HÓA VÔ CƠ TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO GIÁO VIÊN VÀ SINH VIÊN HÓA HỌC

NỘI DUNG 1. Nước ót 2. Caolin và đất sét 3. Thuyết AxitBaz cứng mềm và ứng dụng tạo phức chất 4. Quy luật biến đổi số oxi hóa của các nguyên tố không chuyển tiếp. 5. Các hợp chất của peroxit và superoxit 6. Hợp chất Thio và polithio với oxi 7. Giản đồ LATIMER 8. Dung dịch rắn 9. Cấu trúc lớp trong hóa vô cơ 10. Cấu trúc mạch trong hợp chất vô cơ

Giới thiệu chun đề tham khảo HĨA VƠ CƠ (Dành cho giáo viên sinh viên chuyên ngành hóa) NỘI DUNG Nước ót Caolin đất sét Thuyết Axit-Baz cứng mềm ứng dụng tạo phức chất Quy luật biến đổi số oxi hóa nguyên tố không chuyển tiếp Các hợp chất peroxit superoxit Hợp chất Thio polithiovowis oxi Giản đồ LATIMER Dung dịch rắn Cấu trúc lớp hóa vơ 10 Cấu trúc mạch hợp chất vơ NƯỚC ÓT I)Khái niệm: Nước ót dung dịch có đïc cô đặc nước biển, NaCl chiếm 50% chất hoà tan, nhiệt độ 150C, nồng ä độ phải từ 300 Bé trở lên Độ Bômê(độ Bê) nồng độ nước biển đo Bômê kế biểu thị độ đặc loãng nước biển.Hiện tiêu chuẩn chia độ Bômê Bômê kế không thống nước.Ở Việt Nam số nước chia độ theo tiêu chuẩn sau: lấy nồng độ nước cất 150C 00Bé, lấy dung dịch H 2SO4 đậm đặc có khối lượng riêng 1,8429 150C 660Bé.Mỗi độ Bômê Bômê kế đo dươc xấp xỉ tương ứng vơi 1% hàm lượng muối dung dịch đem đo.Trong công nghiệp sử dụng nước biển để tách chế muối khoáng, nồng độ Bôme dùng để đánh giá thành phần nước biển, nước chạt, nước ót Nhưng nghiên cứu xác thành phần nước biển, nước chạt, nước ót lại sử dụng đến cách đánh giá nguyên lý chế tạo Bôme kế thực vào khối lượng riêng nước biển, nước chạt, nước ót Số độ Bômê có phản ánh phần trăm muối có nước biển, nước chạt, nước ót, có chênh lệch, thiếu xác muối có ảnh hưởng khác đến khối lượng riêng nước biển, nước chạt, nước ót II)Một số tính chất nước ót: -Nhiệt dung: Khối lượng riêng 1,2443 1,2790 1,2790 Nhiệt lượng( cal/gam) 0,724 0,668 0,661 Nhiệt độ(0C) 29,0 29,0 29,5 -Độ ph: độ ph nước ót 30 0Bé la 7->7,4 Nồng đo tăng độ ph giảm -Độ nhớt động lực: độ nhớt động lực nước ót 30 0C 4,7cm X 10-3Ns/m2 -Sức căng bề mặt nước ót 30 0Bé: Nhiệt độ(0C) Sức căng bề mặt 20 68,53X10-5 30 67,80X10-5 40 66,97X10-5 -Nhiệt độ sôi:nhiệt độ sôi nước ót 30 0Bé 1120C (đo phương pháp trực tiếp sản xuất) -Điện trở riêng độ dẫn điện: Nhiệt độ(0C) Điện trở riêng(Om/cm) Độ dẫn điện riêng(1/ (Om/cm)) 20,5 7,581 0,1318 21,1 7,345 0,1361 22,0 7,121 0,1410 III)Thành phần chất có nước ót: 1)Thành phần hoá học nước ót: Nguồn muối khống nước biển phong phú đa dạng Sau natri clo, Magie la nguyên tố có nhiều thứ ba nước biển Ngồi cịn có ngun tố khác brom, kali, luu huỳnh, nhơm, sắt, canxi Thành phần trung bình loại muối nước biển đại dương: Thành phần NaCl MgCl2 MgSO4 CaSO4 K2SO4 CaCO4 MgSO4 Gam/1000g nước biển 27,231 3,217 1,685 1,280 0,863 0,123 0,076 % so với tổng số loại muối 77,758 10,878 4,737 3,600 2,465 0,345 0,217 Trong thực tế thành phần nước ót thu phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường cô đặc, phương pháp cô đặc mà phụ thuộc vào điều kiện thời gian dự trữ chúng trước đem sử dụng Ví dụ: - So sánh thành phần nước ót thu sản xuất muối ăn theo phương pháp không tuần hoàn theo phương pháp có tuần hoàn sử dụng nước ót thấy nước ót thu có nồng độ nhau, nước ót thu sản xuất muối ăn theo phương pháp tuần hoàn sử dụng nước ót có