›
›

Bài giảng môn Hóa đại cương B

ppt 163 trang phuongnguyen 10
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Hóa đại cương B", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_mon_hoa_dai_cuong_b.ppt

Nội dung text: Bài giảng môn Hóa đại cương B

  1. Giảng viên: •ThS. Phùng Quán •ThS. Nguyễn Thu Hương
  2. 1. Cơ sở lý thuyết hoá học. Tập 1 Nguyễn Đình Chi. NXB Giáo Dục, 2004. 2. Cơ sở lý thuyết hoá học. Tập 2 Nguyễn Hạnh. NXB Giáo Dục, 2006. 3. Hoá Học Đại Cương Đào Đình Thức. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 1996. 4. Hoá Học Đại Cương Nguyễn Đức Chuy. Nhà xuất bản Giáo Dục, 1998. 5. Những nguyên lý cơ bản của hoá học Lâm Ngọc Thiềm. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000. 6.
  3. Học phần này cung cấp những kiến thức cơ bản về cấu tạo nguyên tử, phân tử, về lý thuyết phản ứng hóa học. Chương 1 : Cấu tạo nguyên tử và bảng hệ thống tuần hoàn. Chương 2 : Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử. === Chương 3 : Nhiệt hóa học và động hóa học. Cân bằng hóa học. Chương 4 : Dung dịch : Cân bằng kết tủa và tạo phức, Acid baz, Điện hóa học
  4. ❖ Hóa học là gì? “Every aspect of our world today even politics and international relations Is affected by chemistry” -Linus Pauling-
  5. BPA gây ra các bệnh như ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt, tiểu đường loại 2 hay hiện tượng giảm lượng tinh trùng ở nam giới, dậy thì sớm bệnh thay đổi hành vi ở các bé gái
  6. ❖ Hóa học là gì ? Hoá học là khoa học khảo sát: ▪ Các tính chất, thành phần, cấu trúc của vật chất. ▪ Các biến đổi về tính chất, thành phần, cấu trúc của vật chất cùng các thay đổi năng lượng kèm theo các biến đổi ấy.
  7. Các giai đoạn phát triển của hóa học Giai đoạn 1: Mô tả thô sơ và Minh triết: từ thời cổ đại đến hết thế kỷ 3 Thuyết nguyên tố cổ đại: • Nước, không khí, đất, lửa • Kim, mộc, thủy, hỏa, thổ
  8. Các giai đoạn phát triển của hóa học Giai đoạn 2: Giả kim thuật Trung cổ: tk 4 – đầu tk 16 • Hòn đá triết học của các nhà giả kim thuật xưa kia, cho phép biến rác thành vàng • Thuốc trường sinh bất tử: sử dụng nhất là đan sa, công thức hóa học là HgS, luyện trong các lò thành vàng, uống vàng đó sẽ trường sinh bất lão Chính vì thế mà đan sa được xem là tiên dược để luyện thuốc trường sinh.
  9. Các giai đoạn phát triển của hóa học Giai đoạn Thời đại Đặc trưng 3. Hóa y học và Phục hưng • Thuốc chữa bệnh, và kỹ thuật Đầu tk 16 – giữa tk • Các hóa chất kỹ thuật 17 Cận hiện đại • Các quan điểm khoa học 4. Khoa học Giữa tk 17 – cuối tk • Thuyết nguyên tố hiện đại hóa 18 Hiện đại • Các định luật – lý thuyết khoa Thế kỷ 19 học 5. Hiện đại hóa • Nguyên tố hóa học Đầu tk 20 đến nay • Các định luật – lý thuyết hiện đại
  10. Các nhà hóa học khảo sát vật chất bằng phương pháp nghiên cứu khoa học ▪ Phương pháp nghiên cứu khoa học là cách thức để tìm hiểu giới tự nhiên, để nghiên cứu một vấn đề, một hiện tượng một cách có hệ thống. ▪ Các phương pháp nghiên cứu khoa học tùy thuộc vào đối tượng cần khảo sát, vào chủ thể thực hiện việc khảo sát.
  11. Giả thuyết, Quan sát & thí nghiệm công thức, định luật Giải thích điều quan sát, thí nghiệm Lý thuyết
  12.  Chemistry Teacher: “Johnny, what is the chemical formula of water?”  Johnny: “HIJKLMNO.”  Chemistry Teacher: “That’s wrong!”  Johnny: “But yesterday you said it was H to O ”
  13. BAÛNG CHÖÕ CAÙI HY LAÏP TÖÔNG ÖÙNG : alpha (a) : iota (i) : rho (r) : beta (b) : kappa (k) : () sigma (s) : gamma (g) : () lambda (l) : tau (t)  ( ): delta (d) : mu(y) (m) : upsilon (u) : epsilon (e) : nu(y) (n) (): phi (f) : zeta (z) : xi (x) : chi (c) : eta (h) : omicron (o)  (): psi (y) : theta (q) : pi (p)  (): omega (w)
  14. ❖ Vật chất: Chiếm vùng không gian (space) và có khối lượng (mass) ❖Trạng thái của vật chất: Rắn, Lỏng và Khí
  15. ❖ Trạng thái của vật chất: Trạng thái Thể tích Hình dạng Khí Không cố định Không đặc trưng Tuỳ thuộc áp suất Lỏng Cố định Không tuỳ thuộc áp suất Không đặc trưng Rắn Cố định Đặc trưng Không tuỳ thuộc áp suất
  16. ❖Trạng thái của vật chất: Rắn, Lỏng, Khí
  17. ❖Trạng thái của vật chất: PLASMA  được tìm thấy ở bên trong các vì sao và trong một số hệ thống ở nhiệt độ cao.  là khí bị ion hoá hoàn toàn ở nhiệt độ cao, tạo thành từ các điện tử và ion dương với số lượng sao cho khí ấy được xem như trung hoà về điện.
  18. ❖ Phân loại vật chất Vật Chất (Matter) Nguyên chất Hỗn hợp (substance) (Mixture) Nguyên tố Hợp chất Đồng thể Dị thể (Element) (Compound) (Homogeneous) (Heterogeneous) (Solutions)
  19. Vật Chất (Mass + volume) Nguyên chất Hỗn hợp • Mọi nơi trong vật chất đều có •Tổ hợp của hai hay nhiều thành phần, tính chất vật lý và chất được gọi là hỗn hợp, như hoá học như nhau (nước tinh không khí, gỗ, đất, xăng khiết, vàng nguyên chất ) dầu . Dùng từ "chất" để chỉ một nguyên Trong hỗn hợp, mỗi chất vẫn chất. giữ lại các đặc tính riêng của • có thành phần xác định và các mình. tính chất đặc trưng. •Có thể tách rời các cấu tử Phần lớn vật chất tiếp xúc hàng của hỗn hợp (là các chất) ngày không phải là chất mà là bằng các phương pháp vật lý một hỗn hợp của 2 hay nhiều chất dựa vào các đặc tính khác nhau của chúng
  20. Nguyên chất Nguyên tố Hợp chất •là chất không thể được phân • là chất gồm hai hay nhiều chia thành chất đơn giản hơn nguyên tố liên kết hoá học bằng các p/pháp hoá học. với nhau theo tỷ lệ khối •Nguyên tố là chất căn bản tạo lượng xác định. thành mọi loại vật chất. Nước tinh khiết gồm có hai Cacbon VạnHydro vật được tạoNitơ thành từ Oxychỉ nguyên tố là hydro (H) và (Carbon) (Oxygen) trên(Hydrogen) 100 nguyên(Nitrogen) tố. 90% cơ oxy (O) liên kết với nhau thể con người gồm chỉ 3 theo tỷ lệ về khối lượng là nguyên tố (O, C và H). 11% H và 89% O. •Nguyên tố được biểu thị hoặc • Có thể được phân chia bằng tên gọi hoặc bằng ký hiệu thành hai hay nhiều nguyên Sắt củaĐồng nguyên tố.Chì Thủy ngân tố bằng các phương pháp (Iron) (Copper) (Palladium) (Mercury hoá học.
