Chuyên đề 1 cấu tạo nguyên tử

CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ I Thành phần cấu tạo nguyên tử Đặc tính hạt Vỏ nguyên tử electron (e) Điện tích (q) q e  1, 602.10 19 C  hay q e   Hạt nhân proton (p) nơtron (n) 19 qn  q p  1, 602.10 C  hay q p   Khối lượng (m) m p  1, 6726.1027 kg me  9,1094.1031 kg mn  1, 6748.1027 kg II Kích thước, khối lượng ngun tử Kích thước • Ngun tử xem khối cầu, đường kính độ 0,1mm = 1A  1010 m Nguyên tử nhỏ H có bán kính khoảng 0,053 nm • Hạt nhân nguyên tử xem khối cầu, đường kính khoảng 104 A • Đường kính hạt nhân nguyên tử nhỏ hơn, vào khoảng 105 nm • Đường kính electron proton nhỏ nhiều (khoảng 10 -8 nm) Electron chuyển động xung quanh hạt nhân không gian rỗng ngun tử Khối lượng ngun tử • Điện tích proton electron có trị số trị số tuyệt đối Nhưng khối lượng c proton gấp 1836 lần khối lượng electron • Khối lượng nguyên tử tổng số khối lượng proton, nơtron electron: m NT  m p  m n  me Nhưng khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton, nên ta xem khối lượng nguyên tử gần tổng số khối lượng proton nơtron III, Hạt nhân nguyên tử Điện tích hạt nhân Nếu hạt nhân có Z proton, điện tích hạt nhân Z+ số đơn vị điện tích hạt nhân Z Ngun tử trung hồ điện nên số proton hạt nhân số electron nguyên tử Vậy: Số đơn vị điện tích hạt nhân = số proton = số electron Số khối A Bằng tổng số hạt proton (Z) số nơtron (N) A = Z+N N Chú ý: - Đối với ngun tử có < Z ≤ 82 1≤ ≤1,5 (*) Z Biểu thức thường dùng để xác định Z, N A biết tổng số hạt nguyên tử (hoặc ion)  M � M n  ne - Đối với cation: Z M  Z Mn  ; N M  N M n  � A M  A M n Σe M  Σe M n   n - Đối với anion: X � X m   me Z X  Z X m ; N X  N X m  � AX  A ΣeX  Σe X m  m IV Nguyên tố hoá học Định nghĩa Nguyên tố hoá học tập hợp ngun tử có số điện tích hạt nhân Trang Số hiệu nguyên tử Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố gọi số hiệu nguyên tử nguyên tố Số hiệu nguyên tử (kí hiệu Z) cho biết: - Số proton hạt nhân nguyên tử - Số electron nguyên tử Kí hiệu nguyên tử A Nguyên tử nguyên tố X có số hiệu nguyên tử Z số khối A, kí hiệu Z X V Đồng vị Định nghĩa Các đồng vị nguyên tố hoá học nguyên tử có số proton khác số nơtron, số khối A chúng khác Ngun tử khối ngun tử khối trung bình • Nguyên tử khối nguyên tử cho biết khối lượng nguyên tử nặng gấp lần đơn vị khối lượng nguyên tử • Hầu hết nguyên tố hoá học hỗn hợp nhiều đồng vị với tỉ lệ phần trăm số nguyên tử xác định, nên nguyên tử khối nguyên tố có nhiều đồng vị nguyên tử khối trung bình hỗn hợp đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị Giả sử nguyên tố A có hai đồng vị A1 A2 Gọi A nguyên tử khối trung bình, A nguyên tử khối đồng vị A1, x1 tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị A 1; A2 nguyên tử khối đồng vị A2, x2 tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị A2 x A x A Ta có: A  1 2 100 n x i Ai x1A1  x A  �  x n A n � i1 A  100 100 VI Vỏ nguyên tử Sự chuyển động electron nguyên tử Trong nguyên tử, electron chuyển động nhanh xung quanh hạt nhân không theo quỹ đạo xác định Vì chuyển động nhanh nên electron tạo thành quanh hạt nhân vùng không gian mang điện âm gọi electron hay obitan nguyên tử Obitan Obitan nguyên tử khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron khoảng 90% Obitan nguyên tử kí hiệu AO (Atomic Orbital) Hình dạng obitan nguyên tử Khi chuyển động nguyên tử, electron chiếm mức lượng khác đặc trưng cho trạng thái chuyển động Những electron chuyển động gần hạt nhân hơn, chiếm mức lượng thấp tức trạng thái bền hơn, electron chuyển động xa hạt nhân có n ăng lượng cao Dựa khác trạng thái electron nguyên tử, người ta phân loại thành obitan s, obitan p, obitan d obitan f Hinh dạng obitan s p biểu diễn hình sau: Tổng quát: Từ hình ảnh obitan nguyên tử, thấy: (Obitan s có dạng hình cầu, tâm hạt nhân nguyên tử Trang Obitan p gồm obitan p, p p, có dạng hình số tám Mỗi obitan có định hướng khác khơng gian (Obitan d, f có hình dạng phức tạp Lớp phân lớp electron a) Lớp electron Trong nguyên tử, electron xếp thành lớp, lớp xếp từ gần hạt nhân Các electron lớp có lượng gần Những electron lớp liên kết với hạt nhân bền chặt electron lớp Do đó, lượng electron lớp thấp lượng electron lớp ngồi Vì vậy, lượng electron chủ yếu phụ thuộc vào số thứ tự lớp Thứ tự lớp electron ghi số nguyên n= 1, 2, 3, n Tên lớp K L M N O P Q Theo trình tự xếp trên, lớp K (n=1) lớp gần hạt nhân Năng lượng clectron lớp thấp Sự liên kết electron lớp với hạt nhân bền chặt nhất, electron lớp ứng với n lớn có lượng cao Số electron tối đa lớp xác địng công thức 2n2 với ≤ n ≤ (n số thứ tự lớp) Vậy: Lớp K (n = 1) có tối đa 2e Lớp L (n = 2) có tối đa 8e Lớp M (n = 3) có tối đa 16e Lớp N (n = 4) có tối đa 32e Các lớp O, P, Q tối đa 32e b) Phân lớp electron Mỗi lớp electron phân chia thành phân lớp kí hiệu chữ viết thường: s, p, d, f Các electron phân lớp có lượng Lớp thứ n có n phân lớp (1 ≤ n ≤ 4) Các lớp có n ≥ có phân lớp Electron phân lớp gọi tên theo phân lớp Số electron tối đa phân lớp sau: * Phân lớp s có tối đa 2e, kí hiệu s2 * Phân lớp p có tối đa 2e, kí hiệu p6 * Phân lớp d có tối đa 2e, kí hiệu d10 * Phân lớp f có tối đa 2e, kí hiệu f14 Các phân lớp: s2, p6, d10 f14 có đủ số electron tối đa gọi phân lớp bão hồ Cịn phân lớp chưa đủ số electron tối đa gọi phân lớp chưa bão hồ Thí dụ phân lớp s1, p3, d7, f12, VI Năng lượng electron nguyên tử cấu hình electron nguyên tử Năng lượng electron nguyên tử a) Mức lượng obitan nguyên tử Trong nguyên tử, electron obitan có lượng xác định Người ta gọi mức lượng mức lượng obitan nguyên tử (mức lượng AO) Các electron obitan