Đối với hóa trị của nguyên tố trong hợp chất ion (điện hóa trị), hóa trị dương cao nhất của những nguyên tố s, p nhìn chung bằng đúng số electron lớp ngoài cùng, trừ một vài ngoại lệ nh[r]
(1)CHUYÊN ĐỀ 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC- LIÊN KẾT HÓA HỌC PHẦN I: LÝ THUYẾT
I CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Nguyên tử hạt vơ nhỏ bé lại có cấu tạo phức tạp 1 Cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử gồm phần:
- Vỏ nguyên tử: gồm electron (e) chuyển động nhanh: me = 9,1094.10-31kg; qe = -1,602.10-19C
- Hạt nhân nguyên tử: hầu hết tạo thành từ proton nơtron (trừ ngun tử 1H hạt nhân khơng có nơtron)
+ Proton (p): mp = 1,6726.10-27kg; qp = 1,602.10-19C hay 1+ đơn vị điện tích + Nơtron (n): mn = 1,6748.10-27kg; qn =
Tóm tắt cấu tạo nguyên tử 2 Kích thước khối lượng nguyên tử
- Kích thước nguyên tử: Ngun tử có kích thước vơ nhỏ bé
Nếu hình dung nguyên tử cầu electron chuyển động nhanh xung quanh hạt nhân, ngun tử có đường kính khoảng 10-10m
Để biểu thị kích thước n; guyên tử, người ta dùng đơn vị nanomet (viết tắt nm) hay angstrom (kí hiệu Å)
1nm = 10-9m; 1Å=10-10m; 1nm=10Å
a) Nguyên tử nhỏ ngun tử hiđro có bán kính khoảng 0,053nm b) Đường kính hạt nhân ngun tử cịn nhỏ hơn, vào khoảng 10-5nm
Như vậy, đường kính nguyên tử lớn đường kính hạt nhân khoảng 10.000 lần Nếu hình dung hạt nhân cầu có đường kính 10cm ngun tử cầu có đường kính 1.000m = 1km
(2)- Khối lượng nguyên tử: Khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu hạt nhân (vì khối lượng e nhỏ bé) Do cách gần coi khối lượng nguyên tử khối lượng hạt nhân
- Ta biết 1gam chất chứa hàng tỉ tỉ ngun tử, thí dụ 1gam cacbon có chứa năm mươi nghìm tỉ tỉ nguyên tử cacbon;
Để biểu thị khối lượng phân tử, nguyên tử, hạt proton, nowtron, electron người ta dung đơn vị u gọi đvC
1u = 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị cacbon 12
Nguyên tử có khối lượng 19,9265.10-27kg ≈ 12u
Khối lượng nguyên tử hidro 1,6738.10-27kg ≈ 1u
3 Mối quan hệ loại hạt nguyên tử
- Vì nguyên tử trung hịa điện nên ngun tử ln có: số p = số e
- Với nguyên tử bền: số p ≤ số n ≤ 1,5.số p hay ≤ n/p ≤1,5 (với nguyên tử có số p ≥ 82 khơng bền chất phóng xạ)
4 Các đại lượng đặc trưng nguyên tử cách kí hiệu nguyên tử
Nguyên tử có đại lượng đặc trưng số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) số khối (A) - Số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) = số electron (E) = số proton (P) = số hiêu nguyên tử - Số khối (A) = Z + N (số nơtron)
Cách kí hiệu đầy đủ nguyên tử X: ZAX 5 Ngun tố hóa học đơng vị
- Nguyên tố hóa học nguyên tử có điện tích hạt nhân
- Đồng vị tượng nguyên tử có số proton khác số nơtron, số khối A chúng khác
(3)- Số khối: A = Z + N
- Số khối A số proton Z (số đơn vị điện tích hạt nhân, số hiệu nguyên tử) đại lượng đặc trưng cho nguyên tử
II ĐỒNG VỊ
Hầu hết nguyên tố hoá học tập hợp nhiều đồng vị Vậy kiến thức đồng vị có nội dung hay gặp dạng tập đồng vị?
