Bài giảng hóa đại cương full

CHƯƠNG 1: NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ NGTỬ SƠ LƯỢC VỀ CÁC THUYẾT CẤU TẠO NGUYÊN TỬ CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON NGUYÊN TỬ THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ ĐIỆN TÍCH HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ CẤU TRÚC ELECTRON NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC CẤU TRÚC ELECTRON NGUYÊN TỬ VÀ SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ TRONG HTTH CHƯƠNG 3: CHƯƠNG I. NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC CHƯƠNG II. ĐỘNG HÓA HỌC CHƯƠNG III. DUNG DỊCH CHƯƠNG IV. ĐIỆN HÓA HỌC

Chương I

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

Chương I

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

I. NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ NGTỬ

II. SƠ LƯỢC VỀ CÁC THUYẾT CẤU TẠO SƠ LƯỢC VỀ CÁC THUYẾT CẤU TẠO

NGUYÊN TỬ

III. CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON NGUYÊN

TỬ THEO

TỬ THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

IV. NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON

I NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ

NGUYÊN TỬ

1. Nguyên tử

2. Quang phổ nguyên tử

1 Nguyên tử

Tên Ký

hiệu

Khối lượng Điện tích(kg) đvklnt (C) Tương

đối đ/v

eĐiện

2 Quang phổ nguyên tử

White light passed

through a prism

Quang phổ vạch (Line Spectra)

Light passed through a

prism from

an element produ Line Spectra ces a

discontinuou

s spectrum of

specific

colors

Quang phổ phát xạ ngtử (atomic emission spectra)

N2 spectrum (with tube)

H2

II SƠ LƯỢC VỀ CÁC THUYẾT

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

3. Mẫu nguyên tử theo Bohr Mẫu nguyên tử theo Bohr (1913)

Niels Bohr

Niels Bohr

J J Thomson

Rutherford’s Interpretation

1. Tính lưỡng nguyên của các hạt vi mô

2. Nguyên lý bất định Heisenberg và khái

niệm đám mây điện tử

 Các chất vi mô có cả tính chất hạt và tính chất sóng

Đối với electron:

a Nguyên lý bất định

Heisenberg

0 8

8 28

27

A 16 1 cm

10 16

.

1 10

10 1

9 14

3 2

10 625

.

6 v

m 2

Werner Heisenberg

b Khái niệm đám mây electron

 Không thể dùng khái niệm quỹ đạo

 CHLT: khi CĐ xung quanh hạt nhân, e đã tạo ra một vùng không gian mà nó có thể có mặt ở thời điểm bất kỳ với xác suất có mặt khác nhau.

 Vùng không gian = đám mây e: mật độ của đám mây  xác suất có mặt của e

 CHLTQuy ước: đám mây e là vùng không gian

gần hạt nhân trong đó chứa khoảng 90% xác

suất có mặt của e Hình dạng đám mây - bề

mặt giới hạn vùng không gian đó.

eV n

Z J

n

Z Z

h n

me

2 2

2 18

2 2

2

2 0

4

6 13 10

18 ,

1 1

n

l

l Z

n

a r

 Giá trị: n = 1, 2, 3, …, 

mức năng lượng

 Xác định:

 Trạng thái năng lượng của electron

 Kích thước trung bình của đám mây electron

n 1 2 3 … + Mức năng lượng E1 E2 E3 … E

 Các mức năng lượng

• Emin - mức cơ bản

• E>min - mức kích thích 

hc E

E

E  kt  cb 



• Quang phổ của các ngtử là quang phổ vạch

• Quang phổ của mỗi nguyên tử là đặc trưng

 Số lượng tử từ m l và các

AO Giá trị: ml = 0, ±1, …, ± l → Cứ mỗi giá trị

của l có (2l + 1) giá trị của ml .

 Xác định: hướng của đám mây trong

không gian: Mỗi giá trị của ml ứng với một cách định hướng của đám mây electron

 Đám mây electron được xác định bởi ba

số lượng tử n, l, ml được gọi là orbitan

nguyên tử (AO) Ký hiệu:

Hình: các AO p, d

 Số lượng tử spin m s

 Xác định: trạng thái chuyển động riêng của e – sự tự quay quanh trục của e.

 Giá trị: ms = ± ½ ứng với hai

chiều quay thuận và nghịch kim

đồng hồ.