chứa natri clorua, nhiều loại muối khác (MgCl2, MgSO4, kCl…) -Thành phần nước ót dự trữ: Nồng độ (oBé) 33,0 Nhiệt độ (oC) 24,0 MgSO4 MgCl2 NaCl KCl Nước ót (sản 8,6 14,59 5,29 2,87 xuất tháng 9) nước ót qua 30,5 7,0 4,41 15,62 5,25 3,12 dự trữ (tháng năm sau) 2)Thành phần xác nước ót: Để đánh giá xác thành phần nước ót người ta dùng tỷ số sau: +tỷ số Na+/Mg2+ tỷ số lượng ion Na+ lượng ion Mg2+ có nước ót, tỷ số lớn hàm lượng NaCl nước ót lớn +Tỷ số MgCl2/MgSO4 tỷ số lượng MgCl lượng MgSO4 có nước ót Tỷ số tương tự tỷ số biến tinh – tỷ số lượng ion Mg2+ MgCl2 lượng ion Mg2+ MgSO4 nước ót +Tỷ số NaCl loại muối khác la tỷ số lượng NaCl lượng loại muối khác có nước ót +Tỷ số Km tỷ số lượng MgSO lượng MgCl2 có nước ót Giá trị Km nghịch đảo giá trị tỷ số biến tinh Đối với nước ót thu từ cô đặc nước biển,và trình cô đặc không bị pha thêm tạp chất nào- tạm gọi nươc ót – tỷ số đặc trưng nước ót nồng độ khác sau: Nồng độ(oBe ù) 3,50 7,10 11,50 14,00 16,75 20,06 22,00 25,00 26,25 27,00 28,50 30,20 32,40 35,00 Na+/Mg2+ 8,75 8,75 8,75 8,75 8,75 8,75 8,75 8,75 8,73 5,05 2,74 1,96 1,28 0,923 NaCl/các muối khác 3,39 3,42 3,42 3,42 3,67 3,95 4,05 4,14 3,72 2,43 1,32 0,95 0,61 0,44 MgCl2/MgSO4 MgSO4/KCl Km 1,34 1,34 1,34 1,34 1,34 1,34 1,34 1,34 1,34 1,33 1,33 1,33 1,34 1,71 4,65 4,65 4,65 4,65 4,65 4,65 4,65 4,65 4,64 4,64 4,56 4,03 4,48 3,45 0,7463 0,7463 0,7463 0,7463 0,7463 0,7463 0,7463 0,7463 0,7463 0,7519 0,7519 0,7519 0,7463 0,5848 IV)Sản xuất muối khoáng từ nước ót: sau tách NaCl khỏi nước biển, số lượng muối khống cịn lại nước ót nhiều.Nhiều nước sử dụng nước ót để sản xuất muối khống 1)Khả sản xuất muối khoáng từ nước biển: Từ năm 1885, người sản xuất MgO từ nước ót.Năm 1964 giới khai thác 150.000 magie từ nước biển.Một điều đặc biệt laø vật liệu chịu lửa sản xuất từ MgO tách chế từ nước biển có độ bền nhiệt số vật lý tốt vật liệu chịu lửa sản xuất từ MgO tách chế từ quặng magie Hiện nước biển trở thành nguồn khai thác 70% tổng lượng brom giới.Mó, Trung Quốc, Nhật Bản nước sản xuất kali từ nước biển với quy mơ lớn giới ngồi muối khống trên, muối khoáng khác borat, muối nguyên tố phóng xạ (muối uran ) khai thác từ nước biển quy mô nhỏ Hiệu sản xuất từ phương pháp nước không giống nhau, kết nêu khác - Ở Nhật Bản, sử dụng nước biển để sản xuất 100 phần muối ăn thu thêm : Magie clorua 16,27 phần Magie sunfat 8,26 phần Canxi sunfat 4,62 phần Kali clorua 2,83 phần Magie bromua 0,89 phần Canxi cacbonat 0,44 phần - Theo A.D.Pensơ sử dụng nước biển để sản xuất 1000 nghìn muối ăn, thu thêm : Thạch cao 1730 Chất chịu lửa chứa magie 2000 Phân bón kali 730 Brom 20 - Ở Việt Nam, kết sản xuất quy mô nhỏ cho thấy là: sử dụng 1m nước ót 300 Bé thu được: Kali clorua 10 kg Natri clorua 25 kg Magie sunfat 70 kg Axit clohydric 119 kg 2)Kết qủa cô đặc nước biển: +kết nghiên cứu Vant Hoff va Meiergofes q trình đặc nước biển điều kiện đẳng nhiệt cho thấy thứ tứ muối tách NaCl sau: 1) MgSO4.7H2O 2) MgSO4.6H2O 3) MgSO4.6H2O + KCl 4) MgSO4.5H2O + KCl.MgCl2.6H2O 5) MgSO4.4H2O + KCl.MgCl2.6H2O 6) MgSO4.4H2O + KCl.MgCl2.6H2O + MgCl3.6H2O +Kết nghiên cứu đặc nước ót viện nghiên cưu sản xuất muối Trung Quốc cho thấy đặc nước ót nhiệt độ thường, giai đoạn tách muối sau: Trước dung dịch cô đăc đạt nồng độ tới 33,97olà giai đoạn tách muối ăn Ở khoảng nồng độ dung dịch cô đặc la 33,97o—35,1oBé, magie