1 Khái niệm đồng vị
- Đồng vị tượng nguyên tử có số proton khác số nơtron, số khối A chúng khác
Đồng vị nguyên tố Hidro - Hầu hết nguyên tố hoá học tập hợp nhiều đồng vị - Công thức tính khối lượng ngun tử trung bình đồng vị:
A = (M1.x1 + M2.x2 + )/(x1 + x2 + ) Trong đó:
+ M1, M2, Mn số khối đồng vị
+ x1, x2, xn số mol, % số mol; số nguyên tử; % số nguyên tử; thể tích; % thể tích khí) 2 Các dạng tập đồng vị
(4)- Tính nguyên tử khối trung bình đồng vị - Tính số khối đồng vị chưa biết
- Tính % khối lượng đồng vị hợp chất III CẤU HÌNH ELECTRON
Vỏ nguyên tử phận cấu thành nên nguyên tử Vỏ nguyên tử hình thành từ electron Trong vỏ nguyên tử, electron chuyển động phân bố nào? …
1 Sự chuyển động electron nguyên tử
Electron chuyển động nhanh khu vực quanh hạt nhân không theo quỹ đạo xác định tạo nên vỏ nguyên tử
* Đám mây electron: Quy ước đám mây electron vùng không gian gần hạt nhân chứa khoảng 90% xác suất có mặt electron Hình dạng đám mây giới hạn khơng gian
2 Lớp phân lớp electron
- Chia electron thành lớp phân lớp dựa theo mức lượng electron (kí hiệu e)
- Từ sát hạt nhân trở ra, lượng e tăng dần
a Lớp electron
- Lớp e gồm e có mức lượng gần
- Từ sát hạt nhân trở ta có số thứ tự lớp electron tên lớp tương ứng là: n = 5…
Tên lớp K L M N O…
b Phân lớp electron
- Phân lớp electron gồm electron có mức lượng - Các phân lớp kí hiệu là: s, p, d, f
- Số phân lớp electron lớp số thứ tự lớp theo thứ tự xuất s → p → d → f 3 Số electron tối đa phân lớp, lớp
(5)4 Thứ tự mức lượng nguyên tử
Cách nhớ: Sáng sớm phải son phấn sau phi sang đá PS (1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s)
Hoặc:
1s
2s2p
3s3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d 6f
7s 7p 7d7f
Có nghĩa phân mức lượng tăng dần nguyên tố xếp sau: 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p6f7d7f
Cấu hình electron xếp sau: 1s2s2p3s3p3d3f4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p7d7f 5 Cấu hình electron nguyên tử
- Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn phân bố electron phân lớp thuộc lớp khác
- Cách viết cấu hình electron:
+ Xác định số e có nguyên tử
+ Điền e vào phân lớp theo trật tự tăng dần mức lượng bão hịa e vào phân lớp có mức lượng thấp điền tiếp phân lớp có mức lượng cao
(6)+ Nếu cấu hình dạng (n – 1)d4ns2 → (n – 1)d5ns1; (n – 1)d9ns2 → (n – 1)d10ns1 6 Đặc điểm lớp e
- Lớp e ngồi có tối đa 8e - Đặc điểm:
+ Nếu lớp e có đến 3e: nguyên tử nguyên tố kim loại (trừ H, He) + Nếu lớp e ngồi có từ đến 7e: ngun tử nguyên tố phi kim
+ Nếu lớp e ngồi có 8e: ngun tử ngun tố khí (riêng He có electron lớp ngồi cùng)
+ Nếu lớp e ngồi có 4e: nguyên tố kim loại có lớp e trở lên lại phi kim (nguyên tố có electron lớp ngồi thường phi kim, đơi ngun tố cuối nhóm IVA kim loại)
IV BÀI TOÁN KHỐI LƯỢNG RIÊNG
Bài toán khối lượng riêng nguyên tử xuất đề thi tuyển sinh năm gần Mặc dù ngun tử có kích thước khối lượng vô nhỏ bé khối lượng riêng nguyên tử lại có giá trị lớn
- Các nguyên tử có cấu tạo rỗng (độ đặc khít a%)
- Ngun tử coi có dạng hình cầu nên thể tích ngun tử tính theo công thức: V = 4/3.∏.r3
- 1mol nguyên tử chứa NA nguyên tử (NA = 6,02.1023) có khối lượng M - Cơng thức tính khối lượng riêng nguyên tử:
D = m/V
Ghép đại lượng vào với ta có cơng thức tính khối lượng riêng ngun tử: D = 3aM/(4Π.r3.NA.100)
Chú ý: đơn vị r D phải có thống với nhau)
V CẤU TẠO BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
(7)1 Nguyên tắc xếp nguyên tố bảng tuần hồn - Theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân
- Cùng số lớp e xếp vào hàng (chu kì) - Cùng số e hóa trị xếp vào cột (nhóm) 2 Khối nguyên tố
- Các nguyên tố bảng tuần hoàn thuộc khối: khối s, khối p, khối d khối f
- e cuối điền vào phân lớp (theo thứ tự mức lượng) ngun tố thuộc khối 3 Cấu tạo bảng tuần hồn
(8)Ơ ngun tố
- Mỗi nguyên tố hóa học chiếm ô bảng tuần hoàn gọi ô nguyên tố
- Số thứ tự ô nguyên tố = số hiệu nguyên tử nguyên tố (= số e = số p = số đơn vị điện tích hạt nhân)
b Chu kì
- Chu kì dãy nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp e, xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân
- Số thứ tự chu kì = số lớp e
- Bảng tuần hồn có chu kì đánh số từ đến 7: + Chu kì 1, 2, 3: chu kì nhỏ
+ Chu kì 4, 5, 6, 7: chu kì lớn (chu kì chưa hồn thành)
c Nhóm nguyên tố
- Nhóm nguyên tố tập hợp nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình e tương tự có tính chất hóa học gần giống xếp thành cột
- Có loại nhóm nguyên tố nhóm A nhóm B: + Nhóm A: bao gồm nguyên tố s p
+ Nhóm B: bao gồm nguyên tố d f - Số thứ tự nhóm nguyên tố:
+ Số thứ tự nhóm A = tổng số e lớp ngồi
+ Nhóm B: Xét ngun tố có cấu hình e ngun tử kết thúc dạng (n – 1)dxnsy: * Nếu (x + y) = → ngun tố thuộc nhóm (x + y)B
* Nếu (x + y) = → 10 ngun tố thuộc nhóm VIIIB * Nếu (x + y) > 10 ngun tố thuộc nhóm (x + y – 10)B VII MỐI QUAN HỆ GIỮA ELECTRON VÀ VỊ TRÍ
Giữa cấu hình electron ngun tử vị trí nguyên tố bảng tuần hồn có mối quan hệ qua lại với Dựa vào cấu hình electron ngun tử ngun tố xác định vị trí ngun tố bảng tuần hoàn ngược lại Cụ thể sau:
(9)- Số thứ tự nhóm:
+ Nếu cấu hình e lớp ngồi có dạng nsanpb (a = → b = → 6): Nguyên tố thuộc nhóm (a + b)A
+ Nếu cấu hình e kết thúc dạng (n - 1)dxnsy (x = → 10; y = → 2): Nguyên tố thuộc nhóm B:
* Nhóm (x + y)B ≤ (x + y) ≤ * Nhóm VIIIB ≤ (x + y) ≤ 10 * Nhóm (x + y - 10)B 10 < (x + y)
VIII MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU HÌNH ELECTRON VÀ TÍNH CHẤT NGUN TỐ Dựa vào cấu hình electron nguyên tử nguyên tố xác định số tính chất đặc trưng nguyên tố Cụ thể là:
1 Loại nguyên tố
- Nguyên tử có 1, 2, e lớp cùng: nguyên tố kim loại (trừ H, He) - Nguyên tử có 5, 6, e lớp cùng: thường nguyên tố phi kim
- Ngun tử có 8e lớp ngồi cùng: ngun tố khí (cả trường hợp He có 2e)
- Nguyên tử có 4e lớp ngồi phi kim thuộc chu kì 2, kim loại thuộc chu kì khác
2 Công thức số loại hợp chất tính chất hợp chất Nếu ngun tố R thuộc nhóm nA:
- Hóa trị oxit cao n → công thức oxit cao R2On
- Hóa trị hợp chất khí với H (chỉ áp dụng với phi kim) (8 - n) → cơng thức hợp chất khí với H RH8-n
- Công thức hidroxit cao nhất: R(OH)n (nếu n < giữ ngun cơng thức; n > chuyển thành dạng axit HnROn tối giản công thức cách bớt số phân tử H2O phù hợp)
- Nếu n < 4: oxit hidroxit cao thường có tính bazơ; n > 3: oxit hidroxit cao thường có tính axit
IX SO SÁNH TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ TRONG BẢNG HTTH
(10)Sự biến đổi tính chất nguyên tố theo chu kì nhóm
Tính chất
Bán kính
nguyên tử Độ âm điện
Tính kim loại Tính phi kim Tính bazơ oxit, hidroxit Tính axit oxit, hidroxit Số e lớp ngồi Theo
chu kì ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑
↑ từ đến Theo
nhóm A
↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ = STT
nhóm
Chú ý:
- Chỉ so sánh tính chất nguyên tố thuộc chu kì nhóm A
- Nếu ngun tố cần so sánh khơng có mối liên hệ chu kì nhóm cần phải chọn nguyên tố trung gian đưa hàng, cột để so sánh loại trừ
X BÀI TOÁN TÌM NGUN TỐ
Bài tốn tìm ngun tố tốn phổ biến hóa học Để rõ nguyên tố dựa vào:
- Số hiệu nguyên tử nguyên tố (Z)
- Nguyên tử khối trung bình nguyên tố (M)
