Cấu hỡnh electron nguyờn tử cỏc nguyờn tố nhúm A

2.2.2 .Cấu tạo bảngtuần hoàn cỏc nguyờn tố húa học

2.2.2.2 .Chu kỡ

2.2.3.1. Cấu hỡnh electron nguyờn tử cỏc nguyờn tố nhúm A

- Cụng thức tổng quỏt: nsanpb.

Trong đú: - n: số thứ tự của chu kỡ. - (a+b): số thứ tự của nhúm.

- Nếu electron lớp ngoài cựng điền vào phõn lớp ns thỡ đú là nguyờn tố s. Nếu electron lớp ngoài cựng điền vào phõn lớp np thỡ đú là nguyờn tố p.

Trong nhúm A: Số electron húa trị = Số electron lớp ngoài cựng = Số thứ tự của nhúm A. 2.2.3.2. Cấu hỡnh electron nguyờn tử cỏc nguyờn tố nhúm B

- Cụng thức tổng quỏt: (n-1)dansb

Trong đú: - n: số thứ tự của chu kỡ - a: 1ữ10, b : 1,2 Cỏch xỏc định số thứ tự nhúm B :

Đối với cụng thức tổng quỏt: (n-1)dansb

Nếu:

- a+b < 8 thỡ e húa trị = a+b = STT nhúm. - a+b > 10 thỡ e húa trị = b = STT nhúm.

2.2.4. Những đại lượng và tớnh chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tớchhạt nhõn hạt nhõn

2.2.4.1. Bỏn kớnh nguyờn tử

Trong một chu kỡ, bỏn kớnh nguyờn tử của cỏc nguyờn tố giảm dần theo chiều tăng dần điện tớch hạt nhõn (từ trỏi sang phải).

Trong một nhúm A, bỏn kớnh nguyờn tử của cỏc nguyờn tố tăng dần từ trờn xuống dưới. Khi một nguyờn tử mất electron để tạo ion dương (cation) thỡ kớch thước giảm đi nhiều. Bỏn kớnh của cation bao giờ cũng nhỏ hơn bỏn kớnh của nguyờn tử tương ứng. Cựng một nguyờn tử, nếu điện tớch ion càng lớn thỡ bỏn kớnh càng nhỏ.

    Fe2 Fe3

Fe r r

r

Khi một nguyờn tử nhận thờm electron để tạo thành ion õm (anion) thỡ kớch thước ion tăng lờn. Bỏn kớnh của anion bao giờ cũng lớn hơn bỏn kớnh của nguyờn tử tương ứng.

   Cl  Cl

Cl r r

r

2.2.4.2. Năng lượng ion húa (I)

Năng lượng ion húa của nguyờn tử là năng lượng tối thiểu dựng để tỏch một electron ra khỏi nguyờn tử ở trạng thỏi cơ bản để tạo thành ion dương.

Nguyờn tử càng dễ nhường electron (tớnh kim loại càng mạnh) thỡ giỏ trị I càng nhỏ. Trong một chu kỡ, theo chiều tăng điện tớch hạt nhõn, bỏn kớnh nguyờn tử giảm, lực liờn kết giữa hạt nhõn và electron lớp ngoài cựng tăng, làm cho năng lượng ion húa núi chung cũng tăng theo.

Trong một nhúm A, theo chiều tăng của điện tớch hạt nhõn, bỏn kớnh nguyờn tử tăng, lực liờn kết giữa electron lớp ngoài cựng và hạt nhõn giảm, do đú năng lượng ion húa núi chung giảm.

2.2.4.3. Ái lực electron (E)

Ái lực electron là năng lượng giải phúng hoặc nhận vào khi một nguyờn tử ở thể khớ kết hợp với một electron để biến thành ion õm.

Nguyờn tử cú khả năng thu electron càng mạnh (tớnh phi kim càng mạnh) thỡ giỏ trị E càng õm.

Trong một chu kỡ, nhỡn chung ỏi lực electron càng õm theo chiều tăng dần điện tớch hạt nhõn. Tuy nhiờn, cỏc khớ hiếm lại cú ỏi lực electron dương.

Trong phần lớn trường hợp, trong một nhúm A, theo chiều tăng dần điện tớch hạt nhõn, giỏ trị electron õm cú giỏ trị tuyệt đối giảm dần.

