Giáo án môn Hóa học lớp 10 - Bài: Đồng vị

Ví dụ : Biết cấu hình electron của một nguyên tố là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 có thể suy ra nguyên tố đó chiếm ô thứ 17 trong hệ thống tuần hoàn vì nguyên tử có 17e, 17 proton, điện tích hạt n[r]

Đồng vị Khi nghiên cứu các nguyên tử cùng nguyên tố hoá học, người ta thấy hạt nhân nguyên tử đó, số proton số khối có thể khác số nơtron khác Người gọi nguyên tử có cùng số proton khác số nơtron là đồng vị Chẳng hạn oxi có ba đồng vị : Cả ba đồng vị có proton hạt nhân số nơtron là 8, 9, 10 Hầu hết các nguyên tố hoá học là hỗn hợp nhiều đồng vị, có vài nguyên tố có đồng vị Ngoài đồng vị tồn tự nhiên (khoảng 300), người ta còn điều chế các đồng vị nhân tạo (khoảng 1000) Còn nhiều đồng vị có ứng dụng quan trọn việc sử dụng lượng hạt nhân urani (gọi là urani nguyên tử đồng vị hiđro (gọi là đơteri) đồng vị 235) Các đồng vị cùng nguyên tố có tính chất hoá học giống Đối với nguyên tố hiđro, người ta biết ba đồng vị a Hạt nhân có proton (trường hợp không có nơtron) Chiếm 99,98% hiđro tự nhiên b Hạt nhân gồm proton và nơtron Chiếm 0,016% hiđro tự nhiên c Hạt nhân gồm proton và nơtron (trường hợp có số nơtron lần số proton) Đồng vị này điều chế nhân tạo, tự nhiên tồn cực kì ít Khối lượng nguyên tử trung bình các nguyên tố hoá học Vì hầu hết các nguyên tố hoá học là hỗn hợp nhiều đồng vị nên khối lượng nguyên tử các nguyên tố đó là khối lượng nguyên tử trung bình hỗn hợp các đồng vị có kể đến tỉ lệ phần trăm đồng vị Ví dụ : Clo là hỗn hợp hai đồng vị Vậy khối lượng nguyên tử clo: Độ âm điện các nguyên tố Lop10.com Độ âm điện nguyên tố đặc trưng cho khả nguyên tử nguyên tố đó phân tử hút electron phía mình Như độ âm điện nguyên tố càng lớn thì tính phi kim nó càng mạnh ; ngược lại độ âm điện nguyên tố càng nhỏ thì tính kim loại nó càng mạnh Vì nguyên tố flo là phi kim mạnh nhất, người ta quy ước lấy độ âm điện nó là để xác định độ âm điện tương đối các nguyên tố khác Sau đây là bảng độ âm điện số nguyên tố nhà hoá học Paolinh (Pauling) thiết lập Bảng độ âm điện số nguyên tố hoá học H 2,1 Li Be B C N O F 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Na Mg Al Si P S Cl 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,5 3,0 K Ca Ga Ge As Se Br 0,8 1,0 1,6 1,8 2,0 2,4 2,8 Rb Sr I 0,8 1,0 2,5 Cs Ba 0,7 0,9 Nhận xét : - Trong chu kì, từ trái sang phải, độ âm điện các nguyên tố tăng dần - Trong phân nhóm chính, theo chiều từ trên xuống dưới, độ âm điện các nguyên tố giảm dần Quy luật biến đổi độ âm điện phù hợp với biến đổi tính kim loại, phi kim các nguyên tố chu kì và phân nhóm chính mà ta đã xét trên Bảng độ âm điện các nguyên tố giúp ta biết phân tử hợp chất, cặp electron chung lệch phía nào Ví dụ phân tử HCl (độ âm điện clo là 3,0 ; hiđro là 2,1), cặp electron chung lẹch phía nguyên tử clo có độ âm điện lớn : liên kết phân tử HCl là liên kết cộng hoá trị có cực Nếu hai nguyên tử liên kết với có hiệu độ âm điện lớn (khoảng 1,77) thì cặp electron chung thuộc hẳn nguyên tử : ta có liên kết ion Ví dụ hợp chất NaCl, hiệu độ âm điện clo và natri là 3,0 - 0,9 = 2,1, hợp chất natri clorua là hợp chất ion Điều chế hiđro sunfua H2S Trong phòng thí nghiệm hiđro sunfua điều chế phản ứng axit clohiđric với muối sắt sunfua : Lop10.com FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S Trong tự nhiên, hiđro sunfua tạo thành các chất protein bị thối rữa Hiđro sunfua còn có nước số suối, loại nước suối này dùng vào mục đích chữa bệnh Điều chế lưu huỳnh (IV) oxit Trong công nghiệp, lưu huỳnh (IV) oxit cần cho sản xuất axit sunfuric điều chế các phương pháp khác Phương pháp thường gặp là đốt pirit không khí : 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + Q Quặng nghiện nhỏ cho vào phía hông lò (hình vẽ) Không khí nén bơm qua dãy lỗ đáy lò để đốt cháy quặng Do quặng đã nghiền nhỏ, không khí thổi từ phía dưới, làm cho quặng bị phun lên giống trạng thái sôi chất lỏng, vì mà phương pháp này gọi là phương pháp "tầng sôi" Ở nhiệt độ thường phản ứng này không xảy Chỉ nhận rõ tốc độ phản ứng 400oC và tốc độ phản ứng tăng lên tăng nhiệt độ Phản ứng này toả nhiệt Do vậy, cần đốt nóng ban đầu để gây phản ứng, nhiệt độ để trì phản ứng lấy từ nhiệt phản ứng Định luật tuần hoàn menđêlêep Trên sở số hiệu nguyên tử và cấu trúc electron các nguyên tố hoá học, người ta đã xây dựng hệ thống tuần hoàn (chương I) Dựa vào hệ thống tuần hoàn, ta đã nghiên cứu biến đổi tính chất các nguyên tố Thật ra, từ năm 1869, dựa vào khối lượng nguyên tử các nguyên tố và biến đổi tích chất hoá học chúng, nhà bác học người Nga Menđêlêep, lần đầu tiên đã lập bảng tuần hoà và tìm định luật tuần hoàn Ngày nay, định luật tuần hoàn phát biểu sau : "Tính chất các nguyên tố thành phần và tính chất các đơn chất và hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử" Định nghĩa phản ứng oxi hoá - khử Ví dụ : Khi đốt natri khí clo, ta có phương trình phản ứng : ( Lop10.com Trong phản ứng trên, nguyên tử natri nhường electron cho nguyên tử clo, biến thành ion Na+ và ion Clˉ Ta có các quá trình sau : Na - e = Na+ Cl + e = Clˉ Người ta gọi quá trình natri nhường electron là quá trình oxi hoá natri Quá trình clo thu electron là quá trình khử clo Nguyên tử natri nhường electron : nó là chất khử (hay chất bị oxi hoá) Nguyên tử clo thu electron : nó là chất oxi hoá (hay chất bị khử) Phản ứng (1) là phản ứng oxi hoá - khử Ví dụ : Cho clo tác dụng với muối sắt (II) clorua, ta có phương trình phản ứng : (2) Trong phản ứng trên ion (trong muối FeCl2) nhường electron cho nguyên tử clo để 3+ tạo thành ion Fe và ion Clˉ Ta có các quá trình sau : Fe2+ - e = Fe3+ oxi hoá Cl + e = Clˉ khử 2+ Ion Fe là chất khử, nguyên tử clo là chất oxi hoá Khái niệm "chất" đây là bao gồm nguyên tử, phân tử ion Phản ứng (2) là phản oxi hoá - khử Định nghĩa : Sự oxi hoá là electron Sự khử là thu electron Chất nhường electron là chất khử Chất thu electron là chất oxi hoá Phản ứng oxi hoá - khử là phản ứng sso nguyên tử ion này nhường electron cho nguyên tử ion khác Một chất có thể nhường electron có mặt chất khác thu electron Vì phản ứng oxi hoá - khử, quá trình oxi hoá và quá trình khử diễn đồng thời Fe2+ 1) Axit clohiđric Axit clohiđric là chất lỏng không màu Axit đặc chứa tới 37% hiđro clorua và "bốc khói" không khí ẩm Trong dung dịch, axit clohiđric là axit mạnh, có đầy đủ tính chất hoá học đã biết axit Các oxit bazơ, nhiều kim loại và số muối tác dụng với axit clohiđric Ví dụ : Zn + HCl = ZnCl2 + H2 CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2) AgNO3 + HCl = HNO3 + AgCl  Lop10.com Axit clohiđric có nhiều ứng dụng Nó dùng để điều chế các muối clorua (bari clorua, kẽm clorua ) Một lượng lớn axit clohiđric dùng để tẩy gỉ, làm bề mặt vật liệu gang, thép trước quét sơn phủ lên chúng lớp kim loại có tác dụng bảo vệ Axit clohiđric còn dùng công nghiệp chế biến thực phẩm và y tế Axit clohiđric giữ và vận chuyển các xitec có lót cao su không bị axit ăn mòn, các lọ thuỷ tinh, lọ polietilen Bảng tuần hoàn A - Số thứ tự Trong bảng tuần hoàn, số thứ tự nguyên tố số hiệu nguyên tử nguyên tố đó Đó chính là điện tích hạt nhân, là số proton và số electron nguyên tử nguyên tố đó Ví dụ : Urani chiếm ô 92 hệ thống tuần hoàn, số hiệu nguyên tử urani là 92, điện tích hạt nhân là 92+ hạt nhân có 92 proton và lớp vỏ nguyên tử có 92 electron B - Chu kì Bảng tuần hoàn (dạng bảng ngắn) gồm 10 hàng ngang, ứng với chu kì Các chu kì 1, 2, và (chu kì chưa đầy đủ) gồm hàng Các chu kì còn lại gồm hàng Chu kì gồm nguyên tố mà nguyên tử chúng có cùng số lớp electron Số thứ tự chu kì (đánh số từ đến 7) số lớp electron Chu kì Gồm nguyên tố là hiđro (Z = 1) và heli (Z = 2) Nguyên tử hai nguyên tố này có lớp electron : lớp K Chu kì Gồm nguyên tố liti (Z = 3) và tận cùng là neon (Z = 10) Nguyên tử các nguyên tố này có lớp electron : lớp K (gồm electron) và lớp L Số electron lớp L tăng dần từ đến Z tăng từ đến 10 Lớp electron ngoài cùng đạt tới kiến trúc bền vững nguyên tử nguyên tố neon Z 10 Kí hiệu nguyên tố Li Be B C N O F Ne Số electron lớp ngoài cùng Chu kì Gồm nguyên tố natri (Z = 11) và tận cùng là agon (Z = 18) Nguyên tử các nguyên tố này có lớp electron : lớp K (gồm electron), lớp L (gồm electron) và lớp M Số electron lớp M tăng dần từ đến Z tăng từ 11 đến 18 Lớp electron lớp ngoài cùng đạt tới kiến trúc bền vững nguyên tử nguyên tố agon Chu kì Gồm 18 nguyên tố kim loại kiềm kali (Z = 19) và tận cùng là khí kripton (Z = 36) Lop10.com Chu kì Cùng gồm 18 nguyên tố kim loại kiềm rubiđi (Z = 37) và tận cùng là khí xenon (Z = 54) Chu kì Gồm 32 nguyên tố kim loại kiềm xesi (Z = 55) và tận cùng là khí rađon (Z = 86) Chu kì Chưa đầy đủ Hiện chu kì có 22 nguyên tố Các chu kì 1, 2, gọi là chu kì nhỏ Mỗi chu kì nhỏ là hàng Các chu kì 4, 5, gọi là chu kì lớn Mỗi chu kì lớn (hàng dài) cắt thành hàng : hàng trên 10 nguyên tố hàng nguyên tố Nhận xét Chu kì nào mở đầu kim loại kiềm và tận cùng khí Trong chu kì, số electron lớp ngoài cùng tăng từ đến 8, vì hóa trị cao các nguyên tố các hợp chất với oxi cùng tăng tương ứng từ đến (trừ các khí có 8e ngoài cùng, không tham gia phản ứng) C - Nhóm và phân nhóm Nhóm Bảng tuần hoàn gồm cột, cột là nhóm Nhóm đánh số chữ số La Mã từ I đến VIII Nguyên tử các nguyên tố cùng nhóm có số electron hoá trị (và số thứ tự nhóm) Như nhóm gồm các nguyên tố có hoá trị cao oxi (và số thứ tự nhóm) Phân nhóm Mỗi nhóm lại chia thành hai phân nhóm : phân nhóm chính và phân nhóm phụ Phân nhóm chính gồm các nguyên tố thuộc chu kì nhỏ và chu kì lớn Phân nhóm phụ gồm các nguyên tố thuộc chu kì lớn Ví dụ : Nhóm VII gồm hai phân nhóm : phân nhóm chính là phân nhóm halogen, phân nhóm phụ là phân nhóm mangan Nguyên tử các nguyên tố cùng phân nhóm có số electron ngoài cùng nhau, đó có tính chất hoá học giống Nguyên tử các nguyên tố thuộc phân nhóm chính có