BÀI GIẢNG & BÀI TẬP HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 1 - LÊ THỊ SỞ NHƯ - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM (2016) by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

BÀI GIẢNG HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 1

LÊ THỊ SỞ NHƯ Khoa HÓA HỌC Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia tp HCM 2016

IỄ N

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Í-

-L A

H B

10 00 TR ẦN G

H Ư

ẠO

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÁN

U Y

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 1

Chương 1

GIỚI THIỆU Đối tượng nghiên cứu của hóa học Thế giới vật chất chung quanh chúng ta luôn luôn vận động và biến đổi. Hóa học

ngày nay là khoa học nghiên cứu những quy luật liên quan tới các biến đổi của vật chất

1.1.

U Y

trong các vấn đề các nhà hóa học quan tâm là giải thích mối quan hệ giữa tính chất,

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

ta phải nhớ rằng tất cả vật chất quanh ta, các chất sống (từ tế bào tới động vật bậc cao)

và không sống (đất đá, sông núi...) đều tạo thành từ các hoá chất, do đó đối tượng quan

H Ư

tâm của các nhà hóa học không chỉ là các vấn đề liên quan tới thế giới vô tri như các

TR ẦN

câu hỏi ví dụ trên, mà cả thế giới các chất “sống” quanh ta. Không chỉ vậy, công việc quan trọng của các nhà hóa học còn là nghiên cứu để tìm ra các phương pháp và điều kiện để tạo ra các chất mới, hoặc cải tiến phương pháp

10 00

điều chế các chất đã biết. Trong lĩnh vực này, hóa học liên quan rất mật thiết với cuộc sống của chúng ta. Nhờ các công nghệ liên quan với hóa học mà chúng ta có vải sợi,

thuốc men, thực phẩm chế biến, phân bón, thuốc trừ sâu…với vô số chủng loại thay đổi

theo nhu cầu của cuộc sống. Hóa học hiện đại còn nghiên cứu để lắp ráp các phân tử

Í-

nhỏ theo cách nào đó, tạo thành những cấu trúc mới chưa từng biết tới trong tự nhiên, ví

-L

dụ, các hợp chất với các lỗ xốp có kích thước nhất định để dùng trong các ngành công

ÁN

nghiệp khác nhau. Hóa học hiện đại cũng tìm ra những phương pháp mới để điều chế hóa chất sao cho thân thiện với môi trường hơn, hướng nghiên cứu này đưa tới một lĩnh vực mới với tên gọi là Hóa học xanh (Green Chemistry)...

ÀN

Trong quá trình nghiên cứu tìm ra những chất mới, có không ít các chất được tạo

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

cháy than thì khí CO2 được tạo thành đồng thời với sự phát nhiệt, v.v... Ngoài ra, chúng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

mềm, tại sao nước hòa tan được đường mà không hòa tan được dầu, tại sao khi đốt

http://daykemquynhon.ucoz.com

thành phần, và cấu tạo của vật chất. Ví dụ, điều gì làm cho kim cương cứng còn than chì

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

gắn liền với các sự thay đổi tính chất, thành phần, và cấu tạo của chúng. Do đó một

IỄ N

thành mà không có giá trị thiết thực nào đối với cuộc sống, tuy nhiên điều đó không phải là hoàn toàn vô ích. Chính việc nghiên cứu dẫn tới những chất “không thiết thực” đó góp

phần giúp các nhà hóa học hiểu rõ hơn những yếu tố liên quan tới sự biến đổi của vật chất, hoàn thiện hơn các kiến thức hóa học. Các kiến thức đó không chỉ cho phép các nhà hóa học cải tiến, điều khiển các biến đổi hóa học để hy vọng tạo ra được những chất mới đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu cuộc sống của chúng ta, mà còn giúp các nhà khoa học nghiên cứu thế giới theo cách ngày càng hiệu quả hơn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 2

Nhiều kiến thức hóa học trước thế kỷ XVII được rút ra từ các thí nghiệm theo kiểu “thử và sai”. Tuy nhiên, nếu tiến hành nghiên cứu theo cách “thử và sai” không định hướng thì vừa tốn kém thời gian và công sức, vừa phung phí tiền bạc. Ngày nay, kiến một cách có phương pháp và hệ thống, gọi là phương pháp nghiên cứu khoa học, sẽ

H .Q

bất cứ định kiến nào. Khi số lượng quan sát đủ lớn, người ta có thể rút ra được các qui

luật chung để mô tả các hiện tượng quan sát được – gọi là các định luật (natural law).

Nhiều định luật có thể được phát biểu dưới dạng các biểu thức toán học. Ví dụ, đầu thế

H Ư

kỷ XVI, Nicolas Copernicus quan sát cẩn thận sự di chuyển của các hành tinh và kết

TR ẦN

luận rằng trái đất và các hành tinh quay quanh mặt trời theo những quỹ đạo tròn với phương trình nhất định. Kết luận của ông là ngược lại hẳn với những điều người ta tin tưởng thời đó, rằng trái đất là trung tâm của vũ trụ, mặt trời và các hành tinh khác quay

10 00

quanh trái đất. Giá trị của định luật là cho phép chúng ta dự đoán hiện tượng sắp xảy ra. Ví dụ, các phương trình của Copernicus cho phép dự đoán được vị trí của trái đất trong

tương lai chính xác hơn các quan niệm thời bấy giờ, nên có thể coi định luật Copernicus

là một thành công. Tuy nhiên, ta cần nhớ rằng không phải các định luật luôn tuyệt đối

Í-

đúng. Đôi khi kết quả từ các quan sát mới buộc chúng ta phải điều chỉnh định luật. Ví dụ,

-L

các qui luật của Copernicus sau đó đã được điều chỉnh bởi Johannes Kepler, người cho

ÁN

rằng các hành tinh chuyển động quanh mặt trời trên những quỹ đạo hình elip. Để điều

chỉnh định luật – tức là điều chỉnh kiến thức – các nhà khoa học phải thiết kế các thí

ÀN

nghiệm để kiểm tra xem các kết luận trước có luôn đúng với kết quả thực nghiệm không.

Bên cạnh các qui luật chung được đưa ra ở dạng định luật, các nhà khoa học

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

phương pháp khoa học luôn được bắt đầu bằng quan sát khách quan, không dựa trên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

khai sinh phương pháp nghiên cứu khoa học vào thế kỷ XVII. Các nghiên cứu theo

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Galieo, Francis Bacon, Robert Boyle, và Isaac Newton là những người đầu tiên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Phương pháp nghiên cứu khoa học

U Y

1.2.

được giới thiệu trong phần tiếp theo sau đây.

thức hóa học dựa trên các nguyên lý, các thuyết được rút ra từ sự khám phá thế giới

IỄ N

cũng tìm cách giải thích tại sao các hiện tượng lại xảy ra theo qui luật như vậy. Các lời giải thích sơ khởi cho qui luật được gọi là “giả thiết” (hypothesis). Khi có giả thiết, các nhà khoa học sẽ thiết kế các thí nghiệm để kiểm tra giả thiết. Nếu kết quả thực nghiệm

phù hợp với giả thiết, tức là giả thiết đúng, giả thiết sẽ được phát triển thành thuyết, hay lý thuyết (model, theory). Như vậy, thuyết chính là các lời giải thích tại sao các hiện tượng tự nhiên xảy ra theo qui luật nào đó. Nếu kết quả thực nghiệm mâu thuẫn với giả thiết, người ta phải điều chỉnh giả thuyết, và tiến hành kiểm tra lại giả thuyết mới. Đôi khi

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 3

không có qui luật và lời giải thích đúng cho tất cả các hiện tượng, khi đó giả thuyết phù hợp nhất sẽ được giữ lại. Qua thời gian, các dữ kiện thực nghiệm mới được tích lũy, một số lý thuyết và định luật được điều chỉnh, một số khác có thể bị loại bỏ. Nói cách thay đổi khi có nhiều thông tin mới được thu thập. Trong khoa học, kiến thức được tích

khác, lý thuyết và định luật không phải là các kiến thức bất di bất dịch, mà chúng có thể

lũy và phát triển theo phương pháp nghiên cứu khoa học, là chuỗi các quá trình quan sát

U Y

Như vậy, các dữ kiện từ quan sát thực nghiệm là bước mở đầu và cũng là tiêu

chuẩn để đánh giá giá trị của các định luật và lý thuyết. Do đó, chúng ta giới thiệu kỹ hơn

Í-

về quan sát: quan sát được tiến hành nhờ các giác quan của con người và các công cụ

-L

mà con người tạo ra để nối dài các giác quan của mình. Một số công cụ đơn giản nhất

ÁN

để quan sát mà chúng ta đều biết như thước để đo độ dài, ống đong, lít để đo thể tích

chất lỏng, cân để đo khối lượng, kính viễn vọng để thấy được những ngôi sao ở xa,

ÀN

v.v… Việc quan sát trong nghiên cứu hóa học có thể tiến hành một cách định tính hoặc định lượng. Ví dụ, các quan sát cho thấy nước là chất lỏng, dung dịch AgCl trộn với

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Hình 1.1. Tóm tắt chu trình nghiên cứu khoa học

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q 10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

thuyết. Chu trình đó được tóm tắt trong Hình 1.1.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

– đưa ra định luật, giả thiết – thực nghiệm kiểm tra giả thiết và định luật – đưa ra lý

IỄ N

dung dịch NaCl thì xuất hiện kết tủa màu trắng, v.v… Đó là những quan sát định tính. Một số quan sát mang tính định lượng như: nước nguyên chất đông đặc ở 0oC và sôi ở 100oC, chất kết tủa màu trắng tạo thành khi trộn dung dịch AgNO3 với dung dịch NaCl

chứa 75.27% bạc và 24.73% clo theo khối lượng. Càng ngày con người càng tìm ra nhiều công cụ mới để quan sát tốt hơn thế giới tự nhiên, và định luật cùng lý thuyết theo đó cũng được điều chỉnh.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 4

Cũng lưu ý rằng, định luật và thuyết là hai sản phẩm lớn của nghiên cứu khoa học, nhưng định luật khác với thuyết. Một cách ngắn gọn có thể nói rằng định luật tổng kết những điều xảy ra, còn lý thuyết giải thích tại sao điều đó lại xảy ra như vậy. Điều cần lưu ý là lý thuyết là sản phẩm từ trí tuệ của con người. Bằng kinh nghiệm của mình,

phỏng đoán khoa học của con người. Muốn ngày càng tiếp cận tới sự hiểu biết chính

con người cố gắng giải thích thế giới tự nhiên qua các thuyết. Nói cách khác, lý thuyết là

U Y

Những điều ta vừa đề cập bên trên về phương pháp nghiên cứu khoa học có thể

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

không có đảm bảo nào cho sự thành công của nghiên cứu khoa học. Như đã nói ở trên,

giả thiết chịu ảnh hưởng của quan sát, không những vậy, giả thiết còn luôn dựa trên

H Ư

những nền tảng lý thuyết trước đó, và trên hết, cả giả thiết và quan sát dều do con

TR ẦN

người tiến hành nên không tránh được sự chủ quan của con người. Các kết quả nghiên cứu tâm lý học chỉ ra rằng, con người thường dễ thấy những điều theo hướng ta mong đợi hơn là nhận ra những điều ta không mong đợi. Nói cách khác, khi kiểm chứng lý

10 00

thuyết chúng ta thường tập trung vào những vấn đề đang xét, điều này là rất cần thiết, nhưng cùng lúc, sự tập trung đó có thể làm ta không nhìn thấy các khả năng giải thích

vấn đề theo các hướng mới lạ hơn. Điều này có thể làm hạn chế óc sáng tạo của chúng

ta, và cũng có thể ngăn cản chúng ta nhận thức vấn đề một cách toàn diện và sát với

Í-

Nội dung và yêu cầu của môn Hóa học đại cương

-L

1.3.

thực tế hơn.

ÁN

Như vừa nói ở trên, nghiên cứu khoa học đươc thực hiện theo trình tự quan sát – định luật và lý thuyết – áp dụng. Trong môn học Hóa đại cương, chúng ta sẽ quan tâm

ÀN

chủ yếu tới các định luật và lý thuyết nền tảng đã được các nhà hóa học công nhận. Nói

cách khác, môn học Hóa đại cương sẽ cung cấp cho sinh viên những nguyên lý cơ bản

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

đường đi tới kiến thức khoa học không phải bao giờ cũng bằng phẳng và hiệu quả,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

coi là con đường lý tưởng nhất của phương pháp nghiên cứu khoa học. Thực tế con

http://daykemquynhon.ucoz.com

và điều chỉnh các lý thuyết phù hợp với những hiểu biết mới.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

xác hơn về thế giới tự nhiên, con người phải liên tục tiến hành những thực nghiệm mới

IỄ N

nhất trong hóa học thông qua các thuyết và định luật. Các nguyên lý đó là cơ sở để dự đoán tính chất của các chất cũng như khả năng phản ứng của chúng để chuyển hóa một chất nào đó thành chất này hay chất khác. Học xong môn Hóa học đại cương, chúng ta phải nắm được nội dung của các

thuyết và định luật cơ bản trong hóa học, vận dụng được thuyết và định luật để giải thích cũng như dự đoán được một số quá trình trong thực tế. Điều chúng ta cần lưu ý là có thể có nhiều thuyết cùng giải thích một vấn đề, ví dụ thuyết liên kết cộng hóa trị (VB) và

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 5

thuyết vân đạo phân tử (MO) đều có thể giải thích sự tạo thành liên kết trong các hợp chất, nhưng mỗi thuyết đều có mặt mạnh và yếu khác nhau, do đó chúng ta phải quan tâm đến các mặt mạnh yếu của các thuyết và định luật để sử dụng các chúng một cách

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

hợp lý.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 6

Chương 2

NGUYÊN TỬ – NGUYÊN TỐ HÓA HỌC – ĐỒNG VỊ Sơ lược lịch sử hóa học đến thế kỷ XIX Vật chất quanh ta do đâu mà có, cấu tạo thế nào, biến đổi gì đã xảy ra khi ta đốt

lửa, hay nướng quặng để thu kim loại làm đồ trang sức, vũ khí, v.v… Các câu hỏi đó đã

2.1.

U Y

khác nhau về nguồn gốc và cấu tạo của thế giới vật chất quanh ta. Khoảng 400 năm

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

nhau của bốn yếu tố trên. Khác với người Hy lạp, Democrius, một nhà triết học thời bấy

giờ cho rằng vật chất được tạo thành từ những hạt rất nhỏ không thể nhìn thấy hay phân

H Ư

chia được nữa, ông gọi các hạt đó là nguyên tử (Democrius gọi là atomos, ngày nay ta gọi là atom). Có thể coi đây là thuyết đầu tiên giải thích cấu tạo của vật chất dựa trên không phải từ kết quả thực nghiệm.

TR ẦN

khái niệm nguyên tử. Tuy nhiên thuyết này xuất phát từ trực giác của con người chứ

10 00

Hai ngàn năm tiếp theo là giai đoạn giả kim thuật. Các nhà giả kim luôn luôn bị ám ảnh bởi mong muốn chuyển các kim loại rẻ tiền thành vàng. Mặc dù không thực hiện

được điều đó, các nhà giả kim đã khám phá ra một số nguyên tố hóa học như thủy

ngân, lưu huỳnh, antimon, và biết cách điều chế một số acid vô cơ.

Í-

Nền móng của hóa học hiện đại bắt đầu từ thế kỉ XVI với sự phát triển của luyện

-L

kim, do Georg Bauer (người Đức), và việc dùng các khoáng chất vào y học bởi

ÁN

Paracelus (người Thụy Sĩ). “Nhà hóa học” đầu tiên tiến hành các thực nghiệm mang tính định lượng thực sự là Roberrt Boyle (1627 – 1691) với các thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa thể tích và áp suất của các chất khí. Những nghiên cứu định lượng trong vật lý

ÀN

và hóa học thực sự phát triển sau khi Boyle xuất bản cuốn “The Steptical Chemist” vào

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

chính: lửa, đất, nước, và không khí; các sự thay đổi của vật chất là do sự kết hợp khác

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thay đổi của vật chất. Họ cho rằng tất cả vật chất được tạo thành từ bốn nguyên tố

http://daykemquynhon.ucoz.com

trước công nguyên, người Hy Lạp là những người đầu tiên đưa ra các giải thích cho sự

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

được quan tâm từ thuở sơ khai của xã hội loài người. Từ đó đã có nhiều cách giải thích

IỄ N

năm 1661. Bên cạnh các nghiên cứu chất khí, Boyle cũng nhận thấy rằng kim loại trở nên nặng hơn khi đốt cháy, từ đó ông cho rằng mỗi chất là một nguyên tố, trừ khi nó bị bẻ gãy thành những nguyên tố đơn giản hơn. Sau đó, những chất khí đầu tiên như oxy, nitơ, carbonic, hydro dần dần được khám phá, và số nguyên tố hóa học được biết tăng lên không ngừng. Các thí nghiệm xác nhận các nguyên tố dần dần được chấp nhận rộng

rãi và thay thế hẳn thuyết “bốn nguyên tố” của người Hy Lạp. Điều thú vị là mặc dù Boyle là nhà khoa học xuất sắc, ông vẫn có những nhận định sai lầm. Ông vẫn trung

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 7

thành với quan điểm của các nhà giả kim thuật rằng kim loại không là nguyên tố thực sự, và có thể tìm được cách chuyển kim loại này thành kim loại khác. Chính các nghiên cứu định lượng là tiền đề thúc đẩy sự ra đời của các định luật

lượng của tác chất và sản phẩm trong các phản ứng hóa học và nhận thấy khối lượng

cơ sở của hóa học. Antoine Lavoisier (1743 – 1794) cẩn thận nghiên cứu tổng khối

của chúng không tăng lên cũng không mất đi. Và từ đó, định luật bảo toàn khối lượng ra

cũng đều chứa các nguyên tố như nhau với tỉ lệ khối lượng bằng nhau. Jonh Dalton

(1766 – 1844) nghiên cứu thành phần của nguyên tố trong các hợp chất và tìm ra định

luật tỷ lệ bội: khi hai nguyên tố tạo thành một chuỗi các hợp chất, tỉ lệ khối lượng của

H Ư

nguyên tố thứ hai kết hợp với 1 gam nguyên tố thứ nhất luôn luôn chia chẵn cho một số

TR ẦN

nhỏ nhất. Ví dụ, khối lượng oxy kết hợp với 1 gam carbon trong hai hợp chất khí của nó là 1.33 g (hợp chất I) và 2.66 g (hợp chất II). Ta thấy hợp chất II giàu oxygen hơn hợp chất I, tỉ lệ khối lượng oxygen trong hai hợp chất trên là số nguyên, 2. Từ đó, Dalton cho

10 00

rằng nếu hợp chất I có công thức là CO thì hợp chất II phải có công thức là CO2. Dựa trên những kết quả thực nghiệm trong giai đoạn này, năm 1808 Dalton đưa

ra thuyết nguyên tử, nội dung gồm các điểm sau:

-L

nguyên tử.

Í-

 Mỗi nguyên tố được tạo thành từ những hạt rất nhỏ không phân chia được, gọi là

ÁN

 Các nguyên tử của cùng một nguyên tố thì giống nhau. Các nguyên tố khác nhau có nguyên tử khác nhau.

 Các nguyên tử kết hợp với nhau tạo thành các hợp chất. Mỗi hợp chất luôn có

IỄ N

ÀN

một tỉ lệ xác định số nguyên tử các loại tạo thành nó.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

luật thành phần không đổi khi nhận thấy rằng các chất dù được điều chế bằng cách nào

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

nhiên làm tiền đề cho sự phát triển hóa học. Joseph Proust (1754 – 1826) đã tìm ra định

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Giai đoạn thế kỷ XVIII – XIX là giai đoạn tìm ra một loạt các định luật khoa học tự

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

đời. Đây là định luật đầu tiên đặt tiền đề cho sự phát triển hóa học trong thế kỷ XIX.

 Khi phản ứng hóa học xảy ra, có sự sắp xếp lại của các nguyên tố trong hợp chất. Nói cách khác, các nguyên tử kết hợp với nhau theo cách khác để tạo thành các

hợp chất mới, nhưng bản thân nguyên tử không thay đổi trong phản ứng hóa học. Từ đó các khái niệm về nguyên tử, nguyên tố hóa học, phân tử trong hóa học dần dần trở nên quen thuộc và rõ ràng hơn. Cũng từ những nghiên cứu định lượng, các kiến thức hóa học tăng lên một cách mau chóng. Dựa vào kết quả định lượng tỷ lệ khối lượng giữa các nguyên tố trong hợp chất (ví dụ đối với nước: cứ 1 khối lượng hydro thì

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 8

có 8 lần khối lượng oxy), Dalton là người đầu tiên lập nên bảng khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố. Vì trong các hợp chất, H luôn có khối lượng nhỏ nhất nên khối lượng nguyên tử tương đối của H được quy ước là 1. Từ đó, người ta suy ra khối chưa được biết rõ nên có nhiều sai lầm trong bảng khối lượng tương đối này. Ví dụ vì

chưa biết công thức phân tử của nước, nên từ các kết quả định lượng Dalton cho rằng

lượng nguyên tử của các nguyên tố khác. Vì lúc đó công thức phân tử của nhiều chất

thể tích khí hydro clorur.

Để giải thích kết quả thí nghiệm của Gay – Lussac, năm 1811 Amedeo Avogadro

H Ư

đưa ra giả thiết rằng ở cùng nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của các khí

TR ẦN

khác nhau chứa cùng một số lượng “hạt” bằng nhau. Giả thiết này chỉ hợp lý nếu khoảng cách giữa các hạt trong thể tích khí rất lớn so với kích thước từng hạt.

Từ giả thiết của mình, Avogadro đã biểu diễn và giải thích kết quả thí nghiệm của

10 00

Gay – Lussac như sau:

2 thể tích hydro + 1 thể tích oxy → 2 thể tích nước

ứng với

-L

Í-

2 phân tử hydro + 1 phân tử oxy → 2 phân tử nước Các dữ kiện trên chỉ có thể giải thích tốt nhất nếu thừa nhận rằng các khí hydro,

ÁN

oxy có phân tử nhị nguyên tử: H2, O2, còn nước có công thức phân tử là H2O. Đáng tiếc

là những giải thích của Avogadro không đủ sức thuyết phục các nhà hóa học bấy giờ.

ÀN

Sau đó, Stanislao Cannizzaro tiến hành một loạt các thí nghiệm đo khối lượng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

lần thể tích hơi nước, còn 1 thể tích khí hydro phản ứng với 1 thể tích khí clo tạo 2 lần

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Lussac nhận thấy cứ 2 lần thể tích khí hydro phản ứng với một thể tích khí oxy và tạo 2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Khi nghiên cứu định lượng các phản ứng giữa các chất khí, năm 1809 Gay –

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tử của Dalton là một bước qua trọng cho những khám phá tiếp theo.

U Y

khối lượng nguyên tử của H là 1, của O là 8. Tuy vậy, việc lập bảng khối lượng nguyên

dụ, ông đo được tỉ lệ khối lượng của 1 lít oxy và 1 lít hydro là 16:

IỄ N

tương đối của các chất khí so với khí hydro trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Ví

Tin tưởng vào thuyết nguyên tử của Dalton và giả thiết của Avogadro, Canmizzaro lập luận rằng nếu khối lượng phân tử của hydro (H2) bằng 2, từ đó dễ dàng suy ra khối lượng phân tử oxy (O2) là 32, khối lượng nguyên tử của hydro (H) là 1, khối lượng nguyên tử của oxy (O) là 16. Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 9

Khối lượng phân tử

% khối lượng C trong hợp chất

Khối lượng của C trong phân tử

Methane

Ethane

Propane

Butane

Khí Carbonic

carbon, vậy oxy chiếm 32 gam, tức là có 2 nguyên tử O trong phân tử khí carbonic.

Cannizzaro cũng tiến hành xác định khối lượng phân tử và khối lượng của các nguyên

H Ư

tử tạo thành các chất khí chứa carbon khác như methane, ethane, propane, butane…

TR ẦN

Khối lượng của carbon trong các phân tử từ loạt thí nghiệm trên luôn là bội số của 12 (xem Bảng 2.1). Các dữ liệu này thuyết phục mạnh mẽ cho đề nghị khối lượng tương đối

của nguyên tử carbon là 12, và công thức phân tử của khí carbonic là CO2.

10 00

Năm 1860, tại Hội nghị Hóa học thế giới lần thứ nhất ở Đức, trong các cuộc thảo luận trên diễn đàn lẫn ngoài hành lang, Cannizzaro đã dùng thuyết nguyên tử của Dalton

cùng giả thuyết của Avogadro để giải thích các kết quả thí nghiệm của mình. Với số

lượng dữ liệu thực nghiệm đủ nhiều, các giải thích của Cannizzaro đã thuyết phục hội

Í-

nghị, và từ đó hóa học đã có quy ước khối lượng nguyên tử thống nhất. Cũng nói thêm

-L

rằng, Cannizzaro không xác định chính xác khối lượng nguyên tử mà chỉ xác định được

ÁN

các giá trị gần đúng của khối lượng tương đối của các nguyên tử. Berzelius chính là

người tiến hành các thí nghiệm định lượng chính xác khối lượng tương đối của các

IỄ N

ÀN

nguyên tử.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

khối lượng. Từ đó tính được trong 44 gam carbon dioxide có (0.27) x (44 gam) = 12 gam

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

44. Các thí nghiệm phân tích thành phần của hợp chất này cho thấy carbon chiếm 27%

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Hợp chất

Tương tự như vậy, Cannizzaro đo được khối lượng phân tử của khí carbonic là

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Bảng 2.1. Khối lượng tương đối của carbon trong các phân tử khác nhau

Với những tiến bộ của hóa học trong thời gian này, vào đầu năm 1800, các nhà

hóa học biết được 31 nguyên tố hóa học, nhưng đến năm 1860 số nguyên tố được xác định khối lượng nguyên tử cũng như tính chất hóa học đã lên tới 60. Lúc đó các nhà khoa học đã nhận biết nhiều nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau. Đến năm 1872, Mendeleev sắp xếp các nguyên tố theo biến thiên tính chất của chúng thành bảng phân loại tuần hoàn, mở đường cho nghiên cứu tính chất các nguyên tử và hợp chất một cách có hệ thống hơn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 10

2.2.

Các thí nghiệm khám phá cấu trúc nguyên tử Từ các công trình nghiên cứu của Dalton, Gay – Lussac, Cannizzaro, v.v… các

khái niệm nguyên tử, nguyên tố hóa học, phân tử… dần dần trở nên có ý nghĩa trong

kỷ XX, bản chất và thành phần cấu tạo của nguyên tử mới dần dần được khám phá từ

các nghiên cứu và được thừa nhận rộng rãi. Tuy nhiên mãi đến cuối thế kỷ XIX, đầu thế

thực nghiệm. Nhắc lại rằng, các kiến thức khoa học mới luôn được xây dựng từ các kiến

biết hầu hết vật chất quanh ta trung hòa điện, nhưng chúng có thể trở thành tích điện

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

các vật mang điện cùng dấu thì đẩy nhau, còn các vật mang điện trái dấu thì hút nhau.

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

2.2.1. Sự phát hiện ra electron

Hình 2.1. Cấu tạo của đèn âm cực

Thiết bị quan trọng góp phần khám phá cấu tạo nguyên tử là đèn âm cực, còn gọi

ÀN

là đèn cathode (Cathode-ray tube, viết tắt là CRT). CRT không xa lạ với chúng ta, nó

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

tích điện khác nhau, thường gọi là điện dương và âm. Các nhà khoa học cũng biết rằng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

bằng cách nào đó. Ví dụ, khi chà mạnh quả bóng cao su vào tấm vải, chúng trở thành

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tử, các nhà khoa học đã biết đến các hiện tượng và tính chất điện – từ. Họ đã

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

thức trước đó. Vì vậy, chúng ta cần nói qua rằng trước khi khám phá ra thành phần

IỄ N

được dùng làm đèn hình TV và máy tính cho đến những năm 2000, trước khi được thay thế bằng các màn hình tinh thể lỏng (liquid crystal display, LCD). Michael Faraday (1791 – 1867) là người đầu tiên khám phá ra chùm tia âm cực vào giữa thế kỷ XIX. Ông thấy

rằng khi áp điện thế cao vào hai điện cực kim loại đặt trong một ống chân không thì từ cực âm của ống (cathode) xuất hiện một chùm tia, sau này được gọi là tia âm cực, hướng về phía cực dương (anode) của ống. Ống này được gọi là CRT. Cấu tạo của CRT được biểu diễn trong Hình 2.1. Bình thường chúng ta không thấy được tia âm cực tạo thành trong CRT, nhưng chúng phát quang khi va đập vào một số vật liệu, gọi là vật

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 11

liệu phát quang, hay fluorescence. Vì vậy, bằng cách sơn các vật liệu gây phát quang

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

chùm âm cực, tia âm cực sẽ bị lệch về phía cực dương của tụ điện hoặc nam châm

(xem Hình 2.2). Hiện tượng này lặp lại khi thay cực âm của CRT bằng nhiều kim loại

H Ư

khác nhau. Để giải thích hiện tượng này, năm 1897 J.J. Thomson cho rằng chùm âm

TR ẦN

cực là chùm các hạt mang điện tích âm, sau này được gọi là các electron, hay điện tử. Bằng các phép đo cường độ từ trường áp vào và độ lệch của chùm tia âm cực,

ÁN

-L

Í-

10 00

m/e = – 5.6857 x 10–9 g/Coulomb.

Thomson đã xác định tỉ số giữa khối lượng (m) và điện tích (e) của electron là

IỄ N

ÀN

Hình 2.3. Mô hình nguyên tử của Thomson: nguyên tử như một đám mây hình cầu tích điện dương, các electron mang điện âm nằm rải rác trong đám mây

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nhưng nếu đặt một tụ điện (điện trường) hoặc nam châm (từ trường) trên đường đi của

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Sau đó các nhà khoa học biết thêm rằng, bình thường chùm âm cực đi thẳng,

http://daykemquynhon.ucoz.com

Hình 2.2. Chùm tia âm cực bị lệch khi đi qua điện trường hoặc từ trường

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

vào đầu anode của đèn, người ta phát hiện được tia âm cực.

Vì hiện tượng trên không phụ thuộc vào bản chất vật liệu làm cực âm của CRT,

Rutherford cho rằng tất cả các nguyên tử đều chứa electron. Hơn nữa, bản thân kim loại không tích điện, tức là nguyên tử trung hòa điện, nên nguyên tử cũng phải có các hạt mạng điện dương. Từ lập luận này, ông nêu lên mô hình cấu tạo nguyên tử đầu tiên từ kết quả thực nghiệm đó, mô hình nguyên tử của Thomson (Hình 2.3) là nguyên tử như một đám mây hình cầu tích điện dương, các electron mang điện âm nằm rải rác trong đám mây đó. Khi nguyên tử mất một vài electron, ta có ion dương.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 12

Năm 1909, Robert Millikan quan sát các giọt dầu nhỏ tích điện rơi trong điện trường. Khi không tích điện, các hạt dầu chỉ rơi dưới tác dụng của trọng trường. Khi các hạt dầu được tích điện âm, chúng sẽ chịu ảnh hưởng cùng lúc của trọng trường và điện thay đổi điện trường, Millikan phát hiện điện tích của các hạt dầu luôn là bội số của

1.6 x 10–19 C. Điện tích đó được coi là đơn vị điện tích và cũng là điện tích của electron.

trường. Bằng cách đo cẩn thận khối lượng và tốc độ rơi của các hạt dầu tích điện khi

2.2.2. Hiện tượng phóng xạ tự nhiên

Vào thế kỷ XIX, Antoine Henri Becquerel là người đầu tiên khám phá ra một số

hợp chất của uranium tự phát ra các tia có khả năng làm đen giấy ảnh. Sau đó,

-L

Í-

Rutherford và Paul Villard xác định thành phần các tia phóng xạ là:

ÁN

 Tia alpha, , gồm các hạt mang điện tích +2 (ngược dấu, có độ lớn gấp đôi điện tích của electron), sau này được biết là hạt nhân của nguyên tử Heli;

 Tia beta, , là các electron có tốc độ cao;

Như vậy sự tồn tại của các electron mang điện tích âm cũng như các hạt mang

điện tích dương cũng được xác nhận trong hiện tượng phóng xạ tự nhiên.

IỄ N

ÀN

 Tia gamma, , là sóng điện từ có năng lượng cao.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm giọt dầu rơi của Millikan

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

9.11 x 10–31 kg. Như vậy, sự tồn tại của electron trong nguyên tử đã được xác nhận.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Kết hợp với kết quả thực nghiệm của Thomson, khối lượng của electron tìm được là

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

ÁN TO

Hình 2.6. Sơ đồ thí nghiệm bắn hạt  vào tấm kim loại của Rutherford

ÀN

Năm 1909, Emest Rutherford và phụ tá của mình, Hans Geiger, thiết kế thí

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

2.2.3. Hạt nhân nguyên tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Hình 2.5. Thành phần và tính chất của các tia phóng xạ tự nhiên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

IỄ N

nghiệm dùng chùm hạt  bắn vào các lá kim loại mỏng để nghiên cứu sự phân bố các electron trong nguyên tử. Dựa vào mô hình nguyên tử của Thomson, họ dự đoán một

phần chùm  sẽ bị lệch hướng nhẹ khi va chạm với các electron. Mô hình thiết bị nghiên cứu được biểu diễn trong Hình 2.6, trong đó có thể theo dõi các hạt  sau khi bắn vào tấm kim loại bằng các ống kính có màn hình được sơn ZnS. Hans Geiger và Ernst Marsden, một học trò khác của Rutherford, đã quan sát thấy (xem Hình 2.7):

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 14

1. Phần lớn các hạt trong chùm  xuyên thẳng qua lá kim loại mà không bị chệch hướng; 2. Một lượng nhỏ các hạt  bị chệch hướng nhẹ; 3. Một lượng rất nhỏ (khoảng 1/20000) các hạt  lệch hướng đáng kể khi đập

vào lá kim loại;

4. Một lượng khoảng 1/20000 hạt  khác không xuyên qua tấm kim loại, mà bị

nhau do va chạm với các “hạt” mang điện tích dương trong lá kim loại. Kết quả này cho

Í-

thấy các hạt mang điện tích dương tập trung ở vùng rất nhỏ trong nguyên tử, mô hình

-L

nguyên tử theo kiểu đám mây hình cầu tích điện dương của Thomson là không hợp lý,

ÁN

mà nguyên tử phải “rỗng”. Năm 1911, Rutherford đưa ra mô hình nguyên tử mới như

ÀN

tâm nguyên tử, phần không gian còn lại của nguyên tử là rỗng; Điện tích dương của hạt nhân nguyên tử thay đổi từ nguyên tử này qua nguyên tử khác, và bằng tổng điện tích âm của các electron trong nguyên tử,

IỄ N D

Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương, có kích thước rất nhỏ nằm ở

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Rutherford cho rằng số ít các hạt  bị phản xạ ngược theo những hướng khác

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

Hình 2.7. Kết quả thí nghiệm của Rutherford (xem chi tiết trong bài)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q B

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

dội ngược trở lại hướng ban đầu.

do đó nguyên tử trung hòa điện; -

Các electron mang điện tích âm chuyển động quanh nhân và ở khoảng cách khá xa so với nhân.

Mẫu nguyên tử của Rutherford đã thỏa mãn các dữ kiện thực nghiệm lúc bấy giờ về cấu trúc chung của nguyên tử, và mô hình chung này vẫn được dùng cho cấu trúc

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 15

nguyên tử hiện đại (Hình 2.8). Tuy nhiên, các nhà khoa học lúc đó vẫn không trả lời được thỏa đáng cho câu hỏi: tại sao electron mang điện âm không rơi vào hạt nhân mang điện tích dương?

2.2.4. Sự khám phá các hạt trong nhân nguyên tử

Những khám phá mới về sự phân rã phóng xạ hạt nhân nguyên tử đầu thế kỷ XX

khiến các nhà khoa học nghĩ rằng hạt nhân nguyên tử phải được tạo thành từ những hạt

thành một đồng vị của oxy và các hạt tương tự hạt nhân của nguyên tử H, phản ứng

được biểu diễn như sau: 14N7 + 4He2  17O8 + 1H1; sự tồn tại của hạt proton (1H1) với

H Ư

điện tích dương +1 được xác nhận.

TR ẦN

Từ năm 1920, các nhà khoa học đã nghi ngờ sự tồn tại của các hạt neutron không mang điện trong nhân, nhưng việc chứng minh nghi vấn trên bằng thực nghiệm gặp khó khăn do tính trung hòa điện của hạt neutron. Năm 1932, khi dùng hạt  bắn phá

10 00

nhân nguyên tử Be, các nhà khoa học thấy có sự phát ra bức xạ lạ chưa từng biết tới. Joliot – Curie cho bức xạ lạ này bắn vào parafin thì thấy tạo ra các hạt proton. Bằng định

luật bảo toàn khối lượng, James Chadwick dự đoán bức xạ lạ đó là các hạt neutron

không mang điện, có khối lượng hơi lớn hơn proton. Sau đó ông thiết kế các thí nghiệm

Í-

để chứng minh đó là neutron. Như vậy đến lúc đó người ta biết trong nhân nguyên tử có

-L

hai loại hạt chính, là proton và neutron.

ÁN

2.2.5. Cấu tạo và các đặc trưng cơ bản của nguyên tử

Tóm lại, những kết quả thực nghiệm cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX đã chứng

ÀN

tỏ rằng nguyên tử được tạo thành từ ba loại hạt chính mà các nhà hóa học quan tâm:

proton, neutron, và electron. Ta nên biết rằng hiện nay các nghiên cứu ở mức độ cơ bản

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Năm 1918, Rutherford cho bắn chùm tia  xuyên qua khí nitơ, ông thấy có tạo

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

nguyên tử khác nhau cách nhau từng đơn vị một.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

đo được điện tích hạt nhân nguyên tử. Kết quả thú vị là điện tích hạt nhân của các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nhỏ hơn. Khi Moseley nghiên cứu tia X phát ra từ những nguyên tử khác nhau, ông đã

IỄ N

nhất cho thấy còn có một số loại hạt khác tạo nên nguyên tử. Electron được coi là một

loại hạt cơ bản, tuy nhiên, vật lý hiện đại cho rằng proton và neutron được tạo từ một số hạt cơ bản khác. Đến nay, bằng các công cụ hiện đại, các thông số đặc trưng của các hạt proton, neutron, và electron đã được xác định chính xác. Bảng 2.2 nêu các thông số vật lý cơ bản của ba loại hạt này.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 16

Bảng 2.2. Các thông số vật lý cơ bản của các hạt proton, neutron, và electron Khối lượng Qui ước Tuyệt đối (kg) (amu)*

Electron

e, e–

9.1094 x 10–31

Proton

p, p+

1.6726 x 10–27

Tuyệt đối (C)

Qui ước

Vị trí trong nguyên tử

0.000549

–1.602 x 10–19

–1

Vỏ

1.0073

+1.602 x 10–19

Nhân

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

các electron mang điện tích âm (Hình 2.8).

ÁN

Hình 2.8. Mô hình cấu tạo nguyên tử (của nguyên tử He)

Các thí nghiệm sau này cho thấy số hạt proton trong nhân nguyên tử đúng bằng số hạt electron ở vỏ, nên nguyên tử trung hòa điện. Mỗi nguyên tử đều có khối lượng.

ÀN

Một cách gần đúng, khối lượng nguyên tử xấp xỉ bằng tổng khối lượng các hạt tạo thành

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

các hạt proton mang điện dương và các neutron trung hòa điện, (ii) vỏ nguyên tử gồm

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

phần: (i) hạt nhân nguyên tử có kích thước khoảng 1/10.000 kích thước nguyên tử, gồm

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Về cấu tạo nguyên tử, hiện nay các nhà khoa học đồng ý rằng nguyên tử gồm hai

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Neutron n, no 1.6749 x 10–27 1.0087 0 0 Nhân Ghi chú: * Đơn vị khối lượng quy ước là u, hay amu (atomic mass unit); 1 amu =1/12 khối lượng nguyên tử 12C (tức là 1.66.10–27 kg), sẽ được đề cập ở phần sau.

Ký hiệu

Hạt

Điện tích

IỄ N

nguyên tử (điều này không chính xác, sẽ đề cập chi tiết trong mục 2.3.3). Vì khối lượng

electron nhỏ hơn khối lượng proton và neutron khoảng 2000 lần nên có thể bỏ qua khối lượng electron trong khối lượng nguyên tử. Nói cách khác, có thể coi rằng khối lượng nguyên tử gần bằng tổng khối lượng các hạt proton và neutron. Do đó người ta dùng số khối A, bằng tổng số hạt proton và neutron trong nguyên tử, để đặt trưng cho khối lượng tương đối của nguyên tử. Số khối của nguyên tử (A) = số proton (Z) + số neutron (N)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 17

Vậy mỗi nguyên tử dược đặt trưng bằng điện tích hạt nhân (Z) và số khối (A) của nó. Nguyên tử được ký hiệu là: 2.3.

(trong đó X là ký hiệu nguyên tử).

Nguyên tố hóa học, đồng vị, và nguyên tử lượng

Thực nghiệm cho thấy, tất cả các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân, tức là

2.3.1. Nguyên tố hóa học

U Y

nhau. Những nguyên tử đó tạo thành một nguyên tố hóa học (thường gọi vắn tắt là

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

tố hóa học khác nhau. Các nguyên tố có số hiệu nguyên tử cao hơn của uranium

(Z = 92) không tồn tại trong tự nhiên, chúng được tổng hợp nhân tạo từ các phản ứng

H Ư

hạt nhân.

TR ẦN

2.3.2. Đồng vị

Các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có thể có khối lượng nguyên tử khác nhau do có số neutron trong các nguyên tử khác nhau. Tập hợp các nguyên tử có

10 00

cùng khối lượng của một nguyên tố được gọi là một đồng vị của nguyên tố đó. Hầu hết các nguyên tố hóa học đều có nhiều đồng vị tự nhiên khác nhau. Tên gọi “đồng vị” để

chỉ rằng các đồng vị của một nguyên tố có cùng một vị trí trong bảng phân loại tuần ,

hoàn. Ví dụ, nguyên tố neon gồm ba đồng vị (ba loại nguyên tử) khác nhau:

. Trong tất cả các nguyên tử neon có trong tự nhiên, có 90.51% nguyên tử là , và 9.22% là

-L

, 0.27% là

Í-

và

. Lưu ý rằng phần trăm đồng vị luôn đo trên số

ÁN

nguyên tử, không đo trên khối lượng. Một số nguyên tố chỉ có một đồng vị trong tự nhiên

nên không có phần trăm đồng vị. Ví dụ, tất cả các nguyên tử của nhôm trong tự nhiên đều là

Các đồng vị của một nguyên tố có thể bền hoặc phóng xạ. Hạt nhân nguyên tử

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

được đặt tên và ký hiệu riêng cho nguyên tố. Đến nay, chúng ta đã biết hơn 110 nguyên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

cũng chính là điện tích hạt nhân (Z) của các nguyên tử tạo nên nguyên tố hóa học, và

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tố). Mỗi nguyên tố được đặc trưng bởi số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó,

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

cùng số proton Z trong nhân và số electron ở lớp vỏ, đều có tính chất hóa học giống

IỄ N

của các đồng vị phóng xạ tự nhiên tự phân hủy dần thành hạt nhân của các nguyên tố khác, đồng thời phát ra các tia phóng xạ. Sau này người ta thấy rằng các hạt nhân nguyên tử có Z > 83 (Bi) đều phóng xạ tự nhiên. Quan hệ giữa số neutron và proton trong các đồng vị bền được thống kê và biểu diễn trong Hình 2.9. Để ý rằng các đồng vị bền luôn có tỉ số N/Z

1. Các đồng vị bền có N/Z = 1 chỉ gặp ở các nguyên tố tương

đối nhẹ; khi điện tích hạt nhân nguyên tử tăng, tỷ số N/Z của các đồng vị bền tăng dần, đạt khoảng 1.5 ở nguyên tử Bi (Z = 83).

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

2.3.3. Khối lượng của đồng vị

TR ẦN

Hình 2.9. Quan hệ giữa số neutron và proton của các đồng vị bền trong tự nhiên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Hình 2.10. Sơ đồ máy khối phổ dùng xác định khối lượng các đồng vị nguyên tử Các nghiên cứu sau này cho thấy không thể xác định khối lượng chính xác của

nguyên tử bằng cách cộng khối lượng của tất cả các proton, neutron, và electron trong nguyên tử. Khi các proton và neutron kết hợp với nhau để tạo thành hạt nhân nguyên tử, một phần nhỏ khối lượng các hạt ban đầu chuyển thành năng lượng liên kết hạt nhân, do đó nguyên tử tạo thành có khối lượng nhỏ hơn tổng khối lượng các hạt tạo thành nó.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 19

Tuy nhiên, ta không thể dự đoán chính xác phần giảm khối lượng này cho từng nguyên tử. Khối lượng nguyên tử vì vậy phải xác định từ thực nghiệm. Những thí nghiệm của Dalton, Gay – Lussac, Cannizzaro… trước đây chỉ xác định được khối lượng tương đối của nguyên tử. Tới nay, phương pháp chính xác nhất

để xác định khối lượng nguyên tử là dùng máy khối phổ như trong Hình 2.10. Trong máy

khối phổ, các mẫu nguyên tử hoặc phân tử khảo sát được làm bay hơi và bắn phá bởi

trường, rồi sau đó đi qua từ trường đặt vuông góc với đường đi của chúng. Chỉ những

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

khác nhau sẽ tới đầu dò ion ở các vị trí khác nhau (xem Hình 2.11 bên trái), càng nhiều

nguyên tử tới một vị trí nào đó của đầu dò thì cường độ mũi phổ ở đó càng mạnh. Dữ

H Ư

liệu phổ thu được gồm phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị, ví dụ của Hg, được

TR ẦN

chuyển thành sơ đồ khối phổ như trong Hình 2.11 phải. Từ đó ta biết phần trăm các nguyên tử, ví dụ với thủy ngân là 0.146% 196Hg, 10.02% 198Hg, 16.84% 199Hg, 23.13% Hg, 13.22% 201Hg, 29.80% 202Hg, và 6.85% 204Hg.

ÁN

-L

Í-

10 00

200

Đ IỄ N D

Hình 2.11. Khối phổ của Hg

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

khác nhau tùy thuộc vào khối lượng của chúng. Mỗi chùm ion dương với khối lượng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ion dương với tốc độ nhất định mới được phép đi qua từ trường và tách thành các chùm

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

phân tử, phần còn lại tạo thành các ion dương. Chùm ion dương được tăng tốc bởi điện

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

chùm electron có năng lượng cao, khi đó một số electron bị bắn ra khỏi nguyên tử hoặc

Kết quả trên cho ta biết tỉ lệ các nguyên tử đồng vị khác nhau cùng với số khối

của đồng vị. Lưu ý rằng số khối của đồng vị là các số nguyên, nhưng khối lượng nguyên tử của các đồng vị theo đơn vị u (hay amu) không là số nguyên (trừ khối lượng nguyên tử 12C là 12 u), mặc dù chúng khá gần số khối của nguyên tử. Để xác định khối lượng của mỗi nguyên tử, người ta phải xác định tỉ lệ khối lượng nguyên tử của nó với nguyên tử 12C, là nguyên tử được chọn làm khối lượng đơn vị. Ví dụ, tỉ lệ khối lượng của nguyên

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 20

tử 16O/12C xác định từ khối phổ là 1.33291, vậy khối lượng của nguyên tử 16O là 1.33291*12 u = 15.9949 u (rất gần với số khối của oxy là 16). 2.3.4. Khối lượng nguyên tử

nguyên tử dùng trong thực tế để cân đong trong phòng thí nghiệm là khối lượng trung

Mỗi nguyên tố trong tự nhiên thường là tập hợp của nhiều đồng vị nên khối lượng

bình có tính đến thành phần của các đồng vị. Nếu gọi khối lượng của mỗi đồng vị là mi

phan tram hay thanh phan?

Ví dụ, khối phổ của carbon cho thấy có hai loại đồng vị carbon trong tự nhiên,

98.93% các nguyên tử là 12C với khối lượng là 12 u, phần còn lại là các nguyên tử 13C

H Ư

với khối lượng là 13.0033548378 u. Do đó nguyên tử lượng của carbon là:

TR ẦN

MC = 0.9893 * 12 u + (1 - 0.9893) * 13.0033548378 = 12.0107 u Khối lượng trung bình của các nguyên tố còn gọi là nguyên tử lượng trung bình,

hay vắn tắt là nguyên tử lượng, và thường được ghi trong bảng phân loại tuần hoàn.

10 00

Bảng khối lượng nguyên tử cho thấy một số nguyên tố có khối lượng nguyên tử chính xác hơn các nguyên tử khác. Ví dụ, khối lượng nguyên tử của F là 18.9984 u (6 chữ số

có nghĩa), có độ chính xác cao hơn của Kr là 83.798 u (5 chữ số có nghĩa). Khối lượng

nguyên tử của F có độ chính xác cao hơn của Kr vì trong tự nhiên chỉ có một đồng vị

-L

Í-

của F, trong khi đó Kr có sáu đồng vị khác nhau. Thành phần nguyên tử của các đồng vị của Kr hơi khác nhau trong các mẫu chứa Kr, do đó khối lượng nguyên tử của Kr có độ

ÁN

chính xác không cao bằng của F. Hiện nay, thành phần đồng vị và khối lượng của một

số nguyên tử vẫn tiếp tục được cập nhật hàng năm khi các dữ liệu thực nghiệm mới cho

ÀN

chúng ta các số liệu khác, được cho là chính xác hơn số liệu đã có. Ví dụ, gần đây nhất,

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

(2.2)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

với: x1 + x2 + x3 + ... = 1

(2.1)

M = m1 x1 + m2 x2 + m3 x3 + ...

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tính theo công thức:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

và thành phần nguyên tử của đồng vị là xi, khối lượng trung bình của nguyên tử được

(IUPAC) thống nhất điều chỉnh từ 173.054 u thành 173.045 u. 2.4.

Mol, khối lượng mol, số Avogadro

IỄ N

năm 2015, khối lượng nguyên tử của Ytterbium (Yb) đã được hiệp hội Hóa học quốc tế

Các nhà hóa học đã sớm nhận ra rằng, khi phản ứng hóa học xảy ra, các chất luôn phản ứng với nhau theo tỷ lệ số nguyên tử hoặc phân tử xác định. Ví dụ, mỗi phân tử H2 phản ứng với một phân tử Cl2 tạo thành hai phân tử HCl. Nghĩa là ta phải lấy một số lượng bằng nhau các phân tử H2 và Cl2 cho phản ứng với nhau. Tuy nhiên, trong thực tế chúng ta không thể “đếm” số nguyên tử (hoặc phân tử) các chất đem phản ứng Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 21

với nhau được. Điều này cũng tương tự như khi ta đong đếm các vật nhỏ trong thực tế; ví dụ khi ta cần một số lớn đinh đóng sàn, nếu ta biết một kg đinh có bao nhiêu cái đinh, ta dễ dàng tính được ta cần bao nhiêu kg để có số đinh cần thiết.

mol là số hạt vi mô bằng với số nguyên tử carbon có trong 12.0000 gam 12C. Các phép

Để thuận tiện cho việc “đếm nguyên tử”, các nhà hóa học đưa ra khái niệm mol:

đo chính xác cho biết số đó là 6.022137 x 1023 (thường dùng là 6.022 x 1023) và được

chứa 6.022137 x 1023 nguyên tử 12C và 13C, nặng 12.0107 gam, gọi là khối lượng mol

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

nhau của các khí chứa cùng một số lượng hạt bằng nhau” (xem phần 2.1), làm tiền đề

để dẫn tới khái niệm mol sau này.

H Ư

Thực tế, khối lượng mol của mỗi nguyên tố chính là số tương ứng với nguyên tử

TR ẦN

lượng của nguyên tố đó tính ra gam. Điều này rất thuận tiện khi tiến hành phản ứng hóa học: thay vì ta phải đếm số phân tử các chất đem phản ứng – là điều không thể làm được – ta chỉ cần xác định số mol các chất cho vào phản ứng thông qua khối lượng mol

10 00

hoặc thể tích khí. Ví dụ, để lấy số lượng bằng nhau các phân tử H2 và Cl2 cho phản ứng môt hay 1/2??? neu 1/2 thi nang 0.5 g 1 hay 1/2???

với nhau, ta có thể lấy 1/2 mol H2 (nặng 1 gam) và 1/2 mol Cl2 (nặng 35.5 gam), hoặc lấy

các thể tích bằng nhau của các khí ở cùng nhiệt độ và áp suất.

Như vậy, ta đã nói tới một số đặc trưng cơ bản của nguyên tử và các nguyên tố

Í-

hóa học. Vấn đề là tại sao tất cả các nguyên tử đều được tạo nên từ những hạt cơ bản

-L

như nhau nhưng tính chất hóa học của chúng lại khác nhau. Đến nay người ta biết rằng

ÁN

đó là do mỗi nguyên tử có số lượng các hạt cơ bản khác nhau, và cách sắp xếp các hạt đó trong nguyên tử khác nhau. Hiện nay cấu trúc nhân nguyên tử vẫn chưa được biết rõ

ÀN

ràng. Nhưng cấu trúc vỏ nguyên tử được nghiên cứu khá kỹ lưỡng, và cho thấy có mối

quan hệ giữa cấu trúc của vỏ nguyên tử và tính chất hóa học của nó. Ta sẽ đề cập đến

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

số này được đặt tên ông để vinh danh người đã đưa ra giả thiết “những thể tích bằng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

của carbon. Để ý rằng, Avogadro không phải là người đặt ra “số Avogadro”. Nhưng hằng

http://daykemquynhon.ucoz.com

6.022137 x 1023 nguyên tử 12C, và nặng đúng 12.0000 gam; một mol carbon tự nhiên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

gọi là số Avogadro, kí hiệu là NA, với đơn vị là mol–1. Vậy, một mol 12C có

IỄ N

mô hình cấu trúc của vỏ nguyên tử trong chương tiếp theo.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 22

Chương 3

CẤU TRÚC ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Đầu thế kỷ XX, sự tồn tại và cấu tạo chung của nguyên tử đã được minh chứng.

vậy chính lớp vỏ nguyên tử - các electron - ảnh hưởng đến tính chất hóa học của các

Người ta cũng biết rằng trong phản ứng hóa học, hạt nhân nguyên tử không thay đổi,

nguyên tố. Đặc biệt, các quan sát cho thấy tính chất của các nguyên tố biến thiên một

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

trong vật lý đầu thế kỷ XX có liên quan đến việc khám phá cấu trúc electron trong

H Ư

Một số khám phá vật lý đầu thế kỷ XX – mô hình nguyên tử của Bohr

TR ẦN

3.1.

nguyên tử.

Như ta đã biết, trước năm 1900, các hiện tượng vật lý đều được giải thích bằng các lý thuyết được xây dựng trên nền tảng thuyết cơ học của Issac Newton, còn gọi là

10 00

vật lý cổ điển. Nhưng rất nhiều kết quả thí nghiệm từ sau năm 1900 không thể giải thích dựa trên các kiến thức vật lý cổ điển đó. Những kết quả về ánh sáng, sóng điện từ,

nguyên tử... đòi hỏi các nhà Vật lý phải đưa ra những lý thuyết mới để giải thích các hiện

tượng cho thế giới các hạt vi mô này. Lý thuyết về chuyển động của các hạt vi mô được

Í-

đặt tên là thuyết cơ học lượng tử.

-L

Trước tiên chúng ta đề cập đến sóng điện từ, một dạng truyền năng lượng theo

ÁN

vật lý cổ điển, sau đó chúng ta xét tới những tư tưởng làm nền móng cho thuyết cơ học lượng tử.

IỄ N

ÀN

3.1.1. Sóng điện từ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Trước khi tìm hiểu chi tiết các vấn đề trên, chúng ta sẽ ôn lại một số tư tưởng mới

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

giữa cấu trúc electron và tính chất hóa học của các nguyên tố.

nghiên cứu để tìm ra câu trả lời về cấu trúc electron trong nguyên tử và mối liên quan

http://daykemquynhon.ucoz.com

vẫn còn chưa có lời giải thích. Do đó từ đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học không ngừng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

cách tuần hoàn (Mendeleev đã đưa ra bảng hệ thống tuần hoàn vào cuối thế kỷ XIX)

Tương tác giữa sóng điện từ và vật chất giúp các nhà khoa học khám phá cấu

trúc electron trong nguyên tử và phân tử. Do đó, để hiểu cấu trúc electron trong nguyên tử, chúng ta cần biết về sóng điện từ. Sóng điện từ gặp ở khắp nơi chung quanh ta. Ánh sáng mặt trời, năng lượng để đun nấu trong lò vi sóng, tia X mà các bác sĩ dùng để chụp X quang, sóng radio, các bức xạ nhiệt từ các bếp đun hằng ngày, v.v… đều là sóng điện từ. Mặc dù các dạng năng lượng trên có vẻ khác nhau nhưng chúng đều có đặc điểm chung là truyền đi trong chân không dưới dạng sóng với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng, c = 2.99792458 x 108 m/s.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

độ. Như đã nói ở đoạn trên, tất cả sóng điện từ đều truyền với cùng tốc độ ánh sáng.

TR ẦN

Bước sóng , hay còn gọi là độ dài sóng, là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng trong một chu kỳ (xem Hình 3.1). Tần số  được định nghĩa là số chu kì trong một đơn vị thời gian

mà sóng đi qua một điểm nào đó trong không gian. Quan hệ giữa tốc độ truyền sóng,

10 00

bước sóng, và tần số sóng được biểu diễn qua biểu thức (3.1): (3.1)

c = 

Trong hệ SI, đơn vị của bước sóng  là mét, của tần số là s–1 hay còn gọi là Hertz

Í-

(Hz). Hình 3.1 biểu diễn hai sóng điện từ với bước sóng khác nhau; sóng điện từ ở Hình

-L

3.1a có bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn sóng ở Hình 3.1b. Cường độ của sóng

ÁN

điện từ được đặc trưng bởi khoảng cách cao nhất hoặc thấp nhất của đỉnh dao động so

với đường trung tâm. Hình 3.2 là phổ sóng điện từ theo tần số và bước sóng, cho thấy

ÀN

ánh sáng mà chúng ta thấy được chỉ là một phần rất nhỏ của dãy sóng điện từ.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

Bốn đặc trưng cơ bản của sóng điện từ là vận tốc, bước sóng, tần số, và cường

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 3.1. Một số đặc trưng cơ bản của chuyển động sóng: sóng điện từ ở (a) có bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn sóng ở (b)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Sóng điện từ là cách thức quan trọng để truyền năng lượng. Năng lượng mặt trời

IỄ N

đến trái đất chủ yếu dưới dạng ánh sáng khả kiến, hồng ngoại, và tử ngoại. Ta thấy ánh sáng khả kiến không màu. Khi ánh sáng khả kiến đi qua môi trường vật chất khác với chân không, ví dụ lăng kính hay nước, tốc độ truyền của các sóng với bước sóng khác nhau hơi thay đổi, do đó hướng đi của từng tia sáng với bước sóng khác nhau thay đổi khác nhau, ta thấy được chuỗi liên tục màu sắc khác nhau giống như cầu vồng (Hình 3.3). Hiện tượng đó được gọi là sự tán sắc ánh sáng. Từ hiện tượng tán sắc của ánh sáng khả kiến, các nhà khoa học cho rằng năng lượng là liên tục.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

Hình 3.3. Hiện tượng tán sắc ánh sáng: (a) qua lăng kính, tia sáng đỏ bị lệch hướng ít nhất, tia sáng xanh bị lệch hướng nhiều nhất; (b) qua các giọt nước

ÀN

Một tính chất quan trọng khác của sóng điện từ là sự kết hợp các sóng khác

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

nhau. Khi hai sóng điện từ có cùng bước sóng, cùng cường độ ở gần nhau, di chuyển

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Hình 3.2. Phổ sóng điện từ theo tần số (Frequency, s–1) và bước sóng (Wavelength, m)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

IỄ N

cùng pha với nhau (Hình 3.4a), sóng kết hợp tạo thành có cùng bước sóng với sóng ban đầu và cường độ gấp đôi sóng ban đầu. Nếu hai sóng ngược pha với nhau (Hình 3.4b), sóng kết hợp có cường độ bằng không, hay nói cách khác sự kết hợp của chúng làm tắt sóng. Đây là nguyên tắc cơ bản để giải thích hiện tượng giao thoa cơ học cũng như giao thoa ánh sáng. Cuối thế kỷ XIX, khoa học đã biết hiện tượng giao thoa ánh sáng, hiện tượng nhiễu xạ tia X, là bằng chứng cho thấy bản chất sóng của bức xạ điện từ.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

không gian có thể xác định được. Năng lượng mang bản chất sóng, không có khối

H Ư

lượng và không có vị trí xác định. Năng lượng được cho là liên tục và truyền đi ở dạng bức xạ điện từ với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. Các nhà khoa học thời đó cũng tin

3.1.2. Quang phổ nguyên tử

TR ẦN

rằng không thể có sự trộn lẫn giữa năng lượng và vật chất.

10 00

Trong phần trên, ta đã thấy trong thí nghiệm tán sắc ánh sáng qua lăng kính, người ta đã biết quang phổ của ánh sáng khả kiến là quang phổ liên tục. Tương tự như

vậy, người ta thấy các vật rắn khi đốt nóng cũng phát ra phổ liên tục. Tuy nhiên, khi cho

dòng điện phóng qua các ống chứa khí hoặc hơi nguyên tử, người ta thu được các bức

Í-

xạ có bước sóng rời rạc, ứng với quang phổ thu được gọi là quang phổ vạch. Hình 3.5

-L

là sơ đồ của một thiết bị nghiên cứu phổ vạch của chất khí, gồm có một ống chứa chất

ÁN

khí nghiên cứu ở áp suất thấp, ví dụ trong trường hợp này là hơi He. Khi dòng điện với

năng lượng cao phóng qua ống, hơi He trong ống nhận năng lượng chuyển thành trạng

ÀN

thái kích thích và phát ra ánh sáng. Ánh sáng phát ra được đi qua một khe hẹp và tách ra từng thành phần bởi lăng kính. Phổ thu được thấy trên màn hình trong trường hợp

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

hoàn toàn khác biệt. Vật chất có bản chất hạt, gián đoạn, với khối lượng và vị trí trong

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

Vào thời điểm đó, các nhà khoa học tin rằng vật chất và năng lượng có bản chất

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 3.4. Sự kết hợp của các sóng điện từ: (a) cùng pha, sóng tạo thành có cường độ cao hơn ban đầu; và (b) nghịch pha, sóng tạo thành có cường độ bằng không

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

IỄ N

này là các vạch màu khác nhau, cách biệt nhau. Lưu ý rằng màn hình bây giờ có nền tối, chỉ có vài vạch sáng rải rác. Chỗ tối trên màn hình là những chỗ không có ánh sáng, các vạch sáng là ánh sáng của khí trong ống phát ra. Khi nghiên cứu khác khí khác nhau,

người ta thấy rằng mỗi loại khí có phổ vạch đặc trưng khác nhau, giống như mỗi người có dấu vân tay khác nhau vậy. Quang phổ này do nguyên tử phát ra nên gọi là phổ nguyên tử, hay phổ phát xạ nguyên tử, hay phổ vạch.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

học phát hiện được một số nguyên tố hóa học mới như cesium (Cs), rubidium (Rb),

10 00

helium (He). Cesium phát ra ánh sáng màu xanh da trời nên được đặt tên như vậy do từ “caesius” là màu xanh trong tiếng Latin; tương tự như vậy, “rubidius” là màu đỏ trong

tiếng Latin do nguyên tố này phát ra ánh sáng đỏ. Từ helium xuất phát từ “helios” trong

tiếng Hy Lạp, có nghĩa là mặt trời, do nguyên tố này được phát hiện lần đầu tiên năm

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

tố này ở trái đất.

Í-

1868 khi nghiên cứu quang phổ mặt trời, và 27 năm sau, người ta cô lập được nguyên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Trong những năm 1860, sự khám phá của quang phổ vạch đã giúp các nhà khoa

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Hình 3.5. Sơ đồ máy quang phổ phát xạ nguyên tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Hình 3.6. Quang phổ vạch của nguyên tử hydro (H). Quang phổ phát xạ mà chúng ta sẽ bàn tới trong phần kế tiếp của chương này là phổ vạch của nguyên tử hydro, được biết gồm bốn vạch trong vùng khả kiến, đó là các vạch màu tím ( = 410.1 nm), chàm ( = 434.0 nm), lam ( = 486.1 nm), và cam ( = 656.3 nm) (Hình 3.6). Bốn vạch quang phổ này thường gọi là dãy Balmer. Bằng phương pháp thử và sai, Rydberg đã đưa ra công thức tính bước sóng cho các vạch

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 27

của dãy Balmer trong phương trình (3.2), trong đó RH là hằng số Rydberg, có giá trị là RH = 1.097 x 107 m–1, n là các số nguyên tự nhiên lớn hơn 2.

1 1 ) 2  2 n2

(3.2)



 RH (

Với khám phá quang phổ vạch của nguyên tử, quan điểm trước đây cho rằng bản

U Y

khi chiếu ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) qua mẫu hơi nguyên tử, phổ phân tích ánh

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Có thể nói rằng vào cuối thế kỷ XIX các nhà Vật lý khá tự mãn với những điều đã

biết. Các nhà Vật lý có các lý thuyết để giải thích từ chuyển động của các hành tinh cho

H Ư

tới sự tán sắc ánh sáng. Cho nên có lời đồn rằng các sinh viên và nghiên cứu sinh không thích chọn ngành Vật lý vì cho rằng chẳng còn điều gì mới mẻ để khám phá nữa.

TR ẦN

Nhưng thực tế quan điểm đó bị bác bỏ mau chóng.

3.1.3. Phổ điện từ phát ra từ các vật nóng – khái niệm lượng tử ánh sáng của Max

ÁN

-L

Í-

10 00

Planck

Đ IỄ N D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nguyên tử.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

phát xạ của cùng nguyên tử đó. Quang phổ trong trường hợp này gọi là phổ hấp thu

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

sáng qua mẫu cho thấy có một số vạch đen trùng với bước sóng của các vạch trong phổ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

chất của năng lượng là liên tục được nghiên cứu lại. Cũng nên biết thêm rằng, sau này

Hình 3.7. Quang phổ ánh sáng phát ra từ các vật nóng Năm 1901, Max Planck đo cường độ và bước sóng các bức xạ điện từ phát ra khi

đốt nóng các vật rắn. Ông thấy rằng các vật nóng phát ra bức xạ với bước sóng liên tục, không phụ thuộc vào bản chất của vật rắn được đốt nóng, nhưng bước sóng với cường độ cực đại di chuyển về phía sóng ngắn khi nhiệt độ tăng lên (Hình 3.7). Kết quả này khác hẳn với dự đoán của các nhà khoa học. Trước đó, khoa học tin rằng năng lượng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 28

có bản chất liên tục, cường độ của bức xạ phát ra từ các vật nóng phải tăng dần theo tần số, biểu diễn bởi các đường đứt đoạn trên Hình 3.7. Kết hợp với các phổ vạch của nguyên tử (mục 3.1.2), Max Planck đưa ra quan

là lượng tử, là các bội số nguyên của h, tức là: ε = nh. Trong đó, n là số nguyên tự

đoạn. Theo Planck, năng lượng chỉ có thể phát ra hay thu vào theo từng lượng nhỏ, gọi

điểm hoàn toàn mới để giải thích các kết quả thực nghiệm trên: năng lượng có tính gián

TR ẦN

Hiện tượng quang điện

-L

Í-

10 00

3.1.4.1.

H Ư

Einstein

ÁN

Hình 3.8. Kết quả của thí nghiệm quang điện: dòng electron phát ra tăng theo cường độ ánh sáng chiếu vào

ÀN

Năm 1988, Heinrich Hertz phát hiện có electron phát ra từ kim loại khi chiếu ánh

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

3.1.4. Hiện tượng quang điện - thuyết bản chất lưỡng nguyên ánh sáng của Albert

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(3.3)

E = h

ẠO

lượng lượng tử của sóng điện từ tỷ lệ thuận với tần số sóng, tức là:

Quan điểm của Planck sau này được phát biểu lại một cách tổng quát hơn: năng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nghiệm và có giá trị là 6.626 x 10–34 J s.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nhiên;  là tần số ánh sáng, h là hằng số Planck. Hằng số Planck được xác định từ thực

IỄ N

sáng với bước sóng thích hợp vào các tấm kim loại khác nhau. Hiện tượng này về sau được gọi là hiện tượng quang điện. Kết quả các thí nghiệm cho thấy:  Khi thay đổi tần số ánh sáng chiếu vào kim loại, chỉ có electron phát ra khi ánh sáng chiếu vào có tần số lớn hơn tần số giới hạn o nào đó;  Với ánh sáng chiếu vào có tần số lớn hơn o, số electron phát ra tăng theo cường độ của ánh sáng chiếu vào (Hình 3.8);  Với ánh sáng chiếu vào có tần số lớn hơn o, động năng của electron phát ra tăng theo tần số của ánh sáng chiếu vào.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 29

3.1.4.2.

Thuyết lưỡng nguyên ánh sáng của Einstein

Để giải thích kết quả thí nghiệm quang điện, năm 1905 Einstein cho rằng bức xạ điện từ không chỉ có tính sóng mà còn có tính hạt (sau này được Lewis gọi là photon): bức xạ điện từ là dòng các hạt photon, mỗi photon có năng lượng E = h, trong đó h là

hằng số Planck,  là tần số của bức xạ điện từ tương ứng.

Trong thí nghiệm quang điện, electron của nguyên tử trong tấm kim loại liên kết

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

được electron ra khỏi nguyên tử.

Với ánh sáng chiếu vào có tần số lớn hơn o, cường độ ánh sáng chiếu vào càng

H Ư

lớn, nghĩa là số photon bắn tới tấm kim loại càng nhiều, dẫn tới số electron thoát ra khỏi bề mặt kim loại càng tăng. Ngoài ra, phần năng lượng dư ra của ánh sáng có tần số

TR ẦN

 > o sẽ chuyển thành động năng của electron sau khi rời khỏi bề mặt kim loại. Do đó, động năng của electron thoát ra khỏi kim loại được tính theo công thức (3.4), trong đó m

10 00

là khối lượng của electron, v là vận tốc electron thoát ra khỏi tấm kim loại. Eđ = ½ mv2 = h - ho

(3.4)

Giải thích của Einstein là một cuộc cách mạng trong vật lý. Nếu photon là hạt thì

khối lượng của nó thế nào? Einstein cho rằng photon không có khối lượng nghỉ, nhưng

Í-

có khối lượng khi di chuyển. Quan hệ giữa khối lượng và năng lượng của photon được

-L

biễu diễn bằng phương trình (3.5), với c là vận tốc ánh sáng, là vận tốc truyền bức xạ

ÁN

điện từ, m là khối lượng photon. E = mc2

(3.5)

ÀN

Vậy photon có bản chất hạt thực sự không? Khi Einstein đưa ra lý thuyết về tính

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

quang điện xảy ra. Do đó chỉ có những photon có tần số lớn hơn o nào đó mới tách

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

kết giữa electron và hạt nhân kim loại, electron sẽ bị bắn ra khỏi nguyên tử, hiện tượng

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tử trên tấm kim loại, nếu năng lượng E = h của photon lớn hơn năng lượng liên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

với nhân nguyên tử bằng năng lượng xác định, khi một photon va chạm với electron của

IỄ N

hạt của photon, hiện tượng quang điện đã được giải thích một cách hợp lý, nhưng chưa có thực nghiệm chứng minh bản chất hạt của ánh sáng. Bản chất hạt của ánh sáng sau này được xác nhận trong thí nghiệm do Compton tiến hành năm 1923: khi chiếu chùm photon vào electron, chùm photon thể hiện như các hạt có khối lượng khi va chạm với

electron, chúng chuyển một phần năng lượng cho electron.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 30

3.1.5. Mô hình nguyên tử Bohr – phổ nguyên tử của H Mô hình nguyên tử của Rutherford đã mô tả ở chương trước không đề cập tới việc electron sắp xếp quanh nhân nguyên tử thế nào. Theo vật lý cổ điển, electron có

điều này, phải chấp nhận electron quay quanh nhân như trái đất quay quanh mặt trời.