2.2.4.4. Độ õm điện ()

Độ õm điện của nguyờn tố đặc trưng cho khả năng hỳt electron của nguyờn tử đú khi tạo thành liờn kết húa học.

Độ õm điện của nguyờn tử nguyờn tố càng lớn thỡ tớnh phi kim của nguyờn tố càng mạnh. Ngược lại, độ õm điện của nguyờn tử nguyờn tố càng nhỏ thỡ tớnh kim loại của nguyờn tố đú càng mạnh.

Trong một chu kỡ, theo chiều tăng dần của điện tớch hạt nhõn, độ õm điện của nguyờn tử cỏc nguyờn tố tăng dần.

Trong một nhúm A, theo chiều tăng dần của điện tớch hạt nhõn, độ õm điện của nguyờn tử cỏc nguyờn tố giảm dần.

2.2.4.5. Tớnh kim loại, tớnh phi kim

Tớnh kim loại là tớnh chất của một nguyờn tố mà nguyờn tử của nú dễ nhường electron để tạo ion dương.

Tớnh phi kim là tớnh chất của một nguyờn tố mà nguyờn tử của nú dễ nhận electron để trở thành ion õm.

Trong một chu kỡ, theo chiều tăng dần của điện tớch hạt nhõn, tớnh kim loại của cỏc nguyờn tố giảm dần, đồng thời tớnh phi kim tăng dần.

Trong một nhúm A, theo chiều tăng dần của điện tớch hạt nhõn, tớnh kim loại của cỏc nguyờn tố tăng dần, đồng thời tớnh phi kim giảm dần.

2.2.5. Sự biến đổi tớnh axit – bazơ của oxit và hiđroxit

Oxit và hiđroxit của kim loại thể hiện tớnh bazơ oxit và hiđroxit của phi kim thể hiện tớnh axit. Tớnh axit – bazơ của chỳng mạnh yếu phụ thuộc vào độ mạnh yếu của kim loại và phi kim tương ứng.

Trong một chu kỡ, theo chiều tăng của điện tớch hạt nhõn, tớnh bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần, đồng thời tớnh axit của chỳng tăng dần.

Trong một nhúm A, theo chiều tăng của điện tớch hạt nhõn, tớnh bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng tăng dần, đồng thời tớnh axit của chỳng giảm dần.

2.2.6. Hợp chất với hiđro

Phi kim cú thể tạo hợp chất khớ với hiđro theo cụng thức RH(8-n), trong đú n là số nhúm. Kim loại mạnh cú thể tạo hợp chất rắn với hiđro theo cụng thức MHx, trong đú x là húa trị của kim loại.

2.1.3. Chuyờn đề 3:Húa học phúng xạ[5]2.3.1. Sơ lược về hạt nhõn 2.3.1. Sơ lược về hạt nhõn

Cấu tạo

- Hạt nhõn nguyờn tử gồm cỏc hạt proton và nơtron. Chỳng gọi chung là nucleon. - Kớ hiệu hạt nhõn X: 

 Z: điện tớch hạt nhõn A: số khối

2.3.2. Hiện tượng phúng xạ

2.3.2.1. Hiện tương phúng xạ tự nhiờn

Hiện tượng phúng xạ là hiện tượng một hạt nhõn khụng bền vững, tự động phõn ró, phỏt ra tia phúng xạ và biến đổi thành hạt nhõn khỏc.

a. Cỏc kiểu phúng xạ chớnh

- Kiểu α: Phúng ra những hạt α, với tốc độ cỡ 20000 km/s.

- Kiểu β : Phúng xạ ra cỏc hạt electron, với tốc độ cỡ 280000km/s.

- Kiểu γ : Phúng ra những photon cú năng lượng rất cao, thường kốm theo cỏc dạng phúng xạ khỏc.

b. Định luật chuyển dịch phúng xạ

Trong phản ứng hạt nhõn, cả số khối và điện tớch hạt nhõn đều được bảo toàn. - Phúng xạ kiểu α

+ Hạt α là hạt nhõn nguyờn tử He: 4 2

2 e gồm 2 proton, 2 nơtron, 0 electron. + Hầu hờt cỏc đồng vị phúng xạ cú Z > 83 đều phúng xạ theo kiểu α.

