intTypePromotion=1
ADSENSE

Hóa đại cương B - Nguyễn Sơn Bạch

Chia sẻ: Bùi Minh Hoàng Minh Hoàng | Ngày: | Loại File: | Số trang:87

184
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu gồm 11 chương, tài liệu "Hóa đại cương B" giới thiệu đến các bạn những nội dung về hệ thống tuần hoàn, liên kết hóa học, nhiệt hóa học, thế đẳng áp, cân bằng hóa học,... Với các bạn đang học và ôn thi môn Hóa học thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hóa đại cương B - Nguyễn Sơn Bạch

  1. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch Chƣơng I. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ I. NGUYÊN TỬ VÀ QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ : 1. Nguyên tử và các hạt cơ bản :  Nguyên tử là hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất, cũng là đơn vị nhỏ nhất có đầy đủ tính chất của một chất . Chúng có khối lƣợng, kích thƣớc rất nhỏ bé nhƣng có cấu tạo rất phức tạp.  Cấu tạo nguyên tử:  Hạt nhân: tích điện dƣơng (+), chiếm gần trọn khối lƣợng nguyên tử, chứa các hạt chủ yếu là proton và neutron.  Lớp vỏ điện tử: tích điện âm (–),khối lƣợng không đáng kể, chỉ chứa hạt electron. * Nguyên tử trung hòa về điện Hình 2.1. Mô hình cấu tạo nguyên tử - Các hạt cơ bản cấu tạo nguyên tử: Ký Khối lƣợng Điện tích Tên hiệu kg đvC(amu) Coulomb(C) đve -31 -19 Electron e 9,1095.10 0,000549 –1,60219.10 –1 Proton p 1,6726.10-27 1,007276 +1,60219.10-19 +1 Neutron n 1,6745.10-27 1,008665 0 0  Ký hiệu nguyên tử: A Z X .X : ký hiệu nguyên tử . .Z : nguyên tử số = điện tích hạt nhân = số p = số e . .A : số khối = số p + số n . 2. Quang phổ nguyên tử :  Quang phổ của ánh sáng là quang phổ liên tục.  Quang phổ nguyên tử là quang phổ vạch. Mỗi vạch ứng với một bƣớc sóng xác định, đặc trƣng cho nguyên tử đó. 1
  2. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch  Ví dụ: Khí Hydrogen loãng khi bị phóng điện sẽ phát ra ánh sáng gồm những tia có bƣớc sóng khác nhau (phổ). Phổ hydro trong vùng khả kiến gồm 4 vạch Hình 2.2. Phổ bức xạ điện từ của ánh sáng trắng Hình 2.3. Quang phổ vạch của nguyên tử hydro  Sóng tƣơng ứng với các tia bức xạ đƣợc đặc trƣng bởi biên độ sóng A (Amplitude), bƣớc sóng λ (Wavelength), tần số  (frequence). Hình 2.4. Các thông số sóng * Giải thích quang phổ vạch của nguyên tử H : 2
  3. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch Hình 2.5. Các mức năng lượng và dãy quang phổ nguyên tử hydro  Ở điều kiện bình thƣờng electron ở mức năng lƣợng thấp nhất (mức bền nhất): mức cơ bản.  Khi hấp thu năng lƣợng, electron sẽ chuyển lên mức cao hơn (mức kích thích), kém bền hơn (chỉ tồn tại khoảng 10 -10 – 10-8 sec), electron sẽ nhanh chóng chuyển về mức năng lƣợng thấp hơn, khi đó nó phát ra một phần năng lƣợng đã hấp thụ dƣới dạng các bức xạ: hc ΔE  E kt  E cb   h λ  Khi e chuyển từ mức n > 1 trở về mức n = 1 ta có dãy Lyman (vùng tử ngoại-UV ), từ mức n > 2 về mức n = 2 tƣơng ứng dãy Balmer (ánh sáng thấy đƣợc-VIS ), từ mức n > 3 về mức n = 3 là dãy Paschen ( hồng ngoại IR ) … 1  1 1  Công thức Rydberg :    R 2  2    n1 n2  Với:   : số sóng ứng với một đơn vị chiều dài (1cm).  R:(hằng số Rydberg) = 109678 cm-1.  Dãy:(Lyman:n1=1;n2 ≥ 2); (Balmer:n1=2;n2 ≥ 3); (Paschen: n1=3;n2 ≥4)… II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ THEO THUYẾT CƠ HỌC LƢỢNG TỬ 3
