Giáo trình Hoá đại cương vô cơ (Ngành: Dược - CĐLT) - Trường Cao đẳng Y tế Sơn La (2021)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Hoá đại cương vô cơ (Ngành: Dược - CĐLT) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Những khái niệm và định luật cơ bản trong hóa học; Cấu tạo nguyên tử. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học; Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử; Phức chất; Tốc độ và cơ chế phản ứng. Cân bằng hóa học; Dung dịch chất điện ly. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hoá đại cương vô cơ (Ngành: Dược - CĐLT) - Trường Cao đẳng Y tế Sơn La (2021)

UBND TỈNH SƠN LA TRƯỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ GIÁO TRÌNH HÓA ĐẠI CƯƠNG – VÔ CƠ NGÀNH: DƯỢC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (LIÊN THÔNG) Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐYT ngày tháng năm của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Y tế Sơn La Sơn La, năm 2018 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm./. 2
LỜI GIỚI THIỆU Hóa đại cương – vô cơ là một trong những môn khoa học cơ sở quan trọng trong chương trình đào tạo Dược sỹ cao đẳng. Môn Hóa đại cương - vô cơ trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về hóa đại cương như một số khái niệm và định luật cơ bản trong hóa học, cấu tạo chất, phản ứng hóa học, dung dịch chất điện ly và các kiến thức về hóa học vô cơ như trạng thái tự nhiên, cấu tạo, tính chất, vai trò, độc tính và ứng dụng của các nguyên tố, hợp chất vô cơ quan trọng trong Y – Dược, từ đó vận dụng được kiến thức để làm bài tập, giải quyết được những vấn đề thực tế liên quan về chuyên môn và vận dụng vào các môn học chuyên ngành như Hóa sinh, Hóa dược, Kiểm nghiệm, Dược liệu, Bào chế, … Môn Hóa đại cương – vô cơ gồm 3 đơn vị học trình (60 giờ trong đó có 30 giờ lý thuyết và 30 giờ thực hành), được học trong kỳ 1 của năm thứ nhất. Nội dung của giáo trình bao gồm các chương/bài sau: Lý thuyết: Chương 1. Những khái niệm và định luật cơ bản trong hóa học Chương 2. Cấu tạo nguyên tử. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Chương 3. Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử. Chương 4. Phức chất Chương 5. Tốc độ và cơ chế phản ứng. Cân bằng hóa học Chương 6. Dung dịch chất điện ly Chương 7. Phản ứng oxy hóa khử và dòng điện Chương 8. Hydrogen Chương 9. Kim loại và một số hợp chất Chương 10. Phi kim và một số hợp chất Thực hành: Bài 1: Dụng cụ và kỹ thuật thực nghiệm cơ bản trong phòng thí nghiệm hóa học. Phương pháp lọc, rửa và cất Bài 2: Phản ứng trong dung dịch điện ly – Sự thủy phân Bài 3: pH và dung dịch đệm. Các yếu tố ảnh hướng đến tốc độ phản ứng Bài 4: Phản ứng oxy hoá khử 3
Bài 5: Kim loại phân nhóm A Bài 6: Kim loại phân nhóm B Bài 7: Phi kim Bài 8: Xác định số phân tử nước kết tinh trong CuSO4.nH2O. Trong quá trình biên soạn, chúng tôi lấy giáo trình Hóa đại cương - vô cơ, tập 1, 2 (Sách đào tạo dược sĩ ĐH, 2017), chủ biên PGS.TSKH. Lê Thành Phước và Giáo trình Thực tập Hóa đại cương – vô cơ (Đại học Dược Hà Nội) làm tài liệu tham khảo. Tuy nhiên, lần đầu biên soạn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được góp ý từ các nhà giáo, các nhà khoa học, các bạn đọc và các sinh viên để cuốn sách được sửa chữa, bổ sung hoàn thiện hơn. Sơn La, ngày tháng năm 2018 CHỦ BIÊN Phạm Thị Thanh Tâm 4
CHƯƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRONG HÓA HỌC MỤC TIÊU 1. Trình bày được nội dung và ý nghĩa của các định luật cơ bản trong hóa học. 2. Phân biệt được các khái niệm: nguyên tử, nguyên tố, phân tử, đơn chất, hợp chất mol, đương lượng. 3. Vận dụng được kiến thức để làm bài tập và giải quyết các vấn đề thực tế liên quan. 4. Tích cực, nghiêm túc trong học tập và nghiên cứu khoa học. NỘI DUNG 1. Một số khái niệm cơ bản 1.1. Nguyên tử, nguyên tố hóa học 1.1.1. Nguyên tử Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của một nguyên tố hoá học không thể chia nhỏ hơn nữa về mặt hoá học. Nguyên tử của các nguyên tố có kích thước và khối lượng khác nhau. Nếu xem nguyên tử như hình cầu thì bán kính của nguyên tử hydro là 0,53A 0 (1 angstrom bằng 10-10m), của nguyên tử iod bằng 1,33A0... 1.1.2. Phân tử Phân tử là tiểu phân nhỏ nhất của một chất có tất cả tính chất hoá học của chất đó. Biểu diễn phân tử của một chất bằng công thức hoá học bao gồm tất cả các ký hiệu hoá học các nguyên tố tạo nên phân tử của chất đó cùng các chỉ số ghi phía dưới bên phải của kí hiệu để chỉ số nguyên tử của nguyên tố đó. Phân tử gồm phân tử hợp chất và phân tử đơn chất. Ví dụ: phân tử nước (H2O), phân tử carbonic (CO2) 1.1.3. Nguyên tố hoá học và đồng vị Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân. Nhiều nguyên tố là hỗn hợp của một số đồng vị. Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton, nhưng khác số neutron. Ví dụ: oxy có 3 đồng vị: 16O , 17O , 18O với tỷ lệ 3150:1:5. Khí hydro thiên nhiên 8 8 8 1 2 là hỗn hợp của 2 đồng vị 1 H (proti) và 1 H (dotori, ký hiệu D) với tỷ lệ 5000:1. 1.2. Phân tử, đơn chất, hợp chất 1.2.1. Chất 5
Chất là dạng đồng thể có cùng tính chất vật lý và hóa học được cấu tạo cùng một loại phân tử hay nguyên tử. Đối với hóa học nói đến chất tức là nói đến chất nguyên chất. 1.2.2. Đơn chất Đơn chất là những chất mà phân tử của chúng có cùng loại nguyên tử như khí H2, O3 , S, Fe…, 1.2.3. Hợp chất Hợp chất là những chất mà phân tử của chúng bao gồm hai hay nhiều nguyên tử khác nhau như CO, CO2, NH3, HNO3, HCl… 1.2.4. Dạng thù hình (dạng đa hình) Dạng thù hình là những dạng phân tử hay dạng tinh thể khác nhau của một nguyên tố. Ví dụ oxy có hai dạng thù hình là oxy (O 2) và ozon (O3), carbon có 3 dạng thù hình là kim cương, than chì và carbon vô định hình. 1.2.5. Đồng phân. Đồng phân là những chất hoá học khác nhau nhưng có cùng công thức phân tử gọi là những chất đồng phân. Như vậy chỉ đơn thuần thành phần chưa đủ để xác định 1 hợp chất hoá học mà phải kể đến cấu tạo phân tử của nó. Trong hóa học đặc biệt hóa học hữu cơ để biểu thị một chất hoá học cụ thể, nhất thiết phải dùng đến công thức cấu tạo. 1.3. Mol và đương lượng 1.3.1. Mol Mol là lượng chất chứa 6,022.1023 tiểu phân cấu trúc của chất. 1 mol chất bất kỳ đều chứa số tiểu phân như nhau (số Avogadro) NA = 6.02214199 x 1023 mol-1 Khối lượng mol nguyên tử: là khối lượng tính bằng gam của 1 mol nguyên tử đó. Khối lượng mol phân tử: là khối lượng tính bằng gam của 1 mol phân tử chất đó. Khối lượng phân tử H2O bằng 18 đv.C→Khối lượng mol phân tử H2O bằng 18g Số mol của một chất (n), được tính bằng công thức: m n= M Trong đó: m là khối lượng của chất (đơn vị: gam) M là khối lượng mol phân tử của chất (đơn vị: gam) 1.3.2. Đương lượng 6
Từ định luật thành phần không đổi ta thấy rằng các nguyên tố kết hợp với nhau theo các tỷ lệ về lượng xác định nghiêm ngặt. Do đó, người ta đưa vào hóa học khái niệm đương lượng, tương tự như khái niệm khối lượng nguyên tử và khối lượng phân tử. * Định nghĩa: Thực nghiệm hóa học xác định rằng: 1,008 khối lượng Hydro tác dụng vừa đủ với: 8,0 Khối lượng Oxy Để tạo thành nước (H2O) 35,5 Clor hydro clorid (HCl) 23,0 Natri natri hydrid (NaH) 16,0 Lưu huỳnh hydro sulfid (H2S) 3,0 Carbon methan (CH4) … Số phần khối lượng mà các nguyên tố tác dụng vừa đủ với 1,008 phần khối lượng hydro lại tác dụng vừa đủ với nhau để tạo thành các hợp chất khác. Ví dụ: 8,0 khối lượng Oxy + 3.0 khối lượng Carbon → Carbon dioxyd (CO2) 35,5 khối lượng Clor + 23.0 khối lượng Natri → Natri clorid (NaCl) 16,0 khối lượng lưu huỳnh + 3,0 khối lượng carbon → Carbon disulfid (CS2) v,v… Người ta gọi số phần khối lượng mà các nguyên tố tác dụng vừa đủ với 1,008 phần khối lượng Hydro (và lại tác dụng vừa đủ với nhau) là đương lượng của các nguyên tố, ký hiệu là E (Equivalence), và viết: E H = 1,008; EO = 8; ECl = 35,5; ES= 16; v.v… chú ý rằng, đương lượng là số phần khối lượng tương đương giữa các chất trong phản ứng nên có thể sử dụng bất kỳ đơn vị khối lượng nào để biểu thị nó (mg, g, kg…) Do chính từ khái niệm đương lượng nêu trên mà việc xác định đương lượng của một nguyên tố hay của một hợp chất không nhất thiết phải xuất phát từ hợp chất của chúng với hydro. Ví dụ, để tìm đương lượng của kẽm (Zn) không thể xuất phát từ phản ứng của kẽm với Hydro, vì ở điều kiện thường phản ứng này không xảy ra. Tuy nhiên, thực nghiệm dễ dàng cho thấy: 32,5 khối lượng Kẽm tác dụng vừa đủ với 8 khối lượng Oxy (1E0) để tạo thành Kẽm oxyd (ZnO), vậy, E Zn = 32,5. Hoặc để tìm đượng lượng H2SO4 không thể bằng cách cho Acid này tác dụng với Hydro hoặc Oxy, nhưng thực nghiệm cho biết: 49 khối lượng H 2SO4 tác dụng vừa đủ với 32,5 khối lượng Kẽm (1Ezn), vậy EH2SO4 = 49. Từ đây, có thể đưa ra định nghĩa chung cho đương lượng: Đương lượng của một nguyên tố hay hợp chất là số phần khối lượng của nguyên tố hay hợp chất đó kết hợp hoặc thay thế vừa đủ với 1 ,008 phần khối lượng 7
Hydro hoặc 8 phần khối lượng oxy hoặc với một đương lượng của bất kỳ chất nào khác đã biết. Trong thực tế người ta dùng đương lượng gam, với quy ước: Đương lượng gam của một chất là lượng chất đó được tính bằng gam và có giá trị số bằng đương lượng của nó. Như vậy: EH = 1,008g ; EO = 8g ; ENa = 23g ; EZn = 32,5g ; EH2SO4 = 49 2. Một số định luật cơ bản của hóa học, thuyết nguyên tử của Dalton 2.1. Định luật bảo toàn khối lượng “Khối lượng tổng cộng của các chất không đổi trong một phản ứng hóa học”. Số lượng các chất và tính chất của chúng có thể thay đổi, nhưng khối lượng của các chất thì giữ nguyên không đổi trước và sau phản ứng. Ngay cả những biến đổi sinh học phức tạp trong cơ thể có liên quan đến nhiều phản ứng thì khối lượng vẫn được bảo toàn: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O 180g Glucose + 192g khí Oxy → 264g Carbon dioxyd + 108g nước (372g nguyên liệu trước phản ứng → 372g chất sau biến đổi) * Nhờ định luật bảo toàn khối lượng mà chúng ta có thể cân bằng các phương trình hóa học và tính được khối lượng của các chất tham gia phản ứng và các chất sản phẩm theo tương quan tỷ lệ thuận khi dựa vào phương trình phản ứng đã cân bằng. 2.2. Định luật thành phần không đổi “Một hợp chất dù được điều chế bằng cách nào thì vẫn bao gồm cùng một loại các nguyên tố và cùng tỷ số khối lượng của các nguyên tố trong hợp chất” Các kết quả sau đây thu được về thành phần khối lượng của các nguyên tố trong 20,0g calci carbonat: Phân tích theo khối lượng Số phần khối lượng Phần trăm khối lượng 8,0 Calci 0,40 Calci 40% 2,4g Carbon 0,12g Carbon 12% 9,6g Oxy 0,48g Oxy 48% 20,0 g 1,00 phần khối lượng 100% khối lượng Định luật thành phần không đổi cho ta biết rằng, calci carbonat tinh khiết thu được từ đá hoa cương ở một ngọn núi, từ san hô ngầm dưới biển, hoặc từ bất kỳ một nguồn nào khác, thì vẫn tìm thấy cùng các loại nguyên tố tạo thành (Calci, Carbon, Oxy) và cùng một số phần trăm như đã cho biết ở bảng trên. Như vậy, nhờ định luật thành phần không đổi mà mỗi hợp chất xác định được biểu thị bằng một công thức hóa học nhất định. 8
Có thể suy ra khối lượng nguyên tố từ tỷ lệ khối lượng của nó trong hợp chất: Số phần khối lượng nguyên tố Khối lượng nguyên tố = Khối lượng hợp chất x 1 phần khối lượng hợp chất Cũng cần chú ý là thành phần không đổi chỉ hoàn toàn đúng cho những hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ ở trạng thái khí và lỏng. Đối với chất rắn hoặc polyme, do những khuyết tật trong mạng tinh thể hoặc trong chuỗi dài phân tử, thành phần của hợp chất thường không ứng đúng với một công thức hóa học xác định. 2.3. Thuyết nguyên tử của Dalton - Vật chất gồm các nguyên tử là các tiểu phân rất nhỏ bé không thể chia cắt của 1 nguyên tố - Nguyên tử của 1 nguyên tố không thể chuyển thành nguyên tử của 1 nguyên tố khác - Nguyên tử của cùng 1 nguyên tố thì tương tự nhau về khối lượng và tính chất nhưng khác với nguyên tử của bất ký nguyên tố nào khác - Hợp chất được tạo thành từ sự kết hợp hóa học của các nguyên tử của nguyên tố khác nhau theo tỷ lệ nhất định. 3. Một số đơn vị của hệ SI quan trọng trong Hóa học Đại lượng vật lý Tên đơn vị Viết tắt đơn vị Khối lượng Kilogam kg Độ dài Met m Thời gian Giây s Nhiệt độ Kelvin K Lượng chất Mole mol Cường độ dòng điện Ampe A Cường độ sáng Candela Cd 4. Phương trình trạng thái khí lý tưởng V = nRT/P hay PV = nRT hay PV= (m/M)RT Trong đó: - P là áp suất của khí có thể tích là V, khối lượng m, ở nhiệt độ tuyệt đối T. - n là số mol khí. - R là hằng số khí 9
+ R=0,082at.l/mol.độ (Khi đơn vị P là atm, V đo bằng lit) + R= 8,314 J/mol.độ (khi đơn vị P là Pa, V đo bằng m3) + R= 62400 mmHg/mol.độ (khi P đo bằng mmHg và V đo bằng ml). 5. Định luật đương lượng Các chất tác dụng với nhau theo các khối lượng tỷ lệ với đương lượng của chúng. Nói cách khác: Số đương lượng của các chất trong phản ứng phải bằng nhau. Định luật được thể hiện qua hệ thức đơn giản: Trong đó: - mA,, mB là khối lượng tính bằng gam của chất A và chất B trong phản ứng. - EA, EB đương lượng gam của chất A và B - Định luật đương lượng cho phép tính khối lượng một chất trong phản ứng nếu biết đương lượng của các chất và khối lượng tác dụng của chất kia. Ví dụ : tính khối lượng khí Clor tác dụng hết với 3,45g Natri, biết E Na = 23; ECl = 35,5. Áp dụng hệ thức nêu trên dễ dàng tìm thấy: 3,45g mCl 3,45g x 35,5 = → mCl = = 5,33g 23 35,5 23 - Với khái niệm nồng độ đương lượng là số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch (ký hiệu N viết sau trị số đương lượng), định luật đương lượng được sử dụng rộng rãi trong phép phân tích chuẩn độ. Chẳng hạn, cần bao nhiêu mL dung dịch kiềm B (đặt là V B) để trung hòa hết VA ml dung dịch A có nồng độ đương lượng là NA. Biết nồng độ đương lượng của dung dịch kiềm B là NB. - Áp dụng định luật đương lượng: Số đương lượng của các chất trong phản ứng phải bằng nhau, ta có: Phương trình trên được áp dụng cho tất cả các phương pháp phân tích thể tích (phương pháp Acid – Base; phương pháp kết tủa; phương pháp phức chất; phương pháp oxy – hóa khử). BÀI TẬP Tìm 2 ý đúng trong các ý sau: { ~ Đương lượng của nguyên tử O là 8 10
~ Đương lượng của phân tử H2O là 18 ~ Đương lượng của phân tử H2SO4 là 49 ~ Đương lượng của phân tử H2 là 2} Tìm 2 ý đúng trong các ý sau: { ~ Đương lượng của nguyên tử F là 9 ~ Đương lượng của phân tử HCl là 36,5 ~ Đương lượng của phân tử Ca(OH)2 là 74 ~ Đương lượng của phân tử Na2CO3 là 106} 11
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC MỤC TIÊU 1. Trình bày được cấu tạo nguyên tử, nguyên tắc xây dựng và cấu tạo bảng tuần hoàn. 2. Giải thích được nguyên nhân hình thành các chu kỳ, nhóm nguyên tố và sự tuần hoàn về tính chất của các nguyên tố hóa học. 3. Viết được cấu hình electron từ đó xác định được vị trí trong bảng tuần hoàn, dự đoán được cấu tạo và tính chất của các nguyên tố hóa học. 4. Vận dụng được kiến thức để làm bài tập và giải quyết các vấn đề thực tế liên quan. 5. Tích cực, nghiêm túc trong học tập và nghiên cứu khoa học. NỘI DUNG 1. Cấu tạo nguyên tử 1.1. Thành phần nguyên tử Nhờ những thành tựu của vật lý học, các nhà khoa học đã khẳng định rằng nguyên tử gồm hai thành phần chính là electron và hạt nhân nguyên tử. * Electron (ký hiệu là e): Vỏ nguyên tử gồm các electron - Khối lượng của electron: me = 9,109.10-28g - Điện tích của electron: qe = -1,602.10-19C Điện tích của e là điện tích nhỏ nhất đã gặp nên nó được chọn làm đơn vị điện tích. qe = -1 đơn vị điện tích hay = -1 * Hạt nhân nguyên tử Là phần trung tâm của nguyên tử, gồm các hạt proton và neutron. Hạt nhân mang điện tích dương, số đơn vị điện tích dương của hạt nhân bằng số electron trong vỏ nguyên tử. Khối lượng của hạt nhân xấp xỉ khối lượng nguyên tử. - Proton (ký hiệu p) Khối lượng: mP = 1,672.10-24g = 1,008 đ.v C Điện tích: qP = 1,602.10-19 C = +1 - Neutron (ký hiệu n) Khối lượng: mn = 1,672.10-24 g = 1,00 đvC. Neutron không mang điện 12
1.2. Số hiệu và số khối 1.2.1.Điện tích hạt nhân Điện tích hạt nhân được tính bằng điện tích của số proton có trong hạt nhân = Z+ Số đơn vị ĐTHN = Số proton = số electron = Z (lên trên) 1.2.2.Số hiệu nguyên tử. Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố được gọi là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó, ký hiệu là Z. 1.2.3.Số khối (A): Số khối là tổng số hạt proton(Z) và Neutron (N) của hạt nhân nguyên tử đó. A=Z+N 1.3. Ký hiệu nguyên tử A Ký hiệu nguyên tử : Z X Trong đó A : Số khối. Z : Số hiệu. Chú ý: - Số đơn vị điện tích hạt nhân Z và số khối A là hai đại lượng đặc trưng cho nguyên tử. Dựa vào số khối A và số Đơn vị ĐTHN, ta biết được cấu tạo nguyên tử. - Nếu nguyên tử của nguyên tố có Z≤ 82 (trừ H) thì có tỉ số: 1 ≤ N/Z ≤ 1,52. - Nếu nguyên tử của nguyên tố có Z ≥ 82 thì có tỉ số: 1 ≤ N / Z ≤ 1,25. 