Định luật 1:Khi nguyờn tử mất đi 1 hạt α, nguyờn tố mẹ cú số khối giảm đi 4 đơn vị so với nguyờn tử ban đầu và cú số hiệu nguyờn tử giảm đi 2 đơn vị.

          4 2 4 2 e Vớ dụ: U h4e 2 234 90 238 92 - Phúng xạ kiểu β + Hạt β là hạt electron: 0e 1  + Hạt nhõn nguyờn tử phúng ra hạt β. + Cỏc nguyờn tố cú Z < 83 thường phúng xạ ra hạt β

Định luật 2:Khi hạt nhõn nguyờn tử mất đi một electron, số khối của hạt nhõn vẫn khụng đổi, như vậy tổng số hạt nucleon vẫn khụng đổi, tuy nhiờn số hiệu nguyờn tử tăng lờn một đơn vị.           10e 1 Vớ dụ:  14 7 0 1 14 6C e

A khụng đổi nhưng Z tăng lờn 1 đơn vị → 1 nơtron trong hạt nhõn đó biến đổi thành 1 proton và 1 electron: n e 1p 1 0 1 1 0  

Hạt proton được giữ lại trong hạt nhõn nhưng electron bị bắn ra thành hạt β. a. Định luật phõn ró phúng xạ

Nếu N0là số hạt nhõn phúng xạ ở thời điểm ban đầu t = 0 thỡ sau một thời gian t, số hạt nhõn phúng xạ cũn lại là N: kt e    0 (1) kt   0 ln (2) Trong đú: k là hằng số phõn ró phúng xạ, hay hằng số phúng xạ. - Chu kỡ bỏn hủy ( thời gian bỏn hủy)

+ Chu kỡ bỏn hủy, kớ hiệu là t1/2 (hay τ), là thời gian cần thiết để một nửa lượng chất ban đầu bị phõn hủy.

+ Chu kỡ bỏn hủy của một nguyờn tố phúng xạ là số đo độ bền tương đối của nguyờn tố đú.

Vớ dụ: 238U với chu kỡ bỏn hủy là 4,5.109năm được coi là đồng vị bền, cũn214Po là đồng vị khụng bền. + Cỏch tớnh chu kỡ bỏn hủy : Từ phương trỡnh (2) → k = t 1ln 0 (3) Thay N = 20 

vào phương trỡnh (2) ta được: k = 2 / 1 1 t ln2 (4) hay t1/2= k 693 , 0 (5) - Độ phúng xạ

+ Độ phúng xạ là số phõn ró phúng xạ trong một đơn vị thời gian, kớ hiệu là A. + Độ phúng xạ được xỏc định bởi cụng thức: A = k.N (6)

N là số hạt nhõn. + Đơn vị: Becquerel, kớ hiệu là Bq.

1 Bq = 1 phõn ró phúng xạ trong 1 s.

1 Curi (Ci) = 3,7.1010Bq : số phõn ró phúng xạ của 1 g Rađi trong 1s.

Gọi A0 và A lần lượt là độ phúng xạ đo được khi ban đầu cú N0 nguyờn tử và sau khi phõn ró cũn N nguyờn tử, ta được:

→ ln

0



 = -kt (7)

2.3.2.2. Sự phúng xạ nhõn tạo. Điều chế cỏc đồng vị phúng xạ nhõn tạo

Cú một số lớn phản ứng trong đú sản phẩm sinh ra là những hạt nhõn khụng bền, bị phõn hủy phúng xạ giống như sự phõn hủy của những nguyờn tố phúng xạ tự nhiờn. Những nguyờn tố cú tớnh chất trờn được gọi là cỏc đồng vị phúng xạ nhõn tạo.

Vớ dụ: Đồng vị30P điều chế nhõn tạo bằng cỏch bắn phỏ nhụm bằng tia α

n e l 1 0 30 15 4 2 27 13     

30P tạo thành khụng bền, nú tự phõn hủy phúng xạ theo phương trỡnh

e Si 0 1 30 14 30 15   (0e

1 là hạt positron, hay cũn gọi là electron dương)

Tất cả nguyờn tố sau urani đều là cỏc nguyờn tố phúng xạ và hầu hết đều tự phõn ró nhanh chúng thành những nguyờn tử nhỏ hơn.