  4. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch 1. Luận điểm 1:Bản chất sóng và hạt của các hạt vi mô (bản chất nhị nguyên) : - Cơ học lƣợng tử quan niệm rằng các hạt vi mô có cả tính chất hạt và tính chất sóng.  Bản chất hạt: các hạt vi mô đều có khối lƣợng m, kích thƣớc r và chuyển động với một tốc độ v xác định.  Bản chất sóng: khi hạt vi mô chuyển động sẽ tạo ra một sóng, đặc trƣng bởi bƣớc sóng . Tính chất sóng đƣợc thể hiện qua hiện tƣợng giao thoa và nhiễu xạ. - Quan hệ giữa tính sóng và hạt của các hạt vi mô đƣợc thể hiện qua hệ thức De Broglie: h λ mv o h - hằng số Planck = 6,625.10-27erg.s o m - khối lƣợng tĩnh của hạt vi mô. o v - tốc độ hạt vi mô. - Ví dụ:  Đối với electron: m = 9,1.10 -31kg, chuyển động với tốc độ v = 106cm/s sẽ tạo nên sóng với bƣớc sóng  = 7,3.10-10m. Có thể dùng mạng tinh thể chất rắn làm mạng nhiễu xạ để phát hiện sóng này: Hình 2.8. Thí nghiệm nhiễu xạ  Đối với hạt vĩ mô: m = 1g, chuyển động với tốc độ v = 1cm/s sẽ tạo nên sóng 6,6.10-29m. bƣớc sóng quá bé, không phát hiện đƣợc. 2. Luận điểm 2: Nguyên lý bất định Heisenberg :  Bản chất sóng - hạt đƣa tới hệ quả quan trọng về sự chuyển động của hạt vi mô, thể hiện trong nguyên tắc do Heisenberg đƣa ra năm 1927:”Ta không thể đồng thời xác định chính xác cả vị trí và tốc độ(hay động lượng) của hạt vi mô.”  h Δx.Δv   m 2m *x - độ bất định về vị trí. *v - độ bất định về tốc độ.  => Đối với hạt vi mô xác định là hằng số nên khi tọa độ của nó đƣợc xác định m càng chính xác (x càng nhỏ) thì tốc độ của hạt càng đƣợc xác định kém chính xác (v càng lớn) và ngƣợc lại.( x→0 , v→∞ ) ; ( v→0 , x→∞ ). 4
  5. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch Hệ quả : Khi xác định tương đối chính xác tốc độ chuyển động của electron chúng ta không thể nói đến đường đi chính xác của nó, mà chỉ có thể nói đến xác suất có mặt của nó ở chỗ nào đó trong không gian. Đối với cơ học lượng tử, trạng thái của electron trong nguyên tử được khảo sát thông qua hai khái niệm sau : *Khái niệm đám mây electron và orbital nguyên tử(AO).  Khi chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử, electron đã tạo ra một vùng không gian bao quanh hạt nhân mà nó có thể có mặt ở bất kỳ thời điểm nào với xác suất có mặt khác nhau.Vùng không gian đó đƣợc gọi là đám mây electron . Nơi nào electron thƣờng xuất hiện thì mật độ electron dày đặc hơn, nhƣ vậy mật độ của đám mây tỷ lệ thuận với xác suất có mặt của electron và đƣợc xác định bằng đại lƣợng 2.  Theo tính toán của cơ học lƣợng tử thì đám mây electron là vô cùng, không có ranh giới xác định, vì electron có thể tiến lại rất gần hạt nhân, cũng có thể ra xa vô cùng.Vì thế để tiện khảo sát : Quy ước:orbital nguyên tử(AO)(:atomic orbital) là vùng không gian chứa khoảng 90% xác suất có mặt của electron. Hình dạng của AO đƣợc biểu diễn bằng bề mặt giới hạn bởi những điểm có mật độ xác suất bằng nhau của vùng không gian đó, cũng là ranh giới với vùng không gian còn lại . 3. Luận điểm 3 : Phƣơng trình sóng Schrödinger : Phƣơng trình sóng Schrödinger cơ bản mô tả sự chuyển động của hạt vi mô trong trƣờng thế năng đối với trƣờng hợp trạng thái của hệ không thay đổi theo thời gian (trạng thái dừng). *Phương trình sóng Schrödinger được xem là phương trình cơ học lượng tử nền tảng dùng khảo sát sự chuyển động của các hạt vi mô .Phương trình được xây dựng theo các bước: >Chọn phƣơng trình sóng dừng để mô tả trạng thái chuyển động của electron trong nguyên tử . >Cân bằng lực hút hạt nhân-electron và lực ly tâm . Kết quả là thu đƣợc phƣơng trình vi phân riêng phần bậc hai phức tạp :  2Ψ  2Ψ  2Ψ 8π 2 m    2 E  U Ψ  0 x 2 y 2 z 2 h Trong đó: o  (teta)- vi phân riêng phần o m - khối lƣợng hạt vi mô o h – hằng số Planck o E – năng lƣợng toàn phần của hạt vi mô (tổng động năng và thế năng) o U - thế năng của hạt vi mô, phụ thuộc vào toạ độ x, y, z o (psi) - hàm sóng với các biến x, y, z mô tả sự chuyển động của hạt vi mô ở điểm có tọa độ x, y, z trong hệ tọa độ trục Oxyz. 5