khác phân lớp có lượng Thí dụ: Ứng với n = 2, ta có hai phân lớp 2s 2p Phân lớp 2s có obitan 2s, cịn phân lớp 2p có obitan: 2p x, 2py, 2pz, Các electron obitan p phân lớp có định hướng khơng gian khác nhau, chúng có mức lượng AO b) Trật tự mức lượng obitan nguyên tử Trang Thực nghiệm lí thuyết cho thấy số hiệu nguyên tử Z tăng, mức lượng AO tăng dần theo trình tự sau: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 6f 7d 7f Từ trình tự mức lượng AO cho thấy điện tích hạt nhân tăng có chèn mức lượng, mức 4s trở nên thấp 3d, mức 5s thấp 4d, 6s thấp 4f, 5d, Các nguyên lí qui tắc phân bố electron nguyên tử a) Ngun Li Pau-li • Ơ lượng tử Để biểu diễn obitan nguyên tử cách đơn giản, người ta cịn dùng vng nhỏ, gọi lượng tử Một ô lượng tử ứng với AO • Ngun lí Pau-li Trên obitan có nhiều hai electron hai electron chuyển động tự quay khác chiều xung quanh trục riêng electron Thí dụ: Phù hợp nguyên lí Pau - li Khơng phù hợp ngun lí Pau - li Trong obitan có electron, electron gọi electron ghép đơi Khi obitan có electron electron gọi electron độc thân b) Nguyên lí vững bền Ở trạng thái bản, nguyên tử electron chiếm obitan có mức lượng từ thấp đến cao Thí dụ: Nguyên tử hiđro (Z = 1) có electron, electron chiếm obitan 1s (AO-1s) có mức lượng thấp Do biểu diễn phân bố electron nguyên tử hiđro là: H(Z= 1): 1s1 Nguyên tử heli (Z = 2) có electron Theo nguyên lí Pau-li, hai electron chiếm obitan 1s có mức lượng thấp Bởi phân bố electron obitan heli là: He (Z = 2): 1s Nguyên tử liti (Z = 3) có electron, electron trước chiếm obitan 1s bão hồ, electron cịn lại chiếm obitan 2s có mức lượng cao Do phân bố electron obitan liti là: Li (Z = 3): 1s c) Quy tắc Hun Trong phân lớp, electron phân bố obitan cho số electron độc thân tối đa electron phải có chiều tự quay giống Thí dụ: Phù hợp quy tắc Hun Trang Không phù hợp quy tắc Hun P4 Cấu hình electron nguyên tử a) Cấu hình electron nguyên tử Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn phân bố electron phân lớp thuộc lớp khác Quy trước cách viết cấu hình electron nguyên tử: - Số thứ tự lớp electron viết chữ số (1, 2, 3, ) - Phân lớp kí hiệu chữ thường (s, p, d, f) - Số clectron ghi số phía trên, bên phải phân lớp Cách viết cấu hình electron nguyên tử - Xác định số electron nguyên tử - Các electron phân bổ theo thứ tự tăng dân mức lượng AO, theo nguyên lí quy tắc phân bố electron nguyên tử (đối với ngun tử khơng có phân lớp d f thứ tự tăng dần mức trùng với cấu hình electron) - Viết cấu hình electron theo thứ tự phân lớp lớp theo thứ tự lớp electron Thí dụ: • Mg (Z = 12) Thứ tự tăng dần mức lượng cấu hình electron 1s 2s 2p6 3s • Mn (Z = 25): Do chèn mức lượng, electron phân bố sau: 1s 2s 2p6 3s 3p6 4s 3d Sau phải xếp phân lớp theo lớp � Cấu hình electron 1s 2s 2p6 3s 3p 3d 4s viết gọn [Ar] 3d 4s [Ar] cấu hình electron ngun tử ngun tố agon, khí gần đứng trước Mn Chú ý: Cần hiểu electron lớp ngồi theo cấu hình electron theo thứ tự tăng dần mức lượng Đối với số nguyên tố nhóm phụ (nhóm B), phân lớp sát lớp có electron electron thường xảy tượng "bán bão hòa gấp" "bão hòa gấp" Tức electron phân lớp ns chuyển vào phân lớp (n - 1)d để làm bền phân lớp Bán bão hồ gấp Bão hồ gấp Thí dụ: Cr (Z = 24): 1s 2 s 2 p 3s p 3d 4 s Thực tế: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s1 (do tượng "bán bão hòa gấp") Cu (Z = 29): 1s 2s 2p6 3s 3p 3d 4s Trang Thực tế: 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s1 (do tượng "bão hòa gấp") Cấu hình electron cịn mở rộng cho ion, để viết cấu hình electron ion, ta phải xuất từ cấu hình electron nguyên tử, cách bớt (cation) nhận vào (anion) số electron dùng điện tích ion Thí dụ: Cl (Z = 17) 1s 2s 2p 3s 3p � Cl  :1s 2s 2p6 3s 3p Fe (Z = 26) 1s 2s 2p6 3s 3p 4s � Fe3 : 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d b) Đặc điểm lớp electron Các electron lớp ngồi định tính chất hoá học nguyên tố - Đối với nguyên tử nguyên tố, số electron lớp tối đa Các nguyên tử có electron lớp bền vững, chúng khơng tham gia vào phản ứng hố học Đó khí (trừ He có số electron lớp ngồi 2) - Các ngun tử có 1, 2, electron lớp nguyên tử kim loại (trừ 11, He B) - Các ngun tử có 5, 6, electron lớp ngồi thường nguyên tử phi kim VII Các số lượng tử Người ta dùng số lượng tử: n, 1, m, s để đặc trưng cho trạng thái electron nguyên tử Số lượng tử (n) - Có giá trị nguyên dương, quy định mức lượng electron kích thước obitan Nếu n có giá trị nhỏ electron liên kết với hạt nhân mạnh ngược lại - Năng lượng electron xác định theo phương pháp gần Slater: • Ngun tử ion có electron: Z2 (eV) n2 Với Z điện tích hạt nhân hay số hiệu nguyên tử Chú ý leV = 1,6022.10-19 J n số lượng tử Thí dụ: Tính lượng clectron nguyên tử H theo phương pháp Slater E = -13,6 12 H (Z = 1): 1s' → Els = -13.6 = -13,6 eV • Nguyên tử ion có nhiều electron: - Trong ngun tử ion có nhiều electron electron lớp vỏ chịu tương tác hạt nhân electron khác Electron cần xét bị hạt nhân hút electron lại đây, dẫn đến liên kết electron với hạt nhân giảm - Năng lượng electron xác định công thức gần Slater: Z*2 (eV) n*2 Trong đó: Z* điện tích hạt nhân hiệu dụng Z* = Z - A Với A số chắn: A = b j E : 13.6 n* số lượng tử hiệu dụng n n* 3 3,7 6…… 4,2… Hằng số chắn A xác định bảng sau: Các ej lớp n xét Trang Các ej gây ảnh Các ej gây ảnh Các ej gây ảnh hưởng lớp hưởng lớp s,p d f hưởng lớp (n-2), (n-3), (n-1) (n+1), (n+2),… … 1,0 0,85 0,35 0 1,0 1,0 1,0 0,35 0 Giá 1,0 1,0 1,0 1,0 0,35 trị Riêng AO1s b = 0,3 Thí dụ: Áp dụng phương pháp gần Slater, tính lượng electron trường hợp sau: a) He (Z = 2) b) N (Z = 7) c) Fe (Z = 26) Giải a) He (Z = 2): 