Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

BÀI GIẢNG

HỌC PHẦN HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Cấu tạo nguyên tử

Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

Trạng thái tập hợp của chất

Nguyên lý I của nhiệt động học

Nguyên lý II của nhiệt động học

Cân bằng hóa học

Dung dịch

Dung dịch chất điện ly

Động hóa học

Các quá trình điện hóa

Cấu tạo nguyên tử

Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử

Trạng thái tập hợp của chất

Nguyên lý I của nhiệt động học

Nguyên lý II của nhiệt động học

Cân bằng hóa học

Dung dịch

Dung dịch chất điện ly

Động hóa học

Các quá trình điện hóa

Thành phần

Mẫu nguyên tử cổ điển

Đại cương về cơ học lượng tử

Quy luật phân bố các electron trong nguyên tử

Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Các hạt cơ bản trong nguyên tử

Hạt

Điện tích (C) Khối lượng (amu) Khối lượng (kg)

Electron

- 1.602x10-19

5.486x10-4

9.1095x10-31

Proton

1.602x10-19

1.6726x10-27

1.0073

Neutron

1.0087

1.6750x10-27

amu (atomic mass unit) = 1.66054x10-24 gam

The atom

KYÙ HIEÄU NGUYEÂN TÖÛ

X: kyù hieâu teân nguyeân toá Z: ñôn vò ñieän tích haït nhaân = soá proton = soá electron cuûa

nguyeân töû

A: Soá khoái = soá proton + soá neutron

Duøng tia α baén qua laù vaøng daùt moûng → söï coù maët cuûa haït nhaân mang ñieän döông

Mẫu nguyên tử Rutherford (Anh-1911)

Maøn huyønh quang

Uranium

Buoàng chì

Laù vaøng

Keát quaû thöïc nghieäm

Giaûi thích keát quaû thöïc nghieäm

• Phaàn lôùn theå tích trong nguyeân töû

laø khoaûng troáng

• Haït nhaân coù kích thöôùc nhoû (caáu

truùc chaéc ñaëc) naèm ôû giöõa

• Caùc haït alpha seõ bò leäch höôùng khi

tieáp caän gaàn haït nhaân

- Nguyên tử gồm: hạt nhân +

các electron

- Hạt nhân mang điện tích dương, kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử, tập trung toàn bộ khối lượng

- Không giải

thich được sự tồn tại và hiện tương quang phổ vạch của nguyên tử.

Moâ hình caáu taïo nguyeân töû

Quang phổ ánh sáng trắng Quang phổ nguyên tử

Quang phoå vaïch Ñaëc tröng cho moãi nguyeân toá

Mẫu nguyên tử Bohr (Đan Mạch-1913)

➢ Các electron trong nguyên tử chuyển động trên các quỹ đạo có năng lượng xác định.

= n2.0.53.10-8 cm

Hằng số Rydberg : RH = 2.1810-18 J Số thứ tự của quỹ đạo: n = 1,2,3,...

~ -13.6 / n2 eV

H 2

➢ Một electron có thể di chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác bằng cách phát xạ hay hấp thụ các bức xạ có năng lượng đúng bằng hiệu số năng lượng giữa hai quỹ đạo.

Trạng thái Kích thích

Sơ đồ năng lượng:

n= n=4 n=3 n=2

...

Ephoton = Eelectron

n=1

Trạng thái nền

E 0 E4 E3 E2

Quang phổ vạch Hydrogen

Dãy Lyman => tử ngoại

n > 1 ==> n = 1

Dãy Balmer => khả kiến

n > 2 ==> n = 2 Dãy Paschen => Hồng ngoại n > 3 ==> n = 3

Tần số bức xạ tính theo Bohr

Khi ni > nf, phát xạ. Khi nf > ni, hấp thu.

h = 6.6310-34 Js

Ví dụ

Xác định bước sóng của bức xạ phát ra khi electron di chuyển từ quỹ đạo có n = 4 đến n = 2?

Xác định bước sóng của bức xạ phát ra khi electron di chuyển từ quỹ đạo có n = 4 đến n = 2? Bài giải −=

H −− R R H 16 4

Ephoton = E = E4 – E2

hc 3= l 16 16=l 3 16

 3.00108 m s

hc HR  6.6310-34 Js

= 4.8710-7 m = 487 nm Xanh

3  2.1810-18 J

Bài tập áp dụng

• Tính bước sóng dài nhất và ngắn nhất khi eletron di chuyển từ

mức n=6 đến các mức thấp hơn?

Bài tập áp dụng

• Hãy xác định tần số và bước sóng của các bức xạ thuộc dãy Balmer (khả kiến). Biết rằng các bức xạ này có được do sự chuyển electron từ các mức n=3,4,5,6 về mức n=2

• Cho RH=2.178x10-18 J

Khiếm khuyết của mô hình Bohr

• Chỉ đúng cho trường hợp của Hydrogen • Không giải thích được quang phổ của các nguyên tố khác.