  21. Hỗn hợp Dị thể Đồng thể • Gồm những phần • Gồm những phần có thể phân biệt được không phân biệt được bằng mắt bằng mắt Bánh Gỗ
  22. Phân biệt Hợp chất Hỗn hợp  Các cấu tử không thể  Các cấu tử có thể được tách được tách rời nhau bằng rời nhau bằng các phương các phương pháp vật lý pháp vật lý  Thành phần cố định  Thành phần có thể thay đổi  Tính chất không giống với  Tính chất có liên quan đến tính chất của các cấu tử tính chất của các cấu tử
  23. Nguyên tố Nguyên tử Nhân Điện tử Proton Quarks Neutron Quarks
  24. Vật Chất Tách= P2 Hóa học Tách = P2 Vật lý Nguyên chất Hỗn hợp Nguyên tố Hợp chất đồng thể dị thể
  25. Vật chất trong thế giới này tạo ra từ đâu ?
  26. 1. Nguyên tố được tạo thành từ những hạt rất nhỏ, gọi là nguyên tử. 2. Tất cả nguyên tử của một nguyên tố thì giống nhau cả về kích thước, khối lượng và tính chất hóa học và khác với tính chất của các nguyên tử Jonh Dalton (1766-1844) thuộc nguyên tố khác. “Father” of modern atomic theory Các nguyên tử của nguyên tố X Các nguyên tử của nguyên tố Y
  27. 3. Hợp chất được tạo thành từ các nguyên tử thuộc hai hay nhiều nguyên tố khác nhau. Số lượng tương đối của các nguyên tử thuộc mỗi nguyên tố trong một loại hợp chất luôn luôn như nhau. Các nguyên tử Các nguyên tử Hợp chất của của nguyên tố X của nguyên tố Y nguyên tố X và Y 4. Nguyên tử không bị thay đổi đặc tính trong các phản ứng hoá học. Phản ứng hoá học chỉ làm thay đổi cách các nguyên tử nối với nhau.
  28. →Định luật thành phần không đổi (Law of definite proportions) →Định luật tỉ lệ bội (Law of multiple proportions) →Định luật bảo toàn khối lượng (Law of conservation of mass)
  29. ❑ Định luật thành phần không đổi Các mẫu khác nhau của cùng 1 hợp chất thì luôn có thành phần khối lượng của các nguyên tố như nhau Vídụ: - khi phân tích nước luôn luôn nhận được oxy và hydro với tỉ lệ mO : mH = 8 : 1 (gam) -NaCl: có 39,34% Na và 60,66% Cl Trừ trường hợp các khuyết tật trong mạng tinh thể
  30. ❑ Định luật tỉ lệ bội Nếu hai nguyên tố kết hợp với nhau cho một số hợp chất thì ứng với cùng một khối lượng nguyên tố này, các khối lượng nguyên tố kia tỷ lệ với nhau như những số nguyên đơn giản. Trong mỗi cặp hợp chất, khối lượng mO: mC = 1.33 của một nguyên tố (C) kết hợp với một khối lượng xác định của nguyên tố thứ nhì (O) sẽ luôn luôn tỉ lệ với nhau như những số nguyên nhỏ. mO: mC = 2.66 Nitơ kết hợp với oxi tạo thành năm oxit có công thức phân tử lần lượt là: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, nếu ứng với một đơn vị khối lượng nitơ thì khối lượng của oxy trong các oxit đó lần lượt là: 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 hay 1 : 2 : 3 : 4 : 5
  31. ❑ Định luật bảo toàn khối lượng Khối lượng tổng cộng của các chất hiện hiện ở trước và sau phản ứng hoá học là như nhau. Định luật bảo toàn khối lượng được hai nhà khoa học Mikhail Vasilyevich Lomonosov và Antoine Lavoisier khám phá độc lập với nhau qua những thí nghiệm được cân đo chính xác, từ đó phát hiện ra định luật bảo toàn khối lượng. •Năm 1748, nhà hóa học người Nga Mikhail Vasilyevich Lomonosov đặt ra định đề. •Năm 1789, nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier phát biểu định luật này.
  32. Nguyên tử Nhân Điện tử Proton Neutron Quarks Quarks
  33. 10-8cm =1Å 10-13cm Electron 99,95% klg nguyên tử klg nguyên tử Khối lượng Điện tích Hạt kg amu1 Coulomb (e) Electron 9.109 x 10-31 0.000548 –1.602 x 10-19 -1 Proton 1.673 x 10-27 1.00073 +1.602 x 10-19 +1 Neutron 1.675 x 10-27 1.00087 0 0 1 amu (atomic mass unit): 1.66 x 10-24 gam
  34.  A : Số khối lượng = (proton + neutron)  Z : Số nguyên tử = số proton = số electron Ví dụ: Nguyên tử C có 6 proton, 6 neutron trong nhân (A=6+6=12, Z=6), cho biết nguyên tử này có 8 proton, 8 electron và 9 neutron 12 6 C
  35. • Những nguyên tử có cùng số nguyên tử (Z) nhưng khác số khối lượng (A) gọi là đồng vị • Đồng vị của hydro hydrogen deuterium tritium • Đồng vị của carbon 112132143 H1HH 11666CCC
  36.  Có nguyên tử đồng vị bền, không bị hủy biến theo thời gian: đồng vị không phóng xạ ( )  Có nguyên tử đồng vị không bền, bị hủy biến theo thời gian: đồng vị phóng xạ ( ) Khối lượng nguyên tử của một nguyên tố là khối lượng trung bình của nguyên tố đó khi xét đến tất cả các đồng vị trong thiên nhiên. Clor thiên nhiên gồm có 75.4% 35Cl và 24.6% 37Cl. Khối lượng trung1trình của clor thiên nhiên: 2 16 18 M x + M x + M x + + M x M = 1 1 2 2 3 3 n n x + x + x + + x 31 2 3 n 14 18 235 1HT,,,,, 1 D C, 8 ONU 8 O 0.7541 6xx 34.968( 7 92 amu )+= 0.246 36.965( amu ) 35.453( amu )
  37. Tại sao các nguyên tố có tính chất hóa, lý khác nhau? Tại sao các nguyên tố hình thành nên hợp chất với những công thức nhất định? J.J Thomson Tại sao các nguyên tử của các nguyên tố phát ra hay hấp thu ánh sáng ứng với Rutherford những màu sắc đặc trưng? ? ? ?
  38. Cách sắp xếp electron trong nguyên tử (cấu trúc electron của nguyên tử) Cách sắp xếp electron trong nguyên tử giữ vai trò quan trọng trong việc xác định qui luật tạo thành và đặc tính của các chất. Cách sắp xếp electron trong nguyên tử liên quan đến 3 yếu tố: 1. Số lượng electron 2. Vị trí các electron có thể xuất hiện 3. Năng lượng của các điện tử Lý thuyết cho cách sắp xếp electron dựa trên phần lớn những nghiên cứu về sự phát ra hay hấp thu ánh sáng của nguyên tử.
  39. Trong những điều kiện xác định, nguyên tử và phân tử phát ra hay hấp thu năng lượng dưới dạng ánh sáng. Thông qua việc khảo sát ánh sáng phát ra hay hấp thu bởi các chất có thể thu được thông tin về cấu trúc electron của nguyên tử
  40. Bức xạ điện từ: Một trong những cách năng lượng truyền đi trong không gian là bởi bức xạ điện từ Bản chất sóng của bức xạ điện từ được thể hiện trong các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ. Theo lý thuyết sóng, bức xạ điện từ là một sóng điều hòa gồm hai thành phần là điện trường và từ trường cùng pha và vuông góc với nhau.