điện tích âm nên sẽ bị hút và rơi vào nhân nguyên tử mang điện tích dương. Để loại trừ

Mặt khác, vật lý cổ điển cho rằng chuyển động tròn quanh tâm là chuyển động có gia tốc

thích thỏa đáng sự tồn tại của nguyên tử theo mô hình Rutherford. Ngoài ra, dữ kiện phổ

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Năm 1913, Niels Bohr dùng các quan điểm vật lý cổ điển kết hợp với khái niệm

lượng tử của Planck để đưa ra mô hình mới giải thích cho cấu tạo nguyên tử H, với

H Ư

những điểm chính như sau:

TR ẦN

(i) Trong nguyên tử H, electron chỉ được phép chuyển động trên một số quỹ đạo tròn nhất định, gọi là các trạng thái dừng. Năng lượng và tốc độ chuyển động của

electron trên các quỹ đạo này được mô tả theo các định luật vật lý cổ điển.

10 00

(ii) Khi ở một trạng thái dừng nào đó, electron có năng lượng xác định. Nguyên tử không hấp thu hoặc phát xạ năng lượng khi electron chuyển động trên các quỹ

đạo trạng thái dừng. Để có đặc tính đặc biệt như vậy, electron trên quỹ đạo dừng

chỉ mang các giá trị moment góc nhất định, có giá trị là nh/2, trong đó h là hằng

Í-

số Planck, n là các số nguyên tự nhiên; với quỹ đạo dừng thứ nhất thì n = 1, thứ

-L

hai có n = 2, v.v...

ÁN

(iii) Nguyên tử chỉ hấp thu hay phát xạ năng lượng khi electron di chuyển từ quỹ đạo trạng thái dừng này sang quỹ đạo trạng thái dừng khác. Năng lượng hấp thu hay

IỄ N

ÀN

phát xạ khi đó là: E = Ecuối – Eđầu

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

thấy cần thiết phải có mô hình nguyên tử mới.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

vạch của nguyên tử H chưa được giải thích cũng là một yếu tố khiến các nhà khoa học

http://daykemquynhon.ucoz.com

electron sẽ phát ra năng lượng và dần dần rơi vào nhân. Vậy, vật lý cổ điển không giải

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

và phát ra năng lượng. Nói cách khác, khi electron chuyển động quanh nhân nguyên tử,

Theo lập luận đó, Bohr cho rằng, khi electron có khối lượng m, điện tích –e

chuyển động trên quỹ đạo dừng với vận rốc , cách nhân nguyên tử hydro (có điện tích +e) một khoảng r, electron phải chịu lực hút của nhân nguyên tử bằng với lực ly tâm để không rơi vào nhân: (3.6) Trong biểu thức trên,

là hằng số điện môi của chân không. Khi đó, năng lượng

của electron là tổng động năng và thế năng: Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 31

E = Eđ + Et =

(3.7)

Hai biểu thức (3.6) và (3.7) được xây dựng từ vật lý cổ điển, là nội dung (i) trong thuyết Bohr. Ngoài ra, vật lý cổ điển cho rằng một vật chuyển động trên quỹ đạo tròn sẽ

moment góc đó chỉ có các giá trị bằng nh/2 (nội dung (ii) của thuyết Bohr), dẫn tới

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

(3.9)

h = 6.626 x 10–34 Js

e = 1.602 x 10–19 C

1eV = 1.602 x10–19 J

H Ư

TR ẦN

= 8.8543 x 10–12 C2m–1J–1

Với m = 9.109 x 10–31 kg

(3.10)

Từ đó tính được: En = –13.6/n2 eV = –2.179 x 10–18/n2 J

10 00

Giá trị –13.6 eV = –2.179 x 10–18 J thường được gọi là RH (lưu ý, không phải hằng

số Rydberg), biểu thức (3.10) có thể viết dưới dạng:

Í-

(3.11)

-L

Từ biểu thức (3.10), ta dễ dàng tính được năng lượng của các trạng thái dừng

ÁN

của nguyên tử hydro. Ví dụ, khi n = 1, ta có năng lượng của electron ở trạng thái dừng

có năng lượng thấp nhất trong nguyên tử hydro, là E1 = –13.6 eV = –2.179 x 10–18 J; khi n = 2, năng lượng của electron ở trạng thái dừng thứ hai trong nguyên tử hydro là

Ngoài ra, từ phương trình (3.7) và (3.9), bán kính của các quỹ đạo trạng thái dừng

trong nguyên tử H, hay còn gọi là các bán kính Bohr, tính được theo công thức (3.12):

IỄ N

ÀN

E2 = –3.40 eV = –0.5448 x 10–18 J, v.v...

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nguyên tử hydro khi chuyển động trên quỹ đạo của trạng thái dừng thứ n là:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Từ các phương trình (3.6) – (3.8), Bohr tính được năng lượng của electron trong

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(3.8)

m r = nh/2

U Y

phương trình (3.8):

http://daykemquynhon.ucoz.com

có moment góc là m r. Đối với chuyển động của electron trong nguyên tử, Bohr đề nghị

(3.12) Bán kính Bohr thứ nhất tính được là ao = r1 = 5.29 x 10–11 m, từ (3.12) dễ dàng tính được bán kính các quỹ đạo dừng tiếp theo. Hình 3.9 biểu diễn vị trí tương đối của các quỹ đạo dừng quanh nhân nguyên tử H và sơ đồ các mức năng lượng trạng thái

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 32

dừng của electron trong nguyên tử H. Lưu ý rằng năng lượng của electron trong nguyên tử biểu diễn lực hút giữa electron và nhân nguyên tử, được quy ước với dấu âm. Khi n trong biểu thức Bohr càng nhỏ, electron có năng lượng càng âm, càng được nhân hút

nghĩa là điện tử không được nhân hút nữa, hay nói cách khác, điện tử đã tách ra khỏi

mạnh và càng ở gần nhân (Hình 3.9). Khi n = , electron có năng lượng bằng không,

Thông thường, electron duy nhất trong nguyên tử hydro sẽ chuyển động trên quỹ

-L

Í-

đạo gần nhân nhất (n = 1), có năng lượng thấp nhất. Khi đó nguyên tử được gọi là ở trạng thái năng lượng cơ bản, hay trạng thái nền. Khi điện tử này nhận thêm năng

ÁN

lượng, nó sẽ chuyển qua quỹ đạo có năng lượng cao hơn (n > 1), khi đó nguyên tử ở

trạng thái kích thích. Lưu ý rằng nguyên tử có một trạng thái nền nhưng có rất nhiều

ÀN

trạng thái kích thích khác nhau. Khi electron chuyển từ quĩ đạo dừng ban đầu có ni cao

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

lượng của electron trong nguyên tử hydro;

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 3.9. Sơ đồ a) vị trí tương đối của các quỹ đạo trạng thái dừng, và b) các mức năng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q 10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

nguyên tử, ở rất xa nhân nguyên tử.

IỄ N

về nf thấp hơn (ni > nf), nguyên tử sẽ phát ra năng lượng. Ngược lại, nguyên tử cần được cung cấp năng lượng để electron chuyển từ trạng thái dừng có ni thấp đến trạng thái dừng có nf cao hơn. Năng lượng hấp thu hay phát xạ trong các trường hợp trên chính bằng năng lượng khác biệt giữa các mức năng lượng: (3.13) và: E = Ecuối – Eđầu = Ef – Ei = -2,178.10–18 (

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(3.14)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 33

Đây chính là luận điểm (iii) trong thuyết Bohr. Sử dụng các công thức (3.13) và (3.14), Bohr tính được năng lượng và bước sóng của bức xạ phát ra khi các electron ở trạng thái kích thích có ni > 2 chuyển về mức nf = 2 như sau: E = -2.178 x 10–18(

J = -3.025 x 10–19J

 = 486 nm

nf = 2, mi = 5

E = - 4,570 x 10–19

U Y

E = - 4,084 x 10–19

nf = 2, mi = 6

E = - 4,840 x 10–19

 = 410 nm

G N H Ư TR ẦN B 10 00 A Ó H Í-L ÁN TO

IỄ N

ÀN

Hình 3.10. Sơ đồ các mức năng lượng trạng thái dừng của electron trong nguyên tử hydro và các bước chuyển năng lượng ứng với dãy phổ Lyman và Balmer

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

 = 434 nm

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

nf = 2, mi = 4

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Tương tự như trên:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

nf = 2, mi = 3

Các giá trị tính được hoàn toàn phù hợp với bước sóng của các vạch của quang

phổ vạch của nguyên tử hydro (xem Hình 3.6). Đây là các vạch phổ trong vùng khả kiến, dãy phổ này do Balmer tìm thấy nên cũng được gọi là dãy Balmer. Bohr cũng dự đoán rằng sẽ còn những dãy phổ trong vùng hồng ngoại, ứng với nf = 3, và tử ngoại ứng với nf = 1. Sau này Lyman và Paschen đã tìm thấy các dãy phổ này đúng với dự đoán của Bohr. Hình 3.10 tóm tắt giá trị các mức năng lượng các quỹ đạo dừng và bước chuyển electron ở dãy Lyman và Balmer.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 34

Lưu ý, trong ví dụ trên, năng lượng tính được khi electron ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái năng lượng thấp hơn đều là năng lượng phát ra từ nguyên tử, và đều mang dấu âm. Khi nguyên tử nhận thêm năng lượng từ bên ngoài, electron từ các lượng trao đổi mang dấu dương, có giá trị bằng đúng với giá trị năng lượng khi nguyên

tử phát ra. Do đó phổ hấp thu và phát xạ nguyên tử có cách vạch với bước sóng bằng

trạng thái năng lượng thấp chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn, ứng với năng

hấp thu nguyên tử. Đối với mẫu chụp phổ phát xạ, các nguyên tử có thể ở nhiều trạng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

thường ở nhiệt độ thấp và nguyên tử chủ yếu chuyển từ trạng thái nền sang các trạng

thái kích thích, do đó ta sẽ quan sát được được ít vạch phổ hơn. Ví dụ, ta không quan

H Ư

sát được các vạch của dãy Balmer khi chụp phổ hấp thu của hydro ở nhiệt độ thấp vì ở

TR ẦN

nhiệt độ thấp hầu hết các nguyên tử H ở trạng thái nền (n = 1), trong khi đó dãy Balmer ứng với sự chuyển electron từ trạng thái kích thích có n = 2 lên các trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn.

10 00

Thuyết Bohr và năng lượng ion hóa của nguyên tử H Từ mẫu nguyên tử Bohr, ta có thể dễ dàng suy ra năng lượng cần thiết để ion hóa

nguyên tử H thành cation H+. Nếu ta chiếu bức xạ điện từ có năng lượng đủ lớn để bắn

electron của nguyên tử H ở trạng thái nền ra khỏi nguyên tử, electron trở thành tự do,

Í-

ứng với năng lượng E = 0 (electron không bị nhân nguyên tử hút nữa), phần còn lại của

-L

nguyên tử là cation H+. Năng lượng cần thiết cho quá trình này là:

ÁN

ΔE = Ecuối – Eđầu = 0 – E1 = 13.6 eV = 2.179 x 10–18 J Năng lượng này được gọi là năng lượng ion hóa nguyên tử H. Giá trị tính toán

IỄ N

ÀN

này bằng đúng với giá trị đo được trong thực nghiệm.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

năng lượng thấp khác, do đó có thể có rất nhiều vạch phổ. Các mẫu chụp phổ hấp thu

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thái kích thích khác nhau, mỗi trạng thái kích thích lại có thể chuyển về nhiều trạng thái

http://daykemquynhon.ucoz.com

Thực tế, ta thường quan sát được phổ phát xạ nguyên tử với nhiều vạch hơn phổ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nhau.

Mẫu nguyên tử Bohr cũng áp dụng đúng cho các ion chỉ có một electron ở lớp vỏ,

thường gọi là ion tương tự hydro, ví dụ He+, Li2+. Khi đó năng lượng electron trong nguyên tử được tính theo phương trình (3.15), với Z là điện tích hạt nhân của ion giống hydro, là 2 với He+, và 3 với Li2+: (3.15)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 35

Nhược điểm của mô hình nguyên tử của Bohr Mô hình nguyên tử của Bohr có vẻ rất hứa hẹn khi giải thích được dữ kiện phổ của nguyên tử hydro. Tuy nhiên, khi mở rộng mô hình này cho các nguyên tử khác thì

chỉnh mô hình bằng cách dùng các quỹ đạo elip khác nhau thay cho quỹ đạo tròn. Một

các nhà khoa học không thu được một kết quả khích lệ nào, ngay cả khi họ đã hiệu

trong các nhược điểm cơ bản của mô hình Bohr là sự kết hợp thô sơ giữa các định luật

lý thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại sau này. Năm 1926, thuyết Bohr được thay thế

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

là: thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại không phải là một sự cải tiến đơn giản mô hình

Những luận điểm cơ sở và tư tưởng chính dẫn tới thuyết cơ học lượng tử

TR ẦN

3.2.

H Ư

động trên các quỹ đạo tròn như của Bohr nữa.

nguyên tử của Bohr; trong thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại, electron không chuyển

Đến giữa những năm 1920, mô hình nguyên tử với nhân mang điện tích dương ở

giữa và các electron mang điện tích âm chuyển động quanh nhân đã có tính thuyết

10 00

phục. Dữ kiện thực nghiệm cho thấy nhân nguyên tử không thay đổi trong các phản ứng hóa học, câu hỏi vậy cấu trúc các electron ở vỏ ảnh hưởng tới hóa tính các nguyên tố

như thế nào, và tại sao có sự biến thiên tuần hoàn tính chất các nguyên tố vẫn chưa

được giải thích thỏa đáng. Thuyết Bohr bị bế tắt vì không giải thích được cho các

Í-

nguyên tử có nhiều hơn một electron. Nhiều nhà vật lý đã cố gắng tìm những hướng giải

-L

quyết mới, tập trung vào thuyết cơ học lượng tử. Lưu ý rằng Planck là người đầu tiên

ÁN

nêu ra khái niệm lượng tử ánh sáng, nhưng thuyết cơ học lượng tử không phải do chỉ riêng một nhà khoa học nào đề nghị. Mô hình nguyên tử theo thuyết cơ học lượng tử là

ÀN

tập hợp tư tưởng của nhiều nhà bác học. Cũng nói rằng, môn Hóa học đại cương chỉ

giới thiệu cấu trúc của electron trong nguyên tử theo thuyết cơ học lượng tử ở mức độ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

đây. Điều quan trọng mà ta phải lưu ý khi xem xét lý thuyết cấu tạo nguyên tử hiện nay

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

bằng thuyết cơ học lượng tử, dựa trên các quan điểm mới mà ta sẽ đề cập tiếp theo

http://daykemquynhon.ucoz.com

Tuy nhiên mô hình nguyên tử Bohr có giá trị lịch sử nhất định, là mô hình mở đường cho

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

vật lý cổ điển và không cổ điển mà không dựa trên cơ sở khoa học nào ở thời điểm đó.

IỄ N

mô tả kết quả và ứng dụng. Trước tiên, chúng ta sẽ nói tới hai tư tưởng chính ảnh

hưởng tới sự phát triển của mô hình nguyên tử theo thuyết cơ học lượng tử, đó là tính lưỡng nguyên của vật chất và nguyên lý bất định Heisenberg. 3.2.1. Tính lưỡng nguyên của vật chất Ánh sáng, hay năng lượng, trước đây được cho rằng chỉ có tính sóng. Từ hiện tượng quang điện, ta biết rằng nó có cả tính hạt, là thuộc tính của vật chất. Vậy ngược lại, liệu vật chất có tính sóng không?

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 36

Năm 1924, Louis de Broglie cho rằng nếu ánh sáng có cả tính sóng và hạt thì vật chất, đặc biệt là các hạt nhỏ, cũng có thể có đồng thời hai tính hạt và sóng. Ông cho rằng, các vật thể khi di chuyển đều phát ra sóng điện từ, gọi là sóng kết hợp. Từ phương phương trình Planck (3.3), Louis de Broglie đưa ra phương trình tính bước sóng của

sóng kết hợp (3.16), trong đó h là nằng số Planck, m và v lần lượt là khối lượng và vận

trình (3.5) mô tả mối quan hệ giữa năng lượng và khối lượng photon của Einstein và

9.11 x 10–31 kg di chuyển với tốc độ 107 m/s, sóng kết hợp nó phát ra dài hơn rất nhiều,

10 00

TR ẦN

H Ư

e = 7.3 x 10–11 m, xấp xỉ kích thước nguyên tử, tức là rất lớn so với kích thước electron.

ÁN

-L

Í-

Hình 3.11. Ảnh nhiễu xạ gây ra khi: a) chiếu tia X lên tấm kim loại, b) chiếu electron lên tấm kim loại.

Hiện tượng nhiễu xạ là hiện tượng đặc trưng của tính sóng. Sóng điện từ gây nên

ÀN

hiện tượng nhiễu xạ khi chúng phản xạ từ các điểm có khoảng cách xấp xỉ bước sóng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

sóng này rất ngắn so với kích thước trái banh. Trong khi đó, một electron có khối lượng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

hợp có bước sóng tính từ phương trình Louis de Broglie là b = 1.9 x 10–34 m, bước

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(3.16)

Ví dụ, một quả banh nặng 0,1 kg di chuyển với tốc độ 35 m/s sẽ phát ra sóng kết

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

λ = h/mv

U Y

tốc di chuyển của vật.

IỄ N

của nó. Do đó, khi chiếu tia X với bước sóng khoảng Ǻ (xấp xỉ khoảng cách giữa các nguyên tử) vào tấm kim loại, người ta thu được ảnh nhiễu xạ như ở Hình 3.11a. Sau khi Louis de Broglie đề nghị vật chất có sóng kết hợp vào năm 1924, năm 1927, C.J. Davison và L.H. Germer đã thiết kế thí nghiệm nhiễu xạ electron bằng cách chiếu chùm

electron vào tấm kim loại nikel, và họ thấy có hiện tượng nhiễu xạ (Hình 3.11b) tương tự như hiện tượng nhiễu xạ tia X. Cùng năm đó, G.P. Thomson ở Scotland cũng khám phá hiện tượng nhiễu xạ electron tương tự. Điều đó chứng tỏ vật chất – hay ít nhất là electron – có tính sóng. Giả thiết của Broglie đã được xác nhận. Ngoài ra, sóng kết hợp

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 37

phát ra (nếu có) từ một quả banh đang chuyển động sẽ có bước sóng khoảng 10–34 m, quá ngắn so với khoảng cách giữa các nguyên tử và kích thước quả banh, do đó tới nay người ta vẫn chưa thiết kế được thí nghiệm để chứng minh được sự tồn tại của nó.

công trình nhiễu xạ electron. Điều thú vị là Thomson cha (J.J. Thomson) là người khám

Thomson và Davisson cùng chia nhau giải thưởng Nobel Vật lý năm 1937 cho

phá ra hạt electron, đến lượt Thomson con (G.P. Thomson) tìm ra electron là sóng. Hai

chất có thể tồn tại cả tính hạt và tính sóng. Những vật thể “lớn” và di chuyển tương đối

chậm như quả banh có độ dài sóng kết hợp quá ngắn nên chưa thể quan sát được tính

sóng của chúng, tính trội của chúng là tính hạt. Những “vật thể” quá bé như photon có

H Ư

tính trội là tính sóng. Còn electron thể hiện cả tính sóng lẫn tính hạt.

TR ẦN

3.2.2. Nguyên lý bất định Heisenberg

Vật lý cổ điển có thể xác định vị trí và vận tốc di chuyển của nhiều vật thể với độ

chính xác cao, từ quả banh, đến tên lửa, hay chuyển động của các hành tinh. Trong

10 00

những năm 1920, Niels Bohr và Werner Heisenberg tiến hành các thí nghiệm để đánh giá độ chính xác của các phép đo vị trí và vận tốc của các hạt ở cấp độ hạ nguyên tử.

Họ thấy rằng, không thể xác định chính xác đồng thời tốc độ và vị trí của electron. Nói

cách khác, tích số của sai số vị trí và sai số moment động lượng (moment động lượng,

∆x ∆p ≥ h/4

(3.17)

ÁN

-L

Í-

p = mv) tuân theo biểu thức:

Biểu thức (3.17) là nguyên lý bất định Heisenberg. Thế giới vi hạt tuân theo

ÀN

nguyên lý bất định Heisenberg vì chúng có cả hai đặc tính sóng và hạt.

IỄ N

3.3.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

lượng không tách biệt hoàn toàn, năng lượng thực sự là một dạng vật chất, và mọi vật

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

sóng vừa có tính hạt; vật chất có tính hạt, cũng có tính sóng. Vậy, vật chất và năng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Như vậy, tới lúc này khoa học đã đi một vòng khép kín: năng lượng vừa có tính

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

cha con nhà bác học Thomson đã phát hiện đầy đủ tính lưỡng nguyên của electron.

Phương trình sóng Schrodinger - chuyển động của electron trong nguyên tử hydro Vật lý cổ điển dùng định lý Newton để xác định vị trí, tốc độ của các vật thể trong

không gian. Như ta đã thấy, không thể dùng các định luật vật lý cổ điển để mô tả chuyển động của electron trong nguyên tử. Schrodinger dựa trên giả thiết của de Broglie, cho rằng điện tử khi di chuyển trong nguyên tử cũng có tính sóng, và lập phương trình toán học để mô tả chuyển động sóng của electron trong nguyên tử, được gọi là phương trình Schodinger.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 38

TR ẦN

tương tự như trạng thái sóng dừng mô tả trong Hình 3.12. Trong không gian một chiều, phương trình Schodinger cho nguyên tử H có một nhân mang điện tích dương và một

10 00

electron mang điện tích âm có dạng sau:

trong đó  là hàm mô tả chuyển động của electron trong không gian nguyên tử. Chuyển

Í-

 thành các giá trị năng lượng, phương trình (3.18) được viết thành:

-L

(3.19)

ÁN



ÀN

Mở rộng vào không gian ba chiều, phương trình Schodinger trở thành:

IỄ N D

(3.18)

(3.20)



https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

De Broglie và Schrodinger cho rằng trạng thái sóng của electron trong nguyên tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

a) trong không gian một chiều, b) trong không gian hai chiều

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q G

Hình 3.12. Hình ảnh sóng dừng:

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Trong các phương trình trên, E là năng lượng tổng cộng của nguyên tử, bao gồm

các năng lượng do tương tác hút giữa hạt nhân nguyên tử và electron và động năng do chuyển động của electron. Việc giải phương trình sóng Schrodinger cho các nguyên tử, ngay cả cho nguyên tử đơn giản nhất, hydro, cũng phức tạp và không nằm trong mục tiêu của môn học Hóa đại cương. Do đó ở đây ta chỉ xem các kết quả có được từ việc giải phương trình Schrodinger cho nguyên tử hydro và ứng dụng của nó.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 39

3.3.1. Kết quả giải phương trình Schrodinger cho nguyên tử Hydro: hàm sóng , năng lượng E, và ba số lượng tử Phương trình Schrodinger chỉ giải được chính xác với nguyên tử hydro và các ion có một electron, tức là với hệ thống đơn giản nhất, với một nhân mang điện dương và

một electron mang điện âm ở vỏ nguyên tử.

Lời giải của phương trình Schodinger cho nguyên tử là các hàm sóng  mô tả

TR ẦN

x = r sin cos y = r sin sin

10 00

z = r cos

Hình 3.13. Mối quan hệ giữa tọa độ cầu và tọa độ Cartesian.

Hàm  trong không gian ba chiều là hàm (x,y,z). Về mặt toán học, để thuận tiện

Í-

cho việc giải phương trình Schrodinger, vị trí electron trong nguyên tử H được chuyển

ÁN

-L

qua hệ tọa độ cầu với gốc tọa độ là hạt nhân nguyên tử. Khi đó hàm  có dạng: (3.21)

(r,,) = R(r) Y(,)

Hình 3.13 biểu diễn quan hệ giữa tọa độ cầu và tọa độ Cartesian. Khi dùng hệ tọa

ÀN

độ cầu, hàm sóng  gồm hai phần độc lập, phần bán kính R(r), và phần góc Y(,). Việc

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

x2 + y2 + z2 = r2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

nghiệm về năng lượng của nguyên tử.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

lời giải của phương trình Schrodinger chỉ có ý nghĩa khi nó phù hợp với các dữ kiện thực

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

chuyển động của electron trong nguyên tử và năng lượng E tương ứng. Lưu ý rằng các

IỄ N

giải phương trình Schodinger cho nguyên tử hydro dẫn đến các hàm sóng  với ba

tham số n, ℓ, và mℓ, gọi là ba số lượng tử, đặc trưng cho các hàm sóng:  n gọi là số lượng tử chính, có thể có các giá trị là các số nguyên tự nhiên 1, 2, 3…  ℓ là số lượng tử moment góc, còn gọi là số lượng tử phụ, có các giá trị từ 0 đến (n-1). Ví dụ, nếu số lượng tử chính là 1, chỉ có một số lượng tử phụ tương ứng là 0; nếu số lượng tử chính là 2, số lượng tử phụ là 0 và 1. Số lượng tử phụ thường được ký hiệu bằng các chữ cái s (ℓ = 0), p (ℓ = 1), d (ℓ = 2), f (ℓ = 3)...

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 40

 mℓ là số lượng tử từ, có các giá trị từ - ℓ → + ℓ, tức là có (2ℓ + 1) giá trị mℓ ứng với mỗi giá trị của số lượng tử phụ ℓ. Ví dụ, ứng với số lượng tử phụ là 1, có ba số lượng tử từ là -1, 0, và +1.

Bảng 3.1. Các hàm  của nguyên tử hydro từ kết quả giải phương trình Schodinger

Í-

năng lượng phù hợp với năng lượng của electron của nguyên tử H, thực chất bằng với

-L

năng lượng các quỹ đạo dừng của Bohr. Mỗi hàm sóng  thỏa điều kiện đó có một bộ

ÁN

ba thông số n, ℓ, và mℓ. Hàm  thường được gọi tên theo tên của số lượng chính và số

lượng tử phụ. Ví dụ, hàm  có số lượng tử chính n = 1, số lượng tử phụ ℓ = 0 được gọi

ÀN

là 1s; hàm  có số lượng tử chính n = 2, số lượng tử phụ ℓ là 0 hoặc 1, sẽ lần lượt

IỄ N

được gọi là 2s và 2p. Dạng toán học của các hàm  của nguyên tử hydro được đưa ra

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

chọn? Các hàm  mô tả chuyển động của nguyên tử H được chấp nhận là các hàm có

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Kết quả giải phương trình Schodinger là nhiều hàm . Vậy hàm  nào được

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q 10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Phần bán kính R(r)

Phần góc Y(,)

trong Bảng 3.1, trong đó ao là bán kính cơ bản của nguyên tử hydro tính theo Bohr (khi n = 1), và  = 2Zr/nao. Lưu ý rằng hàm  tổng quát là tích của hai phần, hàm bán kính và hàm góc. 3.3.2. Ý nghĩa của hàm  – orbital nguyên tử Nhắc lại rằng, trong cơ học cổ điển, khi giải phương trình chuyển động của một vật thể nào đó, chúng ta luôn biết dạng phương trình, từ đó xác định vị trí của vật thể trong không gian theo thời gian. Tương tự, với thế giới vật chất vi mô, mục đích việc giải

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 41

phương trình Schrodinger của nguyên tử hydro là tìm phương trình  mô tả chuyển động của electron trong nguyên tử. Như đã nói, các hàm  được chấp nhận là hàm  có năng lượng electron phù hợp với phổ nguyên tử trên thực tế. Tuy nhiên, các hàm  có năng lượng phù hợp (xem Bảng 3.1) đều có dạng toán học phức tạp nên ta rất khó

khong hieu cau nay co y gi??? nguyen ly bat dinh hay pho nguyen tu la co so???

hình dung cụ thể chuyển động của electron trong nguyên tử hydro. Mặc dù phức tạp,

chính nguyên lý bất định của Heisenberg phổ nguyên tử là cơ sở để chấp nhận các hàm

đặc trưng cho xác suất bắt gặp electron (chính xác hơn là mật độ electron) tại vị trí nào

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

khả năng tìm thấy điện tử nhiều nhất. Vùng không gian đó được gọi là orbital nguyên tử

(AO, Atomic Orbital), hay đám mây điện tử, vân đạo điện tử. Từ đó, thuyết cơ học lượng

H Ư

tử cho rằng, electron trong nguyên tử không chuyển động trên quỹ đạo xác định, vùng

TR ẦN

có xác suất bắt gặp electron cao nhất là các orbital nguyên tử. Khái niệm này thường được gọi là “electron chuyển động trên các oribital nguyên tử”, mặc dù cách diễn đạt này không chính xác.

10 00

Nói tóm lại, việc giải phương trình Schrodinger chỉ cho ta biết: năng lượng của electron trong nguyên tử, xác suất tìm thấy electron tại vị trí nào đó trong nguyên tử,

nhưng không biết chính xác chuyển động và vị trí của electron trong nguyên tử.

Như vậy, mỗi hàm , có một bộ ba số lượng tử n, ℓ, và mℓ, do đó mỗi AO tương

-L

Í-

ứng cũng được đặc trưng bởi ba số lượng tử này, và có tên tương tự như các hàm :

ÁN

 Số lượng tử chính n đặc trưng cho kích thước và năng lượng của orbital: số lượng tử chính càng lớn, kích thước orbital càng lớn, hay khoảng cách trung bình của electron tới hạt nhân càng xa và electron trên orbital đó có năng lượng càng

IỄ N

ÀN

cao, tương tác hút giữa electron với nhân càng yếu. Hình 3.14 là sơ đồ các mức

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

electron trong nguyên tử được, nhưng ta có thể mô tả vùng không gian quanh nhân có

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

đó quanh nhân nguyên tử. Vì vậy, mặc dù không thể mô tả chính xác chuyển động của

http://daykemquynhon.ucoz.com

Ta không thể mô tả rõ ràng quỹ đạo, vị trí của electron trong nguyên tử, nhưng 2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

 trên.

năng lượng của các AO trong nguyên tử hydro. Các AO cùng số lượng tử chính

có năng lượng bằng nhau và tạo thành một lớp. Ví dụ, AO 1s (n = 1, ℓ = 0) tạo thành lớp 1, các AO 2s (n = 2, ℓ = 0) và 2p (n = 2, ℓ = 1) tạo thành lớp 2, v.v... Các AO có cùng số lượng tử chính n và số lượng tử phụ ℓ (cùng tên) tạo thành phân lớp, ví dụ lớp 2 có hai phân lớp 2s và 2p. Năng lượng của các orbital tính theo thuyết cơ học lượng tử chỉ phụ thuộc số lượng tử chính n, và có giá trị bằng đúng với giá trị năng lượng Bohr, En = –2.179 x 10–18/ n2 J. Kết quả giải phương trình Schodinger cho nhiều hàm 

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 42

và orbital tương ứng có năng lượng bằng nhau, các orbital có năng lượng bằng nhau gọi là orbital suy biến năng lượng.

Phân lớp

orbital. Hình dạng của orbital được qui ước là hình dạng của vùng không gian có

H Ư

xác suất gặp electron cao nhất. Các orbital có ℓ = 0 (s) có dạng hình cầu, các

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

có hình dạng phức tạp hơn.

TR ẦN

orbial có ℓ = 1 (p) có dạng hình số tám nổi (xem Hình 3.15), các orbital có ℓ = 2 (d)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

 Số lượng tử phụ ℓ đặc trưng cho moment động lượng của electron và hình dạng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

Hình 3.14. Sơ đồ năng lượng của các AO trong nguyên tử hydro với các lớp và phân lớp

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Lớp

Hình 3.15. Hình dạng và định hướng của các orbital p và d trong không gian  Số lượng tử từ mℓ đặc trưng cho sự định hướng các orbital trong không gian. Các orbital có cùng số lượng tử chính và số lượng tử phụ nhưng khác nhau số lượng tử từ sẽ định hướng khác nhau trong không gian. Ví dụ, các orbital 2p có số lượng tử chính n = 2, số lượng tử phụ ℓ = 1, và ba số lượng tử từ tương ứng là

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 43

-1, 0 và +1. Ứng với mỗi bộ ba số lượng tử (n, ℓ, mℓ) là một orbital. Vậy có ba orbital 2p cùng có dạng hình số tám nổi, cùng kích thước, nhưng định hướng khác nhau trong không gian và được kí hiệu là 2px, 2py, 2pz, với thùy số tám nằm thì xác suất bắt gặp electron trên trục đó là cao nhất. Có năm orbital 3d có cùng

năng lượng và định hướng khác nhau trong không gian, là 3dxy, 3dxz, 3dyz, 3dz2,

trên trục x, y, và z tương ứng (xem Hình 3.15). Các orbital hướng theo trục nào

U Y .Q

Số orbital 1

-1, 0, +1

-2, -1, 0, +1, +2

-1, 0, +1

-2, -1, 0, +1, +2

-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

0 3

ÁN

-L

Í-

10 00

1 2

H Ư

TR ẦN

ÀN

Tương tự như thuyết Bohr, điện tử duy nhất trong nguyên tử hydro có thể chiếm

bất kỳ orbital nào, tuy nhiên ở trạng thái nền (trạng thái cơ bản), electron sẽ chiếm

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

mℓ

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Kí hiệu orbital

ẠO

ℓ (phân lớp)

n (lớp)

Bảng 3.2. Các số lượng tử và orbital của nguyên tử hydro

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

ứng trong trường hợp nguyên tử hydro.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

và 3dx2-y2 (xem Hình 3.15). Bảng 3.2 tổng kết các số lượng tử và orbital tương

IỄ N

orbital có năng lượng thấp nhất, tức là orbital 1s để nguyên tử là bền nhất. Nếu nguyên tử được cung cấp năng lượng, electron có thể chuyển lên các orbital có năng lượng cao hơn, khi đó nguyên tử ở trạng thái kích thích. Khuynh hướng chung của nguyên tử ở trạng thái kích thích là chuyển về vân đạo có năng lượng thấp hơn, đồng thời giải phóng năng lượng thừa ở dạng bức xạ điện từ, vì vậy mà ta quan sát được phổ phát xạ

nguyên tử. Về mặt này, thuyết Bohr và thuyết cơ học lượng tử đều giải thích tương tự như nhau.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 44

Ngoài ra, thuyết cơ học lượng tử cho phép tính được xác suất bắt gặp electron tại vị trí nào đó trong nguyên tử. Đối với orbital 1s của nguyên tử hydro, ta tính được xác suất bắt gặp electron lớn nhất là tại mặt cầu có bán kính ao = 0.529 x 10–10m (hay 0.529 Å). Điều thú vị là giá trị bán kính này trùng với bán kính nguyên tử hydro theo mô

hình Bohr. Do đó giá trị trên cũng được gọi là bán kính quỹ đạo Bohr.

Một vấn đề khác thường được quan tâm là kích thước nguyên tử. Trong thuyết

ẠO

kích thước nguyên tử, người ta chấp nhận định nghĩa rằng kích thước của nguyên tử

hydro là kích thước orbital 1s của nó, được giới hạn bởi hình cầu mà tổng xác suất tìm

TR ẦN

Tóm lại, theo thuyết cơ học lượng tử:

H Ư

được theo định nghĩa trên là 2.6ao hay 1.4 Å.

thấy electron trong hình cầu đó là 90%. Bán kính orbital 1s của nguyên tử hydro tính

(1) Không thể xác định chính xác chuyển động của eletron trong nguyên tử hydro

mà chỉ xác định được các vùng không gian trong đó có xác suất bắt gặp

10 00

electron cao nhất. Các vùng không gian đó gọi là các orbital nguyên tử, hay vân đạo nguyên tử, đám mây điện tử. Một cách đơn giản có thể nói, electron

trong nguyên tử hydro chuyển động trong các vùng không gian quanh nhân

Í-

gọi là orbital, dù cách phát biểu này không chính xác.

-L

(2) Các orbital nguyên tử có năng lượng, kích thước, hình dạng, và định hướng

ÁN

khác nhau phụ thuộc vào các số lượng tử của hàm sóng tương ứng.

(3) Ở trạng thái cơ bản, electron duy nhât của nguyên tử hydro chiếm orbital có

IỄ N

ÀN

năng lượng thấp nhất, orbital 1s.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

không thể xác định chính xác kích thước của nguyên tử. Để thuận tiện cho việc đánh giá

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

kích thước nguyên tử hydro là không xác định. Nói cách khác, với cơ học lượng tử,

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

giảm dần ở khoảng cách xa nhân nguyên tử, nhưng không bao giờ bằng không. Vì vậy

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

cơ học lượng tử, kích thước nguyên tử là vấn đề khá tế nhị vì xác suất bắt gặp electron

(4) Các orbital có cùng số lượng tử chính được xếp vào một lớp, tên các lớp được gọi theo số lượng tử chính, ví dụ lớp 1, lớp 2… Các orbital có cùng số lượng tử chính n và số lượng tử phụ ℓ được gọi là cùng phân lớp. Lớp orbital thứ n có n phân lớp. Lớp 1 có:

1 phân lớp: 1s

Lớp 2 có:

2 phân lớp: 2s, 2p

Lớp 3 có:

3 phân lớp: 3s, 3p, 3d

Lớp 4 có:

4 phân lớp: 4s, 4p, 4d, 4f

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 45

3.4.

Nguyên tử nhiều electron - số lượng tử spin và nguyên lý loại trừ Pauli

3.4.1. Phương trình Schrodinger cho nguyên tử nhiều electron Trong nguyên tử nhiều electron, không chỉ có tương tác hút giữa electron với nhân nguyên tử, mà còn có tương tác đẩy giữa các electron với nhau, nên thế năng

tương tác của electron trong nguyên tử nhiều electron trở nên rất phức tạp. Cho tới nay,

các nhà khoa học vẫn chưa tìm thấy được phương trình toán học để mô tả chính xác

ẠO

Schrodinger cho nguyên tử một electron tương tự như nguyên tử hydro để giải.

Cách ước lượng gần đúng đơn giản nhất là giả sử electron đang xét chịu tác

H Ư

động của một trường lực duy nhất được đặt tại nhân nguyên tử, là tổng hợp của lực hút của nhân và lực đẩy của các electron khác. Mô hình này giả sử các electron trong

TR ẦN

nguyên tử phân bố thành các lớp và phân lớp, khi đó các electron lớp bên ngoài sẽ bị nhân hút bởi điện tích hạt nhân hiệu dụng, Z* hay Zeff, nhỏ hơn điện tích thực sự Z của

hạt nhân do các electron bên trong “che chắn” lực hút của nhân với electron bên ngoài.

10 00

Hiệu ứng này gọi là “hiệu ứng chắn” (shield effect). Sự đơn giản hóa này cho phép các nhà khoa học khảo sát từng electron và giải phương trình Schrodinger. Tiêu chuẩn thực

nghiệm để kiểm tra độ chính xác và tính hợp lý của các kết quả là phổ nguyên tử, năng

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

lượng ion hóa, cũng như hoạt tính hóa học của các nguyên tố.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

năng tương tác giữa nhân nguyên tử và các electron, rồi đưa vào phương trình

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

đúng phương trình Schrodinger cho nguyên tử nhiều electron bằng cách ước tính thế

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

cách chính xác cho nguyên tử nhiều electron. Người ta chỉ có thể thiết lập và giải gần

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

tổng hợp các tương tác đó. Vì vậy không thể viết và giải phương trình Schrodinger một

Hình 3.16. Mật độ phân bố electron trên các orbital trong nguyên tử nhiều electron

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

cũng tương tự như nguyên tử hydro, tức là mỗi hàm sóng được đặc trưng bởi bộ ba số lượng tử (n, ℓ, mℓ) với ý nghĩa vật lý giống như trong trường hợp nguyên tử hydro. Khi tính mật độ electron trên các orbital cùng lớp, người ta thấy rằng các electron trên orbital

10 00

ns có mật độ electron gần nhân cao hơn electron trên orbital np và nd cùng lớp. Hình 3.16 là biểu diễn phân bố mật độ electron trên các orbital khác nhau, cho thấy với cùng

số lượng tử chính thì ℓ càng nhỏ, mật độ electron ở vùng gần nhân càng cao hơn. Ví dụ

với n = 2, mật độ electron ở gần nhân của các orbital 2s là cao hơn 2p. Người ta nói

Í-

rằng electron trên orbital 2s “xuyên thấu vào nhân” nhiều hơn electron 2p. Điều này dẫn

-L

tới năng lượng của orbital 2s thấp hơn 2p, của 3s thấp hơn 3p và 3d. Hình 3.17 là sơ đồ

ÁN

năng lượng của các orbital trong nguyên tử hydro và một số nguyên tử nhiều electron

khác.

ÀN

3.4.2. Số lượng tử spin và nguyên lý loại trừ Pauli

Mặt khác, các dữ kiện quang phổ cho thấy một số vạch phổ đơn chuyển thành

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

Với phương pháp gần đúng như vậy, các hàm sóng của nguyên tử nhiều electron

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 3.17. Sơ đồ năng lượng của các orbital trong nguyên tử hydro và một số nguyên tử nhiều electron khác

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

IỄ N

vạch kép (hai vạch phổ có bước sóng rất gần nhau) khi đặt nguyên tử có nhiều electron

dưới tác dụng của từ trường ngoài. Để giải thích cho hiện tượng này, năm 1925 Samuel Goudsmit và George Uhlenbeck cho rằng bản thân các electron có moment từ có thể định hướng theo hai kiểu khác nhau dưới tác dụng của từ trường ngoài. Do đó, ngoài ba số lượng tử xuất hiện khi giải phương trình Schodinger cho nguyên tử hydro, cần có số lượng tử thứ tư biểu diễn cho đặc tính từ của electron. Nhấn mạnh rằng số lượng tử thứ tư chỉ đặc trưng riêng cho điện tử, đó là số lượng tử spin, ký hiệu ms. Vì các electron có

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 47

thể định hướng theo hai kiểu khác nhau dưới tác dụng từ trường ngoài nên số lượng tử spin được cho hai giá trị phân biệt là -1/2 và +1/2. Để thuận tiện cho việc biểu diễn số lượng tử thứ tư này, người ta quy ước rằng các electron có spin giống nhau được biểu diễn bằng các mũi tên cùng chiều, còn hai electron có spin khác nhau được biễu diễn

bằng hai mũi tên ngược chiều nhau.

Vậy trong nguyên tử có nhiều electron, mỗi electron trên một orbital xác định sẽ

rằng trong một nguyên tử không thể có hai electron có cùng bốn số lượng tử. Nguyên

tắc đó được gọi là nguyên lý loại trừ Pauli. Nếu có hai electron trong cùng một orbital,

đương nhiên chúng có ba số lượng tử n, ℓ, và mℓ giống nhau, nên phải có spin ms khác

H Ư

nhau. Vì chỉ có hai giá trị spin khác nhau nên hệ quả của nguyên lý loại trừ Pauli là mỗi

TR ẦN

orbital nguyên tử chỉ có thể chứa tối đa hai electron với spin ngược nhau. Cũng nói thêm rằng, các phát biểu: electron trong nguyên tử chuyển động trong

orbital x, hay chiếm giữ orbital x, hay orbital x chứa electron, v.v… mặc dù không chính

10 00

xác nhưng đều được dùng với ý nghĩa tương đương.

Vậy, thuyết cơ học lượng tử cho rằng trong nguyên tử nhiều electron, các

electron cũng chuyển động trên các orbital có những đặc trưng tương tự như orbital

Í-

trong nguyên tử hydro, mỗi orbital chứa tối đa hai electron. Electron duy nhất trong

-L

nguyên tử hydro chuyển động trên orbital 1s có năng lượng thấp nhất ứng với trạng thái

ÁN

bền của nguyên tử. Vậy trong nguyên tử nhiều electron sẽ chuyển động trên những

orbital nào? Chúng ta sẽ tìm hiểu câu trả lời này trong phần tiếp theo.

IỄ N

ÀN

3.4.3. Cấu hình electron của nguyên tử nhiều electron

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Để ứng dụng số lượng tử spin cho nguyên tử nhiều điện tử, Wolfgang Pauli cho

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

lượng tử: n, ℓ, mℓ, và ms.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

riêng, số lượng tử spin. Do đó mỗi electon trong nguyên tử được xác định bởi bốn số

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

có ba số lượng tử của orbital tương ứng. Ngoài ra, mỗi electron còn có số lượng tử

Các kết quả giải phương trình Schrodinger cho nguyên tử nhiều điện tử chỉ có giá

trị khi năng lượng của các trạng thái electron nguyên tử phù hợp với các dữ liệu thực nghiệm về phổ nguyên tử, đồng thời phản ánh được quan hệ giữa cấu trúc nguyên tử và hóa tính của nó, đặc biệt đối với những nguyên tố có hóa tính tương tự nhau. Dĩ nhiên cấu hình electron của nguyên tử cũng có quy luật nào đó phù hợp với hóa tính và vị trí

của chúng trong bảng phân loại tuần hoàn. Trong phần này, ta bắt đầu bằng cách chỉ nêu các nguyên tắc khi xây dựng cấu trúc electron trong nguyên tử theo thuyết cơ học lượng tử.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 48



Quy tắc bền vững: ở trạng thái cơ bản và cô lập, các electron trong nguyên tử sắp xếp vào các orbital sao cho nguyên tử đạt trạng thái bền nhất về năng lượng. Trạng thái bền nhất của nguyên tử là trạng thái có năng lượng thấp nhất. Trừ một số trường hợp ngoại lệ, các electron sẽ điền vào các orbital theo thứ tự năng

(3.22)

dàng viết được dãy trên, có thể dùng sơ đồ ở Hình 3.18, trong đó trật tự các



10 00

orbital được viết theo chiều mũi tên từ trên xuống, từ đuôi đến đầu mũi tên. Nguyên lý loại trừ Pauli: mỗi orbital nguyên tử chứa tối đa hai electron với spin

Quy tắc Hund: khi các elctron có thể chiếm các orbital với mức năng lượng bằng

Í-



ngược nhau.

-L

nhau, chúng có khuynh hướng phân bố đều vào các orbital sao cho tổng spin của

ÁN

các electron trong nguyên tử là cực đại, khi đó tương tác đẩy giữa các electron

cùng phân lớp năng lượng là thấp nhất.

ÀN

Vậy, electron duy nhất trong nguyên tử hydro chiếm orbital 1s là orbital có năng

lượng thấp nhất. Cấu hình electron của hydro được viết là 1s1 và được biểu diễn ngắn

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Dãy orbital trên còn được gọi là dãy quy tắc kinh nghiệm Klechkowski. Để dễ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Hình 3.18. Sơ đồ trật tự tăng dần năng lượng của các orbital theo kinh nghiệm

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s

lượng tăng dần như sau:

IỄ N

gọn như sau: H: 1s1. Nguyên tố kế tiếp, helium, có hai electron trong nguyên tử, theo quy tắc bền vững

và nguyên lý loại trừ Pauli thì cấu hình electron của He như sau: He: 1s2. Hai electron trong nguyên tử He chiếm cùng một orbital nên có spin ngược nhau, tổng spin của nguyên tử là S = 1/2 + (-1/2) = 0.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 49

Nguyên tử Li có ba electron, sau khi hai electron đầu tiên đã chiếm orbital có năng lượng thấp nhất, electron thứ ba phải chiếm orbital có năng lượng cao hơn. Cấu hình electron nguyên tử của Li là: Li: 1s2 2s1. Như vậy nguyên tử Li có tổng spin S = 1/2. Beri với bốn electron sẽ là: Be: 1s2 2s2, tổng spin của nguyên tử là S = 0. Ta dễ

dàng thấy rằng các lớp, phân lớp đẩy đủ electron có tổng spin S = 0. tieng Anh la Boron, su dung thong nhat danh phap tieng Anh

U Y

Carbon có sáu electron: hai electron chiếm orbital 1s, hai electron chiếm orbital

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

TR ẦN

Thường viết là: C: 1s2 2s2 2p2, hay chi tiết hơn, C: 1s2 2s2 2px1 2py1. Nguyên tử carbon như vậy có hai electron độc thân, tổng spin nguyên tử là S = 1. nen thong nhat ten tieng Anh het, C = carbon, N = nitrogen

10 00

N: 1s2 2s2 2p3

Tương tự như vậy, cấu hình electron của nitơ, oxy, flo, và neon lần lượt là:

O: 1s2 2s2 2p4

F: 1s2 2s2 2p5

-L

Í-

Ne: 1s2 2s2 2p6

natrium?

ÁN

Nguyên tử natri có 11 electron, mười electron đầu tiên sắp xếp giống như nguyên tử Ne, electron thứ 11 bắt buộc phải xếp vào orbital có năng lượng cao hơn, tức là 3s.

ÀN

vậy cấu hình electron của nguyên tử Na là: 1s2 2s2 2p6 3s1. Để cho gọn, người ta cũng

IỄ N

biểu diễn dưới dạng: [Ne] 3s1.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

ẠO

lượng nên theo quy tắc Hund cấu hình electron của C là:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

2s, và hai electron còn lại chiếm các orbital 2p. Vì các orbital 2p có cùng mức năng

http://daykemquynhon.ucoz.com

là S = 1/2.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Bo với năm electron có cấu hình electron: B: 1s2 2s2 2p1, tổng spin của nguyên tử

Tương tự như trên, cấu hình electron của nguyên tử Mg là [Ne] 3s2, của Al là

[Ne] 3s2 3p1. Từ Si tới Ar, cấu hình electron nguyên tử sẽ thay đổi dần từ 3p2 đến 3p6. Như vậy, các nguyên tử từ Na đến Ar (Z từ 11 – 18) có cấu hình electron các lớp bên trong (lớp 1 và 2) giống nhau, chỉ khác nhau cấu hình electron của lớp ngoài cùng, và được tóm tắt như sau:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 50

K (Z = 19) và Ca (Z = 20) lần lượt có cấu hình electron nguyên tử:

Ca: [Ar] 4s2

K: [Ar] 4s1

Mười nguyên tố tiếp theo, Sc đến Zn (Z từ 21 – 30), các electron tiếp tục xếp vào

TO ÀN

Ta dễ nhận thấy cấu hình electron của Cr và Cu không tuân thủ quy tắc kinh

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

như sau:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hình electron và sự sắp xếp electron ở phân lớp 3d và 4s của dãy mười nguyên tố này

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

các orbital 3d, ví dụ, Sc: [Ar] 4s2 3d1, hay viết theo các lớp electron là: [Ar] 3d1 4s2. Cấu

IỄ N

nghiệm Klechkowski. Lưu ý rằng, quy tắc Klechkowski chỉ là quy tắc kinh nghiệm giúp ta dễ dàng viết được cấu hình electron nguyên tử của hầu hết các nguyên tố hóa học. Tuy nhiên, trong thực tế, electron trong nguyên tử sắp xếp sao cho tổng năng lượng của

nguyên tử là thấp nhất. Như sẽ thấy ở bảng phân loại tuần hoàn trong Chương 4, còn nhiều nguyên tử khác có cấu hình electron nguyên tử không đúng với dự đoán theo quy tắc Klechkowski. Đến nay, ta vẫn chưa định lượng chính xác tương tác giữa các electron và nhân nguyên tử để có một mô hình dự đoán cấu trúc electron trong nguyên

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 51

tử tốt hơn. Do đó, chấp nhận dùng quy tắc Klechkowski để dự đoán cấu hình electron nguyên tử với một số ngoại lệ. Có thể dùng quy tắc Klechkowski để viết cấu hình electron nguyên tử của hầu hết

có electron độc thân có tính thuận từ, nghĩa là bị từ trường hút; các chất không có

Các electron thuộc về các orbital có số lượng tử chính n cao nhất trong nguyên tử

TR ẦN



H Ư

độc thân trong nguyên tử nên là chất thuận từ.

electron độc thân thì nghịch từ, nghĩa là bị từ trường đẩy. Ví dụ, Fe có 4 electron

được gọi là các electron lớp ngoài cùng. Các electron thuộc về các orbital của phân lớp điền vào cuối cùng trong cấu hình electron theo quy tắc kinh nghiệm

Klechkowski gọi là các electron của phân lớp đang xây dựng. Ví dụ, Fe có cấu

10 00

hình electron nguyên tử: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 3p6 4s2 3d6, lớp ngoài cùng của Fe là lớp 4, Fe có hai electron ở lớp ngoài cùng, đó là các electron trên orbital 4s; phân

lớp đang xây dựng của Fe là 3d, Fe có sáu electron ở phân lớp đang xây dựng.

Na với cấu hình electron nguyên tử: 1s2 2s2 2p6 3s1, có lớp ngoài cùng là lớp 3,

-L

Í-

phân lớp đang xây dựng cũng là 3s, vì vậy số electron lớp ngoài cùng của Na

Các electron có khả năng tham gia liên kết hóa học gọi là các electron hóa trị. Đó



ÁN

cũng bằng số electron phân lớp đang xây dựng, là một electron.

là các electron có năng lượng cao trong nguyên tử, là các electron lớp ngoài cùng

IỄ N

ÀN

và phân lớp đang xây dựng. Ví dụ F và Cl đều có 7 electron lớp ngoài cùng, phân

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

độc thân hay ghép cặp của electron ảnh hưởng đến từ tính của vật chất: các chất

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

electron ngược spin cùng chiếm một orbital thì gọi là electron ghép cặp. Cấu hình

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Nếu một eletron nằm riêng lẻ trong orbital thì gọi là electron độc thân, nếu hai

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

nguyên tử: 

tiếp các phần sau, ta cần biết một số thuật ngữ hay dùng cho electron, orbital, và

trong bảng phân loại tuần hoàn sẽ được đề cập chi tiết ở chương sau. Để dễ dàng đọc

các nguyên tố còn lại, cấu hình electron của tất cả các nguyên tử và quan hệ của chúng

lớp đang xây dựng cũng đồng thời là lớp ngoài cùng, do đó chúng có 7 electron hóa trị. Tương tự như vậy, O và S có 6 electron hóa trị; N và P có 5 electron hóa trị. Cr có cấu hình electron nguyên tử là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 nên có 6 electron hóa trị. Fe có cấu hình 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 3p6 4s2 3d6 với 8 electron hóa trị. Trong chương sau, ta sẽ thấy số electron hóa trị của nguyên tử có liên quan

đến vị trí nhóm của chúng trong bảng phân loại tuần hoàn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 52



Orbital hóa trị là những orbital chứa electron hóa trị, hoặc electron nguyên tử ở trạng thái kích thích (thường là orbital trống, có năng lượng xấp xỉ orbital hóa trị). Đối với các nguyên tố chu kỳ 1, chỉ có một orbital hóa trị là orbital 1s. Các nguyên tố chu kỳ 2 có bốn orbital hóa trị: orbital 2s và các orbital 2p. Các nguyên tố chu

d thuộc chu kỳ 4, ngoài các orbital 3d và 4s đang chứa electron hóa trị, chúng có

kỳ 3 có thể sử dụng cả các orbital 3s, 3p, và 3d làm orbital hóa trị. Các nguyên tố

U Y

electron hóa trị phụ thuộc vào nhóm nguyên tử; số orbital hóa trị của nguyên tử

là các phân lớp bão hòa. Các phân lớp chứa số electron bằng số orbital của nó

gọi là các phân lớp bán bão hòa. Ví dụ, nguyên tử khí trơ Ne (Z=10) có cấu hình

electron bão hòa: 1s2 2s2 2p6; nguyên tử P (Z=15) có cấu hình electron bán bão

H Ư

hòa 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3. Các quan sát cho thấy, các cấu hình electron bão hòa và



TR ẦN

bán bão hòa thường khá bền so với các cấu hình khác. Dựa vào cấu hình electron của nguyên tử, có thể phân các nguyên tố hóa học

10 00

thành 4 loại:

 Nguyên tố s: electron đang xây dựng ở phân lớp s;

 Nguyên tố p: electron đang xây dựng ở phân lớp p;

 Nguyên tố d: electron đang xây dựng ở phân lớp d;

Í-

 Nguyên tố f: electron đang xây dựng ở phân lớp f.

ÁN

-L

Ví dụ, Na là nguyên tố s, P là nguyên tố p, Fe là nguyên tố d. Mối liên quan giữa cấu hình electron của các nguyên tử và hóa tính, vị trí của

chúng trong bảng phân loại tuần hoàn sẽ được đề cập chi tiết hơn ở chương kế tiếp.

IỄ N

ÀN

3.4.4. Cấu hình electron của ion

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Trong nguyên tử, các phân lớp chứa đầy đủ electron, bằng số electron tối đa gọi

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

bo dau phay



Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

phụ thuộc chu kỳ của chúng trong bảng phân loại tuần hoàn.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

thể dùng thêm các orbital 4p, và có thể cả 4d, làm orbital hóa trị. Khác với số

Bằng nhiều phương pháp khác nhau, ta có thể làm cho nguyên tử nhận thêm

hoặc mất đi electron để thành các ion. Trong hầu hết các trường hợp, nguyên tử cô lập sẽ nhận thêm electron vào các orbital thuộc phân lớp đang xây dựng để tạo thành ion âm, còn gọi là anion. Ví dụ, F có cấu hình electron nguyên tử 1s2 2s2 2p5, nhận thêm electron vào orbital 2p để trở thành anion F– với cấu hình electron: 1s2 2s2 2p6. Tương tự, nguyên tử cô lập có khuynh hướng mất electron có năng lượng cao nhất để tạo ion dương, còn gọi là cation. Electron có năng lượng cao nhất của các

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 53

nguyên tử là electron ở lớp ngoài cùng. Ví dụ, Na (cấu hình electron nguyên tử 1s2 2s2 2p6 3s1) sẽ mất electron ở lớp ngoài cùng (lớp 3), tạo thành ion Na+ với cấu hình electron: 1s2 2s2 2p6. Nguyên tử sắt với cấu hình electron nguyên tử Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 có thể mất hai electron có năng lượng cao nhất ở lớp ngoài cùng (lớp 4) để

phải mất thêm một electron ở lớp kế tiếp bên trong, lớp 3, lớp này có các phân lớp 3s,

tạo thành ion Fe2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6. Trong trường hợp tạo ion Fe3+, nguyên tử Fe

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y .Q

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

phân lớp 3d. Cấu hình electron của ion Fe3+ là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5.

3p, và 3d với năng lượng tăng dần theo thứ tự đó, vì vậy electron mất kế tiếp sẽ nằm ở

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 54

Chương 4

BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

XIX, người ta biết được khoảng 30 nguyên tố. Đến năm 1840, số nguyên tố hóa học

Thế kỷ XVIII là thời kỳ bắt đầu khám phá ra các nguyên tố hóa học. Đầu thế kỷ

SỰ BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN TỬ

U Y

này, các nhà hóa học đã tích lũy được khá nhiều kiến thức về các phản ứng hóa học và

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

màu, phân tử đều có hai nguyên tử, và rất hoạt động hóa học, chúng được xếp vào

nhóm halogen (Cl 2, Br2, I2), v.v…. Từ những nhận xét đó, các nhà hóa học muốn tìm ra

H Ư

mối quan hệ giữa các nguyên tố với nhau, hệ thống hóa tính chất hóa học của các nguyên tố vì họ nghĩ rằng việc đó thúc đẩy sự nghiên cứu hóa học một cách có hệ thống

TR ẦN

hơn.

Nhiều nhà hóa học đã cố gắng sắp xếp các nguyên tố hóa học theo nhiều kiểu

10 00

khác nhau. Meyer và Mendeleev là những người đầu tiên đã xếp các nguyên tố hóa học thành hàng và cột theo thứ tự tăng dần khối lượng nguyên tử. Trong đó, bảng của

Mendeleev xuất bản năm 1872 là bảng hệ thống tuần hoàn thành công nhất, là nền

móng để xây dựng bảng phân loại tuần hoàn hiện đại sau này. Ta sẽ bắt đầu từ bảng hệ

Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev

-L

4.1.

Í-

thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev.

ÁN

Mendeleev sắp xếp các nguyên tố hóa học theo sự tăng dần khối lượng nguyên tử và sự thay đổi tính chất hóa học của các nguyên tố theo công thức oxide và hydride

ÀN

của chúng. Các nguyên tố hóa học có tính chất tương tự nhau (công thức oxide và

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

thể hiện hóa trị I, được xếp vào nhóm các kim loại kiềm (Li, Na, K). Một số chất khí có

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

và đã xếp chúng thành từng nhóm. Ví dụ một số kim loại có hoạt tính rất mạnh và cùng

http://daykemquynhon.ucoz.com

tính chất của nguyên tố. Họ nhận thấy có nhiều nguyên tố có tính chất khá giống nhau

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

được biết tăng lên đến 55, và lên tới 63 nguyên tố vào năm 1870. Cũng trong giai đoạn

IỄ N

hydride tương tự nhau) được Mendeleev xếp vào một cột, bảng phân loại tuần hoàn của ông có tám cột. Hình 4.1 là bảng phân loại tuần hoàn của Mendeleev. Thành công của Mendeleev là ông đã để trống một số vị trí trong bảng, và ông đã dự đoán đúng tính chất hóa học của các nguyên tố ở các vị trí trống đó. Ví dụ, ông cho rằng phải có một nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhôm, nặng hơn nhôm, với nguyên tử lượng khoảng 68. Ông gọi nguyên tố đó là eka-aluminium, về sau được biết

là gallium (Ga). Tương tự như vậy nguyên tố được Mendeleev gọi là eka-silic về sau biết

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 55

là germanium (Ge). Các tính chất của eka-silic được Mendeleev dự đoán năm 1871, và

Quan sát năm 1886

72.3

5.5

5.47

0.31

0.32

Rất cao

960 oC

Công thức oxide

RO2

GeO2

Khối lượng riêng của oxide (g/cm3)

4.7

4.70

RCl4

GeCl4

100 oC

86 oC

Khối lượng riêng (g/cm3)

10 00

Khối lượng nguyên tử (g/mol)

Dự đoán năm 1871

Tính chất của germanium

Nhiệt dung riêng (J oC–1 g–1)

ÁN

-L

Í-

Nhiệt độ nóng chảy

Công thức hợp chất clorua

IỄ N

ÀN

Nhiệt độ sôi hợp chất clorua (oC)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Bảng 4.1. So sánh tính chất của germanium được dự đoán bởi Mendeleev và tính chất thực của nó

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

Hình 4.1. Bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleev xuất bản năm 1872

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q N

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

của Ge tìm thấy năm 1886 rất gần nhau, và được nêu trong Bảng 4.1.

Mendeleev cũng hiệu chỉnh khối lượng nguyên tử của nhiều nguyên tử. Ví dụ, indium (In) là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm III, trước đó khối lượng nguyên tử của In là 76, tính từ giả thiết oxide của nó là InO. Mendeleev cho rằng khối lượng nguyên tử của In phải là 113 vì oxide của nó phải là In2O3. Sau này ta biết khối lượng đúng của In là 114.8, rất gần dự đoán của Medeleev. Mendeleev cũng chỉnh lại đúng khối lượng nguyên tử của beryllium là 9; của uranium là 240.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 56

Bảng phân loại tuần hoàn của Mendeleev là bảng được chấp nhận rộng rãi nhất thời bấy giờ. Như ta sẽ thấy, điểm khác biệt cơ bản của bảng phân loại tuần hoàn hiện nay với bảng của Mendeleev là bảng phân loại tuần hoàn hiện nay xếp các nguyên tố hóa học theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử, không phải là khối lượng

Quan hệ giữa cấu hình electron nguyên tử, vị trí nguyên tử, và tính chất hóa

4.2.

nguyên tử như bảng của Mendeleev.

nguyên tố hóa học trong bảng phân loại tuần hoàn hiện đại dựa trên cơ sở này.

Các nguyên tố hóa học trong bảng phân loại tuần hoàn hiện đại được sắp xếp

H Ư

theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân của nguyên tử sao cho các nguyên tử trong cùng cột (nay gọi là nhóm) có tính chất hóa học tương tự nhau, biểu hiện qua cấu hình

TR ẦN

electron lớp ngoài cùng và phân lớp đang xây dựng của nguyên tử tương tự nhau. Bảng 4.2 là bảng phân loại tuần hoàn hiện nay với 7 chu kỳ (7 hàng) và 18 nhóm (18 cột). Các

nguyên tử trong cùng chu kỳ có cùng lớp electron ngoài cùng, tên chu kỳ cũng là tên của

10 00

lớp electron ngoài cùng. Nguyên tử mở đầu chu kỳ (nguyên tử thuộc nhóm 1) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns1, nguyên tử kết thúc chu kỳ (nguyên tử thuộc nhóm

18) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2 np6.

Í-

4.2.1. Sự sắp xếp các nguyên tử vào các chu kỳ trong bảng phân loại tuần hoàn

-L

Chu kỳ 1 chỉ có hai nguyên tố, H (1s1) và He (1s2), ứng với sự làm đầy electron

ÁN

trong (phân) lớp 1s.

Chu kỳ 2 có tám nguyên tố, ứng với sự tăng dần số electron ở lớp ngoài cùng từ

IỄ N

ÀN

2s1 (Li) đến 2s2 2p6 (Ne). Chu kỳ này có hai nguyên tố s và sáu nguyên tố p.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

trúc electron nguyên tử phải liên quan tới tính chất hóa học của chúng. Sự sắp xếp các

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

nguyên tử. Khi phản ứng hóa học xảy ra, hạt nhân nguyên tử không thay đổi, vậy cấu

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Trong Chương 3, ta đã đề cập các nguyên tắc để xây dựng cấu trúc electron

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

học cơ bản của nguyên tố hóa học trong bảng phân loại tuần hoàn hiện đại

Chu kỳ 3 cũng có tám nguyên tố, ứng với sự tăng dần số electron ở lớp ngoài

cùng từ 3s1 (Na) đến 3s2 3p6 (Ar). Chu kỳ 3 có hai nguyên tố s và sáu nguyên tố p tương tự như chu kỳ 2, các nguyên tố có cùng cấu hình electron lớp ngoài cùng được xếp cùng cột – cùng nhóm – với nhau. Chu kỳ 4 có 18 nguyên tố, ứng với hai nguyên tố s (cấu hình 4s1 (K) và 4s2 (Ca)), tiếp theo là 10 nguyên tố d với cấu hình electron từ 4s2 3d1 (Sc) đến 4s2 3d10 (Zn), và cuối cùng là sáu nguyên tố p với cấu hình electron từ 4s2 3d10 4p1 (Ga) đến 4s2 3d10 4p6

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3s1

3s2

4s1

Đ Ti

3d24s2

VIB 6 24

3d34s2

3d54s1

VIIB VIIIB 7 8 25

3d54s2

3d64s2

VIIIB 9 27

3d74s2

4d45s1

4d55s1

4d55s2

La*

6s2

5d16s2

5d26s2

5d36s2

5d46s2

5d56s2

N VIA 16

VIIA VIIIA 17 18 2

104

105

106

107

Ac*

Lanthanoids Actinoids

6d17s2

6d27s2

4f15d16s2

4f36s2

4f46s2

6d27s2

5f26d17s2

4d85s1

3d84s2

IIB 12

3d104s1

3d104s2

1s2

2s22p1

2s22p2

2s22p3

2s22p4

3s23p1

3s23p2

3s23p3

4s24p1

4s24p2

4s24p3

3s23p4 34

2s22p5

2s22p6

3s23p5

3s23p6

4s24p4

4s24p5

4s24p6

4d105s0

4d105s1

4d105s2

5s25p1

5s25p2

5s25p3

5s25p4

5s25p5

5s25p6

5d66s2

5d76s2

5d96s1

108

109

110

5d106s1

5d106s2

6s26p1

6s26p2

6s26p3

6s26p4

6s26p5

6s26p6

7s2

IB 11

Fr 7s1

4d75s1

4d25s2

10 00

4d15s2

5s2

VIIIB 10 28

6s1

3d14s2

VB 5

Rb 5s1

IVB 4

-L Í-

4s2

IIIB 3

Na Mg

H Ư

2s2

TR ẦN

2s1

4f56s2

ÁN

ẠO

1s1

VA 15

5f36d17s2

4f66s2

4f76s2

4f75d16s2

4f96s2

4f106s2

4f116s2

4f126s2

4f136s2

4f146s2

4f145d16s2

100

101

102

103

5f46d17s2

5f67s2

5f77s2

5f76d17s2

5f97s2

5f107s2

5f117s2

5f127s2

5f137s2

5f147s2

5f146d17s2

IỄ N

Ghi chú: - Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố theo C.E. Housecroft and A.G. Sharpe, Inorganic Chemistry (2 nd Ed.), 2005. - Cấu hình electron lớp vỏ ngoài cùng của các nguyên tố p thuộc chu kỳ 4, 5, 6 có phân lớp (n-1)d đã đầy đủ electron và được bỏ qua trong cấu hình electron ở bảng trên.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

IVA 14

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

IIIA 13

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nhóm

U Y

IIA 2

IA 1

Chu kỳ 1

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Bảng 4.2. Bảng phân loại tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 58

(Kr). Cấu hình electron của các nguyên tố p trong dãy này thường được viết chỉ với các electron lớp ngoài cùng: Ga: 4s2 4p1, Kr: 4s2 4p6. Đây là lần đầu tiên xuất hiện 10 nguyên tố d giữa các nguyên tố s và p, để các nguyên tố cùng cột có cấu hình electron và tính chất hóa học tương tự nhau, 10 cột của các nguyên tố d được chen vào giữa các

nguyên tố s và p.

Tương tự như vậy, chuỗi 18 nguyên tố kế tiếp, từ Rb đến Xe, thuộc về chu kỳ 5,

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

dài hơn các chu kỳ trên, với cấu hình elelctron các nguyên tử thay đổi trong chu kỳ là

6s1-2 4f1-14 5d1-10 6p1-6. Hai nguyên tố Cs và Ba lần lượt có cấu hình electron lớp ngoài

H Ư

cùng là 6s1 và 6s2, được xếp vào hai cột đầu tiên. Sau Ba là nguyên tố La, bắt đầu cho nhóm 14 nguyên tố có electron điền vào các orbital 4f, rồi tiếp theo là 10 nguyên tố có

TR ẦN

electron điền vào các orbital 5d, rồi sáu nguyên tố có electron điền vào các orbital 6p. Tổng cộng chu kỳ 6 có 32 nguyên tố. Vì dãy 14 nguyên tố bắt đầu từ Lantan quá dài nên

người ta không để nó chen vào giữa các nguyên tố 6s và 5d, 14 nguyên tố f này được

10 00

ngắt thành dòng riêng bên để dưới bảng (xem Bảng 4.2).

ÁN

-L

Í-

Hình 4.2. Dạng khối của bảng phân loại tuần hoàn.