1s => b = 1.0,3 = 0,3 ; Z* = - 0,3 = 1,7 Z*2 1, � E1s  13, �*2  13.6 �  39,304(eV) n 2 b) N (Z = 7): 1s 2s 2p Ta có: - Đối với electron 1s: b = 0,3 => Z* = - 0,3 = 6,7 Z *2 6,   13, �  610,504(eV) n*2 12 - Đối với electron 2s 2p: b = 2.0,85 + 4.0,35 = 3,15 � Z* = - 3,1 = 3,9 => E1s = -13.6 Z*2 3.92   13, �  51.714(eV) n *2 22 c) Fe (Z = 26): 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d 4s � E 2s  E 2p  13.6 Ta có: - Đối với electron 1s: b = 0,3 => Z* = 26 - 0,3 = 25,7 Z*2 25.7 � E1s  13.6 �*2  13.6  8982, 664(cV) n - Đối với electron 2s 2p: b = 2.0,85 + 7.0,35 = 4,15 => Z* = 26 - 4,15 = 21,85 Z*2 21,852 � E s  E 2p  13, *2  13,  1623, 2365(eV) n 22 - Đối với electron 3s 3p: b = 2.1,0 + 8.0,85 + 7.0,35 = 11,25 � Z* = 26 -11,25 = 14,75 Z*2 14, 752   13,  328, 761(eV) n *2 32 - Đối với electron 3d: b = 18.1,0 + 5.0,35 = 19,75 47* = 26 - 19,75 = 6,25 � E 3s  E p  13, Z*2 6, 252   13.6  59, 02(eV) n *2 32 - Đối với electron 4s: b = 10.1,0 + 14.0,85 + 1.0,35 = 22,25 � Z* = 26 - 22,25 = 3,75 � E3d  13.6 Z*2 3, 752   13,  11,95(eV) n*2 42 Số lượng tử phạt - Trong lớp, l có giá trị từ đến (n - 1) Như vậy, ứng với giá trị n có n giá trị l l � E 4s  13, Trang Kí hiệu s p d f g h - Giá trị l cho biết: + Hình dạng AO (sự định hướng AO khơng gian) Thí dụ: l = => Khơng có định hướng khơng gia (ứng với AOs) l = => Có định hướng không gian (ứng với AOp) l=2 => Có định hướng khơng gian (ứng với AOd) + Giá trị lượng electron phân lớp + Nguyên tố thuộc khối nguyên tố Nếu electron cuối (điền theo mức lượng AO) có l = (khối ngyên tố s); l = (khối nguyên tố p); l = (khối nguyên tố d); l= (khối nguyên tố f) Số lượng tử từ m (hoặc ml) - Trong phân lớp m nhận giá trị từ -l đến +l Như vậy, ứng với giá trị l có 2l + giá trị m - Mỗi giá trị m ứng với obitan: + l = => m = � Có AOs + l = => m có giá trị -1 ; ; +1 => Có AOp +l = => m có giá trị -2 ; -1 ; ; +1; +2 => Có AOd +1 = = m có giá trị -3; -2 ; -1 ; ; +1, +2, +3 => AOf Số lượng tử spin S (hoặc ms ) Cho biết chiều tự quay electron (có thể xem spin tự quay electron xung quanh trục tưởng tượng) + Nếu electron chuyển động theo chiều dương (theo chiều kim đồng hồ) S = +1/2 + Nếu electron chuyển động theo chiều âm (ngược chiều kim đồng hồ) S = -1/2 Như số lượng tử spin có hai giá trị: -1/2 +1/2 VIII Phản ứng hạt nhân Năng lượng liên kết a) Lực hạt nhân Lực tương tác nuclôn (p, n) hạt nhân lực hút gọi lực hạt nhân, có tác dụng liên kết nuclơn với b) Độ hụt khối lượng liên kết *) Độ hụt khối: A - Các phép đo xác chứng tỏ khối lượng m hạt nhân Z X nhỏ khối lượng ∆m so với nuclơn tạo thành hạt nhân m  � Z m p  ( A  Z ).mn � � � m A ∆m gọi độ hụt khối hạt nhân Z X *) Năng lượng liên kết - Theo "Thuyết tương đối" Anhxtanh, nuclơn ban đầu có lượng: E0  � Z.m p  (A  Z).m n � c � � Trang c: vận tốc ánh sáng chân khơng (c= 3.108 m/s) Cịn hạt nhân tạo thành từ chúng có lượng E = m.c2 Vì lượng tồn phần bảo tồn nên có lượng: ∆E = E0 - E = ∆m.c2 toả A nuclôn kết hợp thành hạt nhân Z X A Ngược lại, muốn tách hạt nhân Z X thành nuclơn riêng rẽ phải tiêu tốn lượng ∆E để thắng lực tương tác với chúng ∆E lớn lực liên kết nuclơn mạnh Vì vậy, đại lượng ∆E = ∆m.c2 gọi lượng liên kết nuclôn hạt nhân A Z X , gọn lượng liên kết Các tia phóng xạ a) Các loại tia phóng xạ Có loại tia phóng xạ phổ biến: - Phóng xạ α (hay phân rã α) - Phóng xạ β (hay phân rã β) - Phóng xạ γ b) Bản chất tia phóng xạ *) Tia α : Chính chùm hạt 24 HE phóng từ hạt nhân với vận tốc 2.107 m/s *) Tia β: Có hai loại: tia β- (phổ biến) chùm hạt electron (kí hiệu hơn) pozitron, hay electron dương (kí hiệu 1 1 e hay e-) tia β+ (hiếm e hay e+) có khối lượng electron mang điện dương *) Tia γ: Là sóng điện từ, có bước sóng ngắn, nhỏ 10 -11 m hạt phốtơn có lượng cao Định luật phóng xạ độ phóng xạ a) Định luật phóng xạ Giả sử thời điểm xác định đó, chon t = 0, khối lượng chất phóng xạ m số hạt nhân Ng, q trình phóng xạ, số hạt nhân giảm theo thời gian, thực nghiệm chứng tỏ sau khoảng thời gian xác định T 1/2 số hạt nhân có bị phân rã thành hạt nhân khác T gọi chu kì bán rã � Sau T, 2T, 3T, , KT (K ∈ N*) số hạt nhân (số nguyên tử) N chưa bị phân rã t  N0 N0 N N N ; ; ; , � � N t  t0  N 0.2 T (1) 16 2T Trong đó: N: Số hạt nhân cịn lại sau thời gian t phân rã N0: Số hạt nhân ban đầu T: Chu kì bán rã t: Thời gian phân rã t ln 0,693t Ta có: 2 T  e  T t  e  T  e  kt ln 0, 693 0, 693   Với k = số phóng xạ T T t1/2 e  kt (1) � N t  N � (2) Các biểu thức (1) (2) biểu thị định luật phóng xạ b) Độ phóng xạ Để đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu chất, người ta dùng đại lượng gọi độ phóng xạ, xác định số phân rã giây, kí hiệu H Trang N   N e  kt   N hay : H  H e  kt t Ở H0 = kN0 gọi độ phóng xạ ban đầu (t = 0) Đơn vị: Becoren, kí hiệu Bq: 1Bq = phân rã/giây Thực tế, người ta dùng đơn vị Curi (Ci): 1Ci = 3,7.1010 Bq Phản ứng hạt nhân a) Khái niệm Là phản ứng làm thay đổi hạt nhân nguyên tố thành hạt nhân nguyên tố khác, đồng thời giải H 0 phóng lượng lớn kèm theo số hạt khác như: n, 1 e,1 e, He, � Phản ứng hạt nhân thường chia làm hai loại: * Phản ứng tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt khác A  B + C (hạt nhân mẹ) (hạt nhân con) (hạt a B) Thí dụ: 210 84 206 Po �82 Pb    He  * Phản ứng hạt nhân tương tác với dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác A+B  C +D Trong đó: A, B hạt tương tác C, D hạt sản phẩm b) Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân * Định luật bảo toàn số khối A: Trong phản ứng hạt nhân, tổng số nuclôn hạt tương tác tổng số nuclôn hạt sản phẩm * Định luật bảo tồn điện tích: Tổng đại số điện tích