  41. Bản chất của sóng: ▪ Độ dài sóng (, m): Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng kế cận. ▪ Tần số (, Hz): Số lượng sóng đi qua điểm móc trong 1 giây. ▪ Biên độ (A, m): Độ cao tối đa của sóng (thay đổi từ -Amax đến Amax)
  42. Các bức xạ điện từ khác nhau có tương tác khác nhau đối với vật chất nhưng đều có tốc độ di chuyển trong chân không là c 3 1010 cm/s (vận tốc ánh sáng). c =  = 3.00 108 m/s → Tần số giảm khi độ dài sóng của bức xạ điện từ tăng. Vì vận tốc ánh sáng = const., nếu biết được độ dài sóng (hay tần số) thì có thể tính được tần số (hay độ dài sóng). cc c =  =  = 
  43. 1. Ánh sáng xanh phát ra từ đèn đường thủy ngân có độ dài sóng khoảng 436 nm. Hãy xác định tần số tương ứng. Từ phương trình c =  →  = c/ 14− 19 14 ==6.88x 10 s8 6.88m 1 x 100 nm Hz 3.00x 10 c s m  ==  463 nm
  44. 2. Mắt người có thể nhận ra ánh sáng có độ dài sóng lớn nhất khoảng 700 nm. Hãy xác định tần số tương ứng. Từ phương trình c =  →  = c/ 14− 1 149 ==4.28x 10 s 4.288 m x 1010 Hznm 3.00x 10 c s m  ==  700 nm
  45. Bức xạ điện từ bao gồm các bức xạ vô tuyến, vi sóng (MW), hồng ngoại (IR), khả kiến (VIS), tử ngoại (UV), tia X và tia . Quang phổ liên tục của ánh sáng trắng
  46. 700 nm 450 nm Red Orange Yellow GreenBlue Indigo Violet Isaac Newton (1642-1727)
  47. Thuyết cấu nguyên tử của Thompson Theo Thompson nguyên tử là một quả cầu bao gồm các điện tích dương phân bố đồng đều trong toàn thể tích nguyên tử và các electron có kích thước không đáng kể chuyển động giữa điện tích dương đó. Thuyết không giải thích được tại sao các điện tích âm và dương trong cùng thể tích nguyên tử lại không hút nhau để trung hoà
  48. Rutherford là nhà vật lý và kiến trúc nguyên tử nổi tiếng người Anh (E.Rutherford 1871-1937 giải Nobel về hoá học 1908) đã đưa ra mẫu hành tinh nguyên tử đầu tiên: “Electron quay chung quanh hạt nhân nguyên tử giống như hành tinh quay xung quanh mặt trời”. Nhưng theo quan điểm động lực học electron là tiểu phân mang điện khi quay nhất định sẽ phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ, làm cho nó mất dần năng lượng, sẽ rơi vào hạt nhân và như vậy nguyên tử không thể tồn tại.
  49. Niels Henrik David Bohr (1885-1962). Nhà vật lý Đan mạch, một trong những người sáng lập ra vật lý hiện đại. Lý thuyết giải thích phổ của nguyên tử 1922 hydro.
  50. Electron trong nguyên tử hydro chuyển động quanh nhân chỉ trên một số quĩ đạo tròn nhất định. Electron hấp thu hay phát ra năng lượng trong những lượng riêng biệt như chúng chuyển động từ quĩ đạo này sang quĩ đạo khác. E= | Ed -Ec| = h Mỗi quĩ đạo tương ứng với một mức năng lượng xác định. Khi quay trên quỹ đạo dừng electron không mất năng lượng Khi điện tử được nâng từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao, nó hấp thu 1 lượng năng lượng xác định đúng bằng với năng lượng mà nó sẽ phát ra khi quay trở lại mức năng lượng cũ (Định luật bảo toàn năng lượng).
  51. ▪ Bohr đưa ra biểu thức tính năng lượng của electron trên các quĩ đạo trong nguyên tử hydro: 1 En = −RH n2 -18 -1 • RH là hằng số Rydberg = 2.18 10 J hay 109678 cm • n là số lượng tử chính ( n = 1, 2, 3 ) • Dấu – để chỉ năng lượng của electron trong nguyên tử thấp hơn năng lượng của một electron tự do ở cách nhân vô cùng xa (n= ∞), là nơi năng lượng của electron bằng 0 (E =0) Mô hình của Bohr có giá trị đối với nguyên tử H và các ion giống H, như He+ hay Li2+ (ion chỉ có một điện tử). Mô hình này không áp dụng được cho các nguyên tử có nhiều điện tử.
  52. 1 En = −RH n2 • n → (electron ở rất xa nhân): En → 0 • n giảm (electron càng gần nhân) → En tăng cả về giá trị tuyệt đối và giá trị âm → electron ở trạng thái càng bền: phù hợp với ý tưởng, electron càng gần nhân, sức hút tĩnh điện giữa electron và nhân tăng, electron bi giữ chặc hơn. • n =1: electron ở trạng thái bền nhất, hệ có năng lượng thấp nhất, gọi là trạng thái căn bản (ground state or ground level). • n = 2, 3 : electron có trạng thái kém bền hơn, năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích (excited state or excited level).
  53. • Lý thuyết của Borh đã giúp giải thích những vạch phổ của nguyên tử hydro. • Nguyên tử hấp thu năng lượng để chuyển electron từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao và phát ra năng lượng khi chuyển electron từ trạng thái năng lượng cao sang trạng thái thấp. • Năng lượng cần thiết để chuyển electron phụ thuộc vào sự sai biệt mức năng lượng giữa trạng thái đầu và cuối.
  54. • Bán kính của mỗi quĩ đạo trong mô hình của Bohr phụ thuộc vào số lượng tử n theo công thức: n2a r = 0 Z -10 • a0 là hằng số = 0.529 Å (1Å = 10 m hay 100 pm): bán kính của quĩ đạo ứng với n =1. • n tăng từ 1 đến 2, 3 bán kính tăng nhanh. Ở trạng thái kích thích càng cao, electron càng xa nhân, càng lỏng lẻo.
  55. Năng lượng cần khi chuyển 1 electron có trạng thái năng lượng đầu E1 sang trang thái có năng lượng E2 • n1 > n2 : photon phát xạ, E có giá trị âm • n < n : hấp thu năng lượng, E có giá dương 1 2 EEE = − −−21RRHH 11 11 EER = h = R − − =H − n2H 22 n 2 n 2 n 2 2 nn12 1 1 2
  56. • Năng lượng giữa hai • Độ dài sóng ứng với năng trạng thái ứng với n1= lượng E được cho bởi biểu 6 và n2=4 là: thức: 11c 113.00 hc x 1081 ( m . s− ) =− ER2.18E= = =6.63xJ h 10x− =18 10 h− −34 ( J . s ) x = H 22 22 E −20 nn12 647.566xJ 10 =− 7566= 2.63xJ 10xm 10−20−6
  57.  Quang phổ nguyên tử H ◦ Khi phóng điện liên tục vào trong hyđro dưới áp suất thấp thì thu được quang phổ vạch đơn giản. ◦ Quang phổ vạch hydro có ba vùng gồm 5 dãy: + Vùng quang phổ nhìn thấy có dãy Balmer (J.Balmer 1825-1891, người Thuỵ Sỉ). + Vùng hồng ngoại : có 3 dãy Paschen, Brackett, Pfund + Vùng tử ngoại xa: Dãy Lyman ◦ Dãy Balmer: có 4 vạch nhìn thấy được. Càng xa vạch H về phía có bước sóng ngắn khoảng cách giữa 2 vạch kề nhau càng bé dần nên những vạch ở cuối dãy nằm sát nhau khó trông thấy và rất nhiều vạch ở vùng tử ngoại gần .