Một mô hình mới được xây dựng Mô hình LƯỢNG TỬ “QUANTUM MODEL”

Döïa treân baûn chaát nhò nguyeân (soùng – haït) cuûa vaät chaát

Planck -1900

Einstein - 1905

Döïa treân baûn chaát nhò nguyeân (soùng – haït) cuûa vaät chaát

Heisenberg

de Broglie

Schrodinger

Bản chất sóng của vât chất

Louis Debroglie (Pháp - 1924) Mọi hạt vật chất chuyển động đều liên kết với một sóng gọi là sóng vật chất hay sóng liên kết, có bước sóng λ xác định theo hệ thức:

h: Hằng số Planck m: Khối lượng hạt v: vận tốc chuyển động của hạt

Nguyên lý bất định Heisenberg (Đức - 1927

Đối với hạt vi mô không thể xác định chính xác đồng thời cả tốc độ và vị trí

Δx: ñoä baát ñònh veà vò trí Δv: ñoä baát ñònh veà vaän toác h: haèng soá Plank m: khoái löôïng cuûa haït

Phương trình sóng Schrodinger (Áo – 1926)

laø haøm soùng ñaëc tröng cho traïng thaùi cuûa electron

Vôùi E: naêng löôïng toaøn phaàn cuûa electron U: Theá naêng h: Haèng soá Plank x, y, z: caùc thaønh phaàn toaï ñoä. m: khoái löôïng electron

➢ Haøm soùng ñaëc tröng cho traïng thaùi cuûa electron trong xaùc suaát coù maët cuûa electron trong nguyeân

nguyeân töû töû.

➢ Ñaïi löôïng

bieåu dieãn maät ñoä xaùc suaát coù maët cuûa caøng lôùn thì ôû ñaáy electron

electron trong nguyeân töû seõ xuaát hieän thöôøng xuyeân hôn.

2 theå hieän xaùc suaát tìm thaáy electron taïi vuøng khoâng gian n,l,ml quanh haït nhaân thöôøng ñöôïc goïi laø orbitals hay ñaùm maây electron.

Soá löôïng töû

Laø caùc soá nguyeân coù ñöôïc khi giaûi phöông trình soùng Coù 3 loaïi soá löôïng töû – Soá löôïng töû chính: n (1,2,3…) theå hieän naêng löôïng cuûa orbital – Soá löôïng töû Phuï : l (0,1,2,..., n-1 hoặc s p d f g) xaùc ñònh

hình daïng cuûa caùc orbital.

cuûa orbital

– Soá löôïng töû Töø : ml (-l, -l+1, ... , l-1, l) xaùc ñònh söï ñònh höôùng

– Ngoaøi ra, soá löôïng töû spin ms (+1/2 vaø -1/2)

Orbital S s orbital coù daïng hình caàu kích thöôùc taêng daàn theo ñoä lôùn cuûa n:

2s 1s 3s

Orbital p

orbital p (l = 1) coù daïng hình quaû taï ñoâi ñònh höôùng theo 3 truïc x, y, vaø z kyù hieäu laø px, py, vaø pz.

Orbital d vaø f

Coù caùc hình daïng phöùc taïp.

Caáu truùc voû electron theo quan ñieåm löôïng töû

Voû Electron

• Voû electron goàm caùc lôùp vaø phaân lôùp

• LÔÙP goàm caùc orbital coù cuøng n

• PHAÂN LÔÙP goàm caùc orbital coù cuøng n vaø l

orbital

1 0 0 1s

Nguyeân töû 1 electron Naêng löôïng -RH

-RH/4

1 -1,0,1

-RH/4

0 0

-RH/9

1 -1,0,1

-RH/9

2 -2,-1,0,1,2 3d

-RH/9

Nguyeân töû nhieàu Electron

Caùc phaân lôùp trong cuøng moät lôùp seõ coù naêng löôïng khaùc nhau: s < p < d < f

4d 3d

5p 4p 3p

5s 4s 3s

2p 2p

Söï saép xeáp electron trong voû nguyeân töû

Tuaân theo 3 nguyeân taéc: • Nguyeân lyù beàn vöõng • Nguyeân lyù loaïi tröø Pauli • Qui taéc Hund

Nguyeân lyù beàn vöõng

• Electron seõ chieám caùc orbital coù naêng löôïng thaáp tröôùc.

• Ví duï:

Caáu hình electron thöôøng ñöôïc vieát döôùi daïng.

or [He] Li:

Li: 1s2 2s1 or [He] 2s1

Nguyeân lyù loaïi tröø Pauli

• “Trong cuøng moät nguyeân töû , khoâng theå coù 2 electron coù 4 soá

löôïng töû gioáng nhau.”

coù spin ngöôïc nhau.

• Trong moät orbital chæ coù toái ña 2 electron vaø 2 electron naøy phaûi

• Ví duï: 2 electron trong nguyeân töû Heli coù caùc soá löôïng töû

n l ml ms

electron 1 1 0 0 +½ -½ electron 2 1 0 0

Qui taéc Hund Caáu hình electron beàn laø caáu hình coù nhieàu electron chöa gheùp caëp nhaát.

Carbon:

naêng löôïng cao

Naêng löôïng thaáp

Caáu hình Electron

Caáu hình electron

Vieát caáu hình electron cuûa:

13Al:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

[Ne] 3s2 3p1

26Fe:

[Ar] 4s2 3d6 [Ar]

50Sn:

[Kr] 5s2 4d10 5p2

82Pb+2:

[Rn] 7s2 6d1 5f3

92U:

[Xe] 6s2 4f14 5d10

Sô ñoà oâ löôïng töû

Ví duï

• Vieát caáu hình electron cuûa Phospho • Löu yù Phospho coù 15 electron

5f 7p 6p

4f 5p

7s 6s 5s

• 2 electron tieáp theo ñieàn vaøo

orbital 2s

• coøn 11 electron nöõa

g n ô ö l g n a N

7p 6p 5d

7s 6s 5s

3d 4s

g n ô ö l g n a N

7p 6p 5d

7s 6s 5s

3d 4s

g n ô ö l g n a N

7p 6p 5d

7s 6s 5s

3d 4s

2p Caáu hình electron 1s22s22p63s23p3

g n ô ö l g n a N

Qui taéc Kleskovski

• 1s2