hạt tương tác tổng đại số điện tích hạt sản phẩm Bảo tồn điện tích bảo tồn số Z * Định luật bảo toàn lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ): Tống lượng toàn phần hạt tương tác tổng lượng toàn phần hạt sản phẩm Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân khơng có định luật bảo tồn khối lượng c) Năng lượng phản ứng hạt nhân Trong phản ứng hạt nhân, lượng bị hấp thụ toả lượng toàn phần (bao gồm động lượng nghỉ) bảo toàn Xét phản ứng hạt nhân: A + B C + D Tổng số nuclôn phản ứng bảo tồn hạt nhân A, B, C, D có độ hụt khối khác nên tổng khối lượng nghỉ: m = mA + mB hạt nhân A B không tổng lượng nghỉ m0 = mC + mD hạt sinh C D Có thể xảy hai trường hợp sau: * m < m0: Phản ứng toả lượng E   m  m  c Năng lượng dạng động hạt C D lượng hạt γ * m > m0: Phản ứng thu lượng E   m  m0  c d) Hai loại phản ứng hạt nhân toả lượng * Phản ứng nhiệt hạch: Hai hạt nhân nhẹ (A < 10) H, He, hợp lại thành hạt nhân Thí dụ: 1 H 1 H �2 He  n Toả lượng khoảng 18 MeV * Phản ứng phân hạch: Là phản ứng mà hạt nhân nặng vỡ thành hai mảnh nhę A1 A1 A Z � Z1 X1  Z X  � Trang 10 b) Thực nghiệm cho biết thời điểm khảo sát mẫu đá ura nynit có tỉ lệ khối lượng lại khối lượng 206 82 Pb 0,0453 Chu kì bán huỷ 238 92 238 92 U U 4,55921.109 năm Hãy tính tuổi mẫu đá ura nynit Giải a) 23 92 206 82 U� Pb  x He  y e 1 Áp dụng định luật bảo tồn nuclơn định luật bảo tồn điện tích, ta có hệ: � 206  x  y.0  238 �x  �� � 82  x  y  92 �y  � b) Phương trình phân rã: 238 206 92 U �82 Pb  82 He  1 e Gọi t tuổi mẫu đá Ta có: Số hạt 238 U cịn lại thời điểm t phân rã N  N0 Số hạt  206 t t1/2 � m 2u U  238N 238N  NA NA Pb tạo thành số hạt � t t N  N  N  N �  1/2 � � 238  t1/2 U phân rã: � t t � 206N �  1/2 � � �� � � m 206  206N  � Pb NA NA  � � � (2) � t t1/2 238   0, 0453 m 238U  238.2 t � � t � (1) (2) �  t � 206 �2 t1/2  1� m 206 Pb 206 �  1/2 � � � � � � � � � � 238 � � 238 � t1/2 ln �  1� 4,55921.109 ln �  1� 10 206.0, 0453 � 206.0, 0453 � 2,155.10 năm � � �t  ln ln 10 Vậy tuổi mẫu đá ura nynit 2,155.10 năm Ví dụ 2: Hồn thành phương trình phản ứng hạt nhân sau: 206 17 17 Pb  42 He a) ? � b) F �8 O  ? 82 239 4 c) 94 Pu � ? He d) H  ? �2 He e) ?1 D � 22 He Đối với định luật bảo toàn áp dụng để lập phương trình trên, phân tích ví dụ để minh hoạ Giải Kí hiệu A Z X hạt nhân nguyên tử chưa biết Áp dụng định luật bảo tồn số nuclơn định luật bảo tồn điện tích, ta có: a) A = 206 + = 210; Z = 82 + = 84 (Po) 206 206 84 Po �82 Pb  He b) A = 17 - 17 = 0; Z = 9- = 17 17 F �8 O 1 e c) A = 239 - = 235; Z = 94 - = 92 (U) Trang 18 239 94 235 Pu �92 U  42 He d) A = 2.4 - = 6; Z = 2.2 - = Li 1 D � 2 He Ví dụ 3: a) Urani thiên nhiên chứa 99,28% 238 U (có thời gian bán huỷ 4,5.109 năm) 0,72% 235 U (có thời gian bán huỷ 7,1.10 năm) Tính tốc độ phân rã đồng vị 10 gam U 3O8 điều chế b) Mari Pie Curi điều chế 226 Ra từ quặng Urani thiên nhiên 226 Ra tạo từ đồng vị hai đồng vị ? Giải a) Tốc độ phân huỷ hạt nhân dược tính theo phương trình H =  N (1)  số tốc độ phân huỷ N tổng số hạt nhân phóng xạ có thời điểm xét 0, 6931 + Trước hết cần tìm k Ta có: k = t1/2 t1/2 ta thời gian bán huỷ đầu cho + Tiếp đến tìm N sau: 238.99, 28  235.0, 72  237,9784 Nguyên tử khối trung bình U: 100 10  1,18774.102 mol Số mol U3O5 có 10 gam U3O8 là: 3.237,9784  8.16 - Số hạt nhân Urani có tổng cộng là: 1,18774.102.6,022.1023.3  2,14577.10 22 238 22 22 Trong đó: N  U   2,14577.10 0,9928  2,13.10 N  235  U  2,14577.1022.0, 0072  1,545.1020 + Dùng phương trình (1) để tính tốc độ phân rã loại hạt nhân Urani 238 U có H 238 0, 6931.2,13.1022   1, 04105 hạt nhân/giây 4,5.10 60.60.24.365 0, 6931.1,545.1020  4, 78.103 hạt nhân/giây 7,1.108 � 60.60.24.365 b) Dựa vào định luật bảo tồn số nuclơn bảo tồn điện tích, ta có phương trình 235 U có H 235  238 92 226 U �88 Ra  342 He     hay 21 e  Vậy 226 Ra điều chế từ 238 U Ví dụ 4: a) 238 U tự phân rã liên tục thành đồng vị bền chì Tổng cộng có hạt α phóng trình Hãy giải thích viết phương trình phản ứng chung q trình b) Uran có cấu hình electron [Rn] 5f 6d1 7s Nguyên tử có electron độc thân? Có thể có mức oxi hố cao ? c) UF6 chất lỏng dễ bay ứng dụng phổ biến để tách đồng vị uran Hãy viết phương trình phản ứng có UF6 tạo thành cho UF4 tác dụng với ClF3 Giải a) U 238 tự phóng xạ tạo đồng vị bền x 92 Pb với ba loại hạt bản: He, 01 e 00  Theo định luật bảo toàn số khối: x = 238 - 8.4 = 206 Vậy có 206 82 Pb Trang 19 Theo định luật bảo tồn điện tích: Vậy có hạt 1 92  (82  8.2) 6 1 e hay β- Phương trình chung: U � 206 82 Pb  He  1 e 238 92 b) Cấu hình electron [Rn] 5f 6d1 7s có số electron ngồi biểu diễn sau: Vậy nguyên tử U0 [Rn]5f 6d1 7s 238 92 U có electron độc thân (chưa ghép đơi); mức (số) oxi hố cao + � U 6  6e [Rn] c) Phản ứng: 2ClF3  3UF4 � 3UF6  Cl Ví dụ 5: 32 P phân rã β- với chu kì bán huỷ 14,28 ngày, điều chế phản ứng nơtron với hạt nhân 32 S a) Viết phương trình phản ứng hạt nhân để điều chế 32 P biểu diễn phân rã phóng xạ 32 P b) Có hai mẫu phóng xạ 32 P kí hiệu mẫu I mẫu II Mẫu I có hoạt độ phóng xạ 20 μCi lưu giữ bình đặt buồng làm mát có nhiệt độ 10°C Mẫu II có hoạt độ phóng xạ μCi bắt đầu lưu giữ thời điểm với mẫu I nhiệt độ 20°C Khi hoạt độ phóng xạ mẫu II cịn 5.10-1 μCi lượng lưu huỳnh xuất bình chứa mẫu I gam? Trước lưu giữ bình khơng có lưu huỳnh Cho: 1Ci = 3,7.1010 Bq (1 Bq = phân rã/giây); số Avogadro NA = 6,02.1023 mol-1; hoạt độ phóng xạ A =  N (  số tốc độ phân rã, N số hạt nhân phóng xạ thời điểm t) Giải a) Phương trình phản ứng hạt nhân điều chế 32 32 16 S  n �15 P 1 p Và phân rã phóng xạ 32 32 32 P :15 P �16 S  A 5.101 1 b) A    t � t  2t1/ 2 t1/2 Vậy