  6. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch *Nghiệm của phƣơng trình : E và . *Điều kiện của  : xác định, liên tục, đơn trị và chuẩn hóa . 2 – mật độ xác suất hiện diện của e tại điểm có tọa độ x, y, z. 2dV – xác suất hiện diện của e trong vùng không gian vi cấp dV. “Chuẩn hóa” có nghĩa là: nếu có sự tồn tại electron thì xác suất tìm thấy electron đó trong toàn không gian là 100%, về phƣơng diện toán học ngƣời ta biểu diễn :  0 2dV = 1  Khi giải phƣơng trình sóng Schrödinger cho các hệ nguyên tử khác nhau ngƣời ta thấy xuất hiện 4 đại lƣợng không thứ nguyên nhƣng lại xác định trạng thái của electron trong nguyên tử. Đó là 4 số lƣợng tử. Chú ý: Phương trình sóng Schrödinger chỉ giải được chính xác cho trường hợp hệ nguyên tử H( một hạt nhân và một e). Đối với các hệ vi mô phức tạp hơn phải giải gần đúng. 4. Bốn số lƣợng tử : a. Số lƣợng tử chính n và các mức năng lƣợng của electron:  Giá trị: n = 1, 2, 3, …, .  Ý nghĩa : n xác định: + Mức năng lƣợng của electron (chỉ đúng đối với nguyên tử H và ion hydrogenoid). + Kích thƣớc trung bình của AO. Hình 2.9. Mô hình vỏ nguyên tử Ví dụ: đối với H: Z2 E n  13.6 2 eV n a 0 n 2  1  ll  1  r 1  1   Z  2  n 2   *n càng tăng En và r càng lớn,electron càng xa nhân  Trạng thái năng lƣợng của electron tƣơng ứng với mỗi giá trị của n đƣợc gọi là một mức năng lượng En (trong nguyên tử H , En chỉ phụ thuộc vào n ) n 1 2 3 …  Mức năng lƣợng En E1 E2 E3 … E  Các electron nằm trên cùng một mức năng lƣợng n hợp thành một lớp e. 6
  7. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch n 1 2 3 4 5 6 7 Lớp e K L M N O P Q b. Số lƣợng tử orbital (phụ) ℓ và hình dạng AO:  Giá trị: ứng với 1 giá trị của n có n giá trị của ℓ , gồm : ℓ = 0, 1, 2, …, (n-1).  Ý nghĩa : ℓ xác định: o Năng lƣợng của AO trong nguyên tử nhiều electron.Trong nguyên tử nhiều electron: các mức năng lƣợng bị tách ra thành nhiều phân mức năng lượng. Mỗi phân mức năng lƣợng đƣợc đặc trƣng bởi một số lƣợng tử orbital ℓ,ℓ càng tăng, năng lƣợng của các phân mức càng lớn. o Hình dạng các AO . Cụ thể nhƣ sau : . ℓ = 0 : AO có dạng khối cầu , ký hiệu là s (sphere). . ℓ = 1 : AO có dạng 2 khối cầu biến dạng tiếp xúc , ký hiệu là p (principle) . . ℓ = 2 : AO có dạng 4 khối cầu biến dạng tiếp xúc , ký hiệu là d (differential). . ℓ = 3 : AO có dạng phức tạp , ký hiệu là f (fundamental). . ℓ = 4 , 5 …: AO có dạng càng phức tạp , ký hiệu lần lƣợt là g, h ,…(trong thực tế ngƣời ta thấy dù ở nguyên tử lớn nhất electron cũng chỉ phân bố đến f)  Các electron có cùng cặp giá trị (n,ℓ) hợp thành một phân lớp e. . n = 1 , ℓ = 0 : phân lớp 1s. . n = 2 , ℓ = 0 : phân lớp 2s ; ℓ = 1 : phân lớp 2p . . n = 3 , ℓ = 0 : phân lớp 3s ; ℓ= 1 : phân lớp 3p ; ℓ = 2 :phân lớp 3d … c. Số lƣợng tử từ mℓ và các orbital nguyên tử(AO):  Giá trị:ứng với mỗi giá trị của ℓ có (2ℓ + 1) giá trị của mℓ: mℓ= 0, ±1, ±2 …, ±ℓ.  Ý nghĩa : mℓ đặc trƣng cho sự định hướng trong không gian khác nhau của các AO đồng năng trong cùng một phân lớp. Mỗi giá trị của mℓ ứng với một cách định hƣớng của một AO.  Nhƣ vậy một tổ hợp 3 giá trị của ba số lƣợng tử (n, ℓ, mℓ ) xác định một AO.Một phân lớp (n,ℓ) có (2ℓ +1) AO. Phân lớp s p d f ℓ 0 1 2 3 mℓ 0 -1,0,+1 -2,-1,0,+1,+2 -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 Số AO 1 3 5 7 7