sunfat, tách theo NaCl Ở khoảng nồng độ dung dịch cô đặc 35,12 — 36,15oBé, chủ yếu có magie sunfat, kali clorua(chừng 63% lượng KCl có nước ót tách giai đoạn này) với NaCl Ở giai đoạn nồng đọ dung dich cô đặc vượt 36,15oBé, muối magie sunfat, magie clorua muối kali tách theo NaCl V)Quy trình sản xuất muối khoáng từ nước ót: 1)Dây chuyền sản xuất: Hiện nước ót dùng để sản xuất sản phẩm nh kali clorua, brom, magie clorua,magie sunfat, magie cacbonat, natri sunfat Ở Nhật Bản ngày người ta sản xuất muối khống từ nước ót theo sơ đồ sau: Cô đặc Nước biển Muối ăn Làm lạnh MgSO4 Nước ót MgS04 thô (muối hổn hợp ) Cô đặc Làm nguội Na2SO4 Làm lạnh NaCl KCl.MgCl2.6H2O MgCl2 Phân giải KCl Nước ót đặc Khí Clo Chưng cất Brom Dung dịch thải Vôi sống Canxi sunfat Trung hòa Cô đặc Dung dịch thải Vôi sống Đá vôi Hóa hợp CaCl2 M g Mg0 Na2CO3 Nung CO2 Cl2 Nung Làm ngưng Mg(OH)2 Cacbonnat hóa Điện phân MgCl2 Magiecacbon at Nung HCl nung MgO 2)Xử lý nươc ót : nươc ót tách lấy phần NaCl MgSO4 giai đoạn Nếu không qua xử lý nước ót giai đoạn lắng giữ nhiệt, muối nhiệt độ thấp vớt chứa nhiều KCl gây nên tổn thất KCl không nhỏ Mặt khác, không qua xử lý giai đoạn mà đem nước ót cô đặc NaCl, MgSO tách dạng tinh thể nhỏ, khó phân tách khỏi nước ót cô đặc, dễ kết cặn thiết bị cô đặc.Xử lý nước ót tách nhiều NaCl, MgSO4 tốt.Để đạt tới mục đích ấy, dùng phương pháp xử lý sau: -Phơi lại nước ót trời: đem nước ót phơi ô phơi nâng nồng độ nước ót lên đên 32 oBé để tách phần lớn NaCl, MgSO4 nước ót phương pháp xử lý nước ót kinh tế đòi hỏi diện tích ô phơi lớn, bị ảnh hưởng thời tiết phơi lại nước ót -Làm lạnh nước ót: nhiệt độ thấp (dưới -4oC), NaCl va MgSO4 nước ót tách phần dạng MgSO4.7H2O Na2SO4.10H2O Nhưng muốn làm lạnh nước ót vậy, vùng nhiệt đới nước ta phải dùng máy làm lạnh tốn nhiều (thường phải làm lạnh -4oC), thao tác thiết bị phức tạp Vì phương pháp không thích hợp với nước ta -Xử lý nhờ canxi clorua: Dùng lượng thích đáng canxi clorua cho vào nước ót tách hầu hết SO 42trong nước ót: MgSO4 + CaCl2 + 2H2O = MgCl2 + CaSO4.2H2O Dưới tác dụng hiệu ứng ion tăng lên tăng thêm nồng độ Cl-, muối ăn tách khỏi nước ót Ưu điểm phương pháp thu thạch cao muối ăn với chất lượng tương đối cao, tách nhiều NaCl SO42- khỏi nước ót.Nhưng hàm lượng canxi sunfat nước ót tăng, cô đặc nước ót dễ kết cặn thiết bị cô đặc mà không dễ khử đi.Thêm nữa, xử dụng canxi clorua khiết lại không kinh tế.Bởi nên sử dụng phương pháp nơi có nguồn nước thải chứa nhiều CaCl2 nước thải nhà máy sản xuất natri cacbonat phương pháp amoniac -Xử lý phương pháp pha trộn: Pha nước ót nồng độ thấp với nước ót nồng độ cao.Ưu điểm phương pháp dễ thao tác không cần phải cung cấp thêm hoà chất khác để xử lý nước ót.Nhưng phương pháp có bất lợi vận chuyển không lượng nước ót đặc định, tốn nhiều công nhiên liệu -Xử lý theo phương pháp cô đặc phân đoạn: để tách muối tạp chất cho nước ót nguyên liệu, cách cô đặc nước ót tới 116 oC, sau làm lạnh tới 70 oC lọc muối tạp chất ra.Dùng phương pháp loại NaCl MgSO4 tương đối triệt để, tốn nhiều công sức nhiên liệu phương pháp khác nêu Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng tuỳ điều kiện mà áp dụng cho thích hợp.Kinh nghiệm cho thấy là: +Nên tận dụng khả áp dụng phương pháp phơi lại trời +Phương pháp xử lý nhờ canxi clorua nên áp dụng cần có nước ót đặc với yêu cầu hàm