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

các chu kỳ tuân theo qui tắc kinh nghiệm của Klechkowski. Tiếp tục như vậy, chu kỳ 6 sẽ

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Đến đây ta dễ dàng nhận xét thấy sự sắp xếp các electron vào các nguyên tử qua

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

(dãy 5p) (xem Bảng 4.2).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

trong đó gồm hai nguyên tố s (dãy 5s), rồi 10 nguyên tố d (dãy 4d), và sáu nguyên tố p

Chu kỳ 7 cũng tương tự như chu kỳ 6, với cấu hình electron các nguyên tử thay đổi trong chu kỳ là 7s1-2 5f1-14 6d1-10 7p1-6. Nếu đầy đủ, chu kỳ 7 cũng có 32 nguyên tố Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 59

hóa học. Tuy nhiên, hiện nay chu kỳ này chưa đầy đủ vì ta chỉ biết tới các nguyên tố hóa học có electron điền vào dãy 6d. Tương tự như chu kỳ 6, 14 nguyên tố f của chu kỳ 7 bắt đầu từ nguyên tố Ac cũng được xếp thành dòng ở dưới bảng.

lớp electron đang xây dựng của các nguyên tố. Dễ dàng nhận thấy bảng phân loại tuần

Hình 4.2 là dạng khối của bảng phân loại tuần hoàn, trong đó cho thấy các phân

hoàn gồm bốn khối nguyên tố: các nguyên tố s chiếm hai cột đầu tiên bên trái bảng, kế

từ nhóm I đến nhóm XIII. Bảng phân loại tuần hoàn hiện nay gồm 18 cột, ban đầu cũng

H Ư

được chia làm tám nhóm như bảng Mendeleev. Vì có 18 cột chia làm 8 nhóm, nên bảng được chia làm hai phân nhóm lớn, đặt tên là phân nhóm A (còn gọi là phân nhóm chính)

TR ẦN

và phân nhóm B (phân nhóm phụ) (xem Bảng 4.2). Các nguyên tố s và p được quy ước thuộc về các phân nhóm chính, do đó hai nhóm nguyên tố s được đánh số IA và IIA, sáu

nhóm nguyên tố p được đánh số từ IIIA đến VIIIA. Dễ nhận thấy số thứ tự của các nhóm

10 00

A bằng tổng số electron lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử.

Các nguyên tố d được quy ước là các phân nhóm phụ, hay phân nhóm B. Phân

nhóm B đầu tiên sau các nguyên tố s có cấu hình electron là ns2 (n-1)d1 được đánh số

Í-

IIIB, tức là có số thứ thự bằng với số electron lớp ngoài cùng và phân lớp đang xây

-L

dựng. Tương tự, các cột nguyên tố d tiếp theo được đánh số từ IVB đến VIIIB. Riêng

ÁN

phân nhóm VIIIB gồm có ba cột, với tổng số các electron lớp vỏ ngoài cùng và phân lớp

d đang xây dựng là 8, 9, và 10. Hai cột cuối cùng của các nguyên tố d có tổng số electron lớp vỏ ngoài cùng và phân lớp d đang xây dựng là 11 và 12, được đánh số là IB

ÀN

và IIB. Dễ dàng nhận ra nếu ta xếp các cột của phân nhóm A và B có cùng số thứ tự vào

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Bảng phân loại tuần hoàn của Mendeleev trước đây có tám nhóm, được đặt tên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ẠO

4.2.2. Nhóm và phân nhóm trong bảng phân loại tuần hoàn

nguyên tố f thuộc chu kỳ 6 và 7.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

đi, bên phải bảng là 6 cột của các nguyên tố p. Ngoài ra, hai dòng cuối cùng là các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

tiếp là 10 cột của các nguyên tố d – các nguyên tố d chỉ bắt đầu xuất hiện từ chu kỳ 4 trở

IỄ N

một cột, ví dụ IA với IB, IIA với IIB, thì ta được bảng phân loại tuần hoàn giống

Mendeleev. Năm 1985, IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) đề nghị đánh số thứ tự nhóm theo cách mới, trong đó 18 cột của bảng phân loại tuần hoàn được đánh số từ 1 đến 18, ứng với 18 nhóm như trong Bảng 4.2. Ta có: -

Các nguyên tố s có số thứ tự nhóm bằng số electron hóa trị;

Các nguyên tố p có số thứ tự nhóm bằng số electron hóa trị + 10;

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 60

Các nguyên tố d có số thứ tự nhóm bằng tổng số electron hóa trị (tổng số electron ns và (n-1)d);

Các nguyên tố f thường được cho thuộc nhóm 3.

Hiện nay, hầu hết các sách giáo khoa và các công bố khoa học trên thế giới đều

dùng cách đánh số thứ tự nhóm theo qui ước năm 1985 của IUPAC. Đặc biệt, số thứ tự

nhóm theo IUPAC rất thuận tiện khi nghiên cứu các nguyên tố d, vì nhóm VIIIB cũ gồm

Đặc biệt, trong bảng phân loại tuần hoàn, nguyên tố He ở chu kỳ 1 có cấu hình

electron nguyên tử là 1s2, không giống với Ne (2s2 2p6) và Ar (3s2 3p6), nhưng tính chất

H Ư

các nguyên tố này rất tương tự nhau nên He được xếp chung cột 18 với Ne và Ar. Với bảng phân loại tuần hoàn hiện đại, nếu biết vị trí của nguyên tố trong bảng

TR ẦN

tuần hoàn (chu kỳ và nhóm), ta dễ dàng xác định cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố và ngược lại. Ví dụ, nguyên tố Cl thuộc chu kỳ 3 và nhóm 17 (VIIA) trong bảng

phân loại tuần hoàn, vậy Cl là nguyên tố p, có 7 electron hóa trị, do đó cấu hình electron

10 00

của nguyên tử Cl là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Fe với cấu hình electron nguyên tử là Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6, do đó Fe là nguyên tố d (nhóm B) thuộc chu kỳ 4, với 8 electron

hóa trị, vì vậy nó ở nhóm 8 (hay VIIIB, cột đầu tiên).

Í-

4.2.3. Cấu hình electron nguyên tử và tính kim loại – phi kim của nguyên tố

-L

Sự sắp xếp electron trong nguyên tử nhiều electron theo mô hình đã trình bày

ÁN

trên phản ánh đầy đủ mối quan hệ giữa cấu hình electron nguyên tử và vị trí của nguyên

tố trong bảng phân loại tuần hoàn. Cấu hình electron của từng nguyên tử được kiểm

ÀN

chứng không chỉ qua hóa tính của nó mà còn phải thỏa mãn các dữ kiện phổ nguyên tử,

từ tính của nguyên tử, năng lượng ion hóa, v.v… Khi xét chi tiết những tiêu chuẩn này,

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

cách đánh số này.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

electron hóa trị tối đa trong nhóm, 8, 9, và 10. Ta cần biết và sử dụng thành thạo cả hai

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

đánh số theo IUPAC, mỗi cột là một nhóm riêng biệt, với số thứ tự nhóm bằng đúng số

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

ba cột, ta phải chỉ ra cột trái – giữa – phải cho từng trường hợp, trong khi đó với cách

IỄ N

cấu hình electron nguyên tử của một số nguyên tố hóa học không theo đúng quy tắc

kinh nghiệm Klechkowski. Bảng phân loại tuần hoàn với đầy đủ các nguyên tố hóa học được biết tới ngày nay cùng với cấu hình electron lớp vỏ ngoài cùng và phân lớp đang xây dựng các nguyên tố được nêu trong Bảng 4.2. Ta thấy rất nhiều nguyên tố d, đặc biệt là các nguyên tố dãy 4d thuộc chu kỳ 5 có cấu hình electron bất thường. Một số nguyên tố hóa học có cấu hình bất thường hay được chú ý là:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 61

24Cr:

Nhóm 11

[Ar] 4s1 3d5 [Kr] 5s1 4d5

[Ar] 4s1 3d10

47Ag:

[Kr] 5s1 4d10

79Au:

[Xe] 6s1 4f14 5d10

42Mo:

29Cu:

Nhóm 6

Cấu hình bất thường của các nguyên tố trên thường được giải thích là electron

phân bố electron để nguyên tử đạt trạng thái năng lượng bền nhất.

Quan sát cấu hình electron của nguyên tử và hóa tính các nguyên tố, một số mối

 Đối với các nguyên tố s và p:

Các nguyên tố nhóm 18 (VIIIA) có cấu hình electron bão hòa với 8 electron

TR ẦN

tố được rút ra như sau:

10 00

lớp ngoài cùng. Các nguyên tố này đều rất kém hoạt động hóa học, chúng ít có khuynh hướng phản ứng với các nguyên tử khác. Nhóm nguyên tố này

Các nguyên tố s thuộc nhóm 1 và 2 là các kim loại hoạt động hóa học nhất.

thường được gọi là nhóm khí hiếm.

-L

Í-

Khi tham gia phản ứng hóa học, chúng dễ nhường các electron lớp ngoài cùng để tạo thành ion dương có lớp vỏ electron bão hòa. Đây là các nguyên tố

ÁN

kim loại, tính chất đặc trưng của chúng là tính khử. Riêng hydro, mặc dù được

ÀN

xếp vào nhóm 1 do có cấu hình electron nguyên tử là 1s1, cấu trúc của nguyên

IỄ N D

H Ư

quan hệ giữa cấu hình electron nguyên tử với tính kim loại hoặc phi kim của các nguyên

tử này chỉ gồm một hạt nhân mang điện tích dương và một electron, nên việc

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

cho cấu hình electron bất thường của các nguyên tố dãy 4d, chỉ biết rằng đó là cách

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

electron bất thường của nguyên tố khác. Đến nay, chúng ta vẫn chưa có lời giải thích

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hình bền hơn. Tuy nhiên, đây không phải là giải thích tổng quát cho tất cả các cấu hình

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

trong các nguyên tố này sắp xếp để đạt cấu hình bão hòa hoặc bán bão hòa, là các cấu

nhường một electron duy nhất của H để tạo ion dương H+ là rất khó. Thực tế, dù được xếp vào nhóm 1, nhưng hydro có tính chất phi kim.

Các nguyên tố p có từ 3 - 4 electron lớp ngoài cùng, nếu có bán kính khá lớn (thuộc các chu kỳ dưới) cũng có khả năng nhường electron để thành ion dương khi tham gia phản ứng hóa học, và cũng là kim loại. Có ba kiểu cấu hình electron của cation nguyên tố p thường thấy: + Cation với cấu hình khí hiếm, ví dụ: Al3+: 1s2 2s2 2p6 (hay [Ne])

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 62

+ Cation với cấu hình 18 electron lớp ngoài cùng, hay còn gọi là cấu hình giả khí hiếm, ví dụ: Ga3+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 (hay [Ar] 3d10) + Cation với cấu hình (18 + 2) electron, ví dụ: In+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10

Các nguyên tố p có 5 - 7 electron ở lớp vỏ ngoài cùng thường dễ nhận thêm

4s2 4p6 4d10 5s2.

điện tử trong các phản ứng hóa học để tạo thành các ion âm có lớp vỏ bão

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

H Ư

Cấu hình electron giả khí hiếm (18 electron)

TR ẦN

Cấu hình (18 + 2) electron

Các cấu hình electron khác

Đối với các nguyên tố d: lớp electron ngoài cùng (ns) luôn chỉ có 1 hoặc 2

-L



Í-

10 00

Cấu hình electron khí hiếm

Bảng 4.3. Một số kiểu cấu hình electron hay gặp của các cation

ÁN

electron, các electron ns1-2 có năng lượng cao hơn các electron (n-1)dx, do đó tất cả các nguyên tố d đều dễ mất các electron ns trong phản ứng hóa học, thể hiện

ÀN

tính kim loại, tính chất đặc trưng của chúng là tính khử. Tuy nhiên vì các electron

IỄ N

ở phân lớp d đang xây dựng cũng có khả năng tham gia tạo liên kết hóa học nên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

ion của các nguyên tố s và p.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Bảng 4.3 tóm tắt một số kiểu cation hay gặp, Hình 4.3 tóm tắt khuynh hướng tạo

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tố này thể hiện tính oxy hóa.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

hòa cùng nhóm với chúng. Đây là các phi kim, khi nhận thêm electron, các

hóa tính của các kim loại nguyên tố d phức tạp hơn các nguyên tố s và p. Các nguyên tử nguyên tố d có thể tạo các ion dương với cấu hình dx với x thay đổi trong khoảng 0 – 10. Như vậy, hầu hết các nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn đều là kim loại,

chỉ một số ít nguyên tố p ở góc phải là phi kim. Ngoài ra, người ta cũng quan sát được sự biến thiên tính chất của các nguyên tố, và định luât tuần hoàn cũng được phát biểu: tính chất của các đơn chất, thành phần và tính chất của các hợp chất biến thiên tuần

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 63

hoàn theo điện tích hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố. Sau đây chúng ta sẽ xem xét sự biến thiên một số tính chất của nguyên tử. b)

TR ẦN

4.3.1. Khái niệm bán kính nguyên tử

H Ư

tuần hoàn

Theo thuyết cơ học lượng tử, nguyên tử không có giới hạn không gian một cách

chính xác nên bán kính nguyên tử là một khái niệm có tính quy ước. Khi đó, người ta sử

10 00

dụng khái niệm bán kính orbital, hay bán kính AO hóa trị, là bán kính của orbital chứa

electron ngoài cùng, để đặc trưng cho bán kính nguyên tử.

Thực tế, ta đo được khoảng cách giữa các nhân nguyên tử trong các chất bằng

Bán kính kim loại là 1/2 khoảng cách ngắn nhất giữa các nguyên tử trong mạng

-L

Í-

nhiều phương pháp khác nhau, dẫn đến các quy ước sau:

Bán kính cộng hóa trị đơn là 1/2 khoảng cách giữa hai nguyên tử giống nhau, liên

ÁN

tinh thể kim loại. Khái niệm này thường được dùng cho các kim loại.

ÀN

kết với nhau bằng liên kết đơn trong phân tử cộng hóa trị. Khái niệm này thường

được dùng cho các phi kim. Ví dụ, trong phân tử Br2, khoảng cách đo được giữa hai hạt nhân nguyên tử là 2.28 Å, do đó bán kính cộng hóa trị đơn của nguyên tử

Đ IỄ N D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Bán kính nguyên tử và biến thiên bán kính nguyên tử trong bảng phân loại

4.3.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

Hình 4.3. Khuynh hướng tạo ion của các nguyên tố s và p: a) Các kim loại có khuynh hướng tạo cation với cấu hình electron khí hiếm ở cột trái; b) Các phi kim có khuynh hướng tạo anion với cấu hình electron khí hiếm ở cột phải

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Br là 1.14 Å. -

Bán kính van der Waals là 1/2 khoảng cách giữa hai nguyên tử thuộc hai phân tử khác nhau trong mạng tinh thể. Bán kính van der Waals luôn luôn có giá trị lớn hơn bán kính cộng hóa trị đơn do khi tạo thành liên kết cộng hóa trị, có sự xen phủ các vân đạo nguyên tử lên nhau nên các nguyên tử gần nhau hơn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

U Y

Hình 4.4. Các kiểu bán kính qui ước khác nhau

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

kính orbital chỉ có giá trị lý thuyết.

4.3.2. Biến thiên bán kính nguyên tử của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

hoàn

Đ IỄ N D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

được gọi là bán kính hiệu dụng và thường được dùng trong thực tế. Trong khi đó, bán

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

loại và bán kính cộng hóa trị đơn, bán kính van der Waals là các giá trị thực nghiệm, còn

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

Hình 4.4 biểu diễn các loại bán kính qui ước khác nhau. Các giá trị bán kính kim

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 4.5. Biến thiên bán kính kim loại và bán kính cộng hóa trị của các nguyên tử thuộc từng chu kỳ trong bảng phân loại tuần hoàn Bán kính nguyên tử của các nguyên tố mặc dù được đo theo những quy ước

khác nhau nhưng chiều hướng biến thiên vẫn tương tự như bán kính orbital nguyên tử. Biến thiên bán kính kim loại và cộng hóa trị của các nguyên tử trong bảng phân loại tuần hoàn được biểu diễn trong Hình 4.5. Vì không đo được bán kính kim loại và cộng hóa trị của các nguyên tố hiếm nên không có giá trị bán kính nguyên tử các nguyên tố hiếm

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 65

trong hình này. Số liệu bán kính nguyên tử và bán kính ion của một số nguyên tố hóa học được cho trong Hình 4.6. Ta thấy: Trong phân nhóm chính, bán kính nguyên tử tăng. r(Å)

1.52

1.86

2.27

2.48

Có hai yếu tố tác động ngược chiều nhau đến bán kính nguyên tử của các

Ví dụ

ẠO

do số lớp vỏ electron tăng (n tăng).

Trong các chu kỳ ngắn, bán kính nguyên tử giảm dần do điện tích hạt nhân tăng

(Z tăng) nhưng số lớp vỏ electron không tăng (n không tăng) nên electron ngày Li

r(Å)

1.52

1.11

0.88

0.77

TR ẦN

CK2

H Ư

càng bị hút gần về nhân hơn.

0.75

0.73

0.71

1.50

Trong dãy số liệu trên, bán kính của khí hiếm Ne là bán kính van der Waals nên

10 00

có giá trị lớn hơn bán kính nguyên tử của các nguyên tố khác trong cùng chu kỳ. Trong chu kỳ dài, sự giảm bán kính nguyên tử của các nguyên tố d ít rõ ràng hơn

do cứ mỗi khi điện tích hạt nhân tăng, electron lại thêm vào ở dãy d thuộc phân

lớp bên trong, chắn sức hút của nhân nguyên tử với electron lớp bên ngoài. Hiện

r(Ao)

1.97

1.61

1.45

1.32

1.25

1.28

1.33

1.22

1.21

1.17

-L

Ví dụ

ÁN

Í-

tượng bán kính nguyên tử giảm chậm trong chu kỳ dài gọi là hiện tượng co d.

r(Å)

1.25

1.24

1.25 Br

1.14

IỄ N

ÀN

2.27

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

này, bán kính nguyên tử của các nguyên tố trong một nhóm chính tăng chủ yếu

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

chung, yếu tố tác động mạnh hơn sẽ quyết định xu thế chung. Trong trường hợp

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tích hạt nhân tăng, electron được nhân hút mạnh hơn, làm bán kính giảm. Nói

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nguyên tố trong cùng nhóm: (i) số lớp electron tăng làm bán kính tăng, (ii) điện

Trong phân nhóm của các nguyên tố d, bán kính nguyên tử tăng ít từ chu kỳ 4 qua chu kỳ 5 (do điện tích hạt nhân nguyên tử tăng 18 từ chu kỳ 4 qua chu kỳ 5), bán kính nguyên tử của nguyên tố chu kỳ 5 và 6 gần như bằng nhau do điện tích hạt nhân tăng 32 qua dãy các nguyên tố f, trong khi số lớp electron chỉ tăng một. Hiện tượng bán kính nguyên tử chu kỳ 5 và 6 bằng nhau gọi là hiện tượng co f. Ví dụ;

Ti r(Å)

1.45

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

1.59

1.56

1.28

1.44

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 66

Ngoài ra, ta cũng thấy bán kính của Ga (1.22 Å) ở chu kỳ 4 hơi nhỏ hơn Al

(1.43 Å) ở chu kỳ 3. Hiện tượng này cũng gọi là sự co d: từ Al đến Ga cách nhau

18 nguyên tố, nhưng chỉ tăng 1 lớp electron nên bán kính hơi giảm.

4.3.3. Bán kính ion

U Y

anion: d = rcation + ranion. Bằng các phương pháp ước lượng gần đúng, người ta suy ra

IỄ N

ÀN

Hình 4.6. Bán kính nguyên tử và bán kính ion (nm) của một số nguyên tố

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

bán kính quy ước của ion.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Đối với hợp chất ion, ta đo được khoảng cách giữa các hạt nhân của cation và

Một cách hợp lý, người ta lập luận rằng khi nguyên tử mất electron để thành ion

dương, các electron còn lại sẽ bị nhân hút mạnh hơn nên kích thước ion dương sẽ nhỏ hơn kích thước nguyên tử. Nguyên tử càng mất nhiều electron, kích thước ion dương tạo thành càng giảm. Ngược lại, khi nguyên tử nhận thêm electron để thành ion âm, bán kính của nó sẽ tăng lên. Do đó, với một nguyên tố hóa học, ta có: rM2+ < rM+< rM < r M-. Vì vậy khi đề cập tới bán kính ion phải luôn luôn kèm theo điện tích ion. Ví dụ:

rLi+ = 0.59 Å < rLi = 1.52 Å

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 67

rCl = 0.99 Å < rCl– = 1.81 Å rCr = 1.25 Å > rCr2+ = 0.82 Å > rCr3+ = 0.62 Å Từ dữ liệu bán kính ion của một số ion đơn giản của các nguyên tố phân nhóm

Các ion có điện tích ion tương tự nhau trong cùng phân nhóm: bán kính ion biến

chính trong Hình 4.6 ta rút ra một vài quy luật biến thiên bán kính ion:

0.99

1.38

F– r– (Å)

1.33

I–

1.96

2.20

Ví dụ:

S2–

Cl–

K+

1.84

1.81

1.38

Ca2+

Các ion đẳng điện tử có bán kính giảm khi điện tích hạt nhân Z tăng

rion(Å)

1.00

Năng lượng ion hóa nguyên tử

4.4.

1.81

Br–

H Ư

Cl–

1.48

10 00

Định nghĩa: năng lượng ion hóa là năng lượng cần cung cấp để tách electron ra khỏi nguyên tử hoặc ion ở trạng thái khí. Năng lượng ion hóa là năng lượng ứng với các

quá trình biến đổi sau:

I1: năng lượng ion hóa thứ nhất

(4.1)

X+ (k) → X2+ (k) + 1e

I2: năng lượng ion hóa thứ hai

(4.2)

ÁN

v.v…

-L

Í-

X (k) → X+ (k) + 1e

Năng lượng ion hóa thường được ký hiệu là I hay EI và đo bằng kJ/mol, kcal/mol hay eV (1eV = 23 kcal/mol hay 1.602 x 10–29 J/nguyên tử). Năng lượng hóa I1 là năng

ÀN

lượng tách electron có năng lượng cao nhất ra khỏi nguyên tử. Khi bị tách ra khỏi

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

0.59

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

r+(Å)

Rb+

K+

Na+

ẠO

Li+

Ví dụ:

TR ẦN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

dần trong phân nhóm.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

thiên tương tự bán kính nguyên tử, nghĩa là bán kính các ion cùng điện tích tăng

IỄ N

nguyên tử, điện tử được xem như ở khoảng cách xa vô cực đối với nhân và không còn bị nhân hút nữa. Các nhà hóa học lượng tử giả định rằng năng lượng ion hóa cũng chính là năng lượng của orbital nguyên tử mà electron đã chiếm giữ nếu ta chấp nhận

sau khi electron tách khỏi nguyên tử, không có sự sắp xếp lại cấu hình electron trong ion dương tạo thành. Mặc dù giả định trên chỉ là tương đối, nhưng các giá trị năng lượng ion hóa là một trong những nguồn thông tin quan trọng nhất để các nhà khoa học kiểm chứng mô hình nguyên tử.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 68

Để đo năng lượng ion hóa, nguyên tử được cho vào ống phóng điện, hóa hơi chúng và tăng dần điện thế giữa hai điện cực cho tới khi nguyên tử phóng điện qua ống.

tử luôn trở nên khó khăn hơn. Do đó, với tất cả các nguyên tố hóa học ta luôn có:

H Ư

I1 < I2 < I3 <I4…

TR ẦN

Ta sẽ thấy, khi phân tích dãy năng lượng ion hóa thứ nhất, thứ hai, thứ ba… của một nguyên tố nào đó, ta có thể đoán được nguyên tố đó thuộc nhóm nào trong bảng phân loại tuần hoàn. Ví dụ, xét các giá trị năng lượng ion của Al, ta thấy việc tách

10 00

electron thứ nhất ra khỏi nguyên tử cần 580 kJ/mol, tách electron thứ nhì cần nhiều năng lượng hơn, 1815 kJ/mol, tách electron thứ ba cần 2740 kJ/mol, nhưng để tách

electron thứ tư cần năng lượng lớn hơn rất nhiều, 11600 kJ/mol. Dữ kiện trên hoàn toàn

phù hợp với cấu trúc electron trong nguyên tử Al: lớp vỏ ngoài cùng của Al có 3 electron,

Í-

ba electron bị mất đầu tiên của nhôm là các electron lớp ngoài cùng có năng lượng cao

-L

nên khá dễ tách khỏi nguyên tử, electron thứ tư của Al thuộc lớp bên trong, ở gần nhân

ÁN

hơn và chịu sức hút của nhân mạnh hơn rất nhiều. Do đó, việc tách electron thứ tư khỏi

nguyên tử nhôm khó khăn hơn nhiều. Điều tương tự cũng thấy ở các nguyên tố khác.

ÀN

Ngoài ra, năng lượng ion hóa của nguyên tử đặc trưng cho khả năng nguyên tử

nhường electron để trở thành cation. Do đó nguyên tố hóa học có năng lượng ion hóa

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Các giá trị trong bảng cho thấy việc tách các electron thứ hai, thứ ba… ra khỏi nguyên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

Bảng 4.3 là các giá trị năng lượng ion hóa (kJ/mol) của các nguyên tố chu kỳ 3.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Bảng 4.3. Năng lượng ion hóa (kJ/mol) của các nguyên tố chu kỳ 3

IỄ N

càng nhỏ thì tính kim loại, tính khử của nguyên tố càng cao. Từ đồ thị biểu diễn biến thiên năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố ở

Hình 4.7, ta thấy: -

Năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố trong cùng chu kỳ có khuynh hướng tăng dần, tuy không đều đặn. Năng lượng ion hóa trong chu kỳ tăng do số lớp electron không tăng, nhưng điện tích hạt nhân tăng và bán kính nguyên tử

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 69

giảm nên electron càng bị nhân giữ chặt hơn, cần nhiều năng lượng để ion hóa

TR ẦN

cực đại nhỏ, quan sát rõ nhất ở chu kỳ 2 và chu kỳ 3. Các nguyên tử của nguyên tố có năng lượng ion hóa cực đại sẽ khó mất electron hơn các nguyên tử của

nguyên tố trước và sau nó. Cực đại nhỏ xảy ra ở những nguyên tố có cấu hình

10 00

electron bán bão hòa hay bão hòa, đó là Be (2s2), N (2s2 2p3), Mg (3s2), và P (3s2 3p3). Điều này ủng hộ lập luận cho rằng các cấu hình electron bão hòa và bán

bão hòa tương đối bền hơn các cấu hình khác. Ngoài ra, các khí hiếm cuối chu kỳ

có cấu hình electron bão hòa bền và có năng lượng ion hóa cao nhất.

Í-

Ngoài ra, khi xét cấu hình electron nguyên tử của một số nguyên tử thuộc chu kỳ

-L

3 ở Hình 4.8 ta thấy, phân lớp 3p của Al có năng lượng cao hơn 3s của Mg, do

ÁN

đó năng lượng ion hóa nguyên tử Al sẽ nhỏ hơn nguyên tử Mg. Trong trường hợp

P và S, khi xảy ra sự ion hóa nguyên tử, P sẽ mất electron độc thân 3p, nhưng S

ÀN

mất electron ghép cặp, vì có tương tác đẩy giữa các electron ghép cặp nên S sẽ

hơn P.

IỄ N

dễ mất electron thứ nhất hơn P, do đó năng lượng ion hóa thứ nhất của S nhỏ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Sự biến thiên không đều đặn của năng lượng ion hóa trong chu kỳ tạo nên những

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

Hình 4.7. Biến thiên năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q Đ

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

nguyên tử hơn.

Hình 4.8. Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tử Mg, Al, P, và S Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 70

Trong các chu kỳ dài, năng lượng ion hóa tăng rất ít ở dãy các nguyên tố d do khi tăng điện tích hạt nhân nguyên tử, số electron d điền vào phân lớp bên trong cũng tăng, chắn sức hút của nhân với electron bên ngoài, nên năng lượng ion hóa tăng không đáng kể. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng chắn của các electron d. Trong phân nhóm chính (nhóm A), năng lượng ion hóa thứ nhất giảm do bán kính

nguyên tử tăng nhanh hơn điện tích hạt nhân tăng nên electron ngoài cùng được

I1 (kJ/mol)

520

495

419

409

382

I1 (kJ/mol)

646

664

761

H Ư

Ví dụ:

nguyên tử không tăng, mà điện tích hạt nhân tăng.

ẠO

 Trong các phân nhóm phụ (nhóm B), năng lượng ion hóa tăng do bán kính

TR ẦN

Nói chung, trong chu kỳ, năng lượng ion hóa tăng nên tính kim loại của các nguyên tố giảm. Trong phân nhóm chính, năng lượng ion hóa giảm nên tính kim loại của

Ái lực điện tử

10 00

4.5.

các nguyên tố tăng. Ngược lại tính kim loại trong phân nhóm phụ hơi giảm.

Ái lực điện tử đặc trưng cho khuynh hướng nhận thêm electron của nguyên tử, là

năng lượng tương ứng với quá trình nguyên tử ở thể khí kết hợp với electron để tạo

Í-

thành ion âm, ứng với quá trình sau:

-L

X (k) + e → X– (k)

(4.3)

ÁN

Bảng 4.4 là giá trị ái lực điện tử (kJ/mol) của một số nguyên tố hóa học trong

bảng phân loại tuần hoàn, cho thấy giá trị ái lực điện tử có thể mang âm hoặc dương.

ÀN

Quá trình nhận thêm một electron vào nguyên tử có thể phải cung cấp thêm năng lượng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

N U Y

Ví dụ:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nhân giữ kém chặt hơn.

IỄ N

(A > 0, không thuận lợi về mặt nhiệt động học) hoặc tự phát ra năng lượng (A < 0, thuận lợi về mặt nhiệt động học). Để ý rằng một số tài liệu khác có thể dùng ái lực điện tử

ngược dấu với dấu nhiệt động hóa học, hoặc đơn giản hơn nữa, chỉ dùng giá trị tuyệt không có dấu. Trong tài liệu này chúng ta không sử dụng các quy ước như vậy. Việc nhận thêm electron thứ hai, thứ ba vào nguyên tử luôn luôn không thuận lợi về năng lượng do có sự đẩy nhau giữa ion âm và electron thêm vào, nên các giá trị A2, A3 luôn luôn dương.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 71

đó các số liệu về ái lực điện tử không tiện dụng như giá trị năng lượng ion hóa. Ái lực

10 00

điện tử đặc trưng cho khả năng nhận thêm electron của nguyên tử. Một nguyên tố có ái lực điện tử mạnh, nghĩa là giá trị ái lực điện tử càng âm nhiều, nguyên tử càng dễ nhận

thêm electron, tính phi kim của nguyên tố càng mạnh và ngược lại.

Biến thiên ái lực điện tử của nguyên tử các nguyên tố nói chung là phức tạp. Một

Í-

số nguyên tử có ái lực điện tử dương, tức là nguyên tử chống lại sự nhận thêm electron,

-L

đó là các nguyên tử có cấu hình electron bão hòa hoặc bán bão hòa (Be, N, Mg, và các

ÁN

khí hiếm). Các nguyên tử có ái lực điện tử mạnh nhất chính là các halogen, vậy tính phi

kim của các halogen là cao nhất trong chu kỳ.

ÀN

Biến thiên ái lực điện tử trong từng nhóm nguyên tố cũng không đơn giản. Ví dụ,

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

số nguyên tố khác có giá trị ái lực điện tử xác định bằng các phương pháp gián tiếp. Do

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Đến nay, chỉ mới xác định trực tiếp giá trị ái lực điện tử của một số nguyên tố. Một

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Bảng 4.4. Ái lực điện tử (kJ/mol) của một số nguyên tử trong bảng phân loại tuần hoàn

IỄ N

từ các giá trị ái lực điện tử của các halogen trong Bảng 4.4, ta thấy ái lực điện tử của các halogen yếu dần từ Cl đến I. Điều này được cho là do bán kính của các nguyên tử halogen tăng dần từ Cl đến I nên lực hút của nhân nguyên tử với electron nhận thêm

giảm dần. Tuy nhiên nguyên tử của nguyên tố F ở chu kỳ 2 có bán kính khá nhỏ, dẫn đến mật độ electron trên lớp 2p khá cao nên khả năng nhận thêm electron cũng thấp, vì vậy ái lực điện tử của F kém hơn Cl. Trong chu kỳ, nếu chỉ xét những nguyên tố có ái lực điện tử âm thì thấy ái lực điện tử các nguyên tố mạnh dần, phù hợp với tính phi kim tăng dần trong chu kỳ. Như

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 72

vậy, các giá trị năng lượng ion hóa và ái lực điện tử phản ánh một cách thống nhất sự biến thiên của tính kim loại, phi kim của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn. 4.6.

Độ âm điện

quanh chúng ta vượt xa nhiều so với số đơn chất. Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy

kết hợp với nhau tạo thành các đơn chất và hợp chất. Dễ dàng nhận thấy số hợp chất

Trong thực tế, hầu hết các nguyên tử không tồn tại ở trạng thái đơn nguyên tử mà

trong hợp chất. Đại lượng đó được gọi là độ âm điện.

Độ âm điện được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút electron về

H Ư

phía mình của nguyên tử khi nó liên kết với nguyên tử khác. Nói cách khác, khi hai nguyên tử của hai nguyên tố khác nhau liên kết với nhau, nguyên tử của nguyên tố có

TR ẦN

độ âm điện cao sẽ rút electron liên kết về phía nó nhiều hơn, khi đó sẽ hình thành trung tâm tích điện âm ở nguyên tử có độ âm điện cao và ngược lại.

10 00

Pauling là người đầu tiên đề nghị khái niệm độ âm điện và lập ra thang độ âm điện. Pauling nêu giả thiết rằng khi tạo thành phân tử HX, năng lượng liên kết H – X là

(4.4)

Í-

trung bình nhân của năng lượng liên kết H – H và X – X:

-L

Nếu H và X có độ âm điện bằng nhau, tức là các electron liên kết phân bố đều

ÁN

giữa H và X, sẽ không có sự sai biệt giữa EH – X (lý thuyết) và EH – X(thực tế) xác định từ thực nghiệm. Ngược lại, nếu X âm điện hơn H, electron liên kết sẽ lệch về X nhiều hơn, và

tạo thành một lưỡng cực H+ X-. Khi đó tương tác tĩnh điện giữa các cực làm

Pauling đặt:

(4.5)

Hay:

(4.6)

và

(4.7)

IỄ N

ÀN

EH – X (thực tế) lớn hơn EH – X (lý thuyết).

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

hướng và mức độ hình thành các trung tâm tích điện âm và dương trên các nguyên tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

chất của hợp chất. Các nhà hóa học rất muốn tìm ra một đại lượng để đánh giá khuynh

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tử, tạo thành các tâm tích điện âm và dương. Điều đó ảnh hưởng mạnh tới tính

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

trong phần lớn các hợp chất, electron có khuynh hướng phân bố không đều trên các

Trong (4.7), Xx và XH là độ âm điện của X và H, k là hệ số tỉ lệ. Nếu năng lượng liên kết được đo bằng eV thì k = 1; nếu năng lượng được đo theo kJ/mol thì k = 96.5. Công thức (4.7) có thể chuyển thành:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(với năng lượng tính theo www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 73

kJ/mol). Do đó, Pauling tính được hiệu số độ âm điện của từng cặp nguyên tử X và H. Nguyên tố có độ âm điện cao nhất là F được gán giá trị XF = 4, từ đó tính được độ âm điện của các nguyên tố khác và lập nên bảng độ âm điện.

điện khác nhau được đề nghị, nhưng giá trị tuyệt đối của độ âm điện của các nguyên tố

Sau này có khoảng 20 cách tính độ âm điện khác nhau, ứng với 20 thang độ âm

theo các thang này khá giống nhau. Lưu ý rằng độ âm điện của các nguyên tố hóa học

Từ giá trị độ âm điện trong Bảng 4.5, ta thấy một số khuynh hướng biến thiên độ

IỄ N

ÀN

âm điện của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Bảng 4.5. Độ âm điện theo Pauling của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

chất chứ không phải trong nguyên tử.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

quy ước. Độ âm điện là một khái niệm được đề cập tới trong phân tử, hay trong hợp

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

không phải là một đại lượng vật lý thuần túy mà là một đại lượng hoàn toàn mang tính

 Độ âm điện tăng dần trong chu kỳ, các phi kim có độ âm điện cao hơn các kim loại;

 Trong phân nhóm của các nguyên tố s và p, độ âm điện giảm dần phù hợp với tính kim loại của các nguyên tố tăng dần;  Trong phân nhóm các nguyên tố d, biến thiên độ âm điện phức tạp hơn, những phân nhóm d đầu dãy có độ âm điện trong nhóm giảm dần, những phân nhóm d về sau có độ âm điện tăng dần.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 74

Tuy độ âm điện là một giá trị có tính qui ước, nhưng rất tiện dụng. Biết độ âm điện của nguyên tố, ta có thể đánh giá một cách tương đối:  Tính kim loại hay phi kim của nguyên tố: độ âm điện của nguyên tố càng cao, nguyên tố càng có tính phi kim cao.

 Tính ion hay cộng hóa trị của liên kết hóa học: liên kết hóa học tạo thành giữa các

Í-

Trong các phần trước đây của chương này, ta đã xét biến thiên một số tính chất

-L

của các nguyên tử trong bảng phân loại tuần hoàn. Ta sẽ tổng kết các tính chất đó trong

ÁN

phần này của chương. Hình 4.8 tóm tắt khuynh hướng biến thiên chung của bán kính

nguyên tử, năng lượng ion hóa, và tính kim loại – phi kim của các nguyên tố s, d, và p.

ÀN

Dễ dàng thấy rằng bán kính nguyên tử và năng lượng ion hóa biến thiên ngược chiều

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Hình 4.8. Chiều hướng biến thiên một số tính chất cơ bản của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần hoàn

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q 10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hoàn

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Biến thiên tuần hoàn tính chất của các nguyên tố trong bảng phân loại tuần

U Y

4.7.

nguyên tố có chênh lệch độ âm điện cao sẽ có tính ion cao.

nhau, bán kính nguyên tử càng lớn, năng lượng ion hóa của nguyên tử càng nhỏ. Năng

IỄ N

lượng ion hóa của nguyên tử càng thấp, nguyên tử càng dễ nhường electron, tính kim loại của nó mạnh và tính phi kim yếu. Theo lập luận đó, tính phi kim của các nguyên tố tăng trong chu kỳ và giảm trong phân nhóm. Vì vậy, trong bảng phân loại tuần hoàn, tính phi kim của các nguyên tố tăng theo chiều đường chéo từ góc dưới bên trái của bảng sang góc phải phía trên của bảng (xem Hình 4.8), tính kim loại tăng theo chiều từ góc

phải trên của bảng đến góc trái bên dưới bảng. Nguyên tố có tính kim loại mạnh nhất trong bảng phân loại tuần hoàn nằm ở bên dưới góc trái của bảng, là Cs (Fr thường

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 75

không được kể vì phóng xạ). Nguyên tố có tính phi kim mạnh nhất nằm ở phía trên, góc phải của bảng phân loại tuần hoàn, là F (không kể các khí hiếm vì khí hiếm khá trơ hóa học).

oxide của chúng cũng tương đương. Hình 4.9a tóm tắt công thức và tính acid – base

ngược lại ở Hình 4.8 có tính kim loại tương đương, dẫn tới tính chất acid – base của

Ngoài ra, đối với các nguyên tố s và p, các nguyên tố nằm trên đường chéo

góc trên bên trái xuống, tính acid – base của các nguyên tố là tương đương. Góc trái –

bên dưới của bảng là các oxide base (các ô màu xanh), góc phải – trên của bảng là các

oxide acid (các ô màu hồng), giữa chúng là các oxide lưỡng tính (các ô màu tím, gồm

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

BeO, Al2O3, Ga2O3, SnO2, PbO2).

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

tăng dần, trong phân nhóm, tính base của oxide tăng dần. Do đó, theo đường chéo từ

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

base của chúng thay đổi dần trong chu kỳ và nhóm: trong chu kỳ, tính acid của oxide

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

cao nhất của các nguyên tố thay đổi theo số thứ tự nhóm của chúng, tính chất acid –

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

của các oxide có số oxi hóa cao nhất của các nguyên tố s và p. Ta thấy công thức oxide

Hình 4.9. a) Hợp chất oxide với số oxi hóa cao nhất của các nguyên tố s và p, các ô màu xanh là oxide base, màu tím là oxide lưỡng tính, màu hồng là oxide acid; b) Hợp chất hydride của các nguyên tố s và p, các ô màu xanh là hydride ion, màu hồng là hợp chất cộng hóa trị phân tử.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 76

Hợp chất của hydro với các nguyên tố s và p được tóm tắt trong Hình 4.9b. Tương tự như các oxide, công thức hợp chất hydride thay đổi theo nhóm, nhưng tính chất của liên kết thay đổi trong chu kỳ và trong nhóm. Các hydride trong các ô màu xanh ở góc trái là hydride ion. Các hợp chất trong ô màu hồng ở góc phải là các phân tử cộng

hóa trị, các ô ở giữa mang tính chất trung gian (BeH2, MgH2, InH3, TlH).

Như vậy, trong chương này ta đã thấy sự biến thiên tuần hoàn một số tính chất

ẠO

sẽ nhắc qua khái niệm hóa trị ở Chương 5, nhưng sẽ không nhắc lại cách xác định số

oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất hóa học. Sinh viên tự ôn lại cách xác định số

oxi hóa để sử dụng trong các chương kế tiếp, phần biến thiên tuần hoàn số oxi hóa của

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

các nguyên tố hóa học sẽ được đề cập chi tiết trong chương trình hóa học vô cơ.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

đầu làm quen với các hợp chất hóa học, nhưng lại không tiện dụng bằng số oxi hóa. Ta

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

nguyên tố không đề cập trong phần này. Khái niệm hóa trị tuy dễ dàng khi chúng ta bắt

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

đại lượng hóa trị và số oxi hóa, biến thiên tuần hoàn của hóa trị và số oxi hóa của các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

của các nguyên tố hóa học trong bảng phân loại tuần hoàn. Trước đây ta đã dùng các

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 77

Chương 5

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC CÁC MÔ HÌNH LIÊN KẾT HÓA HỌC ĐƠN GIẢN

5.1. Khái niệm liên kết hóa học và các kiểu liên kết hóa học cơ bản

Trong tự nhiên chỉ có một số rất ít các chất tồn tại ở dạng đơn nguyên tử, không

nguyên tố liên kết với nhau theo nhiều kiểu khác nhau, tạo nên số lượng rất lớn các hợp

chất khác nhau, làm cho thế giới vật chất quanh ta vô cùng đa dạng và phong phú.

H Ư

Câu hỏi đặt ra là tại sao các nguyên tử không tồn tại riêng lẻ mà lại liên kết với nhau? Các nhà khoa học đều đồng ý rằng các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành

TR ẦN

các đơn chất và hợp chất có năng lượng thấp hơn, tức là tương đối bền hơn. Khó có thể định nghĩa một cách chính xác về liên kết hóa học. Một cách đơn giản,

10 00

người ta cho rằng liên kết hóa học là lực giữ một nhóm các nguyên tử lại với nhau để chúng biểu hiện các tính chất vật lý và hóa học đặc trưng như một thể thống nhất. Các

nghiên cứu cho thấy rằng tùy theo bản chất liên kết giữa các nguyên tử với nhau mà các

chất tạo thành có các tính chất đặc trưng của nó. Ví dụ, than chì (graphite) và kim cương

Í-

đều được tạo thành từ các nguyên tử carbon liên kết với nhau; nhưng than chì có màu

-L

đen, khá mềm và được dùng làm chất bôi trơn trong các động cơ, còn kim cương trong

ÁN

suốt và rất cứng, được dùng làm dao để cắt các vật liệu khác. Tại sao than chì và kim cương đều được tạo thành từ carbon mà tính chất của chúng lại khác xa nhau như vậy?

Đó là do các nguyên tử carbon liên kết với nhau theo những cách khác nhau trong than

IỄ N

ÀN

chì và trong kim cương.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nhiều loại nguyên tố khác nhau. Với hơn 100 nguyên tố hóa học, các nguyên tử của các

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

các hợp chất. Mỗi loại hợp chất được tạo thành từ sự liên kết của các nguyên tử của

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nước, đất đá, dầu mỏ, cây cối, cơ thể sinh vật,... đều là các hợp chất hoặc hỗn hợp của

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

liên kết với nguyên tử khác. Đó là các khí hiếm. Hầu hết vật chất chung quanh chúng ta,

Một ví dụ khác, carbon và silic cùng thuộc nhóm 14 (IVA) trong bảng phân loại

tuần hoàn. Ở dạng đơn chất, chúng đều có cấu trúc giống nhau và giống kim cương. Chúng tạo thành các oxide có công thức là CO2 và SiO2. Từ kiến thức của chúng ta về sự biến thiên tuần hoàn tính chất của các đơn chất và các hợp chất, ta có thể dự đoán là CO2 và SiO2 đều là các hợp chất cộng hóa trị. Tuy nhiên, SiO2 (cát, thạch anh) là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy rất cao, còn CO2 (sản phẩm của sự hô hấp) có nhiệt độ nóng chảy rất thấp; ở điều kiện thường, nó là một chất khí. Tại sao C và Si thuộc cùng một nhóm trong bảng phân loại tuần hoàn, các oxide của chúng có công thức tương tự nhau

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 78

nhưng nhiệt độ nóng chảy lại khác xa nhau như vậy? Để trả lời cho các câu hỏi đó, các nhà hóa học phải đề nghị các mô hình để mô tả cấu trúc các chất. Từ đó, các học thuyết về liên kết hóa học để giải thích cấu tạo và tính chất các chất ra đời. Để đưa ra các thuyết về liên kết hóa học, rất nhiều loại dữ kiện thực nghiệm khác

tính tan của các chất, tính chất của dung dịch, năng lượng liên kết và các giá trị nhiệt

nhau đã được xem xét kỹ lưỡng: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, độ cứng, độ dẫn điện,

ẠO

trong một số nguyên tử, cực âm trội, trong một số nguyên tử khác, cực dương trội, các

nguyên tử có cực trái nhau sẽ hút lẫn nhau để tạo thành các chất khác nhau, v.v… Đến

khi Lewis đưa ra thuyết liên kết hóa học dựa trên cấu trúc của nguyên tử theo thuyết cơ

H Ư

học lượng tử thì các học thuyết về liên kết hóa học bắt đầu phát triển theo những hướng

TR ẦN

ngày càng hiện đại hơn. Đến nay, có ba loại liên kết hóa học cơ bản được đề nghị: (i) Liên kết kim loại tạo thành giữa các nguyên tử kim loại với nhau. Ví dụ, liên kết

trong kim loại đồng, sắt, trong các hợp kim đồng thau, thép... là liên kết kim loại;

10 00

(ii) Liên kết cộng hóa trị tạo thành giữa các nguyên tử phi kim với nhau. Ví dụ, liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử H2, CO2, HCl, hoặc giữa các nguyên tử

carbon trong kim cương, giữa các nguyên tử O và Si trong SiO2... là liên kết cộng

hóa trị;

Í-

(iii) Liên kết ion tạo thành giữa các phi kim và kim loại, ví dụ liên kết trong muối ăn

-L

NaCl, đá vôi CaCO3, thuốc tím KMnO4... là liên kết ion.

ÁN

Ba kiểu liên kết kể trên là các kiểu liên kết hóa học cơ bản. Thực tế, không có

ranh giới rõ ràng giữa các loại liên kết này. Ví dụ, một số hợp chất như AlCl3, AlBr3 là

ÀN

hợp chất giữa kim loại và phi kim nên có thể coi là hợp chất ion, nhưng thực tế chúng có

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Bezelius giải thích bằng thuyết điện hóa học: các nguyên tử đều có hai cực âm dương,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Bergmann và Berthollet giải thích liên kết giữa các nguyên tử bằng lực vạn vật hấp dẫn,

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hóa học đã cố gắng giải thích liên kết hóa học theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ,

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

động học khác, quang phổ, từ tính, v.v… Trong lịch sử, từ kết quả thực nghiệm, các nhà

IỄ N

tính cộng hóa trị khá cao. Ba kiểu liên kết trên còn gọi là các kiểu liên kết mạnh do năng lượng liên kết của chúng khá cao. Mỗi kiểu liên kết nói trên còn được mô tả theo một hoặc nhiều mô hình khác nhau. Ngoài các liên kết mạnh vừa kể, còn có các loại liên kết yếu giữa các phân tử mà chúng ta chưa bàn tới trong chương này. Sau đây chúng ta sẽ

lần lượt xét từng kiểu liên kết hóa học cơ bản theo các mô hình liên kết đơn giản.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 79

5.2.

Liên kết trong kim loại – thuyết khí quyển electron Phần lớn các nguyên tố hóa học trong bảng phân loại tuần hoàn là kim loại. Ở

điều kiện thường, hầu hết các kim loại đều là các chất rắn tinh thể, trong đó các nguyên

nhiệt và dẫn điện tốt, có ánh kim, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. Vậy, các nguyên tử kim loại

tử kim loại ở rất gần nhau nên liên kết với nhau. Đặc điểm chung của các kim loại là dẫn

đã liên kết với nhau như thế nào để có những đặc tính đó?

cao, do đó các electron lớp ngoài cùng bị nhân nguyên tử giữ không chặt lắm, chúng dễ

ràng thoát ra khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do. Như vậy, trong kim loại, các hạt

mang điện tự do chính là các electron tự do. Các electron tự do hình thành nên “khí

H Ư

quyển electron” có điện tích âm, còn các nhân nguyên tử và các electron còn lại tạo

TR ẦN

thành mạng lưới tích điện dương (Hình 5.1). Tương tác điện giữa các electron tự do và mạng dương điện giữ các nguyên tử kim loại lại với nhau, đồng thời tạo nên tính dẫn

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

gọi là liên kết kim loại.

IỄ N D

điện của kim loại. Lực liên kết giữa các nguyên tử kim loại trong tinh thể như vậy được

Hình 5.1. Mô hình “khí quyển electron” với mạng lưới

các ion kim loại mang điện tích dương và khí quyển electron tự do

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

đối lớn (so với phi kim), năng lượng ion hóa của nguyên tử kim loại thường không quá

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

electron. Thuyết khí quyển electron cho rằng các nguyên tử kim loại có bán kính tương

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

các hạt mang điện có khả năng chuyển động tự do. Từ đó ra đời thuyết khí quyển

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Vì kim loại dẫn điện nên người ta cho rằng trong mạng tinh thể kim loại phải có

Lực liên kết kim loại như trên tác động như nhau theo mọi hướng trong tinh thể

kim loại, do đó khi dát mỏng tấm kim loại chẳng hạn, các lớp kim loại trượt lên nhau, nhưng lực liên kết kim loại vẫn không bị phá hủy, vì vậy có thể dát mỏng và kéo sợi kim loại. 5.3.

Hợp chất ion và liên kết trong hợp chất ion Một trong các hợp chất ion chúng ta đều biết là NaCl, là một chất rắn, dẫn điện

khi nóng chảy. NaCl tan trong nước, và dung dịch nước của nó cũng dẫn điện. Các dữ Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 80

kiện trên khiến người ta tin rằng NaCl tạo thành từ các ion Na+ và Cl–. Người ta cho rằng, khi natri kim loại phản ứng với khí clo, có sự dịch chuyển electron trên lớp vỏ của các nguyên tử natri sang lớp vỏ của các nguyên tử clo, tạo thành các ion Na+ và Cl kết nhất là, điều đó xảy ra để hợp chất NaCl tạo thành đạt được trạng thái năng lượng thấp

nhất có thể có, thấp hơn năng lượng của natri và clo ở trạng thái đơn chất.

hợp với nhau tạo thành tinh thể natriclorua. Tại sao điều đó xảy ra? Câu trả lời đơn giản

thành giữa các ion trái dấu nhau như trên gọi là hợp chất ion.

ẠO

này mang tính chất của tương tác tĩnh điện và được gọi là liên kết ion. Hợp chất tạo

H Ư

Trong ví dụ trên, natri và clo là hai nguyên tố hóa học có khả năng cho – nhận electron trái ngược nhau: natri là nguyên tố đầu chu kỳ 3, có năng lượng ion hóa thấp,

TR ẦN

có khả năng cho electron dễ dàng để tạo ion dương; clo là nguyên tố cuối chu kỳ 3, có ái lực electron mạnh nên dễ dàng nhận thêm electron từ natri. Trong hợp chất NaCl, natri

có độ âm điện thấp, clo có độ âm điện cao, nên có thể coi như clo lấy hẳn một electron

10 00

của natri, tức là trong hợp chất tồn tại các ion Na+ và Cl tích điện ngược dấu nhau. Tóm lại, khi hai nguyên tố hóa học có tính chất nhường – nhận eclectron trái

ngược nhau, có độ âm điện cách biệt nhau đáng kể, phản ứng với nhau sẽ tạo thành

các ion trái dấu nhau. Lực liên kết tĩnh điện giữ các ion trái dấu đó lại với nhau tạo thành

-L

Í-

hợp chất ion. Sau đây chúng ta sẽ xem xét chi tiết hơn một số tính chất của các hợp

ÁN

chất ion.

5.3.1. Một số đặc tính chung của các hợp chất ion

ÀN

Thành phần các hợp chất ion trải dài từ muối, đến hydroxide, oxide kim loại, và

sulfur kim loại. Mặc dù tính chất của chúng thay đổi trong khoảng khá rộng, chúng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

lực tương tác rất lớn giữa các ion trái dấu nhau trong tinh thể natriclorua. Lực liên kết

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

trái dấu. Tinh thể natriclorur có nhiệt độ nóng chảy rất cao, khoảng 800oC, chứng tỏ có

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

kèm theo sự phát ra năng lượng. Phần lớn năng lượng phát ra là do lực hút giữa các ion

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Thật vậy, quá trình tạo thành tinh thể natriclorua từ tương tác giữa natri và clo

IỄ N

thường có các tính chất chung sau:  Là các chất rắn tinh thể, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao,  Dẫn điện ở trạng thái nóng chảy,  Thường dễ tan trong nước, và dung dịch nước của chúng dẫn điện.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 81

5.3.2. Thành phần các hợp chất ion và cấu hình electron của các ion đơn giản Các quan sát thực nghiệm cho thấy chỉ có các khí hiếm có cấu hình electron lớp vỏ ngoài cùng ns2 np6 mới tồn tại ở dạng đơn nguyên tử. Các nguyên tử khí hiếm không kết hợp với nhau, cũng rất khó kết hợp với các nguyên tử của nguyên tố khác để tạo

ứng với các nguyên tử khác. Pauling là người đầu tiên đề nghị nguyên tử của các

thành hợp chất. Các nhà khoa học tin rằng, các nguyên tử khí hiếm bền nên không phản

Ví dụ, muối ăn, NaCl, tạo thành từ các ion Na+ và Cl– với cấu hình electron của

H Ư

 Cấu hình electron của ion Na+ : 1s2 2s2 2p6

khí hiếm (được gạch dưới) như sau:

TR ẦN

 Cấu hình electron của ion Cl– : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Tuy nhiên, các quan sát sau này cho thấy thành phần cation và anion phức tạp hơn. Các cation của nguyên tố s,p, có thể có cấu hình của khí hiếm, hoặc giả khí hiếm

10 00

(18 electron lớp ngoài cùng), hoặc cấu hình (18 + 2) electron như đã đề cập ở phần 4.2.3. Ví dụ, Ga3+ và Sn4+ có cấu hình 18 electron lớp vỏ ngoài cùng, Sn2+ có cấu hình

(18 + 2) electron trong các hợp chất GaCl3, SnF4, SnCl2...

Ga3+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10

-L

Í-

Sn4+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10

ÁN

Sn2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2

Với các kim loại nguyên tố d, cấu hình electron của cation rất đa dạng. Ví dụ,

ÀN

cation Ni2+ có cấu hình electron là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8; Zn2+ có cấu hình 1s2 2s2 2p6

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

khí hiếm.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

tử có thể nhường hoặc nhận thêm electron để tạo thành ion với cấu hình electron của

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hợp chất (hoặc đơn chất) tạo thành sẽ bền. Trên cơ sở đó, Pauling cho rằng các nguyên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nguyên tố kết hợp với nhau sao cho các nguyên tử đều đạt cấu hình khí hiếm, khi đó

IỄ N

3s2 3p6 3d10. Ngoài ra, nhiều muối amonium, titanyl... cũng được xếp vào hợp chất ion, trong đó cation là các ion phức tạp, NH4+, TiO2+. Cấu trúc của các ion này sẽ được đề cập trong phần hợp chất cộng hóa trị hoặc các nội dung khác của chương trình hóa học vô cơ. Tương tự như cation, các anion đơn giản được tạo thành từ các phi kim như H–, Cl–, O2–, S2–… có cấu hình tương tự khí hiếm; các anion trong các hợp chất ion có thể là anion phức tạp, ví dụ NO3–, SO42–, OH–, CO32– v.v…Cấu trúc các ion này sẽ được đề cập sau.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 82

5.3.3. Cấu trúc hợp chất ion - mạng tinh thể ion Các hợp chất ion là những chất rắn trong đó chứa một số rất lớn các cation và anion xếp chặt vào nhau theo trật tự nhất định, tạo thành mạng tinh thể ion sao cho

cation – anion trong mạng tinh thể là cực đại. Các tiểu phân trong hợp chất ion có thể

tương tác đẩy giữa anion – anion và cation – cation là cực tiểu, tương tác hút giữa

b) Các thông số mạng của ô mạng cơ sở

Để mô tả cấu trúc hợp chất ion, người ta dùng ô mạng cơ sở, là phần không gian

10 00

nhỏ nhất có cấu trúc đặc trưng cho tinh thể. Hình 5.2a là biểu diễn ô mạng cơ sở trong mạng tinh thể ion. Từ ô mạng cơ sở, ta có thể hình dung toàn bộ mạng tinh thể ion bằng

cách tịnh tiến ô mạng cơ sở theo ba phương trong không gian. Mỗi ô mạng cơ sở được

đặc trưng bởi sáu thông số mạng, a, b, c là ba thông số cạnh của ô mạng, , ,  là ba

Í-

thông số góc của ô mạng (xem Hình 5.2b). Theo qui ước,  là góc nằm giữa hai cạnh b

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

và c,  là góc giữa hai cạnh a và c, và  là góc giữa hai cạnh a và b.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Hình 5.2. a) Ô mạng cơ sở trong mạng tinh thể;

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q a)

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

sắp xếp theo nhiều cách khác nhau, tạo nên nhiều cấu trúc ion khác nhau.

Hình 5.3. Ô mạng cơ sở của a) NaCl, và b) CsCl. Để làm quen với các kiểu mạng tinh thể khác nhau, ta sẽ xét kỹ hơn một số đặc trưng của hai ô mạng cơ sở NaCl và CsCl trong Hình 5.3. Các ô mạng cơ sở của NaCl

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 83

và CsCl đều là ô lập phương, do đó  =  =  = 90o, a = b = c, gọi là chiều dài hay cạnh ô mạng lập phương. Số phối trí của các ion trong mạng tinh thể Trong mạng tinh thể NaCl, mỗi ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl– ở cùng

khoảng cách gần nhất, và ngược lại mỗi ion Cl– cũng được bao quanh bởi 6 ion Na+ ở

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

H Ư

Số nguyên tử / ion trong mỗi ô mạng cơ sở là một đặc trưng quan trọng của mạng tinh thể. Vì mỗi ô mạng cơ sở chỉ là một phần của không gian, một phần của tinh thể, do

TR ẦN

đó các nguyên tử / ion ở các vị trí khác nhau đóng góp khác nhau vào ô mạng cơ sở:  Mỗi ô mạng cơ sở có 8 đỉnh, mỗi đỉnh dùng chung cho 8 ô mạng liền kề, do đó

10 00

mỗi nguyên tử / ion ở đỉnh ô mạng cơ sở chỉ đóng góp 1/8 nguyên tử / ion vào ô mạng cơ sở.

Mỗi ô mạng cơ sở có 6 mặt, mỗi mặt dùng chung cho 2 ô mạng liền kề, do đó



mỗi nguyên tử / ion ở mặt ô mạng cơ sở chỉ đóng góp 1/2 nguyên tử / ion vào Mỗi ô mạng cơ sở có 12 cạnh, mỗi cạnh dùng chung cho 4 ô mạng liền kề, do

-L



Í-

ô mạng cơ sở.

ÁN

đó mỗi nguyên tử / ion ở mặt ô mạng cơ sở chỉ đóng góp 1/4 nguyên tử / ion

vào ô mạng cơ sở.

 Toàn bộ nguyên tử / ion ở tâm thuộc về ô mạng cơ sở.

IỄ N

Với tinh thể NaCl, ta có:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Số nguyên tử / ion trong mỗi ô mạng cơ sở

ẠO

mạng lập phương, gồm hai mạng lập phương của cation và anion lồng vào nhau.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Trong mạng CsCl, số phối trí của Cs+ và Cl– đều là 8, kiểu mạng này được gọi là

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

lập phương tâm diện, hai mạng lập phương tâm diện này lồng vào nhau.

U Y

mạng NaCl được gọi là mạng lập phương tâm diện do mỗi loại ion tạo thành một mạng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

gần nhất. Người ta gọi số phối trí của Na+ và Cl– trong mạng tinh thể NaCl là 6. Kiểu

 Số ion Na+ trong một ô mạng cơ sở = 12 cạnh * 1/4 ion/cạnh + 1 ion (tâm ô mạng) = 4 ion. 

Số ion Cl– trong một ô mạng cơ sở = 8 đỉnh * 1/8 ion/đỉnh + 6 mặt * 1/2 ion/mặt = 4 ion.

Vậy, có 4 ion Na+ và 4 ion Cl– trong mỗi ô mạng cơ sở NaCl, tỷ lệ ion Na+/Cl– trong ô mạng cơ sở là 1/1, phù hợp công thức hợp chất của natricloride là NaCl.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 84

Với tinh thể CsCl, ta có:  Số ion Cs+ trong một ô mạng cơ sở = 1 ion (tâm ô mạng).

Vậy, có 1 ion Cs+ và 1 ion Cl– trong mỗi ô mạng cơ sở CsCl. Tương tự như

trường hợp NaCl, tỷ lệ ion Cs+/Cl– trong ô mạng cơ sở là 1/1, phù hợp công thức hợp

 Số ion Cl– trong một ô mạng cơ sở = 8 đỉnh * 1/8 ion/đỉnh = 1 ion.

công thức tương tự nhau vẫn có thể có phối trí ion, số nguyên tử / ion trong ô mạng cơ

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

điện tích của ion. Ví dụ, hóa trị của Na+ và Cl– trong NaCl bằng +1 và -1. Từ công thức

của hợp chất ion, ta dễ dàng xác định điện tích cation và anion, và ngược lại nếu biết

H Ư

điện tích ion, ta dễ dàng xác định công thức hóa học của hợp chất.

TR ẦN

Từ cấu trúc của hợp chất ion, ta thấy không có “phân tử ion” mà chỉ có mạng tinh thể ion. Vì không có các phân tử ion, nên công thức của hợp chất ion, ví dụ NaCl, CaCl2, BaCO3 v.v… không phải là công thức phân tử, nó chỉ nêu lên tỷ lệ nguyên tử giữa các

10 00

nguyên tố tạo nên mạng tinh thể, và được coi là công thức đơn giản nhất của hợp chất ion.

Trong mạng tinh thể ion, các ion trái dấu hút nhau, các ion cùng dấu đẩy nhau.

Tương tác hút – đẩy phụ thuộc vào điện tích ion, khoảng cách giữa các ion. Điện tích ion

-L

Í-

càng lớn, tương tác ion càng mạnh; các ion càng ở gần nhau, tương tác ion càng mạnh. Lực tương tác ion có thể hình thành theo bất cứ phương nào trong không gian, tùy thuộc

ÁN

vào vị trí ion trong mạng tinh thể. Lực tương tác ion như vậy mang tính điện, không có tính định hướng, và không bão hòa. Vì lực liên kết ion là lực tương tác mạnh, tác dụng

ÀN

đều theo mọi hướng trong tinh thể ion nên các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy và

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Cũng nói thêm rằng, khái niệm hóa trị dùng trong hợp chất ion là điện hóa trị, chính là

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

sở, và cấu trúc khác nhau, không thể dự đoán được từ công thức hợp chất của chúng.

http://daykemquynhon.ucoz.com

Với các ô mạng tinh thể ion vừa mô tả, ta dễ dàng thấy các hợp chất ion dù có

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

chất của nó là CsCl.

IỄ N

nhiệt độ sôi cao.

5.3.4. Lực tương tác ion - năng lượng mạng tinh thể ion Độ mạnh của lực kiên kết ion, hay năng lượng liên kết ion, được đánh giá qua năng lượng mạng tinh thể ion. Năng lượng mạng tinh thể ion được quy ước là năng lượng phát ra khi hình thành 1 mol tinh thể ion từ các ion tương ứng ở trạng thái khí. Đó là năng lượng tương ứng với quá trình sau: M+ (k) + X– (k)  MX (mạng tinh thể)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Umtt

(5.1)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 85

Quá trình tạo nên mạng tinh thể ion là quá trình tỏa nhiệt nên năng lượng mạng tinh thể ion mang dấu âm. Giá trị tuyệt đối của năng lượng mạng tinh thể ion càng lớn, lực liên kết trong tinh thể ion càng mạnh, mạng tinh thể ion càng khó bị phá vỡ, hợp chất ion càng có nhiệt độ nóng chảy cao.

Trong thực tế, dựa trên định luật Hess, cho rằng nhiệt biến thiên của quá trình chỉ

phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của quá trình mà không phụ thuộc đường biến đổi,

½ Cl2 (k)

NaCl (tinh thể)

I1,Na

ACl Cl – (k)

Umtt

10 00

Na+ (k)

Cl (k)

H Ư

Na (k)

½ DCl2

TR ẦN

SNa

Các giá trị đo được từ thực nghiệm:

Hf,NaCl(r) = -411 kJ, là nhiệt của phản ứng Na (r) + ½ Cl2 (k)  NaCl (tinh thể)

-L

Í-

SNa = 108 kJ, nhiệt thăng hoa của Na kim loại

ÁN

I1,Na = 502 kJ, năng lượng ion hóa của nguyên tử Na

DCl2 = 241 kJ, năng lượng phân ly của phân tử Cl2

Vì chu trình Born – Harber là chu trình kín nên:

IỄ N

ÀN

ACl = -354 kJ, ái lực electron của nguyên tử Cl

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Na (r)

ẠO

Hf,NaCl(r)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

NaCl như sau:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Born – Harber. Ví dụ, chu trình Born – Harber áp dụng để tính năng lượng mạng tinh thể

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

ta có thể xác định năng lượng mạng tinh thể một số hợp chất ion đơn giản qua chu trình

Hf,NaCl(r) = SNa + I1,Na + ½ DCl2 + ACl + Umtt Đưa các giá trị thực nghiệm đã có vào, năng lượng mạng tinh thể của NaCl tính được là: Umtt = Hf,NaCl(r) – SNa – I1,Na – ½ DCl2 – ACl = -788 kJ

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 86

Như vậy, bằng thực nghiệm, ta có thể xác định được năng lượng mạng tinh thể của một số hợp chất ion. Các giá trị đó được đưa vào các sổ tay tra cứu để dùng khi cần thiết. Như đã nói ở các phần trên, năng lượng mạng tinh thể ion cho phép ta đánh giá, cách dự đoán năng lượng mạng tinh thể ion. Người ta cho rằng, lực liên kết ion mang

tính điện nên biểu thức năng lượng mạng tinh thể ion có dạng tương tự lực tĩnh điện,

so sánh nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất ion. Trong lý thuyết, người ta rất muốn tìm

U Y

điểm của chúng. Ngoài ra, vì năng lượng mạng tinh thể ion là tổng hợp các tương tác

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

(5.2)

TR ẦN

Trong đó:

ANo Z  Z  e2 1 Z Z  (1  )   k 4 o (r   r  ) n r  r

H Ư

U 

lý thuyết có dạng:

A là hằng số Madelung, đặc trưng cho kiểu mạng tinh thể ion

10 00

No là số Avogadro (6.022 x 10–23 mol–1)

e là điện tích nguyên tố (1.602 x 10–19 C)

o là hằng số điện môi trong chân không (8.8543 x 10–12 C2m–1J–1)

-L

Í-

Z+, Z– là giá trị điện tích ion dương và ion âm, ví dụ, NaCl có Z+ = Z– = 1

ÁN

r+, r– là bán kính cation và anion n là hằng số đặc trưng cho cấu hình ion

Đối với mạng tinh thể NaCl ta có:

IỄ N

ÀN

Vì năng lượng mạng tinh thể luôn âm, nên biểu thức (5.2) luôn có dấu trừ. A = 1.74756

n = 9.1

Z+ = Z– = 1

r+ + r– = 2.82 x 10–10 m

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

chỉnh nhiều hệ số khác nhau. Biểu thức để xác định năng lượng mạng tinh thể ion theo

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

sát với giá trị thực nghiệm tìm được theo chu trình Born – Harber người ta phải hiệu

http://daykemquynhon.ucoz.com

hút - đẩy của tập hợp các ion nên để thu được giá trị năng lượng mạng tinh thể ion gần

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

nghĩa là tỉ lệ thuận với điện tích ion và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa các điện tích

Từ đó ta tính được Umtt (NaCl) = -762 kJ/mol, khá gần với giá trị đo được trong thực tế. Việc tính năng lượng mạng tinh thể theo lý thuyết như trên vẫn không thuận tiện vì mỗi loại mạng tinh thể và cấu hình electron của ion có các giá trị A và n khác nhau. Vì vậy, để so sánh năng lượng mạng tinh thể một cách đơn giản, người ta thường dùng biểu thức thu gọn (5.3). Bằng cách đó, người ta thấy rằng có thể giải thích và dự đoán

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 87

chiều hướng thay đổi nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của nhiều dãy hợp chất ion có công thức và kiểu mạng tinh thể tương tự nhau. (5.3)

801

766

665

của hợp chất giảm dần.

H Ư

Ví dụ khác, NaCl và MgO cùng kết tinh trong một kiểu mạng tinh thể, khoảng cách Na – Cl và Mg – O là xấp xỉ nhau trong mạng tinh thể, nhưng NaCl nóng chảy ở gần

TR ẦN

1000 oC trong khi MgO chỉ nóng chảy khi nhiệt độ cao hơn 2500 oC. Có thể giải thích điều này dựa vào biểu thức (5.3). Ta thấy tổng bán kính cation và anion của NaCl và

MgO gần như nhau nên giá trị (r+ + r–) không ảnh hưởng đáng kể tới năng lượng mạng

10 00

tinh thể của chúng, tuy nhiên tích số (Z+Z–) của NaCl là 1, thấp hơn của MgO là 4, vì vậy tương tác ion trong tinh thể NaCl yếu hơn trong MgO, nhiệt độ nóng chảy của NaCl thấp

hơn của MgO.