 Mỗi tổ hợp n,l, ml ms tương ứng 1e

IV NGUYÊN TỬ NHIỀU e

trong nguyên tử nhiều e.

ngtử nhi ề u e.

3. Công thức electron nguyên tử.

Ví dụ: N 1s22s22p3

1 Tthái E của e trong ngtử

 Khác nhau giữa nguyên tử 1e và nhiều e:

 Năng lượng: phụ thuộc vào cả n và l

 Lực tương tác: + lực hút hạt nhân – e + lực đẩy e – e

→ Xuất hiện hiệu ứng chắn và

hiệu ứng xâm nhập

 Hiệu ứng chắn

 các lớp electron bên trong biến thành màn chắn làm yếu lực hút của hạt

nhân đối với các electron bên ngoài.

 Hiệu ứng chắn tăng khi:

 số lớp electron tăng

 số electron tăng

Z S

Z’ = Z - S

Z

Hình: Hiệu ứng chắn

 Hiệu ứng xâm nhập

 ngược lại với hiệu ứng chắn: Khả năng

xâm nhập giảm khi n và l tăng

→ Thứ tự năng lượng của các phân lớp

trong ngtử nhiều e:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p

< 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s

< 5f  6d

2 Các quy luật phân bố electron vào nguyên tử nhiều e.

a. Nguyên lý ngoại trừ Pauli

b. Nguyên lý vững bền

 Quy tắc Hund

 Quy tắc Klechcowski

a Nguyên lý ngoại trừ

PauliTrong 1 ngtử không thể có 2e có cùng 4 số lượng tử.

 Một AO chứa tối đa 2e có spin ngược dấu

Lớp

n

Giá trị l

Phâ n

lớp

số f.lớp trg lớp n

Gía trị

ml

số AO trg lớp n

số e max trg lớp n

 Điền e vào các phân lớp có (n + l) tăng dần.

 Khi (n + l) = nhau: điền e vào phân mức có n 

 Quy tắc Hund: Khi e không đủ để bão hòa

một phân mức: Emin - khi các AO được sử dụng tối đa

 Quy ước: Điền e có spin dương trước, âm sau

  0

8

2

2 2

2 2

2 2

m z

y x



a Phương trình sóng

Schrödinger

 E – năng lượng toàn phần của hạt vi mô

 V - thế năng, phụ thuộc vào toạ độ x, y, z

  - hàm sóng đối với các biến x, y, z mô

tả sự chuyển động của hạt vi mô ở điểm

x, y, z.

  2 – mật độ xác suất có mặt của hạt vi

mô tại điểm x, y, z.

  2 dV – xác suất có mặt của hạt vi mô

trong thể tích dV có tâm xyz

Erwin Schrödinger

HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

CHƯƠNG II

Dimitri Mendeleev

CHƯƠNG II HỆ THỐNG TUẦN

III. CẤU TRÚC ELECTRON NGUYÊN TỬ V

À SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA C

ÁC NGUYÊN TỐ TRONG HTTH

I ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ

ĐIỆN TÍCH HẠT NHÂN

NGUYÊN TỬ

 Tính chất các đơn chất cũng

như dạng tính chất của các

hợp chất thay đổi tuần hoàn

theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử.

Modern Periodic Table

II ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ

ĐIỆN TÍCH HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

1 Các họ nguyên tố s, p, d, f

a Các nguyên tố họ s

(ns1,2) :

ns1 – kim loại kiềm

ns2 – kim loại kiềm thổ

Beyond the d-orbitals

lanthanidesactinides

d-transition elements

f-transition elements

s- and p-orbitals

1s 2s 2p

B: 1s2 2s22p1

electron hoá trị

s- and p-orbitals

1s 2s 2p

N: 1s2 2s22p3

O: 1s2 2s22p4

s- and p-orbitals

1s 2s 2p

F: 1s2 2s22p5

Ne: 1s2 2s22p6

s- and p-orbitals

Na: 1s22s22p63s1 or [Ne]3s1

Mg: 1s22s22p63s2 or [Ne]3s2

P: [Ne]3s23p3Ar: [Ne]3s23p6

2 Chu kỳ.

 Là dãy các nguyên tố viết theo hàng ngang

 trong CK tính chất các ngtố biến đổi tuần hoàn

 STT chu kỳ = n của lớp electron ngoài cùng

3 Nhóm:

 Phân nhóm: Các ngtố có cấu trúc e tương tựCác ngtố có cấu trúc e tương tự

nhau  tính chất hóa học tương tự nhau

là cột dọc các ngtố có tổng số e hóa trị bằng nhau

 8 phân nhóm chính A (nguyên tố họ s và p)