thời gian lưu giữ chu kì bán huỷ Tốc độ phóng xạ khơng phụ thuộc vào nồng độ ban đầu nhiệt độ, nên sau thời gian t lượng mẫu 1/4 so với ban đầu Số hạt nhân 32 P mẫu I lại sau thời gian t phân rã N A N   (vì Ap = kNo) 4k � Số hạt nhân 32 P bị phân rã mẫu I số hạt nhân 32 S tạo thành: 3A N  N  N  N  4k 32 Cứ mol S ứng với NA nguyên tử có khối lượng 32 gam � Khối lượng 32 S tạo thành là: 3.A � 32 24A 24A � t1/ 24.20.3, 7.107.32.14, 28.24.60.60     5, 25.108 gam 4.kN A kN A 0, 693.N A 0, 693.6, 02.1023 Trang 20 32 P Ví dụ 6: Sự phân huỷ phóng xạ 232Th tuân theo phản ứng bậc I Nghiên cứu phân huỷ phóng xạ thori đioxit, người ta biết chu kì bán huỷ 232Th 1,39.1010 năm Hãy tính số hạt α bị xạ giây cho gam thori đioxit tinh khiết Cho số Avogadro NA = 6,022.1023 mol-1 Giải 232 90 228 Th �88 Ra  42 He Vì ThO2 phân huỷ phóng xạ theo phản ứng bậc I nên chu kì bán huỷ tính theo biểu thức: 0, 693 0, 693 t1/  hay k = t1/2 k 0, 693  1.58.1018 s 1 Vậy số tốc độ k = 10 1,39.10 365.24.3600 Trong 264 gam ThO2 tinh khiết chứa 6,022.1023 hạt 232Th Vậy gam ThO2 tinh khiết chứa:   6, 022.1023 �  2, 28.1021 hạt 232Th 264 Tốc độ phân huỷ ThO2 biểu diễn biểu thức: dN v  kN dt Do số hạt α bị xạ giây gam ThO2 tinh khiết dN v  1,58.1018.2, 28.1021  3, 60.103  s 1  dt Nghĩa có 3,60.103 hạt α bị xạ giây Ví dụ 7: a) Hồn thành phương trình phản ứng sau Có định luật áp dụng hồn thành phương trình phản ứng ? 238 230 92 U �90 Th  ? 235 92 206 U �82 Pb  ? b) Liệu pháp phóng xạ ứng dụng rộng rãi để chữa ung thư Cơ sở liệu pháp biến đổi hạt nhân 59 27 Co  n � X ? (1) X ? �60 28 Ni  �; hv = 1,25 MeV (2) α) Hãy hồn thành phương trình biến đổi hạt nhân nêu rõ định luật áp dụng để hồn thành phương trình β) Hãy cho biết điểm khác phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi hố khử (lấy thí dụ từ phản ứng (2) phản ứng: Co  Cl � CoCl Giải a) Các phương trình phản ứng: 238 230  92 U �90 Th  2 He   235 92 206 U �82 Pb  624 He  510 n    Các định luật bảo toàn số khối định luật bảo tồn điện tích áp dụng hồn thành phương trình b) α) Định luật bảo tồn vật chất nói chung, định luật bảo tồn số khối bảo tồn điện tích nói riêng, áp dụng: Điện tích: 27 + = 27; Số khối: 59 + = 60 = X 60 27 Co Trang 21 Co 10 n �60 27 Co 59 27 Số khối: 60 = 60; Điện tích: 27 = 28 + x  x = -1 Vậy có 1 e Co �60 28 Ni  1 e; hv = 1,25 MeV 60 27 β) Điểm khác nhau: - Phản ứng hạt nhân: xảy hạt nhân, tức biến đổi hạt nhân thành nguyên tố Ví dụ (b) - Phản ứng hoá học (oxi hoá khử): xảy vỏ clectron nên biến đổi dạng đơn chất, hợp chất Ví 2  dụ: Co  Cl � Co  2Cl � CoCl2 - Chất dùng phản ứng hạt nhân đơn chất hay hợp chất, thường dùng hợp chất Chất dùng phản ứng oxi hoá khử, phụ thuộc vào câu hỏi mà rõ đơn chất hay hợp chất - Năng lượng kèm theo phản ứng hạt nhân lớn hẳn so với lượng kèm theo phản ứng hố học thơng thường Ví dụ 8: Viết phương trình biến đổi hạt nhân: 61 1 10 1) 28 Ni 1 H � ? n 2) B  n � ? He 27 13 3) Al 11 H � ? 42 He 4) 82 34 Se  11 H �83 35 Br � ? n Giải Các phương trình biến đổi hạt nhân 61 61 1) 28 Ni 1 H �29 Cu  n 3) 27 13 24 Al 11 H �12 Mg  42 He 2) 10 B 10 n �37 Li  42 He 4) 82 34 82 Se 11 H �83 35 Br �35 Bi  n Ví dụ 9: Xét phản ứng phân hạch sau 235U nơtron nhiệt: 235 94 140 92 U  n �38 Sr  ( ) Xe  (�) (1) 235 92 U  n �141 56 Ba  (�)  3n (2) a) Hãy xác định tiểu phân số thiếu b) Xét phản ứng (1) nêu trên, mảnh phân hạch không bền bị phân rã β liên tiếp tạo thành Zr Ce.Viết phương trình phản ứng hạt nhân thu gọn tính tổng động phóng thích theo MeV Cho m ( 235U) = 235,0493 u ; m (94Zr) = 93,9063 u; m ( 140Ce) = 139,9054 u u = 931,5 MeV/c2 Giải a) Áp dụng định luật bảo toàn số khối định luật bảo tồn điện tích ta có: 235 94 144 92 U  n �38 Sr  54 Xe  20 n (1) 235 92 b) 94 38 92 U 10 n �141 56 Ba  36 Kr  30 n (2) Sr �94 40 Zr   (3) Xe �140 58 Ce   (4) 140 54 Cộng vế (1), (3), (4) ta được: 235 94 140 92 U �40 Zr  58 Ce    n m0  m mm   235 94  U  235, 0493u  Zr  m  140  Ce  m(n)  93,9063+139,9054+1,00862  213, 29487MeV Ví dụ 10: Hãy thay dấu (?) kí hiệu thích hợp viết phương trình phản ứng hạt nhân cho biến đổi dãy sau: 238 92 (3)  (4) (1) (2) U �� � ? 23490Th �� �91 Pa  ? ���   ? ��� He  ? 234 Giải Trang 22 238 92 (3) (1) (2) ( 4) 234  �� �    242 He  226 U �� �2 He+90 Th �� � 234 �2 He 8222 88 Ra �� 91 Pa   Rn 4 Cho X, Y hai phi kim, nguyên tử X Y có số hạt mang điện nhiều số hạt khơng mang điện 14 16 Biết hợp chất XYn - X chiếm 15,0486% khối lượng - Tổng số proton 100 - Tổng số nơtron 106 a) Xác định tên hai nguyên tố X, Y viết cấu hình electron nguyên tử chúng b) Xác định công thức hợp chất XYn Tổng số proton, nơtron, electron nguyên tử hai nguyên tố M X 82 52 M X tạo thành hợp chất MXa, phân tử hợp chất có tổng số proton nguyên tử 77 a) Viết cấu hình electron ngun tử ion bền tạo từ M N b) Xác định công thức hợp chất MXa Viết cấu hình electron nguyên tử ion sau trạng thái bản: Mn2+ (Z = 25); Cu (Z = 29); K (2= 19); S2- (Z = 16) Cấu hình electron nguyên tố X 5p Tỉ lệ số nơtron điện tích hạt nhân 1,3962 Số nơtron nguyên tử X gấp 3,7 lần số nơtron nguyên tử Y Khi cho 10,725 gam X tác dụng với lượng dư X thu 45,65 gam sản phẩm có cơng thức XY a) Viết đầy đủ cấu hình electron nguyên tử nguyên tố X b) Xác định số hiệu nguyên tử, số khối tên X, Y c) X Y kim loại hay phi kim? a) Các ion X+, Y+ ngun tử Z có cấu hình electron 1s 2s 2p6 ? Viết cấu hình electron nguyên tử trung hòa X Y ? b) Tổng số proton, nơtron, electron nguyên tử nguyên tố A 34 Viết cấu hình electron nguyên tử A cho biết kim loại, phi kim hay khí Nguyên tử nguyên tố hóa học X có tổng số hạt proton, nơtron, electron 180, tổng hạt