  8. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch Hình 2.10. Hình dạng và định hướng không gian của các AO s, p, d. d. Số lƣợng tử spin ms Hình 2.11. Trạng thái tự xoay của electron  Ý nghĩa: đặc trƣng chuyển động riêng của electron, tức là sự tự quay quanh trục của electron. Electron tích điện nên khi tự xoay sẽ phát sinh từ trƣờng ,chiều của vectơ moment từ μ theo qui tắc vặn nút chai.  Giá trị: ms = ± ½ ứng với hai chiều quay thuận và nghịch với chiều kim đồng hồ.( vì chỉ có hai chiều tự xoay nên ms chỉ có hai giá trị )  Bộ 4 số lƣợng tử n, ℓ, mℓ, ms xác định một electron trong nguyên tử. IV. NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON 1. Trạng thái của electron trong nguyên tử nhiều electron- Hiệu ứng chắn và hiệu ứng xâm nhập.  Đối với hệ nguyên tử đa e, cơ học lƣợng tử cũng khảo sát bắt đầu bằng việc giải phƣơng trình sóng Schrödinger, nhƣng chỉ giải bằng phƣơng pháp gần đúng là: xem hàm số sóng nguyên tử đa e là tổng của các hàm sóng mỗi e.  Kết quả là trạng thái của e trong nguyên tử đa e : * Giống e trong nguyên tử 1e: -Cũng đƣợc xác định bằng 4 số lƣợng tử n, ℓ, mℓ, ms. -Hình dạng, độ lớn, phân bố định hƣớng của các AO . *Khác nhau giữa nguyên tử 1e và đa e: 8
  9. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch Hình 2-12: Giản đồ mức năng lượng của nguyên tử H và nguyên tử đa e. - Năng lƣợng e trong nguyên tử đa e phụ thuộc vào cả n và ℓ ( tức là phụ thuộc vào phân lớp e) còn nguyên tử 1e chỉ phụ thuộc vào n (lớp e). '2 E Z .13,6(eV ) . Với : Z’= Z – S (S là hiệu ứng chắn Slater phụ thuộc 2 n vào phân lớp tức là phụ thuộc vào n và ℓ ) - Lực tƣơng tác có 2 loại: + lực hút hạt nhân – electron. + lực đẩy e – e. Tƣơng tác đẩy giữa các electron làm xuất hiện hiệu ứng chắn và hiệu ứng xâm nhập  Hiệu ứng chắn: là hiệu ứng gây nên bởi các electron bên trong đẩy lên các electron bên ngoài hình thành một màn chắn tƣởng tƣợng làm suy yếu lực hút của hạt nhân lên các electron bên ngoài. *Đặc điểm của hiệu ứng chắn: o Các electron bên trong chắn mạnh đối với các electron bên ngoài, ngƣợc lại các electron bên ngoài gây hiệu ứng chắn không đáng kể đối với các electron bên trong. o Các electron trên cùng một lớp chắn nhau yếu hơn so với khác lớp. Trong cùng một phân lớp chắn nhau càng yếu. o Trên cùng một lớp n, nếu ℓ tăng thì hiệu ứng chắn giảm. Hiệu ứng chắn giảm dần theo dãy s > p > d > f. o Với cùng một loại AO (cùng ℓ ), n tăng hiệu ứng chắn giảm. o Cấu hình bão hòa hoặc bán bão hòa có tác dụng chắn rất lớn. * m lại o ối với bên ngoài bị ch n n và l của n càng lớn th bị ch n càng nhi u. 9
  10. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch o ối với bên trong gây ra hiệu ng ch n n và l của n càng nh th ch n càng nhi u. Hiệu ứng xâm nhập: đặc trƣng cho khả năng đâm xuyên của các electron bên ngoài vào các lớp electron bên trong để xâm nhập vào gần hạt nhân hơn ,chịu lực hút của hạt nhân nhiều hơn. o Theo chiều tăng ℓ , hiệu ứng xâm nhập giảm dần: s > p > d > f o n càng lớn, khả năng xâm nhập càng giảm. Do sự xuất hiện hiệu ứng chắn và hiệu ứng xâm nhập nên trật tự năng lƣợng của các phân lớp trong nguyên tử nhiều e có sự thay đổi so với hệ 1 electron: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f  6d 2. Các quy luật phân bố electron vào nguyên tử nhiều e a. Nguyên lý vững bền Trạng thái bền vững nhất của electron trong nguyên tử là trạng thái tương ứng với giá trị năng lượng nhỏ nhất. Các electron sẽ sắp xếp vào các phân lớp có mức năng lượng từ thấp đến cao. b. Quy tắc Klechkowski:  Trong một nguyên tử nhiều electron, trật tự điền các electron vào các phân lớp (đặc trưng bởi n và ℓ ) sao cho tổng (n+ℓ) tăng dần.  