 8 phân nhóm phụ B (nguyên tố họ d và f)

 Phân nhóm chính A (nguyên tố họ s

và p)

Số thứ tự PN chính = tổng số e ở lớp ngoài cùng ( tổng số e hóa trị)

IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA

ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6

 tính kim loại tăng, tính phi kim giảm

 tính khử tăng, tính oxi hóa giảm

 Trong một chu kỳ :

 số lớp e không thay đổi,

 tổng số e lớp ngoài cùng tăng  lực hút của hạt nhân đối với e ngoài cùng tăng:

 tính kim loại giảm, tính phi kim tăng

 tính khử giảm, tính oxi hóa tăng

1 Bán kính nguyên tử và ion

a. Quy ước về bán kính

b. Bán kính nguyên tử

c. Bán kính ion

a Quy ước về bán kính

 Coi nguyên tử hay ion như những hình cầu.

 Hợp chất là các hình cầu tiếp xúc nhau.

 Bán kính nguyên tử hay ion được xác định Bán kính nguyên tử hay ion được xác định dựa

trên khoảng cách giữa các hạt nhân nguyên tử

 bán kính hiệu dụng r phụ thuộc vào:

bản chất nguyên tử

đặc trưng liên kết

trạng thái tập hợp

b Bán kính nguyên tử

 Trong một chu kỳ: r do Z

Trong chu kỳ nhỏ: r giảm rõ rệt

Trong chu kỳ lớn: e điền vào (n - 1)d  hiệu ứng chắn 

r giảm chậm và đều đặn hơn

Trong một phân nhóm chính:

số lớp e  hiệu ứng chắn r

Trong một phân nhóm phụ : r nhưng không đều

Từ dãy 1 xuống dãy 2: r do tăng thêm một lớp e

Từ dãy 2 xuống dãy 3: r hầu như không tăng do hiện tượng co lantanit

Bán kính nguyên tử

Trong chu kỳ nhỏ(1,2,3) khi Z  thì

r  đều

Bán kính nguyên tử

Trong một chu kỳ lớn khi Z  thì r  chậm, không

đều

Trends in Atomic Size

Atomic Number

Sizes of Transition Elements

Sizes of Transition Elements

Trong một phân nhóm chính

số lớp e  hiệu ứng chắn r

23 V 1,33 Å

24Cr 1,25 Å

40Zr

1,59 Å

41Nb 1,41 Å

74W 1,37 Å

Bán kính ion



A r r r

Đối với các ion trong cùng phân nhóm có Đối với các ion trong cùng phân nhóm có

điện tích ion giống nhau: khi Z ngtử ↑thì r

↑

r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)<r(Fr+)

r  khi lực hút của hạt nhân đối với e ngoài cùng 

Z’ = Z – S : Z’ tăng khi Z tăng và S giảm (khi tổng e giảm)

Đối với các ion đẳng e: r ion ↓ khi Z ↑

Đối với các ion trong cùng phân nhóm có điện tích ion giống nhau: r ↑ khi Z ngtử ↑

Đối với cation của cùng một ngtố: ↓ khi n↑

EOS

Trends in Ion Sizes

Đối với các ion đẳng e: r ion ↓ khi

Z ↑

r(8O2-)>r(9F-)>r(11Na+

>r(12Mg2+)>r(13Al3+)

2 Năng lượng ion hóa I

 Năng lượng ion hóa I là năng lượng cần tiêu tốn để tách một e ra khỏi nguyên tử ở thể khí và không bị kích thích.

 Trong PNP : I ↑

PNP có đặc điểm: e điền vào (n – 1)d , còn lớp ngoài cùng

ns2 không thay đổi Do đó:

Z ↑↑  lực hút hạt nhân – e (ns2) ↑↑ → I ↑

Tính đối xứng của các AO (n – 1)d ≠ AO ns  tăng hiệu ứng xâm nhập của các e (ns) → I ↑

Sự biến đổi năng lượng ion hóa trong

chu kỳ

B: 1s22s22p1

O: 1s22s22p4

New subshell, electron is easier to remove First paired electron in 2p orbital: repulsion.