Í-

5.3.5. Tính cộng hóa trị của hợp chất ion

-L

Như đã giới thiệu trong phần liên kết hóa học, không có ranh giới rõ ràng giữa

ÁN

liên kết ion và liên kết cộng hóa trị. Khi liên kết hóa học hình thành giữa hai nguyên tố

càng khác biệt độ âm điện, tính ion của hợp chất tạo thành càng cao. Tuy nhiên, một số

ÀN

nguyên tố có thể tạo với nhau nhiều hợp chất khác nhau, ví dụ, kim loại Cr có thể tạo

nhiều loại oxide khác nhau, CrO, Cr2O3, CrO3. Nếu chỉ nhìn một cách đơn giản, đây là

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

tinh thể nhỏ dần, tức là lực liên kết ion trong tinh thể giảm dần, nên nhiệt độ nóng chảy

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

giá trị (r+ + r–) tăng, dẫn tới giá trị tuyệt đối (nói vắn tắt là “giá trị”) của năng lượng mạng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

993

NaI

NaBr

U Y

NaCl

Các halogenur trên đều có Z+ = Z– = 1, nhưng bán kính ion âm tăng dần, tức là

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tonc (oC)

NaF

Ví dụ, nhiệt độ nóng chảy của các natri halogenur được biết như sau:

IỄ N

các hợp chất giữa kim loại và phi kim nên chúng đều là hợp chất ion. Tuy nhiên, tính ion trong ba oxide trên không giống nhau. Khi số oxi hóa của Cr tăng từ +2 đến +6, các cation Crx+ (giả định, nếu có) có điện tích dương càng cao, kích thước của chúng càng nhỏ, tức là mật độ điện tích dương càng lớn, và chúng càng có khuynh hướng kéo electron liên kết về phía mình mạnh hơn để giảm sự thiếu hụt electron. Kết quả là số oxi hóa của Cr càng cao, electron trên lớp vỏ của các ion O2– bị biến dạng, bị kéo về vùng

giữa hai nguyên tử Cr – O nhiều hơn. Nói cách khác, liên kết Cr – O trở nên có phần

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 88

cộng hóa trị, điện tích ion của cation và anion trong trường hợp này đều giảm so với số oxi hóa của chúng. Mô hình giải thích cho hợp chất ion có tính cộng hóa trị theo cách này gọi là mô hình biến dạng ion. Sự biến dạng lớp vỏ electron của ion làm tăng tính nói trên càng tăng khi số oxi hóa của Cr càng cao. Thực tế, liên kết trong CrO và Cr2O3

nghiêng về tính ion, CrO3 là hợp chất cộng hóa trị.

cộng hóa trị, giảm tính ion của hợp chất. Tính cộng hóa trị của các hợp chất chrom oxide

tố hóa học, ion càng có điện tích dương cao, độ âm điện càng cao. Chúng ta sẽ không

bàn xa hơn điều này ở đây, người đọc có thể tìm thấy nội dung này ở các sách chuyên

H Ư

khảo hóa vô cơ.

Khi hợp chất ion có phần tính cộng hóa trị, cấu trúc tinh thể và lực liên kết trong

TR ẦN

mạng tinh thể của chúng có thể thay đổi. Trong nhiều trường hợp, sự thay đổi này ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất. Ví dụ, các oxide CrO, Cr2O3,

CrO3 có nhiệt độ nóng chảy lần lượt là 300 oC, 2435 oC, và 197 oC. Có thể coi CrO,

10 00

Cr2O3 đều là hợp chất ion, nhiệt độ nóng chảy của CrO khá thấp so với Cr2O3 vì cấu trúc mạng tinh thể của chúng khác nhau, hơn nữa điện tích ion trong tinh thể CrO nhỏ hơn

nên lực tương tác ion trong CrO thấp hơn. Tuy nhiên, CrO3 có nhiệt độ nóng chảy rất

thấp so với hai hợp chất CrO và Cr2O3 vì CrO3 là hợp chất cộng hóa trị với cấu trúc

-L

Í-

mạch, vấn đề này không nằm trong chương trình hóa đại cương, ta sẽ thảo luận chúng

ÁN

trong chương trình hóa vô cơ.

Như vậy, cả yếu tố cấu trúc tinh thể và lực tương tác trong mạng tinh thể ion đều

ÀN

ảnh hưởng tới nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất ion. Chúng ta sẽ xét tới một số trường hợp các hợp chất ion có cấu trúc tương tự nhau, nhưng không thể giải thích và

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

mang tính tương đối. Điều này dẫn tới khái niệm độ âm điện thay đổi, cùng một nguyên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

hóa trị. Điều đó cho thấy việc đánh giá tính ion của hợp chất qua sai biệt độ âm điện chỉ

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

chất trong đó cation kim loại có điện tích dương càng cao, càng mang nhiều tính cộng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Vậy, khi kim loại tạo được nhiều hợp chất khác nhau với cùng một anion, hợp

IỄ N

dự đoán nhiệt độ nóng chảy của chúng theo biểu thức năng lượng mạng tinh thể ion ở (5.3). Ví dụ, các hợp chất NaCl, KCl, và AgCl cùng kết tinh trong kiểu mạng tinh thể NaCl, nhưng nhiệt độ nóng chảy của NaCl và KCl khá cao, lần lượt là 801oC và 770 oC, trong khi đó AgCl nóng chảy ở 455 oC. Bán kính ion của Na+, K+, và Ag+ lần lượt là 116, 152, và 129 pm. Câu hỏi là, tại sao AgCl kết tinh cùng kiểu mạng tinh thể với NaCl và

KCl, Ag+ có bán kính trung gian giữa Na+ và K+, nhưng nhiệt độ nóng chảy thấp hơn NaCl và KCl khá nhiều? Trong trường hợp này, ion Ag+ với cấu hình electron của lớp vỏ ion là 18 electron, được cho là khá mềm, dễ bị biến dạng ion, nên hợp chất ion AgCl có Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 89

khá nhiều tính cộng hóa trị, điện tích ion giảm, tương tác ion trong mạng tinh thể yếu đi nên nhiệt độ nóng chảy của AgCl thấp hơn NaCl và KCl. Như vậy, khi sự biến dạng ion xảy ra càng mạnh, tính cộng hóa trị của hợp chất ion càng tăng, tương tác ion trong mạng tinh thể giảm, làm nhiệt độ nóng chảy của hợp chất giảm. Các yếu tố ảnh hưởng

Mật độ điện tích q/r của cation: mật độ điện tích dương của cation càng lớn,

đến sự biến dạng ion là:

Cấu hình electron của cation: cation có cấu hình 18 electron dễ bị biến dạng ion

nhất, kế đến là các cation có cấu hình phân lớp d chưa đầy đủ electron, các

cation có 8 electron ở lớp vỏ ngoài cùng bị biến dạng ion yếu nhất. Kích thước anion: anion có kích thước càng lớn càng dễ bị biến dạng.

H Ư

TR ẦN

Trong nhiều trường hợp, có thể bỏ qua yếu tố kiểu mạng tinh thể, chỉ dùng sự biến dạng ion để giải thích nhiệt độ nóng chảy của hợp chất ion. Ví dụ, FeCl2 nóng chảy

ở 670 oC, nhưng FeCl3 nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, khoảng 300 oC. Mặc dù

10 00

hai hợp chất này không kết tinh trong cùng kiểu mạng tinh thể, nhưng cation Fe3+ có điện tích lớn hơn, bán kính nhỏ hơn cation Fe2+, nên ion Fe3+ gây biến dạng lớp vỏ

electron của anion nhiều hơn, hợp chất FeCl3 mang tính cộng hóa trị nhiều hơn, lực

tương tác ion trong mạng tinh thể của nó yếu hơn, do đó nhiệt độ nóng chảy của FeCl3

-L

Í-

thấp hơn của FeCl2.

ÁN

Cần lưu ý rằng, không phải hợp chất ion luôn có nhiệt độ nóng chảy cao hơn hợp

chất cộng hóa trị. Liên kết cộng hóa trị và liên kết ion đều là các loại liên kết mạnh, nhiều hợp chất cộng hóa trị, ví dụ như Si, SiO2, có nhiệt độ nóng chảy rất cao, lần lượt là

ÀN

1414 oC và 1713 oC, cao hơn nhiều so với một số hợp chất ion vừa đề cập ở phần trên.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

ra đáng kể khi các cation có số oxi hóa +3 trở lên.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(thường gặp ở các cation của nguyên tố d), thông thường sự biến dạng ion xảy

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Mật độ điện tích của cation cao khi cation có số oxi hóa cao, bán kính nhỏ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

cation càng dễ gây biến dạng anion, tính cộng hóa trị của hợp chất càng cao.

IỄ N

Chỉ có các hợp chất ion có phần cộng hóa trị thì lực tương tác ion trong tinh thể giảm nên nhiệt độ nóng chảy thấp hơn hợp chất ion. Cũng nói thêm rằng, việc so sánh nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất ion chỉ dễ dàng với các dãy hợp chất tương tự nhau mà thôi. 5.4.

Mô hình liên kết cộng hóa trị đơn giản trên cơ sở thuyết Lewis Trong phần này, ta sẽ xem sự tạo thành liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử

phi kim để tạo thành các phân tử cộng hóa trị.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 90

5.4.1. Quan điểm của Lewis về sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử Ta bắt đầu xem liên kết cộng hóa trị trong phân tử theo mô hình đơn giản của Lewis. Nhắc lại rằng, dựa vào quan sát thực nghiệm, Lewis thấy các khí hiếm đều có

bền. Do đó, Lewis đề nghị rằng, các nguyên tử có khuynh hướng kết hợp với nhau để

cấu hình electron lớp vỏ ngoài cùng ns2 np6, các khí này tồn tại ở dạng đơn nguyên tử

đạt tới cấu trúc lớp vỏ của các khí hiếm, lớp vỏ này thường có 8 electron (trừ khí hiếm

tạo thành các ion với cấu hình electron của khí hiếm, và tạo thành hợp chất ion. Vậy các

H Ư

nguyên tử phi kim giống nhau liên kết với nhau thế nào?

nguyên tử phi kim có tính cho – nhận electron khác nhau không đáng kể, hoặc các

Theo Lewis, cơ cấu bát tử cũng có thể đạt được khi các nguyên tử góp chung

TR ẦN

electron hóa trị thành các cặp electron dùng chung. Các cặp electron dùng chung sẽ phân bố giữa 2 nguyên tử và sẽ được dùng chung cho cả 2 nguyên tử, gọi là các cặp

electron liên kết. Các cặp electron không dùng chung sẽ nằm ở từng nguyên tử và chỉ

10 00

dùng cho nguyên tử đó, gọi là các cặp electron không liên kết. Do sự phân bố electron như vậy mô hình này được gọi là mô hình electron định vị.

Ví dụ, khi nguyên tử H và Cl liên kết với nhau để tạo thành phân tử HCl, mỗi

nguyên tử H và Cl đều đưa ra một electron dùng chung, được đặt giữa hai nguyên tử

(5.4)

ÁN

-L

Í-

như sau:

Sự góp chung đó khiến nguyên tử H có 2 electron trên lớp vỏ, tức là đạt cấu hình

ÀN

khí hiếm He cùng chu kỳ với nó, nguyên tử Cl có 8 electron, đạt cấu hình khí hiếm

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

biệt nhau đáng kể liên kết với nhau, Lewis cho rằng chúng cho – nhận electron hóa trị để

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Trong phần 5.3, ta đã thấy khi các nguyên tử có tính cho – nhận electron khác

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

thuyết bát bộ.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

He ở chu kỳ 1 có lớp vỏ 2 electron), nên thuyết Lewis còn được gọi là thuyết bát tử, hay

IỄ N

thường gặp. Phân tử HCl tạo thành như vậy bền. Để ý rằng, nguyên tử Cl trong phân tử HCl có một cặp electron liên kết và ba cặp eletron không liên kết. 5.4.2. Công thức Lewis của phân tử – các khái niệm cơ bản Trong công thức Lewis, mỗi cặp electron liên kết được biểu diễn bởi hai chấm hoặc một gạch nối giữa hai nguyên tử; mỗi cặp electron không liên kết thường được biểu diễn bằng hai chấm nằm trên nguyên tử đó. Sau đây là biểu diễn công thức Lewis của một số phân tử đơn giản.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 91

Phân tử H2: H ở chu kỳ 1, mỗi nguyên tử H góp chung 1 electron để cả hai

Phân tử Cl2: Cl ở chu kỳ 3, mỗi nguyên tử Cl góp chung 1 electron để cả hai

U Y

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

H Ư

chúng cần góp 2 electron dùng chung để đạt lớp vỏ 8 electron, vậy hai nguyên

(5.7)

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

tử O góp chung 4 electron, tạo thành hai liên kết cộng hóa trị, gọi là liên kết đôi:

Hình 5.4. Các phân tử oxy bị hút vào từ trường mạnh

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Phân tử O2: O ở chu kỳ 2, nhóm 16, đã có 6 electron hóa trị, mỗi nguyên tử O

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(5.6)

ẠO

chung, ứng với một liên kết cộng hóa trị, thường gọi là liên kết đơn:

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tử Cl đạt lớp vỏ 8 electron giống Ar, phân tử Cl2 có hai electron dùng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(5.5)

nguyên tử H trong phân tử H2 đạt lớp vỏ hai electron giống He:

Cần nói rõ rằng, mục đích của các nhà hóa học là tìm cách biểu diễn các phân tử sao cho phù hợp với tính chất của chúng trong thực tế. Thực tế cho thấy oxy lỏng bị hút bởi từ trường mạnh (Hình 5.4), nghĩa là các phân tử O2 có tính thuận từ, trong phân tử có electron độc thân. Như vậy, công thức (5.7) như trên biểu diễn không đúng tính chất

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 92

từ của phân tử O2, nên (5.7) không phải là biểu diễn tốt nhất cho phân tử O2. Ta sẽ nói thêm về phân tử O2 khi đề cập đến các thuyết liên kết cộng hóa trị khác. Phân tử N2: N ở chu kỳ 2, nhóm 15, mỗi nguyên tử N có 5 electron hóa trị,

chúng cần góp 3 electron dùng chung để đạt lớp vỏ 8 electron, vậy hai nguyên

tử N góp chung 6 electron, tạo thành ba liên kết cộng hóa trị. Phân tử N2 có liên

Tương tự như vậy, phân tử CO2 được tạo thành khi hai nguyên tử oxy liên kết

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

vậy mỗi nguyên tử O cần góp 2 electron với nguyên tử C, nguyên tử C cũng

góp 2 electron với mỗi nguyên tử O, nên tất cả electron trên nguyên tử C đều góp chung 2 electron với C nên mỗi nguyên tử O còn 4 electron không liên kết.

TR ẦN

Phân tử CO2 được biểu diễn là:

(5.9)

10 00

Phân tử CO2 như vậy có hai liên kết đôi. Trong trường hợp này, mỗi nguyên tử O tạo hai liên kết cộng hóa trị, ta nói hóa trị của O là 2; nguyên tử C tạo 4 liên

kết cộng hóa trị nên hóa trị của carbon là 4. Phân tử NH3 tạo thành khi ba nguyên tử H liên kết với một nguyên tử N: mỗi

Í-

nguyên tử H (chu kỳ 1, có 1 electron hóa trị) góp chung một electron với N (chu

-L

kỳ 2, có 5 electron hóa trị) để các nguyên tử H và N đều đạt cấu hình electron

ÁN

của khí hiếm tương ứng, công thức Lewis của phân tử NH3 là:

Đ IỄ N D

H Ư

tham gia tạo liên kết. Bản thân nguyên tử O ở chu kỳ 2, có 6 electron hóa trị, đã

(5.10)

Phân tử như vậy NH3 có ba liên kết đơn. Trong phân tử NH3, H có hóa trị 1 và N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nguyên tử O góp chung 4 electron nữa để đạt lớp vỏ khí hiếm 8 electron. Như

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

với một nguyên tử carbon. C ở chu kỳ 2, có 4 electron hóa trị, nên cần được hai

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(5.8)

U Y

kết ba:

có hóa trị 3, trên nguyên tử N vẫn còn một cặp electron chưa liên kết. Liên kết cộng hóa trị phối trí: Trong các trường hợp trên, ta đều thấy cặp electron liên kết do cả hai nguyên tử

tạo liên kết đóng góp. Tuy nhiên cặp electron liên kết cũng có thể do một nguyên tử đóng góp, trong trường hợp này, liên kết cộng hóa trị gọi là phối trí. Ví dụ, khi phân tử NH3 kết hợp với ion H+ để tạo thành ion NH4+, có thể xem như nguyên tử N trong phân

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 93

tử NH3 đưa ra cặp electron chưa liên kết để dùng chung với H+ (không có electron nào cả), tạo liên kết cộng hóa trị N – H thứ tư trong phân tử, công thức Lewis của ion NH4+

(5.11)

hay

là:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

hoàn toàn như nhau. Nói cách khác không thể phân biệt các liên kết cộng hóa trị tạo

thành bằng cách góp chung electron hay bằng cách cho – nhận electron. Do đó hiện nay

H Ư

người ta chỉ dùng một gạch nối để biểu diễn một liên kết cộng hóa trị, không kể electron

TR ẦN

do nguyên tử nào đóng góp.

Tương tự như vậy, khi cho NH3 phản ứng với HCl, hợp chất ion NH4Cl tạo thành

(5.12)

10 00

gồm các ion NH4+ và Cl– như sau:

ÁN

-L

kết cộng hóa trị.

Í-

Vậy, mặc dù NH4Cl là hợp chất ion, cation của nó, NH4+, tạo thành bởi các liên

Liên kết cộng hóa trị phân cực:

ÀN

Trong chương này, ta đã xét sự tạo thành liên kết hóa học trong nhiều trường

hợp khác nhau. Xét hai trường hợp giới hạn: (i) khi hai nguyên tố kim loại và phi kim có

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

là N  H. Tuy nhiên các dữ liệu thực nghiệm cho thấy bốn liên kết N – H trong ion NH4 +

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

biểu diễn bằng dấu mũi tên từ nguyên tử cho đến nguyên tử nhận, trong trường hợp này

http://daykemquynhon.ucoz.com

– nhận, hay liên kết cộng hóa trị phối trí. Trước đây, liên kết cộng hóa trị phối trí được

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Liên kết cộng hóa trị tạo thành theo kiểu này được gọi là liên kết cộng hóa trị cho

IỄ N

độ âm điện rất khác nhau liên kết với nhau, ví dụ Na và Cl2, chúng có khuynh hướng cho – nhận electron để tạo thành hợp chất với liên kết ion; (ii) khi hai nguyên tử của cùng

một nguyên tố phi kim dùng chung electron để tạo thành liên kết cộng hóa trị, ví dụ trong các phân tử H2, O2, N2, các electron dùng chung phân bố đều giữa hai nguyên tử, liên kết cộng hóa trị tạo thành gọi là liên kết cộng hóa trị không phân cực. Chiếm vị trí trung gian giữa hai trường hợp trên là trường hợp các hợp chất tạo thành giữa các phi kim có độ âm điện chênh lệch nhau không nhiều, ví dụ giữa H và Cl để tạo thành HCl, giữa C

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 94

và O tạo thành CO2, khi đó không xảy ra sự cho – nhận electron, nhưng vì có sự chênh lệch độ âm điện giữa các nguyên tử tạo liên kết nên các cặp electron dùng chung trong phân tử không phân bố đều giữa hai nguyên tử liên kết, mà lệch về phía nguyên tử có

Ví dụ, trong dãy các chất Cl2 – HCl – NaCl, bản chất liên kết chuyển từ cộng hóa

độ âm điện cao hơn, khi đó gọi là liên kết cộng hóa trị phân cực.

trị không phân cực trong Cl2, sang cộng hóa trị phân cực trong HCl, và ion trong NaCl.

(có 2 electron dùng chung giữa hai nguyên tử liên kết với nhau), bậc hai (4 electron

dùng chung), bậc ba (6 electron dùng chung). Khi bậc liên kết cao hơn một, liên kết có

H Ư

thể gọi chung là liên kết bội, hay liên kết có tính kép. Như trong phần kế tiếp ta sẽ thấy,

TR ẦN

bậc liên kết càng cao, các nguyên tử càng liên kết chặt chẽ với nhau, năng lượng liên kết càng cao, và khoảng cách giữa các nguyên tử càng ngắn.

Ví dụ, thành phần chính của không khí chúng ta đang hít thở là O2 và N2. Các

10 00

phân tử O2 có liên kết đôi, các phân tử N2 có liên kết ba. Vì vậy, phân tử N2 khó bị bẻ gãy thành các nguyên tử N hơn làm điều này với phân tử O2, dẫn tới O2 hoạt động hóa

Độ dài liên kết

Í-

5.4.3.2.

học, còn N2 thực tế trơ hóa học.

ÁN

-L

Bảng 5.1. Độ dài trung bình của một số liên kết cộng hóa trị Độ dài (nm)

Liên kết

Độ dài (nm)

Liên kết

Độ dài (nm)

IỄ N

ÀN

Liên kết

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Trong liên kết cộng hóa trị, khái niệm bậc liên kết dùng để chỉ các liên kết bậc một

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Bậc liên kết

ẠO

5.4.3.1.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

5.4.3. Bậc liên kết, độ dài liên kết, và năng lượng liên kết của liên kết cộng hóa trị

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Điều đó cho thấy không có ranh giới rõ ràng giữa liên kết ion và liên kết cộng hóa trị.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 95

Trong liên kết cộng hóa trị, độ dài liên kết là khoảng cách giữa hai tâm nguyên tử liên kết với nhau. Bảng 5.1 là độ dài trung bình của một số liên kết cộng hóa trị. Các dữ liệu thực nghiệm ở Bảng 5.1 cho thấy có mối quan hệ giữa bậc liên kết và

đơn dài hơn liên kết đôi, liên kết đôi dài hơn liên kết ba. Ví dụ, độ dài liên kết đơn C – C

độ dài liên kết của liên kết cộng hóa trị giữa các cặp nguyên tử tương tự nhau: liên kết

là 154 pm, liên kết đôi C = C là 135 pm, và liên kết ba C Ξ C là 120 pm.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Như đã nói, các nguyên tử kết hợp với nhau để tạo thành phân tử cộng hóa trị

H Ư

bền hơn các nguyên tử ban đầu. Do đó muốn bẻ gãy phân tử thành các nguyên tử, ta

435 kJ/mol

cần cung cấp

453 kJ/mol

10 00

CH3 (k) → CH2 (k) + H (k)

cần cung cấp

CH4 (k) → CH3 (k) + H (k)

TR ẦN

cần phải cung cấp năng lượng. Ví dụ:

cần cung cấp

425 kJ/mol

CH (k) → C (k) + H (k)

cần cung cấp

339 kJ/mol

CH2 (k) → CH (k) + H (k)

Í-

Ví dụ trên cho thấy năng lượng để bẻ gãy liên kết cộng hóa trị C – H còn phụ

-L

thuộc vào các liên kết khác chung quanh nó. Để thuận tiện cho việc áp dụng, người ta

ÁN

thường dùng năng lượng liên kết cộng hóa trị là năng lượng trung bình để bẻ gãy liên kết cộng hóa trị thành các nguyên tử ở trạng thái khí. Năng lượng trung bình để bẻ gãy liên kết C – H là 413 kJ/mol, thường gọi là năng lượng liên kết C – H. Năng lượng để bẻ

IỄ N

ÀN

gãy liên kết cộng hóa trị ở trạng thái hơi càng lớn, liên kết cộng hóa trị càng bền.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Năng lượng liên kết cộng hóa trị - độ bền liên kết

5.4.3.3.

ẠO

hoàn. Ví dụ, độ dài các liên kết H – F, H – Cl, H – Br, H – I tăng dần (xem Bảng 5.1).

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

tự, độ dài liên kết cộng hóa trị tăng lên khi đi từ trên xuống dưới bảng phân loại tuần

http://daykemquynhon.ucoz.com

cộng hóa trị đơn của các nguyên tử liên kết với nhau. Trong các nhóm nguyên tử tương

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Thông thường, có thể ước lượng độ dài liên kết đơn bằng cách cộng bán kính

Bảng 5.2 là giá trị năng lượng liên kết trung bình của một số liên kết cộng hóa trị.

Các giá trị trong bảng cho thấy với liên kết giữa các nguyên tử tương tự, bậc liên kết càng cao, năng lượng liên kết càng cao, liên kết cộng hóa trị càng bền. Ví dụ, liên kết đơn C – C có năng lượng liên kết là 347 kJ/mol, liên kết đôi C = C là 611 kJ/mol, liên kết ba C Ξ C là 837 kJ/mol. Kết hợp giữa bậc liên kết, chiều dài liên kết, và năng lượng liên kết, ta thấy với các cặp liên kết tương tự, bậc liên kết càng cao, chiều dài liên kết càng ngắn, và liên kết

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 96

càng bền. Các giá trị của liên kết đơn, đôi, và ba giữa hai nguyên tử C minh họa rõ điều đó. Một ví dụ khác, năng lượng liên kết cộng hóa trị đơn của các chất trong dãy HF, HCl, HBr, HI lần lượt là 565, 431, 364, và 297 kJ/mol, tức là giảm dần theo chiều tăng độ dài liên kết.

Bằng cách tương tự như các ví dụ ở mục 5.4.2, ta có thể viết công thức Lewis,

hay còn gọi là công thức cấu tạo, cho nhiều phân tử khác như HF, HBr, HI, H2O, H2S,

NO+, NO–, PH3, CH4, C2H4, v.v... Thực tế rất nhiều phân tử cộng hóa trị hoặc ion chứa

Í-

nhiều nguyên tử của hai hoặc nhiều hơn hai nguyên tố hóa học, ví dụ, HNO3, C3H6,

-L

HCN, COCl2, CO32–... Trong phần này, ta sẽ đề cập các quy tắc để biểu diễn cấu tạo của

ÁN

các phân tử này một cách tốt nhất. Trước tiên, ta sẽ xem các quy tắc chung phải tuân

thủ khi biểu diễn công thức Lewis của phân tử. Các quy tắc chung khi viết công thức cấu tạo phân tử

ÀN

5.4.4.1.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO Đ G N H Ư TR ẦN

10 00

5.4.4. Biểu diễn công thức cấu tạo phân tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Liên kết

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Năng lượng liên kết (kJ/mol)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Liên kết

Năng lượng liên kết Liên kết (kJ/mol)

U Y

Năng lượng liên kết (kJ/mol)

Bảng 5.2. Năng lượng liên kết trung bình của liên kết cộng hóa trị

IỄ N

Sau đây là các quy tắc chung cần lưu ý khi viết công thức Lewis (hay công thức

cấu tạo) của phân tử: -

Công thức cấu tạo phải biểu diễn đầy đủ electron hóa trị của phân tử;

Trong hầu hết trường hợp, các electron trong công thức cấu tạo đều được xếp thành cặp;

Trong hầu hết trường hợp, tất cả các nguyên tử đều phải đạt số electron của lớp vỏ khí hiếm cùng chu kỳ với nó;

Liên kết đôi và liên kết ba thường gặp nhất ở các nguyên tử C, N, O, P, S.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 97

5.4.4.2.

Các bước để viết công thức cấu tạo phân tử

Để viết công thức cấu tạo các hợp chất cộng hóa trị theo Lewis, ta có thể lần lượt

(1) Xác định tổng số electron hóa trị trong phân tử: số electron hóa trị sẽ biểu diễn

trong công thức cấu tạo phân tử bằng tổng số electron hóa trị của các nguyên tử

tiến hành các bước sau:

U Y

bằng điện tích ion; nếu là ion dương, tổng số electron giảm một lượng bằng điện

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

electron; của ion CO32- là (4(H) + 3 * 6(O) + 2(điện tích âm)) = 24 electron.

(2) Xác định trật tự các nguyên tử trong phân tử: nguyên tử H chỉ tạo được một liên

H Ư

kết cộng hóa trị nên luôn nằm ngoài cùng, các nguyên tử có độ âm điện cao thường nằm ngoài, các nguyên tử nằm ngoài gọi là nguyên tử biên, các nguyên

TR ẦN

tử có độ âm điện thấp hơn thường chiếm vị trí trung tâm, C luôn chiếm vị trí trung tâm.

(3) Vẽ khung sườn các nguyên tử liên kết với nhau: cứ hai nguyên tử kế nhau nối với

10 00

nhau bằng ít nhất một liên kết cộng hóa trị (2 electron dùng chung). Ví dụ, sườn

-L

Í-

của phân tử HNO3 như sau:

ÁN

(4) Xác định số electron còn lại chưa biểu diễn trong công thức phân tử: số electron còn lại bằng tổng số electron hóa trị của phân tử, trừ đi số electron đã dùng ở

ÀN

bước 3.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

5(N) + 3 * 6(O)) = 24 electron; của NH4+ là (5(N) + 4 * 1(H) – 1(điện tích dương)) = 8

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Ví dụ, tổng số electron hóa trị trên công thức cấu tạo của phân tử HNO3 là (1(H) +

http://daykemquynhon.ucoz.com

tích ion.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

nếu phân tử trung hòa điện; nếu là ion âm, tổng số electron tăng lên một lượng

IỄ N

(5) Phân bố số electron còn lại vào các nguyên tử biên sao cho các nguyên tử này đạt được cấu hình khí hiếm tương ứng (2 electron đối với hydro, 8 electron đối với các nguyên tử khác); nếu vẫn còn dư electron, tiếp tục để các electron đó vào nguyên tử trung tâm. Để ý rằng lúc này công thức phân tử đã đủ tổng số electron hóa trị. (6) Kiểm tra lại số electron trên mỗi nguyên tử, nếu nguyên tử nào còn chưa đủ electron, chuyển cặp electron chưa liên kết của nguyên tử kế cận vào thành cặp

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 98

electron dùng chung (khi đó bậc liên kết sẽ tăng lên) sao cho tất cả các nguyên tử trong phân tử đều có đủ số electron cần thiết. Sau đây là một số ví dụ biểu diễn công thức cấu tạo của các phân tử: Phân tử H2O gồm 8 electron hóa trị, hai nguyên tử H là nguyên tử biên, nối với

nguyên tử O là nguyên tử trung tâm, khung phân tử là:

H–O–H

H Ư

phân tử có dạng: N–C–C–N

TR ẦN

Số electron chưa phân bố trên khung trên là 12 electron, vậy mỗi nguyên tử N có

10 00

thêm 3 cặp electron nữa, phân tử trở thành:

Lúc này mỗi nguyên tử C chỉ có 4 electron, chưa đủ lớp vỏ bát tử, ta điều chỉnh

các cặp electron không liên kết trên N vào dùng chung để các nguyên tử C đủ

(5.14)

Phân tử BF3 có 24 electron hóa trị. Các nguyên tử F có độ âm điện cao nên nằm

-L

Í-

electron, công thức cấu tạo của cyanogen là:

ÀN

ÁN

ngoài, khung sườn và phân bố electron ở bước (5) của phân tử là:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

hơn, nằm bên trong, các nguyên tử N âm điện hơn, chiếm vị trí biên. Khung sườn

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q Phân tử cyanogen, C2N2, gồm 18 electron hóa trị. Các nguyên tử C dương điện

(5.13)

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Lewis – hay công thức cấu tạo – của phân tử H2O là:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Vì H đã đủ electron, nên 4 eletron còn lại sẽ phân bố trên nguyên tử O, công thức

(5.15)

IỄ N

Nguyên tử B chưa đủ 8 electron, do đó ta có thể chuyển một cặp electron không

liên kết của một trong ba nguyên tử F để dùng chung, công thức cấu tạo của BF3 trở thành:

(5.16) -

Ion nitronium, NO2 , có 16 electron hóa trị, khung phân tử là: O – N – O, 12 electron còn lại phân bố trên hai nguyên tử O, ta có:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 99

Để nguyên tử N đạt lớp vỏ 8 electron, ta điều chỉnh electron trên O để công thức

cấu tạo ion nitronium thành:

U Y

Để ý rằng, trong trường hợp ion nitronium, ta có thể có công thức cấu tạo theo

H Ư

tắc bát tử như (5.17) và (5.18), công thức nào là tốt nhất? Công thức tốt nhất là công thức mô tả đúng nhất các tính chất của phân tử trong thực tế. Ví dụ, thực tế cho thấy hai

TR ẦN

liên kết N – O trong ion nitronium là tương đương, do đó công thức cấu tạo (5.17) là tốt hơn cho ion nitronium. Để chọn lựa trong những trường hợp này, người ta đưa ra khái Điện tích hình thức

10 00

5.4.4.3.

niệm điện tích hình thức và các qui tắc chọn lựa mà chúng ta sẽ xem tiếp theo đây.

Điện tích hình thức trên mỗi nguyên tử trong phân tử cộng hóa trị bằng số

electron hóa trị mà nguyên tử có trước khi tạo liên kết với trừ đi số electron mà nguyên

Í-

tử đó có trong công thức Lewis.

-L

Số electron mỗi nguyên tử có trong công thức Lewis là tổng của hai giá trị: (i) các

ÁN

electron không liên kết trên nguyên tử đó, và (ii) 1/2 số electron nguyên tử đó liên kết với

các nguyên tử khác.

ÀN

Tổng điện tích hình thức của các nguyên tử trong phân tử luôn bằng điện tích của

phân tử (bằng không) hoặc điện tích ion. Điện tích hình thức của các nguyên tử thường

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Câu hỏi đặt ra là, trong những trường hợp có thể viết nhiều công thức thỏa quy

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(5.18)

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

cách khác, vẫn thỏa yêu cầu lớp vỏ bát tử cho tất cả các nguyên tử như sau:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(5.17)

IỄ N

được viết trong dấu ngoặc đơn hoặc trong vòng tròn ngay cạnh ký hiệu nguyên tử trong công thức cấu tạo. Không cần viết điện tích hình thức vào công thức nếu điện tích hình

thức bằng không (0). Ví dụ, trong công thức cấu tạo (5.17), hai nguyên tử O giống nhau, mỗi nguyên tử O ban đầu có 6 electron hóa trị, trừ 4 electron không liên kết và 1/2 x 4 electron liên kết, vậy điện tích hình thức trên hai nguyên tử O này là không, (0). Nguyên tử N có 5 electron hóa trị, trừ 1/2 x 8 electron liên kết nên có điện tích hình thức là (+1). Tổng điện

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 100

tích hình thức của ba nguyên tử trong công thức cấu tạo (5.17) là +1, bằng với điện tích ion nitronium. Tương tự như vậy, có thể tính điện tích hình thức cho các nguyên tử trong

công thức cấu tạo (5.18) và biểu diễn như sau:

(5.19)

Công thức biểu diễn liên kết trong phân tử (hoặc ion) tốt nhất là công thức ứng

chất của phân tử nhất như sau:

H Ư

với các nguyên tử có điện tích hình thức gần 0 (không) nhất; Công thức biểu diễn liên kết trong phân tử tốt nhất thường có điện tích hình thức

TR ẦN

âm định vị trên các nguyên tử có độ âm điện cao, điện tích hình thức dương định vị trên các nguyên tử có độ âm điện thấp nhất trong phân tử; Công thức biểu diễn liên kết trong phân tử tốt nhất thường có các điện tích hình

10 00

thức cùng dấu không nằm trên các nguyên tử kế cận nhau. Dựa trên các quy tắc trên, ta dễ dàng thấy công thức cấu tạo (5.17) tốt hơn cho

ion nitronium so với công thức (5.18). Do đó, công thức cấu tạo (5.17) là công thức

Lewis được đề nghị cho ion nitronium. Kết quả này phù hợp với dữ kiện thực nghiệm

-L

Í-

cho thấy ion nitronium có hai liên kết N – O tương đương như đã nói ở phần trên. Để ý rằng, quy tắc tối thượng là công thức cấu tạo biểu diễn tốt nhất tính chất

ÁN

thực tế của phân tử là công thức được chọn. Tuy nhiên, không phải lúc nào ta cũng dễ

dàng chọn được công thức phù hợp nhất từ các quy tắt đã trình bày trên. Ví dụ, trường

ÀN

hợp phân tử BF3, công thức Lewis (5.16) dẫn tới điện tích hình thức (+1) trên nguyên tử

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

điện, người ta đưa ra các quy luật tổng quát để lựa chọn công thức cấu tạo gần với tính

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

hay ion khác. Dựa trên các dữ liệu thực nghiệm và phù hợp nguyên tắc tương tác tĩnh

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nitronium có điện tích hình thức khác nhau. Điều này cũng hay gặp với nhiều phân tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Như vậy, các nguyên tử trong hai công thức cấu tạo (5.17) và (5.18) của ion

IỄ N

F có nối đôi và điện tích hình thức (-1) trên nguyên tử B kém âm điện hơn F, như biểu diễn ở (5.20). Điều này khiến công thức (5.16) không được chọn vì nó không phù hợp với quy tắc độ âm điện và điện tích hình thức. Công thức cấu tạo khác của BF3 được cân nhắc lựa chọn là (5.15). Tuy nhiên, với công thức cấu tạo (5.15), phân tử dù không có điện tích hình thức nhưng nguyên tử B không đạt được lớp vỏ khí hiếm. Vậy công thức cấu tạo nào là tốt nhất cho phân tử BF3? Chúng ta sẽ xem tiếp vấn đề này trong

các phần sau về liên kết hóa học.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 101

(5.20)

5.4.4.4. Công thức cộng hưởng

Thực tế cho thấy phân tử BF3 có ba liên kết B – F hoàn toàn tương đương. Chiều

thích hợp cho phân tử BF3. Để biểu diễn cho phân tử BF3 vừa có ba liên kết bằng nhau,

vừa có tính liên kết kép, người ta đề nghị biểu diễn phân tử BF3 bằng ba công thức cộng

TR ẦN

H Ư

hưởng như sau:

(5.21)

Cấu tạo của phân tử BF3 là trung bình của ba công thức cộng hưởng trong (5.21).

10 00

Như vậy, mỗi nối B – F trong phân tử có bậc nối trung bình là 1.33, phù hợp với dữ liệu

thực nghiệm là chiều dài liên kết trong phân tử BF3 ngắn hơn liên kết đơn.

Có hai điều cần lưu ý khi viết các công thức cộng hưởng, thứ nhất, mũi tên hai

Í-

chiều được đặt giữa các công thức cộng hưởng; thứ nhì, vị trí các nguyên tử trong các

-L

công thức cộng hưởng là như nhau, chỉ có cặp electron liên kết thay đổi vị trí giữa các

ÁN

công thức cộng hưởng. Tương tự như BF3, một số phân tử hoặc ion khác có độ dài các

nối tương đương, nếu không biểu diễn điều này bằng một công thức cấu tạo được, người ta dùng một dãy các công thức cộng hưởng để biểu diễn. Ví dụ, phân tử O3 được

ÀN

biểu diễn bằng hai công thức cộng hưởng (5.22), ion NO3– được biểu diễn bằng ba

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

phân tử BF3 không phải là các liên kết đơn, dẫn tới công thức cấu tạo (5.15) cũng không

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

BF3 hơi ngắn hơn trong ion BF4–, điều đó khiến người ta tin rằng liên kết B – F trong

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

BF3 biểu diễn như (5.16) là không hợp lý. Ngoài ra, độ dài liên kết B – F trong phân tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

dài ba liên kết B – F là giống nhau trong phân tử, và góc liên kết là 120o, nên công thức

IỄ N

công thức cộng hưởng như ở (5.23).

(5.22)

(5.23) Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 102

Phân tử O3 có ba cặp electron liên kết trên hai nối O – O, vậy có thể coi các liên kết O – O trong phân tử O3 có bậc liên kết là 1.5, phù hợp với dữ liệu thực nghiệm là hai liên kết O – O trong phân tử ozone có độ dài bằng nhau (128 pm), và hơi dài hơn liên kết O – O trong phân tử O2 (121 pm) có liên kết đôi. Tương tự như vậy, các công thức

cộng hưởng của ion NO3– biểu diễn tốt cho các liên kết tương đương trong các ion NO3–

, bậc liên kết trung bình của liên kết N – O trong các ion NO3– là 1.33 (hay 4/3).

Với các quy tắc đã bàn ở các phần trên, ta viết được công thức cấu tạo của rất

nhiều phân tử. Tuy nhiên, thực tế cho thấy có nhiều phân tử với liên kết cộng hóa trị

H Ư

không tuân theo các quy tắc trên, đó là các phân tử có số electron hóa trị lẻ, các hợp chất không đủ electron hoặc dư electron theo quy tắc bát tử. Ta sẽ lần lượt xem các

Các phân tử có số electron hóa trị lẻ

5.4.5.1.

TR ẦN

trường hợp này.

10 00

Một số phân tử có số lẻ electron, ví dụ, NO (9 electron hóa trị), NO2 (17 electron hóa trị), nghĩa là chúng không thể tuân theo quy tắc bát tử. Tuy nhiên, trong thực tế,

chúng là các phân tử ổn định. Phân tử NO có một electron lẻ, có thể nằm trên nguyên tử

-L

Í-

O hoặc N như trong hai công thức sau: (5.25)

ÁN

(5.24)

Xét về điện tích hình thức, phân tử với electron lẻ trên N (5.24) có điện tích hình thức bằng không, là biểu diễn tốt hơn cho phân tử NO.

ÀN

Các phân tử có electron lẻ có tính thuận từ. Một trong số các phân tử thuận từ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

5.4.5. Các phân tử không theo đúng quy tắc bát tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

tử này.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

trong các công thức trong dãy cộng hưởng để biểu diễn công thức cấu tạo cho các phân

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Thông thường, nếu không yêu cầu biểu diễn cộng hưởng, ta chỉ cần đưa ra một

IỄ N

bền mà chúng ta đã nhắc tới là O2, ta sẽ xem phân tử O2 kỹ hơn trong thuyết MO. Các phân tử bền và có electron lẻ như trên thường rất ít gặp. Ngoài ra, ta có thể gặp một số gốc tự do có electron lẻ, ví dụ, gốc methyl, •CH3, gốc hydroxyl, •OH, công thức Lewis của chúng là:

(5.26)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(5.27)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 103

Các gốc tự do này có hoạt tính hóa học cao do sự có mặt của các electron độc thân. Chúng tham gia vào nhiều phản ứng quang hóa trong môi trường, và có thể tác động đến DNA, gây ung thư cho con người. 5.4.5.2.

Các phân tử thiếu electron

đã nói phân tử này được biểu diễn tốt nhất bằng các công thức cộng hưởng (5.21). Tuy

Một số phân tử thiếu electron, ví dụ, phân tử BF3 mà chúng ta đã đề cập. Ta cũng

U Y

để tạo thành ion BF4–, được biểu diễn trong phương trình phản ứng (5.28). Trong

H Ư

(5.28)

Lưu ý rằng, các liên kết B – F trong phương trình (5.28) đều được biểu diễn như

TR ẦN

là các liên kết đơn, tuy nhiên liên kết B – F trong phân tử BF3 dài 130 pm, ngắn hơn liên kết B – F trong ion BF4–, 145 pm. Vậy, rõ ràng không thể bỏ qua tính kép của liên kết

B – F trong phân tử BF3. Ta cũng thấy không dễ dàng biểu diễn phân tử BF3 vừa có tính

10 00

thiếu electron, vừa có tính liên kết bội trong phân tử. Khi nhấn mạnh tính ổn định của phân tử BF3 theo Lewis, người ta biểu diễn phân tử BF3 như công thức (5.16); khi nhấn

công thức (5.15).

mạnh tính thiếu electron (sau này sẽ gọi là tính acid Lewis) của phân tử, người ta dùng

-L

Í-

Các hợp chất của B, Be, Al là những hợp chất thiếu electron thường gặp nhất. Ví dụ, người ta biết phân tử Al2Cl6 ở trạng thái hơi, là dạng dimer của phân tử AlCl3. Phân

ÀN

ÁN

tử AlCl3 thiếu electron nên dimer hóa thành Al2Cl6 để đủ electron lớp vỏ khí hiếm.

(5.29)

Đ IỄ N D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

“thiếu” electron của nó.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

phương trình (5.28), có thể biểu diễn phân tử BF3 với các liên kết đơn để cho thấy tính

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

nhiên, phân tử này vẫn xử sự như là phân tử thiếu electron, nó có thể nhận thêm ion F–

Một trường hợp đáng lưu ý khác là phân tử BH3 không đủ electron, chỉ tồn tại trong khoảng điều kiện rất hẹp. Tuy nhiên dạng dimer của nó, diborane, B2H6 khá bền. Cấu trúc của B2H6 được biểu diễn như sau:

(5.30) Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 104

Nếu dùng giả sử thông thường, cứ hai nguyên tử trong phân tử liên kết cộng hóa trị với nhau bằng ít nhất một cặp electron, công thức B2H6 trong (5.30) có 8 cặp electron liên kết. Tuy nhiên, tổng số electron hóa trị của phân tử này là 12, không thể nào tạo 8 diborane là liên kết “ba tâm hai electron”, không giống các liên kết đơn hay liên kết đôi

thông thường. Qua đó ta thấy, thế giới phân tử quanh ta vô cùng phong phú, tới nay ta

liên kết cộng hóa trị theo Lewis. Người ta cho rằng các liên kết B – H – B trong phân tử

Các nguyên tử tạo liên kết với số electron nhiều hơn lớp vỏ khí hiếm

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

tử Cl liên kết trực tiếp với nguyên tử P trong phân tử PCl5. Công thức cấu tạo của các

TR ẦN

H Ư

phân tử này được biểu diễn như sau:

(5.31)

(5.32)

Như vậy các nguyên tử trung tâm S và P trong các hợp chất trên lần lượt có 12

10 00

hoặc 10 electron, nhiều electron hơn quy luật bát tử của Lewis. Các công thức trên gọi là công thức Lewis với lớp vỏ electron hóa trị mở rộng. Sau này, sự tạo liên kết cộng hóa

trị với nhiều hơn 8 electron ở lớp vỏ được thuyết liên kết cộng hóa trị (thuyết VB, sẽ đề

cập sau) giải thích là do electron hóa trị 3s và 3p của các nguyên tử nguyên tố chu kỳ 3

Í-

có thể được kích thích lên các vân đạo 3d trống có năng lượng xấp xỉ 3s, 3p để tạo

-L

được nhiều cặp liên kết hơn. Sự giải thích tương tự như vậy cũng được áp dụng với

ÁN

nguyên tử của các nguyên tố các chu kỳ lớn hơn 3. Tuy nhiên, các nguyên tử thuộc chu kỳ 2 như C, N, O không có vân đạo hóa trị “2d”, orbital trống 3s có năng lượng khá cao so với các orbital hóa trị nên không thể có sự mở rộng lớp electron hóa trị tương tự.

ÀN

Tóm lại, các nguyên tử thuộc các nguyên tố chu kỳ 2 tuân thủ luật bát tử một cách chặt

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nguyên tử F liên kết trực tiếp với nguyên tử trung tâm S; tương tự như vậy, năm nguyên

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Ngoài hai trường hợp trên, quan sát thực nghiệm cho thấy, phân tử SF6 có sáu

http://daykemquynhon.ucoz.com

5.4.5.3.

U Y

sự tạo thành liên kết trong các phân tử cộng hóa trị.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

vẫn chưa có một quy luật vạn năng nào có thể dùng để biểu diễn và giải thích cho tất cả

IỄ N

chẽ, các nguyên tử thuộc chu kỳ 3 trở đi có thể tạo liên kết với lớp vỏ nhiều hơn 8

electron. Các quy tắc ở phần 5.4.4 cũng được dùng để viết công thức cấu tạo của các phân tử có lớp electron hóa trị mở rộng. Ví dụ, theo các luật trên, cấu tạo của ion SO42– có thể được viết theo một vài cách khác nhau như sau:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 105

(5.33)

Cấu tạo (5.33a) tuân theo đúng luật bát tử, nhưng các nguyên tử trong ion SO42–

ẠO

thức âm nhỏ nhất là công thức cấu tạo tốt nhất được chấp nhận cho ion SO42–.

Thực tế, cấu tạo phân tử H2SO4 ở (5.34) cho thấy các liên kết S – O không gắn

với H có chiều dài liên kết là 143 pm, hơi ngắn hơn các liên kết S – O gắn với H

H Ư

(154 pm). Trong khi đó, các liên kết S – O trong ion SO42– đều bằng nhau, 149 pm, tức

TR ẦN

là có độ dài trung gian giữa hai độ dài của các liên kết S – O trong phân tử H2SO4. Điều đó chứng tỏ liên kết S – O trong ion SO42– có tính kép, nghĩa là công thức cấu tạo

(5.34)

Í-

10 00

(5.33b) với lớp electron hóa trị mở rộng phù hợp hơn cho ion SO42–.

-L

Trong trường hợp ion sulfate, công thức cấu tạo với sự cộng hưởng như (5.35) là

IỄ N

ÀN

ÁN

công thức biểu diễn tốt nhất cho độ dài của các liên kết S – O trong ion.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

rộng lớp electron hóa trị được chấp nhận, vì vậy công thức (5.33b) với các điện tích hình

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

quá 8, nhưng điện tích hình thức giảm xuống. Vì nguyên tử S thuộc chu kỳ 3, việc mở

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

vào dùng chung để tạo các liên kết đôi S = O (5.33b), số electron trên nguyên tử S tăng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

đều có điện tích hình thức cao. Khi đưa các cặp electron không liên kết trên nguyên tử O

(5.35) Tóm lại, các nguyên tử của các nguyên tố chu kỳ 2 không có các vân đạo d nên luôn theo đúng quy tắc bát tử của Lewis. Các nguyên tử của các nguyên tố chu kỳ 3 trở đi có thể dùng nhiều hơn 8 electron hóa trị để tạo phân tử ổn định hơn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 106

5.4.6. So sánh khái niệm hóa trị và số phối trí trong hợp chất cộng hóa trị và hợp chất ion Hóa trị là một khái niệm chúng ta đã biết đến từ những năm học hóa học đầu tiên trong chương trình trung học. Đến đây, ta cần nhận rõ sự khác nhau trong khái niệm hóa

trị dùng cho hợp chất cộng hóa trị và hợp chất ion. Trong hợp chất ion, hóa trị là điện

hóa trị, chính là điện tích ion. Trong hợp chất cộng hóa trị, hóa trị là cộng hóa trị, là số

trong bảng phân loại tuần hoàn. Tuy nhiên, với hợp chất cộng hóa trị, ta phải viết được

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

N2 (5.8) là 3, trong HNO3 (5.36) là 4; hóa trị của S trong H2S (5.37) là 2, trong H2SO4

(5.34) là 6, trong SF6 (5.31) là 6; hóa trị của C trong CO là 3 (5.38), trong CO2 (5.9) là 4.

H Ư

Trong các hợp chất trên, hóa trị của H luôn luôn là I, còn hóa trị của các nguyên tố khác

TR ẦN

có thể thay đổi trong từng hợp chất. Nhấn mạnh, các nguyên tử thuộc chu kỳ 2 theo

10 00

(5.37)

(5.38)

(5.36)

đúng luật bát tử nên có hóa trị tối đa là 4.

Ta đã đề cập khái niệm số phối trí trong hợp chất ion khi xét mạng tinh thể ion, và

Í-

thấy rằng không dự đoán được số phối trí của hợp chất ion nếu chỉ biết công thức hợp

-L

chất. Khác với hợp chất ion, số phối trí trong hợp chất cộng hóa trị là số nguyên tử trực

ÁN

tiếp liên kết với nguyên tử nào đó trong phân tử, do đó trong nhiều trường hợp, ta dễ dàng biết số phối trí của các nguyên tử từ công thức hợp chất. Thông thường, ta chỉ quan tâm đến số phối trí của nguyên tử trung tâm trong phân tử. Ví dụ, trong phân tử

ÀN

CH4, có bốn nguyên tử H liên kết trực tiếp với C nên số phối trí của C là 4. Trong phân

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Ví dụ hóa trị của O trong O2 (cấu tạo 5.7) là 2; hóa trị của N trong NH3 (5.10) là 3, trong

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

công thức cấu tạo phân tử của hợp chất, từ đó mới xác định hóa trị của các nguyên tử.

http://daykemquynhon.ucoz.com

trị của các ion nếu ta biết công thức hợp chất ion và vị trí của các nguyên tử tạo nên nó

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

liên kết cộng hóa trị mà nguyên tử tạo thành trong phân tử. Dễ dàng xác định điện hóa

IỄ N

tử H2O, số phối trí của O là 2; N trong NH3 và trong HNO3 đều có số phối trí là 3; S trong SF6 có số phối trí 6, trong H2SO4 có số phối trí 4, v.v... Dễ dàng nhận thấy rằng số phối

trí trong hợp chất cộng hóa trị luôn nhỏ hơn hoặc bằng hóa trị của nguyên tử. 5.5.

Cấu trúc không gian của phân tử cộng hóa trị - Thuyết đẩy đôi điện tử tầng hóa trị (VSEPR – Valence Shell Electron Pair Repulsion) Liên kết cộng hóa trị hình thành với sự tăng mật độ electron trên vùng nối nhân, vì

vậy liên kết cộng hóa trị là liên kết có định hướng. Do đó, các phân tử cộng hóa trị cũng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 107

có cấu trúc không gian nhất định. Bằng nhiều phương pháp hóa lý và tính toán lý thuyết khác nhau, người ta xác định được cấu trúc hình học của các phân tử cộng hóa trị, thường được mô tả qua các giá trị chiều dài nối và góc nối. Ví dụ, các kết quả thực thành tứ diện đều, tức là các liên kết C-H-C đều có góc bằng nhau, 109.5o; phân tử SF6

cũng có sáu nối S – F dài bằng nhau, nằm quanh nguyên tử S tạo thành bát diện đều

nghiệm cho thấy phân tử CH4 có bốn nguyên tử H nằm cách đều nguyên tử C và tạo

U Y

ba nguyên tử, nhưng phân tử CO2 thẳng, còn các nguyên tử trong phân tử H2O tạo

Hướng ra bốn đỉnh của tứ diện đều (góc giữa các nhóm electron là 109.5o)

-L

Í-

10 00

Nằm trong cùng mặt phẳng, hướng ra ba đỉnh của tam giác đều (góc giữa các nhóm electron là 120o)

Hướng ra sáu đỉnh của bát diện đều (góc giữa các nhóm electron là 90o)

IỄ N

ÀN

ÁN 5

Tạo thành hình lưỡng tháp tam giác, với ba cặp electron nằm trên mặt phẳng nằm ngang (gọi là mặt phẳng xích đạo), hai cặp electron còn lại nằm đối diện nhau trên trục vuông góc với mặt phẳng xích đạo (góc giữa các nhóm electron là 120o và 90o)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

là 180o)

(góc giữa các nhóm electron

Dạng hình học cơ bản

Phân bố các nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm Đối diện, thẳng hàng nhau

H Ư

Tổng số nhóm electron

ẠO

Bảng 5.3. Hình học cơ bản của các nhóm electron liên kết và không liên kết quanh nguyên tử trung tâm

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

thành góc 104.5o.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

với các góc F-S-F trong phân tử SF6 đều bằng 90o. H2O và CO2 đều là các phân tử có

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 108

Tại sao mỗi phân tử có hình dạng và góc nối khác nhau? Các kết quả thực nghiệm và tính toán lý thuyết đều phù hợp với thuyết đẩy các đôi điện tử tầng hóa trị (VSEPR) cho rằng, các cặp electron liên kết và không liên kết trong phân tử đều chiếm Nguyên tắc đó còn được gọi là nguyên lý giảm thiểu lực đẩy giữa các electron tầng hóa

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

một nguyên tử tâm thành các dạng hình học cơ bản được liệt kê trong Bảng 5.3.

5.5.2. Hình học của các phân tử cộng hóa trị

H Ư

Trong thực tế, ta hình dung hình học phân tử qua chiều dài liên kết và góc liên

TR ẦN

kết, ta không thể “nhìn thấy” các cặp electron không liên kết. Do đó, dạng hình học thực tế của các phân tử có các cặp electron không liên kết có thể khác với hình học cơ bản trong Bảng 5.3. Trong phần này ta sẽ xét chi tiết từng dạng hình học thực tế của các

10 00

phân tử, được tóm tắt trong Bảng 5.4.

1. Các phân tử với hai nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm:

Các phân tử có trên ba nguyên tử, với 2 nhóm electron phân bố quanh một

Í-

nguyên tử trung tâm luôn có góc nối 180o quanh nguyên tử trung tâm. Ví dụ, nguyên tử

-L

C trong CO2 có hai nguyên tử O liên kết với C, trên C không còn cặp electron chưa liên

ÁN

kết (5.9) nên tổng số nhóm electron quanh nguyên tử C là 2, phân tử có dạng thẳng với góc O-C-O là 180o.

ÀN

Phân tử C2H2 với công thức cấu tạo là H – C*≡ C – H. Nguyên tử C* nối với một

nguyên tử H và nguyên tử C thứ hai, trên C* không có cặp electron không liên kết, do dó

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

như tương đương. Tùy theo tổng số nhóm electron, các nhóm electron phân bố quanh

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

electron liên kết liên kết đơn hay liên kết bội, và các cặp electron không liên kết đều gần

http://daykemquynhon.ucoz.com

Các quan sát cho thấy, để áp dụng thuyết VSEPR, ta có thể giả sử các nhóm

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

5.5.1. Hình học cơ bản của các nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm

trị. Ta sẽ xem chi tiết thuyết VSEPR trong phần sau đây.

các vùng không gian nhất định và phân bố sao cho tương tác đẩy giữa chúng là ít nhất.

IỄ N

nguyên tử H và C còn lại phân bố thẳng hàng quanh C*, góc liên kết H-C*-C là 180o. Tương tự như vậy với nguyên tử C còn lại. Vậy tất cả các nguyên tử trong phân tử C2H2 thẳng hàng. 2. Các phân tử với ba nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm: Có hai trường hợp khác nhau với các phân tử này. Trường hợp thứ nhất, ví dụ,

phân tử BF3 có ba nguyên tử F liên kết trực tiếp với B và không có cặp electron không liên kết nào trên B (xem công thức (5.16)). Phân tử như vậy được ký hiệu là AX3 trong Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 109

Bảng 5.4, với A là nguyên tử trung tâm, X là các nguyên tử biên. Như vậy, ba nguyên tử F phân bố ở ba đỉnh của tam giác đều quanh B, toàn bộ phân tử BF3 nằm trên một mặt phẳng. Để ý rằng dù ta viết công thức cấu tạo của phân tử BF3 theo (5.15), (5.16), hay (5.20) thì theo thuyết VSEPR ta cũng có cùng một dạng hình học của BF3. Tương tự

như vậy, các phân tử và ion C2H4, SO3, CO32–, NO3–… cũng có dạng phẳng với góc liên

Thẳng

AX2

Dạng hình học thực tế

Góc nối 180o

CO2, BeCl2

ẠO

Thẳng

Ví dụ

Tam giác phẳng

120o

BF3

120o

SO2

109.5o

CH4

109.5o

NH3

109.5o

H2O

Phân tử có góc

AX2E

10 00

AX3

TR ẦN

H Ư

Tam giác phẳng

AX4

ÁN

-L

Í-

Tứ diện

AX3E

IỄ N

ÀN

Tháp đáy tam giác

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ký hiệu phân tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Số cặp electron không liên kết

U Y

Dạng hình học cơ bản

Tổng số nhóm electron

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Bảng 5.4. Các dạng hình học của phân tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

kết là 120o.

Phân tử có góc 2

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

AX2E2

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 110

Bảng 5.4. Các dạng hình học của phân tử (tiếp theo) Tổng số nhóm electron

Dạng hình học cơ bản

Số cặp electron không liên kết

Ký hiệu phân tử

Dạng hình học thực tế

Góc nối

Ví dụ

90o

PF5

AX5

Chữ T

H Ư

AX3E2

10 00

AX2E3

90o

ClF3

180o

XeF2

90o

SF6

90o

BrF5

90o

XeF4

Thẳng

TR ẦN

giác

AX6

ÁN

-L

Í-

Bát diện

AX5E

IỄ N

ÀN

Tháp đáy vuông

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

tháp tam

SF4 MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

90o

Lưỡng 5

U Y .Q

120o,

AX4E

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Bập bênh (seesaw)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

120o,

Lưỡng tháp tam giác

Vuông phẳng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

AX4E2

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 111

(5.39)

(5.40)

Trường hợp thứ hai, xét phân tử SO2 với công thức cấu tạo (5.39). Trên nguyên

và một cặp electron không liên kết. Phân tử kiểu này được ký hiệu là AX2E trong Bảng

tử trung tâm S có ba nhóm electron: hai nhóm electron liên kết, ứng với hai liên kết S-O,

U Y

bố hướng về ba đỉnh của tam giác phẳng với góc liên kết 120o. Tuy nhiên, ta chỉ quan

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Một trường hợp khác khá thú vị là phân tử NO2 với electron lẻ. Công thức Lewis

của NO2 được biểu diễn ở (5.40) cho thấy electron lẻ trên nguyên tử N. Trên nguyên tử

H Ư

trung tâm N cũng có ba nhóm electron, theo dự đoán, phân tử này có góc liên kết là

TR ẦN

120o. Thực tế góc nối của phân tử là 134o, có thể do electron độc thân không liên kết chiếm vùng không gian nhỏ hơn cặp electron. Ngoài ra, có lẽ do sự có mặt của điện tử

lẻ trong phân tử, phân tử NO2 dễ dàng nhị hợp thành N2O4.

10 00

3. Các phân tử với bốn nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm: Các phân tử này có hình học cơ bản là tứ diện với góc liên kết 109.5o, gồm ba

trường hợp. Trường hợp đầu tiên là các phân tử có dạng AX4, với bốn nhóm electron

liên kết quanh một nguyên tử trung tâm. Các phân tử CH4 và ion NH4+, SO42–, PO43–...

-L

Í-

có dạng này. Chúng là các phân tử tứ diện đều với các góc liên kết 109.5o.

ÁN

Trường hợp thứ hai là các phân tử với ký hiệu AX3E, tức là có một cặp electron không liên kết trên nguyên tử trung tâm. Ví dụ, phân tử NH3, NF3 có dạng hình học cơ bản là tứ diện, nhưng ta không thấy được cặp electron không liên kết nên dạng hình học

IỄ N

ÀN

thực tế là tháp (đáy) tam giác.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

với góc liên kết 120o. Phân tử O3 cũng có dạng hình học tương tự như phân tử SO2.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

kết, nên dạng hình học thực tế của phân tử SO2 là dạng góc (hay phân tử không thẳng),

http://daykemquynhon.ucoz.com

sát được góc liên kết giữa các nguyên tử, không thể “nhìn thấy” cặp electron không liên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

5.4, với E là cặp electron không liên kết. Ba nhóm electron trong phân tử SO2 cũng phân

Trường hợp thứ ba là các phân tử dạng AX2E2, có hai nguyên tử liên kết và hai

cặp electron không liên kết trên nguyên tử trung tâm. Thực tế các phân tử ba nguyên tử này phẳng, có góc liên kết khoảng 109.5o. Ví dụ tiêu biểu của các phân tử này là H2O. Hình 5.5 cho thấy dạng hình học của các phân tử CH4, NH3, và H2O trong tứ diện và trong thực tế.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

NH3 là 107o, trong NF3 là 102o, trong H2O là 104.5o. Để giải thích cho sự thay đổi góc nối

H Ư

trong những trường hợp này, thuyết VSEPR cho rằng:

Trong phân tử, các cặp electron liên kết phân bố giữa hai nguyên tử nên ít tập

TR ẦN

trung trên nguyên tử trung tâm hơn các cặp electron không liên kết. Nói cách

khác, các cặp electron không liên kết chiếm vùng không gian lớn hơn các cặp

10 00

electron liên kết.

Ví dụ, phân tử NH3 có ba liên kết cộng hóa trị và một cặp electron không liên kết,

vì cặp electron không liên kết chiếm vùng không gian lớn hơn các cặp electron

liên kết nên góc giữa các cặp liên kết giảm từ 109.5o xuống 107o. Tương tự như

Í-

vậy, O trong phân tử H2O có hai cặp electron không liên kết, hai cặp electron

-L

không liên kết chiếm vùng không gian lớn hơn một cặp electron không liên kết

ÁN

trong NH3, nên góc giữa hai cặp electron liên kết trong phân tử H2O giảm đi nhiều Các nguyên tử biên có độ âm điện cao hơn nguyên tử trung tâm sẽ làm cặp

ÀN

hơn trong phân tử NH3, chỉ còn 104.5o.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

thường có giá trị nhỏ hơn 109.5o, góc trong tứ diện đều. Ví dụ, góc liên kết trong phân tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

Các kết quả thực nghiệm cho thấy góc liên kết trong các phân tử AX3E và AX2E2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 5.5. Dạng hình học của các phân tử CH4, NH3, và H2O trong tứ diện và trong thực tế

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

112

IỄ N

electron liên kết phân bố lệch về phía các nguyên tử biên hơn, khi đó cặp electron không liên kết trên nguyên tử trung tâm có cơ hội chiếm vùng không gian rộng hơn, kết quả là góc nối giảm. Ví dụ, các phân tử NH3 và NF3 có cấu trúc tương tự nhau, nhưng nguyên tử F có độ âm điện rất cao, nên cặp electron liên kết trên N – F lệch mạnh về phía F, kết quả là góc nối trong phân tử NF3 là 102o, nhỏ hơn so với góc nối trong NH3, 107o.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 113

4. Các phân tử với năm nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm: Hình học cơ bản của các phân tử này là lưỡng tháp tam giác với bốn dạng hình học thực tế khác nhau. Dạng thứ nhất, các phân tử AX5 với năm liên kết cộng hóa trị có

nhau 90o, nhỏ hơn giữa các liên kết trong mặt phẳng xích đạo với nhau, nên để giảm

hình lưỡng tháp tam giác. Lưu ý rằng do liên kết giữa trục và mặt phẳng xích đạo cách

thiểu lực đẩy giữa các cặp electron liên kết, chiều dài liên kết ở trục sẽ hơi dài hơn liên

liên kết và không liên kết sẽ phân bố trong không gian sao cho lực đẩy giữa chúng là

kém nhất, với thứ tự đẩy của các cặp electron là: LK – LK < LK – KLK < KLK – KLK

10 00

(5.41)

H Ư

TR ẦN

trở lên thì coi như đẩy nhau không đáng kể.

(LK: liên kết, KLK: không liên kết), và nếu các cặp electron nằm ở vị trí cách nhau 120o

(5.42)

(5.43)

Áp dụng điều trên vào phân tử SF4, nếu cặp electron không liên kết của phân tử

SF4 chiếm vị trí xích đạo (5.42), phân tử sẽ có hai tương tác đẩy LK – KLK và bốn tương

Í-

tác đẩy LK – LK; ít hơn trong trường hợp cặp electron không liên kết nằm ở vị trí trục

-L

(5.43) với ba tương tác đẩy LK – KLK và ba tương tác đẩy LK – LK. Vậy, để tương tác

ÁN

đẩy trong phân tử là ít nhất, cặp electron chưa liên kết phải chiếm vị trí mặt phẳng xích

đạo (5.42). Vậy, phân tử SF4 có hình cái bập bênh (seesaw).

ÀN

Trường hợp thứ ba, phân tử ClF3 có dạng AX3E2 với hai cặp electron không liên

kết (công thức Lewis (5.43)). Hai cặp electron không liên kết có thể chiếm vị trí trục hoặc

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

hoặc trục (5.43). Trong các trường hợp này, thuyết VSEPR cho rằng các cặp electron

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(5.40). Trong phân tử SF4, cặp electron không liên kết có thể chiếm vị trí xích đạo (5.42)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Trường hợp thứ hai, phân tử dạng AX4E, ví dụ, phân tử SF4 với công thức Lewis

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

kết ở xích đạo.

IỄ N

xích đạo, dẫn tới ba trường hợp (5.44) – (5.46). Khi hai cặp electron không liên kết đều

nằm trên trục, (5.44), có 6 tương tác đẩy LK – KLK. Khi hai cặp electron không liên kết nằm trên xích đạo, (5.45) có 4 tương tác đẩy LK – KLK và 2 tương tác đẩy LK – LK. Cấu trúc với một cặp electron không liên kết trên trục và một trên xích đạo, (5.46), có 1 tương tác đẩy KLK – KLK, 3 tương tác đẩy LK – KLK, và 2 tương tác đẩy LK – LK. Như vậy trường hợp hai cặp electron chưa liên kết trên xích đạo có tương tác đẩy của các

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 114

electron kém nhất, phân tử ổn định nhất. Thực tế, phân tử ClF3 có hình chữ T gãy với

(5.45)

(5.46)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

cấu trúc với ba cặp electron chưa liên kết trên mặt phẳng xích đạo, (5.48), có tương tác

đẩy các cặp electron không liên kết và liên kết yếu nhất. Thực tế, phân tử XeF2 là phân

(5.48)

(5.47)

TR ẦN

H Ư

tử thẳng.

10 00

5. Các phân tử với sáu nhóm electron quanh nguyên tử trung tâm: Dạng hình học cơ bản của phân tử này là bát diện. Nếu sáu đỉnh bát diện đều là

các nguyên tử liên kết (dạng AX6), phân tử là bát diện. Ví dụ SF6 là bát diện đều.

Trường hợp có một cặp electron không liên kết, ví dụ phân tử BrF5 (dạng AX5E), cặp

-L

Í-

electron không liên kết có thể chiếm một trong sáu vị trí bất kỳ của bát diện, dẫn đến

ÁN

dạng hình học thực tế của phân tử là tháp vuông (5.49). XeF4 có 2 cặp electron không liên kết nằm ở vị trí thẳng hàng nhau để giảm thiểu tương tác đẩy giữa các cặp electron

nên có dạng vuông phẳng (5.50).

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

vị trí trục hoặc xích đạo của lưỡng tháp tam giác. Lập luận tương tự như trên, ta thấy

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

không liên kết như công thức Lewis (5.47). Ba cặp electron không liên kết có thể chiếm

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

Trường hợp thứ tư, phân tử có dạng AX2E3, ví dụ, XeF2 với ba cặp electron

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(5.44)

U Y

(5.43)

liên kết F – Cl – F có góc hơi nhỏ hơn 90o do lực đẩy của các đôi điện tử không liên kết.

(5.49)

(5.50)

Trên đây là các dạng hình học hay gặp của các phân tử cộng hóa trị. Số phối trí tối đa trong các dạng hình học trên là 6. Trong thực tế có thể gặp các phân tử có số phối trí cao hơn 6, ví dụ, IF7 có số phối trí 7. Ta chưa đề cập tới dạng hình học của các phân tử có số phối trí cao hơn 6 trong môn học này. Ngoài ra, ta cũng có thể dùng thuyết

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 115

VSEPR để giải thích và dự đoán hình học của một số phân tử có nhiều nguyên tử trung tâm, ví dụ, phân tử methyl isocyanate, CH3NCO. Trong những trường hợp này, ta sẽ xét hình học quanh từng nguyên tử trung tâm một. Thuyết đẩy đôi điện tử tầng hóa trị có thể giải thích và dự đoán tốt hình học cho

hầu hết các phân tử của nguyên tố s và p. Cho đến lúc này, ta chỉ dựa vào sự góp

chung các electron và các dữ liệu thực nghiệm và để giải thích cấu tạo phân tử. Ta vẫn

ẠO

kết hợp với thuyết VB để giải thích sự tạo thành các hợp chất cộng hóa trị. Vì vậy, trong

nhiều trường hợp, người ta sử dụng nó như là một bộ phận của thuyết VB. Cần hiểu

Hình học phân tử và moment lưỡng cực phân tử

TR ẦN

5.6.

H Ư

không sử dụng các phép tính cơ học lượng tử.

rằng, thuyết VB đặt cơ sở trên cơ học lượng tử, còn thuyết đẩy đôi điện tử tầng hóa trị

Như đã đề cập, khi liên kết cộng hóa trị tạo thành giữa hai nguyên tử của cùng

một nguyên tố hóa học, cặp electron liên kết thường phân bố đều giữa hai nguyên tử.

10 00

Tuy nhiên khi liên kết cộng hóa trị tạo thành giữa hai nguyên tử của hai nguyên tố khác nhau, cặp electron liên kết sẽ lệch về phía nguyên tử có độ âm điện cao hơn, tạo nên

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

liên kết phân cực, từ đó, phân tử cũng có thể phân cực, hay có lưỡng cực.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

thuyết mạnh để giải thích hình học của các phân tử cộng hóa trị, nên nó thường được

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thuyết liên kết cộng hóa trị theo VB và theo MO. Điều cần lưu ý là, thuyết VSEPR là một

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

có vai trò thế nào trong sự tạo thành liên kết hóa học? Vấn đề này sẽ được đề cập trong

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

chưa đề cập tới vấn đề electron nằm trong orbital nguyên tử, vậy các orbital nguyên tử

Hình 5.6. Các phân tử lưỡng cực HF khi không có và có điện trường ngoài

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 116

Để làm rõ hơn khái niệm lưỡng cực phân tử, ta sẽ xem tính chất của các phân tử khí HF. Bình thường, các phân tử HF định hướng ngẫu nhiên trong không gian, nhưng khi áp điện trường vào chúng, ta thấy tất cả các phân tử HF đều hướng đầu H về cực

trong HF là cộng hóa trị phân cực, không phải là liên kết ion. Nguyên tử H chỉ có một

tích điện dương, và F là trung tâm tích điện âm trong phân tử HF. Lưu ý rằng, liên kết

âm, đầu F về cực dương của điện trường (Hình 5.6). Điều này chứng tỏ H là trung tâm

cực phân tử, , bằng tích của điện tích  và chiều dài d của lưỡng cực (5.50), và thường

=d

H Ư

được biểu diễn theo đơn vị D (đọc là duh-bye), 1 D = 3.34 x 10–30 C.m.