Vớ dụ: U n U a r 1n 0 92 36 141 56 236 92 1 0 235 92        3 ∆H = -2.1010kJ/mol. 2.3.3. Phản ứng hạt nhõn 2.3.3.1. Phản ứng hạt nhõn

- Khi bắn phỏ hạt nhõn nguyờn tử của một nguyờn tố bằng cỏc hạt cơ bản hoặc bằng cỏc hạt nhõn khỏc (khi gia tốc. cú thể làm biến đổi nguyờn tố nọ thành nguyờn tố kia.

- Sự tương tỏc của cỏc hạt để tạo thành nguyờn tố mới hoặc sự biến đổi nguyờn tố nọ thành nguyờn tố kia do phúng xạ được gọi là phản ứng hạt nhõn.

Điểm khỏc nhau giữa phản ứng húa học và phản ứng hạt nhõn: trong cỏc phản ứng húa học thỡ chỉ cú lớp vỏ electron trong nguyờn tử là bị thay đổi, khụng ảnh hưởng gỡ đến hạt nhõn nguyờn tử. Cũn trong phản ứng hạt nhõn thỡ làm thay đổi thành phần nguyờn tử, nguyờn tố nọ cú thể biến thành nguyờn tố kia. Ngoài ra, sự biến đổi năng lượng trong cỏc phản ứng hạt nhõn lớn hơn rất nhiều so với cỏc phản ứng húa học.

 Một số lưu ý khi viết phương trỡnh phản ứng hạt nhõn

Viết phương trỡnh phản ứng hạt nhõn phải tũn theo hai định luật bảo tồn : - Bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối A)

- Bảo toàn điện tớch (số hiệu nguyờn tử Z) Chẳng hạn trong phản ứng kiểu sau:

              ''' ''' '' '' ' ' L Ta cú: A + A' = A'' + A''' Z + Z' = Z'' + A''' 2.3.3.2. Phản ứng phõn chia hạt nhõn (phản ứng phõn hạch hạt nhõn) - Sự phõn chia hạt nhõn là sự phỏ vỡ cỏc hạt nhõn nặng thành cỏc hạt nhõn nhẹ hơn. - Trong phản ứng phõn chia hạt nhõn, hạt nhõn nguyờn tử vỡ ra làm hai hay nhiều mảnh cú khối lượng xấp xỉ nhau.

Vớ dụ: khi bắn phỏ hạt nhõn235Urani bằng nơtron thỡ xảy ra phản ứng phõn chia hạt nhõn thành hai mảnh: n r a U n U 1 0 92 36 141 56 236 92 1 0 235 92        3

Phản ứng giải phúng ra một năng lượng khổng lồ ∆H = -2.1010kJ/mol. 2.3.3.3. Phản ứng tổng hợp hạt nhõn (phản ứng nhiệt hạch)

Sự tổng hợp hạt nhõn là sự kết hợp cỏc hạt nhõn nhẹ thành hạt nhõn nặng hơn (ngược với phản ứng phõn hạch). Vớ dụ: 4 e 0e 1 4 2 1 1   2 ∆H = -2,5.109kJ

Lại cũng do sự chờnh lệch năng lượng liờn kết hạt nhõn nờn đó giải phúng ra 1 năng lượng khổng lồ như trờn. Phản ứng này tạo ra nguồn năng lượng của mặt trời và là khởi đầu cho việc tổng hợp cỏc nguyờn tố trong vũ trụ.

2.4. Chuyờn đề 4: Liờn kết húa học [4];[5];[10];[11]2.4.1. Tổng quan về liờn kết húa học 2.4.1. Tổng quan về liờn kết húa học

2.4.1.1. Phõn tử và liờn kết húa học

Phõn tử là hạt vi mụ đại diện cho chất và mang đầy đủ tớnh chất húa học của một chất. Trong tự nhiờn cỏc khớ hiếm tồn tại ở trạng thỏi phõn tử đơn nguyờn tử. Nguyờn tử của cỏc nguyờn tố khỏc rất Ít khi tồn tại một cỏch độc lập mà cú xu hướng kết hợp với nhau để tạo ra phõn tử hay tinh thể cú hai hay nhiều nguyờn tử. Sự kết hợp này nhằm đạt đến cấu

trỳc mới bền vững hơn, cú năng lượng thấp hơn. Người ta gọi sự kết hợp giữa cỏc nguyờn tử là liờn kết húa học.