lượng SO 42- (ví dụ dùng để sản xuất Magiê cacbonat cung cấp cho công nghiệp dược phẩm cao su ),và kết hợp lấy can xi sunfat (cứ nước ót 30oBé cần 58Kg CaCl2 200Kg nước lấy 90Kg CaSO4.2H2O) +Trường hợp gần nguồn nguyên liệu, mặt khác lại cần nhiều nước ót đặc để sản xuất brôm, magiê clorua, magiê cacbonat… nên dùng phương pháp cô đặc phân đoạn để xử lý nước ót +Trường hợp chí phí nhiên liệu chiếm tỷ lệ lớn giá thành sản xuất KCl nên áp dụng phương pháp pha trộn nước ót đặc để xử lý nước ót nguyên liệu Có thể sử dụng độc lập phương pháp, hay kết hợp dùng phương pháp xử lý nước ót.Ví dụ, thường dùng kết hợp hai phương pháp pha trộn nước ót cô đạc phân đoạn.Khi dùng phương pháp xử lý nhờ canxi clorua sau phải kết hợp dùng phương pháp cô đặc phân đoạn để có cacnalit tách với chất lượng cao 3)Cô đặc nước ót qua xử lý: trình sản xuất muôi khoáng từ nước ót đòi hỏi nước ót phải đặc Nước ót sau qua trình xử lý đem cô đặc Mục đích trình sản xuất làm bay phần nước ót qua xử lý để tiếp tục tách NaCl va MgSO4 nâng cao nông độ muối khoáng có nước ót.Nồng độ nước ót cô đặc có quan hệ hữu với nhiệt độ cô đặc cuối nước ót, quan hệ nhiệt độ cô đặc cuối nồng độ nước ót cô đặc đến nhiệt độ làm lạnh đến nhiệt độ thường thể bảng sau: Nhiệt độ 121 cô đặc cuối cùng(oC) Nồng độ 35,0 nước ót cô đặc đo nhiệt độ thường (oBé) 122 123 124 35,5 36,0 36,0 125 226 127 128 36,0 36,2 37,1 37,4 Nhiệt độ cô đặc có quan hệ với nhiệt độ lắng giữ nhiệt, chất lượng nước ót qua xử lý ( tỷ lệ MgCl 2/KCl nước ót qua xử lý) sau: +Theo kinh nghiệm thực tế nhiệt độ đông đặc cuối tăng lên oC nhiệt độ lắng giữ nhiệt phải tăng lên 5oC tỷ lệ MgCl2/KCl tăng lên nhiệt độ cô đặc cuối phải tăng lên thêm 0,33o +Nhiệt độ đông đặc cao lượng muối khoáng lại nước thấp Quan hệ nhiệt độ đông đặc cuối nống độ chất sau: Nhiệt độ cô đặc cuối cùng(oC) 123 124 125 126 127 Thành phần hoá học nước ót đặc KCl NaCl MgCl2 MgSO4 10,44 6,01 4,56 3,82 2,70 6,87 5,65 5,43 389,71 420,33 431,93 434,00 467,35 38,50 33,31 28,71 242,4 17,43 Vì mà tuỳ vào độ khí quyển, chất lượng nước ót, tình hình thiết bị cô đăc, loại muối khoáng cần tách ra… mà khống chế nhiệt độ cô đặc cuối cho thích đáng Sau nước ót cô đặc lắng giữ nhiệt, làm lạnh clo hoá…tuỳ vào trình sản xuất loại muối khoáng nào.Ví dụ sản xuất kali clorua ta phải tiến hành lăng giữ nhiệt sau làm cô đặc nước ót 4) Ví dụ dây chuyền sản xuât muối khoáng từ nước ót : dây chuyền sản xuất kali clorua từ nước ót: Nước ót Muối đắng 10 CẤU TRÚC LỚP TRONG HOÁ VÔ CƠ MỤC LỤC : I Khái niệm II Tính chất vật lý a) Nhiệt độ nóng chảy , nhiệt độ sôi b) Tính chất học c) Tính dẫn điện , dẫn nhiệt d) Tính tan e) Hoạt động hoá học III Thành phần hợp thức IV Ứng dụng I KHÁI NIỆM : (8) (7) – Trong tinh thể liên kết theo hai chiều không gian mạnh liên kết theo chiều lại tinh thể có cấu trúc lớp 66 lớp : thông thường liên kết cộng hoá trị, riêng số có liên kết cộng hoá trị kim loại, liên kết hydro lớp :thông thường liên kết với liên kết vander waals Một số ví dụ minh hoạ : ( trang 145, 2) Các nguyên tử C trạng thái lai hoá sp tạo liên kết cộng hoá trị với thành lớp nguyên tử Trong lớp nguyên tử C tạo liên kết σ tạo thành lớp vòng cạnh dùng chung Các obitan p lại nguyên tử C lớp tạo thành liên kết π không định xứ Như lớp trạng thái hoá trị nguyên tử C bảo hòa nhờ loại liên kết : liên kết cộng hóa trị