TR ẦN

(5.50)

Với phân tử nhiều nguyên tử, vector moment lưỡng cực của phân tử là tổng của các vector lưỡng cực của các liên kết cộng hóa trị và các vector tạo bởi các cặp electron

10 00

không liên kết. Do đó, moment lưỡng cực phân tử phụ thuộc vào hình học phân tử. Nếu tổng các vector lưỡng cực của phân tử triệt tiêu nhau thì moment lưỡng cực phân tử

bằng không, phân tử không phân cực. Nếu tổng các vector lưỡng cực của phân tử khác

ÁN

-L

Í-

không, thì moment lưỡng cực phân tử khác không, phân tử phân cực.

ÀN

Hình 5.7. Biểu diễn các lưỡng cực trong phân tử H2O và phân tử CO2

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Trong thực nghiệm, độ lớn của lưỡng cực phân tử được đo bằng moment lưỡng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

trong đó đầu mũi tên hướng về nguyên tử có độ âm điện cao hơn.

HF, lưỡng cực tạo thành có điện tích  < 1, có thể được biểu diễn dưới dạng H+ → F,

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

hợp chất với ion H+ và ion F mặc dù F rất âm điện hơn H. Trong trường hợp phân tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

electron duy nhất nên nó không thể nhường hẳn electron này cho nguyên tử F để tạo

IỄ N

Ví dụ, các liên kết trong phân tử H2O và phân tử CO2 đều là liên kết phân cực, tuy

nhiên, phân tử H2O phân cực, có moment lưỡng cực đo được là 1.84 D, phân tử CO2 không phân cực. Nguyên nhân của sự khác biệt trên là hai phân tử H2O và CO2 có dạng hình học khác nhau. Hình 5.7 biểu diễn hình học và các vector phân cực của các liên kết trong hai phân tử. Ta thấy phân tử H2O có góc, hai liên kết H – O trong phân tử H2O đều phân cực về phía O, nên vectơ tổng hợp của chúng hướng từ giữa hai nguyên tử H đến

O, do đó phân tử H2O phân cực. Trong khi đó, các liên kết C = O trong phân tử CO2 là các liên kết cộng hóa trị phân cực, nhưng vì phân tử CO2 thẳng nên các vectơ lưỡng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 117

cực của liên kết trong phân tử CO2 bù trừ lẫn nhau, dẫn đến moment lưỡng cực của phân tử CO2 bằng không, phân tử CO2 là phân tử không phân cực.Tương tự như phân tử CO2, nhiều phân tử tạo thành từ các liên kết cộng hóa trị phân cực, nhưng vì phân tử có đối xứng đặc biệt, các lưỡng cực triệt tiêu nhau, nên phân tử có moment lưỡng cực

bằng không. Đó là trường hợp các phân tử CH4, CCl4, XeF4, PCl5, SF6, v.v…

Phân tử NH3 và NF3 là trường hợp thú vị, hai phân tử này có dạng hình học giống

ẠO

H), tổng hợp các vector này cùng chiều với vector lưỡng cực gây ra bởi cặp electron

không liên kết trên N, vì vậy phân tử NH3 có moment lưỡng cực lớn. Trong khi đó, F có

độ âm điện cao hơn N, nên các vector lưỡng cực của các liên kết N – F trong phân tử

H Ư

NF3 hướng về F, tổng các vector này ngược chiều với vector lưỡng cực gây ra bởi cặp

ÁN

-L

Í-

10 00

moment lưỡng cực nhỏ hơn NH3.

TR ẦN

electron không liên kết trên N, do đó tổng vector lưỡng cực nhỏ, vì vậy phân tử NF3 có

Hình 5.8. Các vector phân cực và moment lưỡng cực của phân tử NH3 và NF3

ÀN

Ngoài ra, moment lưỡng cực phân tử ảnh hưởng đến tính tan của hóa chất, ví dụ,

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

cực của các liên kết N – H trong phân tử NH3 hướng về N (do N có độ âm điện cao hơn

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

NF3 là 1.47 D, cao hơn đáng kể so với NF3, 0.23 D. Hình 5.8 cho thấy, các vector lưỡng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tương tự nhau, 0.9 trong NH3 và 1.0 trong NF3, nhưng moment lưỡng cực phân tử của

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nhau (tháp đáy tam giác), sai biệt độ âm điện giữa các nguyên tử trong NH3 và NF3

IỄ N

nước là dung môi phân cực nên nó dễ dàng hòa tan những chất phân cực như SO2, NH3, HCl, v.v… Ngược lại, những chất không phân cực như O2, CO2, CCl4… tan rất ít

trong nước. Như vậy, trong chương này ta đã phân biệt các loại liên kết cơ bản và dùng các thuyết đơn giản để giải thích và dự đoán sự tạo thành liên kết và tính chất của các đơn chất và hợp chất. Trong chương tiếp theo, ta sẽ xem thuyết cơ học lượng tử giải thích sự tạo thành liên kết cộng hóa trị thế nào.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 118

Chương 6

CÁC MÔ HÌNH HIỆN ĐẠI VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC Mặc dù các mô hình liên kết hóa học đơn giản ở Chương 5 giải thích được sự tạo

nghiệm chưa được giải thích thỏa đáng. Ví dụ, tại sao phân tử O2 với tổng số electron

thành liên kết và hình học phân tử của nhiều hợp chất, vẫn còn nhiều dữ kiện thực

chẵn nhưng có tính thuận từ, tại sao các phân tử SF6, PCl5 tạo được nhiều hơn tám

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

toán năng lượng electron trong phân tử từ phương trình Schodinger. Hai mô hình trong

số đó là mô hình liên kết cộng hóa trị (Valence Bond theory, VB) và mô hình orbital phân

H Ư

tử (Molecular Orbitals, MO). Trong chương trình Hóa Đại Cương, chúng ta sẽ không quan tâm chi tiết việc tính toán lượng tử của các thuyết này, chúng ta chỉ xem các mô

TR ẦN

hình này giải thích thế nào về bản chất sự tạo thành liên kết hóa học. Thông thường, các mô hình liên kết hóa học hiện đại đều bắt đầu bằng xét sự tạo

thành liên kết trong phân tử H2, là phân đơn giản nhất. Trước tiên, chúng ta sẽ xem sự

10 00

tương tác và năng lượng tương tác giữa hai nguyên tử H để tạo thành phân tử H2.

Tương tác giữa hai nguyên tử hydro khi tạo thành phân tử H2

Giả sử có hai nguyên tử hydro ở rất xa nhau, khi đó chúng không tương tác nhau,

Í-

hay nói cách khác, năng lượng tương tác của chúng bằng 0 (không). Khi hai nguyên tử

-L

hydro tiến lại gần nhau đến một khoảng cách nào đó, ngoài tương tác giữa electron và

ÁN

nhân của từng nguyên tử H, sẽ có thêm ba lực tương tác khác xảy ra: (i) lực tương tác hút giữa nhân nguyên tử H này và electron của nguyên tử H kia; (ii) tương tác đẩy giữa hai electron của hai nguyên tử H với nhau; (iii) tương tác đẩy giữa hai hạt nhân nguyên

IỄ N

ÀN

tử H với nhau (xem Hình 6.1).

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

tham gia của các orbital nguyên tử vào sự tạo thành liên kết hóa học, kết hợp với tính

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

cách hiệu quả hơn. Các mô hình được quan tâm và phát triển là những mô hình có sự

http://daykemquynhon.ucoz.com

học vẫn nghiên cứu những mô hình khác để giải thích bản chất liên kết hóa học một

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

electron hóa trị, tại sao một số chất như Si có tính bán dẫn, v.v... Vì vậy, các nhà hóa

Hình 6.1. Các tương tác xảy ra khi hai nguyên tử H ở khá gần nhau

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

10 00

hai nguyên tử H ở rất xa nhau (a trong Hình 6.2), tổng năng lượng tương tác giữa hai nguyên tử bằng không. Khi hai nguyên tử tiến lại gần nhau (b trong Hình 6.2), tương tác hút giữa electron nguyên tử này với nhân nguyên tử kia bắt đầu trội hơn, làm năng

lượng của hệ giảm xuống. Ở khoảng cách thích hợp (74 pm, c trong Hình 6.2) tương tác

hút giữa các electron và nhân của hai nguyên tử H là mạnh nhất, hệ đạt năng lượng cực

-L

Í-

tiểu (-436 kJ/mol), phân tử H2 tạo thành. Năng lượng này cũng chính là năng lượng cần

ÁN

thiết để phân ly phân tử H2 thành hai nguyên tử H cô lập. Khi hai nguyên tử H quá gần nhau (d trong Hình 6.2), các tương tác đẩy giữa các nhân và electron bắt đầu trội hơn,

năng lượng của hệ tăng lên, hai nguyên tử H có khuynh hướng tách xa nhau để đạt tới

ÀN

trạng thái năng lượng bền hơn. Lưu ý rằng, do dao động phân tử, khoảng cách giữa hai

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Hình 6.2 biểu diễn tổng năng lượng của các tương tác giữa hai nguyên tử H. Khi

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Hình 6.2. Sơ đồ biểu diễn tổng năng lượng tương tác giữa hai nguyên tử H theo khoảng cách

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

119

IỄ N

nguyên tử H trong phân tử H2 luôn thay đổi quanh giá trị khoảng cách trung bình tối ưu giữa hai nguyên tử H, 74 pm. Như vậy, tương tác giữa các nhân và electron trong phân tử H2 giữ hai nguyên tử H ở gần nhau, phân tử H2 tạo thành ứng với hệ có năng lượng bền hơn hai nguyên tử H riêng biệt. Ở trạng thái phân tử có năng lượng thấp nhất (-436 kJ/mol), electron trong phân tử được cho là ở gần hai nhân nhất để tương tác hút giữa các electron – nhân nguyên tử là mạnh nhất, như vậy, các electron phải ưu tiên cư trú ở vùng giữa hai hạt nhân nguyên tử. Theo thuyết cơ học lượng tử, chuyển động của electron trong nguyên

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 120

tử được mô tả qua các hàm sóng của orbital nguyên tử. Câu hỏi là, khi hai nguyên tử H ở gần nhau để tạo phân tử H2, các orbital nguyên tử sẽ đóng vai trò ra sao trong sự tạo thành liên kết hóa học? Ta sẽ lần lượt xem quan điểm của thuyết VB và MO về vấn đề này.

Thuyết VB (Valence Bond) – Mô hình liên kết cộng hóa trị định chỗ

6.1.

trong vùng giữa hai nhân nguyên tử (Hình 6.3). Để tương tác hút giữa các electron và

nhân mạnh nhất, electron trên hai AO 1s của hai nguyên tử H phải tập trung trên vùng

H Ư

xen phủ orbital giữa hai nhân, tức là mật độ electron tăng lên trên vùng orbital liên kết.

TR ẦN

Để đơn giản, ta thường nói, orbital liên kết chứa hai electron trong vùng xen phủ. Orbital liên kết tạo thành với sự xen phủ hai orbital trên đường nối nhân như vậy gọi là liên kết

10 00

sigma (). Vậy, có sự tạo thành liên kết  giữa hai nguyên tử H trong phân tử H2.

Hình 6.3. Sự xen phủ orbital để tạo thành liên kết  trong phân tử H2

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB trong phân tử H2S

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

orbital hóa trị 1s của hai nguyên tử H có thể xen phủ nhau, tạo thành orbital liên kết

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

tử H khi chúng tiến lại gần nhau. Theo thuyết VB, khi hai nguyên tử tiến lại gần nhau, hai

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Trong phần trên, ta đã mô tả tương tác giữa các electron và nhân khi hai nguyên

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB trong phân tử H2

U Y

6.1.1. Ví dụ về sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB

Hình 6.4. a) Orbital hóa trị của H, b) Orbital hóa trị của S, c) Sự xen phủ các orbital nguyên tử H với S (electron trong vùng xen phủ không được biểu diễn trong hình này) Hình 6.4a và 6.4b biểu diễn các orbital hóa trị 1s của nguyên tử H, 3p của S (mỗi orbital 3p của S có hai thùy với màu và dấu khác nhau). Hình 6.4c biểu diễn sự xen phủ Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 121

giữa các orbital 3px và 3pz của S (mỗi orbital chứa một electron) với các orbital 1s chứa một electron của H, tạo thành hai vùng xen phủ đều chứa hai electron (electron trong vùng xen phủ không biểu diễn trong Hình 6.4), tức là tạo hai liên kết , định hướng trên trục x và z (Hình 6.4c). Góc liên kết H-S-H như vậy là 90o, khá phù hợp với góc liên kết

thực tế là 92o.

Theo mô hình này, các electron ở các lớp bên trong của nguyên tử S (1s2, 2s2,

phủ của một orbital nguyên tử chứa hai electron với orbital trống của nguyên tử thứ hai.

Sự xen phủ này cũng dẫn đến có hai electron tập trung trên vùng xen phủ. Như vậy, đồng đều giữa hai nguyên tử tham gia liên kết. Ta sẽ xem kỹ hơn điều này trong phần

TR ẦN

acid – base Lewis.

Tóm lại, theo thuyết VB, liên kết hóa học tạo thành do sự xen phủ các orbital của

10 00

các nguyên tử tham gia liên kết, orbital liên kết tạo thành có hai electron trong vùng xen phủ.

6.1.2. Các kiểu xen phủ cơ bản và các loại liên kết tạo thành

Trong chương trình Hóa đại cương, ta sẽ đề cập tới hai kiểu xen phủ cơ bản để

ÀN

ÁN

-L

Í-

tạo liên kết, đó là xen phủ  và  (pi), ứng với sự tạo liên kết  và .

IỄ N D

H Ư

tương tự như thuyết Lewis, thuyết VB không bắt buộc sự đóng góp electron liên kết

Hình 6.5. Sự xen phủ orbital p-p tạo thành liên kết  trong phân tử F2

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Ngoài ra, liên kết cộng hóa trị theo mô hình VB cũng có thể hình thành với sự xen

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

S - H, vì vậy mô hình liên kết này gọi là electron định vị (hay định chỗ, định xứ, khu trú).

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tử S; các electron liên kết phân bố chủ yếu trên đường nối nhân của liên kết

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

2p6), và các electron hóa trị nhưng không tạo liên kết của S (3s2, 3py2) vẫn nằm trên

Liên kết  tạo thành do sự xen phủ dọc theo trục nối nhân (còn gọi là xen phủ

trục) của các orbital hóa trị của hai nguyên tử tạo liên kết, kèm theo hai electron trong vùng xen phủ. Liên kết  có thể tạo thành do sự xen phủ trục giữa các orbital s – s (trường hợp phân tử H2), orbital s – p (phân tử H2S), orbital p – p (phân tử F2 trong Hình 6.5).

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 122

Mỗi nguyên tử F có cấu hình electron lớp ngoài cùng 2s2 2p5, biểu diễn ở (6.1). Hình 6.5 cho thấy hai nguyên tử F sẽ dùng các orbital 2px chứa một electron để xen phủ nhau, tạo thành liên kết  giữa hai nguyên tử.



(6.1)



U Y

Vậy liên kết σ có thể tạo thành từ sự xen phủ của nhiều loại orbital khác nhau.

10 00

TR ẦN

H Ư

hướng song song nhau, vuông góc với trục nối nhân (Hình 6.6).

Hình 6.6. Sự xen phủ  của hai orbital p định hướng song song nhau

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB trong phân tử N2

Í-

Các liên kết đôi trong phân tử O2, liên kết ba trong phân tử N2 gồm một liên kết 

-L

và một hoặc hai liên kết  tạo thành giữa hai nguyên tử. Ta xét sự tạo thành liên kết

ÁN

cộng hóa trị trong phân tử N2 theo mô hình VB. Mỗi nguyên tử N có cấu hình electron

1s2 2s2 2p3 với sự phân bố các electron lớp ngoài cùng như sau:

ÀN Đ IỄ N



2px 2py 2pz 



https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Liên kết  tạo thành khi có xen phủ bên (xen phủ hông) giữa hai orbital p định

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thành liên kết σ.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Trong phần sau của thuyết VB, ta sẽ thấy các orbital lai hóa cũng có thể xen phủ để tạo

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN



2pz 2py 2px

(6.2)

Giả sử chọn trục z là trục nối nhân hai nguyên tử. Khi hai nguyên tử N ở gần nhau, các orbital 2pz chứa một electron của chúng sẽ xen phủ nhau, khi đó vùng xen phủ chứa hai electron, tạo thành liên kết  (Hình 6.7a). Hai orbital 2px của hai nguyên tử N chúng định hướng song song nhau, vuông góc với trục nối nhân z, và đều chứa một electron nên chúng có thể xen phủ bên với nhau, tạo thành liên kết  theo hướng x (Hình 6.7b). Tương tự như vậy, sự xen phủ các orbital 2py chứa một lectron tạo liên kết

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 123

 thứ hai theo hướng y. Vậy, thuyết VB cho rằng hai nguyên tử N trong phân tử N2 nối với nhau bằng ba liên kết cộng hóa trị: một liên kết  và hai liên kết . Công thức Lewis của phân tử N2 cho thấy phân tử có liên kết ba, tuy nhiên không cho ta biết sự khác biệt

của các liên kết này.

IỄ N

Hình 6.7. Sự xen phủ các orbital hóa trị 2px, 2py, 2pz của hai nguyên tử N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

b) Các xen phủ  trong phân tử N2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

a) Xen phủ  trong phân tử N2

để tạo thành các liên kết  và  trong phân tử N2

6.1.3. Đặc điểm của liên kết cộng hóa trị theo VB 6.1.3.1.

Khả năng tạo liên kết cộng hóa trị của các nguyên tử và tính bão hòa của liên kết cộng hóa trị

Theo thuyết VB, muốn tạo thành liên kết phải có sự xen phủ giữa các vân đạo hóa trị của nguyên tử cùng với sự tham gia của các electron hóa trị.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 124

Các nguyên tử của nguyên tố thuộc chu kỳ 1 có một orbital hóa trị nên chỉ tạo được tối đa một xen phủ, dẫn tới một liên kết cộng hóa trị khi liên kết với các nguyên tử khác. Ví dụ, nguyên tử H chỉ tạo một liên kết cộng hóa trị với nguyên tử khác trong các hợp chất H2, HCl, HNO3… Các nguyên tử thuộc chu kỳ 2 có bốn orbital hóa trị 2s và 2p, vì vậy chúng có khả

năng tạo tối đa bốn liên kết cộng hóa trị. Đây là trường hợp theo đúng thuyết bát

U Y

kết cộng hóa trị. Lưu ý rằng N có năm electron hóa trị nhưng chỉ dùng bốn orbital

Các nguyên tử thuộc chu kỳ 3 có thể sử dụng các orbital 3d có năng lượng xấp xỉ

tạo được nhiều liên kết cộng hóa trị hơn các nguyên tử thuộc chu kỳ 2. Ví dụ,

PCl5 tạo được năm liên kết , SF6 tạo được sáu liên kết , v.v… Đây là trường

H Ư

hợp ngoại lệ của qui tắc Lewis mà chúng ta đã thấy ở Chương 5. Tuy nhiên số liên kết cộng hóa trị tạo thành trong các trường hợp này còn phụ thuộc vào số

TR ẦN

electron hóa trị, và thường khó đạt tới số orbital hóa trị tối đa vì không đủ electron hóa trị hoặc do sự cản trở không gian chung quanh nguyên tử trung tâm.

10 00

Như vậy, số orbital hóa trị và electron hóa trị của các nguyên tử là có giới hạn, vì vậy số liên kết cộng hóa trị tạo thành cũng có giới hạn, đây là tính bão hòa của liên kết

cộng hóa trị. Trong hợp chất cộng hóa trị, hóa trị theo định nghĩa của VB là số liên kết

cộng hóa trị mà nguyên tử có thể tạo thành, khái niệm này không trùng với số oxi hóa.

Í-

Do đó nguyên tử N trong HNO3 có hóa trị là 4, trong khi số oxi hóa là +5.

-L

Một ví dụ khác là N và P cùng thuộc nhóm 15 (VB) trong bảng phân loại tuần

ÁN

hoàn. P ở chu kỳ 3, ta biết các hợp chất PCl3 (P hóa trị 3) và PCl5 (P hóa trị 5). Tuy

nhiên, N chỉ tạo được hợp chất NCl3 mà không có hợp chất NCl5 vì N ở chu kỳ 2, không

ÀN

thể tạo hợp chất NCl5 có nhiều hơn bốn liên kết cộng hóa trị. Ngoài ra, kích thước nhỏ

của nguyên tử N cũng có thể là yếu tố quan trọng, khiến không đủ không gian quanh

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

3s và 3p làm orbital hóa trị, do đó chúng có tối đa 9 orbital hóa trị, vì vậy chúng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hóa trị nên không thể tạo được năm liên kết cộng hóa trị.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

tử của Lewis. Ví dụ N trong HNO3 tạo ba liên kết  và một liên kết , là bốn liên

6.1.3.2.

Tính định hướng của liên kết cộng hóa trị

IỄ N

nguyên tử N để tạo hợp chất có số phối trí cao.

Thuyết VB cho rằng, muốn tạo liên kết cộng hóa trị bền thì sự xen phủ các orbital nguyên tử phải cực đại. Sự xen phủ cực đại chỉ xảy ra theo hướng nhất định nên liên kết cộng hóa trị mang tính định hướng, lực liên kết cộng hóa trị cũng chỉ mạnh theo hướng tạo liên kết mà thôi.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 125

Do tính định hướng, các phân tử cộng hóa trị có dạng hình học nhất định, điều này chúng ta đã thấy trong Chương 5. Để giải thích sự xen phủ orbital phù hợp với hình học phân tử, thuyết VB đề nghị mô hình tạp chủng vân đạo hóa trị (hay còn gọi là thuyết lai hóa các vân đạo hóa trị) mà ta đề cập ngay sau đây.

6.1.4. Thuyết tạp chủng vân đạo hóa trị

Trước tiên, xét sự tạo thành liên kết cộng hóa trị cho phân tử CH4 theo thuyết VB.



H Ư

2px 2py 2pz 

(6.4)

TR ẦN

hình electron:



10 00

Như đã biết, thực tế phân tử CH4 có dạng tứ diện đều. Nếu bốn orbital của C ở (6.4) xen phủ với bốn orbital 1s của nguyên tử H, phân tử CH4 tạo thành không thể có

dạng tứ diện đều. Để giải quyết vấn đề này, thuyết VB đề nghị có sự lai hóa các orbital

hóa trị của nguyên tử C để tạo thành các orbital nguyên tử lai hóa mới, định hướng thích

Í-

hợp cho sự xen phủ để tạo liên kết cộng hóa trị, và tạo thành phân tử với dạng hình học

-L

phù hợp với thực tế. Về mặt toán học, orbital nguyên tử là biểu diễn toán học của tính

ÁN

sóng của electron trong nguyên tử. Khi đó, lai hóa orbital là sự kết hợp tuyến tính các

hàm sóng nguyên tử để tạo thành các hàm sóng lai hóa mới.

ÀN

Đối với nguyên tử C trong phân tử CH4, sự lai hóa được đề nghị là sp3, trong đó

bốn hàm sóng của các orbital hóa trị 2s và 2p của nguyên tử C kết hợp với nhau tạo

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Để tạo bốn liên kết cộng hóa trị, nguyên tử C có thể ở trạng thái kích thích với cấu

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(6.3)



MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)



ẠO



2px 2py 2pz

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Nguyên tử C có cấu hình electron 1s2 2s2 2p2 với các electron hóa trị phân bố như sau:

IỄ N

thành bốn hàm sóng của các orbital lai hóa sp3 mới. Các orbital lai hóa sp3 hướng ra bốn đỉnh của tứ diện đều (Hình 6.8). Về mặt năng lượng, bốn orbital lai hóa tạo thành có năng lượng bằng nhau, và ở mức trung gian so với các orbital ban đầu, sao cho có sự bảo toàn năng lượng. Trong trường hợp này, các orbital lai hóa sp3 có năng lượng cao hơn orbital 2s chưa lai hóa một lượng bằng 3/4 khác biệt giữa năng lượng các orbital 2s và 2p (Hình 6.9). Mỗi orbital tạp chủng sp3 bây giờ chứa một electron hóa trị, xen phủ

với một vân đạo 1s (chứa một electron) của H, tạo thành một liên kết  (Hình 6.10). Và

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 126

như thế phân tử CH4 có bốn liên kết  hướng ra bốn đỉnh tứ diện đều, nên góc nối

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

IỄ N

ÀN

ÁN

Hình 6.8. Sự tạo thành các orbital lai hóa sp3 trên nguyên tử C

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q -L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

H–C–H trong phân tử CH4 là 109,5o .

Hình 6.9. Năng lượng của các orbital 2s, 2p, và các orbital lai hóa sp 3

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

 Có bao nhiêu orbital nguyên tử tham gia lai hóa thì có bấy nhiêu orbital lai hóa

TR ẦN

tạo thành.

 Các orbital lai hóa tạo thành có hình dạng và năng lượng giống nhau, phân bố

đối xứng trong không gian phù hợp với góc liên kết của phân tử tạo thành. Có

10 00

nhiều dạng lai hóa khác nhau được đề nghị trong thuyết VB, trong chương

trong Bảng 6.1.

trình Hóa học đại cương, ta chỉ quan tâm các dạng lai hóa cơ bản được liệt kê

Í-

Bảng 6.1. Các dạng lai hóa thông thường Hình học cơ bản, góc nối

ÁN

hóa tạo thành

Ví dụ

Thẳng, 180o

CO2

sp2

Tam giác phẳng, 120o

BF3

ÀN

hóa

Số orbital lai

-L

Dạng lai

sp3

Tứ diện, 109.5o

CH4, NH3, H2O

sp3d

Lưỡng tháp tam giác, 120o và 90o

PCl5, BrF3

sp3d2

Bát diện, 90o

SF6, BrF5

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

orbital lai hóa.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

 Trong một nguyên tử, các orbital hóa trị có thể lai hóa với nhau để tạo các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Tóm tắt nội dung thuyết lai hóa orbital (thuyết tạp chủng vân đạo)



ẠO

hóa trị trong các phân tử phù hợp với dạng hình học của chúng.

Với thuyết lai hóa orbital như vậy, ta có thể giải thích sự tạo thành liên kết cộng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Hình 6.10. Sự xen phủ các orbital lai hóa sp3 của C với orbital 1s của H trong phân tử CH4

127

 Về mặt toán học, các orbital lai hóa là tổ hợp tuyến tính của các orbital nguyên tử. Ví dụ: Bốn orbital 2s, 2px, 2py và 2pz của C lai hóa với nhau tạo thành bốn orbital lai hóa sp3 có hàm sóng biểu diễn theo phương trình:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 128

Trong đó a, b, c, và d là các hệ số biểu diễn phần đóng góp của từng orbital nguyên tử thuần chủng vào orbital tạp chủng.

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB từ các orbital tạp chủng

Để tạo thành liên kết , các orbital lai hóa của nguyên tử thứ nhất có thể xen phủ

quan tâm tới dạng lai hóa của các nguyên tử biên vì các nguyên tử này không ảnh

hưởng tới góc nối, dạng hình học của phân tử.

H Ư

Nói chung, thuyết lai hóa orbital và thuyết đẩy đôi điện tử tầng hóa trị đều có mục tiêu chung là giải thích cấu tạo hình học của phân tử. Dạng lai hóa đề nghị cho mỗi

TR ẦN

trường hợp là dạng lai hóa giải thích tốt nhất góc nối của phân tử.

ÁN

-L

Í-

10 00

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB trong phân tử NH3

Hình 6.11. Sự xen phủ các orbital và tạo thành liên kết trong phân tử NH3

ÀN

Thuyết VSEPR dự đoán phân tử NH3 có dạng hình học cơ bản là tứ diện, với góc

liên kết gần 109.5o. Do đó, có thể đề nghị nguyên tử N trong phân tử NH3 lai hóa sp3.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

định. Thông thường, ta chỉ quan tâm đến dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm mà ít

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

phủ theo trục nối nhân. Do đó các phân tử tạo thành có hình dạng, góc liên kết nhất

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

cho vùng xen phủ có hai electron hóa trị. Để sự xen phủ hiệu quả, các orbital phải xen

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

với các orbital nguyên tử thuần chủng hoặc tạp chủng của các nguyên tử thứ hai, sao

IỄ N

Nguyên tử N có năm electron hóa trị, do đó ba trong bốn orbital tạp chủng sp3 chứa một electron, orbital tạp chủng thứ tư chứa hai electron. Ba orbital tạp chủng đầu tiên sẽ xen phủ với ba orbital 1s chứa một electron của ba nguyên tử H, tạo thành ba liên kết . Orbital tạp chủng thứ tư chứa cặp electron không liên kết (Hình 6.11). Phân tử NH3 tạo thành như vậy có góc nối 109.5o, xấp xỉ góc nối của phân tử NH3 trong thực tế.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 129

(6.5) là công thức Lewis của phân tử C2H4. Ta thấy quanh mỗi nguyên tử C có ba

Í-

vùng electron, thuyết VSEPR cho phép dự đoán góc liên kết là 120o. Vì vậy, hai nguyên

-L

tử C đều được đề nghị lai hóa sp2. Giả sử các vân đạo 2s, 2px, và 2py tham gia lai hóa

ÁN

sp2, ba orbital lai hóa sp2 tạo thành sẽ nằm trên mặt phẳng xy, orbital 2pz không lai hóa

còn lại sẽ định hướng trên trục z vuông góc với mặt phẳng xy (Hình 6.12a). Mỗi orbital

ÀN

lai hóa và không lai hóa của C đều có một electron. Chọn trục nối hai nguyên tử C là trục

IỄ N

x, mỗi nguyên tử C dùng một orbital lai hóa sp2 chứa một electron trên trục x để xen phủ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

(6.6)

(6.5)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

TR ẦN

Hình 6.12. Biểu diễn orbital lai hóa trên nguyên tử C và sự tạo thành liên kết trong phân tử C2H4

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo thuyết VB trong phân tử C2H4

với nhau, tạo liên kết  giữa hai nguyên tử C. Mỗi nguyên tử C dùng hai orbital lai hóa

sp2 còn lại (chứa 1 electron/orbital) để xen phủ với các orbital 1s chứa một electron của nguyên tử H, tạo thành bốn liên kết  C – H. Như vậy toàn bộ các nguyên tử trong phân tử C2H4 nằm trong mặt phẳng xy, góc liên kết H–C–H là 120o (Hình 6.12b). Trên mỗi nguyên tử C còn một orbital pz chưa lai hóa nằm vuông góc với mặt phẳng phân tử và chứa một electron, do đó hai orbital pz này có thể xen phủ bên với nhau, tạo liên kết  (Hình 6.12c). Vậy hai nguyên tử C liên kết với nhau bằng một liên kết  và một liên kết ,

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 130

nối C – C trong trường hợp này là nối đôi. Để ý rằng thuyết Lewis giúp ta dự đoán góc liên kết chung quanh các nguyên tử C trong phân tử C2H4, nhưng không cho phép chúng ta dự đoán được các nguyên tử trong phân tử C2H4 đồng phẳng. Theo thuyết VB, xen phủ  giữa hai nguyên tử C là xen phủ hông, nên hai nhóm –CH2 không quay quanh

trục C – C được.

Phân tử allene, C3H4, với cấu tạo H2C = C = CH2, có hai nhóm = CH2 tương tự

Hình 6.13. Sự xen phủ các orbital để tạo thành liên kết trong phân tử C2H2

10 00

Phân tử C2H2 có công thức cấu tạo (6.6), trong đó hai nguyên tử C đều có hai vùng electron quanh nguyên tử, dự đoán góc liên kết quanh nguyên tử C là 180o, hai

nguyên tử C đều lai hóa sp. Giả sử hai nguyên tử C dùng các orbital s và pz để lai hóa,

orbital lai hóa tạo thành sẽ định hướng trên trục z, hai orbital không lai hóa còn lại là px

-L

Í-

và py vuông góc với trục z. Trong trường hợp này, mỗi orbital hóa trị lai hóa hoặc thuần chúng đều chứa một electron. Tương tự như phân tử C2H4, các nguyên tử C trong phân

ÁN

tử C2H2 dùng các orbital lai hóa để xen phủ tạo các liên kết  C – C và C – H. Hai orbital

px (hoặc py) trên hai nguyên tử C xen phủ nhau tạo hai liên kết  theo hướng trục x và y

ÀN

vuông góc nhau. Vậy, phân tử C2H2 gồm các nguyên tử thẳng hàng, liên kết giữa hai

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

H Ư

ẠO

Sự tạo thành liên kết cộng hóa trị theo VB trong phân tử C2H2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

C2H4. Sinh viên có thể tự xét xem phân tử này có đồng phẳng như phân tử C2H4 không.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

allene nối vào một nguyên tử C chứ không nối trực tiếp với nhau như trong phân tử

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

như phân tử C2H4. Điều khác biệt với phân tử C2H4 là hai nhóm = CH2 trong phân tử

IỄ N

nguyên tử C là liên kết ba: một liên kết  và hai liên kết  (Hình 6.13). Nguyên tử C ở chu kỳ 2 nên chỉ có khả năng tham gia tạp chủng sp (C tạo liên kết ba), sp2 (C tạo liên kết đôi), và sp3 (C chỉ tạo liên kết đơn). Tổng quát, ta thấy liên kết đơn luôn là liên kết , liên kết đôi gồm một liên kết  và một liên kết , liên kết ba gồm một liên kết  và hai liên kết . Dễ dàng thấy càng nhiều liên kết tạo thành giữa hai nguyên tử, liên kết càng bền. Điều này phù hợp với kết quả thực nghiệm bàn luận ở mục 5.2, độ bền liên kết ba lớn hơn liên kết đôi, và lớn hơn liên kết đơn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 131

Các ví dụ trên cho thấy các orbital tạo liên kết  không tham gia vào sự tạp chủng, nhưng các cặp electron không liên kết trong phân tử thuộc về các vân đạo tạp chủng. Vì vậy, một cách đơn giản để dự đoán trạng thái tạp chủng của nguyên tử nào đó trong phân tử là viết công thức cấu tạo theo Lewis của phân tử, xác định số orbital tham

gia tạp chủng bằng tổng số liên kết  và số cặp electron không liên kết, từ đó suy ra

dạng tạp chủng theo Bảng 6.1.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

hoặc ion này, nếu chỉ biểu diễn bằng một công thức cấu tạo thì có thể có các liên kết

không bằng nhau trong phân tử, do đó cần dùng các công thức cộng hưởng để biểu

H Ư

diễn sự tương đương của các liên kết theo đúng thực tế. Ta sẽ thấy thuyết VB giải thích sự tạo thành liên kết hóa học trong các tiểu phân có sự cộng hưởng như vậy qua hệ

TR ẦN

thống liên kết  bất định vị.

Ví dụ, xét phân tử BF3 với công thức Lewis (5.16), ta có thể dự đoán nguyên tử B

trong phân tử BF3 lai hóa sp2. Nguyên tử B có ba electron hóa trị với cấu hình electron

10 00

lớp vỏ ngoài cùng là 2s2 sp1. B sử dụng các orbital 2s, 2px, và 2py để tạo ba orbital lai

hóa sp2 nằm trên mặt phẳng xy, mỗi orbital lai hóa chứa một electron; orbital không lai

hóa còn lại, 2pz, là orbital trống. Mỗi nguyên tử F có bảy electron hóa trị, phân bố trên

các vân đạo 2s và 2p, trong đó chỉ có một orbital 2p chứa electron độc thân. Để tạo liên

-L

Í-

kết B-F, mỗi nguyên tử F dùng orbital chứa electron độc thân của mình xen phủ với

ÁN

orbital lai hóa sp2 chứa electron độc thân của B, tạo thành ba liên kết  B-F trên mặt phẳng xy. Trên B còn orbital 2pz vuông góc với mặt phẳng phân tử là orbital trống. Orbital 2pz trống của B sẽ xen phủ với orbital 2pz có hai electron của một trong ba

ÀN

nguyên tử F, tạo thành liên kết . Vì ba nguyên tử F trong phân tử BF3 đều có khả năng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

tạo cho một số phân tử hoặc ion đặc biệt, ví dụ, BF3, CO32–, NO3–... Đối với các phân tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Trong Chương 5, ta đã dùng công thức cộng hưởng để biểu diễn công thức cấu

http://daykemquynhon.ucoz.com

phân tử có sự cộng hưởng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

6.1.5. Mô hình liên kết cộng hóa trị với hệ thống liên kết π bất định vị cho các

IỄ N

tạo xen phủ  như vậy, do đó liên kết  có thể ở bất cứ vị trí nối B-F nào của phân tử, nói cách khác, liên kết  “chia đều” cho ba nối B – F (Hình 6.14). Hệ liên kết  tạo thành

như vậy gọi là hệ liên kết  giải tỏa, hay bất định vị. Bây giờ các liên kết B – F trong phân tử không còn là liên kết đơn thuần túy mà cũng không là liên kết đôi. Trong trường hợp này, người ta dùng bậc liên kết trung bình là tổng số electron tham gia vào hệ liên kết (3 liên kết  + 1 liên kết  = 4 liên kết  8 electron) chia cho 2 lần số liên kết : 8 / 2 x 3 = 1.33.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

phân tử BH3 rất kém bền, chỉ tồn tại trong khoảng nhiệt độ và áp suất rất hẹp.

H Ư

Tương tự như vậy, có thể giải thích cho sự tạo liên kết  bất định vị trong ion CO32–. Khác với trong phân tử BF3, xen phủ  bất định vị trong ion CO32– do sự tham gia

TR ẦN

của một orbital không lai hóa chứa một electron của C và một orbital 2p chứa một electron của O. Bậc liên kết trung bình của liên kết C – O trong ion CO32– là

10 00

giữa liên kết đơn và liên kết đôi:

8/ 2x3 = 1.33, phù hợp với chiều dài liên kết C – O trong ion CO32– có giá trị trung gian

(CO32-)

C – O (rượu) 1.43

1.29

1.22

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

Độ dài liên kết (Å)

C = O (-CHO)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

chưa liên kết nên không có khả năng tạo liên kết  tương tự để ổn định phân tử. Vì vậy,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

BCl3, BBr3 ổn định. Trong khi đó, nguyên tử H trong phân tử BH3 không còn cặp electron

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y .Q

Nhờ tạo được hệ liên kết  bổ sung như vậy nên phân tử BF3 và các phân tử

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Hình 6.14. Xen phủ  giữa orbital trống 2pz của B và orbital 2pz chứa hai electron của F trong phân tử BF3

132

Hình 6.15. a) Các xen phủ  trong phân tử benzene; b) Các orbital p không lai hóa trên các nguyên tử C; c) Hệ thống liên kết  giải tỏa trong vòng benzene Hệ thống liên kết  bất định vị cũng được dùng để giải thích sự tạo thành liên kết trong phân tử benzene, C6H6. Benzene được tạo thành bởi sáu nguyên tử C lai hóa sp2, các orbital lai hóa này đều nằm trên cùng một mặt phẳng, giả sử là mặt phẳng xy. Mỗi

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 133

nguyên tử C dùng ba orbital lai hóa sp2 để xen phủ, tạo hai liên kết  với hai nguyên tử C kế cận, và một liên kết  với H, tạo thành hệ thống phân tử phẳng (Hình 6.15a). Trên mỗi nguyên tử C còn có một orbital không lai hóa 2pz chứa một electron, định hướng

phủ nhau, tạo hệ thống liên kết  giải tỏa đều trong vòng C6 (Hình 6.14c). Hệ thống liên

song song nhau, vuông góc với mặt phẳng phân tử (Hình 6.14b). Các orbital 2pz này xen

kết  giải tỏa làm cho liên kết C – C trong phân tử C6H6 có tính kép. Bậc liên kết trung

C = C (alkene)

1.40 Å

1.35 Å

ẠO

1.54 Å

Ngoài ra, do sự tạo hệ thống liên kết  giải tỏa đều trên vòng benzene, các liên

kết C – C trong vòng benzen trở nên khá bền hơn các hydrocacbon không no khác,

H Ư

phân tử C6H6 khó tham gia phản ứng cộng.

TR ẦN

6.1.6. Acid – base Lewis

Trong Chương 5, ta đã đề cập đến các liên kết cộng hóa trị phối trí, trong đó cặp electron dùng chung được đóng góp bởi một trong hai nguyên tử tạo liên kết. Theo

10 00

thuyết VB, liên kết phối trí như vậy được tạo thành do sự xen phủ của orbital hóa trị trống (không chứa electron) của nguyên tử (hoặc phân tử, ion) thứ nhất với orbital chứa

cặp electron không liên kết của nguyên tử (hoặc phân tử, ion) thứ hai. Trong phản ứng

hóa học kèm theo sự tạo thành liên kết phối trí như vậy, các chất tham gia phản ứng

Í-

được gọi là acid và base Lewis:

-L

 Acid Lewis là những phân tử hay ion có orbital hóa trị trống, có thể xen phủ với

ÁN

orbital chứa hai electron của phân tử hay ion khác để tạo liên kết cộng hóa trị.

 Base Lewis là những phân tử có orbital chứa cặp electron chưa liên kết, có thể

IỄ N

ÀN

xen phủ với orbital trống của phân tử khác để tạo liên kết cộng hóa trị.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

C (benzene)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

C – C (alkane)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

chiều dài liên kết C – C trong benzene có giá trị trung bình giữa liên kết đơn và đôi:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

bình cho các liên kết C – C trong phân tử C6H6 là: 18/ 2 x 6 = 1.5. Điều này phù hợp với

Đơn giản hơn, ta thường nói, acid Lewis là phân tử có orbital trống có thể nhận

thêm cặp electron để tạo liên kết, base Lewis là phân tử có cặp electron chưa liên kết có thể cho phân tử khác để tạo liên kết. Trong phản ứng hóa học, acid Lewis có thể kết hợp với base Lewis để tạo ra hợp chất mới. Ví dụ, phân tử NH3 có orbital hóa trị chứa cặp điện tử chưa liên kết trên nguyên tử N nên orbital này có thể xen phủ với orbital trống 1s của ion H+, tạo thành liên kết 

giữa NH3 và H+, tức là tạo ion NH4+. Trong phản ứng trên, phân tử NH3 đóng vai trò base Lewis và ion H+ đóng vai trò acid Lewis. Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 134

(6.8) Tương tự, phản ứng giữa các phân tử BF3 với NH3, tạo F3B–NH3 (6.8), là phản

ứng acid – base Lewis, trong đó NH3 đóng vai trò base Lewis như đã nói ở trên. Phân tử

BF3 đã đề cập ở mục 6.1.5, trong đó nguyên tử B đã sử dụng tất cả các vân đạo hóa trị

orbital chứa cặp electron chưa liên kết của NH3, tạo thành liên kết cộng hóa trị giữa F3B-

NH3. Vì vậy BF3 là acid Lewis. Trong phản ứng này, hình học của phân tử BF3 chuyển từ

10 00

TR ẦN

H Ư

tam giác phẳng sang tứ diện trong sản phẩm F3B–NH3 (Hình 6.16).

BF3

NH3

F3B–NH3

Hình 6.16. Hình học phân tử BF3 thay đổi trong phản ứng với NH3

Ngoài ra, dãy các chất BF3, BCl3, và BBr3 đều là các acid Lewis. Tính acid Lewis

-L

Í-

của phân tử càng mạnh khi phân tử càng dễ nhận cặp electron từ base Lewis. Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy tính acid Lewis của các phân tử trên tăng dần trong dãy BF3 –

ÁN

BCl3 – BBr3. Có thể giải thích điều này nếu chấp nhận rằng trong các phân tử BX3 (X =

F, Cl, Br), ngoài liên kết  B–X còn có thêm liên kết  bất định vị giữa B và X như đã

ÀN

trình bày ở 6.2.5. Do xen phủ  là xen phủ hông, khi kích thước nguyên tử X càng lớn,

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

vừa nói dễ dàng đứt gãy và trả về cho nguyên tử B orbital trống 2pz có thể xen phủ với

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thuận lợi lắm (nguyên tử F tạo liên kết  mang điện tích hình thức +1), liên kết  bổ sung

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

F có độ âm điện cao nên việc dùng cặp electron của F để tạo liên kết  bổ sung không

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

để tạo liên kết. Tuy nhiên, liên kết  giữa B và F do nguyên tử F cung cấp cặp electron,

IỄ N

xen phủ  B–X càng kém hiệu quả, nghĩa là orbital 2pz trên nguyên tử B trong phân tử

BF3 càng trống, càng dễ nhận cặp electron của base Lewis, tính acid Lewis của BX3 càng mạnh. Dữ kiện này là một chứng cứ xác nhận có sự cho electron từ nguyên tử X vào B để tạo liên kết  trong phân tử BX3, mặc dầu sự cho electron này dẫn tới tạo thành điện tích hình thức (+1) trên các nguyên tử X có độ âm điện cao trong phân tử, là điều không thường gặp với hầu hết các phân tử cộng hóa trị (xem mục 5.4.4)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 135

Các phản ứng giữa các cation kim loại với các “ligand” để tạo phức chất cũng là phản ứng kiểu acid – base Lewis. Ví dụ, phản ứng Cu2+(aq) + 4 NH3(aq)  [Cu(NH3)4]2+ được biểu diễn trong phương trình (6.9) là một phản ứng tạo phức, trong đó phân tử

4s0 3d9 với chín electron d chiếm các orbital 3d. Ion Cu2+ sử dụng các orbital 4s, 4p, và

NH3 là base Lewis, đóng vai trò ligand. Trong phản ứng này, ion Cu2+ có cấu hình

4d trống để xen phủ với orbital chứa cặp electron không liên kết trên phân tử NH3, tức là

U Y

TR ẦN

Phân tử H2O với hai cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử O cũng đóng vai trò ligand – base Lewis, tạo phức với nhiều cation. Ví dụ, khi hòa tan muối nhôm vào nước, có sự tạo thành ion phức [Al(H2O)6]3+ (6.10) giữa acid Lewis Al3+ và base Lewis

10 00

H2O. Trong dung dịch nước, ion [Al(H2O)6]3+ lại bị thủy phân theo phản ứng (6.11). Phản ứng (6.11) làm giảm pH dung dịch do tạo thành ion H3O+, nên ion phức [Al(H2O)6]3+

được coi như là acid Bronsted, chi tiết về acid – base Bronsted được đề cập trong phần

khác của chương trình Hóa học đại cương. Tuy nhiên, trong phản ứng (6.11), phân tử

Í-

H2O ở ngoại cầu của ion phức [Al(H2O)6]3+ nhận thêm H+ từ phân tử H2O ở nội cầu của

-L

ion phức [Al(H2O)6]3+ để tạo thành H3O+, do đó H+ đóng vai trò acid Lewis và phân tử

(6.10)

IỄ N

ÀN

ÁN

nước ở ngoại cầu đóng vai trò base Lewis.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

(6.9)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Lewis. Ion [Cu(NH3)4]2+ tạo thành được gọi là ion phức.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

nhận các các cặp electron từ các phân tử NH3 để tạo liên kết, nên Cu2+ đóng vai trò acid

(6.11)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 136

6.1.7. Liên kết cộng hóa trị trong mạng tinh thể - các “đại phân tử” Trong các phần trên, ta đã mô tả sự tạo thành liên kết cộng hóa trị trong các phân tử có số nguyên tử giới hạn. Liên kết cộng hóa trị cũng có thể tạo thành trong tinh thể các chất rắn, có thể xem như các “đại phân tử”, có số nguyên tử không giới hạn. Ví dụ,

kim cương, carbon graphite (than chì), thạch anh (SiO2), v.v… là những chất rắn với liên

TR ẦN

cũng là ô mạng cơ sở của cấu trúc kim cương. Trong kim cương, mỗi nguyên tử C liên kết với bốn nguyên tử C kế cận với các góc liên kết bằng đúng góc ở tâm tứ diện đều,

109.5o. Do đó, người ta cho rằng các nguyên tử C trong kim cương lai hóa sp3, mỗi

10 00

nguyên tử C ở tâm một tứ diện đều và tạo liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử C kế cận. Như vậy, trong tinh thể của kim cương, tất cả các nguyên tử C đều liên kết với

nhau bằng liên kết cộng hóa trị không phân cực nên kim cương không dẫn điện và rất

Í-

cứng, được dùng làm dao cắt các vật liệu khác.

-L

Cấu trúc của graphite được biểu diễn ở Hình 6.18. Khác với kim cương, graphite

ÁN

gồm các lớp carbon phẳng, xếp song song nhau, trong mỗi lớp, mỗi nguyên tử C liên kết

với ba nguyên tử C kế cận tạo thành các vòng lục giác đều. Cấu trúc đó ứng với các nguyên tử C lai hóa sp2, các nguyên tử C dùng electron trên các orbital lai hóa sp2 để

ÀN

tạo liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử C kế cận trong từng lớp (Hình 6.18a). Ngoài

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Hình 6.17 là cấu trúc của kim cương nhìn từ các hướng khác nhau, hình bên phải

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

Hình 6.17. Cấu trúc của kim cương nhìn từ các hướng khác nhau

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q G

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử trong toàn bộ mạng tinh thể.

IỄ N

ra, mỗi nguyên tử C còn một orbital p không lai hóa chứa một electron, định hướng vuông góc với mặt phẳng chứa các nguyên tử C (Hình 6.18b). Tương tự như trong phân tử benzen, các orbital p này song song và đều chứa một electron nên có thể xen phủ nhau tạo thành hệ thống liên kết  giải tỏa trên từng lớp graphite. Điểm khác với phân tử benzene là hệ thống liên kết  giải tỏa trong phân tử benzene chỉ tạo trong vòng sáu

nguyên tử C, hệ thống liên kết  giải tỏa trên graphite lan rộng trên lớp graphite với vô

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 137

hạn nguyên tử C. Electron trong hệ thống liên kết  mở rộng như vậy rất linh động, do

H Ư

nguyên tử C trong phân tử benzene là 140 nm. Khoảng cách giữa các lớp C trong

TR ẦN

graphite là 335 nm, quá lớn so với khoảng cách giữa các nguyên tử C liên kết cộng hóa trị với nhau. Vì vậy, không có liên kết cộng hóa trị giữa các lớp graphite. Các lớp graphite liên kết với nhau bằng lực van der Waals yếu (sẽ mô tả ở Chương 8), chúng dễ

10 00

trượt lên nhau dưới tác động của ngoại lực, vì vậy than chì tương đối mềm, được dùng

ÁN

-L

Í-

làm chất bôi trơn các động cơ.

ÀN

Hình 6.19. a) Đơn vị tứ diện SiO4; b) Các tứ diện SiO4 nối với nhau thành mạng tinh thể SiO2; c) Ô mạng cơ sở của thạch anh (SiO2)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

giữa các nguyên tử C trong một lớp graphite là 142 nm, xấp xỉ với khoảng cách giữa các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

Ngoài ra, cấu trúc trên khiến liên kết C–C trong graphite có tính kép. Khoảng cách

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Hình 6.18. a) Cấu trúc của graphite, b) Liên kết  trên các lớp graphite

IỄ N D

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

đó than chì dẫn điện.

Tương tự như trong kim cương, các nguyên tử Si trong tinh thể thạch anh lai hóa sp3, mỗi nguyên tử Si liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử O kế cận tạo nên các đơn vị SiO4 dạng tứ diện (Hình 6.19a). Mỗi đơn vị tứ diện SiO4 nối với bốn đơn vị tứ diện lân cận bằng cách sử dụng chung các nguyên tử O ở đỉnh tứ diện, tạo nên mạng không gian SiO2 trong đó tất cả các nguyên tử Si và O liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (Hình 6.19b và 6.19c). Liên kết cộng hóa trị là liên kết mạnh, do đó thạch anh cứng và

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 138

có nhiệt nóng chảy rất cao. Trong tinh thể SiO2, các nguyên tử Si có số phối trí 4 và hóa trị 4, các nguyên tử O có số phối trí 2 và hóa trị 2. Các cấu trúc trên cho thấy, tương tự như hợp chất ion, không có khái niệm phân tử thật sự trong các hợp chất với liên kết cộng hóa trị trong mạng tinh thể. Công thức

Ơ N

chất.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

hóa trị. Tuy nhiên, thuyết VB vẫn có một số hạn chế, ví dụ, theo thuyết VB khi các

nguyên tử liên kết nhau để tạo hợp chất, các electron đều ghép cặp, do đó thuyết VB

H Ư

không giải thích được tính thuận từ của phân tử oxy. Thuyết VB cũng không đề cập tới mối liên quan giữa cấu trúc phân tử và phổ phân tử. Do đó, vẫn cần những mô hình liên

TR ẦN

kết khác để giải thích các tính chất và dữ liệu phong phú của vật chất quanh ta. Trong phần này, ta sẽ xem xét mô hình phân tử theo thuyết orbital phân tử, gọi tắt là MO

10 00

(Molecular Orbital).

Tương tự như orbital nguyên tử, orbital phân tử là hàm toán học mô tả chuyển

động và năng lượng của electron trong phân tử. Xác suất tìm thấy electron trong phân tử

cũng liên quan tới bình phương hàm sóng Schodinger của phân tử, mô tả qua các

Í-

orbital phân tử (MO). Như đã biết, phương trình sóng Schodinger chỉ giải đúng cho

-L

nguyên tử H, giải gần đúng cho tất cả các nguyên tử còn lại, nên cũng được giải gần

ÁN

đúng cho phân tử. VB hay MO là những phương pháp gần đúng khác nhau để nghiên cứu cấu trúc và năng lượng electron trong phân tử. Ở đây, ta sẽ không bàn tới giải hàm sóng electron cho phân tử, ta chỉ thảo luận ý nghĩa và một số áp dụng của thuyết MO

ÀN

vào một số phân tử đơn giản và tiêu biểu.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

giải thích sự hình thành liên kết trong phân tử và cấu trúc hình học của các phân tử cộng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Mô hình liên kết cộng hóa trị với electron định vị theo thuyết VB có giá trị cao để

http://daykemquynhon.ucoz.com

không định chỗ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Thuyết orbital phân tử (MO) – mô hình liên kết cộng hóa trị với electron

U Y

6.2.

hợp chất của chúng chỉ nêu lên tỉ lệ nguyên tử của các nguyên tố hóa học trong hợp

IỄ N

6.2.1. Sự tạo thành orbital phân tử trong phân tử H2 theo thuyết MO Ở đầu chương này, ta đã mô tả sự tạo thành orbital của phân tử H2 khi hai

nguyên tử H tiến lại gần nhau. Theo thuyết MO, khi hai nguyên tử H tiến lại gần nhau, hai hàm sóng 1s của hai nguyên tử sẽ kết hợp tuyến tính với nhau theo hai cách, tùy theo các hàm sóng cùng pha hay nghịch pha nhau. Sự kết hợp cùng pha của hai hàm sóng ứng với sự “cộng vào” của các hàm sóng nguyên tử, được biểu diễn ở phương

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 139

trình (6.12). Sự kết hợp ngược pha của hai hàm sóng ứng với sự “trừ đi” của chúng, biểu diễn ở phương trình (6.13). C1

+ C2

MO- =

- C2

(6.12)

(6.13)

MO+ =

Trong hai biểu thức trên, A và B là các hàm sóng 1s của hai nguyên tử A và B,

U Y

Trong trường hợp phân tử H2, sự đóng góp của hai hàm sóng nguyên tử là như nhau,

MO- =

(6.14)

(6.15)

H Ư

Mặt khác, bình phương hàm sóng mô tả xác suất bắt gặp electron trong nguyên tử (AO) và phân tử (MO). Trong trường hợp các hàm sóng của phân tử H2, xác suất nhau: =

2 A

-2

(

MO-)

10 00

MO+)

(

TR ẦN

bắt gặp electron ở vùng nối nhân của hai hàm sóng cùng pha và nghịch pha là khác

2 B

(6.16) (6.17)

Xác suất bắt gặp electron ở vùng nối nhân của hàm sóng cùng pha (6.16) cao

hơn so với hàm sóng nghịch pha (6.17). Từ nó, năng lượng của hai MO tạo thành cũng

Í-

khác nhau. MO+ tạo từ các AO cùng pha có năng lượng thấp hơn các AO ban đầu, và

-L

được gọi là MO liên kết, trong trường hợp này MO liên kết được ký hiệu là 1s do xen

ÁN

phủ giữa hai orbital 1s của hai nguyên tử H là xen phủ . MO– tạo từ các AO nghịch pha,

có năng lượng cao hơn các AO ban đầu, trong trường hợp này gọi là MO phản liên kết,

ÀN

ký hiệu là *1s. Hình 6.20 tóm tắt hình ảnh các MO tạo thành, xác suất bắt gặp electron

IỄ N

của chúng, và sơ đồ năng lượng của các orbital phân tử tạo thành.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MO+ =

ẠO

hơn:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tức là C1 = C2, nên có thể bỏ qua các hệ số này để có được các phương trình đơn giản

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

C1 và C2 là các hệ số đóng góp của các hàm sóng nguyên tử vào hàm sóng phân tử.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

6.2.2. Tóm tắt nguyên tắc và quan điểm chung của thuyết MO

Theo thuyết MO, phân tử được coi như một “hệ nguyên tử phức tạp” gồm các hạt

Í-

nhân và các electron thuộc về phân tử. Các electron trong phân tử phân bố trên các MO

Các MO được tạo thành từ tổ hợp của các AO. Có bao nhiêu AO tham gia tổ hợp

ÁN

-L

(molecular orbital, orbital phân tử).

Trường hợp đơn giản nhất xảy ra khi hai AO tổ hợp nhau, có hai cách tổ hợp của

ÀN

thì tạo thành bấy nhiêu MO.

IỄ N

hai AO, tạo thành hai MO với hai hàm sóng mô tả theo phương trình (6.12) và

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

và sơ đồ năng lượng của các MO của phân tử H2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 6.20. Tóm tắt hình ảnh các MO tạo thành, xác suất bắt gặp electron,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

140

(6.13). Tổ hợp tạo thành MO+ (6.12) gọi là xen phủ dương, tạo thành MO liên kết, các MO tạo thành theo kiểu này gọi là các liên kết  hoặc  tùy theo kiểu xen phủ. Tổ hợp tạo thành MO- (6.13) gọi là xen phủ âm, MO tạo thành trong trường hợp này gọi là MO phản liên kết và được kí hiệu là  hoặc . Các MO liên kết có năng lượng thấp hơn các AO nguyên thủy; các MO phản liên kết có năng lượng cao hơn các AO nguyên thủy.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 141

Ngoài ra, để có sự tạo liên kết hữu hiệu, các AO phải có năng lượng xấp xỉ nhau. Các AO có năng lượng không phù hợp có thể không xen phủ và chuyển thẳng vào phân tử. MO tạo thành trong trường hợp này gọi là các MO không liên kết, ký hiệu là  hoặc . Các MO không liên kết có năng lượng bằng năng lượng của

Tương tự như trong nguyên tử, ở trạng thái nền, các electron phân bố vào các

AO ban đầu. Ta sẽ thấy trường hợp này trong ví dụ phân tử HF.

U Y

Nếu có các MO có năng lượng bằng nhau, quy tắc Hund cũng được tuân thủ, và

Đối với các phân tử hai nguyên tử, độ bền của liên kết có thể đánh giá qua giá trị

phân tử không tồn tại nếu BLK bằng không (0).

H Ư

vân đạo phản liên kết)

BLK = ½ ( tổng số electron trên các vân đạo liên kết – tổng số electron trên các (6.18)

TR ẦN

Vậy, theo mô hình này, trong phân tử không còn các nguyên tử riêng biệt nữa, và do vậy các MO, các electron cũng thuộc về phân tử chứ không thuộc về nguyên tử. Vì

10 00

vậy mô hình này được gọi là mô hình electron bất định vị, hay electron giải tỏa.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

6.2.3. Các phân tử nhị nguyên tử đồng nhân thuộc chu kỳ 1 theo thuyết MO

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

bậc liên kết (BLK) tính theo công thức (6.18). BLK càng cao, phân tử càng bền,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

mỗi MO chứa tối đa hai electron với spin ngược nhau.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MO có năng lượng từ thấp tới cao sao cho năng lượng của phân tử là thấp nhất.

Hình 6.21. Sơ đồ năng lượng của các phân tử hoặc ion nhị nguyên tử thuộc chu kỳ 1

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 142

Chu kỳ 1 chỉ có hai nguyên tố hóa học, H và He. Các nguyên tử này chỉ có orbital hóa trị là 1s nên ta chỉ xét sự xen phủ các orbital 1s. Tương tự như trường hợp phân tử H2, sơ đồ năng lượng của các phân tử này chỉ có hai MO 1s và *1s, được biểu diễn

Ion H2+ có một electron, electron này sẽ chiếm MO có năng lượng thấp nhất, cấu

trong Hình 6.21.

hình electron của ion H2+ là 1s1, bậc liên kết của ion H2+ tính theo biểu thức (6.28)

Ion He2+ có ba electron, hai electron sẽ chiếm MO 1s và một electron chiếm MO

1. Theo thuyết Lewis hoặc VB ta cũng có liên kết đơn trong phân tử này.

H Ư

*1s. Cấu hình electron của ion He2+ là 1s2 *1s1. Ion này tồn tại với bậc liên kết là -

TR ẦN

(2-1)/2 = 1/2.

Mỗi nguyên tử He có hai electron nên cấu hình electron của phân tử He2 là

(1s)2, (*1s)2. BLK trong phân tử He2 là 0. Do đó không có sự tạo thành phân tử

10 00

He2.

6.2.4. Các phân tử nhị nguyên tử đồng nhân thuộc chu kỳ 2

Khi hai nguyên tử X giống nhau thuộc chu kỳ 2 ở gần nhau để tạo thành phân tử

Í-

X2, các AO 1s của chúng có kích thước khá nhỏ so với các orbital hóa trị 2s và 2p của

-L

chúng, nên các orbital 1s cách xa nhau đủ để có thể bỏ qua sự xen phủ giữa các AO 1s.

ÁN

Vậy chỉ có các orbital hóa trị mới có thể xen phủ nhau. Mỗi nguyên tử X dùng bốn AO

hóa trị 2s và 2p để xen phủ nhau nên sẽ có tám MO tạo thành. Giả sử trục nối nhân của

ÀN

hai nguyên tử X là trục x, ta sẽ xét chi tiết sự xen phủ các AO để tạo thành các MO.

IỄ N

Hai AO 2s xen phủ nhau tương tự như hai AO 1s trong các nguyên tử chu kỳ 1,

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

electron của phân tử H2 là 1s2, bậc liên kết tính theo biểu thức (6.18) là (2-0)/2 =

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Phân tử H2 có hai electron cùng vào MO có năng lượng thấp nhất, cấu hình

ẠO

thuyết Lewis hoặc VB.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

ion này tồn tại, trong khi rất khó mô tả liên kết với một electron trong ion H2+ theo

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

là (1-0)/2 = 1/2. Ion H2+ tạo thành khi ta “ion hóa” phân tử H2. Thuyết MO cho thấy

tức là sẽ tạo thành hai MO, MO liên kết 2s có năng lượng thấp hơn AO 2s và MO phản liên kết *2s có năng lượng cao hơn AO 2s. -

Hai AO 2px của hai nguyên tử đều định hướng trên trục nối nhân của phân tử nên xảy ra sự xen phủ theo trục (Hình 2.22a), kết quả tạo thành hai MO: MO liên kết σ2p có năng lượng thấp hơn AO 2p và MO phản liên kết *2p có năng lượng cao hơn AO 2p.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Í-

MO liên kết 2p có năng lượng thấp hơn AO 2p, và MO phản liên kết *2p có năng

-L

lượng cao hơn AO 2p. Tương tự như vậy, hai orbital 2pz xen phủ nhau tạo các

ÁN

MO 2p và *2p (Hình 2.22c).

Có hai điều ta cần lưu ý là, (i) mặc dù có năng lượng bằng nhau, nhưng không có sự xen phủ giữa hai orbital 2p khác hướng của hai nguyên tử, ví dụ, không có sự

IỄ N

ÀN

xen phủ của orbital 2py của nguyên tử này và orbital 2pz của nguyên tử kia để tạo

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

phân tử nên xảy ra sự xen phủ theo hông (Hình 2.22b), kết quả tạo thành hai MO:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hai AO 2py của hai nguyên tử X định hướng vuông góc với trục nối nhân của

10 00

Hình 6.22. Các MO tạo thành từ sự xen phủ các AO 2p của các nguyên tử chu kỳ 2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q B

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

143

liên kết do các orbital trên khác hướng nhau, không cùng pha, cũng không nghịch

pha nhau; (ii) mặc dù sự xen phủ  cũng làm tăng mật độ electron trên MO liên kết, nhưng sự tăng mật độ electron này không tập trung trên đường nối nhân như trong xen phủ , do đó liên kết  yếu hơn liên kết . Sơ đồ năng lượng theo thuyết MO của các phân tử chu kỳ 2 so với các AO của

chúng được biểu diễn ở Hình 6.23. Ở đây có hai sơ đồ năng lượng, sơ đồ a) cho các phân tử từ O2 đến cuối chu kỳ, sơ đồ b) cho các phân tử từ N2 đến đầu chu kỳ. Điểm

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 144

chung trong hai sơ đồ năng lượng đó là: (i) AO 2s có năng lượng thấp hơn 2p, do đó các MO tạo thành từ AO 2s cũng có năng lượng thấp hơn các MO tạo thành từ các AO

ÀN

Trước tiên, ta chấp nhận giả thiết rằng, xen phủ  hữu hiệu hơn xen phủ  nên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MO 2p có năng lượng thấp hơn 2p, và chỉ có sự xen phủ giữa các orbital 2s với nhau,

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 6.23. Sơ đồ năng lượng MO của các phân tử X2 thuộc chu kỳ 2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

2p; (ii) các xen phủ 2p(z) và 2p(y) tương đương nên có năng lượng bằng nhau.

IỄ N

orbital 2p với nhau. Giả thiết này dẫn tới sơ đồ năng lượng a) ở Hình 6.23. Tuy nhiên, khi dùng giả thiết trên để dự đoán tính chất của một số phân tử, ta có kết quả không phù hợp với dữ liệu thực nghiệm. Ví dụ, phân tử B2 thực tế có tính thuận từ, nếu phân bố electron trong phân tử B2 theo sơ đồ a) trong Hình 6.23, ta không giải thích được tính thuận từ của phân tử B2. Để ý rằng, sự xen phủ tạo 2s và 2p đều làm tăng mật độ electron trong vùng không gian giữa hai nguyên tử. Đối với các nguyên tử đầu chu kỳ,

năng lượng 2s và 2p cách biệt nhau không nhiều (Hình 6.24), nên năng lượng 2s và 2p

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 145

khá gần nhau, vì vậy có thể xảy ra sự tương tác giữa các MO 2s và 2p, tạo ra các MO  biến tính mang cả đặc tính s và p ban đầu. Năng lượng của orbital 2s biến tính (với một ít đặc tính 2p) giảm xuống so với 2s không biến tính, năng lượng của orbital 2p biến tính (với một ít đặc tính 2s) tăng lên so với 2p ban đầu, dẫn tới sơ đồ MO với trật

10 00

kể (xem Hình 6.24), nên tương tác giữa 2s và 2p không đáng kể, sơ đồ năng lượng MO của các phân tử này theo trật tự ở Hình 6.23a. Các phân tử đầu chu kỳ (từ N2 trở về

trước) có năng lượng 2s và 2p khá gần nhau, dẫn tới tương tác σ2s và σ2p đáng kể, nên

sơ đồ MO của chúng theo trật tự ở Hình 6.22b. Hình 6.25 tóm tắt sơ đồ năng lượng, bậc

-L

Í-

liên kết, và từ tính của các phân tử nhị nguyên tử đồng nhân thuộc chu kỳ 2. Chú ý tới cấu hình electron phân tử, cấu hình electron phân tử O2 có thể biểu

ÁN

diễn theo hai cách như sau: (6.19)

ÀN

Cách 1: O2: (2s)2 (*2s)2 (2p)2 (2p)4 (*2p)1 (*2p)1

IỄ N

Cách 2:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Với các phân tử cuối chu kỳ, O2 và F2, năng lượng 2s và 2p khác biệt nhau đáng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

Hình 6.24. Năng lượng các orbital 2s và 2p của các nguyên tử chu kỳ 2

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

tự các mức năng lượng như Hình 6.23b.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(6.20)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

phân tử nhị nguyên tử đồng nhân thuộc chu kỳ 2

ÀN

Phân tử O2 mô tả theo thuyết MO như trên có hai electron độc thân, phù hợp với

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÁN

Hình 6.25. Sơ đồ năng lượng, bậc liên kết, và từ tính của các

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q -L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

146

IỄ N

tính thuận từ của phân tử. Các thuyết Lewis hay VB không biểu diễn được tính thuận từ của phân tử O2. Mô tả từ tính của các phân tử chu kỳ 2 ở Hình 6.25 phù hợp với thực tế

có hai phân tử thuận từ ở chu kỳ này, đó là B2 và O2. Ta thấy bậc liên kết của các phân tử ở Hình 6.25 phù hợp với kết quả từ thuyết Lewis và VB. Nhắc lại rằng, các thuyết là lời giải thích tính chất của vật chất, vì vậy kết quả dự đoán từ các thuyết phải phù hợp với nhau, và phù hợp với thực tế. Tuy nhiên, “thuyết” vẫn là sản phẩm của bộ óc suy lý của con người, nên thuyết vẫn có giới hạn. Nói cách khác, đôi khi các thuyết ta đang dùng vẫn không giải thích được tất cả các dữ liệu thực nghiệm. Khoa học vẫn đang trên

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 147

đường nghiên cứu để tìm đến sự hiểu biết chính xác hơn về thế giới vật chất, các thuyết mới có thể sẽ được đề nghị để giải thích tốt hơn thế giới quanh ta. Hiện tại, trong lĩnh vực liên kết hóa học, ta đang dùng đồng thời nhiều thuyết, có thuyết đơn giản hoặc phức chọn thuyết đơn giản mà hiệu quả để giải thích và dự đoán vấn đề, khi không thể dùng

thuyết đơn giản, ta chuyển qua thuyết khác để có thể dự đoán và giải thích tốt hơn. Ví

tạp hơn, có thuyết hiệu quả hơn các thuyết khác ở mặt nào đó. Ta thường ưu tiên lựa

U Y

phân tử F2, ta có thể dùng thuyết Lewis hoặc VB (và ta rất thường dùng hai thuyết này),

ẠO

đoán độ bền tương đối của chúng. Ví dụ, ion O2– và O22– được tạo thành khi phân tử O2

nhận thêm 1 hoặc 2 electron trên orbital phản liên kết. Điều này làm BLK của O2– và O22–

H Ư

giảm so với O2. Vì vậy các ion O2– và O22– kém bền hơn phân tử O2. 6.2.5. Các phân tử nhị nguyên tử dị nhân tạo thành từ các nguyên tố chu kỳ 2

TR ẦN

Tương tự như trong các phân tử đồng nhân thuộc chu kỳ 2, các nguyên tử trong phân tử dị nhân thuộc chu kỳ 2 chỉ dùng các orbital 2s và 2p để tổ hợp tạo MO phân tử.