mang điện gấp 1,4324 lần số hạt không mang điện a) Viết cấu hình electron nguyên tử X Cho biết X kim loại hay phi kim b) Viết cấu hình electron nguyên tử nguyên tố mà electron ngồi 4s Từ cho biết tên nguyên tố, số hiệu nguyên tử số electron hóa trị chúng a) Nguyên tố X, cation Y2+, anion Z có cấu hình electron 1s 2s 2p6 X, Y, Z kim loại hay phi kim? Tại sao? b) Viết cấu hình electron Cu (Z = 29) Trên sở hay giải thích Cu có hóa trị I II Hoạt tính phóng xạ 210 84 Pb giảm 6,85%, sau 14 ngày Xác định số tốc độ phân rã, chu kì bán huỷ thời gian bị phân rã 75% Hai hợp chất X, Y có cơng thức (AB)x (CD)y với A C kim loại B D phi kim X Y có tổng số electron 28 a) Xác định x, suy cơng thức X Y b) Chọn công thức ứng với trường hợp X, Y hợp chất có tính cộng hóa trị cao tính ion Giải thích c) Viết phương trình phản ứng X, Y với dung dịch HCl gọi tên sản phẩm tạo 10 Ion X3+ có phân lớp electron lớp ngồi 3d2 a) Hãy viết cấu hình electron nguyên tử X ion X 3+ Từ xác định điện tích hạt nhân X3+ vị trí X bảng tuần hồn Trang 23 b) Hai electron 3d2 ứng với giá trị số lượng tử n số lượng tử phụ l ? 13 a) Radi nguyên tố thổ kiềm (z = 88) Hãy cho biết nguyên tố thể kiềm có số thứ tự Z bao nhiêu? b) Sự nghiên cứu hướng đến điều chế nhân tạo nguyên tố có số thứ tự 112, 118 theo dự kiến nguyên tố có độ bền tương đối Hãy giải thích điều dựa vào cấu hình electron chúng 14 Tổng số hạt nguyên tố X 108 a) Viết cấu hình electron X b) Xác định cấu hình electron X, biết X nhóm VA có số < 82 15 a) Hãy điểm sai cấu hình electron sau: (1) 1s 2s1 2p5 (2) 1s 2s 2p5 3s 3p6 4s 3d (3) 1s 2s 2p 4p 4s b) Viết lại cho cấu hình Mỗi cấu hình cấu hình hạt nào? Hãy viết phương trình phản ứng chứng minh tính chất hố học điện hình (nếu có) hạt đó? 16 Cho hợp chất MxRy M chiếm 52,94% khối lượng Biết x + y = Trong nguyên tử M số nơtron nhiều số proton Trong nguyên tử R số nơtron số proton Tổng số hạt proton, nơtron electron X 152 Xác định công thức X 17 Hợp chất N tạo thành từ cation X + anion Y2- Mỗi ion nguyên tử hai nguyên tố tạo nên Tổng số p X+ 11, tổng số electron Y2- 50 Hãy xác định công thức phân tử gọi tên N, biết nguyên tố thuộc phân nhóm thuộc hai chu kì liên tiếp 18 Phân mức lượng cao hai nguyên tố X, Y 3d x 3py Cho biết x+y = 10, hạt nhân nguyên tử Y có số proton bằng số nơtron a) Viết cấu hình electron nguyên tử X,Y xác định X, Y b) Hợp chất A tạo X Y có tổng số hạt proton phân tử 58 Viết phương trình ion biểu diễn q trình hịa tan A dung dịch HNO 3, biết phản ứng Y bị oxi hóa đến mức cao làm khí NO 19 226 88 Ra có chu kì bán huỷ 1590 năm Hãy tính khối lượng mẫu Ra có cường độ phóng xạ Curi (1 Ci= 3,7.1010 Bq) 20 Phi kim X có electron viết sau ứng với số lượng tử có tổng đại số 2,5 Tìm phi kim X viết cấu hình electron, quy ước mộ nhận giá trị từ âm sang dương 21 Phịng thí nghiệm có mẫu phóng xạ 198Au với cường độ 4,0 mCi/1 gam Au Sau 48 người ta dung dịch có độ phóng xạ 0,5 mCi/1 gam Au Hãy tính số gam dung mơi khơng phóng xạ pha với gam Au để có dung dịch nói Cho 198Au có T = t1/2 = 2,7 ngày đêm 22 Một mẫu đá chứa 13,2 μg 238 92 U 3,42 μg 206 82 Pb, biết chu kì bán huỷ 238 92 U 4,51.109 năm Hãy tính tuổi mẫu đá 23 Khi bắn phá 235 92 U nơtron ta thu 146 57 La 87 35 B Hãy viết phương phản ứng phân hạch tính lượng giải phóng (theo Jun) nguyên tử 235 92 U, n, 146 57 La, 87 35 235 92 U (Cho biết khối lượng Br theo thứ tự là: 235,004u; 1,00862u; 145,943u; 86,912u; c = 3.108 m/s; l u= 1,6605.10-27 kg) 24 60Co dùng y học để điều trị số bệnh ung thư có khả phát tia γ để huỷ diệt tế bào ung thư 60Co phân rã phát hạt β- tia γ, có chu kì bán huỳ 5,27 năm a) Viết phương trình phản ứng phân rã hạt nhân 99 Co b) Nếu ban đầu có 3,42 mg 60Co sau 30 năm lại gam? Trang 24 25 Urani (Z = 92) nguyên tố phóng xạ tồn tự nhiên Nó hỗn hợp hai đồng vị 238 U (99,3%, T = 4,47.109 năm) 235U (0,7%, T = 7,04.108 năm) Cả hai đồng vị phóng xạ a và tạo phản ứng tổng hợp hạt nhân Sự phân rã chúng sinh lượng khác hạt α β-, qua nhiều trình phân rã khác dẫn đến việc hình thành đồng vị bền Pb 207 82 206 82 Pb cách tương ứng Các trình gọi hai chuỗi phóng xạ Sự phóng xạ α - không chịu ảnh hưởng trình phân rã khác - khơng chịu ảnh hưởng chuyển hố a) Tính số hạt α β- sinh hai chuỗi phóng xạ  238 U �206 Pb 235 U �207 Pb  b) Trong chuỗi phóng xạ (họ phóng xạ), số nguyên tố hoá học xuất nhiều lần Vậy từ hạt nhân nguyên tố A sau phóng xạ lại tạo hạt nhân khác nguyên tố A (gần nhau) 26 Có cách viết cấu hình electron Ni2+ là: Cách 1: Ni2+: 1s 2s 2p 3s 3p6 3d8 Cách 2: Ni 2 :1s 2s 2p6 3s 3p6 3d 4s Áp dụng phương pháp gần Slater tính lượng electron Ni 2+ với cách viết (theo đơn vị eV) Cách viết phù hợp với thực tế? Tại sao? 27 Mẫu vật KCl nặng 2,71 gam có tốc độ phân rã 4490 phân rã/giây KCl dùng hố phân tích dạng nguyên tử đánh dấu Người ta lại biết đồng vị phóng xạ 40K chiếm tới 1,17% hỗn hợp đồng vị kali Hãy xác định thời gian bán huỷ 40K cho nhận xét lượng 40K thể người Cho số Avogadro NA = 6,023.1023 a) Gọi ZX, ZY số proton X, Y; NX, NY số nơtron X, Y Ta có: �Z x  nZ y  100 � Z x  N x  n  Z y  N y   206 � Ax  nAY  206 (1) � �N x  nN y  105 Ax 15, 0486  (2) Ax  nAy 100 (1)(2) � AX  Z X  N Y = 31 (3) Mặt khác: 2Z X  N X = 14 (4) (3)(4) => ZX = 15 NX = 16 � X photpho (P) Thay ZX, NX vào hệ ta được: n(NY – ZY) = (5) Ngoài ra: 2ZY – NY = 16 (6) (5) + (6) � ZY  16  n Do ZY ∈ N* => n = Nếu n = => ZY = 21 (T1) (Loại) Nếu n = => ZY = 17 (Cl) (Nhận) Vậy Y clo (Cl) Cấu hình electron nguyên tử: P(Z = 15): 1s 2 s 2 p 3s p Cl (Z = 17): 1s 2s 2 p 3s p b) Công thức hợp chất PCl5 a) Kí hiệu số p, n, e nguyên tử X Z, N, E theo đầu