trường sinh dung môi vạn năng… Tất nhiên cố gắng họ thất bại, nhiên suốt chục kỷ miệt mài họ khám phá số chất hoá học số tượng hoá học ghi lại tác phẩm luận văn đầy lời lẽ thần bí, khó hiểu Khi lịch sử nhân loại bước sang thời kỳ phục hưng ( kỷ 14 – 17 ) lịch sử hoá học chuyển sang giai đoạn : thời kỳ hoá y học hoá kỹ thuật Các nhà hoá học thầy thuốc lúc cho hoá học phải phục vụ đời sống ( chế thuốc cải tiến trình sản xuất đặc biệt trình luyện kim ) Vào kỷ 17 hiểu biết thực tế hoá học tích lũy phong phú tiến lý thuyết chậm chạp Nhu cầu phát triển sản xuất đòi hỏi nhà hoá học phải giải nhiều vấn đề Một vấn đề liên quan tới phát triển nhanh chóng ngành luyện kim nhiệm vụ giải thích cách khoa học tượng khử oxít kim loại 60 năm đầu kỷ 19 thời kỳ nhà hoá học liên tục khám phá định luật đương lượng, tạo sở để hình thành thuyết nguyên tử, phân tử Việc thiết lập thuyết nguyên tử - phân tử gắn liền với tên tuổi nhà bác học Đantôn ( 1766 – 1844 ), Gay – luytxăc ( 1778 – 1850 ), Beczêliuyt ( 1779 – 1848 ), Avôgadrô ( 1776 – 1856 ),… việc xây dựng toàn hệ thống khái niệm hoá học sở quan niệm thuyết nguyên tử - phân tử, công việc đặc biệt phải kể đến công lao nhà bác học ý Cannizarô ( 1826 – 1910 ) Từ sau năm 1860, sau thiết lập thuyết nguyên tử - phân tử, sở khoa học toàn kiến thức hoá học – hoá học bắt đầu thời kỳ phát triển rực rỡ Các ngành khoa học hoá học ( hoá vô cơ, hữu cơ, hoá lý, hoá phân tích,…) phát triển đặc biệt mạnh mẽ Chính vào thời kỳ hình thành nhiều lý thuyết tảng hoá học nhiệt động lực hoá học, động hoá học, điện hoá học,… Đầu kỷ 20, khoa học khám phá cấu tạo phức tạp nguyên tử phát triển lý thuyết lượng tử mối tương tác nguyên tử hình thành phân huỷ mối liên kết hoá học hoá học lại bước vào bước phát triển mới: sâu vào chất điện tử tượng hoá học II Một số khái niệm bản, định luật hoá học Một số khái niệm ♦ Nguyên tử: loại hạt sở để hình thành chất hoá học Nguyên tử phần nhỏ nguyên tố tham gia vào thành phần phân tử đơn chất hợp chất Chöông môû ñaàu Trang Mỗi nguyên tử cấu tạo từ hạt nhân mang điện tích dương hay nhiều điện tử mang điện tích âm quay chung quanh Đặc trưng quan trọng nguyên tử điện tích dương hạt nhân Mỗi loại nguyên tử đặc trưng điện tích hạt nhân xác định, hợp thành nguyên tố hoá học có cấu trúc vỏ điện tử giống có tính chất hoá học giống Trong nguyên tử trung hoà điện, điện tích dương hạt nhân tổng điện tích âm điện tử quay chung quanh Nguyên tử có khả nhường bớt hay thu thêm số điện tử lớp để tạo thành ion mang điện tích dương hay âm bị biến dạng nhiều lớp vỏ điện tử tương tác với nguyên tử khác Tuy nhiên trình hoá học, hạt nhân nguyên tử bảo toàn, nhờ dù có biến đổi nữa, nguyên tử luôn có khả phục hồi trở lại trạng thái đầu, tức dạng trung hoà điện ♦ Phân tử: Là phần nhỏ chất, có khả tồn độc lập, có tất tính chất hoá học đặc trưng cho chất Những tập hợp hữu hạn nguyên tử có thành phần cấu trúc xác định Mỗi tập hợp gọi phân tử Trong phân tử nguyên tử liên kết với bền Mỗi phân tử gồm hay nhiều nguyên tử loại hay khác loại kết hợp với theo tỷ lệ định, trật tự xác định ♦ Đơn chất: gồm hay nhiều nguyên tử nguyên tố Ví dụ: natri ( Na ), hidro ( H2 ), ozon ( O3 ) ♦ Hợp chất: gồm nhiều nguyên tử nguyên tố khác Ví dụ: Nước ( H 2O ) muối ăn hai hợp chất ♦ Nguyên chất hoá học: tập hợp gồm phân tử loại ♦ Hỗn hợp: bao gồm nhiều loại phân tử Khối lượng nguyên tử phân