1.4. Bốn số lượng tử (lên e) Theo kết quả nghiên cứu của cơ học lượng tử, trạng thái của một electron trong nguyên tử được xác định bởi một bộ giá trị của 4 số lượng tử. 1.4.1. Số lượng tử chính n (lớp electron hay năng lượng electron) n có thể có các giá trị nguyên dương: 1, 2, 3 … n cho biết: - Lớp orbital. - Kích thước mây electron (orbital): n càng lớp thì kích thước mây electron càng lớn, mật độ electron càng loãng. z'2 - Năng lượng của electron: EC = −13,6 .(eV) n2 Trong đó: Z’ = Z – A, Z’ là điện tích hạt nhân hiệu dụng đối với electron đang xét. A là hệ số chắn. 1.4.2. Số lượng tử phụ l (phân lớp electron, hình dạng obitan ) Số lượng tử phụ l nhận các giá trị: 0 n-1. Mỗi giá trị của số lượng tử phụ ứng với một kiểu orbital 13
l 0 1 2 3 Phân lớp s p d f Số lượng tử phụ cho biết: - Đặc điểm phân lớp electron của lớp đó. - Phân mức năng lượng trong lớp (Thứ tự mức năng lượng trong một lớp tăng từ ns → np → nd → nf) - Hình dạng mây electron: Mây electron s có dạng hình cầu. Mây electron p có dạng hình số tám nổi Mây electron d,f có dạng hình phức tạp hơn. 1.4.3. Số lượng tử từ ml (electron thuộc obitan nào, hướng của obitan ) Số lượng tử từ ml phụ thuộc vào số lượng tử phụ l, nhận giá trị: -l → 0 → +l (nguyên). Mỗi giá trị của số lượng tử từ tương ứng với 1 orbital nguyên tử. Ví dụ: l=0 ml = 0 Có 1 AOs l=1 ml = -1, 0, + 1 Có 3 AOp l=2 ml = -2, -1, 0, +1, +2 Có 5 AOd l=3 ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 Có 7 AOf 1.4.4. Số lượng tử spin ms ( Chiều tự quay của electron) Số lượng tử spin ms đặc trưng cho chuyển động riêng của electron. ms nhận 2 giá trị là +1/2 và -1/2. Trong AO được biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều nhau ↑↓ 2. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học 2.1. Nguyên tắc sắp xếp Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử. Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng. Các nguyên tố có cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp thành một cột. 2.2. Ô nguyên tố Mỗi nguyên tố được xếp vào 1 ô trong bảng tuần hoàn gọi là ô nguyên tố Số thứ tự của ô bằng số hiệu nguyên tử 2.3.Chu kỳ 14
Chu kỳ là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần. Bảng tuần hoàn gồm 7 chu kì được đánh số từ 1 đến 7. Số thứ tự của chu kỳ trùng với số lớp electron của nguyên tử các nguyên tố trong chu kỳ đó. Các chu kỳ 1, 2, 3 là các chu kỳ nhỏ. Các chu kì 4, 5, 6, 7 là các chu kỳ lớn. 2.4. Nhóm Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành một cột. Nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm có số electron hóa trị bằng nhau và bằng số thứ tự của nhóm (trừ một số ngoại lệ). Bảng tuần hoàn có 18 cột được chia thành 8 nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA và 8 nhóm B đánh số từ IB đến VIIIB. Riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột. Phân loại theo nhóm: - Nhóm A: gồm 8 nhóm từ IA đến VIIIA (Có chứa các nguyên tố s và p) - Nhóm B: gồm 8 nhóm từ IB đến VIIIB (Có chứa các nguyên tố d và f) (Mỗi nhóm là một cột, riêng nhóm VIIIB có 3 cột). Phân loại theo khối: - Khối các nguyên tố s (Là khối những nguyên tố mà nguyên tử có các electron cuối cùng được điền vào phân lớp s) gồm các nguyên tố nhóm IA, IIA. VD: Na (Z=11) là nguyên tố s, ở nhóm IA. - Khối các nguyên tố p (Là khối những nguyên