ta có: Z + N + E = 52 (vì ngun tử trung hồ điện Z = E) Trang 25 � 2Z + N= 52 � N = 52 - 2Z N Đối với nguyên tử bền (trừ H): 1� �1,5 � Z�52  2Z�1,5Z Z • Z = 15 (P) � N = 22 � A = 37 (loại photpho khơng có đồng vị 37 15 • Z = 16 (S) � N = 20 � A = 36 (loại lưu huỳnh khơng có đồng vị • Z = 17 (Cl) � N = 18 � A = 35 (nhận clo có đồng vị 35 17 P) 36 16 S) Cl) Kí hiệu số p, n, e nguyên tử M Z �, N�, E �theo đầu ta có: Z' + N'+E' = 82 hay 2Z' + N' = 82 � N' = 82 – 2Z' � � Mặt khác: Z  77  17a � 82 82 �Z � � 3,5 82 82 �77  17a� � 2,92�a�3,15 3,5 � a  � Z�  26 (Fe) Vậy X Cl M Fe Cấu hình electron nguyên tử ion: Cl (Z = 17): 1s 2s 2p 3s 3p5  C1-: 1s 2s 2p6 3s 3p6 Fe (Z = 26): 1s 2 s 2 p 3s p 4s 3d � Cấu hình electron: 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d 4s � Fe2 :1s 2s 2p 3s 3p 3d � Fe3 :1s 2s 2p6 3s 3p 3d b) Công thức phân tử hợp chất FeCl3 Mn (Z = 25): 1s 2s 2p6 3s 3p 3d 4s � Mn 2 :1s 2s 2p6 3s 3p 3d Cu (Z = 29): 1s 2s 2p6 3s 3p 3d10 4s1 K (Z = 19): 1s 2s 2p 3s 3p6 4s1 S (Z = 16): 1s 2s 2p6 3s 3p4 � S  :1s2 2s2 2p6 3s 3p a) Cấu hình electron đầy đủ X: 1s 2s 2p6 3s 3p 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p5 � Z X = số e = 53 � NX = 1,3962 ZX � N X  1,3962 Z X  1,3962.53  74 � A X  53 + 74 = 127 Vậy X iot (I) NX 74   20 Số nơtron nguyên tử Y: NY  3, 3, X  Y � XY 10, 725 10,725 45, 65 �  � AY  39 � ZY = 39 – 20 = 19 AY AY 127  A Y Vậy Y kali (K) a) Ứng với cấu hình electron: 1s 2s 2p có ion nguyên tử: Ion Na (Z = 11) + 2+ Mg (Z = 12) Cấu hình electron nguyên tử 2 Na: 1s 2s 2p 3s Mg :1s 2s 2p 3s Trang 26 A13+ (Z = 13) Al :1s 2s 2p 3s 3p1 F- (Z = 9) F :1s 2s 2p5 O2- (Z = 8) O :1s 2s 2p N3-( Z = 7) N :1s 2s 2p C4-(Z = 6) C :1s 2s 2p Ne ( Z= 10): 1s 2s 2p b) Gọi Z, N số proton số nơtron A Ta có: 2Z + N = 34 N 34  2Z �1,5 Từ điều kiện: 1� �1,5 � 1� Z 34 34 � �Z  � 9, 71�Z�11,33 3,5 • Z = 10 (Ne) => N = 34 - 20 = 14 (loại Ne khơng có đồng vị 24 10 Ne) • Z = 11 (Na) => N = 34 - 2.11 = 12 (nhận) Cấu hình electron Na: 1s 2s 2p6 3s1 Na kim loại điển hình có electron lớp ngồi � Z  N  180 �Z  53 �� a) Theo dể ta có hệ: � 2Z  1, 4324N  �N  74 � � X iot (I) Cấu hình electron I là: 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s 5p5 Iot phi kim điển hình có electron lớp ngồi b) Nếu ngun tố thuộc nhóm A � Cấu hình electron đầy đủ: 1s 2s 2p 3s 3p6 4s1 � Z = số e = 19 => Kali (K) có electron hóa trị Nếu nguyên tố thuộc nhóm B có lớp ngồi 4s nên xảy tượng "bán bão 10 hòa gấp”  �.3d 4s ��3d 4s  "bão hòa gấp"  �3d 4s ��.3d s  � Cấu hình electron đầy đủ: • 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d 4s1 � Z = 24  Crom (Cr) có ÷ electron hóa trị • 1s 2s 2p 3s 3p 3d10 4s1 � Z = 29  Đồng (Cu) có electron hóa trị Chú ý: Đối với ngun tố nhóm A số electron hóa trị số electron lớp ngồi Cịn ngun tố nhóm B bao gồm electron lớp số electron phân lớp sát lớp a) X: 1s 2s 2p6 � X khí có electron lớp Y  :1s 2s 2p6 � Y :1s 2s 2p 3s � Y kim loại có electron lớp Z- : 1s 2s 2p6 � Z :1s 2s 2p5 � Z phi kim có electron lớp ngồi b) Cu (Z = 29): 1s 2s 2p6 3s 3p6 4s 3d � 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s1 Do có electron lớp ngồi nên Cu có hóa trị I Tuy nhiên, electron phân lớp 4s nhảy sang phân lớp 3d tượng "bão hòa gấp" liên kết yếu với obitan 3d nên dễ bị bứt khỏi nguyên tử Cu để tạo liên kết với nguyên tử nguyên tố khác nên Cu có hóa trị II m  k1 Ta có: m  m0 e � kt  ln m Trang 27 m 100 � k  ln  ln  0, 00507 (ngày) t m 14 100  6,85 Chu kì bán huỷ: t1/  ln 0, 693   136, (ngày) k 0, 00507 100 ln  273, (ngày) 0, 00507 100  75 a) Nếu x ≥ A + B ≤ 14 khoảng khơng có cặp kim loại phi kim thỏa mãn Vậy x = => A + B = 28 � Cơng thức X, Y là: KF, CaO, ScN, NaCl, MgS, AlP b) Các chất MgS AlP thỏa mãn X, Y với tính cộng hóa trị cao tính ion hiệu số độ âm điện = 2,5 - 1,2 = 1,3 < 1,7 2,1 – 1,5 = 0,6 < 1,7 MgS  2HCl � MgCl  H 2S � c) AlP  3HCl � AlCl3  PH3 Thời gian phân rã 75% là: t  2 6 10 a) X3 : 1s 2s 2p 3s 3p6 3d 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s � Z X 3  Z X  23 b) Hai electron 3d ứng với giá trị n = = 13 a) Nguyên tố thổ kiềm có số Z = 88 + 14 + 10 + + = 120 (5f) (6d) (8s) (7p) 14 10 b) 112Y có cấu hình e: [Rn] 5f 6d 7s � Phân lớp 6d bão hịa Z có cấu hình e: [Rn] 5f 14 6d10 7s p � Lớp vỏ có cấu trúc khí trơ 14 a) p  c  n  Z  N  108 N 108 108 �Z� � 30,85�Z�36 Mà: 1� �1,5 � Z 3, � Z nhận giá trị từ 31 đến 35 Cấu hình electron: • Ga (Z= 31): 1s 2s2 2p6 3s 3p6 3d10 4s2 4p1 118 • Ge (Z = 32): 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s 4p • As (Z = 33): 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s 4p3 • Se (Z = 34): 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s 4p • Br (Z = 35): 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s 4p5 b) Khi biết X thuộc nhóm VA có số electron ngồi � Cấu hình electron là: 1s 2s 2p6 3s 3p6 3d10 4s 4p3 15 a) (1) sai phân lớp 2s1 chưa đủ clectron 2s điền vào 2p (2) sai thứ tự 2p53s2 chưa đủ electron (3) sai kí hiệu số lượng từ sai thứ tự s, p phần b) Viết đúng: (1) 1s 2s 2p5 cấu hình electron F có tính oxi hố mạnh (2) 1s 2s 2p6 3s 3p 3d 4s cấu hình electron Fe có tính khử (3) 1s 2s 2p 3s 3p cấu hình electron khí trơ Ne cation K +, Ca2+ có tính oxi hố yếu anion Cl-, S2+ có tính khử 16 Ta có: %R = 100% - %M = 100% - 52,94% = 47,06 % x  ZM  N M  27 xM 52,94 27 �   �  (1) yR 47, 06 24 y  Z R  N R  24 Trang 28 Mặt khác x+y=5 NM – ZM = NR = ZR x  N M  2Z M   y  N R  2Z R   152 (2) (3) (4) (5) Thay (3)(4) vào (1) (5) ta được: x  2Z M  1 27  � 48ZM x  24x  54ZR y (6) y.2 ZR 24 x.3Z M  x  y.3Z R  152 � Z R � y 152  3Z M x  x 152  3Z M x  x (7) 2736  42 