tử Để đo khối lượng nguyên tử phân tử người ta dùng thứ đơn vị riêng đơn vị cacbon viết tắt đ.v.c Đơn vị cacbon 1/12 khối lượng nguyên tử 12C 12C đồng vị phổ biến thiên nhiên nguyên tố cacbon Khối lượng nguyên tử hay nguyên tử lượng khối lượng nguyên tử tính đơn vị cacbon Ví dụ nguyên tử hidro có khối lượng 1,00797 đ.v.c ( phép tính hoá học thông thường coi ≈ đ.v.c ) Cứ đơn vị cacbon 1,6607.10 -24 gam Khối lượng phân tử hay phân tử lượng khối lượng phân tử tính đ.v.c Ví dụ phân tử nước có khối lượng 18,01534 đ.v.c (trong phép tính hoá học thông thường coi ≈ 18 đ.v.c) Nguyên tử gam (khối lượng mol nguyên tử) nguyên tố lượng nguyên tố tính gam Có số gam số khối lượng nguyên tử Chöông môû ñaàu Trang Phân tử gam (khối lượng mol phân tử) chất lượng chất tính gam Có số gam số khối lượng phân tử Ion gam (khối lượng mol ion) khối lượng tính gam mol ion Ví dụ ion gam Na+ nặng 23 gam Số nguyên tử (hay phân tử) có chứa nguyên tử gam (hay phân tử gam) gọi số Avôgađrô kí hiệu N0 Ngày người ta xác định số Avôgađrô xấp xỉ 6,0229 1023 Ký hiệu hoá học, công thức hoá học, phương trình hoá học a) Ký hiệu hoá học Dùng để biểu diễn nguyên tố Ký hiệu hoá học thường lấy hay hai chữ đầu tên Latinh nguyên tố Mỗi ký hiệu hoá học mang ý nghĩa : - Chỉ nguyên tố hoá học cho - Chỉ nguyên tử nguyên tố - Chỉ lượng nguyên tố nguyên tử gam nguyên tố b) Công thức hoá học Dùng để biểu diễn chất Một công thức hoá học mang ý nghĩa : - Cho biết tỷ lệ kết hợp nguyên tử nguyên tố chất hoá học - Chỉ lượng chất “ phân tử gam” chất Trong trường hợp chất hoá học tồn dạng phân tử có thành phần xác định công thức hoá học đồng thời công thức phân tử có ý nghĩa sau : - Chỉ phân tử chất cho - Cho biết số nguyên tử nguyên tố phân tử - Chỉ lượng chất phân tử gam chất Để viết công thức phân tử hợp chất phải nắm vững khái niệm hoá trị “ Hoá trị đại lượng đặc trưng cho khả nguyên tử nguyên tố cho kết hợp (hay thay thế) số xác định nguyên tử nguyên tố khác” Ngoài công thức phân tử người ta dùng phổ biến công thức cấu tạo c) Phương trình hoá học Dùng để biễu diễn phản ứng hoá học Ví dụ: 2H2O + O2 Chất tác dụng ban đầu → 2H2O Sản phẩm Có thể phân loại phản ứng hoá học nhiều cách: - Căn vào số lượng thành phần chất tác dụng ban đầu sản phẩm, ta có: Phản ứng hoá hợp, phản ứng phân tích, phản ứng thế, phản ứng trao đổi Chöông môû ñaàu Trang 10 - Căn vào hiệu ứng nhiệt, ta có: Phản ứng toả nhiệt, phản ứng thu nhiệt - Căn vào chiều hướng diễn biến ta có: Phản ứng chiều phản ứng thuận nghịch - Căn vào thay đổi số oxi hoá nguyên tố ta có: Phản ứng oxi hoá khử, phản ứng oxi hóa khử (thường gọi phản ứng trao đổi) Một số định luật a) Định luật thành phần không đổi “ Một hợp chất dù điều chế cách có thành phần xác định, không đổi” Ví dụ: Nước điều chế nhiều cách khác nhau, song phân tích thành phần người ta thấy nước gồm nguyên tố hiđro oxi với tỷ lệ khối lượng không đổi b) Định luật tỉ lệ bội “ Nếu hai nguyên tố kết hợp với cho số hợp chất ứng với khối lượng nguyên tố này, khối lượng nguyên tố tỉ lệ với số nguyên đơn giản” Ví dụ: Nitơ tạo với oxi năm oxit, ứng với đơn vị khối lượng nitơ khối lượng oxi oxit : 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 = : : : : c) Định luật bảo toàn khối lượng “ Tổng khối lượng sản phẩm thu tổng khối lượng chất ban đầu tác dụng ” Định luật bảo toàn khối lượng hoàn toàn xác phản ứng hoá học không kèm