Khi hai phân lớp khác nhau có cùng giá trị (n+ℓ) thì electron được xếp vào phân lớp có n tăng dần. Phân mức: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d (n + ℓ) 1 2 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 8 c. Nguyên lý ngoại trừ Pauli Trong một nguyên tử không thể có hai electron có cùng giá trị 4 số lượng tử. Hệ quả: giúp tính đƣợc số e tối đa có ở một AO, một phân lớp và một lớp e: Nếu có 2 electron đã có cùng giá trị 3 số lƣợng tử (n, ℓ,mℓ) tức là cùng một AO thì số lƣợng tử thứ tƣ là ms phải khác nhau , mà ms chỉ có 2 giá trị ms= ±½ nên một AO chứa tối đa 2e với spin ms ngƣợc dấu nhau . Phân lớp s p d f Số AO 1 3 5 7 Số e tối đa 2 6 10 14 Số e tối đa có ở lớp thứ n là: 2n2. d. Quy tắc Hünd: Khi phân bố electron vào các AO đồng năng trong cùng một phân lớp để đạt trạng thái bền vững nhất phải phân bố sao cho tổng spin trong phân lớp phải cực đại.(nghĩa là mỗi AO một e trước, sau đó mới ghép đôi e thứ hai vào). 10
  11. HÓA ĐẠI CƢƠNG B Cấu tạo nguyên tử Nguyễn Sơn Bạch + Ví dụ: O 1s22s22p4 3. Công thức electron nguyên tử.(cấu hình electron nguyên tử). Công thức e nguyên tử cho biết sự phân bố e vào các phân lớp theo thứ tự mức năng lƣợng tăng dần từ trái sang phải (theo đúng qui tắc Klechkowski), số mũ trên mỗi phân lớp là số electron . Giaù trò l 0 1 2 3 n 1 2 1 1s 3 4 2 2s 2p 5 6 3 3s 3p 3d 7 8 4 4s 4p 4d 4f 5 5s 5p 5d 5f 6 6s 6p 6d 6f 7 7s 7p 7d 7f Thí dụ : . Al (Z = 13) : 1s22s22p63s23p1. . K (Z = 19) : 1s22s22p63s23p64s1. . Co (Z = 27) : 1s22s22p63s23p64s23d7. *Chú ý: Cấu hình e không bền → Cấu hình e bền hơn 2 4 ns (n-1)d → ns (n-1)d5 (bán bão hòa, bền). (PNVIB) 1 2 9 ns (n-1)d → ns1 (n-1)d10 (bão hòa, bền nhất). (PNIB) Thí dụ : . Cr (Z = 24) : 1s22s22p63s23p64s13d5. . Cu (Z = 29) : 1s22s22p63s23p64s13d10. . Ag (Z = 47) : 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10. *Cấu h nh l ctron của ion Trƣớc hết cần phân biệt hai loại phân lớp : - Phân lớp ngoài cùng là phân lớp có số lƣợng tử chính n lớn nhất trong cấu hình e nguyên tử . - Phân lớp cuối cùng là phân lớp chứa e cuối cùng có năng lƣợng cao nhất ( viết theo qui tắc Klechkowski). °Cấu hình e cation Mn+: tách n e ra khỏi phân lớp ngoài cùng của nguyên tử . °Cấu hình e anion X m-: nhận m e vào phân lớp cuối cùng của nguyên tử . Thí dụ: Fe(Z = 26):1s22s22p63s23p64s23d6.(3d6:ph.lớp cuối cùng;4s2:ph.lớp ngoài cùng) Fe2+(Z = 26): 1s22s22p63s23p63d6. Fe3+(Z = 26) : 1s22s22p63s23p63d5. S (Z = 16) : 1s22s22p63s23p4. → S2- (Z = 16) : 1s22s22p63s23p6. 11
  12. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch CHƢƠNG II. HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC I. ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN: 1) Mendeleev: “Tính chất các nguyên tố, thành phần và tính chất các hợp chất của chúng biến thiên một cách tuần hoàn theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử của các nguyên tố”. Theo bảng hệ thống tuần hoàn hiện đại có một số vị trí không đúng : 39.95 39.1 58.93 58.7 127.6 126.9 ; . Co ; Ni . Te ; I … 18 Ar 19 K 27 28 52 53 2) Theo cơ học lƣợng tử: “Tính chất các đơn chất cũng như dạng và tính chất của các hợp chất của nguyên tố phụ thuộc tuần hoàn vào chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố”. II. BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC Hình 3.1. Bảng hệ thống tuần hoàn 1. Các họ nguyên tố s, p, d và f a. Các nguyên tố họ s Là các nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân lớp s của lớp ngoài cùng.  ns1: kim loại kiềm (IA)  ns2: kim loại kiềm thổ (IIA) 20
  13. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch b. Các nguyên tố họ p Là các nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân lớp p của lớp ngoài cùng np1 np2 np3 np4 np5 np6 IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA c. Các nguyên tố họ d Là các nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân lớp d của lớp kề ngoài cùng.  ns2 (n – 1)d1 – 10:đều là kim loại chuyển tiếp. d. Các nguyên tố họ f Là các nguyên tố có electron cuối cùng điền vào phân lớp f của hai lớp trước ngoài cùng: ns2 (n – 2)f 1 – 14: đều là các nguyên tố đất hiếm.Có 2 họ nguyên tố f :  6s2 4f 1 – 14: lantanid (CK6).  7s2 5f 1 – 14: actinid (CK7). 2. Chu kỳ  Là dãy các nguyên tố viết theo hàng ngang sắp xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân , bắt đầu bằng các nguyên tố họ s, kết thúc bằng các nguyên tố họ p, ở giữa có thể có (hoặc không) các nguyên tố họ d, f.(trừ CK1 chỉ có 2 nguyên tố s)  Trong một chu kỳ, tính chất các nguyên tố biến đổi một cách tuần hoàn.  Số thứ tự chu kỳ bằng số lƣợng tử chính của lớp electron ngoài cùng (n max), cũng bằng số lớp e.  Có 7 chu kỳ ( 3 CK nhỏ và 4CK lớn): -Chu kỳ I: chu kỳ đặc biệt: chỉ có 2 nguyên tố họ s. -Chu kỳ II, III: 2 chu kỳ nhỏ: mỗi chu kỳ có 8 nguyên tố, gồm 2 nguyên tố họ s và 6 nguyên tố họ p. -Chu kỳ IV, V: 2 chu kỳ lớn: mỗi chu kỳ có 18 nguyên tố, gồm 2 nguyên tố họ s, 10 nguyên tố họ d và 6 nguyên tố họ p. -Chu kỳ VI: chu kỳ hoàn hảo: có 32 nguyên tố, gồm 2 nguyên tố họ s, 14 nguyên tố họ f, 10 nguyên tố họ d và 6 nguyên tố họ p. -Chu kỳ VII: chu kỳ dở dang: có 2 nguyên tố họ s, 14 nguyên tố họ f và một số nguyên tố họ d(nếu đủ là 32 nguyên tố). Nhƣ vậy bảng HTTH nếu đủ sẽ có tổng cộng (2+8+8+18+18+32+32 = 118 nguyên tố) 2. Nhóm:  Là cột dọc các nguyên tố có số electron ở lớp ngoài cùng hoặc các phân lớp ngoài cùng giống nhau .Có 3 loại phân nhóm : a. Phân nhóm chính (A): 20
  14. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch  Gồm tất cả nguyên tố s và p ở cả chu kỳ nhỏ và lớn , mỗi phân nhóm có 6-7 nguyên tố nên cột cao.  Số thứ tự phân nhóm chính bằng tổng số e ở 2 phân lớp ngoài cùng [ns np]: IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6 b. Phân nhóm phụ (B):  Gồm tất cả nguyên tố họ d, chỉ có ở chu kỳ lớn (4-7) nên cột thấp.  Mỗi phân nhóm phụ chứa 3-4 nguyên tố, riêng PNP VIIIB có 9 ngtố.  Đặc biệt chứa toàn là kim loại chuyển tiếp.  Trong một chu kỳ PNP bắt đầu có ở nhóm IIIB vì phải sau 2 nguyên tố s.  Số thứ tự phân nhóm phụ đƣợc xác định bởi cấu hình e của 2 phân lớp cuối : o Nhóm IIIB: ns2(n – 1)d1 o Nhóm VIIB: ns2(n – 1)d5 o Nhóm IVB: ns2(n – 1)d2 o Nhóm VIIIB: ns2(n – 1)d 6,7,8* o Nhóm VB: ns2(n – 1)d3 o Nhóm IB: ns1(n – 1)d10 * o Nhóm VIB: ns1(n- 1)d5 * o Nhóm IIB: ns2(n – 1)d10 c. Phân nhóm phụ thứ cấp (phân nhóm phụ của phân nhóm phụ IIIB)  PNP IIIB có 14 PNP thứ cấp chứa tất cả các nguyên tố f , mỗi PNP thứ cấp có 2 nguyên tố f ở chu kỳ 6,7 và đƣợc gọi là các nguyên tố đất hiếm:  6s24f 1 – 14: lantanid.  7s25f 1 – 14: actinid. 