liên kết kim loại Lực liên kết lớp lực liên kết Vander Waals (trang 238 ,1) 67 H3BO3 ( trang 177 , ) Các phân tử H3BO3 có cấu trúc phẳng nên có khả tạo liên kết hidro lớp lớp liên kết Vander Waals Do liên kết hidro có tính chất định hướng làm cho liên kết theo phương khác không gian mang đặc tính khác ( trang 240_241 , 1) II TÍNH CHẤT VẬT LÝ : – Do vừa có liên kết cộng hoá trị lớp ( liên kết mạnh giống mạng nguyên tử) vừa có liên kết vander waals lớp ( liên kết yếu giống mạng phân tử ) Nên tinh thể có cấu trúc lớp có tính chất trung gian mạng phân tử mạng nguyên tử Nếu lớp liên kết cộng hoá trị phân cực mạnh trung gian mạng phân tử mạng ion Nhiệt độ nóng chảy , nhiệt độ sôi: Nhiệt độ nóng chảy chất phụ thuộc vào lượng mạng lưới chất Nếu lực liên kết tinh thể mạnh tốn nhiều lượng để phá liên kết Dolực liên kết lớp mạnh nhiều liên kết lớp nên lượng mang tinh thể phụ thuộc chủ yếu vào lượng lớp Nếu liên kết có tính cộng hoá trị : lượng mạng lưới lớn gần giống mạng nguyên tử nên chất có nhiệt độ nóng chảy cao Nếu liên kết có tính phân cực mạnh : lượng mạng lưới thấp gần giống mạng phân tử nên chất có nhiệt độ nóng chảy không cao Công thức đơn giản Kiểu mạng tinh thể Lực liên kết Nhiệt độ tinh nóng chảy , thể nhiệt độ sôi ( ·C ) 68 C ( grafit ) Lớp P ( đen ) Lớp P4O10 Lớp FeCl3 Lớp FeCl2 Lớp Cộng hóa trị – Vander waals Cộng hóa trị – Vander waals Cộng hoá trị phân cực _ Vander waals Ion_cộng hoá trị _ Vander waals Ion_cộng hoá trị _ Vander waals 3700 thaêng hoa > 1000 thaêng hoa359, tnc: 422 tnc: 307.5 ; ts: 316 tnc: 627 ; ts: 1026 [trang 252,1] Tính chất học : _ Tính chất học tinh thể cấu trúc lớp phụ thuộc vào đặc điểm liên kết giá trị lực liên kết Trong lớp : + Lực liên kết cộng hoá trị có tính định xứ có lượng lớn nên có độ cứng lớn ( P đen ) + Lực liên kết cộng hoá trị phân cực mạnh : mềm + Lực liên kết cộng hoá trị _ kim loại : có ánh kim , tương đối mềm ( C grafit ) Giữa lớp : lực liên kết yếu nên đứt lớp trượt lên Vì tinh thể dễ bị tách lớp _Do có khác biệt độ mạnh liên kết lớp lớp nên cấu trúc có tính bất đẳng hướng tức cấu trúc tính chất theo phương khác Tính dẫn điện , dẫn nhiệt : _Giữa lớp : khả truyền dẫn , có hình thành vùng cấm _Trong lớp : 69 + Liên kết cộng hoá trị : có tính định xứ e tuỳ ∆E vùng cấm mà ta có tính cách điện , bán dẫn + Liên kết cộng hóa trị _ kim loại : e không định xứ nên có tính dẫn điện ( C grafit) + Liên kết cộng hoá trị phân cực mạnh : nóng chảy có tính dẫn điện ion (FeCl3 FeCl2 , SnCl2 ) Tính tan : _ Tuỳ vào độ phân cực liên kết tinh thể : + Liên kết có tính phân cực tan nhiều dung môi phân cực , không tan dung môi không phân cực + Liên kết không phân cực tan dung môi không phân cực , không tan dung môi không phân cực Chính chất có mạng tinh thể phân tử thường dễ tan chất lỏng cộng hóa trị Hoạt tính hóa học : _ Liên kết lớp bền hoạt động Ví dụ : P đen có liên kết bền nên hoạt động không tan dung môi _ Liên kết lớp bền hoạt động mạnh Ví dụ : C grafit có khả hoạt động hoá học ĐƠN VỊ CẤU TRÚC Đồng mạch: C grafit , P đen Dị mạch : a) Đơn vị cấu trúc bát diên : A lai hoá sp3d tổ hợp với B → AB6 Các bát diện AB6 nối với qua đỉnh thành lớp phẳng chiều có thành phần hợp thức AB4 Ví dụ : SnF4 , Na[AlF4] 70 (trang 234, 1) Các bát diện AB6 nối với qua cạnh thành lớp có thành phần hợp thức AB3 Ví dụ : FeCl3 , AlCl3 , Al(OH)3 ( trang 