  58. + dãy Lyman n0 = 1, n ≥ 2 + dãy Balmer n0 =2, n ≥ 3 + dãy Paschen n0=3, n ≥ 4 + dãy Brackitt n0=4 ; n ≥ 5 Paschen Balmer Lyman
  59. Giải thích được bản chất vật lý của quang phổ nguyên tử và tính toán được vị trí của các vạch quang phổ H trong vùng nhìn thấy -Vạch quang phổ xuất hiện do sự phát năng lượng khi electron nhảy từ quỹ đạo bền xa nhân về quỹ đạo bền gần nhân hơn + Dãy Balmer nt = 2 n=3 λ= 656.2 nm (đỏ) n=4 λ= 486.1 nm (lam) n= 5 λ= 430.1 nm (chàm) n= 6 λ= 410.1 nm (tím) + Dãy Lyman nt = 1 + Dãy Paschen: nt= 3
  60. Sommerfeld đã phát triển thuyết Bohr bằng cách đưa thêm những quỹ đạo elip và đưa vào các số lượng tử n, l, m nhằm giải thích có kết quả hiệu ứng Ziman. Mẫu này còn tính được:  Bán kính quỹ đạo bền của electron (e)  Năng lượng e trong nguyên tử  Tốc độ chuyển động e trên quỹ đạo bền  Giải thích được hiện tượng quang phổ nguyên tử hyđro  Nhưng cũng chưa giải thích thỏa đáng quang phổ của nguyên tử có nhiều e
  61. CẤU TRÚC LỚP VỎ e NGUYÊN TỬ THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ 1. Tính lưỡng nguyên của các hạt vi mô 2. Nguyên lý bất định Heisenberg và khái niệm đám mây điện tử 3. Phương trình sóng Schrödinger và 4 số lượng tử
  62. Ánh sáng trắng (từ mặt trời) bao gồm những bước sóng phân bố liên tục trong vùng thấy được của phổ điện từ. Ánh sáng phát ra tử nguyên tử khi được nung nóng hay ở trạng thái năng lượng kích thích thì không phân bố liên tục ở tất cả các bươc sóng. Giải thích ??? H2 He Li Na K
  63. Một vật rắn được đốt nóng sẽ phát ra bức xạ, phổ thu được gọi là phổ bức xạ Thuyết Plank: Một dao động tử dao động với tần số ν chỉ có thể bức xạ hay hấp thụ năng lượng từng đơn vị gián đoạn, từng lượng nhỏ một, nguyên vẹn, hay gọi lượng tử năng lượng ε. Năng lượng ứng với một lượng tử tỷ lệ với tần số của ánh sáng được phát ra và được tính bởi phương trình: E = h hay E = hc / h là một hằng số = 6.63×10-34 J.s, được gọi là hằng số Planck.
  64. Bệ dốc Cầu thang
  65. Theo Planck, một vật thể có thể hấp thu hay phát ra chỉ những lượng năng lượng có trị số là bội số nguyên của h: 1h, 2h, 3h chứ không có dạng lẻ 1.67h, 4.98 h. → năng lượng điện từ được vật chất hấp thu hay phát ra được lượng tử hoá. Ưu điểm của thuyết lượng tử của Planck: Đề xuất của Planck về sự lượng tử hoá năng lượng là một quan niệm hoàn toàn mới và dựa vào đó có thể dự đoán chính xác sự phân bố năng lượng ánh sáng là một hàm của tần số ánh sáng. Thuyết lượng tử Planck còn gọi là thuyết lượng tử ánh sáng
  66. ❑ Tính chất hạt của ánh sáng ◦ Theo thuyết lượng tử về ánh sáng: Bản chất hạt của ánh sáng thể hiện ở hiệu ứng quang điện: E =h (1) ◦ Năm 1903 Einstein tìm ra hệ thức E= mc2 (2) ◦ Từ (1) và (2), ta có m = h/c2 tức là ánh sáng cũng có một khối lượng do đó có tính hạt. ◦ Trên cơ sở hiệu ứng quang điện: 2 hν = E= E0 + mv /2 Eo năng lượng cần thiết tách điện tử khỏi bề mặt kim loại, mv2/2 là động năng. Eo = h o;  o ngưỡng quang điện Hay nói 1 cách khác là: Động năng = h - h0
  67. Tính chất nhị nguyên của các hạt vi mô  Tính chất sóng của ánh sáng - Thể hiện qua hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa. - Khi ánh sáng truyền đi không gian với vận tốc c, bước sóng λ, tần số ν thì c = λ - Với phương trình Planck E= h và biểu thức Einstain E = mc2 → λ = h/mc 1921 Albert Einstein (1879-1955)
  68. Louis de Broglie đặt vấn đề: nếu bức xạ điện từ (vốn là sóng) có thể có tính chất như một hạt tử thì các electron và các hạt vi mô khác có thể biểu lộ tính chất giống như sóng? (1892-1987) Năm 1925, trong luận văn Ph.D. của mình, de Broglie đã dự đoán rằng một hạt tử có khối lượng m và vận tốc v sẽ biểu lộ một độ dài sóng λ, tính theo hệ thức: E = mc2 (Einstein) 1929 E = h (Planck) h  = mv
  69. Tieåu phaân Khoái löôïng Toác ñoä (ms-1) Ñoä daøi soùng (kg) (pm) e khí (300K) 9.10 -31 1.10 5 7000 e ngtöû hidro 9.10 -31 2,2.10 6 33 e ngtöû Xe (n=1) 9.10 -31 1.10 8 7 Ngtöû He khí (300K) 9.10 –27 1000 90 Ngtöû Xe khí (300K) 9.10 –25 250 10 Traùi banh bay nhanh 0,1 20 3.10 -22 Traùi banh bay chaäm 0,1 0,1 7.10 -20
  70. Bài tập Tính độ dài sóng tương ứng với một điện tử di chuyển với vận tốc 1.000×107 m.s-1 và có khối lượng 9.109×10-28 g Giải: Dùng phương trình de Broglie để giải bài toán nầy. Trước tiên phải đổi đơn vị của hằng số Planck. Vì 1 J=1kg.m2.s-2 vậy h=6.626×10-34 J.s = 6.626×10-34 kg.m2.s-1 Tương tự: tính độ dài sóng của một quả cầu có khối lượng 100 g di chuyển với vận tốc 35 m.s-1. Lời giải: 1.9×10-34 m (quá nhỏ để có thể nhận biết hay đo đạc)
  71. Giả thuyết ánh sáng có bản chất hạt của Einstein đã giải thích được hiệu ứng quang điện. Thí nghiệm của Davisson-Germer cho thấy rằng các electron có thể bị nhiễu xạ như ánh sáng, đó là đặc tính của sóng. T P O Hiện tượng vật chất vừa biểu lộ bản chất sóng vừa biểu lộ bản chất hạt được gọi là bản chất nhị nguyên của vật chất.
  72. ▪ Werner Heisenberg xem xét giới hạn chính xác có thể đo lường các đặc tính của điện tử hay hạt vi mô (1901-1976) khác. Ông xác định có một giới hạn về độ chính xác khi vừa đo vị trí và vừa đo động lượng. ▪ Khi đo động lượng của hạt tử càng chính xác thì việc xác định vị trí của hạt tử càng kém chính xác, và ngược lại. ▪ Nếu xác định vị trí và động lượng cùng lúc, các giá trị của một trong hai đại lượng hay của cả hai đại lượng là không chính xác.
  73. (1901-1976) Tích số của độ bất định về vị trí ( x), và độ bất định về động lượng ( (mv)) phải lớn hơn hay bằng h/2π: ▪ Không xác định được chính xác cùng lúc vị trí và tốc độ ▪ Với vật thể vĩ mô (m lớn), h/m nhỏ → độ bất định về vị trí hay tốc độ là không đáng kể ▪ Với vật thể vi mô (m nhỏ), h/m lớn → khi biết chính xác 1 trong 2 đại lượng thì không thể biết chính xác đại lượng còn lại.
  74. Louis de Broglie (1892-1987) đề ra ý tưởng là electron, trước đó được xem là hạt tử, cũng có tính chất sóng. Theo hướng suy nghĩ ấy, Erwin Schrödinger (1887- 1961, là nhà vật lý Áo) đã khảo sát cấu trúc nguyên tử bằng cách nhấn mạnh đến các đặc tính sóng của electron. Schrödinger đưa ra phương trình sóng mô tả tổng quát bản chất và năng lượng của hạt tử Ĥ=E
  75.  2  2  2 8 2m + + + (E −V ) = 0 x 2 y 2 z 2 h2 P. trình sóng Ĥ = toán tử Hamilton, là tập hợp các phép toán  = hàm sóng, là hàm theo tọa độ của điện tử Ĥ=E E = năng lượng tổng cộng giải Hàm sóng  chứa các số lượng tử n, l, m, mô tả các hay vân đạo mức năng lượng và hình dáng 3 chiều của vùng không gian chứa các điện tử  Xác suất tìm thấy điện tử 2 cho biết mật độ electron trong vùng không gian của nguyên tử 2
  76.  Có các giá trị nguyên, dương 1,2,3  Liên quan đến kích thước của vân đạo nguyên tử (AO) ◦ n càng lớn, kích thước vân đạo càng lớn, electron càng xa nhân ◦ Electron có cùng giá trị n lập thành lớp electron n 1 2 3 4 Tên lớp K L M N  Xác định năng lượng của vân đạo nguyên tử ◦ Với nguyên tử hydro hay nguyên tử có 1 electron. Năng lượng của AO chỉ phụ thuộc vào n. ◦ Với nguyên tử nhiều electron, năng lượng của AO phụ thuộc vào n và l.
  77. • Cho biết hình dạng và tên của vân đạo nguyên tử • Có giá trị phụ thuộc vào giá trị của n: từ 0 đến (n-1) → mỗi 1 lớp có n dạng vân đạo khác nhau – n = 1: l = 0 – n = 2: l = 0, 1 số lượng tử l 0 1 2 3 4 Tên vân đạo s p d f g  Đặc trưng cho độ lớn của momen động lượng của electron
  78. • Có giá trị nguyên từ - l 0 +l → mỗi 1 phân lớp có (2l +1) giá trị – l = 0: ml có 1 giá trị = 0 – l = 1: ml có 3 giá trị = -1, 0,1 – l = 2: ml có 5 giá trị = -2, -1, 0, 1, 2  Liên quan đến cách định hướng của các AO trong không gian so với các vân đạo khác trong nguyên tử.
  79. • Ngoài 3 số lượng tử n, l, ml còn cần đến một số lượng tử thứ tư: spin electron (ms).
  80. n l ml Số vân đạo Vân đạo 1 0 0 1 1s 2 0 0 1 2s 1 -1, 0, 1 3 2px, 2pY, 2pZ 3 0 0 1 3s 1 -1, 0, 1 3 3px, 3pY, 3pZ 2 2 2 2 -2, -1, 0, 1, 2 5 5dXY , 5dXY, 5dYZ, 5dX - Y 5dZ 4 0 1 2 3
  81. • Hình dạng khối cầu • Khả năng tìm thấy electron không phụ thuộc vào hướng, mà phụ thuộc khoảng cách đến nhân • Vùng đậm có xác suất tìm thấy electron cao • Vùng trắng còn gọi là các mặt nút hay nút (nodal surfaces, nút nodes) có xác suất tìm thấy electron bằng không • Số nút tăng khi n tăng •Với vân đạo ns, số nút là n-1
  82. • Có dạng quả tạ (dumbbell-sharps) • Các vân đạo p có hai múi phân cách bởi một mặt nút đi qua nhân. • Tên gọi của các vân đạo p tuỳ thuộc vào hệ trục toạ độ: vân đạo 2p có các múi tập trung quanh trục x được gọi là vân đạo 2px.
  83. Các vân đạo d có 2 dạng căn bản: • Vân đạo: dxz, dyz, dxy, dx2-y2 có 4 múi tập trung trong mặt phẳng như theo tên gọi. 2 • Vân đạo dz gồm 2 múi hướng theo trục z với một vành đai ở trong mặt xy. • Các vân đạo d với n>3 có dạng như 3d nhưng có các múi to hơn.
  84. E tùy thuộc vào n E tùy thuộc vào n, l Cùng n cùng E → E bị suy biến
  85. ▪ Quy tắc Klechkowski
  86. Trong nguyên tử nhiều electron có hai hiệu ứng quan trọng: sự đẩy nhau giữa các electron → làm giảm lực hút của nhân lên electron. sự xuyên vào trong gần nhân của những vân đạo nguyên tử. Hai hiệu ứng này kết hợp lại có tác dụng làm thay đổi năng lượng của các vân đạo. Ví dụ: Năng lượng của vân đạo 2s < 2p Năng lượng của vân đạo 3s < 3p < 3d
  87. Địa chỉ: số nhà Tên đường Quận Thành phố AO 2s: 2 0 0 (2, 0, 0, +½) và (2, 0, 0, -½) 11 +−& 22
  88. Nguyên tử nhiều electron, sự phân bố electron tuân theo các nguyên lý và quy tắc sau: Nguyên lí ngoại trừ Pauli (The Pauli exclusion principle) Nguyên lí vững bền Quy tắc Hund (Hund’s rule)
  89. “Trong một nguyên tử, không có các electron có Wolfgang Pauli cùng các số lượng tử n, l, m , m “ (1900-1958) l s Trong cùng một vân đạo, các Electron cùng giá trị n, l, ml nên theo nguyên lý này thì các electron đó phải có giá trị ms khác nhau. ms chỉ có 2 giá trị ± ½, do đó một vân đạo chỉ có thể chứa tối đa hai electron và hai electron này phải có spin đối nhau. He 1s2 a) b) c) Đọc: một s hai (Không đọc: một s bình phương)
  90. Những vân đạo có cùng giá trị n và l (cùng phân lớp), có thể có (2l+1) giá trị ml khác nhau: có tất cả (2l +1) vân đạo. → Số electron tối đa trong cùng 1 phân lớp là 2×(2l +1) electron. ▪ Phân lớp s (l =0) chứa tối đa 2 electron ▪ Phân lớp p (l =1) chứa tối đa 6 electron ▪ Phân lớp d (l =2) chứa tối đa 10 electron Những vân đạo có cùng giá trị n (cùng lớp) có thể có n giá trị l khác nhau: có tất cả n2 vân đạo. → Số electron tối đa có cùng n là 2×n2 electron. ▪ Lớp K (n=1) chứa tối đa 2 electron ▪ Lớp L (n=2) chứa tối đa 8 electron ▪ Lớp M (n=3) chứa tối đa 18 electron
  91. “Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử, các ion sẽ chiếm cứ các vân đạo có năng lượng từ thấp đến cao“ Dữ kiện quang phổ cho thấy thứ tự tăng dần các mức năng lượng như sau: 1s < 2s < 2p < 3s < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f = 5d < 6p < 7s
  92. ▪ Electron xếp vào vân đạo có (n+l) tăng dần. ▪ Trong cùng phân lớp, cùng giá trị (n+l), electron sẽ xếp vào vân đạo có n nhỏ trước. Li (Z=3) 1s2 2s1 2p0 B (Z=5) 1s2 2s2 2p1
  93. “Trong 1 phân lớp, các electron được sắp xếp sao cho tổng số spin là cực đại” Hay có 1 số tối đa electron độc thân spin cùng dấu C (Z=6) 1s2 2s2 2p2 px py pz px py pz px py pz a) b) c)
  94. px py pz C (Z=6) 1s2 2s2 2p2 He 2s2 2p2 N (Z=7) 1s2 2s2 2p3 He 2s2 2p3 O (Z=8) 1s2 2s2 2p4 He 2s2 2p4 F (Z=9) 1s2 2s2 2p5 He 2s2 2p5 Ne (Z=10) 1s2 2s2 2p6 Na (Z=11) 1s22s22p63s1 Ne 3s1
  95. Viết cấu hình electron từ Scandi (Sc, z=21) đến kẽm (Zn, z=30) Nhận xét sự phân bố electron vào vân đạo 3d
  96. Thế giới vật chất quanh ta vô cùng đa dạng và phức tạp. Người ta đã xác định được sự hiện diện của nhiều triệu hợp chất và điều đáng nói là tất cả các hợp chất ấy được tạo thành chỉ từ khoảng 100 nguyên tố (đến 9/2003 đã biết được 115 nguyên tố, nguyên tố 114, 116 và 118 đã được xác định nhưng còn ít thông tin được công bố). Việc tìm ra các nguyên tố này đã kéo dài nhiều thế kỷ. Từ thế kỷ 19, các nhà Hóa học đã bắt đầu sắp xếp các nguyên tố theo tính chất lý-hóa tương tự nhau.
  97. 1829, xếp các nguyên tố thành từng nhóm ba nguyên tố (Law of triads). Johann Dobereiner (1780-1849, Geman chemist) Li 7 Ca 40 Cl 35 Na 23 Sr 87 Br 80 K 39 Ba 137 I 127
  98. Béguyer de Chancourtois (1819-1886, French geologist) 1862, xếp các nguyên tố theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần → Bảng TH có dạng hình trụ.
  99. 1864, xếp các nguyên tố thành từng nhóm tám nguyên tố (Law of Octaves). John Newlands (1838-1898, English chemist) Không hợp lý cho vài trường hợp → không được chấp nhận
  100. Bảng tuần hoàn hiện dùng được đề xuất một cách riêng rẽ bởi hai nhà hoá học (1869): Julius Lothar Meyer Dmitri Ivanovich Mendeleev (1830-1895, Đức) (1834-1907, Nga)
  101. Bảng tuần hoàn theo Mendeleev được đề nghị năm 1869. Xếp các nguyên tố theo thứ tự tăng dần khối lượng nguyên tử Các nguyên tố có tính chất lý, hoá giống nhau xuất hiện một cách tuần hoàn. → Các nguyên tố tương tự ấy được xếp thành cột
  102. — = 44 — = 68 — = 72 — = 100 Scandium, Gallium, Germanium, Technetium Annalen der Chemie und Pharmacie, VIII, Supplementary Volume 1872, trang 511.
  103. Nhược điểm của bảng tuần hoàn theo Mendeleev K - Ar ; Co - Ni; Te - I ; Th - Pa Năm 1913, Henry Moseley ▪ Dùng electron điện áp cao, bắn phá điện cực KL. Thu được phổ phát xạ tia X (sự kích thích của các electron vào những qui đạo gần hạt nhân nguyên tử). ▪ Mối quan hệ giữa tần số bức xạ tia X và số thứ tự Z của nguyên tố trong HTTH.  = A (Z-b)2 → Số thứ tự Z = số điện tích dương của hạt nhân nguyên tử → Nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử. Các nguyên tố có tính chất tương tự được xếp vào 1 cột. Dạng bảng tuần hoàn hiện dùng
  104. • Cấu hình e được tìm thấy bằng thực nghiệm và tính toán. Bảng hệ thống tuần hoàn được sắp xếp theo cấu trúc điện tử của nguyên tử gồm các hàng (chu kỳ) và các cột (nhóm). • Các nguyên tố có cùng số lớp điện tử thuộc cùng một chu kỳ. Số hiệu chu kỳ bằng giá trị của số lượng tử chính của vân đạo có mức năng lượng cao nhất. • Các nguyên tố có cùng cấu hình e của lớp ngoài cùng thuộc về cùng một nhóm. • Lớp với số lượng tử chính n có n2 ocbitan, do đó có thể chứa tối đa 2n2 điện tử. • Lớp với n = 3, số vân đạo là 9 (1 ocbitan s, 3 vân đạo p, 5 vân đạo d), chứa tối đa 18 điện tử.
  105. Phản ảnh quá trình hình thành các lớp điện tử của nguyên tử.
  106. Các nguyên tố được xếp thành chuỗi liên tục có các nguyên tố nhóm chính toả từ tâm của vòng xoắn ra ngoài, các nguyên tố d và f xếp quanh đường viền
  107. Mô tả tính tuần hoàn thông qua các số lượng tử
  108. Dựa chủ yếu trên cấu trúc electron của các nguyên tử. Bốn nhóm nguyên tố chính được phân biệt dựa vào kiểu vân đạo nguyên tử được điền thêm electron.
  109. KL Kiềm Khí hiếm KL Kiềm Thổ Halogen Nhóm chính KL chuyển tiếp Nhóm chính Lantanit and Actinit
  110. Là các nguyên tố kim loại và phi kim có electron cuối cùng ở trong vân đạo s hay p. Các electron hóa trị trong các nguyên tố này là các electron ns và np. Nhóm chính Nhóm chính
  111. Là các nguyên tố kim loại có electron cuối cùng ở trong vân đạo d. Các electron hóa trị là các electron ns và (n-1)d. KL chuyển tiếp 3d 4d 5d 6d 4f 5f Lantanit and Actinit Các electron hóa trị gồm các (chuyển tiếp nội) electron (n-2)f, (n-1)d và ns.
  112. Sự tương tự về cấu hình điện tử và về các đặc tính hóa học của các nguyên tố trong cùng nhóm cho thấy các điện tử ngoài cùng trong nguyên tử quyết định động thái hóa học của nguyên tố. Vân đạo hóa trị của một nguyên tử là các vân đạo có số lượng tử chính lớn nhất chứa điện tử và các vân đạo thuộc các phân lớp có số lượng tử chính thấp hơn lớp cao nhất có chứa chưa đầy điện tử. Các điện tử hóa trị là các điện tử thuộc các vân đạo hóa trị. Với các nguyên tố có phân lớp d hay f chứa chưa đầy điện tử, điện tử trong các vân đạo thuộc các phân lớp này cũng là các điện tử hóa trị
  113. 1 2 Chu kỳ 1: 1H: 1s , 2He: 1s 1 2 6 Chu kỳ 2: 3Li: 2s → 10Ne: 2s 2p 1 2 6 Chu kỳ 3: 11Na: [Ne] 3s →18Ar: [Ne] 3s 3p 1 10 2 6 Chu kỳ 4: 19K: [Ar] 4s → 36Kr: [Ar] 3d 4s 4p 1 10 2 6 Chu kỳ 5: 37Rb: [Kr] 5s → 54Xe: [Kr] 4d 5s 5p 1 14 10 2 6 Chu kỳ 6: 55Cs: [Xe] 6s → 86Rn: [Xe] 4f 5d 6s 6p Chu kỳ 7: chưa có đầy đủ nguyên tố. 5f14 6d10 7s2 7p6
  114. Cấu hình điện tử của phần lớn nguyên tố có thể được viết dựa vào bảng tuần hoàn trừ một số ngoại lệ: Nguyên tố Cấu hình dự đoán Thực nghiệm Cr (Z=24) [Ar]4s23d4 [Ar]4s13d5 Cu (Z=29) [Ar]4s23d9 [Ar]4s13d10 Mo (Z=42) [Kr]5s24d4 [Kr]5s14d5 Ag (Z=47) [Kr]5s24d9 [Kr]5s14d10 Au (Z=79) [Xe]6s24f145d9 [Xe]6s14f145d10
  115.  Cation được tạo thành khi nguyên tử mất một hay nhiều điện tử hóa trị, nhưng điện tử không luôn luôn mất theo thứ tự ngược với thứ tự được đưa vào nguyên tử.  Thực nghiệm:  Điện tử ứng với số lượng tử chính n lớn nhất, ở xa nhân nhất, sẽ bị mất trước tiên  Đối với các phân lớp có cùng giá trị n, điện tử bị mất trước tiên là từ các phân lớp có giá trị l lớn nhất. Viết cấu hình điện tử của nguyên tử tương ứng, Xếp lại trật tự các vân đạo sao cho các vân đạo có cùng giá trị n nằm trong cùng một nhóm, các nhóm được xếp theo chiều tăng dần giá trị của n. Lấy bớt điện tử từ các vân đạo, bắt đầu với vân đạo có n lớn nhất. Trường hợp các vân đạo có n bằng nhau thì bắt đầu với vân đạo có l lớn nhất. Số điện tử lấy bớt bằng điện tích của cation.
  116. Kim loại trong phân nhóm chính có xu hướng mất 1 hay nhiều electron ở lớp vỏ ngoài cùng để hình thành cation có cấu hình electron bền như khí hiếm. Li+, Be2+ Na+, Mg2+, Al3+ K+, Ca2+, Ga3+, Ge4+
  117. Kim loại chuyển tiếp có xu hướng mất electron ở lớp vỏ ns trước rồi đến electron ở lớp (n-1)d để hình thành cation. Kim loại chuyển tiếp có thể hình thành hơn 1 cation (Fe2+, Fe3+), có cấu hình electron không giống khí hiếm trước đó. Mn → Mn2+ + 2e- [Ar]4s23d5 [Ar][Ar]4s3d523d3? Cu → Cu2+ + 2e- [Ar]4s13d10 [Ar]3d9 Fe → Fe2+ + 2e- [Ar]4s23d6 [Ar]3d6 Fe2+ → Fe3+ + e- [Ar]3d6 [Ar]3d5
  118. Không kim loại có xu hướng nhận 1 hay nhiều electron vào lớp vỏ ngoài cùng để hình thành anion có cấu hình electron bền như khí hiếm. N3-, O2-, F-
  119. Z* Số điện tích có tác dụng thực sự với electron Z* = Z -  Z: điện tích thực : hằng số chắn ( 0<<Z)  phụ thuộc vào số electron. Số electron cành nhiều →  càng tăng. Các electron lớp bên trong có tác dụng chắn mạnh hơn các electron cùng lớp.
  120. Được xác định bằng phân nửa khoảng cách giữa hai nhân gần nhất trong tinh thể kim loại và được gọi là bán kính kim loại. Đối với các phi kim tạo được liên kết cộng hóa trị, bán kính nguyên tử được tính bằng phân nửa khoảng cách giữa hai nguyên tử giống nhau nối với nhau bằng một liên kết đơn và được gọi là bán kính cộng hóa trị.
  121. Các nguyên tố nhóm A: Từ trái sang phải, bán kính ngtử các ng tố s,p giảm dần, liên tục. Các nguyên tố nhóm B: bán kính cộng hoá trị nói chung giảm chậm và không đều Nguyên nhân: electron điền vào phân lớp d là lớp thứ 2 ngoài vào nên ảnh hưởng nhỏ đến bán kính nguyên tử và gây ảnh hưởng chắn khác nhau, nên bán kính thay đổi không đều đặn. Các nguyên tố f còn thay đổi chậm hơn nữa. (Do sự co rút lantanit) Phân nhóm chính (nhóm A): từ trên xuống, bán kính ngtử tăng do số lớp electron tăng. Phân nhóm phụ ( nhóm B): các ngtố thuộc chu kì 4, 5, 6 co bán kính tăng chậm hoặc giảm, đó là do sự co d hay co f. - Từ chu kỳ 4 lên chu kỳ 5 : tăng chậm - Từ chu kỳ 5 lên 6:ít thay đổi , có khi giảm do co lantanit
  122. Hai yếu tố trái ngược ảnh hưởng đến bán kính nguyên tử:  Số lượng tử chính n: n càng tăng thì số lớp càng tăng, bán kính càng tăng.  Điện tích hạt nhân: điện tích hạt nhân tăng, lực liên kết giữa hạt nhân và điện tử tăng nên lớp ngoài cùng càng bị kéo vào gần hạt nhân hơn, do đó bán kính nguyên tử giảm. Hệ quả của các ảnh hưởng đến bán kính nguyên tử:  Khi đi từ trên xuống dưới theo nhóm thì số lớp điện tử tăng. Tính toán cho thấy ảnh hưởng của điện tích hạt nhân yếu hơn so với ảnh hưởng của số lượng tử chính do vậy bán kính nguyên tử sẽ tăng.  Nếu đi từ trái sang phải theo một chu kỳ thì ảnh hưởng của điện tích hạt nhân chiếm ưu thế do các nguyên tố trong cùng chu kỳ có cùng số lớp điện tử.
  123. 99 pm Đối với các hợp chất ion, khoảng cách giữa hai ion dương và âm gần nhau nhất trong tinh thể được xem là tổng bán kính của ion dương và âm. Biết bán kính của một ion sẽ tính được bán kính của ion kia. - Na+ Cl Cùng 1 nguyên tử, bán kính ion âm lớn hơn bán kính nguyên tử và bán kính ion dương nhỏ hơn bán kính của nguyên tử.
  124. Giải thích: * Bán kính Na+(10e-) Mg2+ > Al3+? * O2- > F- ?
  125.  Bán kính iôn tăng dần từ trên xuống dưới trong một nhóm.  Bán kính iôn giảm dần trong một chu kỳ, nhưng tăng khi từ catiôn chuyển sang aniôn.  Trong một chuỗi các iôn isoelectronic, bán kính catiôn giảm khi điện tích catiôn tăng, bán kính aniôn tăng khi điện tích aniôn tăng.  Bán kính catiôn của cùng nguyên tố giảm khi điện tích catiôn tăng.
  126. Bán kính liên kết cộng hoá trị 99pm Bán kính anion 181pm
  127. Năng lượng ion hóa (I) là năng lượng cần thiết để tách một electron khỏi nguyên tử (hay ion) ở thể khí trong trạng thái electron cơ bản. + - -1 B(g) → B (g) + e I1 = 800 kJ.mol 1s22s22p1 1s22s2 + - -1 Na(g) → Na (g) + e I1 = 495 kJ.mol 1s22s22p63s1 1s22s22p6 Năng lượng ion hóa luôn luôn mang dấu dương (năng lượng hấp thu), do cần phải có năng lượng để thắng sức hút của nhân lên electron.
  128. Naêng löôïng ion hoùa thöù nhaát Taêng daàn n à I đặc trưng cho khả a d năng nhường e của m û ngtử, nghĩa là đặc a i trưng cho tính kim G loại. I càng nhỏ ngtử càng dễ nhường e, do đó tính kim loại và tính khử của nguyên tố càng mạnh. Từ trái sang phải trong cùng một chu kỳ: năng lượng ion hóa tăng dần, ngoại trừ các nguyên tố có phụ tầng bán bảo hòa hay bảo hòa ứng với cơ cấu bền. Từ trên xuống dưới trong cùng 1 cột, năng lượng ion hóa giảm dần.
  129. 1. Đi từ trên xuống dưới theo nhóm, khoảng cách giữa hạt nhân và điện tử ngoài cùng tăng nhanh nên theo định luật Culông lực tương tác sẽ nhỏ hơn. Thế iôn hóa sẽ giảm. 2. Đi theo chu kỳ từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng, số lớp e như nhau, lực tương tác giữa hạt nhân và điện tử ngoài cùng tăng, thế iôn hóa sẽ tăng. 3. Ngoại lệ: điện tử p thứ nhất và thứ 4 (nhóm 3A và 6A) thế iôn hóa giảm chút ít.  Điện tử p có năng lượng cao hơn điện tử s ở phân lớp tương ứng nên dễ tách ra hơn.  Tách điện tử p cặp đôi đầu tiên dễ hơn điện tử p thứ 3 do 2 e trên cùng một ocbitan đẩy nhau nên thế iôn hóa bị giảm.