3. Ứng dụng: xác định vị trí các nguyên tố trong bảng HTTH: a. Biết Z: TD: A1(Z = 19): 1s22s22p63s23p64s1 : CK4, PN IA , 19K . A2(Z = 25) : 1s22s22p63s23p64s23d5 : CK4, PN VIIB , 25Mn. A3(Z = 35) : 1s22s22p63s23p64s23d104p5 : CK4, PN VIIA , 35Br. b. Biết giá trị 4 số lƣợng tử của electron cuối cùng: TD: Nguyên tử A4 có electron cuối cùng có giá trị 4 số lƣợng tử sau : n =3; ℓ =2; ml = 0; ms = - ½ (qui ƣớc ml từ -ℓ đến +ℓ ): => Phân lớp cuối cùng: 3d8 : Ni (Z = 28): 1s22s22p63s23p64s23d8 (CK4, PN VIII B)      mℓ = -2 -1 0 +1 +2 c. Biết cấu hình electron của ion tƣơng ứng:  Ion A2+: Phân lớp cuối cùng là: 3p6. =>A: 4s2 => CK4, PN IIA ( 20Ca). 20
  15. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch  Ion D2+: Phân lớp cuối cùng là: 3d5. =>D: 4s2 3d5 => CK4, PN VIIB (25Mn).  Ion E3+: Phân lớp cuối cùng là: 3d5. =>E: 4s2 3d6 => CK4, PN VIIIB (26Fe).  Ion M4+: Phân lớp cuối cùng là: 3p6. =>M: 4s23d2 => CK4, PN IVB (22Ti).  Ion G4+ : Phân lớp cuối cùng là: 4d10. =>G: 5s24d105p2 => CK5, PN IVA (50Sn).  Ion X2-: Phân lớp cuối cùng là: 4p6. =>X: 4s23d104p4 => CK4, PN VIA (34Se). d. Biết tổng spin trong nguyên tử: TD: Nguyên tử Q thuộc chu kỳ 4 có tổng spin = +3. Q có ms = +3 => có 6 e độc thân: 4s13d5 => CK4, PN VIB (24Cr). III. SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ TRONG BẢNG HTTH 1. Tổng quan:  Tính chất các nguyên tố hóa học trong HTTH thay đổi một cách tuần hoàn theo 3 chiều: ngang, dọc và đƣờng chéo (không quan trọng):  Trong một phân nhóm: cấu trúc electron hóa trị tƣơng tự nhau  tính chất hóa học tƣơng tự nhau. Từ trên xuống dƣới, do số lớp electron tăng  lực hút của hạt nhân đối với e ngoài cùng giảm: o tính kim loại tăng, tính phi kim giảm o tính khử tăng, tính oxi hóa giảm  Trong một chu kỳ: từ trái sang phải, số lớp e không thay đổi, tổng số e lớp ngoài cùng tăng  lực hút của hạt nhân đối với e ngoài cùng tăng: o tính kim loại giảm, tính phi kim tăng o tính khử giảm, tính oxi hóa tăng 2. Bán kính nguyên tử và ion * Coi nguyên tử hay ion nhƣ những hình cầu, hợp chất là các hình cầu tiếp xúc nhau. Bán kính nguyên tử hay ion đƣợc xác định dựa trên khoảng cách giữa các hạt nhân nguyên tử tạo nên đơn chất hay hợp chất tƣơng ứng (bán kính hiệu dụng R) * Bán kính hiệu dụng phụ thuộc: o bản chất nguyên tử o đặc trƣng liên kết o trạng thái tập hợp 20
  16. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch a.Bán kính nguyên tử: *Trong một chu kỳ khi đi từ trái sang phải R nguyên tử giảm do Z tăng o trong chu kỳ nhỏ R giảm rõ rệt o trong chu kỳ lớn do e điền vào lớp kế ngoài cùng (n – 1)d làm tăng hiệu ứng chắn  R giảm chậm và đều đặn hơn *Trong một phân nhóm chính, khi đi từ trên xuống số lớp e tăng  hiệu ứng chắn tăng  R tăng. Hình 3.4. Biến đổi bán kính nguyên tử theo chu kỳ và nhóm. *Trong một phân nhóm phụ, khi đi từ trên xuống, xu hƣớng chung: R tăng nhƣng không đều đặn nhƣ ở PNC: -Từ CK4 xuống CK5: R tăng do tăng thêm một lớp e -Từ CK5 xuống CK6, CK7: R hầu nhƣ không tăng do hiện tƣợng co d, co f. b.Bán kính ion:  R  khi lực hút của hạt nhân đối với e ngoài cùng  Z  Mà: lực hút đối với 1e  . Nên: e o R cation  R nguyên tử < R anion o Đối với cation của cùng một nguyên tố: R giảm theo chiều tăng điện tích ion (R Fe2+ > R Fe3+ ; R Sn2+ > R Sn4+ ) o Đối với các ion trong cùng phân nhóm có điện tích ion giống nhau (cấu trúc e tƣơng tự nhau) R tăng theo chiều tăng điện tích hạt nhân Z (R Li+ < R Na+ < R K+ < R Rb+ < R Cs+ ) ; (R F- < R Cl- < R Br- < R I-) o Đối với các ion đẳng e (cấu trúc e giống nhau) R ion giảm theo chiều tăng Z hay theo chiều tăng số oxy hóa. 20