Một số phân tử và quen thuộc đã biết là CO, NO, NO+… Điều khác biệt đối với các phân

10 00

tử đồng nhân là các AO cùng tên của hai nguyên tử trong phân tử dị nhân có năng lượng không bằng nhau. Ví dụ đối với phân tử CO, orbital 2s của C có năng lượng cao

hơn orbital 2s của O, 2p của C có năng lượng cao hơn 2p của O. Do đó tương tác 2s –

2p giữa hai nguyên tử dị nhân dễ xảy ra hơn, trật tự năng lượng của các MO trong các

-L

Í-

phân tử dị nhân tương tự như các phân tử đầu chu kỳ 2.

ÁN

Ví dụ, phân tử CO có 4 + 6 = 10 electron hóa trị. Cấu hình electron của phân tử

CO là: (s)2 (s )2 ()4 (p)2, BLK = 3 phù hợp với thuyết VB; phân tử NO có 11 electron hóa trị nên cấu hình electron phân tử là: (s)2 (s)2 ()4 (p)2 ()1, BLK = 2.5. Dễ dàng

ÀN

thấy khi phân tử NO mất một electron để thành ion NO+, BLK của nó tăng lên, nên có

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Bằng phương pháp MO, ta còn viết được cấu hình electron một số ion và dự

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

khi cần giải thích tính thuận từ của O2, ta dùng thuyết MO.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

dụ, khi nói tới phân tử O2 không phân cực, có liên kết trong phân tử mạnh hơn đối với

IỄ N

thể dự đoán ion NO+ tương đối bền hơn phân tử NO. Ngoài ra, khi xây dựng giản đồ năng lượng MO phân tử phù hợp với dữ liệu thực

nghiệm của chúng, đôi khi người ta giải thích được nhiều tính chất thú vị của phân tử. Một trong những trường hợp như vậy là phân tử CO. Sau này ta hay gặp CO với vai trò base Lewis để tạo phức với nhiều nguyên tử kim loại, ví dụ Ni(CO)4. Khi tạo phức như trên, phân tử CO liên kết với Ni qua nguyên tử C. Đây là điều ban đầu gây nhiều ngạc nhiên vì người ta thấy rằng, rất nhiều base Lewis cho cặp electron trên nguyên tử O để

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 148

tạo liên kết do O âm điện hơn và thường có các cặp electron không liên kết. Công thức Lewis của CO ở (6.21) cho thấy trên C và O đều có cặp electron chưa liên kết có thể đóng vai trò base Lewis, tuy nhiên phân tử này có điện tích hình thức âm trên C, dương

U Y

-L

Kết hợp với các tính toán cơ học lượng tử, giản đồ năng lượng của phân tử CO

ÁN

theo thuyết MO được biểu diễn ở Hình 6.26. Để ý rằng năng lượng tương đối của các

MO so với AO trong phân tử này hơi khác so với các giản đồ phân tử hai nguyên tử đồng nhân ở Hình 6.23. Kết quả tính toán lượng tử cho thấy MO 1 (tương đương với

ÀN

2s cho các phân tử hai nguyên tử đồng nhân) có năng lượng xấp xỉ với 2s của nguyên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Í-

Hình 6.26. Giản đồ năng lượng theo MO của phân tử CO

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q Ó

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

(6.21)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

liên kết trên C, nguyên tử có điện tích hình thức âm, để tạo liên kết với acid Lewis.

định. Tuy nhiên, công thức (6.21) cho phép đề nghị phân tử CO cho cặp electron không

trên O, ngược với dự đoán thông thường cho các phân tử có điện tích hình thức ổn

IỄ N

tử O, tức là 1 chủ yếu có đặc tính của AO 2s của nguyên tử O, có thể xem 1 là orbital không liên kết trên O. MO 3 của phân tử CO (tương đương với 2p ở các phân tử hai nguyên tử đồng nhân) có năng lượng xấp xỉ bằng AO 2p của C, mang chủ yếu đặc tính 2p của nguyên tử C. Do đó, các MO 1 và 3 của phân tử CO được coi là MO không liên kết; các MO 2 và 1 là MO liên kết. Với sơ đồ năng lượng này, bậc liên kết của phân tử CO vẫn bằng 3, tương tự như kết quả tìm thấy với thuyết Lewis hoặc VB. Electron có năng lượng cao nhất trong phân tử thuộc về MO 3, MO như vậy thường

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 149

được gọi là HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital), chính là MO đóng vai trò base Lewis trong phân tử CO. Vậy, phân tử CO tạo liên kết với acid Lewis qua nguyên tử C. Thêm vào đó, thuyết MO không chỉ giải thích tính thuận từ, nghịch từ của các

điều kiện để các AO xen phủ nhau là chúng phải có năng lượng xấp xỉ nhau. Trong

Í-

trường hợp phân tử HF, H chỉ có một AO hóa trị là 1s, F có bốn AO hóa trị là 2s và các

-L

AO 2p. Giả sử trục nối nhân hai nguyên tử H và F là trục z. Vậy những AO nào của

ÁN

nguyên tử F sẽ xen phủ với AO 1s của nguyên tử H để tạo liên kết cộng hóa trị? Dễ dàng thấy rằng khi hai nguyên tử H và F định vị trên trục z, AO 1s chỉ có thể xen phủ với

2pz của F, tạo thành các MO liên kết  và phản liên kết *, các AO 2px và 2py của F

ÀN

không cùng pha cũng không nghịch pha với AO 1s của H nên chúng không thể xen phủ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Ta sẽ xem giản đồ năng lượng của phân tử HF (Hình 6.27) để thấy một trong các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 6.27. Sơ đồ năng lượng theo MO của phân tử HF

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

U Y

6.2.6. Thuyết MO áp dụng vào phân tử HF

http://daykemquynhon.ucoz.com

này có thể sẽ được bàn tới trong những chương trình hóa học ở cấp độ cao hơn.

cách hiệu quả, ví dụ, các giá trị năng lượng ion hóa và màu sắc phân tử. Các ứng dụng

phân tử cộng hóa trị, mà còn cho phép ta giải thích nhiều dữ kiện thực nghiệm khác một

IỄ N

nhau. Vì vậy 2px và 2py là các orbital không liên kết trong phân tử HF. Về lý thuyết, AO 2s của F có thể xen phủ với AO 1s của H, tuy nhiên năng lượng 2s và 2p của F cách

biệt khá nhiều (xem phần 6.3.4), năng lượng 1s của H lại cao hơn năng lượng 2p của F (Hình 6.27), dẫn đến năng lượng của AO 1s của H và 2s của F quá khác biệt, vì vậy 1s của H và 2s của F không xen phủ nhau. Do đó orbital 2s của F trở thành orbital không liên kết trong phân tử HF. Vậy, mặc dù nguyên tử F có bốn AO hóa trị (2s và 2p), nhưng chỉ có orbital 2pz của F có năng lượng cao nhất và hướng thích hợp để xen phủ với AO 1s của H mà thôi.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 150

Trong ví dụ trên, ta bỏ qua orbital 1s của F vì AO này có năng lượng quá thấp nên không thể xen phủ với 1s của H. Về mặt năng lượng, các AO có thể xen phủ nhau và tạo liên kết thường là các AO hóa trị, không cần thiết chúng phải cùng phân lớp, không cần thiết các nguyên tử tạo liên kết phải cùng chu kỳ.

ÁN

tử benzene theo thuyết VB. Có thể khảo sát tốt nhất hệ thống liên kết  trong phân tử

benzene bằng thuyết MO. Theo thuyết MO, sáu orbital 2pz của sáu nguyên tử C sẽ xen

ÀN

phủ  với nhau tạo thành sáu MO, gồm ba MO liên kết và ba MO phản liên kết. Sự xen

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Trong phần 6.1.5 ta đã xét sự tạo thành hệ thống liên kết  bất định vị trong phân

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

-L

Í-

Hình 6.28. Sự xen phủ của các orbital 2pz để tạo thành các MO và sơ đồ năng lượng theo MO của hệ liên kết  trong phân tử benzene

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q Ó

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

6.2.7. Liên kết π bất định chỗ trong phân tử benzene

IỄ N

phủ của các orbital 2pz và năng lượng của các MO tạo thành được biểu diễn trong Hình 6.28. Trong đó, MO có năng lượng thấp nhất được tạo thành do sự xen phủ dương của sáu AO ban đầu, hai MO có năng lượng bằng nhau kế tiếp có sự xen phủ âm của hai

nhóm AO, hai MO có năng lượng cao hơn nữa có sự xen phủ âm của bốn nhóm AO, MO có năng lượng cao nhất tạo thành do sự xen phủ âm của cả sáu AO ban đầu (sự xen phủ dương được biểu diễn bởi các AO cùng màu (cùng dấu) trong vùng xen phủ, sự xen phủ âm được biểu diễn bởi các AO khác màu (trái dấu) trong vùng xen phủ).

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 151

Hệ thống liên kết  trong phân tử benzene có sáu electron (từ sáu AO 2pz của các nguyên tử C), phân bố trên ba MO liên kết (xem Hình 6.28). Bậc liên kết của hệ liên kết  trong phân tử này là 3, chia đều cho sáu là 0.5 cho mỗi liên kết C–C. Như vậy mỗi liên kết C–C trong vòng benzene có bậc liên kết trung bình là 1.5, trùng với kết quả từ thuyết

Ơ H

Liên kết trong kim loại – thuyết dãy

U Y

Các tính chất của kim loại có thể được giải thích bằng thuyết khí quyển electron ở

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Thuyết dãy thực chất dựa trên sự xen phủ các orbital hóa trị của nguyên tử khi

các nguyên tử sắp xếp gần nhau trong mạng tinh thể. Trước hết ta xem ví dụ trường

H Ư

hợp kim loại Na với các orbital hóa trị 3s. Khi n orbital 3s của n nguyên tử Na kế cận

TR ẦN

nhau xen phủ nhau, có sự tạo thành một dãy n MO có năng lượng xấp xỉ nhau như Hình 6.29, gọi là dãy 3s. Dãy 3s chứa các electron hóa trị của Na nên có tên gọi chung là dãy hóa trị. Một nửa số MO có năng lượng thấp trong dãy 3s gọi là các orbital liên kết, phần

10 00

còn lại là các orbital phản liên kết. Vì mỗi nguyên tử Na chỉ có một electron trên orbital 3s, nên chỉ cần 1/2 số MO ở dãy 3s là đủ chứa các electron hóa trị của Na. Nói cách

khác, dãy 3s của Na vẫn còn các MO trống, do đó electron hóa trị của Na dễ dàng di

chuyển tự do trong dãy 3s, kim loại Na dẫn điện. Dãy hóa trị chưa chứa đầy electron

ÁN

-L

Í-

như trường hợp này được biểu diễn ở Hình 6.30a.

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

chất cách điện bằng thuyết dãy.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

bán dẫn. Trong chương này, ta sẽ giải thích tính dẫn điện của các kim loại, bán dẫn, và

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

Chương 5. Tuy nhiên thuyết khí quyển electron không giải thích tính chất của các chất

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

6.3.

VB hay công thức cộng hưởng của phân tử.

Hình 6.29. Sự tạo thành dãy hóa trị 3s từ n nguyên tử Na

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

2s2 2p6 3s2, ta thấy dãy hóa trị 3s của Mg đã đầy electron. Vậy Mg dẫn điện bằng cách

nào? Ngoài dãy 3s, các orbital 3p của nguyên tử Mg cũng xen phủ nhau tạo dãy 3p

10 00

trống, còn gọi là dãy dẫn. Vì năng lượng các orbital 3s và 3p của nguyên tử Mg khá gần nhau, nên năng lượng dãy 3s và dãy 3p của Mg chồng lắp nhau như ở Hình 6.30b, kết

quả là các electron trên dãy hóa trị 3s của Mg có thể di chuyển tự do vào các orbital

trống ở dãy 3p, Mg dẫn điện. Mg là trường hợp tiêu biểu cho sự dẫn điện của các kim

-L

Í-

loại có dãy hóa trị chứa đầy electron.

ÁN

Một số vật liệu khác cũng có dãy hóa trị chứa đầy electron, nhưng năng lượng

cách biệt giữa dãy hóa trị và dãy dẫn khác nhau nên tính chất của chúng khác nhau. Khoảng năng lượng cách biệt E (xem Hình 6.30) giữa dãy hóa trị và dãy dẫn gọi là

ÀN

năng lượng vùng cấm (band gap). Ví dụ, C kim cương và SiO2 có dãy hóa trị chứa đầy

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Mở rộng lập luận trên cho kim loại Mg với cấu hình electron nguyên tử Mg: 1s2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

Hình 6.30. Năng lượng của kim loại, chất cách điện, và bán dẫn theo thuyết dãy

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q N

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

152

IỄ N

electron và năng lượng vùng cấm lớn, do đó electron ở vùng hóa trị không thể chuyển lên vùng dẫn, vì vậy kim cương và SiO2 cách điện (Hình 6.30c). Một số chất khác như Si, Ge, CdS, HgS... cũng có dãy hóa trị đầy electron, nhưng năng lượng vùng cấm của chúng nhỏ (Hình 6.30d), khi chiếu ánh sáng với bước sóng thích hợp hoặc cung cấp nhiệt, một số electron từ vùng hóa trị nhận được năng lượng kích thích và chuyển lên vùng dẫn, trở thành dẫn điện. Những chất này gọi là chất bán dẫn. Khi năng lượng nhiệt cung cấp cho các chất bán dẫn càng tăng, càng nhiều electron có thể di chuyển từ vùng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 153

hóa trị sang vùng dẫn, tính dẫn điện của chúng càng tăng, hoàn toàn phù hợp với tính chất thực tế của chất bán dẫn. Các chất bán dẫn vừa kể trên gọi là các chất bán dẫn thuần, hay bán dẫn nội tại (intrinsic semiconductor). Các chất bán dẫn thuần có giá trị năng lượng vùng cấm nhất

định. Một số bán dẫn thuần có năng lượng vùng cấm khá lớn, bất tiện trong sử dụng

thực tế, người ta có thể làm giảm năng lượng vùng cấm của chúng bằng cách pha tạp,

ẠO

thứ năm của P khá tự do vì không liên kết với nguyên tử Si, lại có năng lượng cao hơn

dãy hóa trị của Si, do đó tạo nên các electron ở mức “donor level” có năng lượng rất gần

vùng dẫn của Si (xem Hình 6.31a). Khi đó chỉ cần năng lượng rất nhỏ, thực tế năng

H Ư

lượng chuyển động nhiệt cũng đủ kích thích các electron này vào vùng dẫn để Si pha

TR ẦN

tạp P trở thành dẫn điện. Trong trường hợp này, tính dẫn điện của chất bán dẫn gây ra chủ yếu do sự di chuyển của các electron của chất doping lên vùng dẫn. Chất bán dẫn kiểu Si pha tạp P gọi là chất bán dẫn loại n, xuất phát từ chữ “negative” do chất doping P

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

có dư electron so với bán dẫn nền Si.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

chỉ dùng bốn electron hóa trị để tạo liên kết với các nguyên tử Si kế cận, electron hóa trị

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

rộng rãi nhất là Si pha tạp. Khi Si pha tạp P, nguyên tử P có năm electron hóa trị, nhưng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

dẫn pha tạp (extrinsic semiconductor). Một trong các chất bán dẫn pha tạp được biết

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

quá trình pha tạp thường gọi là doping, khi đó chất bán dẫn tạo thành gọi là chất bán

Hình 6.31. Cơ chế dẫn electron trong bán dẫn loại n và bán dẫn loại p Chất bán dẫn loại p (positive) tạo thành khi chất doping có ít electron hóa trị hơn

chất nền. Ví dụ, khi pha tạp Al vào Si, Al có ba electron hóa trị nên sẽ có một trong bốn liên kết giữa Si và Al kế cận chỉ có một electron, nghĩa là vùng hóa trị của Si chưa hoàn toàn đầy electron, vì vậy các electron hóa trị của Si pha tạp Al trở nên khá linh động. Mặt khác, dãy trống của Al (“Acceptor level” trong Hình 6.31) có năng lượng chỉ hơi cao hơn

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 154

năng lượng vùng hóa trị của Si, các electron hóa trị trong Si dễ dàng chuyển từ vùng hóa trị của Si lên vùng trống của Al để dẫn điện. Trong cả hai trường hợp doping trên, chỉ cần lượng nhỏ chất doping cũng làm năng lượng vùng cấm của chất bán dẫn pha tạp, khiến tính dẫn điện của chúng tăng lên.

Hiện nay, các chất bán dẫn được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật, từ các transistor đến

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

quang hóa và trong các pin mặt trời.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

đèn LED (Light-Emitting Diodes), các chất bán dẫn cũng dùng trong phản ứng xúc tác

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 155

Chương 7

TRẠNG THÁI KHÍ Trong Chương 5 và Chương 6, ta đã mô tả ba loại lực liên kết cơ bản giữ các

ba trạng thái cơ bản: khí, lỏng, hoặc rắn. Ta đã biết nhiều về chất khí trong chương

nguyên tử với nhau trong các đơn chất và hợp chất. Các chất có thể tồn tại quanh ta ở

màu vàng nhạt, khí brom có màu nâu, và hơi iod có màu tím. Một số các loại khí khác

như H2, O2, CO2... không màu. Các chất khí được tạo thành từ các phân tử nằm khá xa

nhau. Bằng mắt thường ta không thể thấy từng phân tử khí, nhưng ta có thể thấy toàn

Í-

bộ khối khí nếu nó có màu. Chất khí có khả năng khuếch tán, chúng luôn luôn chiếm đầy

-L

bình chứa, có thể tích và hình dạng của bình chứa. Khi ta cho các chất khí khác nhau

ÁN

tiếp xúc nhau, nếu không có phản ứng hóa học xảy ra, các chất khí sẽ khuếch tán vào

nhau ở bất kỳ tỷ lệ nào.

ÀN

Chất khí được xác định bởi bốn thông số định lượng, là lượng khí (thường dùng

số mol khí), thể tích, nhiệt độ, và áp suất khí. Lượng khí có thể đo bằng cách cân khối

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Hình 7.1 là hình ảnh của ba loại khí khác nhau chứa trong các bình kín: khí clo có

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO Đ G N H Ư TR ẦN

Hình 7.1. Các khí clo, brom, và iod (theo thứ tự từ trái qua) chứa trong bình kín

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Vài tính chất cơ bản của chất khí

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

7.1.

U Y

khí, làm nền tảng để hiểu rõ hơn chất lỏng và chất rắn sẽ mô tả ở Chương 8.

trình trung học, trong chương này, ta sẽ đề cập một số tính chất của vật chất ở trạng thái

IỄ N

lượng khí, thể tích khí chính là thể tích bình chứa, nhiệt độ khí được đo bằng nhiệt kế. Các dụng cụ đo kể trên đều quen thuộc với chúng ta. Trong phần này ta sẽ xem qua áp kế, là dụng cụ đo áp suất khí. Hình 7.2 mô tả áp kế hở một đầu để đo áp suất khí. Chất khí cần đo áp suất được

chứa trong bình nối với một ống chữ U có chứa chất lỏng xác định, thường dùng các chất lỏng ít bay hơi như Hg. Khi đạt cân bằng, có ba trường hợp xảy ra:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 156

(a) Mặt thoáng của chất lỏng ở hai ống chữ U ngang nhau (Hình 7.2a): áp suất khí trong bình bằng áp suất khí quyển (Pbar.): Pgas = Pbar.; (b) Mặt thoáng của chất lỏng ở đầu nối với bình khí ở vị trí thấp hơn đầu thông với khí quyển (Hình 7.2b), khi này áp suất khí trong bình cao hơn áp suất khí

quyển: Pgas = Pbar. + P;

U Y .Q

10 00

TR ẦN

H Ư

2.7), d là khối lượng riêng chất lỏng trong áp kế.

-L

Í-

Hình 7.2. Áp kế hở một đầu dùng để đo áp suất chất khí

ÁN

Vậy khi đo áp suất ta dùng đơn vị gì? Có thể dùng nhiều đơn vị khác nhau để đo

áp suất. Trong hệ SI, đơn vị của áp suất là Pa = N/m2. Bảng 7.1 dẫn ra một số đơn vị đo

IỄ N

ÀN

áp suất thông dụng và hệ số chuyển đổi.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

trọng trường, h là chiều cao chênh lệch của cột chất lỏng ở hai nhánh chữ U (xem Hình

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Trong các biểu thứ trên, P là áp suất cột chất lỏng, P = g*h*d, với g là gia tốc

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Pbar. – P.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

với khí quyển (Hình 7.2c), ta có áp suất khí thấp hơn áp suất khí quyển: Pgas =

Bảng 7.1. Một số đơn vị đo áp suất thông dụng

Đơn vị đo

Viết tắt

Atmosphere

atm

mm thủy ngân

mmHg

1 atm = 760 mmHg

Torr

1 atm = 760 Torr

Pascal (hệ SI)

1 atm = 101 325 Pa

Bar

1 atm = 1.01325 bar

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Chuyển đổi tương đương

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 157

7.2.

Các định luật khí đơn giản Phần này sẽ tóm tắt lại các định luật khí đơn giản, trong đó nhấn mạnh phương

pháp dùng trong nghiên cứu khoa học để tìm ra mối quan hệ toán học giữa nhiều biến

số.

7.2.1. Định luật Boyle

U Y

khí, nhiệt độ, áp suất, và thể tích), chỉ có hai thông số thể tích và áp suất khí được

nghiên cứu trong định luật Boyle. Hình 7.3a mô tả kết quả đo đạc của Boyle, cho thấy

mối quan hệ bất tuyến tính giữa áp suất khí (P) và thể tích khí (V). Để rút ra biểu thức

H Ư

toán học mô tả chính xác mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khí, các nhà khoa học

TR ẦN

phải tìm ra mối quan hệ tuyến tính giữa hai biến số P và V. Thực chất đây là quá trình thử và sai, ví dụ, vẽ đồ thị V theo 1/P, hay V theo 1/P2, v.v... Kết quả tìm được là thể tích khí (V) tỉ lệ thuận với 1/P như ở Hình 7.3b, từ đó rút ra biểu thức toán học của định luật

(a là hệ số tỷ lệ)

(7.1)

hay

V = a/P

(7.2)

hay

P1V1 = P2V2

(7.3) (số mol khí và nhiệt độ không đổi)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

PV = a

10 00

Boyle, có thể biểu diễn theo nhiều cách khác nhau như sau:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Như vậy, trong bốn thông số để xác định tính chất của chất khí đã đề cập (lượng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

khí.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

đối với một lượng khí nhất định ở nhiệt độ không đổi, thể tích khí tỷ lệ nghịch với áp suất

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Năm 1662, khi nghiên cứu tính chất của không khí, Boyle đã tìm ra định luật sau:

Hình 7.3. Mối quan hệ giữa thể tích và áp suất khí ở nhiệt độ không đổi

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 158

định được hai nhà khoa học người Pháp, Charles và Gay-Lussac, độc lập tìm ra vào năm 1787. Gay-Lussac công bố định luật này vào năm 1802.

10 00

Hình 7.4 mô tả kết quả thí nghiệm của Charles và Gay-Lussac cho các khí A, B, C, D khác nhau, trong đó các điểm chấm trên các đoạn nối liền của A, B, C đại diện cho

các điểm thực nghiệm, các đoạn đứt khoảng của A, B, C ở nhiệt độ thấp là các đoạn giả

định, được ngoại suy từ các giá trị thực nghiệm. Để ý rằng cần có ít nhất 4 – 5 điểm thực

Í-

nghiệm để xác định một đường thẳng. Tại sao ta không có các giá trị thực nghiệm ở

-L

nhiệt độ thấp? Đường D mô tả thể tích của một “khí D” theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ cao

ÁN

hơn 50 oC, D biểu hiện như các khí A, B, C. Ở khoảng 50 oC, thể tích khí D giảm đột

ngột xuống gần bằng không. Nhiệt độ 50 oC chính là nhiệt độ hóa lỏng của khí D, khi D hóa lỏng, thể tích pha lỏng giảm đáng kể so với pha khí, dưới nhiệt độ hóa lỏng, ta

ÀN

không còn nghiên cứu được D ở trạng thái “khí” nữa. Hiện tượng hóa lỏng như vậy xảy

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Mối quan hệ giữa thể tích (V) và nhiệt độ (T) của một lượng khí ở áp suất nhất

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

Hình 7.4. Thể tích các khí thay đổi theo nhiệt độ

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q G

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

7.2.2. Định luật Charles

IỄ N

ra với tất cả các khí ở nhiệt độ thấp, vì vậy ta không thể nghiên cứu tính chất của chất khí ở nhiệt độ quá thấp. Cũng từ dữ liệu thực nghiệm này, các nhà khoa học thấy rằng các đường ngoại

suy của thể tích khí đến V = 0 gặp nhau tại nhiệt độ -273 oC (sau này được biết chính xác hơn, là -273.15 oC). Người ta cho rằng, thể tích không thể nhỏ hơn không, nên -273 oC là nhiệt độ thấp nhất vật chất có thể đạt tới, được đặt là 0 K (nhiệt độ không tuyệt đối, không độ theo thang Kelvin). Ta có:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 159

T (K) = to (oC) + 273.15

(7.4)

Từ kết quả thực nghiệm, định luật Charles được phát biểu như sau: thể tích của một lượng khí nhất định ở áp suất không đổi tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Biểu thức

(7.6) (ở áp suất không đổi)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

được viết tắt là STP (Standard conditions of Temperature and Pressure), là 0 oC =

273.15 K và 1 bar = 100 kPa = 105 Pa. Cần lưu ý rằng, STP ta đề cập trong tài liệu này

H Ư

là điều kiện quy định bởi IUPAC, khác với điều kiện chuẩn được dùng trước đây là 0 oC,

TR ẦN

1 atm. 7.2.3. Định luật Avogadro

Năm 1808, Gay-Lussac công bố các kết quả thí nghiệm cho thấy các chất khí

10 00

phản ứng với nhau theo các tỷ lệ thể tích nhất định. Ví dụ, hydro phản ứng với clo theo tỷ lệ thể tích 1/1, hydro và oxy phản ứng với nhau theo tỷ lệ thể tích 2/1. Để giải thích kết

quả đó, Gay-Lussac cho rằng các thể tích khí bằng nhau chứa lượng nguyên tử bằng

nhau. Tuy nhiên, Dalton phản đối cách giải thích trên vì ông cho rằng phản ứng giữa oxy

Í-

và hydro là: H (k) + O (k) → OH (k), như vậy tỷ lệ thể tích khí hydro và oxy phản ứng

-L

phải là 1/1 chứ không phải là 2/1 theo kết quả quan sát. Để ý rằng Dalton lập luận như

ÁN

vậy vì các nhà khoa học lúc bấy giờ cho rằng công thức phân tử của nước là OH, của hydro và oxy là H và O.

ÀN

Năm 1811, Avogadro nêu giả thuyết rằng, bên cạnh việc các thể tích khí bằng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

việc so sánh các chất khí, người ta đưa ra điều kiện chuẩn về nhiệt độ và áp suất khí,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Vì thể tích khí và số mol khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Để thuận tiện cho

http://daykemquynhon.ucoz.com

Điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và áp suất của chất khí

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

V1/T1 = V2/T2

(7.5)

(b là hệ số tỷ lệ)

V=bT

toán học của định luật Charles là:

IỄ N

nhau chứa số phân tử bằng nhau, các phân tử khí còn có thể bị gãy thành những phần nhỏ hơn khi tham gia phản ứng. Ví dụ, phân tử oxy (O2) bị gãy thành hai nguyên tử để phản ứng với phân tử hydro (H2) cũng có hai nguyên tử, tạo thành phân tử nước (H2O). Với giả thiết này, Avogadro giải thích được hiện tượng hydro và oxy phản ứng theo tỷ lệ thể tích 2/1. Hình 7.5. biểu diễn trực quan lập luận của Avogadro cho phản ứng giữa khí hydro và oxy.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

hiện nay được biểu diễn theo phương trình (7.7), trong đó c là hệ số tỷ lệ, n là số mol

khí.

(7.7)

H Ư

V=cn

Khối lượng riêng ở

(g mol–1)

SPT (g L–1)

Khối lượng mol

Thể tích mol (L mol–1) ở STP

ở 0 oC, 1 atm

ÁN

-L

Í-

10 00

Khí

TR ẦN

Bảng 7.2. Khối lượng riêng và thể tích mol của các khí

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

định, thể tích khí tỷ lệ thuận với lượng khí. Biểu thức toán học của định luật Avogadro

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Định luật Avogadro sau đó được phát biểu như sau: ở nhiệt độ và áp suất nhất

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

Hình 7.5. Sự tạo thành nước từ hydro và oxy theo giả thuyết của Avogadro

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

2 thể tích H2O

1 thể tích O2

U Y

2 thể tích H2

160

Ghi chú:

- Thể tích mol ở 0 oC, 1 atm = Thể tích mol ở SPT/1.01325 - Ideal gas: khí lý tưởng (sẽ đề cập ở 7.3)

Từ phương trình (7.7) ta có, c = V/n. Nếu lấy n = 1 mol khí, c sẽ là thể tích của một mol khí, là một hằng số ở nhiệt độ và áp suất nhất định. Bảng 7.2 là khối lượng riêng và thể tích mol của các khí khác nhau ở điều kiện chuẩn (STP) và ở 0 oC, 1 atm.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 161

Các dữ liệu cho thấy khối lượng riêng của các khí thay đổi theo khối lượng mol của chúng, thể tích mol của các khí có giá trị gần giống nhau, gần bằng 22.414 L ở 0 oC, 1 atm, và 22.711 L ở STP.

Định luật khí lý tưởng

Định luật Charles:

VT

Định luật Avogadro:

Vn

Ơ .Q

PV = n R T

(7.8)

Biểu thức (7.8) gọi là phương trình khí lý tưởng. Vậy, định luật khí lý tưởng rút ra

TR ẦN

từ ba định luật khí đơn giản như sau: thể tích khí tỷ lệ thuận với số mol khí và nhiệt độ Kelvin, tỷ lệ nghịch với áp suất khí. Khí nào là khí lý tưởng? Thực nghiệm cho thấy hầu

hết các khí ở áp suất không quá cao và nhiệt độ không quá thấp đều tuân theo phương

10 00

trình (7.8), và được xem là khí lý tưởng.

R trong biểu thức (7.8) được gọi là hằng số khí lý tưởng, có thể tính được bằng

nhiều cách khác nhau. Ví dụ, 1 mol khí ở 273.15 K, 1 atm có thể tích là 22.414 L, từ đó

Í-

tính được:

-L

R = PV/nT = 1 atm * 22.414 L / (1 mol * 273.15 K) = 0.082057 L atm mol –1 K–1

Bảng 7.3. Các giá trị hằng số khí lý tưởng thông dụng

IỄ N

ÀN

ÁN

Hằng số R theo các đơn vị khác nhau được cho trong Bảng 7.3.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

V = R nT/P

H Ư

hay

V  nT/P

ẠO

Kết hợp ba biểu thức trên, ta có:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

V  1/P

Định luật Boyle:

U Y

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Trong phần 7.2, ta có ba định luật khí, được tóm tắt như sau:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

7.3.

Trong hóa học, ta thường dùng các định luật khí để xác định khối lượng riêng hoặc khối lượng mol của các chất khí. Ta có thể dùng các định luật khí đơn giản trong phần 7.2 hoặc định luật khí lý tưởng để giải quyết các vấn đề này. Biểu thức (7.8) đôi khi được biểu diễn dưới một số dạng khác: Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 162

hay

R = PV/nT

(7.9)

P1V1/T1 = P2V2/T2

(7.10) với số mol khí nhất định

Các định luật trên cho thấy, để nghiên cứu tính chất của khí, người ta chỉ thay đổi

hàm (ví dụ, thể tích khí V) chịu ảnh hưởng của nhiều biến (ví dụ, áp suất, nhiệt độ, số

mỗi lần hai thông số và giữ cố định các thông số còn lại. Hay nói cách khác, nếu một

mol), người ta khảo sát ảnh hưởng của từng biến một bằng cách cố định những biến

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Hỗn hợp khí

7.4.

nghiệm để có được phương trình đường thẳng với độ tin cậy chấp nhận được.

20.94

He, Ne, Kr, Xe

0.002

CH4

0.00015

0.00005

Í-

0.03

CO2

Các khí khác

< 0.00004

ÁN

-L

78.09 0.93

10 00

TR ẦN

% mol (% thể tích)

Khí

H Ư

Bảng 7.4. Thành phần của không khí khô (không có hơi nước)

Các phương trình khí đầu tiên được tìm thấy cho không khí. Không khí là hỗn

ÀN

hợp của nhiều khí khác nhau. Bảng 7.4 là thành phần của không khí. Như vậy, các định

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

được dùng trong nghiên cứu. Ngoài ra, khi khảo sát đơn biến, cần ít nhất 5-6 điểm thực

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

quát (chính là định luật khí lý tưởng). Đó là phương pháp khảo sát đơn biến thường

http://daykemquynhon.ucoz.com

hàm đơn biến theo V). Kết hợp các hàm đơn biến, ta được hàm hay phương trình tổng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

khác để có được các hàm đơn biến (ví dụ, mỗi định luật đơn giản trong phần 7.2 là một

IỄ N

luật khí đơn giản và định luật khí lý tưởng cũng được dùng cho hỗn hợp khí. Khi áp dụng vào hỗn hợp khí, ta để ý các mối quan hệ sau: Số mol khí tổng cộng: Áp suất chung:

ntotal = n1 + n2 + n3 + ...

Ptotal = ntotal RT/V = (n1 RT/V + n2 RT/V + ...) Ptotal = P1 + P2 + P3 + ...

(7.11) (7.12) (7.13)

với Pi là áp suất riêng phần của từng khí, biểu thức (7.13) còn gọi là định luật Dalton.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 163

Phần mol của mỗi khí:

(7.14)

x1 + x2 + x3 + ... = 1

(7.15)

Thuyết động học phân tử khí

Như đã giới thiệu ở phần phương pháp nghiên cứu khoa học, các quy luật rút ra

7.5.

xi = ni / ntotal = Pi / Ptotal

từ nghiên cứu được tổng kết dưới dạng các định luật. Để giải thích định luật, người ta

U Y

khối lượng nhưng không có thể tích;

Các phân tử khí chỉ tương tác nhau khi va chạm nhau và va chạm với thành bình,

TR ẦN

Các phân tử khí ở vô cùng xa nhau, có thể xem các phân tử khí là các điểm có

H Ư

ngừng theo mọi hướng;

tuy nhiên, thời gian va chạm xảy ra rất ít so với thời gian không va chạm, do đó, trong hầu hết thời gian, không có lực tương tác giữa các phân tử khí;

Khi các phân tử khí va chạm nhau, năng lượng mỗi phân tử có thể tăng hay giảm,

10 00

nhưng ở nhiệt độ và áp suất không đổi, tổng năng lượng của khối khí là không

đổi.

Các thuyết chỉ có giá trị nếu ta có thể dùng chúng để giải thích và dự đoán các

Í-

hiện tượng tự nhiên. Trong trường hợp thuyết động học phân tử khí, ta có thể dùng

-L

thuyết này để đưa ra biểu thức của định luật Boyle. Nhắc lại, phương trình định luật

ÁN

Boyle là: PV = a (7.1), trong đó hệ số a phụ thuộc số phân tử khí N có trong mẫu nghiên

cứu và nhiệt độ khí. Vì áp suất chính là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích, để biết áp

ÀN

suất, ta phải biết lực khi các phân tử khí va chạm lên thành bình. Giả sử một phân tử khí

di chuyển với vận tốc ux theo phương x hướng về thành bình, lực mà phân tử này tác

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

trong một số trường hợp) có kích thước vô cùng nhỏ và chuyển động không

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Trong một thể tích khí luôn có một lượng rất lớn các phân tử khí (hoặc nguyên tử

ẠO

tử khí:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

XIX để giải thích các định luật khí. Sau đây là nội dung chính của thuyết động học phân

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

đưa ra các thuyết. Thuyết động học phân tử các chất khí được đưa ra vào giữa thế kỷ

IỄ N

động lên thành bình phụ thuộc vào hai yếu tố sau: (1) Tần số phân tử va chạm với thành bình, tức là số lần phân tử va chạm với thành bình trong một giây. Tần số va chạm với thành bình càng cao, lực tương tác lên thành bình càng lớn; tần số va chạm tỷ lệ với số phân tử khí trong một đơn vị thể tích và tốc độ di chuyển của các phân tử khí, tức là: Tần số va chạm  (ux) x (N/V)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(7.16)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 164

(2) Moment động lượng trao đổi khi va chạm: khi một phân tử đập vào thành bình và thay đổi hướng di chuyển, có sự trao đổi moment động lượng giữa phân tử và thành bình. Moment trao đổi tỷ lệ với khối lượng và vận tốc phân tử khí: Moment động lượng  mux

Áp suất của khí (P) là tích của moment động lượng trao đổi và tần số va chạm

uxTB2 = (ux12 + ux22 + ux32 + ... )/N

Như vậy, áp suất của khí lên thành bình trở thành:

(7.19)

(7.20)

H Ư

P  (N/V) muxTB2

TR ẦN

Mặt khác, các phân tử khí không chuyển động ưu tiên chuyển động theo hướng nào, ta có: uxTB2 = uyTB2 = uzTB2 = 1/3 uTB2, trong đó uTB2 = uxTB2 + uyTB2 + uzTB2. Giá trị uTB2

được gọi là trung bình của bình phương tốc độ phân tử khí. Thế 1/3 uTB2 vào phương

10 00

trình (7.20), ta có:

P = 1/3 (N/V) m uTB2

PV = 1/3 Nm uTB2

(7.22)

hay:

(7.21)

-L

Í-

Vì tốc độ chuyển động của các phân tử khí phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng tăng, tốc độ chuyển động của các phân tử khí càng tăng (sẽ đề cập ở phần ngay dưới

ÁN

đây). Khi cố định nhiệt độ và lượng khí, vế phải của phương trình (7.22) chính là một

hằng số, ta có phương trình Boyle. Điều này xác nhận giá trị của thuyết động học phân

IỄ N

ÀN

tử khí.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

giá trị ux2 được thay bằng giá trị trung bình, uXTB2, với:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Tuy nhiên, mỗi phân tử trong bình khí có tốc độ chuyển động khác nhau, do đó

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(7.18)

U Y

P  (mux) x (ux) x (N/V) = (N/V) mu x2

của các phân tử khí với thành bình, do đó ta có:

http://daykemquynhon.ucoz.com

(7.17)

Giản đồ phân bố tốc độ các phân tử khí theo nhiệt độ

Năm 1860, James Clerk Maxwell cho rằng các phân tử trong một chất khí chuyển động với tốc độ khác nhau, ta không thể biết được tốc độ chuyển động của từng phân tử khí, nhưng ta có thể dự đoán phần trăm các phân tử chuyển động ở một tốc độ nào đó. Maxwell đã lập luận và đưa ra phương trình mô tả sự phân bố tốc độ các phân tử khí (u) theo nhiệt độ (T) và khối lượng mol của khí (M) như sau: (7.23)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 165

Phương trình (7.23) gọi là phương trình phân bố tốc độ các phân tử khí của Maxwell. Trong chương trình Hóa học đại cương, ta chấp nhận mà không chứng minh phương trình này. Maxwell đã đưa ra phương trình này từ năm 1860, nhưng mãi đến năm 1955 các nhà khoa học mới chứng minh được phương trình này bằng thực nghiệm.

Trong thực nghiệm này, người ta “đếm” các phân tử khí với tốc độ xác định qua một

thiết bị có các hệ dĩa quay ở tốc độ xác định. Chi tiết về thí nghiệm này có thể tìm đọc

U Y

Hình 7.6 là giản đồ phân bố các phân tử khí H2 ở 0 oC. Dùng phương trình

Maxwell, ta có thể kiểm tra tổng quát dạng của đồ thị này. Trong phương trình (7.23),

Í-

phân bố tốc độ các phân tử khí F(u) là tích của hai phần: (i) u2, và (ii) là hàm mũ

-L

Phần thứ nhất là u2, tăng khi u tăng; phần hàm mũ thứ nhì giảm khi u tăng. Kết quả là

ÁN

F(u) tăng từ không (0) khi tốc độ phân tử khí bằng không (u = 0), qua một cực đại, rồi

giảm ở tốc độ các phân tử khí lớn, và tiệm cận không (0) khi tốc độ các phân tử khí rất

ÀN

lớn. Lưu ý rằng phân bố Maxwell không đối xứng qua giá trị cực đại, tổng phân bố dưới

IỄ N

đường cong Maxwell luôn là 100% = 1.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Hình 7.6. Giản đồ phân bố tốc độ các phân tử khí H2 ở 0 oC

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q B

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

phân tử khí theo khối lượng phân tử M và nhiệt độ T.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

trong một số tài liệu chuyên đề hóa lý. Ở đây, chúng ta sẽ xem sự phân bố tốc độ các

Như vậy, ở một nhiệt độ nào đó, số phân tử khí có tốc độ chuyển động rất nhỏ

hoặc rất lớn là rất ít. Hình 7.6 đưa ra ba giá trị thường được quan tâm là um, uav, và urms. Trên đồ thị ta thấy um  1500 m/s, là tốc độ với xác suất cao nhất (m viết tắt từ “most probable speed”), nghĩa là có nhiều phân tử khí có tốc độ này nhất; uav  1700 m/s là tốc độ trung bình của các phân tử khí (av: “average speed”); và urms  1800 m/s là căn bậc hai của trung bình bình phương tốc độ (rms: “root-mean-square speed”) của các phân tử

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 166

khí, tạm gọi ngắn gọn là “tốc độ trung bình bình phương”, được tính từ biểu thức (7.24). Các quan sát và tính toán lý thuyết cho thấy um < uav < urms. urms =

(7.24)

của khí:

ÀN

U Y

Hình 7.7. Phân bố Maxwell của khí H2 và O2 ở các nhiệt độ khác nhau

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

(7.26)

IỄ N D

Ngoài ra, kết hợp (7.25) với (7.22) cho khí lý tưởng, ta có:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

(7.25)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

động năng trung bình

Trong các tốc độ trên, giá trị urms thường được quan tâm nhất vì liên quan đến

Phương trình (7.26) cho thấy tốc độ trung bình bình phương của khí tỷ lệ thuận

với căn bậc hai của nhiệt độ tuyệt đối, tỷ lệ nghịch với khối lượng mol của chất khí. Nói cách khác, ở cùng nhiệt độ, khí càng nhẹ thì chuyển động càng nhanh; nhiệt độ càng cao thì tốc độ trung bình của các phân tử khí càng tăng. Hình 7.7 là đường cong phân bố Maxwell của khí H2 và O2 ở các nhiệt độ khác nhau. So sánh đường cong của H2 và O2 ở cùng nhiệt độ (273 K), ta thấy khí H2 nhẹ hơn, tốc độ các phân tử khí H2 phân bố trong khoảng rộng hơn, và tốc độ trung bình của

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 167

khí H2 cao hơn của khí O2. So sánh phân bố của khí O2 ở hai nhiệt độ khác nhau, ta thấy nhiệt độ càng cao thì tốc độ của các phân tử khí phân bố trong khoảng càng rộng, và tốc độ trung bình của khí cũng cao hơn. Điều này hoàn toàn trùng khớp với phương trình (7.26), cho thấy sự phù hợp giữa lý thuyết động học phân tử khí và thực nghiệm.

Thuyết động học phân tử khí và tính chất của khí

7.6.

Như ta đã nói, một trong những tính chất cơ bản của thuyết động học chất khí là

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

qua lỗ nhỏ của một hỗn hợp khí, trong đó các phân tử màu trắng đại diện cho H2, màu

xanh đại diện cho N2. Dễ thấy các phân tử H2 nhẹ hơn nên tốc độ thoát khí nhanh hơn.

H Ư

Điều này có thể chứng minh một cách dễ dàng khi áp dụng biểu thức (7.26) cho hai chất

(7.27)

ÁN

-L

Í-

hay ngắn gọn:

Đ IỄ N D

10 00

TR ẦN

khí A và B, ta có tỷ lệ tốc độ thoát khí (R) của chúng là:

Hình 7.8. Sự thoát hỗn hợp khí qua lỗ nhỏ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

là hiện tượng thoát khí qua lỗ nhỏ (effusion). Hình 7.8 biểu diễn kết quả của sự thoát khí

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

gian chung quanh. Bên cạnh sự khuếch tán, ta quan tâm đến một hiện tượng liên quan,

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

khuếch tán (diffusion) và trộn lẫn các khí khi chúng tiếp nhau, và khuếch tán ra không

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

các phân tử khí liên tục chuyển động theo mọi phương trong không gian, dẫn đến sự

Phương trình (7.27) là biểu thức toán học của định luật Graham về sự thoát khí

qua lỗ nhỏ: tốc độ thoát qua lỗ nhỏ của các khí tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của khối lượng mol của chúng. Lưu ý, định luật Graham chỉ đúng với trường hợp khí ở áp suất thấp thoát qua lỗ rất nhỏ, khi đó từng phân tử khí thoát ra mà không va chạm nhau. Định luật Graham không dùng để định lượng sự khuếch tán khí vì một số phân tử có thể khuếch tán ngược dòng. Tuy nhiên, tốc độ khuếch tán của các phân tử khí nặng vẫn chậm hơn của các phân tử khí nhẹ.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 168

Khi so sánh ở cùng nhiệt độ, động năng trung bình của các khí là như nhau, (phương trình 7.25), nghĩa là phân tử khí có khối lượng nhỏ sẽ di chuyển nhanh hơn. Kết hợp với (7.27), ta có thể xác định khí nào thoát ra qua lỗ nhỏ nhanh hơn, khí nào khuếch tán xa hơn trong cùng khoảng thời gian, khí nào thoát ra hết trước

Một trong các ứng dụng quan trọng của sự khuếch tán khí trong công nghệ là

trong cùng khoảng thời gian, v.v…

“rây” có kích thước lỗ khoảng phân tử, hợp chất của 235U sẽ đi qua các rây đó với tốc độ

Khí thực

H Ư

7.7.

hơi lớn hơn của 238U. Kết quả là dần dần hơi UF6 sẽ giàu 235U hơn.

TR ẦN

Bảng 7.3. Hằng số van der Waals và hệ số nén của một số khí ở 10 bar, 300 K. Hằng số van der Waals

Khí

b (L mol–1)

Hệ số nén

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

a (bar L2 mol–2)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

ở trạng thái hơi ở nhiệt độ trung bình. Sau đó, hơi UF6 được đẩy qua hàng ngàn lớp

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

đó, uranium trong quặng được chuyển thành uranium hexafluoride, UF6, là một hợp chất

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

trong phản ứng hạt nhân ra khỏi quặng uranium, chủ yếu chứa 238U. Để làm được điều

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

tách các đồng vị với khối lượng khác nhau. Một ví dụ kinh điển là tách đồng vị 235U dùng

Ghi chú: a: C3H8 và SO2 là chất lỏng ở 10 bar, 300 K. Trong các phần trên, ta đã mô tả các tính chất của khí lý tưởng. Các số liệu trong Bảng 7.2 cho thấy các khí không thực sự là khí lý tưởng. Từ phương trình khí lý tưởng, ta có PV/nRT = 1, giá trị này gọi là hệ số nén của khí. Hệ số nén của một số khí ở 10 bar, 300 K dẫn ra trong Bảng 7.3 cho thấy một số khí như H2, He, N2, CO, O2 có hệ số

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 169

nén xấp xỉ 1 nên có thể xem chúng là khí lý tưởng. Nhưng không thể xem NH3 hay SF6 (với hệ số nén khoảng 0.88) là khí lý tưởng ở điều kiện này. Hình 7.9 biểu diễn sự thay đổi hệ số nén của một vài khí theo áp suất. Ta thấy

xem các khí là lý tưởng ở áp suất thấp, khoảng dưới 1 atm. Ở áp suất khá cao, hệ số

các khí H2, O2, hay CO cũng không lý tưởng ở tất cả các điều kiện. Nói chung, có thể

nén của các khí luôn khác xa 1, khí không là khí lý tưởng nữa. Hai yếu tố chính làm cho

ẠO

vì thực tế các phân tử khí luôn có thể tích, vì vậy hệ số nén ở áp suất cao luôn lớn hơn

1, lúc đó khí cũng không là khí lý tưởng. Thực tế thấy rằng, các khí chỉ biểu hiện như khí

lý tưởng ở nhiệt độ khá cao và áp suất khá thấp, ngoài các điều kiện đó khí được gọi là

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

khí thực.

Hình 7.9. Biến thiên hệ số nén của một số khí theo áp suất

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

áp suất tăng và nhiệt độ giảm, thể tích khí giảm, nhưng không thể giảm đến bằng không

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

đủ lớn, hệ số nén của khí trở nên nhỏ hơn 1 nên khí không là khí lý tưởng; (ii) ta thấy khi

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tùy vào bản chất khí và điều kiện, ở áp suất trung bình, lực tương giữa các phân tử khí

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

các khí không giống khí lý tưởng là: (i) thực tế các phân tử khí có tương tác với nhau,

Như vậy, phương trình khí lý tưởng không mô tả đầy đủ tính chất của các chất

khí trong điều kiện “không lý tưởng”. Do đó người ta tìm cách đưa ra phương trình mô tả tính chất của khí thực, phương trình thường được sử dụng nhất là phương trình van der Waals (7.28). (7.28)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 170

So với phương trình khí lý tưởng, phương trình van der Waals cũng có dạng “áp suất x thể tích = nRT”, nhưng các giá trị áp suất và thể tích đã được hiệu chỉnh so với lý tưởng. Trong chương trình Hóa học đại cương, ta không đề cập chi tiết cách đưa ra

áp suất khí là

, nói một cách ngắn gọn, áp suất khí thực hơi thấp hơn khí lý

phương trình này so với phương trình khí lý tưởng. Trong phương trình van der Waals,

phương trình van der Waals, ta chỉ quan tâm ý nghĩa của các sự hiệu chỉnh trong

biểu diễn cho tương tác này. Thể tích trong phương trình khí

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

trong Bảng 7.3.

Trong hóa học, chúng ta thường dùng phương trình khí để xác định khối lượng

H Ư

mol của các khí ở điều kiện phòng. Với mục đích này, phương trình khí lý tưởng cho kết

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

quả với độ chính xác đủ để sử dụng mà không cần dùng đến phương trình khí thật.

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Các giá trị a và b trong phương trình (7.28) gọi là các hệ số van der Waals và được cho

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thực là (V – nb), trong đó trị số nb đại diện cho thể tích thực của khí khi chúng hóa lỏng.

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

hơn khí lý tưởng, giá trị

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

tưởng do có tương tác giữa các phân tử khí thực nên chúng tác động lên thành bình yếu

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 171

Chương 8

LỰC LIÊN KẾT LIÊN PHÂN TỬ

Ba kiểu lực liên kết cơ bản để giữ các nguyên tử lại với nhau mà ta đã đề cập ở

TRẠNG THÁI LỎNG VÀ TRẠNG THÁI RẮN

U Y

các liên kết mạnh. Ngoài các liên kết mạnh, các phân tử cũng có tương tác với nhau, gọi

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Lực liên kết liên phân tử

8.1.

sau đó sẽ xem một số tính chất của các chất ở trạng thái lỏng và rắn.

H Ư

Trong Chương 7, ta đã thấy ở áp suất cao và nhiệt độ thấp, các phân tử khí ở

TR ẦN

khá gần nhau, lực tương tác giữa các phân tử tăng lên, và khí trở thành không lý tưởng. Khi lực tương tác giữa các phân tử đủ mạnh, chất khí sẽ ngưng tụ thành chất lỏng. Khi đó, chính lực tương tác giữa các phân tử giữ các phân tử gần nhau, chất lỏng trở nên có

10 00

thể tích nhất định. Vậy lực tương tác giữa các phân tử ảnh hưởng quan trọng đến tính chất của các chất. Về mặt năng lượng, lực tương tác giữa các phân tử có năng lượng

thấp hơn so với các liên kết cộng hóa trị hay ion mà chúng ta đã đề cập ở các Chương 5

và 6. Ví dụ, xét năng lượng của hai quá trình sau:

-L

Í-

H2O (k)  2 H (k) + O (k)

(8.1)

H2 = 40,7 kJ/mol

(8.2)

ÁN

H2O (l)  H2O (k)

H1 = 920 kJ/mol

Năng lượng trong phản ứng (8.1) là năng lượng cắt đứt liên kết giữa các nguyên

ÀN

tử trong phân tử, ứng với năng lượng liên kết cộng hóa trị, có giá trị cao hơn rất nhiều so

IỄ N

với năng lượng trong phản ứng (8.2), ứng với sự cắt đứt liên kết giữa các phân tử H2O.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

der Waals và liên kết hydrogen. Chúng ta bắt đầu với các lực tương tác liên phân tử,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

trạng thái rắn hoặc lỏng, đó là các lực liên kết yếu, thường được phân loại là liên kết van

http://daykemquynhon.ucoz.com

là lực tương tác liên phân tử. Lực liên phân tử giữ các phân tử ở gần nhau khi vật chất ở

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

các Chương 5 và Chương 6 - liên kết kim loại, liên kết ion, và liên kết cộng hóa trị - là

Đến nay, người ta biết nguồn gốc của lực tương tác liên phân tử xuất phát từ sự

phân bố không đều của electron trong các phân tử, có thể phân thành hai nhóm tương tác chính: tương tác van der Waals và tương tác hydrogen. Chúng ta sẽ lần lượt xét các tương tác này và xem ảnh hưởng của chúng đến tính chất của vật chất.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 172

8.1.1. Lực tương tác van der Waals giữa các phân tử 8.1.1.1.

Tương tác van der Waals giữa các phân tử không phân cực: lực phân tán (lực London) - lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng

phân tử nào khác, nhưng vẫn hóa lỏng ở 4 K và hóa rắn ở 1 K, 25 atm. Điều đó chứng

Nguyên tử khí hiếm He không phân cực, không tạo liên kết bền với nguyên tử hay

tỏ giữa các nguyên tử He vẫn có lực tương tác với nhau. Ở nhiệt độ đủ thấp, lực tương

ẠO

thời điểm nào đó, khi đó nguyên tử He trở thành lưỡng cực tạm thời, rồi sau đó có thể

mất đi. Khi có một lưỡng cực tạm thời xuất hiện, lưỡng cực đó có thể tác động đến các

nguyên tử He chung quanh, làm xuất hiện lưỡng cực ở các nguyên tử He chung quanh.

H Ư

Hiện tượng này gọi là sự cảm ứng. Các lưỡng cực xuất hiện từ sự cảm ứng gọi là các

TR ẦN

lưỡng cực cảm ứng. Kết quả là, giữa các phân tử không phân cực vẫn có thể xuất hiện tương tác tĩnh điện giữa các lưỡng cực tạm thời và lưỡng cực cảm ứng. Tương tác này gọi là lực phân tán hoặc lực London, là lực tương tác luôn luôn xuất hiện giữa các phân

10 00

tử. Vậy, tương tác van der Waals giữa các phân tử không phân cực chính là lực London, tương tác này giữ các nguyên tử / phân tử không phân cực như He, O2, Cl2,

CO2, CH4, v.v... ở gần nhau trong trạng thái lỏng và trạng thái rắn. Nhờ có lực van der

Waals mà các chất khí dễ hóa lỏng và các chất lỏng dễ hóa rắn hơn; hay nói ngược lại,

Í-

lực van der Waals giữa các phân tử cộng hóa trị càng mạnh thì hợp chất càng có nhiệt

-L

độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

Chất

Khả năng phân cực (10–25 cm3)

Khối lượng mol phân tử (g/mol)

Nhiệt độ sôi (K)

IỄ N

ÀN

ÁN

Bảng 8.1. Khả năng phân cực của phân tử, khối lượng mol, và nhiệt độ sôi của một số chất

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

chuyển động trong nguyên tử, mật độ electron quanh nhân He có thể bất đối xứng ở một

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

tác giữa các nguyên tử He hình thành thế nào? Fritz London cho rằng, khi electron

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

lỏng hoặc rắn. Nguyên tử He được nghĩ là có hình cầu, không phân cực, vậy lực tương

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

tác giữa các nguyên tử He đủ mạnh để giữ các nguyên tử He lại với nhau ở trạng thái

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

phân tử tăng. Khả năng phân cực của phân tử tỷ lệ thuận với kích thước của phân tử,

Bảng 8.1 đưa ra giá trị của khả năng phân cực của một số phân tử. Các giá trị ở Bảng

8.1 cho thấy nhiệt độ sôi của các chất tăng khi khả năng phân cực và khối lượng mol

H Ư

của phân tử tăng.

TR ẦN

Ngoài ra, độ lớn của lực phân tán còn phụ thuộc vào hình dạng phân tử. Các phân tử gần với dạng cầu (neopentane) có tương tác phân tán giữa các phân tử nhỏ

hơn giữa các phân tử dạng dài (n-pentane). Vì thế, so với n-pentane, tương tác van der

10 00

Waals giữa các phân tử neopentane yếu hơn, nên neopentane có nhiệt độ sôi là 9.5 oC,

Tương tác van der Waals giữa các phân tử phân cực

8.1.1.2.

thấp hơn nhiệt độ sôi của n-pentane (36.1 oC).

Í-

Khác với các phân tử không phân cực trên, các phân tử phân cực có moment

-L

lưỡng cực vĩnh viễn. Khi ở trạng thái lỏng hoặc rắn, các phân tử lưỡng cực ở khá gần

ÁN

nhau, chúng có khuynh hướng sắp xếp sao cho các cực trái dấu hướng vào nhau (Hình

8.2). Tương tác van der Waals giữa các phân tử phân cực gồm hai hợp phần: (i) tương tác London, và (ii) tương tác lưỡng cực – lưỡng cực giữa các phân tử. Sự xuất hiện

ÀN

thêm tương tác lưỡng cực – lưỡng cực làm các chất phân cực có nhiệt độ sôi cao hơn

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

London), lực phân tán giữa các nguyên tử / phân tử tăng khi khả năng phân cực của

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Với phân tử không phân cực, lực van der Waals chính là lực phân tán (lực

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Hình 8.1. Hình dạng và nhiệt độ sôi của hai đồng phân neopentane và pentane (C5H12).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

173

IỄ N

so với chất không phân cực có kích thước và khối lượng tương đương. Ví dụ, N2, NO, và O2 đều là các phân tử hai nguyên tử thuộc chu kỳ 2, chúng có kích thước và khối

lượng gần như nhau, nghĩa là tương tác London giữa các phân tử này không khác nhau đáng kể. N2 và O2 là các phân tử không phân cực, có nhiệt độ sôi lần lượt là 77 K và 90 K, trong khi phân tử NO phân cực (moment lưỡng cực phân tử  = 0.153 D), giữa các phân tử NO có thêm tương tác lưỡng cực – lưỡng cực bên cạnh tương tác London, nên NO có nhiệt độ sôi cao hơn, 121 K.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Tương tác London luôn tồn tại giữa các phân tử phân cực và phân tử không

H Ư

lưỡng cực – lưỡng cực.

TR ẦN

phân cực; lực tương tác London tăng theo kích thước và khối lượng phân tử. Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực chỉ xuất hiện giữa các phân tử phân cực,

moment lưỡng cực của phân tử càng lớn thì tương tác lưỡng cực – lưỡng cực -

10 00

càng mạnh.

Đối với các phân tử có kích thước và khối lượng xấp xỉ nhau, nhiệt độ sôi,

nhiệt độ nóng chảy, nhiệt nóng chảy, nhiệt bay hơi của chúng thường được

quyết định bởi độ phân cực của phân tử: phân tử càng có moment lưỡng cực

Í-

lớn, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt nóng chảy, nhiệt bay hơi của hóa Với các phân tử có khác biệt đáng kể về kích thước và khối lượng, tương tác

ÁN

-L

chất càng cao. Ví dụ, NO có nhiệt độ sôi cao hơn N2 và O2.

London là yếu tố quyết định nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, nhiệt nóng chảy,

Ví dụ các phân tử H2, N2, O2, CO2, Cl2, Br2, I2, đều không phân cực và có khối lượng

phân tử và kích thước tăng dần nên nhiệt độ nóng chảy của chúng tăng dần:

IỄ N

ÀN

nhiệt bay hơi của hóa chất.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

hóa trị. Lực Van der Waals gồm hai thành phần chính: tương tác London và tương tác

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

Tóm lại, lực van der Waals là lực liên kết yếu, luôn tồn tại giữa các phân tử cộng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 8.2. Các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp sao cho các cực trái dấu ở gần nhau.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

174

Tonc(oC)

CO2

Cl2

Br2

-253

-218

-190

-111

-7.2

114

Dãy các phân tử phân cực HCl, HBr, HI có nhiệt độ nóng chảy tăng dần theo chiều tăng kích thước và khối lượng phân tử:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 175

Tonc(oC)

HCl

HBr

-114

-87

-51

Ngoài ra, các phân tử càng ở gần nhau, tương tác van der Waals càng mạnh.

khí, các phân tử ở cách xa nhau nên tương tác Van der Waals giữa các phân tử xem

Lực van der Waals giữa các phân tử mạnh nhất khi chúng ở trạng thái rắn. Ở trạng thái

ÁN

-L

của các nguyên tố nhóm 14 (IVA) đến 17 (VIIA)

Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy một số hợp nhất có nhóm –NH, –OH

thường dễ tan trong nước, có nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy cao khá bất thường so

ÀN

với những chất tương tự. Hình 8.3 biểu diễn biến thiên nhiệt độ sôi của các hợp chất

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Í-

Hình 8.3. Nhiệt độ sôi của các hợp chất với hydro

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q H

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

8.1.2. Liên kết hydrogen

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

như không đáng kể.

IỄ N

của hydro với các nguyên tố nhóm 14 đến 17. Các hợp chất của nhóm 14 gồm CH4, SiH4, GeH4, và SnH4, chúng đều là các phân tử không phân cực với kích thước và khối lượng phân tử tăng dần, nhiệt độ sôi của chúng cũng tăng dần phù hợp với tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng dần. Tuy nhiên, điều đó không lặp lại ở hợp chất của các nhóm 15 – 17. Ví dụ, các hợp chất H2O, H2S, H2Se, và H2Te đều là các phân tử phân cực với kích thước và phân tử lượng tăng dần, tức là tương tác van der Waals của các phân tử tăng dần từ H2O đến H2Te. Lẽ ra dãy hợp chất này phải có nhiệt độ sôi tăng dần như nhóm 14, nhưng điều này chỉ đúng với ba chất cuối dãy, H2S, H2Se, và H2Te.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 176

Phân tử H2O có kích thước và phân tử lượng nhỏ nhất dãy, nhưng nhiệt độ sôi của nước cao hơn hẳn ba chất còn lại (Hình 8.3). Hiện tượng tương tự xảy ra ở hợp chất với hydro của các nhóm 15 và 17 (xem Hình 8.3), ở các nhóm này, hợp chất đầu dãy, NH3 và HF, có kích thước nhỏ nhất

nhưng nhiệt độ sôi cao hơn hợp chất tương tự ở chu kỳ kế tiếp. Để giải thích cho dữ

kiện nhiệt độ sôi của NH3, H2O, và HF cao hơn các chất còn lại trong dãy, người ta cho

Sự xuất hiện liên kết hydrogen giữa các phân tử nước được giải thích như sau:

liên kết O – H trong phân tử nước phân cực rất mạnh do O và H rất khác biệt độ âm

Í-

điện, vì vậy xuất hiện điện tích âm - trên O và điện tích dương + trên H (xem Hình

-L

8.4). Bên cạnh đó, nguyên tử O trong phân tử nước còn hai cặp electron chưa liên kết

ÁN

nên có thể dùng cặp electron chưa liên kết này tạo thêm liên kết phụ với nguyên tử H

(có điện tích +, đang rất “thiếu” electron) của phân tử nước khác, liên kết này gọi là liên

ÀN

kết hydrogen, thường được biểu diễn bởi các chấm, hoặc gạch đứt. Vì các cặp electron

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Hình 8.4. Sự tạo thành liên kết hydrogen có định hướng giữa các phân tử nước. Liên kết hydrogen được ký hiệu bằng các chấm hoặc gạch đứt để phân biệt với liên kết cộng hóa trị

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

đó là liên kết hydrogen.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

rằng giữa các phân tử này có xuất hiện thêm liên kết khác ngoài liên kết van der Waals,

IỄ N

không liên kết trên O có hướng nhất định, do đó liên kết hydrogen tạo thành giữa các phân tử nước có hướng nhất định, điều này làm cho các phân tử nước định hướng trật tự với nhau, đặc biệt là ở trạng thái rắn. Lưu ý rằng, giữa các phân tử nước không chỉ có tương tác hydrogen mà còn có tương tác van der Waals. Lực liên kết hydrogen cũng là lực liên kết yếu nhưng mạnh hơn van der Waals, muốn làm nóng chảy nước phải cung cấp năng lượng để cắt đứt các liên kết van der Waals và hydrogen, chính vì vậy nước có nhiệt độ sôi cao hơn các hợp chất H2X còn lại trong dãy. Giải thích trên cũng áp dụng tương tự cho HF và NH3.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 177

Liên kết hydrogen giữa các phân tử nước làm cho khối lượng riêng của nước đá so với nước lỏng cũng khác thường so với nhiều chất khác. Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy, hầu hết các chất rắn đều có khối lượng riêng cao hơn dạng lỏng của nó, do đó của Hình 8.5a. Ngược lại, nước đá nổi trong nước lỏng (cốc trái, Hình 8.5a), tức là khối

lượng riêng của nước đá thấp hơn nước lỏng. Nghiên cứu cấu trúc nước đá cho thấy

hầu hết chất rắn chìm trong chất lỏng nóng chảy như trường hợp paraffin ở cốc bên phải

U Y

cách giữa nguyên tử O của phân tử nước này với H của phân tử nước khác (chính là độ

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

phẳng như trong Hình 8.5b. Ở trạng thái lỏng, chuyển động nhiệt của các phân tử nước

cao hơn, các phân tử nước tạo thành ít liên kết hydrogen hơn, và kém định hướng hơn

H Ư

ở trạng thái rắn. Ở trạng thái rắn, các phân tử nước tạo nhiều liên kết hydrogen hơn, dẫn đến định hướng và sắp xếp trật tự giữa các phân tử nước, làm cho nước đá có cấu

TR ẦN

trúc “xốp” hơn nước lỏng, nên thể tích nước đá lớn hơn nước lỏng. Điều này có thể quan sát được dễ dàng khi chúng ta làm nước đá: nếu đổ nước vào đầy khuôn làm đá,

khi nước đông, ta sẽ thu được viên nước đá có bề mặt phồng lên cao hơn so với ban

10 00

đầu. Nói cách khác, thể tích mol của nước đá cao hơn của nước lỏng, vì vậy khối lượng

ÁN

-L

Í-

riêng của nước đá thấp hơn, nước đá nổi trên nước lỏng

Đ IỄ N D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

các phân tử nước trong nước đá sắp xếp trật tự tạo thành các vòng lục giác không

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

tử nước ở khoảng cách xa nhất định. Ngoài ra, do sự định hướng của liên kết hydrogen,

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

dài của liên kết hydrogen O•••H) khoảng 170 pm, tức là liên kết hydrogen giữ các phân

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

liên kết cộng hóa trị O – H trong phân tử nước có độ dài 100 pm, trong khi đó khoảng

Hình 8.5. a) So sánh khối lượng riêng của chất rắn và chất lỏng: nước đá nhẹ hơn nước lỏng ở cốc bên trái, paraffin rắn nặng hơn paraffin lỏng ở cốc bên phải; b) Liên kết hydrogen trong nước đá làm các phân tử nước sắp xếp trật tự Từ các quan sát thực nghiệm, người ta thấy liên kết hydrogen xuất hiện giữa hai nguyên tử: (i) nguyên tử H liên kết cộng hóa trị trực tiếp với nguyên tử có độ âm điện cao; và (ii) nguyên tử có độ âm điện cao, kích thước nhỏ, và còn cặp electron chưa liên

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 178

kết. Khi đó, nguyên tử H khá dương điện sẽ tạo liên kết hydrogen với cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử có độ âm điện cao. Liên kết hydrogen thực tế chỉ quan sát thấy khi H liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử N, O, và F. Nhờ liên kết hydrogen giữa nhóm –OH của các phân tử rượu, đường, hoặc các

phân tử acid với các phân tử nước mà rượu ethylic, đường, acid acetic... tan vô hạn

trong nước. Ta cũng thấy rượu C2H5OH có nhiệt độ sôi cao hơn đồng phân ether của

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

phân tử nếu phân tử có cấu trúc thích hợp, trong trường hợp này người ta gọi là liên kết

10 00

TR ẦN

H Ư

hydrogen nội phân tử.

Hình 8.6. Cấu tạo của các phân tử nitrophenol và liên kết hydrogen nội phân tử trong o-nitrophenol, liên kết hydrogen liên phân tử trong p-nitrophenol.

Ví dụ, đồng phân ortho-nitrophenol và para-nitrophenol có tính chất rất khác

Í-

nhau. Ortho-nitrophenol nóng chảy ở 45oC và sôi ở 114oC, rất thấp so với đồng phân

-L

para của nó, nóng chảy ở 215oC và sôi ở 279oC. Quan sát cấu trúc các đồng phân này

ÁN

ta thấy nhóm –OH và –NO2 trong phân tử ortho có khả năng tạo liên kết hydrogen với nhau (Hình 8.6). Liên kết hydrogen nội phân tử như vậy làm phân tử gọn lại và giảm khả năng tạo liên kết hydrogen liên phân tử, nên đồng phân ortho có nhiệt độ sôi và nhiệt độ

ÀN

nóng chảy thấp. Giữa các phân tử của đồng phân para chỉ có liên kết hydrogen liên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

cũng có thể xảy ra giữa nguyên tử H và nguyên tử có độ âm điện cao trong cùng một

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Trong phần trên, ta đã thấy liên kết hydrogen giữa các phân tử. Liên kết hydrogen

http://daykemquynhon.ucoz.com

giữa các phân tử ether không có liên kết hydrogen.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nó, CH3-O-CH3. Nguyên nhân là do giữa các phân tử rượu có liên kết hydrogen, còn

IỄ N

phân tử nên nhiệt độ nóng chảy và sôi của nó cao hơn. 8.2.

Một số tính chất của chất lỏng Trong phần này, ta chỉ quan tâm các chất lỏng tạo thành từ các phân tử như

nước, rượu, benzen, v.v… Ở trạng thái lỏng, các phân tử ở gần nhau nên tương tác liên phân tử đóng vai trò quan trọng, quyết định tính chất của chất lỏng.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 179

8.2.1. Sức căng bề mặt của chất lỏng và sự thấm ướt bề mặt Trong thực tế, đôi khi ta thấy cây kim, hoặc con côn trùng có khối lượng riêng nặng hơn nước nhưng vẫn nổi trên mặt nước (Hình 8.7). Điều gì đã làm cho có hiện

H Ư

Trong phần 8.1 ta đã thấy các phân tử trong chất lỏng luôn luôn hút nhau bằng

TR ẦN

các lực liên phân tử. Các phân tử trên bề mặt chất lỏng được các phân tử chung quanh và trong lòng chất lỏng hút nó (Hình 8.8), tạo thành một lớp phân tử bề mặt liên kết chặt chẽ mà các vật bên ngoài phải bẻ gãy các liên kết này mới rơi vào lòng chất lỏng. Lực cách khác, sức căng bề mặt là năng lượng cần thiết để làm tăng diện tích bề mặt của

ÀN

ÁN

-L

Í-

chất lỏng.

IỄ N D

10 00

liên kết của các phân tử ở bề mặt như vậy gây nên sức căng bề mặt của chất lỏng. Nói

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

của chúng lên bề mặt nước không thắng được sức căng bề mặt của nước.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 8.7. Cây kim nổi trên mặt nước, côn trùng đứng được trên nước do lực tác động

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

tượng này?