x Thay (7) vào (6) ta rút ra: Z M  102 x Vì x nguyên < x <  x = 1, 2, 3, x.3Z M  x  y.3Z R  152 � Z R y  x ZM 26,4 13 8,53 6,29 => x = ZM = 13 (A1) Thay x, ZM vào (2) (7) ta tìm được: y = 3, ZR = (O) => X Al2O3 17 a) Xét cation X+ =[AxBy]+ �x  y  p x  pB y 11 �p A   2, Theo đề ta có hệ: � x y �p A x  pB y  11 Giả sử pA < pB � 1�p A  p  2,  pB � pA =  H ( nhận) pB =  He ( loại) Thay pA = vào hệ trên, ta rút ra: pB   (1�y�4) y Do pB �N � y = y =2 y = y pB 3 Vì B phi kim nên có cặp nghiệm: y= pB =7 phù hợp  => B Nitơ (N) => x = – 1= => ion X+ NH Xét ion Y2- ≡  Cn Dm  2 tương tự ta có hệ: nm 5 � p n  pD m 48 �p C   9, � nm �pC n  pD m   50(*) Giả sử pC < pD � p C  p = 9,6 � C thuộc chu kỳ Do C, D thuộc nhóm hai chu kì liên tiếp nên cách � pD  pC  Thay m = - n pD = + pC vào phương trình (*) ta được: pC  PC nguyên 1�n�4 Ta có bảng sau: n pC 16/5 8(1  n) Điều kiện: 24/5 32/5 Trang 29 Cặp nghiệm hợp lý là: n = pC = (O) � m  1, p D  16(S) 2 � Ion Y 2 SO Hợp chất M (NH4)2SO4 18 a) Theo để ra, phân mức lượng cao hai nguyên tố X, Y 3dx 3py → X nguyên tố nhóm B, Y nguyên tố nhóm A Cả X, Y thuộc chu kì 2 y Cấu hình electron Y là: 1s 2s 2p 3s 3p (1�y�6) � PY  12  y Trong hạt nhân nguyên tử Y: PY =NY =12+y Y Px Kết luận 13 loại 14 loại 15 loại 16 nhận 17 loại 18 loại � y = 4, PY = NY = 16 � Y S (Z = 16): 1s 2s 2p 3s 3p Do: x + y = 10 => x = 10 - y = 10 - = Thứ tự phân mức lượng X: 1s 2s 2p6 3s 3p 4s 3d � Cấu hình electron: 1s 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 4s � X Fe b) Đặt CTTQ A là:FenSm Theo để ta có phương trình: 58  26n �1 � 1�n�1, 615 � n  m = 26n + 16m = 58 � m = 16 � A FeS2 FeS2  5NO3  H  � Fe3  2SO 24  5NO �2 H O 19 Theo biểu thức H =  dN  kN  3, 7.1010 Bq dt Trong N số ngun tử Ra, cịn k  ln 3, 7.1010 �N � t1/ t1/2 0, 693 10 t1/2  1590.365.24.60.60  5,014.10 giây 226N 226.3, 7.1010.5, 014.1010   gam 6, 022.1023 0.693.6, 022.10 23 20 Vì X phi kim nên � l = n ≤ Theo đề ta có: n +l + m1 + ms = 2,5 Thay l = vào ta được: n + m1 + ms = 1,5 Ta thấy ms nhận hai giá trị + 1/2 - 1/2, m1 nhận ba giá trị +1, 0, -1 - Nếu ms = +1/2 � n + m1 = Do n ≤ nên suy ra: n = m1 = -1 � Cấu hình electron lớp ngồi cùng: � mRa  � Cấu hình electron đầy đủ: 1s 2s 2p1 � X bo (B) - Nếu ms = - 1/2 � n+ l + m1 = Vì l =1=> n+ m1 = (n ≥ 2) => -1 ≤ m1 ≤ => m = -1 ứng với n = m1 = ứng với n = • Nếu n = 3, l = 1, m1 = -1, ms = -1/2 => Cấu hình electron lớp ngồi cùng: Trang 30 � Cấu hình electron đầy đủ: 1s 2s 2p6 3s 3p6 (Z = 18 ) � X argon (Ar) loại Ar khí • Nếu n = 2, l = 1, m1 = 0, ms = -1/2 => Cấu hình electron lớp ngồi cùng: � Cấu hình electron đầy đủ: 1s 2s 2p5 (Z = 9) � X Flo (F) 21 t = 48 = ngày đêm Áp dụng biểu thức tốc độ phản ứng chiều bậc cho phản ứng phóng xạ, ta có: 0, 693 0, 693 k  = 0,257 (ngày đêm)-1 t1/2 2,7 Từ phương trình động học phản ứng chiều bậc nhất, ta có: N N  N 0e  kt �  e  kt  e 0.2572 = 0,598 No Như vậy, sau 48 độ phóng xạ mẫu ban đầu H  kN 0e  kt  H 0e  t  4.0,598  2,392(mCi) Số gam dung môi trơ cần dùng là: 22 Ta có: k  0, 693 0, 693   1,54.1010 (năm) t1/2 4,51.109 238 92 Số nguyên tử ban đầu N0  2,392  = 3,784 (gam) 0,5 U: m0 N A 13, 2.106 � NA  238 238 238 92 Số nguyên tử  kt U lại sau thời gian t phân rã: N  N 0e   13, 2.106.N A  e  kt  � N  N  N  N  e  kt  Từ phương trình phân rã: � Số nguyên tử  238 92 206 82 U� 238 Pb  He  810 n    U bị phân rã số nguyên tử 13, 2.106.N A  e t 238 238 92    3, 42 �10 6 206 82 Pb tạo thành: � NA 206 � 238.3, 42 � � 238.3, 42 � � t   ln � 1   ln � 1 � � 2,31.10 năm 10 k � 206.13, � 1,54.10 206.13, � � 235 146 87 23 Phương trình phản ứng phân hạch: 92 U  n �57 La  35 Br  30 n m  235, 044  (145, 943  86, 912  2.1, 00862)  0,17176u E  mc  0,17176.1,6605.10 27  3.108  24 a) Phương trình phân rã: 60 27  2,567.1011 J Co �60 28 Ni  1 e   b) Khối lượng 60Co lại sau thời gian t= 30 năm phân rã Trang 31 m mo t T  3, 42.103 30 5.27  6, 61.105 gam 2 25 a) Khi xảy phân rã β- , nguyên tử khối không thay đổi Khi xảy phân rã α, nguyên tử khối thay đổi 4u 238 92 206 U �82 Pb  842 He( hay  )  01 e  hay    235 92 207 U �82 Pb  42 He( hay  )  01 e hay     b) Điều xảy tiếp sau phân rã α (Z = 2) hai phân rã β (Z = -2) liên tiếp) 26 • Với cách viết 1: [AI]3d8 E1s  13.6 (28  0,3)  10435,1eV 12 E2s,2p  13, (28  0,85.2  7.0,35)  1934 ,0 eV 22 E 3s,3p  13, (28  1.2  0,85.8  7.0,35)2  424, 0eV 32 (28  1.18  7.0,35) E 3d  13,  86,1 eV 32 � E1  2E1s  8I2 s ,2p  8E 3s,3p  8l3d  40423, eV • Với cách viết 2: [Ar]3d 4s E1s , E 2s,2p , E 3s,3p có kết Ngoài ra: E3d  13, (28  1.18  5.0,35)  102,85 eV 32 (28  1.10  14.0,85  0,35)  32,8 eV 3, • E1 thấp (âm) E2, cách viết ứng với trạng thái bền Kết thu phù hợp với thực tế trạng thái ion Ni2+ có cấu hình electron [Ar]3d8 27 Số nguyên tử 40K ban đầu có 2,71 gam mẫu vật phóng xạ KCl E4s  13, 2, 71.0, 0117.6, 023.10 23  2,56.10 20 nguyên tử 74,5 H 0, 693  Tốc độ phân rã ban đầu: H  kN0 � k  No t1/2 N0  � t1/2  0, 693N 0, 693.2.56.1020   3,95.1016 giây H0 4490 T lớn nên lượng 40K tồn thể người Trang 32 ... = 11 ): 1s 2s 2p 3s1 � Na10 :1s1 Mg (Z = 12 ): 1s 2s 2p 3s � Mg 11? ?? :1s1 Al (Z = 13 ): 1s 2s 2p 3s 3p1 � Al13 :1s1 Suy ra:   11 2  ? ?16 45, 6(eV) 12   12 2  ? ?19 58, 4(eV) 12 E1 Na10  ? ?13 , E1... O 19 Theo biểu thức H =  dN  kN  3, 7 .10 10 Bq dt Trong N số nguyên tử Ra, k  ln 3, 7 .10 10 �N � t1/ t1/2 0, 693 10 t1/2  15 90.365.24.60.60  5, 014 .10 giây 226N 226.3, 7 .10 10.5, 014 .10 10... thể:   E1 Al12   ? ?13 ,   : I    E , Mg   ? ?19 58.4 (eV) : I    E , Al   2298, (eV) Na10 : I10   E1 , Na10   ? ?16 45.6 (eV) Mg 11? ?? Al12 11  14 12  12 Ví dụ 4: Hợp chất M tạo thành