số electron lớp ngoài cùng số thứ tự nhóm D - Giới thiệu vài phân nhóm chính Phân nhóm chính nhóm VIII Còn gọi là nhóm khí hiếm, gồm các nguyên tố sau : Z Tên Kí hiệu Electron lớp ngoài cùng Heli He 1s2 10 Neon Ne - 2s2 2p6 18 Agon Ar - 3s2 3p6 36 Kripton Kr - 4s2 4p6 54 Xenon Xe - 5s2 5p6 Lop10.com Trừ heli ra, nguyên tử tất các nguyên tố nhóm có lớp ngoài cùng gồm electron (cả electron đã ghép đôi) : đó là cấu hình electron bền vững Thực tế cho thấy các nguyên tố khí không tham gia vào các phản ứng hoá học (vì còn gọi là khí trơ) Dưới dạng đơn chất, các phân tử khí gồm có nguyên tử và trạng thái khí điều kiện thường Phân nhóm chính nhóm I Còn gọi là nhóm kim loại kiềm, gồm các nguyên tố sau : Z Tên Kí hiệu Electron lớp ngoài cùng Liti Li - 2s1 11 Natri Na - 3s1 19 Kali K - 4s1 37 Rubiđi Rb - 5s1 55 Xesi Cs - 6s1 Nguyên tử tất các kim loại kiềm có electron lớp ngoài cùng So với vỏ nguyên tử các khí gần bảng tuần hoàn, thì nguyên tử các kim loại kiềm có dư electron Vì các phản ứng hoá học, các kim loại kiềm có khuynh hướng nhường electron để đạt tới cấu hình electron khí Do đó, các hợp chất, các kim loại kiềm có hoá trị 1+ Ở dạng đơn chất, đó là các kim loại điển hình - Tác dụng mạnh với oxi tạo thành các oxit bazơ tan nước, ví dụ Li2O, Na2O v.v - Tác dụng mạnh với nước nhiệt độ thường tạo thành hiđro và hiđroxit kiềm mạnh : NaOH, KOH v.v - Tác dụng với các phi kim khác tạo thành muối : NaCl, K2S Phân nhóm chính nhóm VII Còn gọi là nhóm halogen, gồm các nguyên tố sau : Z Tên Kí hiệu Electron lớp ngoài cùng Flo F - 2s2 2p5 17 Clo Cl - 3s2 3p5 35 Brom Br - 4s2 4p5 53 Iot I - 5s2 5p5 Nguyên tử các nguyên tố halogen có electron lớp ngoài cùng So với nguyên tử các khí gần bảng tuần hoàn thì nguyên tử các halogen còn kém electron Vì vậy, các phản ứng hoá học, các halogen có khuynh hướng thu thêm electron để đạt tới cấu hình electron bền vững khí Do đó các hợp chất với kim loại, các halogen có hoá trị 1- Ở dạng đơn chất, các halogen gồm phân tử hai nguyên tử : F2, Cl2, I2 Đó là phi kim điển hình : - Tác dụng mạnh với các kim loại cho các muối KBr, MgCl2 - Tác dụng với hiđro tạo hợp chất khí HF, HCl, HBr, HI Trong dung dịch nước, đó là axit - Hiđroxit các halogen là axit, ví dụ : HClO, HClO3 Lop10.com Biết vị trí nguyên tố hệ thống tuần hoàn (tức là biết số thứ tự nguyên tố, số thứ tự chu kì, số thứ tự nhóm, phân nhóm chính hay phụ) , có thể suy cấu tạo nguyên tử nguyên tố đó Ví dụ : Biết nguyên tố có số thứ tự là 20 thuộc chu kì 4, phân nhóm chính nhóm II, có thể suy : Nguyên tử nguyên tố đó có 20 proton, 20 electron Nguyên tử đó có lớp electron (vì số lớp electron số thứ tự chu kì) ; Có electron ngoài cùng (vì số electron ngoài cùng các nguyên tố phụ thuộc phân nhóm chính số thứ tự nhóm) Đó là nguyên tố canxi Ngược lại, biết cấu tạo nguyên tử nguyên tố, có thể suy vị trí nguyên tố đó hệ thống tuần hoàn Ví dụ : Biết cấu hình electron nguyên tố là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 có thể suy nguyên tố đó chiếm ô thứ 17 hệ thống tuần hoàn (vì nguyên tử có 17e, 17 proton, điện tích hạt nhân là 17+ số thứ tự nguyên tố hệ thống tuần hoàn), nguyên tố đó thuộc chu kì (vì có lớp electron), thuộc phân nhóm chính nhóm VII (vó electron ngoài cùng) Đó là nguyên tố clo Lop10.com