  17. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch (TD: R chuỗi ion đẳng e có 10 e: N3- > O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+ ) Hình 3.5 : Bán kính nguyên tử và ion các nguyên tố phân nhóm chính. 20
  18. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch 4. Năng lƣợng ion hóa I: đặc trƣng cho khả năng nhƣờng e của nguyên tử, thể hiện tính khử hay tính kim loại . Hình 3.5. Biến đổi năng lượng ion hóa  Năng lƣợng ion hóa I là năng lƣợng cần tiêu tốn để tách một e ra khỏi nguyên tử ở thể khí , cô lập và không bị kích thích thành cation tƣơng ứng ở thể khí. X(k) + I1 = X+(k) + e . X+(k) + I2 = X2+(k) + e …  I càng nhỏ nguyên tử càng dễ nhƣờng e, do đó tính kim loại và tính khử càng mạnh.  Trong một chu kỳ từ trái sang phải nhìn chung I tăng dần do Z tăng dần.  Trong một phân nhóm chính khi đi từ trên xuống I giảm do số lớp e tăng  tăng hiệu ứng chắn.  Trong phân nhóm phụ khi đi từ trên xuống, I tăng. Giải thích: PNP có đặc điểm: e đƣợc điền vào phân lớp d của lớp kế ngoài cùng, còn e lớp ngoài cùng ns2 không thay đổi. Do đó: + Z tăng rất nhanh  tăng lực hút hạt nhân đến e ns2 ở lớp ngoài cùng 20
  19. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch + Các AO (n – 1)d có tính đối xứng khác hẳn AO ns nên hiệu ứng chắn hầu nhƣ không tăng  tăng hiệu ứng xâm nhập của các e s của lớp ngoài cùng.  Ngoại lệ: + Nếu tách e ra khỏi một cấu hình e đang bão hòa thì khó, I tăng lên bất thường. + Ngược lại, nếu tách e xong đạt được cấu hình e bão hòa thì dễ, I giảm. TD: I1(IIA: ns2) > I1(IIIA: ns2 np1) ; I1(VA: ns2 np3) > I1(VIA: ns2 np4). Z2 Z2  Cách tính I1: I1 = E - En max = 0 – (  13.6 2 eV) = 13.6 2 eV. n n 5.Ái lực electron F: đặc trƣng cho khả năng nhận e của nguyên tử , thể hiện tính oxi hóa hay tính phi kim. Hình 3.6. Biến đổi ái lực electron  Ái lực e F là năng lƣợng phát ra hay thu vào khi kết hợp một e vào nguyên tử ở thể khí, cô lập, không bị kích thích thành anion tƣơng ứng ở thể khí. X(k) + e = X-(k) , F1 = H  F có giá trị càng âm thì nguyên tử càng dễ nhận e, do đó tính phi kim và tính oxi hóa của nguyên tố càng mạnh.  Ái lực e của X = năng lƣợng ion hóa của X- nhƣng ngƣợc dấu: FX   I X  5. Độ âm điện ( khi): đặc trƣng cho khả năng hút mật độ e về phía mình khi tạo liên kết với nguyên tử của nguyên tố khác.  Nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện lớn hơn sẽ hút e về phía mình khi tƣơng tác với nguyên tử của nguyên tố khác có độ âm điện nhỏ hơn  Có nhiều cách khác nhau để xác định độ âm điện.  Trong mỗi chu kỳ khi đi từ trái sang phải, nhìn chung độ âm điện tăng lên.  Trong mỗi nhóm khi đi từ trên xuống, độ âm điện giảm. * Chú ý: độ âm điện không phải là đại lƣợng cố định của một nguyên tố vì nó đƣợc xác định trong sự phụ thuộc vào thành phần cụ thể của hợp chất. 6. Hóa trị và số oxi hóa của một nguyên tố:  Hóa trị của một nguyên tố là số e của mỗi nguyên tử nguyên tố đó đã bỏ ra góp chung trong liên kết cộng hóa trị hay đã cho nhận trong liên kết ion. 20
  20. HÓA ĐẠI CƢƠNG B HỆ THỐNG TUẦN HOÀN Nguyễn Sơn Bạch  Số oxi hóa của một nguyên tố là điện tích hình thức (không phải điện tích thật) của mỗi nguyên tử nguyên tố đó khi qui ƣớc rằng tất cả liên kết xung quanh nó đều là liên kết ion bằng cách cho nguyên tử có độ âm điện lớn hơn hút e tích điện âm và ngƣợc lại. o Số oxi hóa dƣơng cao nhất của một nguyên tố = số thứ tự nhóm (trừ các nhóm: I B, VIII B) o Số oxi hóa âm thấp nhất của phi kim = số thứ tự nhóm - 8 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2