Bài viết đề cập đến cách tìm nguyên tố dựa vào nguyên tử khối trung bình ngun tố Theo cách này, gặp dạng tìm nguyên tố sau:
(11)Hóa trị nguyên tố nhóm A oxit cao hợp chất khí với H
Để tìm ngun tố theo kiểu cần nhớ: Nếu nguyên tố R thuộc nhóm nA thì: - Oxit cao R là: R2On
- Hợp chất khí với H R RH8-n
2 Tìm nguyên tố thuộc nhóm A chu kì (liên tiếp)
Đối với dạng thường dùng phương pháp trung bình (thay nguyên tố cần tìm nguyên tố) giải Dạng thường gặp học nhóm IA IIA
3 Tìm ngun tố tốn có phương trình
Với tốn dạng cần giải theo phương trình hóa học thơng thường XI SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT HĨA HỌC
Các nguyên tử phải liên kết với để tạo phân tử tinh thể
(12)I LIÊN KẾT ION
1 Khái niệm phân loại ion
- Ion nguyên tử nhóm nguyên tử mang điện tích - Phân loại ion:
+ Theo điện tích: ion dương (cation) ion âm (cation)
+ Theo số nguyên tử tạo nên ion: ion đơn nguyên tử (chỉ có nguyên tử) ion đa nguyên tử (do nhiều nguyên tử tạo nên)
2 Sự hình thành ion từ nguyên tử
- Nguyên tử có xu hướng nhường nhận e để đạt đến cấu hình e bền vững khí (có 8e lớp ngồi cùng)
- Phi kim A nhóm nA: A + (8 – n)e → An-8 - Kim loại M nhóm nA: M → Mn+ + ne
3 Liên kết ion
Là liên kết hình thành lực hút tĩnh điện ion mang điện tích trái dấu 4 Tính chất chung hợp chất ion
- Ở điều kiện thường, hợp chất ion thường tồn dạng tinh thể, có tính bền vững, thường có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi cao
- Các hợp chất ion thường tan nhiều nước Khi nóng chảy hịa tan nước có khả dẫn điện
Phân tử muối ăn (NaCl) có chứa liên kết ion II LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
1 Khái niệm phân loại
- Liên kết cộng hóa trị liên kết tạo nên nguyên tử nhiều cặp e chung - Liên kết cộng hóa trị gồm loại:
(13)Liên kết cộng hóa trị phân cực phân tử SO2
+ Liên kết cộng hóa trị khơng cực (liên kết cộng hóa trị khơng phân cực): cặp e chung khơng bị hút lệch phía nguyên tử
Phân tử N2 chứa liên kết cộng hóa trị khơng phân cực 2 Đặc điểm hợp chất cộng hóa trị
- Các phân tử có liên kết cộng hóa trị tồn thể rắn, lỏng khí
- Các chất có cực tan nhiều dung mơi có cực Phần lớn chất không cực tan dung môi không cực
- Các chất chứa liên kết cộng hóa trị khơng cực khơng dẫn điện trạng thái 3 Mối quan hệ hiệu độ âm điện liên kết hóa học
Giả sử hiệu độ âm điện nguyên tố tham gia liên kết Δ (lấy giá trị đại số) Dựa vào Δ xác định loại liên kết theo bảng sau:
Hiệu độ âm điện ≤ Δ < 0,4 0,4 ≤ Δ < 1,7 Δ ≥ 1,7 Loại liên kết Cộng hóa trị khơng
phân cực
Cộng hóa trị phân
cực Ion
XII ĐỘ PHÂN CỰC CỦA CÁC LIÊN KẾT HÓA HỌC 1 ĐỘ PHÂN CỰC CỦA LIÊN KẾT HÓA HỌC
Để xác định độ phân cực liên kết hóa học dựa theo cách:
(14)Phân tử NH3 chứa liên kết cộng hóa trị phân cực
- Định tính: độ phân cực liên kết tăng dần theo dãy: liên kết cộng hóa trị khơng phân cực < liên kết cộng hóa trị phân cực < liên kết ion
Phân tử O2 chứa liên kết cộng hóa trị khơng phân cực
Chú ý:
- Chỉ dùng cách định lượng cung cấp giá trị độ âm điện nguyên tố - Cần phân biệt phân cực liên kết với phân cực phân tử:
+ Các hợp chất ion phân tử có cực
+ Các hợp chất cộng hóa trị khơng phân cực phân tử không cực
CO2 phân tử không phân cực
+ Các hợp chất chứa liên kết cộng hóa trị phân cực phân tử phân cực khơng 2 HĨA TRỊ CỦA NGUYÊN TỐ TRONG CÁC LOẠI HỢP CHẤT
(15)Như vậy: - Trong hợp chất ion, điện hóa trị ngun tố điện tích ion gọi điện hóa trị nguyên tố
- Trong hợp chất cộng hóa trị, hóa trị nguyên tố xác định số liên kết nguyên tử nguyên tố phân tử gọi cộng hóa trị nguyên tố
nguyên tố liên kết hóa học nguyên tử phân tử ion