235 , ) Al(OH)3 ( trang 181 , 2) Các bát diện AB6 nối với qua cạnh thành lớp có thành phần hợp thức AB2 Ví dụ : CdI , MnCl2 , Cd(OH)2 , MgCl2 71 b) Đơn vị cấu trúc hình vuông AB : tạo thành lớp có thành phần hợp thức AB2 Ví dụ : Pd(OH)2 , Mg(OH)2 IV ỨNG DỤNG : _ Do chất có cấu trúc lớp có tính chất vật lý đa dạng tùy thuộc vào liên kết tinh thể nên ứng dụng sống đa dạng rộng rãi + Grafit : làm bút chì , chế tạo dầu bôi trơn , điện cực , nồi nung chảy hợp kim chịu nhiệt ( trang 148 , ) +P : làm diêm (trang 111, ) +Tổng hợp laponite làm bột phấn trang điểm (3) + Làm chất siêu dẫn (4 ) Tài liệu tham khảo: Nguyễn Thị Tố Nga , Hoá vô _ tập , trang 154_155_156_157_160_161_162 Nguyễn Đình Soa , Hoá vô , trang 249_250_254_259_265_266 Manufacture, structure and chemistry , www.science.org Magic layer solves semiconductor snag, www.physicsweb.org Lawrence H.Van Vlack ,Elements of Materials Science and Engineering , trang 74_75 N.X_Acmetop , Hoá vô cô , trang 154_155_156_157_160_161_162 : www.nature.com/ / n6/fig_tab/nmat1406_f1.html www.rsc.org 72 CẤU TRÚC MẠCH TRONG HỢP CHẤT VÔ CƠ Vật chất vũ trụ tồn nhiều trạng thái: khí, lỏng, rắn, plasma (ở nhiệt độ cao), neutron (ở áp suất cao); tuỳ theo điều kiện bên ngồi nhiệt độ, áp suất … chất tồn trạng thái tập hợp khác nhau, trạng thái tập hợp thơng thường khí, lỏng rắn Những chất tồn trạng thái rắn gọi chất rắn, chất rắn có cấu trúc tinh thể cấu trúc vơ định hình, đa số chất rắn có cấu trúc tinh thể Ở ta xét cấu trúc tinh thể chất rắn Trong hợp chất vơ có kiểu cấu trúc là: kiểu cấu trúc phối trí (khơng gian) gồm có liên kết ion, liên kết kim loại, liên kết cộng hóa trị cấu trúc; kiểu cấu trúc đảo, mạch, lớp gồm có liên kết cộng hóa trị van der Waals cấu trúc Ta xét cấu trúc mạch hợp chất vô Định nghĩa Cấu trúc mạch tạo thành từ mạch vô hạn Giữa nguyên tử nội mạch (theo hướng khơng gian) liên kết cộng hóa trị Giữa mạch (theo hai hướng không gian) liên kết van der Waals Cấu trúc hai chiều PbCl2 Dạng cấu trúc PbCl2 Trong liên kết nguyên tử Pb Cl mạch liên kết cộng hóa trị, cịn liên kết mạch PbCl với liên kết van der Waals Cấu trúc hai chiều MnCl2.2H2O MnCl2.2H2O Dạng cấu trúc 73 Trong hợp chất MnCl2.2H2O liên kết nguyên tử Mn Cl mạch liên kết cộng hóa trị, cịn liên kết phân tử MnCl2.2H2O mạch với liên kết van der Waals Liên kết mạch bền liên kết mạch với Cấu trúc ba chiều CaCrF6 Dạng cấu trúc CaCrF6 Liên kết cộng hóa trị * Liên kết cấu trúc mạch liên kết cộng hóa trị Liên kết cộng hóa trị nghiên cứu theo học lượng tử, việc giải xác phương trình sóng Schrodinger hệ phân tử khơng thực nên để khảo sát người ta đưa nhiều phương pháp giải gần khác nhau, có hai phương pháp phổ biến rộng rãi phương pháp liên kết cộng hóa trị (VB) Heitler-London phương pháp orbital phân tử (MO) Mullinken-Hund Ở ta xét liên kết cộng hóa trị theo phương pháp VB * Xác định trạng thái lai hóa A hợp chất ABn Theo thuyết lai hoá ta có quy tắt để xác định trạng thái lai hố A (ở trạng thái khí) theo cơng thức : y = x/2 + n với x = số e hóa trị tự = Số thứ tự nhóm - số OXH A y = số cặp e lai hóa Ta có y = 2: lai hố sp → Cấu hình khơng gian: thẳng y = 3, (3,5): lai hố sp → Cấu hình khơng gian: tam giác phẳng y = 4, (4,5): lai hoá sp3 → Cấu hình khơng gian: tứ diện 3 y = : lai hoá sp d dsp → Cấu hình khơng gian: lưỡng tháp tam giác y = : lai hố sp3d2 d2sp3 → Cấu hình khơng gian: bát diện Ví dụ : [1] _ BeCl2: y = (2 – 2)/2 + = → Be có lai hố sp 74 _ BF3: y = (3 – 3)/2 + = → B có lai hoá sp2 _ CH4: y = (4 – 4)/2 + = → C có lai hố sp3 → Cấu trúc cặp electron C Cấu trúc phân tử CH4 Hình dạng ổn định phân tử cộng hóa trị Theo nguyên lý nhiệt động học hệ ln có xu hướng đạt đến trạng thái ổn định nhất, có dự trữ lượng thấp điều kiện bên ngồi cho Vì phân tử chưa ổn định phân tử có xu hướng chuyển đến trạng thái ổn định phân tử chuyển dạng cấu trúc để đạt trạng thái bền Các phân tử cộng hóa trị chưa ổn định có khả tạo thêm liên kết tức là: _ Trong phân tử có AO hố trị có lượng thấp trống _ Trong phân tử vài cặp e chưa liên kết _ Trong phân tử có liên kết π AO np (n>2) tạo thành _ Nếu phân tử khơng có AO hố trị có lượng thấp cịn trống cịn có AO có lượng khơng cao cịn trống (tức điều kiện kích thích trở thành AO hố trị) tồn trạng thái khí khơng tồn trạng thái lỏng rắn (tạo thêm liên kết cộng hoá trị) cách dùng chung phối tử với Để giải thích rõ vấn đề cấu trúc mạch xét ví dụ hình thành cấu trúc mạch SO3 Trong SO3(khí), S có y = (6-6)/2 + = → S trạng thái lai hố sp 2, tức trạng thái khí SO3 có cấu trúc tam giác phẳng với S nằm tâm, nguyên tử O nằm đỉnh tam giác; S nguyên tử O có liên kết σ liên kết π; có liên kết π3p-2p, liên kết π3d-2p Ở trạng thái kích thích S có AO: π3p-2p O=S=O ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ║ O75 O O O π3d-2p Liên kết π3p-2p bền muốn tạo thành liên kết AO p phải nằm gần Thực tế, S có kích thước lớn nên mật độ xen phủ AO p nhỏ Sự hình thành liên kết π không làm tăng mật độ e lên Do đó, hạ nhiệt độ trạng thái rắn, SO chuyển sang trạng thái lai hoá sp3 bền hơn: tạo cấu trúc mạch gồm tứ diện dùng chung hai đỉnh Như π3d-2p bền → bị đứt → tham gia liên kết σ với phân tử khác → tham gia số lai hoá σ ║ σ ║ σ ── ↑S ── O↑ ── ↑S ── O↑ ── ║ ║ → SO3(khí): sp dùng chung đỉnh tạo thành cấu trúc mạch Sự hình thành cấu trúc mạch * Nguyên nhân hình thành cấu trúc mạch: Hệ chuyển trạng thái tạo liên kết bền vững Khi phân tử trạng thái khí chưa ổn định (số phối trí pha rắn nhỏ số phối trí pha khí), phân tử tăng số phối trí cách dùng chung phối tử Ở dùng chung đỉnh chung cạnh: _ Nếu phối tử ngun tố có kích thước nhỏ như: C, N, O, F (chu kỳ 2) dùng chung đỉnh (cầu đơn) _ Nếu phối tử nguyên tố có kích thước lớn (chu kỳ trở xuống bảng hệ thống tuần hồn) dùng chung cạnh (cầu kép) Ví dụ: Đối với SeO2 có Se lai hoá sp2 O = Se = O Phân tử chuyển sang trạng thái bền có lai hố sp dùng chung phối tử, O có kích thước nhỏ nên phân tử dùng chung đỉnh, tạo thành tứ diện dùng chung đỉnh liên kết với hình thành nên mạch dài vơ hạn, cấu trúc mạch * Việc chuyển trạng thái lai hoá hình thành nên cấu trúc mạch phân tử dùng chung đỉnh dùng chung cạnh Có nghĩa là: phối tử có kích thước nhỏ, dùng chung đỉnh tạo cầu đơn phối tử có kích thước lớn, dùng chung cạnh tạo cầu kép hình thành cấu trúc mạch * Để xác định số lượng đỉnh cạnh dùng chung ta dựa vào số phối trí phối tử : _ Mỗi nguyên tử ion phân tử hay tinh thể luôn bao quanh nguyên tử, ion, hay phân tử khác Số hạt (ion, nguyên tử, hay phân tử) trực tiếp bao quanh nguyên tử hay ion khảo sát gọi số phối trí nguyên tử hay ion _ Trong chất với liên kết cộng hóa trị, số phối trí nguyên tử hay ion trung tâm số phối tử liên kết trực tiếp với chúng liên kết cộng hố trị