Bài giảng Hoá học vô cơ 2 - ĐH Phạm Văn Đồng

UỶ BAN<br /> NHÂN MÔN<br /> DÂNHOÁ<br /> TỈNHHỌC<br /> QUẢNG<br /> BÀI GIẢNG<br /> VÔ CƠNGÃI<br /> 2<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG<br /> ------------<br /> <br /> BÀI GIẢNG<br /> <br /> HOÁ HỌC VÔ CƠ 2<br /> <br /> GVBS: Nguyễn Thị Nhi Phương<br /> <br /> Quảng Ngãi, tháng 6 năm 2014<br /> <br /> 1<br /> <br /> LỜI MỞ ĐẦU<br /> Bài giảng Hoá học Vô cơ 2 được biên soạn dựa trên giáo trình "Hoá học Vô<br /> cơ 2" của Bộ Giáo dục và Đào tạo - dự án đào tạo giáo viên THCS, tuy nhiên đề<br /> cương chi tiết của học phần Hoá học Vô cơ 2 (Tổ bộ môn biên soạn theo chương<br /> trình của Bộ Giáo dục dục và Đào tạo) so với nội dung giáo trình này có một số nội<br /> dung còn thiếu hay dòng văn diễn đạt làm cho sinh viên khó hiểu. Vì vậy, để giúp<br /> các em sinh viên có điều kiện trong việc học tập học phần Hóa học Vô cơ 2 tôi đã<br /> biên soạn bài giảng Hóa học Vô cơ 2 với sự tổng hợp của nhiều tài liệu tham khảo<br /> và bám sát đề cương chi tiết Hóa học Vô cơ 2 của hệ Cao đẳng Sư phạm đã được<br /> Tổ bộ môn phát hành.<br /> Nội dung bài giảng gồm 13 chương nêu lên những kiến thức đại cương về<br /> kim loại, trình bày chi tiết về các kim loại từ nhóm IA đến VA và trình bày một số<br /> nét đại cương về kim loại chuyển tiếp.<br /> Tuy nhiên ở mức độ là một bài giảng tác giả chỉ trình bày những nội dung<br /> cốt lõi, không thể đầy đủ các phần đọc thêm, mở rộng kiến thức nên khi nghiên cứu<br /> bài giảng này các bạn đọc nên kết hợp với các giáo trình khác để mở rộng thêm kiến<br /> thức cho mình.<br /> Song chắc chắn rằng bài giảng này không tránh khỏi còn những thiếu sót.<br /> Tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, sinh viên đóng góp ý kiến để bài<br /> giảng được hoàn thiện hơn.<br /> <br /> 2<br /> <br /> Chương 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI<br /> 1.1. Kim loại, phi kim, bán kim, bán dẫn<br /> 1.1.1. Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn các nguyên tố<br /> - Khoảng hơn 115 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn, kim loại chiếm<br /> hơn 80% tổng số các nguyên tố. Các nguyên tố phi kim và khí hiếm chiếm chưa đến<br /> 20%. Về khối lượng: kim loại chiếm 20% khối lượng vỏ quả đất, chủ yếu là Al.<br /> - Trong bảng hệ thống tuần hoàn các kim loại nằm ở các phân nhóm chính từ<br /> IA đến IVA (Ge, Sn, Pb), một nguyên tố Bi nằm ở nhóm VA, ngoài ra các nguyên tố<br /> còn được phân bố ở các nhóm từ IB đến VIIIB cùng hai họ lantan và actini.<br /> - Điểm khác nhau căn bản về mặt hoá học giữa kim loại và phi kim là kim<br /> loại có xu hướng nhường electron hoá trị để đạt cấu hình electron bền vững của khí<br /> hiếm đứng trước nó, còn phi kim có xu hướng thu thêm electron để đạt cấu hình<br /> electron bền vững của khí hiếm đứng sau nó trong một chu kỳ. Do đó tính kim loại<br /> và phi kim biến đổi dần trong một chu kỳ cũng như trong một phân nhóm, vì thế<br /> không có ranh giới thật sự rõ rệt giữa kim loại và phi kim. Những nguyên tố nằm<br /> trong vùng giáp ranh giữa kim loại và phi kim được gọi là nguyên tố bán dẫn (7<br /> nguyên tố: Sb, B, Si, Ge, As, Te và Se).<br /> 1.1.2. Kim loại và phi kim<br /> Bảng 1.1. So sánh tính chất của kim loại và phi kim<br /> Kim loại<br /> <br /> Phi kim<br /> Đặc điểm nguyên tử<br /> <br /> - Năng lượng ion hoá thấp<br /> <br /> - Năng lượng ion hoá cao<br /> <br /> - Ái lực với electron thấp<br /> <br /> - Ái lực với electron cao<br /> <br /> - Độ âm điện thấp<br /> <br /> - Độ âm điện cao<br /> <br /> - Bán kính nguyên tử tương đối lớn<br /> <br /> - Bán kính nguyên tử tương đối nhỏ<br /> <br /> Tính chất vật lý<br /> - Thường là chất rắn, nhiệt độ nóng - Thường là chất khí, rắn, nhiệt độ nóng<br /> chảy, nhiệt độ sôi cao<br /> <br /> chảy, nhiệt độ sôi thấp<br /> <br /> - Có ánh kim, phản xạ ánh sáng với - Không có ánh kim, phản xạ ánh sáng ít<br /> nhiều bước sóng khác nhau<br /> <br /> 3<br /> <br /> - Khối lượng riêng lớn<br /> <br /> - Khối lượng riêng nhỏ<br /> <br /> - Dẻo, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi<br /> <br /> - Giòn<br /> <br /> - Thường cứng<br /> <br /> - Thường mềm<br /> <br /> - Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt<br /> <br /> - Thường cách điện<br /> Tính chất hoá học<br /> <br /> - Hợp chất với hidro không phải là đặc - Hợp chất với hidro là đặc trưng<br /> trưng<br /> - Oxit và hidroxit có tính bazơ<br /> <br /> - Oxit và hidroxit có tính axit<br /> <br /> - Halogenua thường là hợp chất ion<br /> <br /> - Halogenua thường là hợp chất cộng<br /> hoá trị<br /> <br /> - Tạo thành cation đơn, cation và anion - Tạo thành anion đơn<br /> phức<br /> 1.1.3. Nguyên tố bán dẫn<br /> Các nguyên tố bán dẫn nằm ở ranh giới giữa kim loại và phi kim (Sb, B, Si,<br /> Ge, As, Te và Se). Vẻ bề ngoài các nguyên tố này giống với các kim loại, chúng<br /> phản xạ bức xạ khả kiến và hồng ngoại kém hơn nhiều so với các kim loại nên<br /> chúng là những chất màu xám có ánh kim. Các nguyên tố bán dẫn các electron kém<br /> linh động hơn so với các kim loại nên tính dẫn điện thấp hơn tính dẫn điện của kim<br /> loại và tăng lên trong những điều kiện nhất định. Về mặt tính chất hoá học các<br /> nguyên tố bán dẫn có đặc tính của các phi kim.<br /> 1.2. Cấu trúc electron của nguyên tử kim loại<br /> Người ta phân chia kim loại ra thành kim loại tiêu biểu và kim loại chuyển<br /> tiếp:<br /> - Kim loại tiêu biểu nằm ở các phân nhóm chính (nhóm A) gồm:<br /> + Kim loại nhóm IA (kim loại kiềm): cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns1<br /> + Kim loại nhóm IIA (kim loại kiềm thổ): cấu hình electron lớp ngoài cùng:<br /> ns2<br /> + Kim loại nhóm IIIA: cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np1<br /> + Kim loại nhóm IVA (Sn, Pb): cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np2<br /> + Kim loại nhóm VA (Bi): cấu hình electron lớp ngoài cùng: ns2np3<br /> <br /> 4<br /> <br /> Ở kim loại tiêu biểu các electron cuối cùng điền vào phân lớp s hoặc p của<br /> lớp electron ngoài cùng và các electron ở lớp ngoài cùng đóng vai trò là electron<br /> hóa trị.<br /> - Các kim loại chuyển tiếp, electron cuối cùng điền vào phân lớp (n-1)d hoặc<br /> (n-2)f, các nguyên tố này có 2 hoặc 3 lớp electron bên ngoài chưa đầy đủ. Các kim<br /> loại chuyển tiếp họ d được xếp thành 4 dãy:<br /> + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 3d: gồm các nguyên tố từ 21Sc đến<br /> 30Zn<br /> <br /> + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 4d: gồm các nguyên tố từ 39Y đến<br /> 48Cd<br /> <br /> + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 5d: gồm các nguyên tố từ 57La đến<br /> 80Hg<br /> <br /> + Dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 6d (chưa đầy đủ): gồm các nguyên<br /> tố<br /> <br /> 89Ac, 104Ku, 105Ns, 106Sg, 107Bh, 108Hs<br /> <br /> 104Ku<br /> <br /> và<br /> <br /> 109Mt.<br /> <br /> Mới đây theo IUPAC nguyên tố<br /> <br /> đổi thành 104Rf (Rutherfordium), 105Ns đổi thành 105Db (Dubinum).<br /> - Các kim loại chuyển tiếp họ f được xếp thành 2 dãy:<br /> + Các nguyên tố họ lantan dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 4f: gồm<br /> <br /> các nguyên tố từ 58Ce đến 71Lu.<br /> + Các nguyên tố họ actini dãy kim loại chuyển tiếp điền vào mức 5f: gồm<br /> các nguyên tố từ 90Th đến 103Lr.<br /> - Lớp ngoài cùng của các nguyên tố họ lantan và các nguyên tố họ actini đều<br /> có 2 electron s, trong một số trường hợp lớp sát ngoài cùng có chứa 1 electron d,<br /> phân lớp (n-2)f có từ 2 đến 14 electron, các phân lớp electron bên trong phân lớp<br /> (n-2)f đã được điền đầy đủ và các electron đó không có khả năng tham gia vào liên<br /> kết. Cấu hình electron của các nguyên tố họ lantan cũng như của các nguyên tố họ<br /> actini đều khác nhau rất ít nên tính chất hoá học của các nguyên tố trong từng dãy<br /> đó khá giống nhau.<br /> 1.3. Cấu trúc tinh thể phổ biến của kim loại<br /> 1.3.1. Cách sắp xếp chặt khít của nguyên tử kim loại<br /> Nếu xem nguyên tử kim loại là những quả cầu rắn có bán kính như nhau thì<br /> để sắp xếp các quả cầu trên một mặt phẳng sao cho khoảng trống còn lại là nhỏ nhất<br /> 5<br /> <br />