theo hiệu ứng nhiệt d) Định luật đương lượng ♦ Đương lượng nguyên tố “Đương lượng nguyên tố lượng nguyên tố kết hợp thay mol nguyên tử hiđro phản ứng hoá học ” “Khối lượng đương lượng (hay đương lượng khối) nguyên tố khối lượng tính gam đương lượng nguyên tố ” Khối lượng đương lượng (kí hiệu Đ) nguyên tố tính từ khối lượng mol nguyên tử (A) hoá trị (n) nguyên tố theo công thức : Ñ = A n Ví dụ : Fe có A = 55,84, ứng với trạng thái hoá trị : 2, 3, có trị số đương lượng 27,92; 18,61; 9,31 ♦ Đương lượng hợp chất Chöông môû ñaàu Trang 11 Sau người ta mở rộng khái niệm đương lượng cho hợp chất cách định nghĩa : “Đương lượng hợp chất lượng chất tương tác vừa đủ với đương lượng hiđro hay chất khác” Ví dụ: Trong phản ứng CuO H2 : CuO + H2 → Cu + H2O Đương lượng CuO ½ mol phân tử CuO “Khối lượng đương lượng (hay đương lượng khối) hợp chất khối lượng đương lượng hợp chất tính gam ” Khối lượng đương lượng (kí hiệu Đ) nguyên tố tính từ khối lượng mol nguyên tử (A) hoá trị (n) nguyên tố theo công thức : Ñ = M n : n có ý nghĩa khác tùy loại phản ứng: - Đối với phản ứng trao đổi, n tổng số đơn vị điện tích mà phân tử hợp chất trao đổi với phân tử khác - Đối với axít, n số ion H+ phân tử tham gia phản ứng - Đối với bazơ, n số ion OH- phân tử tham gia phản ứng - Đối với muối, n tổng số điện tích ion dương tổng số điện tích ion âm phân tử tham gia phản ứng Ví dụ đương lượng khối H3PO4 phản ứng sau: H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O MH3PO4 MH3PO4 MH3PO4 (trong trường hợp n số nguyên tử H ; ; phân tử axít thực tế tham gia phản ứng) bằng: Còn đương lượng khối H2SO4 phản ứng sau: NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl, bằng: MH2SO - Đối với phản ứng oxi hoá khử, n số electron mà phân tử chất khử cho (hay phân tử chất oxi hoá nhận) Ví dụ:đương lượng khối KMnO4 phản ứng sau: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O là: MKMnO4 = 158 = 31,6 Chöông môû ñaàu Trang 12 ♦ Định luật đương lượng Cho phản ứng: bB + → cD dD Thì khối lượng chất phản ứng tỉ lệ với sau : mB : mC : mD = b.MB : c.MC : d.MD Nhưng tìm tỉ số khối lượng chất phản ứng cách đơn giản từ tỉ số đương lượng chúng Định luật đương lượng phát biểu sau : Khối lượng chất phản ứng tỉ lệ với tỉ lệ đương lượng chúng, nghĩa là: mB : mC : mD = ĐB : ĐC : ĐD Ví dụ cho phản ứng : Na2CO3 + CH3COOH CH3COONa + CO2 + H2O cần biết khối lượng xôđa, đương lượng phản ứng M/2 (53), đương lượng axít axêtíc khối lượng phân tử (60) Khi ta có : m CH3COOH mNa2CO3 = 60 mNa2CO3 60 ⇒ mCH3COOH = 53 53 Định luật tỷ lệ thể tích chất khí “Ở nhiệt độ áp suất, thể tích khí tham gia phản ứng (chất tác dụng ban đầu sản phẩm ) tỉ lệ với số nguyên đơn giản” Ví dụ: N2 + → 3H2 NH3 Quan hệ thể tích chất khí tham gia phản ứng sau: VN2 : VH : VNH3 = 1: : Định luật Avogadro “Ở điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích chất khí chứa số phân tử ” (nói khác số mol khí) Phương trình Clapeyron – Mendeleyer Mối liên hệ khối lượng m gam chất khí có khối lượng mol phân tử M với tham số nhiệt động p, V, T khối khí cho phương trình Clapeyron – Mendeleyer : p.V = m R.T = n.R.T M Số trị R phụ thuộc vào đơn vị đo: J mol.K 8,3143 lit.atm mol.K 0,082057 Cal mol.K 1,98725 Chöông môû ñaàu Trang 13 Áp suất riêng khí - định luật Dalton “ Áp suất chung hỗn hợp chất khí không tham gia tương tác hoá học với tổng áp suất riêng khí tạo nên hỗn hợp ”