Theo quan điểm hiện nay. Phõn tử gồm một số cú giới hạn cỏc hạt nhõn nguyờn tử và cỏc electron tương tỏc với nhau, được phõn bố một cỏch xỏc định trong khụng gian tạo thành một cấu trỳc bền vững.

Hiểu theo nghĩa rộng, khỏi niệm phõn tử bao gồm cả phõn tử trung hoà, cả những ion, ion phức và những gốc tự do.

2.4.1.2. Cỏc khuynh hướng hỡnh thành liờn kết húa học:- Electron húa trị - Electron húa trị

Electron húa trị là e cú khả năng tham gia tạo liờn kết húa học.Cỏc nguyờn tố nhúm A cú số e húa trị bằng số elớp ngoài cựng, cỏcnguyờn tố nhúm B cú số e húa trị bằng số e cú trong cỏcphõn lớp (n-1)d và ns.

- Cụng thức Lewis

Cụng thức Lewis là loại cụng thức cho biết số electron húa trị của nguyờn tử, trong đú hạt nhõn và electron lớp trong được biểu diễn bằng kớ hiệu húa học của nguyờn tố, cũn electron húa trị tượng trưng bằng cỏc dấu chấm (.) đặt xung quanh kớ hiệu của nguyờn tố (cú phõn biệt electron ghộp đụi và độc thõn). Mỗi cặp electron tham gia liờn kết hoặc tự do cũn cú thể biểu diễn bằng một đoạn gạch ngang (-)

Vớ dụ:

IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA

Chu kỳ 2 Li . Be : : B . : C . : N : O : : F : : Ne :

hoặc Li . Be B . C N O F Ne

- Cỏc khuynh hướng hỡnh thành liờn kết - Qui tắc bỏt tử (Octet)

Như trờn đó núi, sự hỡnh thành liờn kết là nhằm đạt cấu trỳc bền vững hơn. Thực tế cho thấy chỉ cỏc nguyờn tử khớ hiếm là tồn tại độc lập mà khụng liờn kết với cỏc nguyờn tử khỏc. Sở dĩ như vậy vỡ chỳngcú lớp electron ngoài cựngcú cấu hỡnh ns2np6(8 electron) bền vững, cú trạng thỏi năng lượng thấp. Trờn cơ sở này, người ta cho rằng khi tham gia liờn kết để đạt cấu trỳc bền cỏc nguyờn tử phải làm cho lớp vỏ của chỳng giống lớp vỏ của khớ hiếm gần kề. Cú hai giải phỏp đạt đến cấu trỳc này là dựng chung hoặc trao đổi cỏc electron húa trị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Những điều núi trờn là nội dung của qui tắc bỏt tử: “ Khi tham gia vào liờn kết húa học cỏc nguyờn tử cú khuynh hướng dựng chung electron hoặc trao đổi để đạt đến cấu trỳc bền của khớ hiếm bờn cạnh với 8 hoặc 2 electron lớp ngoài cựng”.

Vớ dụ: H . + . Cl.... : H : Cl.... : H-Cl Na . . Cl Na+ Cl- (2/8) (2/8/8) + .... : NaCl (2/8/1) (2/8/7)

- Một số đại lượng đặc trưng cho liờn kết húa học

a. Độ dài liờn kết (d): Là khoảng cỏch giữa hai hạt nhõn của hai nguyờn tử liờn kết trực tiếp với nhau.

Vớ dụ: Trong phõn tử nước, dO-H= 0,94 A.0

Độ dài liờn kết giữa hai nguyờn tử A-B cú thể tớnh gần đỳngbằng tổng bỏn kớnh của hai nguyờn tử A và B

H H

O

0,94 A

104028' 0

b. Gúc liờn kết: Là gúc tạo bởi hai nửa đường thẳng xuất phỏt từ một hạt nhõn nguyờn tử và đi qua hạt nhõn của hai nguyờn tử liờn kết trực tiếp với nguyờn tử đú.Vớ dụ: