H
harry18


Phần 1- hoá học đại cương
Chương 1 – Cấu tạo nguyên tử - định luật tuần hoàn
và liên kết hoá học
A. tóm tắt lí thuyết
I. cấu tạo nguyên tử
1. Thành phần, cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử gồm hạt nhân và vỏ electron. Hạt nhân gồm các hạt proton và nơtron, phần vỏ gồm các electron. Các đặc trưng của các hạt cơ bản trong nguyên tử được tóm tắt trong bảng sau:
Proton Nơtron electron
Kí hiệu p n e
Khối lượng (đvC) 1 1 0,00055
Khối lượng (kg) 1,6726.10-27 1,6748.10-27 9,1095.10-31
Điện tích nguyên tố 1+ 0 1-
Điện tích (Culông) 1,602.10-19 0 -1,602.10-19
2. Hạt nhân nguyên tử:
Khi bắn phá một lá vàng mỏng bằng tia phóng xạ của rađi, Ruzơfo đã phát hiện hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với kích thước của toàn bộ nguyên tử. Hạt nhân mang điện tích dương.
Điện tích hạt nhân có giá trị bằng số proton trong hạt nhân, gọi là Z+. Do nguyên tử trung hoà về điện cho nên số electron bằng số Z.
Ví dụ: nguyên tử oxi có 8 proton trong hạt nhân và 8 electron ở lớp vỏ.
Số khối, kí hiệu A, được tính theo công thức A = Z + N, trong đó Z là tổng số hạt proton, N là tổng số hạt nơtron.
Nguyên tố hoá học bao gồm các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.
Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số khối A của chúng khác nhau.
Ví dụ: Nguyên tố oxi có ba đồng vị, chúng đều có 8 proton và 8, 9, 10 nơtron trong hạt nhân nguyên tử.
II. Cấu tạo vỏ electron của nguyên tử
1. Lớp electron
• Trong nguyên tử, mỗi electron có một mức năng lượng nhất định. Các electron có mức năng lượng gần bằng nhau được xếp thành một lớp electron.
• Thứ tự của lớp tăng dần 1, 2, 3, n thì mức năng lượng của electron cũng tăng dần. Electron ở lớp có trị số n nhỏ bị hạt nhân hút mạnh, khó bứt ra khỏi nguyên tử. Electron ở lớp có trị số n lớn thì có năng lượng càng cao, bị hạt nhân hút yếu hơn và dễ tách ra khỏi nguyên tử.
• Lớp electron đã có đủ số electron tối đa gọi là lớp electron bão hoà.
• Tổng số electron trong một lớp là 2n2.
Số thứ tự của lớp electron (n) 1 2 3 4
Kí hiệu tương ứng của lớp electron K L M N
Số electron tối đa ở lớp 2 8 18 32
2. Phân lớp electron
• Mỗi lớp electron lại được chia thành các phân lớp. Các electron thuộc cùng một phân lớp có mức năng lượng bằng nhau.
• Kí hiệu các phân lớp là các chữ cái thường: s, p, d, f.
• Số phân lớp của một lớp electron bằng số thứ tự của lớp. Ví dụ lớp K (n =1) chỉ có một phân lớp s. Lớp L (n = 2) có 2 phân lớp là s và p. Lớp M (n = 3) có 3 phân lớp là s, p, d…
• Số electron tối đa trong một phân lớp:
- Phân lớp s chứa tối đa 2 electron,
- Phân lớp p chứa tối đa 6 electron,
- Phân lớp d chứa tối đa 10 electron và f chứa tối đa 14 electron.
Lớp electron Số electron tối đa của lớp Phân bố electron trên các phân lớp
K (n =1) 2 [TEX]1s^2[/TEX]
L (n = 2) 8 [TEX]2s^22p^6[/TEX]
M (n = 3) 18 [TEX]3s^23p^63d^{10}[/TEX]
3. Cấu hình electron của nguyên tử
Là cách biểu diễn sự phân bố electron trên các lớp và phân lớp. Sự phân bố của các electron trong nguyên tử tuân theo các nguyên lí và quy tắc sau:
a. Nguyên lí vững bền: ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần lượt các obitan có mức năng lượng từ thấp lên cao.
b. Nguyên lí Pauli: Trên một obitan chỉ có thể có nhiều nhất là hai electron và hai electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
c. Quy tắc Hun: Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống nhau.
d. Quy tắc về trật tự các mức năng lượng obitan nguyên tử:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d
Ví dụ: Cấu hình electron của Fe, Fe2+, Fe3+
Fe: [TEX]1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2[/TEX]
Fe2+: [TEX]1s^22s^22p^63s^23p^63d^6[/TEX]
Fe3+: [TEX]1s^22s^22p^63s^23p^63d^5[/TEX]
4. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
• Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, số electron lớp ngoài cùng có nhiều nhất là 8 electron.
• Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng (ns2np6) đều rất bền vững, chúng hầu như không tham gia vào các phản ứng hoá học. Đó là các khí hiếm, vì vậy trong tự nhiên, phân tử khí hiếm chỉ gồm một nguyên tử.
• Các nguyên tử có 1-3 electron lớp ngoài cùng đều là các kim loại (trừ B). Trong các phản ứng hoá học các kim loại có xu hướng chủ yếu là nhường electron trở thành ion dương.
• Các nguyên tử có 5 -7 electron lớp ngoài cùng đều là các phi kim. Trong các phản ứng hoá học các phi kim có xu hướng chủ yếu là nhận thêm electron trở thành ion âm.
• Các nguyên tử có 4 electron lớp ngoài cùng là các phi kim, khi chúng có số hiệu nguyên tử nhỏ như C, Si hay các kim loại như Sn, Pb khi chúng có số hiệu nguyên tử lớn.
III. bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
1. Nguyên tắc sắp xếp:
• Các nguyên tố hoá học được sắp xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử.
• Các nguyên tố hoá học có cùng số lớp electron được sắp xếp thành cùng một hàng.
• Các nguyên tố hoá học có cùng số electron hoá trị trong nguyên tử được sắp xếp thành một cột.
2. Cấu tạo của bảng hệ thống tuần hoàn
Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học là sự thể hiện nội dung của định luật tuần hoàn. Trong hơn 100 năm tồn tại và phát triển, đã có khoảng 28 kiểu bảng hệ thống tuần hoàn khác nhau. Dạng được sử dụng trong sách giáo khoa hoá học phổ thông hiện nay là bảng hệ thống tuần hoàn dạng dài. Các thành phần cấu tạo nên bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học như sau:
Ô : Số thứ tự của ô bằng số hiệu nguyên tử và bằng số đơn vị điện tích hạt nhân bằng tổng số electron của nguyên tử..
Chu kì: Có 7 chu kỳ, số thứ tự của chu kì bằng số lớp electron của nguyên tử gồm:
+ Chu kì nhỏ là các chu kì 1, 2, 3 chỉ gồm các nguyên tố s và các nguyên tố p. Mỗi chu kỳ nhỏ gồm 8 nguyên tố, trừ chu kỳ 1 chỉ có hai nguyên tố.
+ Chu kì lớn là các chu kì 4, 5, 6 ,7 gồm các nguyên tố s, p, d và f. Chu kỳ 4 và chu kỳ 5 mỗi chu kỳ có 18 nguyên tố. Chu kỳ 6 có 32 nguyên tố. Theo quy luật, chu kỳ 7 cũng phải có 32 nguyên tố, tuy nhiên chu kỳ 7 mới phát hiện được 24 nguyên tố hoá học. Lí do là các nguyên tố có hạt nhân càng nặng càng kém bền, chúng có “đời sống” rất ngắn ngủi.
Nhóm: Có 8 nhóm, số thứ tự của nhóm bằng số electron hoá trị gồm :
+ Nhóm A: Số thứ tự của nhóm bằng số electron hoá trị (gồm các nguyên tố s và p). Nhóm A còn được gọi là các nguyên tố thuộc phân nhóm chính.
+ Nhóm B: Số thứ tự của nhóm B bằng số electron hoá trị (gồm các nguyên tố d và f). Nhóm B còn được gọi là các nguyên tố thuộc phân nhóm phụ.
IV. Những tính chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân
- Bán kính nguyên tử:
+ Trong chu kỳ, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử giảm dần.
+ Trong nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử tăng dần.
- Độ âm điện, tính kim loại - phi kim, tính axit - bazơ của oxit và hiđroxit biến đỏi tương tự bán kính nguyên tử.
- Năng lượng ion hoá:
+ Trong chu kỳ, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, năng lượng ion hoá của nguyên tử tăng dần.
+ Trong nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, năng lượng ion hoá của nguyên tử giảm dần.
V. Liên kết hoá học
Xu hướng của các nguyên tử kim loại hay phi kim là đạt đến cấu hình bền vững như của khí hiếm bằng cách cho, nhận electron tạo ra kiểu hợp chất ion, hay góp chung electron tạo ra hợp chất cộng hoá trị (nguyên tử).
Không có ranh giới thật rõ ràng giữa các chất có kiểu liên kết ion và cộng hoá trị. Người ta thường dùng hiệu số độ âm điện ( ) để xét một chất có kiểu liên kết hoá học gì.
- Nếu hiệu số độ âm điện 1,70 thì chất đó có kiểu liên kết ion, - Nếu hiệu số độ âm điện < 1,70 thì chất đó có kiểu liên kết cộng hoá trị (ngoại lệ HF có 1,70 nhưng vẫn thuộc loại liên kết cộng hoá trị ).
Có thể so sánh hai kiểu liên kết hoá học qua bảng sau:
Liên kết ion Liên kết cộng hoá trị
Hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.
Hiệu số độ âm điện \geq 1,70 Hình thành giữa các nguyên tử giống nhau hoặc gần giống nhau.
Hiệu số độ âm điện < 1,70
Nguyên tử kim loại nhường electron trở thành ion dương. Nguyên tử phi kim nhận electron trở thành ion âm. Các ion khác dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. Ví dụ: NaCl, MgCl2…
Bản chất: do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu. Các nguyên tử góp chung electron. Các electron dùng chung thuộc hạt nhân của cả hai nguyên tử. Ví dụ: H2, HCl…
• Liên kết cộng hoá trị không cực khi đôi electron dùng chung không bị lệch về nguyên tử nào: N2, H2…
• Liên kết cộng hoá trị có cực khi đôi electron dùng chun bị lệch về một nguyên tử : HBr, H2O
Liên kết cho - nhận (phối trí) là một trường hợp riêng của liên kết cộng hoá trị. Trong đó, đôi electron dùng chung được hình thành do một nguyên tử đưa ra. Ví dụ trong phân tử khí sunfurơ SO2 , công thức cấu tạo của SO2 là:
Liên kết cho nhận được kí hiệu bằng một mũi tên. Mỗi mũi tên biểu diễn một cặp electron dùng chung, trong đó phần gốc mũi tên là nguyên tử cho electron, phần ngọn là nguyên tử nhận electron
Chương 1 – Cấu tạo nguyên tử - định luật tuần hoàn
và liên kết hoá học
A. tóm tắt lí thuyết
I. cấu tạo nguyên tử
1. Thành phần, cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử gồm hạt nhân và vỏ electron. Hạt nhân gồm các hạt proton và nơtron, phần vỏ gồm các electron. Các đặc trưng của các hạt cơ bản trong nguyên tử được tóm tắt trong bảng sau:
Proton Nơtron electron
Kí hiệu p n e
Khối lượng (đvC) 1 1 0,00055
Khối lượng (kg) 1,6726.10-27 1,6748.10-27 9,1095.10-31
Điện tích nguyên tố 1+ 0 1-
Điện tích (Culông) 1,602.10-19 0 -1,602.10-19
2. Hạt nhân nguyên tử:
Khi bắn phá một lá vàng mỏng bằng tia phóng xạ của rađi, Ruzơfo đã phát hiện hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với kích thước của toàn bộ nguyên tử. Hạt nhân mang điện tích dương.
Điện tích hạt nhân có giá trị bằng số proton trong hạt nhân, gọi là Z+. Do nguyên tử trung hoà về điện cho nên số electron bằng số Z.
Ví dụ: nguyên tử oxi có 8 proton trong hạt nhân và 8 electron ở lớp vỏ.
Số khối, kí hiệu A, được tính theo công thức A = Z + N, trong đó Z là tổng số hạt proton, N là tổng số hạt nơtron.
Nguyên tố hoá học bao gồm các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.
Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số khối A của chúng khác nhau.
Ví dụ: Nguyên tố oxi có ba đồng vị, chúng đều có 8 proton và 8, 9, 10 nơtron trong hạt nhân nguyên tử.
II. Cấu tạo vỏ electron của nguyên tử
1. Lớp electron
• Trong nguyên tử, mỗi electron có một mức năng lượng nhất định. Các electron có mức năng lượng gần bằng nhau được xếp thành một lớp electron.
• Thứ tự của lớp tăng dần 1, 2, 3, n thì mức năng lượng của electron cũng tăng dần. Electron ở lớp có trị số n nhỏ bị hạt nhân hút mạnh, khó bứt ra khỏi nguyên tử. Electron ở lớp có trị số n lớn thì có năng lượng càng cao, bị hạt nhân hút yếu hơn và dễ tách ra khỏi nguyên tử.
• Lớp electron đã có đủ số electron tối đa gọi là lớp electron bão hoà.
• Tổng số electron trong một lớp là 2n2.
Số thứ tự của lớp electron (n) 1 2 3 4
Kí hiệu tương ứng của lớp electron K L M N
Số electron tối đa ở lớp 2 8 18 32
2. Phân lớp electron
• Mỗi lớp electron lại được chia thành các phân lớp. Các electron thuộc cùng một phân lớp có mức năng lượng bằng nhau.
• Kí hiệu các phân lớp là các chữ cái thường: s, p, d, f.
• Số phân lớp của một lớp electron bằng số thứ tự của lớp. Ví dụ lớp K (n =1) chỉ có một phân lớp s. Lớp L (n = 2) có 2 phân lớp là s và p. Lớp M (n = 3) có 3 phân lớp là s, p, d…
• Số electron tối đa trong một phân lớp:
- Phân lớp s chứa tối đa 2 electron,
- Phân lớp p chứa tối đa 6 electron,
- Phân lớp d chứa tối đa 10 electron và f chứa tối đa 14 electron.
Lớp electron Số electron tối đa của lớp Phân bố electron trên các phân lớp
K (n =1) 2 [TEX]1s^2[/TEX]
L (n = 2) 8 [TEX]2s^22p^6[/TEX]
M (n = 3) 18 [TEX]3s^23p^63d^{10}[/TEX]
3. Cấu hình electron của nguyên tử
Là cách biểu diễn sự phân bố electron trên các lớp và phân lớp. Sự phân bố của các electron trong nguyên tử tuân theo các nguyên lí và quy tắc sau:
a. Nguyên lí vững bền: ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần lượt các obitan có mức năng lượng từ thấp lên cao.
b. Nguyên lí Pauli: Trên một obitan chỉ có thể có nhiều nhất là hai electron và hai electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
c. Quy tắc Hun: Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống nhau.
d. Quy tắc về trật tự các mức năng lượng obitan nguyên tử:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d
Ví dụ: Cấu hình electron của Fe, Fe2+, Fe3+
Fe: [TEX]1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2[/TEX]
Fe2+: [TEX]1s^22s^22p^63s^23p^63d^6[/TEX]
Fe3+: [TEX]1s^22s^22p^63s^23p^63d^5[/TEX]
4. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
• Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, số electron lớp ngoài cùng có nhiều nhất là 8 electron.
• Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng (ns2np6) đều rất bền vững, chúng hầu như không tham gia vào các phản ứng hoá học. Đó là các khí hiếm, vì vậy trong tự nhiên, phân tử khí hiếm chỉ gồm một nguyên tử.
• Các nguyên tử có 1-3 electron lớp ngoài cùng đều là các kim loại (trừ B). Trong các phản ứng hoá học các kim loại có xu hướng chủ yếu là nhường electron trở thành ion dương.
• Các nguyên tử có 5 -7 electron lớp ngoài cùng đều là các phi kim. Trong các phản ứng hoá học các phi kim có xu hướng chủ yếu là nhận thêm electron trở thành ion âm.
• Các nguyên tử có 4 electron lớp ngoài cùng là các phi kim, khi chúng có số hiệu nguyên tử nhỏ như C, Si hay các kim loại như Sn, Pb khi chúng có số hiệu nguyên tử lớn.
III. bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
1. Nguyên tắc sắp xếp:
• Các nguyên tố hoá học được sắp xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử.
• Các nguyên tố hoá học có cùng số lớp electron được sắp xếp thành cùng một hàng.
• Các nguyên tố hoá học có cùng số electron hoá trị trong nguyên tử được sắp xếp thành một cột.
2. Cấu tạo của bảng hệ thống tuần hoàn
Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học là sự thể hiện nội dung của định luật tuần hoàn. Trong hơn 100 năm tồn tại và phát triển, đã có khoảng 28 kiểu bảng hệ thống tuần hoàn khác nhau. Dạng được sử dụng trong sách giáo khoa hoá học phổ thông hiện nay là bảng hệ thống tuần hoàn dạng dài. Các thành phần cấu tạo nên bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học như sau:
Ô : Số thứ tự của ô bằng số hiệu nguyên tử và bằng số đơn vị điện tích hạt nhân bằng tổng số electron của nguyên tử..
Chu kì: Có 7 chu kỳ, số thứ tự của chu kì bằng số lớp electron của nguyên tử gồm:
+ Chu kì nhỏ là các chu kì 1, 2, 3 chỉ gồm các nguyên tố s và các nguyên tố p. Mỗi chu kỳ nhỏ gồm 8 nguyên tố, trừ chu kỳ 1 chỉ có hai nguyên tố.
+ Chu kì lớn là các chu kì 4, 5, 6 ,7 gồm các nguyên tố s, p, d và f. Chu kỳ 4 và chu kỳ 5 mỗi chu kỳ có 18 nguyên tố. Chu kỳ 6 có 32 nguyên tố. Theo quy luật, chu kỳ 7 cũng phải có 32 nguyên tố, tuy nhiên chu kỳ 7 mới phát hiện được 24 nguyên tố hoá học. Lí do là các nguyên tố có hạt nhân càng nặng càng kém bền, chúng có “đời sống” rất ngắn ngủi.
Nhóm: Có 8 nhóm, số thứ tự của nhóm bằng số electron hoá trị gồm :
+ Nhóm A: Số thứ tự của nhóm bằng số electron hoá trị (gồm các nguyên tố s và p). Nhóm A còn được gọi là các nguyên tố thuộc phân nhóm chính.
+ Nhóm B: Số thứ tự của nhóm B bằng số electron hoá trị (gồm các nguyên tố d và f). Nhóm B còn được gọi là các nguyên tố thuộc phân nhóm phụ.
IV. Những tính chất biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân
- Bán kính nguyên tử:
+ Trong chu kỳ, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử giảm dần.
+ Trong nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, bán kính nguyên tử tăng dần.
- Độ âm điện, tính kim loại - phi kim, tính axit - bazơ của oxit và hiđroxit biến đỏi tương tự bán kính nguyên tử.
- Năng lượng ion hoá:
+ Trong chu kỳ, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, năng lượng ion hoá của nguyên tử tăng dần.
+ Trong nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, năng lượng ion hoá của nguyên tử giảm dần.
V. Liên kết hoá học
Xu hướng của các nguyên tử kim loại hay phi kim là đạt đến cấu hình bền vững như của khí hiếm bằng cách cho, nhận electron tạo ra kiểu hợp chất ion, hay góp chung electron tạo ra hợp chất cộng hoá trị (nguyên tử).
Không có ranh giới thật rõ ràng giữa các chất có kiểu liên kết ion và cộng hoá trị. Người ta thường dùng hiệu số độ âm điện ( ) để xét một chất có kiểu liên kết hoá học gì.
- Nếu hiệu số độ âm điện 1,70 thì chất đó có kiểu liên kết ion, - Nếu hiệu số độ âm điện < 1,70 thì chất đó có kiểu liên kết cộng hoá trị (ngoại lệ HF có 1,70 nhưng vẫn thuộc loại liên kết cộng hoá trị ).
Có thể so sánh hai kiểu liên kết hoá học qua bảng sau:
Liên kết ion Liên kết cộng hoá trị
Hình thành giữa kim loại điển hình và phi kim điển hình.
Hiệu số độ âm điện \geq 1,70 Hình thành giữa các nguyên tử giống nhau hoặc gần giống nhau.
Hiệu số độ âm điện < 1,70
Nguyên tử kim loại nhường electron trở thành ion dương. Nguyên tử phi kim nhận electron trở thành ion âm. Các ion khác dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện. Ví dụ: NaCl, MgCl2…
Bản chất: do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu. Các nguyên tử góp chung electron. Các electron dùng chung thuộc hạt nhân của cả hai nguyên tử. Ví dụ: H2, HCl…
• Liên kết cộng hoá trị không cực khi đôi electron dùng chung không bị lệch về nguyên tử nào: N2, H2…
• Liên kết cộng hoá trị có cực khi đôi electron dùng chun bị lệch về một nguyên tử : HBr, H2O
Liên kết cho - nhận (phối trí) là một trường hợp riêng của liên kết cộng hoá trị. Trong đó, đôi electron dùng chung được hình thành do một nguyên tử đưa ra. Ví dụ trong phân tử khí sunfurơ SO2 , công thức cấu tạo của SO2 là:
Liên kết cho nhận được kí hiệu bằng một mũi tên. Mỗi mũi tên biểu diễn một cặp electron dùng chung, trong đó phần gốc mũi tên là nguyên tử cho electron, phần ngọn là nguyên tử nhận electron
============================================================================================================================