Trends in Ionization Energy

Active Figure 8.13

Trends in Ionization Energy

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 0

Sự biến đổi năng lượng ion hóa

trong phân nhóm chính

Năng lượng ion hóa

giảm theo chiều Z

Sự biến đổi năng lượng ion hóa

trong phân nhóm phụ

Năng lượng ion

Sự biến đổi năng lượng ion hóa

trong phân nhóm phụ IIIB (n-1)d1ns2

3 Ái lực electron F

 Ái lực e F là năng lượng phát ra hay thu vào khi kết

hợp một e vào nguyên tử ở thể khí không bị kích thích X(k) + e = X - (k), F =  H

F có giá trị càng âm thì nguyên tử càng dễ nhận e, do đó tính phi kim và tính oxi hóa của nguyên tố càng mạnh

Trends in Electron Affinity

4 Độ âm điện 

Trong mỗi chu kỳ khi đi từ trái sang phải, độ âm điện tăng lên

Trong mỗi nhóm khi đi từ trên xuống, độ âm điện giảm

* Chú ý: độ âm điện không phải là đại lượng cố định của một

nguyên tố vì nó được xác định trong sự phụ thuộc vào thành phần

cụ thể của hợp chất

Đặc trưng cho khả năng hút mật độ e về phía mình khi tạo

liên kết với nguyên tử của nguyên tố khác

Mối liên hệ giữa độ âm điện và các loại liên kết

Linus Pauling,

1901-1994

The only person to receive two unshared Nobel prizes (for  Peace and Chemistry). 

Chemistry areas: bonding, electronegativity, protein 

structure

Electronegativity

Electronegativity, 

Electronegativity, 

Mối liên hệ giữa độ âm điện

5 Số oxy hóa

Hóa trị - số liên kết hóa học mà một ngtử tạo nên trong phân

tử

Số oxi hóa: là điện tích dương hay âm của ngtố trong hợp

chất được tính với giả thiết rằng hợp chất được tạo thành từ các ion

Số oxi hóa dương cao nhất của các nguyên tố = số thứ tự của nhóm

Số oxi hóa âm thấp nhất của phi kim = 8 - số thứ tự nhóm

Một số quy tắc xác định số oxi hóa bền của các nguyên tố:

Chương III LIÊN KẾT HÓA HỌC

VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ

I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

II. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ

III. LIÊN KẾT ION

IV. LIÊN KẾT KIM LOẠI

V. LIÊN KẾT VAN DER WAALS

VI. LIÊN KẾT HYDRO

III LIÊN KẾT ION

1. Thuyết tĩnh điện về liên kết ion

2. Khả năng tạo liên kết ion của các n

guyên tố

3. Tính chất của liên kết ion

4. Sự phân cực ion

Tương tác hóa học xảy ra gồm hai giai đoạn:

 Nguyên tử truyền e cho nhau tạo thành ion

 Các ion trái dấu hút nhau theo lực hút tĩnh điện

Na + Cl  Na+ + Cl–  NaCl2s22p63s1 3s13p5 2s22p6 3s13p6

1 Thuyết tĩnh điện về liên kết

ion

Khả năng tạo lk ion phụ thuộc vào khả năng tạo ion của các ngtố:

+

-Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân cực ion: phụ thuộc vào điện

tích, kích thước và cấu hình e của các ion

→ Anion thường có kích thước lớn hơn → dễ bị phân cực

Cation thường có kích thước nhỏ hơn → tác dụng phân cực lớn hơn

↑ khi lực hút hn – e ↓:

↑ khi điện trường của nó tạo ra càng mạnh

4 Sự phân cực ion:

Ảnh hưởng của sự phân cực ion đến tính chất các hợp chất ion

Độ bền: Sự phân cực ion↑ → tính cht↑ → q’ của ion ↓ → lực hút giữa

các ion↓ → U ↓ → độ bền của tinh thể ion ↓→ Tnc, Tply↓

Chất LiF LiCl LiBr LiI

Tnc, 0 C 848 607 550 469 Chất MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3

IV LIÊN KẾT KIM LOẠI

1. Các tính chất của kim loại

2. Cấu tạo kim loại và liên kết kim loại

3. Thuyết miền năng lượng về cấu tạo kim

loại

4. Áp dụng thuyết miền năng lượng để

giải thích tính dẫn điện của chất rắn

Những ion dương ở nút mạng tinh thể

Các e hóa trị tự do chuyển động hỗn loạn trong toàn bộ tinh thể KL → khí e

2 Cấu tạo kim loại và liên kết kim

loại

3 Thuyết miền năng lượng về cấu

tạo kim loại

4 Áp dụng thuyết miền năng

lượng để giải thích tính dẫn điện

của chất rắn

a. Kim loại

b. Chất cách điện

c. Chất bán dẫn

V LIÊN KẾT VAN DER WAALS

tác tĩnh điện

 Là loại liên kết xuất hiện giữa các phân tử

 Có thể xuất hiện ở những khoảng cách tương

Tương tác khuyếch tán:

Tương tác cảm ứng:

Tương tác định hướng:

VI LIÊN KẾT HYDRO

1. Khái niệm và bản chất của liên kết hydro

2. Đặc điểm

 Liên kết hydro là loại lk yếu, yếu hơn nhiều so với lk cht nhưng mạnh hơn lk Van der Waals.

 Lk hydro càng bền khi X- có giá trị  càng lớn

3. Ảnh hưởng của lk hydro đến tính chất của các chất:

liên kết hydro làm:

 Tăng T s , T nc của các chất có lk hydro

 Giảm độ acid của dung dịch

 Tăng độ tan trong dung môi

 Trong sinh học, lk hydro giúp tạo các cấu trúc bậc cao cho glucid, protid…

HÓA ĐẠI CƯƠNG

PHẦN II.

CÁC QUY LUẬT DIỄN RA CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

CHƯƠNG I NHIỆT ĐỘNG LỰC

HỌC CỦA CÁC QUÁ TRÌNH

HÓA HỌC

HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT

C HỌC VÀ CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC

I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

và nhiệt động hóa học

1 Khái niệm về nhiệt động lực học và nhiệt động hóa học

 Xác định năng lượng liên kết

 Dự đoán chiều hướng diễn ra của

quá trình hóa học

 Hiệu suất của phản ứng

2 Một số khái niệm cần thiết

a. Hệ hóa học

b. Pha

c. Trạng thái và quá trình

d. Các hàm nhiệt động

b Pha

 Là tập hợp những phần đồng thể của hệ

 Giống nhau về thành phần hóa học và tính chất hóa lý.

 Được phân cách với các pha khác bởi bề mặt phân

chia pha.

 Hệ 1 pha: hệ đồng thể

 Hệ nhiều pha: hệ dị thể

c Trạng thái và quá trình

 Trạng thái

 Quá trình

 Các thông số trạng thái

Quá trình

Quá trình bất thuận nghịch: Tất cả các quá trình tự diễn ra trong tự

nhiên đều là bất thuận nghịch.

Quá trình thuận nghịch

 Các thông số trạng thái

 Định nghĩa: là các đại lượng vật lý và nhiệt

động biểu diễn trạng thái của hệ

 Phân loại:

• Thông số khuyếch độ (dung độ) (có tính cộng): là

các thông số phụ thuộc vào lượng chất: V, m, năng lượng

• Thông số cường độ (đặc trưng cho hệ): là các

thông số không phụ thuộc vào lượng chất: T, p, d,

C, thể tích riêng, thể tích mol …

d Các hàm nhiệt động

 Hàm nhiệt động là các hàm số đặc trưng cho các trạng thái và quá trình nhiệt động.

 Phân loại hàm nhiệt động

 Hàm trạng thái: chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ chứ không phụ thuộc vào cách biến đổi hệ: P, V, T, U

 Hàm quá trình: phụ thuộc cách biến đổi của hệ: A, Q

II NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ HIỆU ỨNG NHIỆT

1. Nguyên lý I của nhiệt động lực học

và các đại lượng nhiệt động

2. Hiệu ứng nhiệt của các quá trình

hóa học và phương trình nhiệt hóa học

3. Định luật Hess và các hệ quả

4. Tính hiệu ứng nhiệt và năng lượng

liên kết

1 Nguyên lý I và các đại lượng nhiệt động

a. Nguyên lý I của nhiệt động lực

Nội năng U

 Nội năng: dự trữ năng lượng của chất

U = E toàn phần – (động năng + thế năng).

 Đơn vị đo: J/mol, cal/mol

 Không thể xác định được U: U = U 2 – U 1

 Xác định U: Q = U + A = U + p V

Trong quá trình đẳng tích: V = 0

QV = U