Như tăng số phối trí nguyên tử trung tâm lên làm tăng liên kết cộng hoá trị với phối tử xung quanh dẫn đến 76 phân tử dùng chung đỉnh cạnh Việc tăng số phối trí theo quy luật: + Xét hợp chất AaBb ta có biểu thức: Số phối trí A= b Số phối trí B a + Số phối trí cực đại nguyên tử số orbital lai hoá (y) [2] y = 2: lai hố sp → Số phối trí cực đại 2 y = 3, (3,5): lai hố sp → Số phối trí cực đại 3 y = 4, (4,5): lai hoá sp → Số phối trí cực đại 3 y = : lai hoá sp d dsp → Số phối trí cực đại y = : lai hố sp3d2 d2sp3 → Số phối trí cực đại Chú ý: Số phối trí nguyên tử thay đổi, số phối tử cơng thức ban đầu khơng đổi (ABn n khơng đổi) Ví dụ: _ SO3: Nếu số phối trí S O 1; số phối trí S O 1,33 _ SeO2: Nếu số phối trí Se O 1,5; số phối trí Se O Tính chất cấu trúc mạch _ Do cấu trúc mạch có liên kết cộng hóa trị theo chiều, hai chiều lại liên kết van der Waals, mà liên kết van der Waals bền dễ bị cắt đứt nên cấu trúc mạch bền theo chiều có liên kết cộng hố trị, hai chiều lại bền _ Từ đặc điểm ta thấy rằng: Xét độ bền liên kết cấu trúc cấu trúc: đảo < mạch < lớp < không gian Mà liên kết bền mạng cấu trúc hợp chất khó phá huỷ, lượng mạng lưới lớn, nên lượng mạng lưới cấu trúc: Đảo < mạch < lớp < không gian Năng lượng mạng lưới lớn nhiệt lượng cần thiết để làm đứt mạch cấu trúc lớn, nhiệt độ nóng chảy cao, nhiệt độ nóng chảy cấu trúc sau: Đảo < mạch < lớp < không gian Như hợp chất cộng hoá trị chất có cấu trúc mạch bền có nhiệt độ nóng chảy thấp Cấu trúc hợp chất ảnh hưởng lớn đến tính chất tính nhiệt độ nóng chảy Ví dụ: Cùng hợp chất cacbon lượng mạng lưới nhiệt độ nóng chảy chất là: than bùn < graphit < kim cương Than bùn bền dễ bị phá huỷ, ngược lại kim cương bền, khó phá huỷ nóng chảy nhiệt độ cao Đó than bùn có cấu trúc mạch cacbon, cịn graphit có cấu trúc lớp, kim cương lại có cấu trúc khơng gian Một số đơn chất hợp chất có cấu trúc mạch 77 * Trong đơn chất Se chất có cấu trúc mạch điển hình Selen nằm phân nhóm nhóm VI chu kỳ bảng hệ thống tuần hoàn Tinh thể Se dạng đa hình bền thuộc hệ lục phương tạo thành từ mạch dích dắc Seα Trong mạch, nguyên tử Se liên kết cộng hoá trị với nên xem tồn mạch phân tử Các mạch liên kết với lực van der Waals [1] Cấu trúc mạch Seα [3] * Một số hợp chất có cấu trúc mạch như: PbCl 2, Pb3O4, MnCl2.2H2O, CaCrF6, CuO4 _ Cấu trúc mạch CuO4: 78 Mạch liên kết đỉnh khối CuO4[4] _ Cấu trúc mạch khống piroxen (SiO33-)n: Ví dụ: CaMgSi2O6 (diopside) Tài liệu tham khảo [1] HOÁ ĐẠI CƯƠNG NGUYỄN ĐÌNH SAO [2] HỐ VƠ CƠ TẬP NGUYỄN THỊ TỐ NGA [3] http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/Lecture4/Lec4.html# anchor10 [4] http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/Lecture4/Lec4.html 79 80 ... hóa trị CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO:  1.HÓA VÔ CƠ NGUYỄN THỊ TỐ NGA(TẬP 1)  2.HÓA VÔ CƠ NGUYỄN THỊ TỐ NGA(TẬP 2)  3.HÓA VÔ CƠ NGUYỄN THỊ TỐ NGA(TẬP 3)  4.LÝ THUYẾT HOÁ VÔ CƠ (KHOA HÓA TRƯỜNH ĐHSP... tương hỗ trình hóa học, học (kể sinh vật học) bao gồm tượng phong hóa, rửa trôi lắng đọng thời gian dài II CÁC KHÓANG CHÍNH CỦA CAOLIN VÀ ĐẤT SÉT : Khóang vật sinh từ hủy họai hóa học Những lọai... làm chất xúc tác cho phản ứng cracking dầu mỏ, điều chế H2O2 dùng bom cháy 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Hóa học vơ (II) _N.X ACMETOP 2- Hóa học vơ (II, III) _ HỒNG NHÂM 3- Hóa học vơ –Các kim loại