Hình 8.8. Tương tác giữa các phân tử trên bề mặt và trong lòng chất lỏng

Sức căng bề mặt của chất lỏng ảnh hưởng khả năng thấm ướt của nó với các bề mặt khác. Hình 8.9 bên trái cho thấy nước thấm ướt bề mặt thủy tinh, khi đó các giọt nước có khuynh hướng chảy rộng trên bề mặt thủy tinh, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa nước và thủy tinh. Nước và thủy tinh đều có tính phân cực, lực tương tác giữa các phân tử nước với nhau và giữa các phân tử nước với thủy tinh là tương đương, do đó các phân tử nước tương tác tốt với thủy tinh, nước có khuynh hướng lan rộng trên bề mặt

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 180

thủy tinh, tức là làm thấm ướt thủy tinh. Hình 8.9 bên phải là các hạt nước trên tấm thủy tinh đã phủ một lớp dầu, ta thấy các giọt nước có khuynh hướng co tròn lại để giảm diện tích tiếp xúc giữa nước và bề mặt thủy tinh. Dầu là chất không phân cực, nước là chất mạnh hơn tương tác giữa phân tử nước với phân tử dầu, do đó các phân tử nước ở bề

Ta cũng quan sát thấy hiện tượng thấm ướt bề mặt khi dùng một số dụng cụ thủy

tinh trong phòng thí nghiệm. Hình 8.10 cho thấy nước thấm ướt thủy tinh và tạo mặt

10 00

cong lõm ở ống nghiệm bên trái, thủy ngân lỏng không phân cực, không thấm ướt thủy tinh và tạo mặt cong lồi ở ống nghiệm bên phải. Hiện tượng thấm ướt bề mặt cũng được

ứng dụng vào các ống mao dẫn bằng thủy tinh. Mao dẫn là các ống có đường kính rất

nhỏ, vì nước thấm ướt thủy tinh nên nước có thể “leo” lên ống mao dẫn, mực nước

Í-

trong ống mao dẫn sẽ cao hơn mực nước bên ngoài (Hình 8.11). Ống mao dẫn càng

IỄ N

ÀN

ÁN

ngọn cây.

-L

nhỏ, mực nước trong ống càng cao. Đó cũng là nguyên tắc rễ cây đưa nước từ đất lên

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

nước không thấm ướt bề mặt thủy tinh có phủ dầu (hình phải).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

Hình 8.9. Nước thấm ướt bề mặt thủy tinh (hình trái),

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q N

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

mặt có khuynh hướng “co” lại với nhau, nước không thấm ướt tấm thủy tinh phủ dầu.

phân cực. Tương tác giữa các phân tử nước với nhau và giữa các phân tử dầu với nhau

Hình 8.10. Nước thấm ướt thủy tinh (ống nghiệm bên trái) và tạo mặt cong lõm, thủy ngân không thấm ướt thủy tinh và tạo mặt cong lồi (ống nghiệm bên phải)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

Hình 8.12. Dụng cụ đo độ nhớt của chất lỏng.

Độ nhớt của chất lỏng là đại lượng đặc trưng cho tính chống lại sự chảy, hay tính

Í-

ma sát nội của dòng chảy của chất lỏng. Khi chất lỏng chảy, lực tương tác giữa các

-L

phân tử chất lỏng giữ các phân tử lại với nhau, tạo nên ma sát làm giảm tốc độ chảy của

ÁN

dòng chất lỏng. Lực tương tác liên phân tử của chất lỏng càng mạnh, độ nhớt của chất

lỏng càng cao. Trong thực tế, ta dễ dàng thấy nước có độ nhớt thấp hơn mật ong, dầu ăn, hoặc dầu máy. Độ nhớt của chất lỏng được đo bằng nhớt kế, Hình 8.12 là một trong

ÀN

các loại nhớt kế đơn giản, ở đó độ nhớt của chất lỏng được đánh giá qua tốc độ rơi của

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

TR ẦN

H Ư

8.2.2. Độ nhớt của chất lỏng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

Hình 8.11. Mực nước trong ống mao dẫn cao hơn bên ngoài

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

181

IỄ N

một viên bi chuẩn trong chất lỏng, chất lỏng có độ nhớt càng cao, viên bi rơi càng chậm. 8.2.3. Sự bay hơi và áp suất hơi của chất lỏng Nếu ta để mở một cốc nước ngoài không khí, cốc nước sẽ dần dần bay hơi hoàn toàn. Khi nói về động học phân tử của chất khí ở Chương 7, ta đã biết các phân tử trong

một bình khí di chuyển với tốc độ khác nhau, các phân tử trong chất lỏng cũng vậy. Một số phân tử gần bề mặt chất lỏng có động năng cao hơn lực tương tác liên phân tử trong

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 182

chất lỏng nên có thể thoát ra khỏi bề mặt chất lỏng và chuyển thành trạng thái hơi. Sự bay hơi của chất lỏng tăng lên khi: -

Nhiệt độ tăng: nhiệt độ càng cao, càng nhiều phân tử có động năng đủ lớn để Diện tích bề mặt của chất lỏng lớn: diện tích bề mặt chất lỏng càng cao, càng

Ơ N

Lực tương tác giữa các phân tử của chất lỏng thấp: lực tương tác liên phân tử

U Y

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

càng thấp, phân tử chất lỏng càng dễ bay hơi.

động năng lớn hơn trung bình mới thoát được ra khỏi bề mặt chất lỏng, trong chất lỏng

sẽ còn lại những phân tử với động năng thấp hơn, do đó nhiệt độ phần chất lỏng còn lại

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

giảm. Vì vậy, khi có một ít rượu hay nước bay hơi trên da, ta có cảm giác mát.

Hình 8.13. a) Các phân tử nước có động năng lớn chuyển thành hơi nước; b) Quá trình ngưng tụ bắt đầu xảy ra song song với quá trình bay hơi; c) Hệ đạt cân bằng, khi đó áp suất hơi là áp suất hơi bão hòa.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nên áp suất hơi chất lỏng. Khi chất lỏng bay hơi ở điều kiện thường, những phân tử có

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Thực tế, các chất lỏng luôn bay hơi, trên bề mặt chất lỏng luôn có hơi của nó, tạo

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

nhiều phân tử ở gần bề mặt chất lỏng để có cơ hội thoát ra ngoài;

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

thắng lực tương tác liên phân tử;

IỄ N

Nếu ta để mở cốc nước trong một bình kín (Hình 8.13), đầu tiên các phân tử

nước lỏng sẽ bay hơi (Hình 8.13a), khi lượng hơi nước trong bình khá cao, sự ngưng tụ sẽ xảy ra đồng thời với sự bay hơi (Hình 8.13b), quá trình bay hơi và ngưng tụ sẽ tiếp

tục xảy ra cho tới khi đạt trạng thái cân bằng (Hình 8.13c), khi đó tốc độ nước bay hơi và ngưng tụ là bằng nhau, áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng không thay đổi theo thời gian, gọi là áp suất hơi bão hòa của chất lỏng. Như vậy, quá trình bay hơi và ngưng tụ của chất lỏng trong bình kín là quá trình cân bằng.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 183

Các chất lỏng có áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ phòng cao được gọi là chất lỏng dễ bay hơi; ví dụ, diethyl ether có áp suất hơi bão hòa ở 25 oC là 534 mmHg, được gọi là chất dễ bay hơi. Các chất lỏng có áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ phòng thấp gọi là 0.0018 mmHg nên thủy ngân được coi là chất lỏng không bay hơi, thường được dùng

trong các áp kế để đo áp suất.

chất lỏng không bay hơi, ví dụ, áp suất hơi bão hòa ở 25 oC của thủy ngân là

Hình 8.14. Áp suất hơi của một số chất lỏng theo nhiệt độ: a) diethyl ether, C4H10O; b) benzene, C6H6; c) nước; d) toluene, C6H5CH3; e) aniline, C6H7N.

ÀN

Từ các dữ liệu thực tế ở Hình 8.14, người ta tìm được mối quan hệ tuyến tính

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

tương tác liên phân tử trong chất lỏng càng mạnh, áp suất hơi của nó càng thấp.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Hình 8.14 cho thấy áp suất hơi của chất lỏng tăng theo nhiệt độ; ở cùng nhiệt độ, lực

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

chứa, mà chỉ phụ thuộc vào bản chất chất lỏng và nhiệt độ. Dữ liệu thực nghiệm trên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Áp suất hơi của chất lỏng không phụ thuộc vào lượng chất lỏng, thiết diện bình

và Hình 8.15.

IỄ N

giữa lnP và 1/T của áp suất hơi của chất lỏng, được biểu diễn trong phương trình (8.3)

(8.3) Trong biểu thức (8.3), A là hằng số liên quan tới nhiệt hóa hơi của chất lỏng. Khi tính toán lại áp suất hơi của một chất lỏng ở hai nhiệt độ khác nhau, phương trình (8.3) được biểu diễn ở dạng khác, gọi là phương trình Clausius Clapeyron (8.4):

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 184

(8.4) Trong đó, P1 và P2 là áp suất hơi của chất lỏng ở nhiệt độ T1 và T2; Hhoahoi là nhiệt hóa hơi của chất lỏng (J mol–1), thường được giả thiết là có giá trị nhất định trong khoảng

Về mặt nhiệt động học, nhiệt hóa hơi mol của chất lỏng (thường gọi ngắn gọn là

-L

độ không đổi:

Í-

nhiệt hóa hơi) là năng lượng ứng với quá trình chuyển 1 mol chất lỏng thành hơi ở nhiệt

ÀN

Ngược lại, khi hơi ngưng tụ lại thành pha lỏng, nhiệt ngưng tụ là:

IỄ N

Hngungtu = Hcondensation = Hvapor - Hliquid < 0

(8.5)

ÁN

Hhoahoi = Hvaporization = Hvapor - Hliquid > 0

(8.6)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

8.2.4. Nhiệt hóa hơi và ngưng tụ của chất lỏng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

Hình 8.15. Áp suất hơi của chất lỏng được biểu diễn dưới dạng lnP theo 1/T

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q B

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

nhiệt độ khảo sát; R là hằng số khí lý tưởng, tính theo J mol –1 K–1.

Nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ của chất lỏng có giá trị bằng nhau, ngược nhau

về dấu. Quá trình bay hơi của chất lỏng là quá trình thu nhiệt (Hhoahoi > 0), ngược lại, quá trình ngưng tụ hơi thành chất lỏng là quá trình thu nhiệt (Hngungtu < 0). Nhiệt hóa hơi của chất lỏng thường thay đổi không đáng kể theo nhiệt độ. Bảng 8.2 là nhiệt hóa hơi của một vài chất lỏng ở 298 K.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 185

Bảng 8.2. Nhiệt hóa hơi của một số chất lỏng ở 298 K Hhoahoi (kJ mol–1)

U Y

Khi gia nhiệt cho chất lỏng trong một bình mở ra không khí, nhiệt độ và sự bay

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

xảy ra trong toàn bộ chất lỏng, áp suất hơi của chất lỏng bằng với áp suất khí quyển,

chất lỏng sôi. Trong quá trình sôi, năng lượng cung cấp cho chất lỏng chỉ dùng để

TR ẦN

cả các phân tử chất lỏng chuyển thành hơi.

H Ư

chuyển các phân tử chất lỏng thành hơi, nhiệt độ chất lỏng không thay đổi cho tới khi tất

Nhiệt độ tại đó áp suất hơi của chất lỏng bằng với áp suất khí quyển gọi là nhiệt độ sôi của chất lỏng. Nhiệt độ sôi của chất lỏng được xác định từ giao điểm của đường

10 00

đứt nét ở P = 760 mmHg và các đường cong áp suất hơi của chất lỏng trong Hình 8.14. Từ Hình 8.14, ta thấy rằng nhiệt độ sôi của chất lỏng thay đổi khi áp suất không khí thay

đổi, ví dụ ở các vùng núi cao, áp suất khí quyển giảm, nhiệt độ sôi chất lỏng giảm.

Í-

8.2.6. Điểm tới hạn của chất lỏng

-L

Phần trên đã mô tả hiện tượng sôi xảy ra khi gia nhiệt chất lỏng trong bình thông

ÁN

với không khí. Điều gì xảy ra khi ta gia nhiệt một bình chứa chất lỏng hoàn toàn đóng kín? Khi gia nhiệt chất lỏng trong bình đóng kín, áp suất hơi và nhiệt độ của chất lỏng tăng dần, đến khi áp suất hơi của chất lỏng vượt qua áp suất khí quyển, nhưng chất

ÀN

lỏng không sôi. Để hiểu rõ hiện tượng xảy ra trong trường hợp này, ta để ý rằng thông

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

trong toàn bộ chất lỏng. Khi đó, sự bay hơi không chỉ xảy ra trên bề mặt chất lỏng mà

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

hơi của chất lỏng tăng dần cho tới một nhiệt độ nào đó, các bọt hơi tạo thành và thoát ra

http://daykemquynhon.ucoz.com

8.2.5. Sự sôi và nhiệt độ sôi của chất lỏng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Chất lỏng

IỄ N

thường ta luôn thấy bề mặt phân cách lỏng – khí một cách rõ ràng như Hình 8.16a. Khi đun chất lỏng trong bình kín, nhiệt độ chất lỏng tăng, khối lượng riêng của chất lỏng giảm, áp suất hơi tăng, sức căng bề mặt của chất lỏng giảm dần, kèm theo đó là bề mặt phân cách giữa pha lỏng và pha hơi nhạt dần (Hình 8.16c). Khi khối lượng riêng pha

lỏng và pha hơi trở nên bằng nhau, sức căng bề mặt của chất lỏng giảm xuống bằng không (0), bề mặt phân cách giữa pha lỏng và pha hơi không còn nữa (Hình 8.16c). Nhiệt độ Tc và áp suất Pc mà ở đó hai pha lỏng – hơi bắt đầu trở thành không phân biệt

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 186

được nữa gọi là nhiệt độ và áp suất tới hạn của chất lỏng (c trong các ký hiệu trên là từ

8.3.

TR ẦN

bằng cách nén chúng.

Sự nóng chảy và thăng hoa của chất rắn

Trong các phần trước đây, ta đã bàn tới một vài tính chất của các chất rắn kim

10 00

loại và chất rắn ion, ví dụ tính dẫn điện, tính dẻo của kim loại, nhiệt độ nóng chảy của chất rắn ion… Trong phần này, ta sẽ đề cập tới một vài tính chất của chất rắn trong mối

liên quan với chất lỏng và hơi của chúng.

Í-

8.3.1. Nhiệt nóng chảy và nhiệt độ nóng chảy của chất rắn

-L

Khi đun nóng chất rắn tinh thể, dao động nhiệt của các cấu tử tạo nên tinh thể

ÁN

(nguyên tử, ion, hoặc phân tử) tăng lên. Đến nhiệt độ nào đó, dao động nhiệt của các

cấu tử tạo nên mạng tinh thể đủ mạnh để phá vỡ cấu trúc tinh thể, các cấu tử tạo thành chất rắn có thể trượt lên nhau, chất rắn chuyển sang dạng lỏng. Đó là quá trình nóng

ÀN

chảy của chất rắn. Quá trình nóng chảy tinh thể của các tinh chất xảy ra tại một nhiệt độ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

Nhiệt độ tới hạn Tc của chất lỏng là nhiệt độ cao nhất có thể hóa lỏng các chất khí

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 8.16. Hiện tượng xảy ra ở gần điểm tới hạn Tc của benzene

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

viết tắt của “critical”). Cặp giá trị (Tc, Pc) gọi là điểm tới hạn của chất lỏng.

IỄ N

nhất định. Ngược lại của quá trình nóng chảy là sự đông đặc, hai quá trình này xảy ra ở cùng một nhiệt độ, gọi là nhiệt độ nóng chảy. Ở nhiệt độ này, có sự cân bằng động giữa

chất rắn và chất lỏng. Hình 8.17 biểu diễn đường cong nóng chảy của nước đá theo thời gian gia nhiệt.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

gọi là nhiệt nóng chảy (hay enthalpy nóng chảy). Ví dụ, nhiệt nóng chảy của nước là

Hnongchay = 6.01 kJ mol–1

(8.7)

TR ẦN

H2O (r)  H2O (l)

H Ư

nhiệt ứng với quá trình:

Nhiệt nóng chảy của các chất rắn kết tinh thay đổi tùy theo bản chất lực tương tác giữa các tiểu phân tạo nên mạng tinh thể chất rắn. Ví dụ, NaCl có nhiệt nóng chảy cao

10 00

do lực tương tác trong tinh thể là lực ion, nước có nhiệt nóng chảy thấp do lực tương tác giữa các phân tử nước trong mạng tinh thể là lực van der Waals và hydrogen. Nhiệt độ

nóng chảy của chất rắn càng cao khi nhiệt nóng chảy của chúng cao. Các vấn đề này sẽ

được thảo luận chi tiết trong phần 8.5 của chương này.

-L

Í-

8.3.2. Sự thăng hoa của chất rắn

ÁN

Tương tự như chất lỏng, các phân tử trên bề mặt chất rắn cũng có thể chuyển qua trạng thái hơi. Quá trình chuyển trực tiếp chất rắn thành hơi gọi là quá trình thăng

hoa. Tuy nhiên, lực tương tác liên phân tử trong chất rắn cao hơn trong chất lỏng, dao

ÀN

động nhiệt trong chất rắn có năng lượng thấp nên quá trình thăng hoa ít xảy ra. Quá

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Nhiệt lượng cần thiết để làm nóng chảy một mol chất rắn ở nhiệt độ nóng chảy

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

(s đại diện cho pha rắn (solid), và l (liquid) đại diện cho pha lỏng).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 8.17. Đường biểu diễn sự nóng chảy của nước đá khi gia nhiệt theo thời gian

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

187

IỄ N

trình ngược lại, hơi chuyển thành rắn, gọi là quá trình ngưng tụ. Khi tốc độ thăng hoa và ngưng tụ bằng nhau, ta có cân bằng rắn – hơi. Nhiệt thăng hoa là lượng nhiệt cần cung cấp cho một mol chất rắn để chuyển nó sang dạng hơi ở nhiệt độ thăng hoa. Ở nhiệt độ

này, quá trình thăng hoa là nối tiếp của hai quá trình nóng chảy và bay hơi. Do đó ta có: Hthanghoa = Hnongchay + Hhoahoi

(8.8)

Áp suất thăng hoa của một chất cũng là hàm theo nhiệt độ, do đó có thể thay Hthanghoa cho Hhoahoi trong phương trình Clausius Clapeyron (8.4). Nói cách khác,

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 188

phương trình Clausius Clapeyron có thể dùng cho cả quá trình bay hơi chất lỏng và thăng hoa chất rắn. Có ba chất rắn quen thuộc có thể thăng hoa ở áp suất thường, đó là nước đá khô

quyển thường được dùng để tạo khói trên sân khấu. Ở các xứ lạnh và khô, nếu áp suất

(CO2 rắn), nước đá, và long não. Hiện tượng nước đá khô thăng hoa ở áp suất khí

hơi của nước trong không khí thấp, tuyết có thể thăng hoa mà không chảy thành nước

áp suất tồn tại ở các pha chủ yếu (thường là ba pha: rắn, lỏng, và khí) của chất đó. Hình

H Ư

8.18 là giản đồ pha của CO2.

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

Giản đồ pha của CO2

Hình 8.18. Giản đồ pha của CO2.

ÀN

Hai trục chính trên giản đồ pha của một chất (còn gọi là hệ một cấu tử) là nhiệt độ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Giản đồ pha đơn giản nhất là giản đồ pha của một chất, ghi lại khoảng nhiệt độ -

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Giản đồ pha của các chất

ẠO

8.4.

có thể lợi dụng hiện tượng thăng hoa và ngưng tụ để tinh chế một số chất rắn như iod.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

trong không khí sẽ từ từ biến mất do sự thăng hoa. Ngoài ra, trong phòng thí nghiệm, ta

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

ngay cả ở nhiệt độ dưới 0 oC. Long não là các tinh thể naphtalene, các viên long não để

IỄ N

và áp suất (lưu ý áp suất ở đây là áp suất của hệ, tức là áp suất của pha khí, lỏng, hoặc

rắn của chất đang xét, không phải là áp suất không khí bên ngoài). Trên giản đồ pha của CO2 (Hình 8.18) hay của một chất bất kỳ thường có ba vùng chính: vùng rắn (solid) nằm

ở bên trái giản đồ, là vùng ở nhiệt độ thấp; vùng khí (gas) nằm ở bên dưới – phía phải của giản đồ, là vùng ở nhiệt độ cao và áp suất thấp; vùng lỏng (liquid) nằm giữa hai vùng rắn và khí, là vùng ở nhiệt độ trung bình và áp suất cao. Ví dụ, trong giản đồ pha của CO2 ta thấy điểm ứng với 25 oC và 1 atm rơi vào vùng khí (gas), vậy CO2 ở trạng thái khí trong điều kiện này.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 189

Có ba đường phân cách giữa các vùng, đó là các đường cân bằng giữa hai pha: rắn – lỏng, rắn – hơi (OB), và lỏng – hơi (OC). Khi CO2 có áp suất và nhiệt độ đúng trên các đường này, sẽ có hai pha đồng thời tồn tại. Ví dụ, ở -78.5 oC, 1 atm, CO2 tồn tại

Trên giản đồ pha có hai điểm đặc biệt, điểm O và điểm C. Điểm O là điểm ba, là

đồng thời cả hai pha rắn và hơi.

điểm ứng với sự tồn tại đồng thời cả ba pha rắn, lỏng, và khí. Đối với CO2, điểm ba ứng

H Ư

Sự hóa lỏng chất khí và chất khí siêu tới hạn

(supercritical fluid, viết tắt là SCF).

Cách thông thường nhất để hóa lỏng các chất khí là nén chúng ở áp suất cao và

TR ẦN

nhiệt độ thấp. Khi ta nén một chất khí ở điều kiện đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi) dưới nhiệt độ tới hạn Tc, chất khí sẽ chuyển dần thành chất lỏng khi áp suất vượt qua đường

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

cân bằng lỏng – khí (trường hợp “Liquefies” trong Hình 8.19).

IỄ N D

ẠO

lỏng và pha khí, trạng thái này của vật chất thường được gọi là chất lỏng siêu tới hạn

Hình 8.19. Hai quá trình hóa lỏng khí ở nhiệt độ thấp và cao hơn nhiệt độ tới hạn trên giản đồ pha.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

phần 8.2.6. Ở trên nhiệt độ và áp suất tới hạn, không có bề mặt phân cách giữa pha

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

độ cao nhất có thể hóa lỏng chất khí bằng cách nén ở áp suất cao như đã đề cập ở

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

không còn tồn tại đồng thời ba pha nữa. Điểm C là điểm tới hạn, là điểm ứng với nhiệt

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

với nhiệt độ -56.7 oC và áp suất 5.1 atm. Khi lệch ra khỏi nhiệt độ và áp suất này, CO2

Nếu ta nén chất khí trong điều kiện đẳng nhiệt ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn (trường hợp “Does not liquefy” trong Hình 8.19), mật độ phân tử trong chất khí tăng dần và chất khí chuyển sang trạng thái siêu tới hạn khi áp suất cao hơn áp suất tới hạn Pc, nhưng chất khí không hóa lỏng. Nếu giữ nguyên áp suất này và giảm nhiệt độ, pha lỏng sẽ tạo thành khi nhiệt độ xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn Tc mà không xuất hiện bề mặt phân cách hai pha lỏng – hơi.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 190

Giản đồ pha của nước b)

H Ư

thể tồn tại ở nhiều cấu trúc khác nhau, thường gọi là các dạng thù hình khác nhau. Giản

TR ẦN

đồ pha ở Hình 8.20a là dạng giản đồ pha đơn giản của nước, trong đó bỏ qua các dạng thù hình khác nhau của nước đá. Hình 8.20b là giản đồ pha của nước với các dạng

nước đá khác nhau.

10 00

Giản đồ pha của nước có một số điểm đặc biệt so với giản đồ pha của nhiều chất khác. Điểm đặc biệt đầu tiên là đường cân bằng lỏng – rắn trên giản đồ pha của nước

(đường OD trong Hình 8.20b) có hệ số góc âm, đây là nét khác biệt trên giản đồ pha của

nước so với hầu hết các chất khác. Với đặc điểm này, nhiệt độ đông đặc của nước giảm

Í-

khi áp suất tăng, nước đá có khối lượng riêng nhẹ hơn nước lỏng nên nổi trong nước

-L

lỏng. Điểm đặc biệt thứ nhì là có nhiều dạng thù hình khác nhau của nước đá. Dạng

ÁN

nước đá mà chúng ta thường gặp ở điều kiện thường là Ice I trên Hình 8.20b. Do có

nhiều dạng thù hình rắn khác nhau, giản đồ pha của nước đá có nhiều điểm ba khác

ÀN

nhau. Điểm ba thứ nhất là O, ở 0.0098 oC và 48 mmHg, là điểm ba của ba pha rắn, lỏng, và hơi tương tự như các điểm ba thông thường khác, trong đó pha rắn là Ice I. Một điểm

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Tùy theo nhiệt độ và áp suất, nước ở trạng thái rắn (thường gọi là nước đá) có

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 8.20. a) Giản đồ pha đơn giản của nước, bỏ qua các pha rắn khác nhau; b) Giản đồ pha của nước với các pha rắn khác nhau

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

IỄ N

ba khác là D, ở -22 oC và 2054 mmHg, ứng với ba pha: Ice I, Ice III, và nước lỏng. Phía

trên điểm D, hệ số góc của đường cong rắn – lỏng có giá trị dương như hầu hết các giản đồ pha của các chất khác. Pha và sự chuyển pha Ta thường hay nói vật chất có ba trạng thái chính: rắn, lỏng, và khí. Ta cũng hay nói pha rắn, pha lỏng, pha khí. Vậy pha là gì? Pha là một phần giới hạn của vật chất mà trong đó các tính chất của nó hoàn toàn đồng nhất, không có bề mặt phân cách trong

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 191

một pha. Do tính khuếch tán của khí nên trạng thái khí luôn có một pha. Trong sự bay hơi của chất lỏng, phần lỏng và hơi của một chất là hai pha khác nhau. Khi một chất rắn có nhiều dạng thù hình khác nhau, cấu trúc của mỗi dạng thù hình sẽ khác nhau, mỗi nhau gọi là hiện tượng đa hình. Các chất lỏng không tan vào nhau, ví dụ dầu và nước,

dạng thù hình là một pha khác nhau. Hiện tượng chất rắn có nhiều dạng thù hình khác

cũng tạo thành các pha khác nhau với bề mặt phân cách có thể phân biệt giữa các pha.

U Y

xảy ra. Ví dụ, trên hình 8.20a ta thấy, ở 1 atm, khi nhiệt độ thấp hơn 0 oC, nước ở trạng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

hơi nước vẫn thấp hơn áp suất không khí, 1 am. Tiếp tục gia nhiệt đến 100 oC, áp suất

hơi của nước tăng bằng áp suất khí quyển, sự chuyển pha lỏng – hơi xảy ra, hay nước

H Ư

sôi. Trên 100 oC, 1atm nước ở trạng thái hơi.

Quá trình chuyển pha ở 1 atm cho CO2 (giản đồ pha Hình 8.18) có điểm thú vị

TR ẦN

khác. Điểm ba rắn – lỏng – hơi trên giản đồ pha của CO2 có áp suất cao hơn 1 atm. Do đó, ở 1 atm, khi nhiệt độ dưới -78.5 oC, CO2 là chất rắn. Nếu gia nhiệt cho

CO2 rắn đến trên -78.5 oC, áp suất hơi của CO2 vẫn bằng 1 atm, tức là cắt qua đường

10 00

rắn – hơi, khi đó xảy ra sự chuyển pha từ CO2 rắn qua hơi. Do đó nước đá khô CO2 thăng hoa chứ không nóng chảy ở áp suất thường.

Lưu ý rằng, khi tăng nhiệt độ trong điều kiện đẳng áp (áp suất không đổi),

enthalpy của các chất tăng, quá trình thu nhiệt. Khi tăng áp suất trong điều kiện đẳng

-L

Í-

nhiệt (nhiệt độ không đổi), thể tích chất giảm, pha ở áp suất cao thường có khối lượng

8.5.

ÁN

riêng cao hơn.

Phân loại chất rắn tinh thể theo đặc điểm liên kết trong tinh thể

ÀN

Trạng thái rắn của vật chất còn gọi là trạng thái ngưng kết. Ở trạng thái rắn, các

cấu tử tạo nên các chất sắp xếp khá trật tự. Nếu trật tự đó mang tính lặp lại trong một

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

lỏng. Ở trạng thái lỏng, luôn có một ít hơi nước cân bằng với nước lỏng, nhưng áp suất

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

là cắt qua đường cân bằng rắn – lỏng, nước đá chuyển pha (hay nóng chảy) thành nước

http://daykemquynhon.ucoz.com

thái rắn, nước đá. Nếu ta giữ nguyên áp suất và gia nhiệt đến khi nhiệt độ qua 0 oC, tức

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Khi ta thay đổi nhiệt độ hay áp suất qua đường phân cách pha, sự chuyển pha

IỄ N

khoảng không gian đủ lớn, người ta nói chất rắn là chất rắn tinh thể. Nếu trật tự chỉ giới hạn trong khoảng không gian hẹp thì ta có chất rắn vô định hình. Về mặt năng lượng, trạng thái rắn tinh thể luôn bền hơn trạng thái vô định hình, ở đây ta chỉ xét tới các chất rắn tinh thể. Tùy theo mục đính nghiên cứu tinh thể, có nhiều cách khác nhau để phân loại mạng tinh thể. Trong phần này, ta quan tâm tới lực tương tác nên phân loại tinh thể dựa trên lực tương tác giữa các tiểu phân tạo nên mạng tinh thể. Theo cách này, có thể chia làm bốn loại mạng tinh thể chính: mạng kim loại, mạng ion, mạng phân tử, và mạng

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 192

nguyên tử (hay mạng cộng hóa trị phối trí). Liên kết trong mỗi kiểu mạng sẽ được xem xét chi tiết trong phần tiếp theo. 8.5.1. Mạng tinh thể kim loại

thể kim loại, các nguyên tử kim loại sắp xếp theo trật tự nhất định. Lực liên kết giữa các

Các tiểu phân tạo nên mạng kim loại là các nguyên tử kim loại. Trong mạng tinh

tiểu phân trong mạng kim loại là lực kim loại, là một kiểu liên kết mạnh, nên hầu hết các

8.5.2. Mạng tinh thể ion

Các tiểu phân tạo nên mạng tinh thể ion là các ion trái dấu nhau. Chúng sắp xếp

H Ư

theo trật tự nhất định trong mạng tinh thể để tạo nên tinh thể ion, ví dụ, NaCl, Na2CO3...

TR ẦN

Lực liên kết giữa các tiểu phân trong mạng ion là lực ion, là lực liên kết mạnh. Vì vậy các hợp chất ion đều có nhiệt độ nóng chảy cao và là chất rắn ở điều kiện thường. Trong phần 5.3.4 và 5.3.5 ta đã biết rằng có thể so sánh nhiệt độ nóng chảy các hợp chất ion

10 00

qua dự đoán năng lượng mạng tinh thể ion. Năng lượng mạng tinh thể ion càng lớn, hợp chất ion càng có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

8.5.3. Mạng tinh thể phân tử

Các tiểu phân tạo nên mạng tinh thể phân tử là các phân tử. Hay nói cách khác,

-L

Í-

trong mạng phân tử, mỗi nút mạng là một phân tử. Ví dụ, nước đá, CO2 rắn, iod, benzene rắn, v.v.. kết tinh trong mạng tinh thể phân tử. Lực liên kết trong phân tử là lực

ÁN

liên kết cộng hóa trị, lực liên kết giữa các phân tử với nhau trong mạng tinh thể là lực

van der Waals, trong một số trường hợp có thể có thêm lực hydrogen, là các lực liên kết

ÀN

yếu. Khi các chất rắn kết tinh trong mạng tinh thể phân tử nóng chảy, các phân tử trượt

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

chảy cao nhất, nóng chảy ở 3422 oC.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

là chất lỏng ở nhiệt độ thường. W (wolfram, hay tungsten) là kim loại có nhiệt độ nóng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

chảy của kim loại thay đổi trong khoảng rộng, ví dụ thủy ngân nóng chảy ở -38.8 oC nên

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

kim loại là chất rắn ở điều kiện thường, có nhiệt độ nóng chảy khá cao. Nhiệt độ nóng

IỄ N

lên nhau nhưng phân tử vẫn được bảo toàn, chỉ có lực tương tác liên phân tử bị bẻ gãy. Do đó các chất kết tinh trong mạng tinh thể phân tử có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp, ở nhiệt độ thường hầu hết chúng là các chất khí, một số là chất lỏng hoặc rắn. Ta có thể so sánh nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất phân tử bằng cách so sánh lực liên kết liên phân tử, đã đề cập trong phần 8.1. Lực liên kết liên phân tử càng cao, hợp chất phân tử càng có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao. Ví dụ, các halogen F2, Cl2, Br2, I2, là những phân tử cộng hóa trị, chúng đều kết tinh trong mạng phân tử. Lực liên kết trong mạng tinh thể trong trường hợp này chỉ là lực van der Waals. Lực

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 193

Van der Waals tăng dần giữa các phân tử trong các chất trên, do đó nhiệt độ nóng chảy tăng dần trong dãy F2 – I2. Kết quả là ở điều kiện thường, F2 và Cl2 là chất khí, Br2 là chất lỏng, và I2 là chất rắn. độ thường chúng là các chất khí, khi ở trạng thái rắn, chúng đều kết tinh trong mạng

phân tử, lực liên kết giữa các phân tử này là lực van der Waals nên nhiệt độ nóng chảy

Một ví dụ khác, các chất HF, HCl, HBr, HI đều là các phân tử cộng hóa trị. Ở nhiệt

U Y

HF, ngoài tương tác van der Waals còn có lực liên kết hydrogen, do đó HF có nhiệt độ

-83

-114

-87

-51

8.5.4. Mạng tinh thể nguyên tử

Kim cương, SiO2 quartz, v.v.. là những chất kết tinh trong mạng tinh thể nguyên

H Ư

tử. Trong kiểu mạng này, nút mạng tinh thể được chiếm bởi các nguyên tử. Liên kết

TR ẦN

giữa các nguyên tử trong toàn bộ mạng tinh thể là liên kết cộng hóa trị, do đó mạng nguyên tử còn được gọi là mạng cộng hóa trị, hay mạng phối trí. Vì liên kết cộng hóa trị

là liên kết mạnh, kết nối trong toàn bộ mạng tinh thể nguyên tử nên các chất kết tinh

10 00

trong mạng tinh thể nguyên tử là các chất rắn, cứng, và có nhiệt độ nóng chảy cao. Nhiệt độ nóng chảy của các chất kết tinh trong mạng tinh thể nguyên tử cao không kém

gì các hợp chất ion.

Trong bốn kiểu mạng tinh thể kể trên, chỉ có mạng tinh thể phân tử có lực liên kết

-L

Í-

trong mạng là lực liên kết yếu, các mạng tinh thể kim loại, ion, và nguyên tử đều có lực liên kết trong mạng tinh thể là liên kết mạnh. Vì vậy các hợp chất kết tinh trong mạng

ÁN

tinh thể phân tử thường có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn các chất kết tinh trong các kiểu

mạng còn lại. Tuy nhiên, rất khó để so sánh độ mạnh của lực liên kết kim loại, ion, và

ÀN

cộng hóa trị, nên thường không so sánh được nhiệt độ nóng chảy của các chất kết tinh

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

HBr

HCl

Tonc(oC)

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nóng chảy cao hơn hẳn so với các chất còn lại trong dãy.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

trong dãy tăng dần theo khối lượng và kích thước phân tử. Tuy nhiên, giữa các phân tử

IỄ N

trong ba kiểu mạng khác nhau này. Ngoài bốn kiểu mạng tinh thể cơ bản kể trên, có những chất kết tinh trong các

kiểu mạng trung gian, khi đó lực tương tác giữa các tiểu phân tạo nên mạng tinh thể ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của chúng. Ví dụ, graphite là một dạng thù hình của carbon, trong đó các nguyên tử C liên kết cộng hóa trị với nhau tạo thành các lớp phẳng (xem phần 6.1.7). Trong từng lớp graphite, các nguyên tử C liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, nhưng giữa các lớp graphite với nhau, lực liên kết là lực van der Waals yếu nên các lớp graphite có thể trượt lên nhau, vì vậy graphite mềm. Gần đây, người ta

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 194

tách được các đơn lớp graphite, gọi là graphene. Các nguyên tử C trong tấm graphene liên kết cộng hóa trị chặt chẽ với nhau nên tấm graphene có độ bền chắc rất cao. 8.6.

Một số kiểu cấu trúc tinh thể

SiO2… cũng đã nói tới trong phần 6.1.7. Các kim loại và các hợp chất phân tử, ví dụ,

hợp chất ion. Cấu trúc của các hợp chất cộng hóa trị như carbon kim cương, graphite,

Trong Chương 5, khi nói tới hợp chất ion, ta đã đề cập tới cấu trúc của một số

mỗi tiểu phân hình thành nên mạng chiếm một vị trí nhất định trong mạng và gọi là nút

mạng. Mạng tinh thể được đặt trưng bởi ô mạng cơ sở, khi tịnh tiến ô mạng cơ sở theo

H Ư

ba phương không gian, ta được mô hình của cả tinh thể như đã đề cập ở phần 5.3.3.

TR ẦN

8.6.1. Sự xếp chặt của các nguyên tử kim loại

Khi nghiên cứu cấu trúc tinh thể của các kim loại, nguyên tử kim loại thường

được xem như các quả cầu cứng có bán kính r. Một trong các cách sắp xếp của các

10 00

nguyên tử kim loại trong mạng tinh thể là xếp chặt các quả cầu với nhau. Hình ảnh của

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

sự xếp chặt của các quả cầu được thấy trong Hình 8.21.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

thành do sự sắp xếp trật tự của các tiểu phân trong mạng tinh thể. Trong mạng tinh thể,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

đó phổ biến nhất là phương pháp nhiễu xạ tia X. Tổng quát, chất rắn tinh thể được tạo

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Cấu trúc của chất rắn tinh thể được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp, trong

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

sẽ xem một số kiểu cấu trúc cơ bản của kim loại và mạng tinh thể phân tử.

U Y

H2O, CO2, I2… khi ở trạng thái rắn cũng kết tinh trong mạng tinh thể. Trong phần này, ta

Hình 8.21. Sự xếp chặt các quả cầu

Để hiểu rõ cách sắp xếp này, ta bắt đầu bằng sự xếp chặt các quả cầu có ký hiệu

A trong một lớp như ở Hình 8.22. Ta thấy mỗi quả cầu A được bao quanh bởi sáu quả cầu A khác, cùng tiếp xúc với nó trong lớp. Tuy xếp chặt, nhưng giữa các quả cầu vẫn có các vị trí trống hõm xuống, các hõm đó được ký hiệu là B hoặc C theo hàng trong Hình 8.22.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

quả cầu kế tiếp trong lớp này chỉ xếp vào vị trí B, tương tự như vậy với các vị trí C. Do

đó sự xếp chặt một cách trật tự các quả cầu theo từng lớp có thể tạo thành một trong hai

H Ư

kiểu: ABABAB hoặc ABCABC như trong Hình 8.23. Trong cả hai cách sắp xếp này, mỗi quả cầu được bao quanh trực tiếp bởi 12 quả cầu khác: sáu quả cầu trong cùng lớp + 3

TR ẦN

quả cầu lớp trên + 3 quả cầu ở lớp dưới.

Xếp chặt theo kiểu ABABAB (Hình 8.23a) dẫn đến cấu trúc lục phương xếp chặt

(hexagonal closest packed), viết tắt là hcp. Hình 8.24 là cấu trúc mạng tinh thể hcp,

10 00

phần không gian giới hạn bởi khung màu xanh lá là ô mạng cơ sở của mạng hcp. Các thông số mạng của cấu trúc hcp là a = b, c = 1.63 a,  = 120o, ( =  = 90o, thường

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

không được liệt kê).

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

loại vị trí hõm B và C, nếu quả cầu đầu tiên của lớp thứ nhì xếp vào vị trí hõm B thì các

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

sẽ được xếp vào các vị trí hõm để sự sắp xếp là chặt nhất. Hình 8.22 cho thấy có hai

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Khi lớp cầu thứ nhì được xếp lên trên lớp thứ nhất, các quả cầu của lớp thứ nhì

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Hình 8.22. Sự xếp chặt các quả cầu trong một lớp

U Y

195

Hình 8.23. Hai cách xếp chặt các quả cầu: a) xếp chặt lục phương, b) xếp chặt lập phương

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

phương thẳng đứng, trong đó mỗi lớp các quả cầu A, B, C được biểu diễn bằng các

màu khác nhau. Hình 8.25b cho thấy ô mạng lập phương xếp chặt, trong đó các lớp A,

H Ư

B, C nằm theo mặt chéo của hình lập phương. Hình 8.25c biểu diễn các quả cầu thu gọn

TR ẦN

để thấy ô mạng cơ sở của mạng ccp (a = b = c,  =  =  = 90o). Đây cũng chính là

ÁN

-L

Í-

10 00

mạng lập phương tâm diện (face-centered cubic, viết tắt là fcc).

IỄ N

ÀN

Hình 8.25. Cấu trúc lập phương xếp chặt nhìn theo các hướng khác nhau

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

hướng khác nhau. Hình 8.25a biểu diễn từng lớp quả cầu xếp theo thứ tự ABCA theo

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(cubic closest packed), viết tắt là ccp. Hình 8.25 cho thấy cấu trúc ccp nhìn từ các

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Xếp chặt theo kiểu ABCABC (Hình 8.23b) dẫn đến cấu trúc lập phương xếp chặt

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Hình 8.24. Cấu trúc lục phương xếp chặt (hcp). Phần ô mạng màu xanh là ô mạng cơ sở của mạng lập phương xếp chặt.

196

Trong cấu trúc xếp chặt, các quả cầu vẫn không chiếm toàn bộ không gian. Các

tính toán hình học cho thấy phần trăm các quả cầu chiếm chỗ là 74 % cho cả hai trường hợp xếp chặt lục phương và xếp chặt lập phương. Sự xếp chặt dẫn tới hai loại lỗ trống giữa các quả cầu: lỗ trống tứ diện và lỗ trống bát diện. Lỗ trống tứ diện được tạo thành do một quả cầu chồng lên vị trí hõm tạo bởi ba quả cầu của lớp thứ nhất (Hình 8.26a). Lỗ trống bát diện tạo thành từ ba quả cầu lớp thứ hai bao quanh chỗ hõm tạo bởi ba quả cầu của lớp thứ nhất (Hình 8.26b).

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 197

Lập phương tâm

giản (sc)

tâm (bcc)

diện (fcc, ccp)

Đ G N H Ư TR ẦN H

-L

ô mạng cơ sở

Í-

Số nguyên tử trong

10 00

Ô mạng cơ sở

ÁN

Số phối trí

Hướng xếp chặt

của nguyên tử

ÀN

Phần nguyên tử

Đường chéo tâm ô

Đường chéo mặt ô

mạng

68%

74%

Cạnh ô mạng 52%

IỄ N

chiếm không gian

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Lập phương chính

ẠO

Lập phương đơn

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Bảng 8.3. Tóm tắt một số tính chất của ba kiểu ô mạng tinh thể lập phương

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

8.6.2. Ba kiểu sắp xếp cơ bản trong ô mạng lập phương

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Hình 8.26. a) Lỗ trống tứ diện, và b) lỗ trống bát diện trong sắp xếp đặt khít

Bảng 8.3 mô tả biểu diễn ba kiểu sắp xếp cơ bản trong ô mạng lập phương. Ba kiểu cấu trúc lập phương này, cùng với cấu trúc lục phương xếp chặt là các cấu trúc thường gặp nhất của các tinh thể kim loại. Ô mạng lập phương đơn giản (simple cubic, viết tắt là sc) chỉ có các nguyên tử ở đỉnh ô mạng. Vì mỗi nguyên tử ở đỉnh dùng chung cho tám ô mạng liền kề nên số nguyên tử thuộc bề một ô mạng cơ sở trong trường hợp này là: 8 đỉnh x 1/8 nguyên tử/đỉnh = 1 nguyên tử. Các nguyên tử trong ô mạng này tiếp

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 198

xúc nhau trên phương cạnh ô mạng, số phối trí của các nguyên tử trong ô mạng này bằng 6. Trong ô mạng lập phương tâm (body-centered cubic, viết tắt là bcc), các nguyên tử chiếm vị trí đỉnh và tâm ô mạng. Số nguyên tử thuộc về một ô mạng cơ sở trong

Các nguyên tử trong ô bcc tiếp xúc nhau qua đường chéo tâm của ô mạng cơ sở, số

trường hợp này là: (8 đỉnh x 1/8 nguyên tử/đỉnh) + 1 nguyên tử ở tâm = 2 nguyên tử.

U Y

Ô mạng lập phương tâm diện (face-centered cubic, fcc), cũng chính là ô mạng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

nhau qua đường chéo mặt, số phối trí của các nguyên tử trong trường hợp này là 12.

Bảng 8.3 tóm tắt một số tính chất của ba kiểu mạng lập phương này.

H Ư

Như đã nói, các nguyên tử được cho là hình cầu nên chúng không thể xếp đặc kín không gian, giữa các nguyên tử luôn có khoảng trống. Tùy theo mỗi kiểu sắp xếp mà

TR ẦN

phần trống (hay ngược lại, phần nguyên tử chiếm không gian) ở mỗi kiểu ô mạng là khác nhau. Sau đây là một ví dụ cách tính phần nguyên tử chiếm không gian trong ô Gọi bán kính nguyên tử là r, chiều dài ô mạng cơ sở là a. Các nguyên tử trong

10 00

mạng lập phương tâm.

ô mạng lập phương tâm tiếp xúc nhau qua đường chéo tâm của ô mạng, ta

có: 4r = a

Thể tích của một ô mạng cơ sở: a3

Thể tích mỗi nguyên tử: 4/3 r3, một ô mạng cơ sở lập phương tâm có 2

-L

Í-

ÁN

nguyên tử, do đó thể tích 2 nguyên tử là: 8/3 r3 Phần nguyên tử chiếm không gian trong cấu trúc lập phương tâm là: r3/a3 = ( a

)3/a3 =

= 68 %

ÀN

Tương tự như vậy, ta dễ dàng tính được phần nguyên tử chiếm chỗ trong ô mạng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

tử/đỉnh) + (6 mặt x 1/2 nguyên tử/mặt) = 4 nguyên tử. Các nguyên tử trong ô fcc tiếp xúc

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

và tâm của các mặt ô mạng. Số nguyên tử thuộc về một ô fcc là: (8 đỉnh x 1/8 nguyên

http://daykemquynhon.ucoz.com

lập phương xếp chặt (ccp) đã thấy trong phần 8.6.1, có các nguyên tử chiếm vị trí đỉnh

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

phối trí của nguyên tử trong ô mạng là 8.

IỄ N

lập phương đơn giản là 52 %, trong ô mạng lập phương tâm diện là 74 %. Cấu trúc tinh thể và tỉ lệ nguyên tử chiếm chỗ trong không gian sẽ ảnh hưởng đến khối lượng riêng của các chất, phần này sẽ được thảo luận trong phần bài tập.

8.6.3. Một số cấu trúc xếp chặt của mạng tinh thể phân tử Nhiều hợp chất phân tử ở trạng thái khí hoặc lỏng ở điều kiện thường, ở nhiệt độ thấp chúng chuyển sang pha rắn tinh thể, gọi là mạng tinh thể phân tử. Một số mạng tinh thể phân tử có cấu trúc kiểu lập phương tâm diện. Hình 8.27 là ô mạng cơ sở của một số kiểu mạng này. Các phân tử C60 có dạng cầu nên chúng sắp xếp trong ô mạng tinh

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 199

thể tương tự như trong mạng tinh thể kim loại. Các phân tử CO2 thẳng và benzene phẳng không có đối xứng cầu nên có định hướng khác nhau trong ô mạng cơ sở. b)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

a) C60; b) CO2; c) benzene

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Hình 8.27. Cấu trúc tinh thể của một số mạng tinh thể phân tử:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 200

Chương 9

DUNG DỊCH VÀ TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH Ngoài ba trạng thái cơ bản của vật chất: rắn, lỏng, và khí, nhiều chất quanh ta tồn

tại ở dạng dung dịch khi chúng hòa tan trong nước hoặc các dung môi khác. Trong

chương này, chúng ta sẽ xem một số tính chất quan trọng của các dung dịch, ta sẽ mô

U Y ẠO

Dung dịch là một hỗn hợp đồng thể, trong đó thành phần và tính chất của nó đồng

nhất tại tất cả các điểm trong dung dịch. Ta gọi dung dịch là hỗn hợp vì thành phần của

nó có ít nhất hai chất, chất với lượng chiếm ưu thế gọi là dung môi, các chất với lượng ít

H Ư

hơn gọi là các chất tan. Dung dịch gọi là loãng nếu nồng độ chất tan trong dung dịch

TR ẦN

tương đối thấp, gọi là dung dịch đặc khi nồng độ chất tan trong dung dịch tương đối cao. Chúng ta thường gặp nhiều dung dịch lỏng, ví dụ nước đường, nước muối, v.v… Trong các dung dịch vừa kể trên, nước là dung môi. Nhưng cũng có các dung dịch khí

10 00

và dung dịch rắn. Các chất khí nếu không phản ứng với nhau thì có thể trộn lẫn tùy ý, gọi là hỗn hợp khí mà chúng ta đã thấy ở Chương 5. Một số dung dịch rắn như hợp kim cupronickel gồm 75% Cu và 25% Ni được dùng để đúc tiền. Trong hợp kim này, Cu là

dung môi và Ni là chất tan. Vàng tây là hợp kim của vàng, bạc, và đồng, trong đó vàng

thường chiếm phần chủ yếu và được coi là dung môi. Các dung dịch rắn sẽ được thảo

-L

Í-

luận trong phần chất rắn trong chương trình hóa học các hợp chất vô cơ. Trong chương

ÁN

này, ta chỉ xem sự tạo thành và một số tính chất của các dung dịch lỏng, với dung môi là

Nồng độ dung dịch

ÀN

9.2.

chất lỏng, chất tan có thể là chất khí, lỏng, hoặc chất rắn.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Một số khái niệm và thuật ngữ

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

9.1.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tượng đó ở cấp độ phân tử.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

tả các hiện tượng liên quan đến dung dịch, áp dụng của chúng, và giải thích các hiện

IỄ N

Dung dịch được biểu diễn một cách định lượng thông qua nồng độ của chúng. Có

nhiều cách biểu diễn nồng độ dung dịch khác nhau. 9.2.1. Nồng độ phần trăm khối lượng, phần trăm thể tích Nồng độ phần trăm khối lượng là lượng chất tan có trong 100 g dung dịch. Nếu

dung dịch có một hoặc nhiều chất tan, tổng nồng độ phần trăm khối lượng của các chất tan và dung môi là 100%. Ví dụ, nếu hòa tan 5.00 g NaCl trong 95.0 g nước, ta thu được 100 g dung dịch, nồng độ phần trăm theo khối lượng của NaCl là 5.00%. Để pha được dung dịch này ta phải cân chất tan rắn và dung môi lỏng. Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 201

Trong thực tế, ta dễ dàng đo được thể tích chất lỏng, vì vậy đôi khi các dung dịch được chuẩn bị bằng cách đo thể tích chất lỏng, khi đó có thể biểu diễn nồng độ dung dịch theo phần trăm thể tích. Ví dụ, dung dịch methyl alcohol trong nước với nồng độ 25% thể tích được pha bằng cách hòa tan 25.0 mL methyl alcohol với lượng đủ nước để

có 100 mL dung dịch. Dung dịch này thường được pha bằng bình định mức vì trong

nhiều trường hợp, thể tích của dung dịch tạo thành không bằng tổng thể tích chất tan và

U Y .Q

ẠO

lượng NaCl theo thể tích.

9.2.2. Nồng độ ppm, ppb, và ppt

H Ư

Trong các dung dịch có nồng độ thấp, người ta thường biểu diễn nồng độ chất tan theo ppm (parts per million, phần ngàn), ppb (parts per billion, phần triệu), hay ppt

TR ẦN

(parts per trillion, phần tỷ).

Thực chất, các loại nồng độ này cũng tương tự như nồng độ phần trăm khối

10 00

lượng, hay phần trăn khối lượng theo thể tích, nhưng với lượng chất tan thấp hơn. Các dung dịch với nồng độ loãng như vậy thường gặp trong phân tích môi trường, do đó

dung môi thường là nước, khi đó 1000 g nước  1000 g dung dịch  1 L dung dịch, ta

có:

-L

Í-

1 ppm = 1 mg chất tan / 1 L dung dịch = 1 mg/L = 10–3 g/L

ÁN

1 ppb = 1 g chất tan / 1 L dung dịch = 1 g/L = 10–6 g/L

1 ppt = 1 ng chất tan / 1 L dung dịch = 1 ng/L = 10–9 g/L

IỄ N

ÀN

9.2.3. Nồng độ phần mol và phần trăm mol

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

trong y dược. Ví dụ, 100 mL dung dịch chứa 0.9 g NaCl được gọi là dung dịch 0.9% khối

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Ngoài ra, đôi khi nồng độ phần trăm khối lượng theo thể tích cũng được dùng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

bảo toàn thể tích dung dịch.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

dung môi. Nói cách khác, ta có sự bảo toàn khối lượng dung dịch, nhưng không có sự

Một số tính chất vật lý của dung dịch thay đổi theo nồng độ phần mol của chúng.

Nếu trong dung dịch có nhiều chất, nồng độ phần mol của thành phần i, xi, bằng tỷ lệ số mol của i (ni) trong tổng số mol của các hợp phần tạo thành dung dịch, nghĩa là: xi = và:

x1 + x2 + … = 1

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(9.1) (9.2)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 202

Nồng độ phần trăm mol mỗi chất trong dung dịch là nồng độ phần mol của chúng quy về phần trăm. 9.2.4. Nồng độ mol (molarity)

Nồng độ mol (M) của dung dịch là lượng chất tan (tính theo mol) trong một đơn vị

Ví dụ, nếu ta hòa tan 25.0 mL ethanol, CH3CH2OH (d = 0.789 g/mL) với lượng đủ

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

= 1.71 M

9.2.5. Nồng độ molal (molality)

H Ư

Nồng độ mol của dung dịch ethanol:

TR ẦN

= 0.428 mol ethanol

10 00

Giả sử ta chuẩn bị một dung dịch NaCl 0.10 M ở 25 oC bằng cách cân lượng chính xác NaCl và pha trong bình định mức đã được chuẩn hóa ở 25 oC. Khi nhiệt độ

tăng (ví dụ khoảng 5 oC), thể tích dung dịch tăng nhẹ (khoảng 0.1%), nồng độ mol

(molarity) của dung dịch NaCl giảm nhẹ và không còn chính xác như đã pha. Nghĩa là,

-L

Í-

nồng độ mol của dung dịch thay đổi theo nhiệt độ. Trong thực nghiệm, đôi khi nhiệt độ thí nghiệm khác với nhiệt độ pha dung dịch, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác

ÁN

của các kết quả thực nghiệm, đặc biệt là những phép đo đòi hỏi độ chính xác cao. Một kiểu nồng độ dung dịch không phụ thuộc vào nhiệt độ là nồng độ molal (hay molality), là

IỄ N

ÀN

số mol chất tan trong 1 kg dung môi. Molality =

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Số mol ethanol trong dung dịch:

ẠO

thành là:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

nước để tạo thành 250 mL dung dịch, nồng độ mol của ethanol trong dung dịch tạo

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

(9.3)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

thể tích dung dịch (tính theo L), được biểu diễn qua công thức (9.3).

(9.4)

Cách chuyển đổi đơn vị nồng độ của các dung dịch sẽ được thảo luận trong phần bài tập.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 203

9.3.

Sự hòa tan và nhiệt hòa tan

9.3.1. Quá trình hòa tan và nhiệt hòa tan của các hợp chất phân tử Ta thấy một số hợp chất phân tử như rượu, giấm ăn, đường… hòa tan trong

tác liên phân tử ảnh hưởng đến sự hòa tan và nhiệt hòa tan của các hợp chất phân tử

nước, nhưng dầu ăn, xăng không tan trong nước. Trong phần này, ta sẽ xem lực tương

thế nào.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

a) Quá trình tách các phân tử dung môi ra khỏi nhau để chuẩn bị cho các phân

tử chất tan có thể chui vào giữa các phân tử dung môi, quá trình này ứng với

H Ư

sự thu nhiệt (Ha > 0);

TR ẦN

b) Quá trình tách các phân tử chất tan ra khỏi nhau để chuẩn bị chen vào dung môi, quá trình này ứng với sự thu nhiệt (Hb > 0); c) Các phân tử chất tan và dung môi hút lẫn nhau để hòa tan vào nhau và tạo

10 00

thành dung dịch, quá trình này hình thành lực tương tác hút giữa các phân tử chất tan và dung môi nên tỏa nhiệt (Hc < 0). Hhoatan = Ha + Hb + Hc

(9.5)

Do đó:

Í-

Như vậy, quá trình hòa tan và nhiệt hòa tan phụ thuộc vào lực tương tác liên

-L

phân tử giữa các phân tử dung môi, giữa các phân tử chất tan với nhau, và giữa các

(i)

ÁN

phân tử dung môi với chất tan. Ta có bốn trường hợp sau: Trường hợp 1:

ÀN

Khi lực tương tác liên phân tử của chất tan và của dung môi có độ mạnh tương

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

thành ba giai đoạn, nhiệt hòa tan là tổng nhiệt của ba quá trình sau:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

dễ dàng bằng nhiệt lượng kế. Ta có thể chia quá trình hòa tan các hợp chất phân tử

http://daykemquynhon.ucoz.com

hòa tan, hay enthalpy hòa tan (Hhoatan). Có thể xác định nhiệt hòa tan các chất một cách

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Các quá trình hòa tan thường kèm theo sự tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt, gọi là nhiệt

IỄ N

đương nhau (nghĩa là, Ha + Hb = |Hc |), quá trình hòa tan sẽ xảy ra với nhiệt hòa tan bằng không, Hhoatan = 0, ta thu được dung dịch đồng thể. Trong trường hợp này, dung dịch tạo thành gọi là dung dịch lý tưởng, có thể dự đoán tính chất của dung dịch tạo thành qua tính chất của chất tan và dung môi tinh chất. Nhiều hydrocarbon lỏng hòa tan vào nhau theo kiểu này, ví dụ benzene (C6H6) và toluene (C6H5CH3).

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 204

(ii)

Trường hợp 2:

Nếu tương tác giữa dung môi và chất tan mạnh hơn tương tác giữa các phân tử chất tan với nhau và dung môi với nhau (nghĩa là, Ha + Hb < |Hc|), quá trình hòa tan

dung dịch tạo thành dựa trên tính chất của chất tan và dung môi, do đó dung dịch này

sẽ xảy ra với sự tỏa nhiệt, Hhoatan < 0. Thông thường, không thể dự đoán tính chất của

gọi là dung dịch không lý tưởng. Acetone và chloroform hòa tan nhau theo trường hợp

TR ẦN

Hình 9.1. Liên kết hydrogen hình thành giữa phân tử chloroform và acetone. Để ý rằng nguyên tử H trong phân tử chloroform liên kết trực tiếp với C, là nguyên

tử âm điện kém, trong hầu hết các trường hợp như vậy, nguyên tử H không thể tạo liên

10 00

kết hydrogen với phân tử khác. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tử chloroform, nguyên tử C liên kết trực tiếp với ba nguyên tử Cl có độ âm điện khá cao, nên nhóm –CCl3 rút

electron mạnh, tương đương với nguyên tử âm điện cao, vì vậy nguyên tử H trong phân

tử chloroform thiếu electron, dễ dàng tạo liên kết hydrogen với cặp electron không liên

Trường hợp 3:

ÁN

(iii)

-L

Í-

kết trên O của phân tử acetone (xem Hình 9.1)

Nếu tương tác giữa các phân tử dung môi và chất tan hơi yếu hơn lực tương tác

ÀN

giữa các phân tử dung môi với nhau và giữa các phân tử chất tan với nhau (nghĩa là, Ha + Hb > |Hc|), sự hòa tan vẫn xảy ra, nhưng thu nhiệt, Hhoatan > 0. Dung dịch tạo

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

ẠO

trong quá trình hòa tan, quá trình hòa tan là tỏa nhiệt.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

thể tạo liên kết hydrogen liên phân tử, do đó lực tương tác giữa các phân tử tăng lên

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hydrogen; nhưng khi trộn chúng với nhau, giữa các phân tử acetone và chloroform có

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

này. Trong acetone và chloroform chỉ có liên kết van der Waals, không có liên kết

IỄ N

thành trong trường hợp này là dung dịch không lý tưởng. Ví dụ, cho trường hợp này là carbon disulfide (CS2), là chất lỏng không phân cực, có thể tan trong acetone, là dung môi phân cực. Tương tác lưỡng cực giữa các phân tử acenton với nhau, và tương tác giữa các phân tử carbon disulfide không phân cực với nhau mạnh hơn tương tác giữa các phân tử acetone và carbon disulfide, nhưng chúng vẫn tan vào nhau.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 205

Như sẽ thấy ở phần hòa tan hợp chất ion tiếp theo, trường hợp này có Hhoatan > 0, nhưng quá trình hòa tan thường kèm theo sự tăng entropy (Shoatan > 0). Nếu sự tăng entropy đủ lớn để Ghoatan = Hhoatan - TShoatan < 0, sự hòa tan vẫn xảy ra. Trường hợp 4:

Nếu lực tương tác giữa các phân tử khác loại (chất tan và dung môi) rất yếu so

(iv)

U Y

vào nhau, ta thu được hệ dị thể (các pha riêng biệt). Ví dụ, đổ nước vào xăng, ta thấy

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

tan trong nước được, vì vậy xăng không tan trong nước.

của xăng yếu, do đó các phân tử hydrocarbon không thể tách các phân tử nước ra để

H Ư

Nói tổng quát, các hợp chất phân tử có tương tác liên phân tử giống nhau thường

TR ẦN

dễ hòa tan vào nhau.

9.3.2. Sự hòa tan và nhiệt hòa tan các hợp chất ion trong nước

10 00

Nước là dung môi phân cực nên các hợp chất ion thường dễ tan trong nước, ví dụ, NaCl, Na2SO4, Na2CO3, KMnO4 đều dễ tan trong nước. Tuy nhiên vẫn có một số

hợp chất ion rất khó tan hoặc không tan trong nước, ví dụ, CaSO4, CaCO3, v.v… Để giải

ÁN

-L

Í-

thích hiện tượng trên, ta xét quá trình hòa tan các hợp chất ion trong nước.

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

nước khá mạnh, trong khi đó lực tương tác giữa phân tử nước và phân tử hydrocarbon

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

liên kết với nhau bằng liên kết van der Waals và hydrogen, lực liên kết giữa các phân tử

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

chúng tách thành hai lớp riêng biệt. Nước là các phân tử phân cực, các phân tử nước

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

với giữa các phân tử cùng loại (nghĩa là, Ha + Hb >> |Hc |), các chất không hòa tan

Hình 9.2. Sự hòa tan hợp chất ion trong nước: các phân tử nước bao quanh các ion dương và ion âm, gọi là sự hydrate hóa hay solvate hóa.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 206

Khi cho các tinh thể ion vào nước, đầu dương của các phân tử nước sẽ hướng vào các ion âm, đầu âm của các phân tử nước sẽ hướng vào các ion dương (Hình 9.2), nghĩa là có tương tác ion – lưỡng cực xảy ra giữa các phân tử nước và các ion. Nếu lực chất ion, sự hòa tan xảy ra. Trong dung dịch nước, các phân tử nước vẫn bao quanh

các ion, ta gọi là các ion được hydrate hóa, solvate hóa, hay dung môi hóa.

tương tác ion – lưỡng cực đủ mạnh để vượt qua năng lượng mạng tinh thể của hợp

a) Quá trình phá vỡ mạng tinh thể ion, tạo thành các ion ở trạng thái khí. Quá trình

NaCl (r)  Na+ (k) + Cl– (k)

Ha = - Umtt > 0

TR ẦN

Ví dụ:

H Ư

của hợp chất ion (Ha = - Umtt > 0).

này cần cung cấp năng lượng tương đương với giá trị năng lượng mạng tinh thể

b) Quá trình hydrate hóa ion: là quá trình chuyển các ion ở trạng thái khí thành dạng hydrate, nghĩa là các ion được các phân tử nước bao quanh theo cách đầu

10 00

dương của các phân tử nước hướng vào các ion âm và đầu âm của phân tử nước hướng vào các ion dương. Lúc đó hình thành các liên kết giữa các phân tử

nước phân cực và các ion, quá trình này là tỏa nhiệt (Hb < 0). Na+ (k) + n H2O (l)  Na+ (aq)

Hb < 0

Cl– (k) + n H2O (l)  Cl– (aq)

Hb’ < 0

-L

Í-

Ví dụ:

Nếu nhiệt của quá trình (a) trội hơn nhiệt của quá trình (b) thì sự hòa tan là thu

ÁN

nhiệt (Hhoatan > 0); ngược lại thì sự hòa tan là tỏa nhiệt (Hhoatan < 0).

ÀN

Trong thực tế, khoảng 95% các quá trình hòa tan hợp chất ion vào nước là thu

nhiệt. Vậy tại sao quá trình hòa tan vẫn xảy ra? Trên phương diện entropy, hầu hết quá

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

quá trình:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

NaCl vào nước). Có thể xem nhiệt của quá trình hòa tan hợp chất ion vào nước gồm hai

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

theo sự tỏa nhiệt (ví dụ hòa tan NaOH trong nước), hoặc thu nhiệt (ví dụ hòa tan NH4Cl,

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Về mặt nhiệt hòa tan, quá trình hòa tan các hợp chất ion vào nước có thể kèm

IỄ N

trình hòa tan thường kèm theo sự tăng entropy (Shoatan > 0). Năng lượng Gibbs của quá trình hòa tan hợp chất ion trong nước là: Ghoatan = Hhoatan - TShoatan = Ha + Hb - TShoatan

(9.6)

Hợp chất ion tan được trong nước nếu quá trình hòa tan thuận lợi về mặt nhiệt động học, nghĩa là Ghoatan < 0. Trong biểu thức (9.6), giá trị (Hb - TSht) luôn luôn âm. Do đó, để Ghoatan < 0 thì Ha phải có trị số dương không quá cao. Nói cách khác, quá

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 207

trình hòa tan các hợp chất ion trong nước thuận lợi khi năng lượng mạng tinh thể ion không quá lớn. Do đó các hợp chất ion với giá trị năng lượng mạng tinh thể không quá cao như NaCl, MgCl2… thường dễ tan trong nước; các hợp chất ion với điện tích ion lớn (thường là +2/-2), có giá trị năng lượng mạng tinh thể lớn, như MgO, CaSO4, CaCO3…

Ơ H

Cân bằng hòa tan – kết tủa và độ tan của chất tan rắn

9.4.

sẽ ít tan hoặc không tan trong nước.

ẠO

Khi cho thêm từ từ một chất rắn ion, ví dụ KNO3, vào một lượng nước nhất định,

những lượng KNO3 đầu tiên sẽ nhanh chóng tan vào dung dịch. Tiếp tục cho KNO3 vào

dung dịch, đến lúc ta thấy các tinh thể KNO3 không tan thêm được nữa, lượng KNO3 còn

H Ư

dư không tan sẽ không thay đổi theo thời gian. Dung dịch thu được lúc này gọi là dung dịch bão hòa. Các quan sát cho thấy, trong dung dịch bão hòa KNO3 có mặt lượng dư

TR ẦN

KNO3 không tan, quá trình hòa tan và kết tủa KNO3 vẫn tiếp tục xảy ra với tốc độ bằng nhau. Quá trình này được gọi là sự cân bằng hòa tan  kết tủa, và là cân bằng động.

10 00

Lượng tan tối đa của chất tan trong nước hay trong dung môi nào đó ở nhiệt độ nhất định gọi là độ tan. Có thể biểu diễn độ tan các chất theo nhiều cách khác nhau. Với

sự hòa tan các hợp chất ion trong nước, cách biểu diễn độ tan thường dùng nhất là

lượng chất tan ở trạng thái khan nước (tính theo gam) trong 100 g nước.

Í-

Ở nhiệt độ nhất định, nếu dung dịch chứa lượng chất tan thấp hơn độ tan, dung

-L

dịch gọi là chưa bão hòa; nếu dung dịch chứa lượng chất tan cao hơn độ tan của nó,

ÁN

dung dịch gọi là quá bão hòa. Dung dịch quá bão hòa là dung dịch không bền, chất tan

sẽ tách ra từ dung dịch này cho tới khi dung dịch trở thành bão hòa, khi đó quá trình cân

ÀN

bằng động kết tủa  hòa tan tiếp tục xảy ra như đã nói ở trên. Có thể thúc đẩy quá trình

kết tinh từ dung dịch quá bão hòa bằng cách đưa mầm tinh thể vào dung dịch quá bão

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

sát bằng mắt và định lượng được.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

phần này, ta sẽ xét sự hòa tan ở cấp độ vĩ mô, những hiện tượng chúng ta có thể quan

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Trong phần trước, ta đã mô tả sự hòa tan ở cấp độ vi mô (cấp độ phân tử), trong

IỄ N

hòa. Độ tan của hầu hết các chất đều thay đổi theo nhiệt độ. Hình 9.3 là giản đồ biểu diễn sự thay đổi độ tan trong nước của một số muối thông dụng. Ta thấy một số muối có độ tan tăng theo nhiệt độ, một số muối khác có độ tan giảm theo nhiệt độ. Sự thay đổi độ tan các muối theo nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt hòa tan của chúng. Xét cân bằng “kết tủa  hòa tan”, theo nguyên lý dịch chuyển cân bằng Le Chatelier. Nếu quá trình hòa tan là tỏa nhiệt, cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch khi tăng nhiệt độ, tức là độ

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 208

tan của muối giảm khi nhiệt độ tăng. Nếu sự hòa tan là thu nhiệt, cân bằng sẽ dịch

dung dịch để kết tinh chúng; với những muối có quá trình hòa tan thu nhiệt, ta có thể hạ

nhiệt độ dung dịch để kết tinh chúng. Lưu ý rằng điều này chỉ áp dụng đúng cho các

Í-

dung dịch bão hòa hoặc gần bão hòa.

-L

Kết tinh muối từ dung dịch nước

ÁN

Hầu hết độ tan các muối đều tăng theo nhiệt độ, có hai cách cơ bản để kết tinh

các muối này từ dung dịch nước của chúng. Đối với các muối có độ tan thay đổi nhiều

ÀN

theo nhiệt độ, ví dụ, KNO3, NH4Cl, đầu tiên tạo dung dịch bão hòa của muối ở nhiệt độ

cao, khi làm lạnh dung dịch tới nhiệt độ thích hợp, độ tan muối giảm nên ta có dung dịch

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Do đó, đối với các muối có quá trình hòa tan tỏa nhiệt, ta có thể tăng nhiệt độ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 9.3. Độ tan một số muối trong nước theo nhiệt độ

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

chuyển theo chiều thuận khi nhiệt độ tăng, tức là độ tan của muối tăng theo nhiệt độ.