  130. Tăng Giảm
  131. Sự ion hóa có thể tách hai hay nhiều hơn một electron khỏi nguyên tử (hay ion). Năng lượng ion hóa trong trường hợp này thường cao hơn năng lượng ion 1 electron. + - -1 Mg(g) → Mg (g) + e I1= 738 kJ.mol Năng lượng ion hóa thứ nhất + 2+ - -1 Mg (g) → Mg (g) + e I2= 1451 kJ.mol Năng lượng ion hóa thứ hai Ii I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Năng lượng ion hóa (kJ.mol-1) của nguyên tố thuộc chu kỳ 3
  132. Ái lực electron (EA) là sự biến thiên năng lượng xảy ra khi 1 electron được kết hợp vào nguyên tử (hay ion) ở thể khí để thành thành ion âm. F (1s22s22p5) + e- → F (1s22s22p6) + 328 kJ.mol-1 → Ái lực electron của flo là EA = -328 kJ.mol-1 Ar ( 3s23p6) + e- → Ar- ( 3s23p64s1) EA > 0 Mg ( 3s2) + e- → Mg- ( 3s23p1) EA ~ 0 Ái lực càng âm → ion âm càng bền Trong thực tế, ái lực electron được xác định bằng cách tách 1 electron từ anion → rất khó đo vì anion của nhiều nguyên tố rất kém bền.
  133. Ñoä aâm ñieän ▪ Ñoä aâm ñieän laø khaû naêng cuûa nguyeân töû huùt ñieän töû veà phía mình trong caùc lieân keát hoaù hoïc. ▪ Ñoä aâm ñieän taêng khi ñi töø traùi sang phaûi, giaûm khi ñi töø treân xuoáng.
  134. Số oxi hoá Số oxy hóa là số e- mà nguyên tử nhường đi hay thu vào để tạo thành ion có cấu hình bền ns2 np6, ns2 np6 nd10 (với giả thiết hợp chất có liên kết ion) Soá thöù töï nhoùm A I II III IV V VI VII Hôïp chaát vôùi oxy Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 Hoùa trò cao nhaát vôùi 1 2 3 4 5 6 7 oxy Hôïp chaát vôùi hidro SiH4 PH3 H2S HCl Hoùa trò vôùi hidro 4 3 2 1 Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 154 of 35
  135. Baùn kính nguyeân töû giaûm N N a Ñaëc tính kim loaïi giaûm g ê u n y g e l â ö n ô t ï ö n û g g s o i n ê o á g a t n t a n ê û ê n a h ö BAÛNG TUAÀN HOAØN t t g o i ï ù a n â a e CAÙC NGUYEÂN TOÁ g o l y i a u û m m g i n k h h n n í í k t c ë n ù Nguyeân töû soá taêng a a Ñ B Naêng löôïng ion hoùa taêng
  136. Bieán thieân tính chaát cuûa kim loaïi maïnh Nhoùm 1A: Kim loaïi kieàm ▪Kim loaïi kieàm meàm. 1A ▪Trong phaûn öùng hoaù hoïc nhöôøng ñieän töû s ñoäc thaân. M → M+ + e- Li ▪Tính kim loaïi taêng khi ñi töø treân xuoáng doïc theo nhoùm. ▪Kim loaïi kieàm taùc duïng maïnh vôùi nöôùc taïo bazô. Na 2M(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2(g) K ▪Kim loaïi kieàm taùc duïng vôùi oâxy taïo caùc oâxit khaùc nhau: 4Li(s) + O2(g) → 2Li2O(s) (oxide) Rb 2Na(s) + O2(g) → Na2O2(s) (peroxide) K(s) + O2(g) → KO2(s) (superoxide) Cs ▪Khi ñoát caùc hôïp chaát cuûa kim loaïi kieàm, ñieän töû s bò kích ñoäng leân ocbital p. Khi trôû veà traïng thaùi cô baûn naêng löôïng ñöôïc giaûi phoùng döôùi daïng aùnh saùng vôùi maøu ñaëc tröng cho töøng nguyeân toá.
  137. Bieán thieân tính chaát cuûa kim loaïi maïnh Nhoùm 1A: Kim loaïi kieàm Li line: 2p → 2s Na line (589 nm): K line: 4p → 4s transition 3p → 3s transition transition
  138. Bieán thieân tính chaát cuûa kim loaïi maïnh Nhoùm 2A: Kim loaïi kieàm thoå ▪Kim loaïi kieàm thoå raén hôn vaø naëng hôn so vôùi kim loaïi kieàm. ▪Trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc kim loaïi kieàm thoå maát 2 ñieän töû s: M → M2+ + 2e-. Mg(s) + Cl2(g) → MgCl2(s) 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s) ▪Be khoâng taùc duïng vôùi nöôùc. Mg chæ taùc duïng vôùi hôi nöôùc noùng. Ca trôû xuoáng phaûn öùng vôùi nöôùc ôû nhieät ñoä thöôøng: Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)
  139. Bieán thieân tính chaát cuûa phi kim Hydrogen ▪ Hiñroâ laø nguyeân toá ñaëc bieät. ▪ Toàn taïi ôû daïng khí khoâng maøu, phaân töû goàm 2 nguyeân töû, H2. ▪ Nguyeân töû coù theå nhaän e taïo ioân hiñrua H-, hay maát ioân taïo proâtoân H+: 2Na(s) + H2(g) → 2NaH(s) 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ▪ Hoaù hoïc cuûa hiñroâ trong nöôùc chuû yeáu laø do phaûn öùng cuûa ioân H+(aq).
  140. Bieán thieân tính chaát cuûa phi kim Nhoùm 6A: Nhoùm oâxy ➢ Ñi töø treân xuoáng döôùi tính phi kim giaûm, tính kim loaïi taêng. (O2 laø khí, Te laø aù kim, Po laø kim loaïi). ➢ Oâxy toàn taïi ôû hai daïng: O2 vaø oâzoân O3. 3O2(g) → 2O3(g) H = +284.6 kJ. ➢ Oâzoân coù muøi haéc vaø ñoäc. ➢ Caû oâxy vaø oâzoân laø chaát oâxy hoaù maïnh. ➢ Oâxy coù soá oâxy hoaù –2 vaø –1: H2O, H2O2. ➢ S ôû daïng boät maøu vaøng nhaït.
  141. Bieán thieân tính chaát cuûa phi kim Nhoùm 7A: Halogen °Nguyeân töû haloâgen nhaän 1 e taïo anioân: - - X2 + 2e → 2X . °Flo laø chaát coù hoaït tính hoaù hoïc maïnh nhaát: 2F2(g) + 2H2O(l) → 4HF(aq) + O2(g) H = -758.7 kJ phaûn öùng toaû nhieät maïnh °Taát caû caùc haloâgen ñeàu toàn taïi ôû daïng phaân töû 2 nguyeân töû, X2. °F laø khí maøu luïc nhaït, Cl: khí maøu vaøng nhaït, Br: loûng maøu naâu, I: tinh theå raén maøu tím saäm, deã thaêng hoa.
  142. Bieán thieân tính chaát cuûa phi kim Nhoùm 7A: Halogen 7A ▪Trong caùc haloâgen clo ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát. Clo ñöôïc ñieàu cheá baèng phöông phaùp ñieän F phaân dung dòch NaCl: 2NaCl + 2H O → 2NaOH + H + Cl Cl 2 2 2 ▪Clo phaûn öùng vôùi nöôùc cho ra acid hypocloric Br HOCl. Acid naøy phaân huyû ra oâxy nguyeân töû coù I tính khöû truøng maïnh: Cl2(g) + H2O(l) → HCl(aq) + HOCl(aq). At ▪Taát caû caùc hôïp chaát cuûa haloâgen vôùi hiñroâ ñeàu laø acid maïnh ngoaïi tröø HF.
  143. Bieán thieân tính chaát cuûa phi kim 8A Nhoùm 8A: Khí trô He ✓ Taát caû ñeàu laø phi kim. Ne ✓ Toàn taïi ôû daïng khí ñôn nguyeân töû. ✓ Gaàn nhö trô trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc do Ar caùc ocbital s vaø p ñaõ coù ñuû electroân. ✓ Naêm 1962 ñaõ toång hôïp ñöôïc caùc hôïp chaát: Kr XeF2, XeF4, and XeF6. Xe ✓ Cho ñeán nay môùi chæ toång hôïp theâm ñöôïc KrF2.