tố mà nguyên tử có các electron cuối cùng được điền vào phân lớp p) gồm các nguyên tố từ nhóm IIIA đến VIIIA. VD: S (Z=16) là nguyên tố p, ở nhóm VIA. - Khối các nguyên tố d (Là khối những nguyên tố mà nguyên tử có các electron cuối cùng được điền vào phân lớp d) gồm các nguyên tố thuộc nhóm B. VD: Fe (Z=26) là nguyên tố d, ở nhóm VIIIB. - Khối các nguyên tố f (Là khối những nguyên tố mà nguyên tử có các electron cuối cùng được điền vào phân lớp f) gồm các nguyên tố thuộc các nhóm B, xếp thành hai hàng ở cuối bảng, chúng là hai họ Lantan và họ Actini. 2.5. Một số tính chất tuần hoàn của các nguyên tố 2.5.1. Tuần hoàn về cấu hình electron Nh óm IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA Chu kì 15
1 H He 1s1 1s2 2 Li Be B C N O F Ne 2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s22p3 2s22p4 2s22p5 2s22p6 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 3s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6 4 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 4s1 4s2 4s24p1 4s24p2 4s24p3 4s24p4 4s24p5 4s24p6 5 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 5s1 5s2 5s25p1 5s25p2 5s25p3 5s25p4 5s25p5 5s25p6 6 Cs Ba Ti Pb Bi Po At Rn 6s1 6s2 6s26p1 6s26p2 6s26p3 6s26p4 6s26p5 6s26p6 7 Fr Ra 7s1 7s2 Cấu hình ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6 (e) Bảng 3.1. Cấu hình electron các nguyên tố nhóm A Các nguyên tố nhóm A, các electron lớp ngoài chính là các electron hóa trị = số thứ tự của nhóm. Trong mỗi chu kỳ, cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố bắt đầu là ns1 và kết thúc là ns2np6 (trừ chu kỳ 1) và được lặp đi lặp lại sau mỗi chu kỳ, ta nói rằng: chúng biến đổi một cách tuần hoàn. Chính sự biến đổi tuần hoàn về cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố khi điện tích hạt nhân tăng dần chính là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố. Nh óm IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIA IB IIB Chu kì 4 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 16
5 Y Zn Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd 6 La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 7 Ac Ku Ns Cấu d2s2 d3s2 d5s1 d5s2 d6s2 d7s2 d8s2 d10s1 d10s2 hình d1s2 electron Bảng 3.2. Cấu hình electron các nguyên tố d Các nguyên tố d có cấu hình electron là (n-1)d xns2. Vì mức năng lượng ns và (n-1)d gần nhau và cấu hình electron bão hòa hay nửa bão hòa bền nên ta thấy có cấu hình d5s1, d10s1 . Các nguyên tố f có cấu hình electron (n-2)f i(n-1)d1ns2. Chỉ khác nhau về số electron trong phân lớp f, do đó tính chất của chúng giống nhau. 2.5.2. Tuần hoàn về bán kính nguyên tử - Đối với các nguyên tố nhóm A: Trong một chu kỳ, khi đi từ trái sang phải, bán kính nguyên tử nói chung giảm. Do các nguyên tố trong cùng 1 chu kỳ có cùng số lớp electron, khi đi từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng dần nên hút mạnh electron lớp ngoài làm cho bán kính nguyên tử giảm đều đặn. Trong các nhóm A, đi từ trên xuống dưới, bán kính nguyên tử tăng dần theo chiều tăng của số lớp electron. - Đối với các nguyên tố nhóm B: Do các phân lớp electron bên trong (d hoặc f) đang được lấp đầy nên chắn mạnh lực hút của hạt nhân đối với electron lớp ngoài, nên bán kính nguyên tử ổn định và ít thay đổi. Trong các nhóm B, đi từ trên xuống dưới, bán kính nguyên tử tăng chậm từ chu kỳ 4 đến chu kỳ 5 và hầu như không tăng từ chu kỳ 5 sang chu kỳ 6 do các nguyên tố chu kỳ 6 có thêm phân lớp f đang xây dựng nên gây hiệu ứng co f gần bằng với sự tăng n. 17
Bảng 3.3. Bán kính nguyên tử các nguyên tố nhóm A và B 2.5.3. Tuần hoàn về năng lượng ion hóa Năng lượng ion hóa là năng lượng tối thiểu cần để tách electron ra khỏi nguyên tử hoặc ion ở thể khí. Bảng 3.4. Giá trị năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố thuộc 5 chu kỳ đầu - Trong một chu kỳ, theo chiều từ trái sang phải, năng lượng ion hóa tăng dần do lực liên kết giữa hạt nhân và electron lớp ngoài cùng tăng. - Trong cùng một nhóm A, theo chiều từ trên xuống dưới, năng lượng ion hóa giảm dần, do khoảng cách giữa electron lớp ngoài cùng đến hạt nhân tăng, lực liên kết giữa electron lớp ngoài cùng và hạt nhân giảm nên electron dễ dàng được tách ra. 2.5.4. Tuần hoàn về ái lực electron (E) Ái lực electron là năng lượng biến đổi khi thêm 1 electron vào nguyên tử hay ion ở thể khí. 18
Bảng 3.5. Ái lực electron của các nguyên tố thuộc 5 chu kỳ đầu - Trong một chu kỳ, theo chiều từ trái sang phải, ái lực electron thường giảm dần. - Trong cùng một nhóm, theo chiều từ trên xuống dưới, ái lực electron thường tăng dần. 2.5.5. Tuần hoàn về độ âm điện (X) Độ âm điện đặc trưng cho khả năng của nguyên tử trong phân tử hút cặp electron dùng chung về phía mình. Bảng 3.6. Độ âm điện của các nguyên tố theo Fluor Đối với các nguyên tố nhóm A, độ âm điện tăng khi đi từ trái sang phải của một chu kỳ và giảm khi đi từ trên xuống dưới trong một nhóm. Đối với các nguyên tố nhóm B, quy luật trên không thật chặt chẽ. Từ sự tuần hoàn về 5 đặc tính cơ bản của nguyên tử như đã trình bày ở trên, ta có thể suy ra sự tuần hoàn về tính kim loại, phi kim, tính oxy hóa – khử, tính acid – base của các oxyd, hydroxyd,…. 2.5.6. Tuần hoàn về tính kim loại, phi kim, tính acid - base Trong một chu kỳ, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính base của oxyd và hydroxyd tương ứng giảm dần, đồng thời tính acid tăng dần. 19
Trong một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính base của các oxyd và hydroxyd tương ứng tăng dần, đồng thời tính acid giảm dần. BÀI TẬP Nguyên tử có hai electron độc thân ở trạng thái cơ bản là { ~ Ne(Z :10) ~ O(Z :8) ~ Ca(Z :20) ~ N(Z :7)} Nguyên tử của nguyên tố Y được cấu tạo bởi 36 hạt, trong đó số hạt mang điện gấp đôi số hạt không mang điện. Cấu hình electron của Y là { ~ 1s22s22p63s23p63d2 ~ 1s22s22p63s2 ~ 1s22s22p63s13p1 ~ 1s22s22p6} Phát biểu nào sau đây đúng? { ~ Khối lượng tổng cộng của các chất không đổi trong một phản ứng ~ Khối lượng tổng cộng của các chất thay đổi trong một phản ứng ~ Khối lượng tổng cộng của chất tạo thành lớn hơn khối lượng tổng cộng của chất tham gia phản ứng ~ Khối lượng tổng cộng của chất tạo thành nhỏ hơn khối lượng tổng cộng của chất tham gia phản ứng} Nguyên tố X có số hiệu bằng 17. X có số electron hóa trị là { ~4 ~5 ~6 ~ 7} Các đồng vị của cùng 1 nguyên tố có đặc điểm nào sau đây? { ~ Giống nhau về tính chất lý, hóa học. ~ Có số khối bằng nhau ~ có cùng số proton và số notron ~ có tổng số hạt cơ bản bằng nhau} Số khối (A), số hiệu (Z), số electron (e), số proton (P), số nowtron (N) của nguyên tử một nguyên tố hóa học có mối liên hệ nào sau đây? { ~ Z, P, N bằng nhau 20