IỄ N

quá bão hòa, muối sẽ kết tinh cho tới khi đạt dung dịch bão hòa. Phương pháp này gọi

là phương pháp kết tinh đa nhiệt. Đối với các muối có độ tan ít thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ NaCl, việc thay đổi nhiệt độ dung dịch bão hòa như trong phương pháp đa nhiệt nói trên không cho phép thu được lượng muối đáng kể. Khi đó ta phải dùng phương pháp làm bay hơi nước ở nhiệt độ thích hợp để thu muối, phương pháp này gọi là phương pháp kết tinh đẳng nhiệt.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 209

Tinh chế chất rắn bằng phương pháp kết tinh phân đoạn Trong thực tế, đôi khi ta có các hóa chất kỹ thuật ở dạng rắn với độ tinh khiết không cao. Kết tinh lại, hay kết tinh phân đoạn, là một trong các phương pháp tinh chế

không tinh khiết chứa tạp chất với lượng ít hơn chất cần tinh chế. Khi hòa tan chất rắn

để thu được chất rắn với độ tinh khiết cao hơn ban đầu. Thông thường, các chất rắn

cần tinh chế vào nước, nếu cả chất cần tinh chế và tạp chất đều tan trong nước, dung

Độ tan của các khí trong dung dịch

9.5.

ẠO

rắn với độ tinh khiết cao.

H Ư

Nhiệt độ và áp suất đều ảnh hưởng đến độ tan của các khí trong dung dịch.

TR ẦN

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của khí trong dung dịch Nhiệt độ ảnh hưởng phức tạp đến độ tan các khí trong nước và trong các dung

môi hữu cơ, ta không có quy luật tổng quát về ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan các

Hầu hết các khí có độ tan trong nước giảm khi tăng nhiệt độ. Do đó ta thường

10 00

khí trong dung dịch. Sau đây là một số kết quả thực nghiệm:

thấy nhiều sinh vật biển sống ở tầng sâu của đại dương vì bề mặt đại dương Độ tan các khí hiếm trong nước phức tạp hơn, thường giảm khi tăng tới nhiệt

-L

Í-

ấm hơn, thường không đủ oxy cho sinh vật.

ÁN

độ nào đó, sau đó độ tan các khí hiếm lại tăng theo nhiệt độ. Ví dụ, ở 1 atm,

He tan trong nước ít nhất ở 35 oC. Trong nhiều dung môi hữu cơ, độ tan các khí tăng theo nhiệt độ.

ÀN

IỄ N

Ảnh hưởng của áp suất đến độ tan của khí trong dung dịch

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

dung dịch. Nếu cần thiết, có thể lặp lại quá trình kết tinh lại nhiều lần để thu được chất

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

bão hòa, ta dễ dàng kết tinh chất cần tinh chế trong khi phần lớn tạp chất nằm lại trong

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

tinh chế đạt điều kiện dung dịch bão hòa xa trước khi tạp chất đạt điều kiện dung dịch

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

dịch sẽ chứa chất cần tinh chế với nồng độ cao, tạp chất với nồng độ thấp. Nếu chất cần

Ảnh hưởng của áp suất đến độ tan của chất khí trong dung dịch nước có qui luật

rõ ràng hơn nhiệt độ. William Henry (1775 – 1836) quan sát thấy độ tan các khí tăng theo áp suất riêng phần của khí trên bề mặt dung dịch, được biểu diễn trong biểu thức (9.7), gọi là định luật Henry. C = k x Pkhí

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(9.7)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 210

Trong biểu thức trên, C là nồng độ khí trong dung dịch ở nhiệt độ nhất định, Pkhí là áp suất hơi riêng phần của khí trên bề mặt dung dịch, và k là hằng số tỷ lệ thay đổi theo bản chất khí, nhiệt độ, đơn vị đo áp suất, và nồng độ khí.

sự thoát khí trong các chai nước uống có gas. Khí trong nước uống có gas thường là

Định luật Henry liên quan đến nhiều hiện tượng quen thuộc trong tự nhiên, ví dụ,

CO2. Để giữ CO2 trong nước uống, cần có áp suất hơi CO2 khá cao trong chai. Khi ta

đó nồng độ khí hòa tan trong máu và các dịch trong cơ thể họ cũng cao hơn bình

thường. Khi họ trở lên mặt nước, lượng N2 hòa tan dư trong máu và các dịch cơ thể

H Ư

thoát ra ở dạng các bọt khí rất nhỏ. Nếu họ nổi lên mặt nước quá nhanh, lượng N2 dư thoát ra nhanh, gây đau các chi, khớp, và có thể cả hệ thống thần kinh. Để tránh điều

TR ẦN

đó, có thể dùng hỗn hợp khí He – O2 cho bình thở thay vì không khí vì khí He ít tan trong máu hơn N2.

Định luật Henry (phương trình 9.7) không áp dụng đúng cho khí có áp suất quá

Áp suất hơi của dung dịch và phương pháp chưng cất phân đoạn

9.6.

10 00

cao hoặc các khí phân ly thành ion khi hòa tan vào nước, ví dụ, HCl.

Trong chương trước, ta thấy rằng trên bề mặt các chất lỏng luôn có hơi. Vậy áp

Í-

suất hơi của chất lỏng thay đổi thế nào nếu chúng chứa chất tan để tạo thành dung

-L

dịch? Hơn thế nữa, nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của chất lỏng thay đổi ra sao khi

ÁN

chúng chuyển thành dung dịch? Năm 1880, nhà hóa học người Pháp F.M. Raoult thấy rằng, với các dung dịch chỉ

ÀN

chứa dung môi A và chất tan B, áp suất hơi riêng phần của A và B trên dung dịch luôn

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Một ví dụ khác, các thợ lặn ở vùng nước sâu dùng các bình khí nén để thở, khi

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

CO2 đủ cao, ta sẽ quan sát thấy hiện tượng sủi bọt khí khi mở nắp chai.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

độ tan CO2 trong dung dịch giảm, và CO2 tan trong nước thoát ra. Nếu tốc độ thoát khí

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

mở nắp chai, phần hơi CO2 trên dung dịch thoát ra, tức là áp suất hơi CO2 giảm, dẫn tới

lượng giữa áp suất hơi trên dung dịch và áp suất hơi của dung môi được biểu diễn qua

định luật Raoult trong phương trình (9.8):

IỄ N

thấp hơn áp suất hơi của A và B tinh chất. Trong dung dịch lý tưởng, quan hệ định

PA = xA PoA

(9.8)

Trong đó PA là áp suất hơi riêng phần của cấu tử A, PoA là áp suất hơi của A tinh chất, và xA là nồng độ phần mol của A trong dung dịch. Vì xA + xB = 1, Ta có:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 211

xB = (PoA - PA)/ PoA

(9.9)

Một cách chặt chẽ, định luật Raoult chỉ áp dụng đúng cho dung dịch lý tưởng và các thành phần có thể bay hơi trong dung dịch. Với dung dịch không lý tưởng, định luật

Raoult áp dụng tốt cho dung môi A khi dung dịch loãng (xB < 0.02).

Hình 9.4 biểu diễn cân bằng lỏng  hơi của dung dịch toluene và benzene. Ở 25 oC, áp suất hơi của toluene và benzene lần lượt là 28.4 mmHg và 95.1 mmHg. Như

ÀN

đã nói, toluene và benzene tạo thành dung dịch lý tưởng, áp suất hơi của dung dịch theo

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÁN

-L

Í-

Hình 9.4. Đồ thị biểu diễn cân bằng lỏng  hơi của dung dịch lotuene và benzene ở 25 oC. Đường màu xanh dương (qua điểm 1) là áp suất hơi riêng phần của toluene, đường màu hồng (qua điểm 2) là áp suất hơi riêng phần của benzene. Đường nét đứt (qua điểm 3) là áp suất hơi tổng cộng của dung dịch. Đường xanh lá (qua điểm 4) biểu diễn thành phần của toluene và benzene trong pha hơi.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q A

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Cân bằng lỏng – hơi cho dung dịch lý tưởng

IỄ N

đúng định luật Raoult. Giả sử xét dung dịch với phần mol của toluene và benzene đều

bằng 0.5, ở 25 oC, áp suất hơi riêng phần của toluene là Ptoluene = 0.5 x 28.4 mmHg = 14.2 mmHg, chính là điểm 1 trên đường áp suất hơi của toluene ở Hình 9.4. Áp suất hơi riêng phần của benzene là Pbenzene = 0.5 x 95.1 mmHg = 47.6 mmHg, chính là điểm 2 trên đường áp suất hơi của benzene. Áp suất hơi tổng cộng của dung dịch là 61.8 mmHg, biểu diễn bởi điểm 3 trên đường áp suất hơi của dung dịch. Như vậy, thành phần mol của toluene trong pha hơi là 14.2 mmHg/61.8 mmHg = 0.23, của benzene trong pha hơi là 1 – 0.23 = 0.77, chính là điểm 4 trên đường thành phần pha hơi trong

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 212

Hình 9.4. Như vậy ta thấy đối với dung dịch lý tưởng có hai thành phần (dung môi và một chất tan), thành phần chất tan và dung môi trong pha dung dịch và pha hơi không bằng nhau, pha hơi giàu chất dễ bay hơi hơn pha dung dịch.

Í-

nhau dựa vào khả năng bay hơi khác nhau của chúng. Để xét quá trình chưng cất phân

-L

đoạn, người ta dùng một kiểu đồ thị cân bằng lỏng  hơi của dung dịch khác với đồ thị

ÁN

trong Hình 9.4, trong đó biểu diễn nhiệt độ sôi của dung dịch theo thành phần, nói cách

khác, biểu diễn nhiệt độ mà ở đó áp suất hơi của dung dịch là 1 atm. Hình 9.5 là đồ thị

ÀN

cân bằng lỏng  hơi của dung dịch toluene và benzene theo nhiệt độ sôi của dung dịch. Để ý rằng, toluene kém hay hơi hơn benzene nên nhiệt độ sôi của toluene

Đ IỄ N D

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Chưng cất phân đoạn là phương pháp tách các chất lỏng trong dung dịch ra khỏi

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hình 9.5. Đồ thị biểu diễn cân bằng lỏng  hơi của dung dịch toluene và benzene ở 1 atm.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q 10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Chưng cất phân đoạn

(110.6 oC) cao hơn của benzene (80.0 oC). Trái với đồ thị ở Hình 9.4, trong đồ thị Hình 9.5, đường thành phần hơi nằm trên đường thành phần dung dịch do pha hơi giàu chất dễ bay hơi hơn (giàu benzene hơn). Trên Hình 9.5 ta thấy, dung dịch với phần mol của benzene xbenzene(l) = 0.30 sôi ở o

98.6 C, ở nhiệt độ đó thành phần benzene trong pha hơi là xbenzene(h) = 0.51. Giả sử lấy hơi này ra và làm nguội đến khi chúng hóa lỏng, khi đó chất lỏng mới có thành phần mol của benzene là xbenzene(l)’ = 0.51 (điểm cuối của phân đoạn 1 trong đồ thị). Nếu tiếp tục Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 213

làm bay hơi dung dịch mới này, thành phần benzene trong pha hơi tăng lên, trở thành xbenzene(h)’ = 0.71. Tiếp tục tiến trình trên, pha hơi sẽ ngày càng giàu benzene hơn. Hình 9.6 mô tả hệ thống dụng cụ dùng trong chưng cất phân đoạn. Dung dịch toluene và phân đoạn được thiết kế với nhiều mâm chưng cất (tương ứng với nhiều phân đoạn

chưng cất trên đồ thị lý thuyết), ở đó các quá trình cân bằng hơi  lỏng mô tả bên trên

benzene cần tách được đun trong bình chưng cất, hơi dung dịch đi lên cột chưng cất

U Y

dễ bay hơi, trong trường hợp này là benzene. Hơi ra khỏi cột chưng cất được đi qua ống

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

ÁN Đ

Hình 9.6. Hệ thống chưng cất phân đoạn

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

chưng cất phân đoạn.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

cách thích hợp, người ta có thể tách từng chất lỏng ra khỏi dung dịch qua quá trình

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

sinh hàn và ngưng tụ thành chất lỏng. Bằng cách thay đổi chiều dài cột chưng cất một

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

xảy ra. Càng lên phía trên của cột chưng cất, nhiệt độ càng giảm và hơi càng giàu chất

Cân bằng lỏng – hơi trong dung dịch không lý tưởng Giản đồ cân bằng lỏng  hơi của các dung dịch không lý tưởng khác với dung dịch lý tưởng theo nhiều cách khác nhau:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 214

Trường hợp dung dịch acetone và chloroform: như đã nói ở phần 9.3, tương tác của các phân tử acetone và chloroform trong dung dịch mạnh hơn của các phân tử cùng chất riêng biệt, do đó đường áp suất hơi của dung dịch acetone cao hơn dung dịch lý tưởng.

Trường hợp dung dịch acetone và carbon disulfide: tương tác giữa các phân

và chloroform thấp hơn dung dịch lý tưởng, đường nhiệt độ sôi của dung dịch

U Y

carbon disulfide không phân cực. Khi này ta có đường áp suất hơi của dung

tưởng, giản đồ cân bằng lỏng  hơi có thể có cực đại hoặc cực tiểu trên

đường áp suất hơi, ứng với cực tiểu hoặc cực đại trên đồ thị nhiệt độ sôi. Ở

Hình 9.7. Giản đồ cân bằng lỏng  hơi của dung dịch nước và propanol

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

bằng nhau, dung dịch gọi là hằng phị.

H Ư

điểm cực đại hoặc cực tiểu, thành phần dung dịch trong pha lỏng và pha hơi là

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Khi tương tác giữa các phân tử trong dung dịch rất mạnh, vượt xa dung dịch lý

ẠO

hơn dung dịch lý tưởng.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

dịch cao hơn dung dịch lý tưởng và đường nhiệt độ sôi của dung dịch thấp

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

tử khác loại yếu hơn giữa các phân tử cùng loại do acetone phân cực và

Ví dụ, Hình 9.7 là đồ thị cân bằng lỏng  hơi của nước và propanol với điểm hằng phị chứa 71.7 % propanol theo khối lượng. Dung dịch ethanol trong nước cũng có giản đồ tương tự như vậy, nhưng với điểm hằng phị chứa 96.0% ethalnol theo khối lượng, điểm sôi ở đó là 78.174 oC. Ethanol tinh chất sôi ở nhiệt độ xấp xỉ, 78.3 oC. Bằng phương pháp chưng cất phân đoạn đã mô tả trên, ta có thể chưng chất dung dịch ethanol loãng cho đến khi thu được dung dịch hằng phị. Lúc đó thành phần ethanol trong pha lỏng và hơi bằng nhau, ta không thể tiếp tục tách để thu được dung dịch có hàm

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 215

lượng ethanol cao hơn được nữa. Vì lý do đó, hầu hết ethanol dùng trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp là ethanol 96%. Để có ethanol tuyệt đối, hay ethanol 100%, cần phải có những phương pháp đặc biệt hơn. Áp suất thẩm thấu của dung dịch

9.7.

Trong phần này, ta sẽ quan tâm tới áp suất thẩm thấu của các dung dịch gồm một

U Y

Trước tiên ta xem một số hiện tượng xảy ra trong thực tế. Nếu để hai dung dịch

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

A giảm xuống, lượng dung dịch B tăng lên. Như vậy, nước đã bay hơi trong buồng kín

và chuyển từ A sang B. Dung dịch A có nồng độ loãng hơn B, nghĩa là lượng nước trong

H Ư

A nhiều hơn, nên áp suất hơi nước của dung dịch A cao hơn dung dịch B, nghĩa là dung dịch A bay hơi mạnh hơn B. Trong buồng kín, quá trình bay hơi và ngưng tụ liên tục xảy

TR ẦN

ra và chuyển hơi nước từ A sang B cho tới khi đạt cân bằng, nồng độ chất tan trong A

-L

Í-

10 00

và B trở nên bằng nhau.

ÁN

Hình 9.8. Hơi nước chuyển từ dung dịch có nồng độ thấp (A) sang dung dịch có nồng độ cao hơn (B)

ÀN

Hình 9.9 mô tả một quá trình tương tự khác, nhưng sự di chuyển của nước không

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

dung dịch B, trong một buồng kín (Hình 9.8). Sau một thời gian ta thấy lượng dung dịch

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

nước của cùng một chất có nồng độ khác nhau, ví dụ dung dịch A có nồng độ thấp hơn

http://daykemquynhon.ucoz.com

v.v…

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

chất bay hơi và một chất không bay hơi. Ví dụ, các dung dịch nước của đường, urea,

IỄ N

xảy ra qua pha hơi, mà xảy ra trực tiếp trong pha lỏng. Một dung dịch đường được đặt trong ống thủy tinh thẳng đứng trong hình, ngăn cách với bình nước bên ngoài bằng một màng bán thấm. Màng bán thấm chỉ cho phép các phân tử nước di chuyển qua lại. Vì nồng độ nước tinh khiết trong bình cao hơn nồng độ nước trong dung dịch nước đường, các phân tử nước trong bình sẽ đi qua màng bán thấm vào trong ống đựng dung dịch nước đường, làm nồng độ nước đường loãng đi, và mực dung dịch nước đường tăng lên. Hiện tượng này gọi là thẩm thấu. Nồng độ dung dịch nước đường càng cao, hiện tượng thẩm thấu càng xảy ra mạnh, mực dung dịch nước đường tăng càng nhiều.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 216

Nếu ta để một áp lực nào đó lên dung dịch nước đường, hiện tượng thẩm thấu sẽ giảm đi. Áp suất cần thiết để chận không cho hiện tượng thẩm thấu xảy ra gọi là áp suất thẩm thấu. Ví dụ, với dung dịch đường sucrose 20%, áp suất thẩm thấu là 15 atm.

bản chất chất tan, chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất tan. Những tính chất của dung dịch

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ lớn của áp suất thẩm thấu không phụ thuộc vào

chỉ phụ thuộc nồng độ chất tan được gọi là tính hạt của dung dịch. Đối với dung dịch khá

G N H Ư TR ẦN B 10 00 A Ó H Í-L

IỄ N

ÀN

ÁN

Hình 9.8. Hiện tượng thẩm thấu: a) nước bên ngoài thấm qua màng bán thấm vào ống đựng dung dịch đường sucrose, làm mức dung dịch đường tăng lên đầy ống, và dung dịch đường nhỏ ra ngoài; b) hình phóng lớn tại vị trí màng bán thấm: các phân tử nước (hình cầu nhỏ) có thể di chuyển qua lại màng bán thấm.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

(9.10)

ẠO

RT = C RT

=

 V = nRT

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

phương trình (9.10).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

loãng của các chất tan không điện ly, áp suất thẩm thấu của dung dịch theo đúng

Trong biểu thức (9.10),  là áp suất thẩm thấu của dung dịch, R là hằng số khí lý

tưởng (0.08206 L atm mol –1 K–1), T là nhiệt độ Kelvin, n là số mol chất tan trong dung dịch, V là thể tích dung dịch, do đó C là nồng độ mol của dung dịch. Hầu hết màng tế bào trong cơ thể sinh vật hoạt động như các màng bán thấm, cho phép nước đi qua lại màng tế bào. Nếu dịch bên ngoài tế bào có nồng độ cao hoặc thấp hơn bên trong tế bào đều gây các hiện tượng trương nở hoặc co rút tế bào. Vì vậy

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 217

các dịch truyền vào máu phải có nồng độ tương đương với dịch trong cơ thể, khoảng 0.92% khối lượng NaCl trong một đơn vị thể tích dung dịch. Hiện tượng thẩm thấu ngược: xem hệ thống trong Hình 9.9, trong đó nước sạch

bởi màng bán thấm chỉ cho các phân tử nước đi qua. Bình thường, nước từ bình A sẽ

(pure water) được đặt ở bình A, nước biển (saltwater) đặt ở bình B, hai bình ngăn cách

thấm qua màng để vào bình B. Nếu ta đặt vào B áp lực cao hơn áp suất thẩm thấu của

Độ hạ nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi của các dung dịch

9.8.1. Dung dịch chứa chất tan không điện ly

Trong phần 9.5, ta đã thấy sự giảm áp suất hơi của dung dịch so với dung môi

-L

Í-

tinh chất. Trong thực tế, ta ít quan tâm đến việc đo áp suất hơi của dung dịch, mà thường quan tâm tới nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch. Trong phần này ta

ÁN

sẽ quan tâm tới nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung dịch với dung môi có thể bay

hơi, chất tan không bay hơi và không điện ly.

ÀN

Các kết quả thực nghiệm cho thấy, dung dịch có nhiệt độ đông đặc thấp hơn và

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TP ẠO Đ G N H Ư TR ẦN

9.8.

10 00

Hình 9.9. Sơ đồ thiết bị khử muối của nước biển bằng phương pháp thẩm thấu ngược

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

để loại bỏ các chất tan trong nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

được áp dụng để khử muối từ nước biển, thu nước ngọt dùng ở các hải đảo, hoặc dùng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

nó, nước từ bình B sẽ thấm ngược vào bình A. Hiện tượng này gọi là thẩm thấu ngược,

IỄ N

nhiệt độ sôi cao hơn dung môi của chúng. Với các dung dịch chứa chất tan không điện ly, độ hạ nhiệt độ đông đặc (Tf) và độ tăng nhiệt độ sôi (Tb) của dung dịch chỉ phụ thuộc vào dung môi và nồng độ molal (m) của chất tan. Khi nồng độ dung dịch khá loãng, độ hạ nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch theo đúng các phương trình sau: Độ hạ nhiệt độ đông đặc: Tf = - m Kf

(9.11)

Tb = m Kb

(9.12)

Độ tăng nhiệt độ sôi:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 218

Kf và Kb trong hai phương trình trên gọi là hằng số nghiệm đông và hằng số nghiệm sôi của dung môi. Các hằng số này của một số dung môi được cho trong Bảng 9.2. Trước đây, các nhà hóa học dùng các tính chất áp suất thẩm thấu, độ hạ nhiệt độ tan. Giới hạn của các phương pháp này là chỉ dùng cho các dung dịch loãng, và cần

U Y .Q

Sự giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch được dùng để tạo các hỗn hợp sinh

10 00

hàn bằng cách cho nước đá ở nhiệt độ thấp vào dung dịch muối ăn. Dung dịch tạo thành có nhiệt độ đông đặc thấp hơn 0 oC, nên ta có thể dùng nó để giữ dung dịch ở nhiệt độ

thấp hơn 0 oC, hoặc làm đông những dung dịch khác, ví dụ, làm đông hỗn hợp đường

và sữa để làm kem. Tương tự như vậy, rải muối lên đường là phương pháp chống sự

-L

Í-

đóng băng của tuyết trên đường khi nhiệt độ xuống dưới 0 oC.

ÁN

9.8.2. Dung dịch chứa chất tan điện ly

Khi đo độ hạ nhiệt độ đông đặc của các dung dịch muối, ví dụ dung dịch NaCl, ta

ÀN

thấy kết quả định lượng khác với dung dịch chứa chất tan không điện ly. Ví dụ, với dung

dịch nước 0.0100 m của một chất tan nào đó, dự đoán nhiệt độ đông đặc của chúng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

H Ư

ẠO

khi tạo thành dung dịch lý tưởng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Bảng 9.2. Hằng số nghiệm đông và nghiệm sôi của một số dung môi

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nghiệm sôi.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

dịch, do đó phương pháp nghiệm đông thường hay được dùng hơn phương pháp

nhiệt kế với độ chính xác cao. Ngoài ra, thường khó đo chính xác nhiệt độ sôi của dung

đông đặc, và độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch để xác định khối lượng mol các chất

IỄ N

theo phương trình (9.11) sẽ là – 0.0186 oC, điều này đúng với dung dịch urea. Tuy nhiên, với dung dịch NaCl 0.0100 m, nhiệt độ đông đặc đo được là – 0.0361 oC. Để giải thích điều này, van’t Hoff lưu ý rằng trong dung dịch nước, NaCl phân ly thành các ion dương và âm, do đó nồng độ tổng cộng của hạt (của ion) trong dung dịch tăng đáng kể, vì vậy nhiệt độ đông đặc của các chất điện ly thấp hơn các chất không điện ly có cùng nồng độ.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 219

Van’t Hoff định nghĩa giá trị i, gọi là hệ số van’t Hoff để đánh giá nồng độ các ion trong dung dịch điện ly như sau: (9.13)

Ví dụ, đối với dung dịch NaCl nói trên, ta có: i = – 0.0361 oC/– 0.0186 oC = 1.95.

Hệ số van’t Hoff được dùng để đánh giá mức độ điện ly của các chất. Với các

chất điện ly mạnh, hệ số van’t Hoff xấp xỉ bằng số ion chất đó có thể phân ly thành, ví

H Ư

dụ, hệ số van’t Hoff của dung dịch CaCl2 là 3 (vì CaCl2 phân ly thành Ca2+ và 2 Cl–). Với

TR ẦN

các chất điện ly yếu như acid acetic, hệ số van’t Hoff chỉ hơi lớn hơn 1.

10 00

Bảng 9.3. Giá trị hệ số van’t Hoff theo nồng độ của một số dung dịch

-L

Í-

Ngoài ra, các phép đo cho thấy hệ số van’t Hoff của các chất điện ly thay đổi theo

ÁN

nồng độ dung dịch. Bảng 9.3 cho thấy sự thay đổi đó. Dung dịch càng loãng, hệ số van’t Hoff càng tăng, và tiến đến giá trị giới hạn, ứng với sự phân ly hoàn toàn thành ion của

các dung dịch vô cùng loãng. Điều này có nguyên nhân từ tương tác hút giữa các ion

ÀN

trái dấu nhau trong dung dịch có nồng độ cao: cation được bao quanh chủ yếu bởi các

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

(9.16)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Tb = i m Kb

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(9.15)

U Y

Tf = - i m Kf

(9.14)

 = i C RT

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Đối với dung dịch điện ly, các biểu thức (9.10), (9.11), và (9.12) trở thành:

IỄ N

anion và ngược lại, làm nồng độ biểu kiến (nồng độ đo được) của các ion giảm so với tính toán lý thuyết, hệ số van’t Hoff giảm. Nồng độ biểu kiến của ion còn gọi là hoạt độ ion. Trong hầu hết các trường hợp với dung dịch có nồng độ không quá cao, ta có thể dùng nồng độ để dự đoán các tính chất của dung dịch với độ chính xác chấp nhận được. Nếu cần độ chính xác cao, ta phải dùng hoạt độ của dung dịch. Sự cần thiết phải dùng hoạt độ dung dịch thay cho nồng độ dung dịch được bàn kỹ trong phần cân bằng hóa học và entropy của phản ứng hóa học.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 220

9.9.

Dung dịch keo Trong các phần trên của chương này, ta đã xem xét các dung dịch trong đó chất

tan phân tán vào dung môi ở cấp độ phân tử hoặc ion, gọi là các dung dịch thực. Nếu

trong khoảng 1 – 1000 nm, khi đó các hạt phân tán đủ lớn để tạo dung dịch không đồng

chất phân tán có ít nhất một trong các chiều rộng, dài, hoặc cao của nó có kích thước

nhất, ta có thể có dung dịch keo. Ví dụ, khi cho đất vào một chậu nước và khuấy lên rồi

Ta có thể dễ dàng phân biệt dung dịch thực và dung dịch keo bằng cách chiếu

một nguồn sáng mạnh vào dung dịch và quan sát đường đi của ánh sáng như trong

Í-

Hình 9.10. Đối với dung dịch thực (ống nghiệm bên trái), ánh sáng đi xuyên qua mà

-L

không gây hiệu ứng gì đặc biệt. Nhưng với dung dịch keo, các tia sáng sẽ tán sắc theo

ÁN

các hướng khác nhau khi chiếu vào các hạt keo, do đó ta dễ dàng nhận biết đường đi

của chùm tia sáng (Hình 9.10, ống nghiệm phải). Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Tyndall để phân biệt dung dịch thực và dung dịch keo. Máu động vật, sữa… là một số

IỄ N

ÀN

dung dịch keo trong tự nhiên.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TP ẠO Đ G N H Ư TR ẦN B

10 00

Hình 9.10. Hiệu ứng Tyndall để phân biệt dung dịch thực và dung dịch keo

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

keo.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

dung dịch, hệ lơ lửng này có thể bền trong một khoảng thời gian dài, gọi là hệ dung dịch

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

để yên, hầu hết đất sẽ lắng xuống đáy chậu, tuy nhiên vẫn có một ít hạt đất lơ lửng trong

Các hạt phân tán, hay còn gọi là các hạt keo, trong dung dịch keo có thể có hình

cầu, hình dĩa, hoặc hình que, v.v… Trong dung dịch keo, bề mặt các hạt keo hấp phụ ion dung dịch và trở thành tích điện, ví dụ, Hình 9.11 cho thấy hạt keo xSiO2.yH2O tích điện âm do hấp phụ các ion OH– trong dung dịch. Khi đó, các hạt keo mang điện tích giống nhau nên đẩy nhau, vì vậy chúng không kết tụ để lắng xuống.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Hình 9.11. Bề mặt hạt keo xSiO2.yH2O tích điện âm do hấp phụ các ion OH– trong dung dịch.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

221

Hình 9.12. Phương pháp lọc bằng màng bán thấm để loại bớt ion ra khỏi dung dịch keo Như vậy, chính các ion trong dung dịch giữ cho hạt keo lơ lửng. Tuy nhiên, nếu nồng độ chất điện ly trong dung dịch quá cao, sẽ có hiện tượng tiếp tục hấp phụ các ion trái điện tích, làm trung hòa điện tích hạt keo và làm kết tủa hạt keo. Trong một số trường hợp, sự kết tủa các hạt keo là không có lợi, ta có thể lọc bỏ bớt ion trong dung

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 222

dịch keo để ngăn sự kết tụ bằng cách dùng màng lọc bán thấm như trong Hình 9.12. Khi đó, dung dịch keo có nồng độ ion cao được cho vào màng bán thấm và nhúng vào nước cất. Màng bán thấm ở đây cho phép dung môi và các ion đi qua, nhưng không cho các hạt keo có kích thước lớn đi qua màng. Do hiện tượng thẩm thấu, các ion trong dung

dịch keo sẽ chuyển dần ra ngoài, nồng độ ion trong dung dịch keo giảm xuống.

Máu của chúng ta là một hỗn hợp dung dịch keo, quá trình trao đổi chất trong cơ

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

cho những người suy thận.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

tả ở trên. Hiện nay, đã có các máy lọc thận bên ngoài cơ thể hỗ trợ làm chức năng này

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

lọc các ion thừa trong máu với cơ chế tương tự như màng bán thấm lọc chất điện ly mô

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

thể dẫn tới sự tăng nồng độ các “chất thải” ion trong máu. Thận của chúng ta làm việc

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC

BÀI TẬP HÓA ĐẠI CƢƠNG 1 (LƢU HÀNH NỘI BỘ)

THÁNG 10/2016

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 2

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1

MỤC LỤC

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ ................................................................................................................. 3

CẤU TẠO LỚP VỎ ELECTRON – HỆ THỐNG TUẦN HOÀN ................................................. 5

LIÊN KẾT HÓA HỌC ....................................................................................................................... 8

CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT ...................................................................... 11

DUNG DỊCH .................................................................................................................................... 13 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ – CẤU HÌNH ELECTRON – BẢNG PHÂN LOẠI TUẦN HOÀN 14

LIÊN KẾT HÓA HỌC – TRẠNG THÁI TẬP HỢP – DUNG DỊCH.......................................... 21

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

PHẦN 2: CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM ....................................................................................................... 14

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

PHẦN 1: TỰ LUẬN ...................................................................................................................................... 3

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 3

PHẦN 1: TỰ LUẬN 1.

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

Câu 1: Hãy nêu sự khác biệt giữa Lý Thuyết và Định Luật. Nêu ra 3 định luật và 3 lý thyết.

Câu 2: Hãy nêu các luận điểm của:

a) Định luật tỉ lệ bội

U Y

c) Thuyết Nguyên tử

trình bày trong bảng sau: Điện tích (1019 C)

Giọt dầu

13,458

17,308

15,373

28,844

17,303

11,545

15,378

19,214

Điện tích (1019 C)

10 00

TR ẦN

H Ư

Giọt dầu

Biết các điện tích này đều là bội số của một điện tích cơ bản. Hãy xác định điện tích cơ bản đó.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

Câu 5: Kết quả đo điện tích của các giọt dầu bằng một thiết bị tƣơng tự nhƣ thiết bị của Milikan đƣợc

Câu 6: Giả sử ta phát hiện một hạt tích điện dƣơng có tên là whizatron. Ta muốn xác định điện tích

cho hạt này bằng một thiết bị tƣơng tự nhƣ thiết bị giọt dầu rơi của Milikan.

a) Cần phải hiệu chỉnh thiết bị của Milikan nhƣ thế nào để có thể đo đƣợc điện tích hạt Whizatron. Điện tích (1019 C)

Giọt dầu

Điện tích (1019 C)

ÁN

5,76

7,20

-L

Í-

b) Kết quả đo điện tích các hạt dầu nhƣ sau:

2,88

10,08

8,64

Giọt dầu

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Câu 4: Hãy tính tổng khối lƣợng của 6 proton và 6 neutron sau đó so sánh giá trị này với khối lƣợng của một nguyên tử 12C. Hãy giải thích sự khác biệt về khối lƣợng này.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 3: Giá trị khối lƣợng và điện tích của electron đƣợc xác định nhƣ thế nào?

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b) Định luật thành phần xác định

IỄ N

Hãy xác định điện tích của hạt whizatron. Câu 7: Bán kính nguyên tử Hydrogen bằng 0,0529 nm. Bán kính hạt proton bằng 1,51015m. Giả sử

cả hai hạt đều có dạng hình cầu. Hãy tính tỉ lệ thể tích chiếm bởi hạt nhân Hydrogen so với thể tích toàn nguyên tử. Câu 8: Bán kính hạt neutron bằng 1,51015m. Khối lƣợng hạt bằng 1,6751027 kg. Hãy tính tỉ khối

của hạt neutron. Câu 9: Trƣớc năm 1962, thang đo khối lƣợng nguyên tử đƣợc xây dựng bằng cách gán khối lƣợng

nguyên tử bằng 16 amu cho oxy tự nhiên (hỗn hợp nhiều đồng vị). Biết khối lƣợng nguyên tử của Co là 58,9332 amu theo thang Cabon 12. Hãy tính khối lƣợng nguyên tử của Co theo thang oxy.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 4 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 10: Hãy xác định số lƣợng proton, neutron, electron có trong các nguyên tử và ion sau: 40 20

Ca ,

45 21

Sc , 91 40Zr,

39 19

K ,

65 30

Zn2 ,

108 47

Ag

Câu 11: Trong tự nhiên Sắt có 4 đồng vị nhƣ sau:

Hàm lƣợng (%)

55,9349

91,66

56,9354

2,19

57,9333

0,33

Hãy tính khối lƣợng nguyên tử trung bình của Fe

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

bằng 72,61 amu), máy in gắn với máy khôi phổ bị kẹt giấy khi bắt đầu in và ở đoạn cuối trang giấy. Phổ đồ thu đƣợc (có thể bị mất mũi tín hiệu ở đầu hoặc cuối trang giấy) có dạng nhƣ sau:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Câu 13: Trong một thí nghiệm đo khối lƣợng của các ion điện tích +1 của Ge (khối lƣợng nguyên tử

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 12: Khối phổ đồ của các ion có điện tích +1 của một nguyên tố có dạng nhƣ sau. Hãy xác định khối lƣợng nguyên tử của nguyên tố này. Cho biết đây là nguyên tố gì?

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

5,82

53,9396

U Y

Khối lƣợng (amu)

Đồng vị

Từ kết quả phổ này hãy cho biết: a) Có mũi tín hiệu nào bị mất không? b) Nếu có mũi tín hiệu bị mất thì sẽ bị mất ở phía nào?

Q ; 147 R , 3717T , 157 X , 167Y , 168 Z . Hãy tính số p, số n, số e của các nguyên tử này. Những nguyên tử nào là đồng vị? Đồng khối? Cho biết tên các nguyên tố.

Câu 14: Cho các nguyên tử:

35 17

O, 17O và 18O, còn cacbon có 2 đồng vị bền là: C và C. Hỏi có thể tạo bao nhiêu loại phân tử khí cacbonic?

Câu 15: Trong thiên nhiên, oxi có 3 đồng vị bền là: 12

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 5

Câu 16: Hãy tính khối lƣợng nguyên tử trung bình của các nguyên tố sau:

a) Iridi: 191Ir (37,3%), 193Ir (62,7%). b) Antimon: 121Sb (57,25%), 123 Sb (42,75%). c) Bạc: 107 Ag (51,82%), 109 Ag (48,18%).

d) Argon: 36 Ar (0,34%), 38 Ar (0,07%), 40 Ar (99,59%).

e) Sắt: 54Fe (5,85%), 56 Fe (91,68%), 57Fe (2,17%), 58Fe (0,41%).

f) Niken: 58Ni (67,76%), 60Ni (26,16%), 61Ni (2,42%), 62Ni (3,66%).



Quang phổ vạch Hidro.



Bản chất sóng – hạt của electron



Cấu tạo lớp vỏ electron theo thuyết cơ học lƣợng tử



Ý nghĩa hàm sóng, orbital



Cấu hình electron của nguyên tử



Hệ thống tuần hoàn

N H Ư TR ẦN

10 00

Câu 1: Hãy xác định tần số, số sóng và năng lƣợng của bức xạ có bƣớc sóng bằng 410 nm.

Í-

Câu 2: Cs thƣờng đƣợc dùng làm anot của tế bào quang điện. Bƣớc sóng ngƣỡng quang điện của Cs là 660 nm. Hãy cho biết khi chiếu bức xạ có bƣớc sóng 486 nm vào tấm Cs thì có thể làm bật electron ra khỏi tấm Cs không? Nếu có, hãy tính động năng của các quang electron này.

ÁN

-L

Câu 3: Hiệu ứng quang điện trên K và Ag đƣợc mô tả trong hình sau:

IỄ N

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Mối liên hệ giữa tần số, bƣớc sóng, năng lƣợng bức xạ. Hiệu ứng quang điện.



DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Nội dung cần lƣu ý:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

ẠO

CẤU TẠO LỚP VỎ ELECTRON – HỆ THỐNG TUẦN HOÀN

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

nguyên tử vàng có đƣờng kính là 2,9108 cm thì lá vàng này dày mấy nguyên tử.

U Y

Câu 17: Lá vàng sử dụng trong thí nghiệm của Rutherford có độ dày khoảng 0,0002 inch. Nếu một

Hãy giải thích. a) Vì sao các đƣờng biểu diễn không đi qua gốc tọa độ? b) Kim loại nào dễ nhƣờng electron hơn? Câu 4: Khi chiếu ánh sáng có độ dài sóng 205,0 nm vào bề mặt tấm bạc kim loại, các electron bị bứt ra với tốc độ trung bình 7,5105 ms1. Hãy tính năng lƣợng liên kết theo eV của electron ở lớp bề mặt của mạng tinh thể bạc?

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 6 Cho me = 9,111028g; h = 6,6261034 J.s; c  3108 ms–1.

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1

Câu 5: Khi chiếu một chùm ánh sáng với tần số bằng 21016 Hz xuống bề mặt kim loại M thì thấy

electron bị bật ra khỏi bề mặt kim loại và có động năng bằng 7,51018 J. Hãy xác định tần số ngƣỡng quang điện của kim loại.

Câu 6: Biết rằng một số vạch phổ của nguyên tử hidro nằm trong vùng UV đƣợc đặc trƣng bằng

b) n = 4 về n =1.

a) n = 3 về n = 1.

những bƣớc chuyển electron từ các lớp vỏ bên ngoài về lớp vỏ sát nhân (có n =1). Hãy tính bƣớc sóng của các vạch phổ khi electron chuyển từ:

U Y

a) Bƣớc sóng (nm) của các vạch phổ ứng với quá trình chuyển electron từ mức năng lƣợng có n = 4, 5, 6, 7 xuống mức n = 3 trong nguyên tử Hydro.

H Ư

b) Quả bóng đá (khối lƣợng 0,4 kg) chuyển động với vận tốc 5 m/s. c) Có nhận xét gì về tính chất sóng của hai vật.

TR ẦN

Câu 9: Hãy xác định độ bất định về vị trí của hai vật chuyển động sau:

a) Electron (khối lƣợng 9,11031) chuyển động với vận tốc 10 8 m/s

10 00

b) Viên đạn (m = 1 gam) chuyển động với vận tốc 30 m/s, giả thiết rằng sai số tƣơng đối về vận tốc cho cả hai trƣờng hợp là ∆v/v=10 5. c) Có nhận xét gì về chuyển động của hai vật.

Câu 10: Orbital là gì? Hãy cho biết ý nghĩa của hàm sóng?

Câu 11: Hãy giải thích các kí hiệu sau đây: 1s; 2s; 2p; 4p; 3d; 4f. Câu 12: Trong số các kí hiệu orbital sau đây, kí hiệu nào là sai? Tại sao? 1s, 1p, 7d, 9s, 3f, 4f, 2d.

Í-

Câu 13: Trong các bộ số lƣợng tử sau đây, bộ nào là đúng? bộ nào không thể hiện trạng thái cho phép

-L

của electron trong nguyên tử? Tại sao? b) n = 1, l = 1, ml = 0.

c) n = 1, l = 0 , ml = +2.

d) n = 3, l = 2, ml = +2.

e) n = 0, l = 0, ml = 0.

f) n = 2, l = –1, ml = +1.

ÁN

a) n = 2, l = 1 , ml = –1.

ÀN

Câu 14: Trong nguyên tử hiđro có bao nhiêu orbital có thể đƣợc kí hiệu là:

a) 5p

b) 3px

c) 4d

d) 4s

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

a) Electron (khối lƣợng 9,11031 kg) chuyển động với vận tốc 10 8 m/s.

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 8: Hãy tính bƣớc sóng de Broglie cho các vật sau:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

c) Năng lƣợng ion hóa (năng lƣợng cần để bứt electron ra khỏi nguyên tử ) của nguyên tử Hydro.

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

b) Năng lƣợng kích thích dùng để chuyển electron trong nguyên tử Hydro từ mức cơ bản lên mức có n = 3.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 7: Dựa vào công thức của Bohr hãy xác định:

e) 5f

IỄ N

Cho biết các số lƣợng tử ứng với các orbital đó?

Câu 15: Hãy cho biết ý nghĩa của các số lƣợng tử n, l, ml. Câu 16: Có bao nhiêu orbital 2p? Các orbital đó có điểm gì giống nhau? khác nhau? Câu 17: Giữa các orbital 2s và 3s; 2p và 3p có điểm gì khác nhau? Câu 18: Trong một nguyên tử có tối đa bao nhiêu electron có giá trị của các số lƣợng tử nhƣ sau:

a) n = 1, l = 0, ml = 0.

b) n = 2, l = 1.

c) n = 2, l = 1, ml = –1.

d) n = 3.

e) n = 3, l = 2.

f) n = 3, l = 2, ml = +1.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương A1 7 Câu 19: Hãy viết cấu hình electron ở trạng thái cơ bản của các nguyên tố có số thứ tự (Z) nhƣ sau: 5, 7, 10, 17, 22, 24, 29, 47, 59. Hãy cho biết các nguyên tố đó thuộc chu kì nào? Phân nhóm nào? Những electron nào là electron hóa trị của chúng? Câu 20: Hãy viết cấu hình electron nguyên tử ở trạng thái cơ bản của các nguyên tố sau:

a) Nguyên tố thuộc chu kì 3, phân nhóm chính nhóm VII. b) Nguyên tố thuộc chu kì 5, phân nhóm chính nhóm I.

c) Nguyên tố thuộc chu kì 4, phân nhóm phụ nhóm VII.

d) Nguyên tố thuộc chu kì 4, phân nhóm phụ nhóm II.

U Y

Câu 21: Trong số những nguyên tố dƣới đây hãy cho biết những nguyên tố nào thuộc cùng một chu kì

P (Z = 15)

Zr (Z = 40)

Cr (Z = 24)

Mo (Z = 42)

V (Z = 23)

ẠO

ii) S và Se

iii) B và N

iv) S và Cl

i) Li và K

Câu 22: Đối với mỗi cặp nguyên tố sau đây:

c) Nguyên tố nào có bán kính lớn hơn?

TR ẦN

b) Nguyên tố nào có năng lƣợng ion hóa cao hơn?

H Ư

a) Nguyên tố nào có ái lực với electron mạnh hơn?

Hãy cho biết và giải thích:

10 00

Câu 23: Năng lƣợng ion hóa thứ nhất (I1) của K (Z = 19) nhỏ hơn so với của Ca (Z = 20), nhƣng năng lƣợng ion hóa thứ hai (I2) của K lại lớn hơn của Ca. Hãy giải thích tại sao lại có sự ngƣợc nhau nhƣ vậy?

Câu 24: Trong số các nguyên tố: Na (Z = 11); Mg (Z = 12); P (Z = 15), S (Z = 16), nguyên tố nào có năng lƣợng ion hóa nhỏ nhất? Nguyên tố nào có năng lƣợng ion hóa lớn nhất? Tại sao?

Câu 25: Một nguyên tố có 3 trị số năng lƣợng ion hóa đầu tiên (tính ra kJ/mol) là: 11800; 500; 7300.

Í-

a) Hãy chỉ ra năng lƣợng ion hoá thứ nhất, thứ hai, thứ ba của nguyên tố.

-L

b) Nguyên tố đã cho là nguyên tố nào trong 3 nguyên tố sau đây: Zn, Li, Cl. Vì sao?

ÁN

Câu 26: Cấu hình electron của một số nguyên tố (ở trạng thái cơ bản) đƣợc cho nhƣ sau:

i) 1s2 2s2 2p5

ii) 1s2 2s2 2p6 3s1

i) [Ar] 4s2

iv) [Kr] 5s2 4d2

v) [Kr]5s2 4d10 5p4

vi) [Ar] 4s2 3d10

ÀN

Hãy cho biết:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

N (Z = 7)

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

S (Z = 16)

Ti (Z = 22)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

hoặc cùng một phân nhóm của bảng hệ thống tuần hoàn? Giải thích.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Hãy cho biết số thứ tự của nguyên tố đó.

a) Các nguyên tố đó chiếm vị trí nào trong bảng hệ thống tuần hoàn?

IỄ N

b) Các nguyên tố đó thể hiện khuynh hƣớng nhƣờng electron hay nhận electron mạnh hơn? Các nguyên tố đó là kim loại hay phi kim loại? c) Viết cấu hình electron của ion đơn giản tạo thành từ các nguyên tử của các nguyên tố đó.

Câu 27: Trong mỗi nhóm, sắp xếp các nguyên tố theo thứ tự tăng dần năng lƣợng ion hóa thứ nhất:

a) Na, Mg, Al.

b) C, N, O.

c) B, N, P.

Câu 28: Trong mỗi nhóm, sắp xếp các nguyên tố theo thứ tự ái lực electron thứ nhất mạnh dần:

a) F, Cl, Br, I.

b) Si, P, Cl.

c) K, Na, Li.

d) S, Cl, Se.

Câu 29: Sắp các ion trong mỗi dãy sau theo trật tự bán kính tăng dần:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 8 a) Cu, Cu+, Cu2+ b) Mg2+, Al3+, F–, Na+

c) S2–, Se2– , O2–

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1 d) Mg2+, Be2+, Ca2+, Ba2+

Câu 30: So sánh kích thƣớc của các nguyên tử và ion sau:

a) Mg2+ và Na +

b) Na+ và Ne

c) K+ và Cu+

d) Ca2+, Sc3+, Ga3+, Cl–

e) B 3+, Al3+, Ga3+

Câu 31: Ion X3+ có cấu hình electron là: [Ar] 3d3 . Hãy viết cấu hình electron của nguyên tử X. X là

nguyên tố thuộc chu kỳ nào? phân nhóm nào? là kim loại hay phi kim? c) Ái lực electron mạnh dần

b) Năng lƣợng ion hóa.

a) Bán kính nguyên tử.

Câu 32: Hãy sắp xếp các nguyên tố sau đây: Cl, Al, Na, P, F theo trật tự tăng dần của:

U Y

nhất theo đơn vị điện tích hạt nhân (Z) cho các nguyên tố thuộc chu kỳ 3. Giải thích quy luật biến đổi.

I1 :

520

899

801

I2 :

7300

1757

2430

a) I1 của Be lớn hơn I1 của Li, B.

TR ẦN

b) I2 của B nhỏ hơn I 2 của Li nhƣng lớn hơn I2 của Be.

H Ư

Hãy giải thích vì sao:

c) I2 của Be nhỏ hơn I 2 của Li.

Câu 35: Tần số các vạch phổ trong dãy Lyman của nguyên tử Hydro là 2,4661015; 2,9231015;

10 00 A

LIÊN KẾT HÓA HỌC

3,0831015; 3,2211015, 3,1571015 Hz. Hãy tính năng lƣợng ion hóa của H?

Nội dung cần lƣu ý

Phân loại liên kết hóa học, các lý thuyết về liên kết hóa học



Khái niệm năng lƣợng liên kết, năng lƣơng mạng tinh thể, độ dài liên kết, góc liên kết



Liên kết ion: giải thích sự hình thành liên kết ion theo thuyết Lewis, xây dựng chu trình Born Haber để xác định năng lƣợng mạng tinh thể, so sánh năng lƣợng liên kết của các hợp chất ion



Liên kết cộng hóa trị: giải thích liên kết CHT theo thuyết Lewis, viết công thức Lewis cho các hợp chất CHT, hình dạng phân tử CHT, thuyết tƣơng tác các cặp electron (VSEPR), thuyết liên kết hóa trị (VB), khái niệm tạp chủng (lai hóa) orbital, các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền liên kết CHT, mô tả sự hình thành các liên kết trong phân tử CHT theo thuyết VB.

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-



https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

ba nguyên tử sau (tính ra kJ/mol):

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Câu 34: Thực nghiệm cho biết năng lƣợng ion hoá thứ nhất (I 1 ) và năng lƣợng ion hoá thứ hai (I2 ) của

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 33: Tra số liệu trong sổ tay hóa học và vẽ đồ thị biểu diễn sự thay đổi của năng lƣợng ion hóa thứ

Thuyết vân đạo phân tử (MO): các luận điểm chính của thuyết MO, xây dựng giản đồ năng lƣợng cho các MO của phân tử 2 nguyên tử, sử dụng thuyết MO giải thích độ bền liên kết và từ tính của các phân tử CHT, liên kết trong kim loại.

Câu 1: Giữa các nguyên tử có thể hình thành các loại liên kết nào? Hãy cho biết đặc tính của các loại

liên kết đó. Câu 2: Hãy giải thích sự khác nhau giữa các khái niệm:

a) Liên kết cộng hóa trị và liên kết cộng hóa trị phân cực.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1 b) Liên kết cộng hóa trị phân cực và liên kết ion.

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 9

Câu 3: Hãy cho biết liên kết trong các chất sau thuộc loại liên kết gì?

NaF, Cl2, CO2, SO2, HF, Be, Si, Cu, Fe, C Câu 4: So sánh năng lƣợng mạng tinh thể của các hợp chất ion sau (biết rằng chúng có cấu trúc tinh thể tƣơng tự nhau):

b) MgO, NaF, KCl

a) NaF, NaCl, NaBr, NaI.

Câu 5: Tra cứu số liệu trong sổ tay hóa học, xây dựng chu trình Born Haber, và tính giá trị năng lƣợng

mạng tinh thể cho các hợp chất sau: KF, LiCl

U Y

hình dạng phân tử của các phân tử sau:

ẠO

Câu 8: Viết công thức Lewis cho các phân tử và ion sau: CO; CO32; H2CO3; HCO3. Dựa vào công

thức Lewis hãy so sánh độ dài nối của liên kết C-O trong các ion và hợp chất trên.

Câu 9: Sắp xếp các phân từ dạng AF n sau theo thứ tự tăng dần của giá trị góc liên kết F-A-F: BF3,

H Ư

BeF2, CF4 , NF3, OF2.

Câu 10: Độ âm điện là gì? Cho biết ý nghĩa của khái niệm độ âm điện khi đánh giá bản chất của liên

TR ẦN

kết hóa học. Việc gán cho mỗi nguyên tố một giá trị độ âm điện không đổi có hợp lí không? Tại sao?

Câu 11: Chỉ dựa vào vị trí của các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn hãy sắp xếp các nguyên tố trong mỗi nhóm theo chiều tăng dần của độ âm điện:

b) P, As, Sb

a) Mg, Si, Cl

10 00

Câu 12: Dựa vào khái niệm độ âm điện thay đổi hãy sắp xếp các nguyên tử và ion trong mỗi dãy theo

trật tự độ âm điện tăng dần:

b) Na+, Mg2+, Al3+

a) O2–, O– , O

Câu 13: Chỉ dựa vào vị trí của các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn hãy sắp xếp các mối liên kết theo trật tự tăng dần độ phân cực:

-L

Í-

a) C–F; Si–F; Ge–F; F–F.

b) P–Cl, S–Cl; Se–Cl; Cl–Cl.

ÁN

c) Al–Br; Al–F; Al–Cl; F–F.

Câu 14: Theo quan điểm của thuyết VB, điều kiện cần thiết để các nguyên tử tạo liên kết cộng hóa trị với nhau là gì? Các orbital nào có thể là các orbital hóa trị? Thế nào là liên kết , , liên kết đơn, liên kết bội?

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

SO2; SO3; SO42; S2O32 (có mạch S-S-O); S2O82 (có mạch O-S-O-O-S-O); SF4; SF6; SF2; F3S-SF).

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Câu 7: Dự đoán trạng thái tạp chủng (lai hóa) của nguyên tử lƣu huỳnh trong các phân tử và ion sau:

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

CF4; NF3; OF2 ; BF3; BeH2; TeF4; AsF5 ; KrF2; KrF4; SeF6; XeOF4; XeOF2; XeO4.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 6: Viết công thức Lewis, dự đoán trạng thái tạp chủng (lai hóa) của nguyên tử trung tâm, xác định

IỄ N

Câu 15: Năng lƣợng liên kết cộng hóa trị là gì? Ý nghĩa của nó? Độ bền của liên kết cộng hóa trị phụ thuộc vào các yếu tố nào?

Câu 16: Năng lƣợng của một số liên kết cộng hóa trị có giá trị nhƣ sau:

Liên kết

Eliên kết (kJ/mol)

Liên kết

Eliên kết (kJ/mol)

H–F

566

H–Br

366

H–Cl

432

H–I

298

So sánh độ bền liên kết và giải thích nguyên nhân thay đổi dựa trên thuyết VB.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 10 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 17: Biết năng lƣợng phân ly D của phân tử F 2 và Cl2 lần lƣợt là 159 và 243 kJ/mol, trong khi đó độ dài liên kết F–F và Cl–Cl lần lƣợt là 1,41 và 1,99 Å. Giải thích sự thay đổi năng lƣợng liên kết dựa trên sự hình thành liên kết cộng hóa trị theo VB. Câu 18: Hãy nêu định nghĩa về hóa trị, thế nào là điện hóa trị, cộng hóa trị, số oxi hóa? Số oxi hóa của

các nguyên tố có luôn trùng với hóa trị của chúng trong các hợp chất hay không? Tại sao?

Câu 19: Hãy cho biết cấu tạo nguyên tử của N và P. Xét xem các nguyên tố đó có thể có hóa trị mấy? Số oxi hóa mấy?

Câu 20: Dùng thuyết liên kết hóa trị giải thích sự tạo thành các phân tử sau: N 2, F2, Cl2.

U Y

Câu 22: a) Hãy viết công thức cấu tạo của các phân tử: C2H6, C2H4 , C2H2 .

Câu 24: Viết công thức cấu tạo, xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm của các phân tử và ion sau: O2, O3, H2O, H2O2, CO2, SO2 , BF3, BF4 –, PO43–, SO4 2–, ClO–, ClO2 , ClO3–, ClO4–.

H Ư

lƣỡng cực bằng không (= 0) và một phân tử có momen lƣỡng cực khác không (  0). Câu 26: So sánh góc liên kết và momen lƣỡng cực của các phân tử trong dãy sau và giải thích: H 2O,

TR ẦN

H2S, H 2Se, H2Te.

Câu 27: Các phân tử sau có momen lƣỡng cực hay không? Giải thích?

a) CF4

b) CO 2

c) H2O

d) BF3

Câu 28: Moment lƣỡng cực của các phân tử SO 2 bằng 1,67 D, còn moment lƣỡng cực phân tử CO 2

10 00

bằng không. Giải thích.

Câu 29: Phân tử NF3 (0,24 D) có moment lƣỡng cực nhỏ hơn nhiều so với phân tử NH 3 (1,46 D). Giải

thích.

Câu 30: Phân tử allene có công thức câu tạo nhƣ sau: H 2C=C=CH2 .Hãy cho biết 4 nguyên tử H có

nằm trên cùng một mặt phẳng hay không? Giải thích.

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 25: Thế nào là một lƣỡng cực? Momen lƣỡng cực là gì? Hãy cho biết một phân tử có momen

Í-

Câu 31: Biacetyl (CH3(CO)2CH3) và acetoin (CH 3CH(OH)(CO)CH3) là hai hợp chất đƣợc cho thêm

ÁN

-L

vào magarin làm cho magarin có mùi vị giống nhƣ bơ. Hãy viết công thức lewis, dự đoán trạng thái tạp chủng của các nguyên tử cacbon trong hai phân tử này.

ÀN

Cho biết 4 nguyên tử C và 2 nguyên tử O trong biacetyl có nằm trên cùng một mặt phẳng hay không? Giải thích. O

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

b) Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và hình dạng của các phân tử trên.

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Câu 23: a) Hãy viết công thức cấu tạo của các phân tử: CO 2, SiF4, SF6

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

b) Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử C trong các phân tử trên.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 21: Sự lai hóa là gì? Hãy cho ví dụ.

IỄ N

biacetyl

acetoin

Câu 32: Công thức Lewis của Al2 Cl6 và I2 Cl6 nhƣ sau:

Hãy cho biết phân tử nào có cấu trúc phẳng, giải thích.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương A1 11 +  2 Câu 33: Vẽ giản đồ năng lƣợng các MO và cấu hình electron của các phân tử: O 2 , O2, O2 , O2 , N2, F2+, F2 , B2 , C2 , Be2 , CN, CN, CO. a) Tính bậc liên kết trong phân tử? b) Nhận xét độ bền liên kết và độ dài liên kết. c) Nhận xét về từ tính của các chất. b) He2; He2+; He22+.

c) Be2 ; Li2; B 2.

a) H2+; H2; H2 ; H2 2.

Câu 34: Trong số các phân tử và ion sau, phân tử và ion nào có thể tồn tại? Giải thích.

Câu 35: Viết cấu hình electron theo thuyết MO cho các phân tử và ion sau. Tính toán các giá trị bậc

của nguyên tử F? Giải thích.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

ẠO

Câu 37: Phân tử F2 có năng lƣợng ion hóa thứ nhất lớn hơn hay nhỏ hơn năng lƣợng ion hóa thứ nhất

Câu 38: Sử dụng thuyết liên kết hóa trị và thuyết MO để mô tả liên kết trong ion C 22 (có trong phân

tử CaC2)

H Ư

Câu 39: Mô tả liên kết trong NO; NO; NO+ bằng thuyết liên kết hóa trị và thuyết MO. Dựa vào thuyết

CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT

TR ẦN

MO hãy dự đoán sự biến đổi về độ biền liên kết, độ dài nối N-O trong 3 phân tử này.

10 00

Câu 1: Nêu đặc điểm khác nhau giữa các trạng thái khí, lỏng, rắn. Nguyên nhân nào dẫn tới sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các chất?

Câu 2: Một bình Ar có thể tích 35,8 lít đƣợc nối với một bình trống thể tích 1875 lít. Nếu nhiệt độ

đƣợc giữ không đổi, và áp suất khí khi cân bằng là 721 mmHg. Tính áp suất ban đầu của bình khí theo atm?

Í-

Câu 3: 4,25 lít khí ở 25,6oC có áp suất đo đƣợc là 748 mmHg. Lƣợng khí đó ở 26,8oC, 742 mmHg sẽ

-L

chiếm thể tích bao nhiêu?

Câu 4: 10 gam một chất khí chứa trong bình có thể tích 5,25 lít ở 25oC, áp suất đo đƣợc là 762 mmHg.

ÁN

Thêm 2,5 gam cùng chất khí đó vào bình và tăng nhiệt độ lên đến 62 oC. Hỏi áp suất khí trong bình bây giờ là bao nhiêu? Câu 5: 35,8 gam khí O2 đƣợc chứa trong bình có thể tích 12,8 lít ở 46oC. Tính áp suất khí trong bình?

ÀN

Câu 6: 2,65 gam một khí CFC có thể tích 428 mL, áp suất 742 mmHg ở 24,3oC. Phần trăm khối lƣợng

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Câu 36: Hãy giải thích vì sao năng lƣợng ion hóa thứ nhất của phân tử N 2 (1501 KJ/mol) lại lớn hơn năng lƣợng ion hóa thứ nhất của nguyên tử N (1402 KJ/mol).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

c) H2 ; B2 ; F2.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

d) N2 ; N2 +; N2 .

U Y

b) CN; CN; CN +.

a) O2; O2 +; O2 ; O2 2.

liên kết. Cho biết chất nào là thuận từ, nghịch từ?

các nguyên tố trong CFC gồm: 15,5 %C, 23,0 %Cl, 61,5 %F. Hãy xác định công thức phân tử của khí?

IỄ N

Câu 7: Trong các khí sau, khí nào có khối lƣợng riêng lớn nhất ở điều kiện tiêu chuẩn: Cl2, SO2 , N2O,

ClF3? Câu 8: Một bình khí chứa N 2 với khối lƣợng riêng của chất khí là 1,8 g/L ở 32o C. Tính áp suất khí

theo mmHg? Câu 9: Khối lƣợng riêng của hơi phosphor ở 310 oC, 775 mmHg là 2.64 g/L. Xác định công thức phân

tử của P ở điều kiện trên? Câu 10: Một bình khí có thể tích 53,7 lít chứa N2 ở 28,2 atm và 26oC. Phải thêm vào bình bao nhiêu

gam khí Ne để áp suất khí trong bình tăng lên thành 75,0 atm?

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 12 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 11: Trong một bình có thể tích 2,24 lít ở 0oC có chứa 1,6 gam oxy. Làm thế nào để áp suất khí trong bình thành 2 atm? a) Thêm 1,6 gam O2 .

b) Lấy ra bớt 0,8 gam O2 .

c) Thêm 2,0 gam He.

c) Thêm 0,6 gam He.

Câu 12: Nếu 0,00484 mol N2O khuếch tán ra khỏi miệng bình trong 100 phút. Hỏi bao nhiêu gam NO2

sẽ khuếch tán ra khỏi miệng bình trên trong cùng thời gian?

Câu 13: Tính tỉ lệ của vận tốc khuếch tán của N2 đối với O2 , của 14CO2 đối với 12CO2 ?

Câu 14: Biết nhiệt hóa hơi của nƣớc lỏng ở 25oC là 44 kJ/mol. Tính áp suất hơi của nƣớc lỏng ở 35oC

U Y

Câu 15: Nhiệt độ sôi của các chất N2 , O2, Cl2, ClNO, CCl4 lần lƣợt là 77.3; 90.19; 239.1; 266.7; 349.9 K. Giải thích sự thay đổi nhiệt độ sôi của các chất trên.

Câu 17: Áp suất hơi của methyl alcohol (CH 3OH) là 40 mmHg ở 5oC, nhiệt hóa hơi của nó là 38,0

kJ/mol. Hỏi methyl alcohol sôi ở nhiệt độ nào?

H Ư

giữa hai loại này.

Câu 19: Đồng kim loại có cấu trúc mạng tinh thể lập phƣơng tâm diện (ccp). Bán kính nguyên tử Cu là

TR ẦN

128 pm.

a) Tính kích thƣớc ô mạng cơ sở của mạng tinh thể Cu?

b) Có bao nhiêu nguyên tử Cu thuộc về mỗi ô mạng cơ sở?

10 00

c) Tính khối lƣợng riêng của Cu?

Câu 20: Tungsten kim loại kết tinh trong mạng lập phƣơng tâm với bán kính nguyên tử là 139 pm. Tính khối lƣợng riêng của tungsten?

Câu 21: Bạc Clorua có cấu trúc tinh thể dạng lập phƣơng tâm mặt (Hình 1). Ô mạng cơ sở của AgCl

ÁN

-L

Í-

đƣợc thể hiện trong hình vẽ. Hãy xác định tỉ khối (gam/cm3) của AgCl? Biết rằng ô mạng cơ sở của AgCl có cạnh bằng 5,549 Å. (Cho Ag=107,86; Cl=35,45)

Hình 1: Cấu trúc của AgCl

IỄ N

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 18: Thế nào là trạng thái tinh thể? Trạng thái vô định hình? Nêu các tính chất vật lý khác nhau

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Bơm một hydrocarbon khí vào bình đến áp suất 749,3 mmHg và 20oC thì bình cân nặng là 56,2445 gam. Tìm khối lƣợng mol của hydrocarbon trên?

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Câu 16: Một bình thủy tinh có thể tích 132,10 mL, cân nặng 56,1035 gam khi hút chân không bình.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

(Dùng phƣơng trình Clausius – Clapeyron)?

Câu 22: Giản đồ pha của CO2 đƣợc trình bày trong Hình 2.

a) Hãy cho biết ở điều kiện 31oC, 6 atm, CO 2 tồn tại ở thể gì? b) Hãy mô tả quá trình chuyển pha xảy ra khi giảm dần nhiệt độ của CO 2 từ 31oC tới – 60oC (trong khi giữ nguyên áp suất 6 atm). c) Giải thích vì sao băng khô (CO 2 rắn) không nóng chảy mà chỉ thăng hoa ở điều kiện nhiệt độ áp suất thƣờng.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 13

U Y

Hình 2: Giản đồ pha của CO2

ẠO

Câu 25: Xếp các chất sau theo chiều nhiệt độ nóng chảy tăng dần vào giải thích: H 2O, SO2 , SiO2, O2.

Câu 26: Sắp xếp các chất trong mỗi dãy sau theo trật tự nhiệt độ sôi tăng dần và giải thích:

a) C5H12, C4H9OH, C5H11 OH.

H Ư

b) F2, Cl2, Br2, I2. c) HF, HCl, HBr, HI.

10 00

TR ẦN

Câu 27: Nhiệt độ sôi và phân tử lƣợng của các chất nhƣ sau:

a) Giải thích tại sao phân tử lƣợng của (B), (C) nhỏ hơn của (A) và (D) nhƣng chúng lại có nhiệt độ sối cao hơn?

Í-

b) Tại sao nhiệt độ sôi của (C) cao hơn của (B)?

-L

Câu 28: Chất khí nào dễ hóa lỏng nhất trong các khí sau: CH 4, CO2, F2 , NH3? Tại sao?

ÁN

Câu 29: Chất nào trong các dãy sau tan nhiều trong nƣớc nhất? tại sao?

a) C2H6, C2H2, C2H5Cl, NH 3, H2 S.

b) CH 3Cl, CH3OH, CH3OCH3.

IỄ N

ÀN

Câu 30: Các hợp chất liên kết cộng hóa trị có cấu trúc mạng tinh thể và nhiệt độ nóng chảy thế nào? So sánh cấu trúc tinh thể và nhiệt độ nóng chảy của CO 2 và SiO2, giải thích.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Câu 24: So sánh nhiệt độ nóng chảy của CaO và KI. Giải thích.

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP

Vẽ hình biểu diễn các liên kết đó.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 23: Giữa các phân tử HF và phân tử nƣớc có thể tạo thành các liên kết hydrogen theo kiểu nào?

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1

DUNG DỊCH

Câu 1: Một dung dịch ethanol – nƣớc đƣợc pha bằng cách hòa tan 10,00 mL ethanol (CH3CH2OH) có

d = 0,789 g/mL với lƣợng đủ nƣớc để tạo ra 100 mL dung dịch có d = 0,982 g/mL. Tính toán nồng độ của ethanol theo các giá trị: tỷ lệ % thể tích, nồng độ %, phân mol (tỷ lệ mol), nồng độ mol, nồng độ molan. Lƣu ý nêu các giả định cần thiết (nếu có) cho các tính toán này. Câu 2: 11,3 mL methanol lỏng đƣợc hòa tan vào nƣớc để tạo ra 75,0 mL dung dịch với khối lƣợng riêng 0,980 g/mL. Tính phân mol, nồng độ mol và nồng độ molan của dung dịch. Lƣu ý nêu các giả định cần thiết (nếu có) cho các tính toán này.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 14 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 3: Trong các trƣờng hợp sau, trƣờng hợp nào tạo ra dung dịch lý tƣởng, gần lý tƣởng, không lý tƣởng hoặc không thể tạo ra dung dịch. Giải thích a. CH3CH2OH, nƣớc.

c. octanol và nƣớc.

b. hexane, octane.

Câu 4: Tinh thể I 2 rắn tan trong dung môi nào: nƣớc hay CCl4. Giải thích.

a. Tính lƣợng muối NH4 Cl kết tinh khi hạ nhiệt độ dung dịch xuống 20oC. Biết độ tan NH4 Cl trong nƣớc ở 20oC và 60oC lần lƣợt là 38 g NH4Cl/100 g H2O và 56 g NH4 Cl/100 g H2O

Câu 5: Một dung dịch đƣợc điều chế bằng cách hòa tan 95 g NH 4Cl trong 200 g H2 O ở 60oC.

b. Nêu giải pháp để làm tăng hiệu suất kết tinh của NH4Cl.

U Y

nƣớc. Tính nồng độ mol của O2 trong dung dịch nƣớc bão hòa khi O2 ở điều kiện áp suât khí quyển bình thƣờng (pO2 = 0,2095 atm). Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Câu 7: Độ tan của N2 trong máu tại nhiệt độ 37 oC và 1 atm là 6,2 × 10-4 M. Nếu một thợ lặn hít không

ngƣời ta pha một dung dịch với phân mol của benzene là 0,4. Tính áp suất riêng phần của từng chất lỏng và áp suất hơi tổng cộng của dung dịch.

là 5,85 mmHg ở 298K. Tính khối lƣợng mol của albumin.

H Ư

Câu 10: Biết 50 mL dung dịch huyết thanh chứa 1,08 g albumin. Dung dịch này có áp suất thẩm thấu

TR ẦN

Câu 11: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch MgCl2 có nồng độ 0,0530 M ở 25 oC.

Câu 12: Hòa tan 1,20 g một hợp chất cộng hóa trị vào 50 g benzen. Nhiệt độ đông đặc của dung dịch là 4,92oC. Xác định khối lƣợng phân tử của hợp chất trên. Biết rằng nhiệt độ đông đặc của benzen là 5,48oC và kđ là 5,12oC/m.

10 00

Câu 13: Nicotine, hợp chất chiết xuất từ lá cây thuốc lá, là một chất lỏng có thể hòa tan hoàn toàn vào

nƣớc ở nhiệt độ dƣới 60 oC.

a. Tính toán nồng độ molan của dung dịch nicotine, biết dung dịch đông đặc ở -0,450oC.

b. Nếu dung dịch trên thu đƣợc bằng cách hòa tan 1,921 g nicotine vào 48,92 g nƣớc, hãy tính khối lƣợng mol của nicotine.

Í-

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 9: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch sucrose C 12H22O11 có nồng độ 0,0010 M ở 25 oC.

-L

Câu 14: Tính nhiệt độ đông đặc của dung dịch MgCl2 với nồng độ molan là 0,00145 m. Biết hằng số

nghiệm đông của nƣớc là 1,86 oC.m-1.

PHẦN 2: CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM

IỄ N

ÀN

ÁN

Câu 15: Dung dịch NH3 trong nƣớc và dung dịch acid acetic (HC 2H3O2) trong nƣớc đều là các dung dịch dẫn điện yếu. Tuy nhiên, khi trộn hai dung dịch này với nhau ta đƣợc dung dịch với độ dẫn điện cao hơn. Giải thích.

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Câu 8: Áp suất hơi của benzene và toluene ở 25 oC lần lƣợt là 95,1 và 28,4 mmHg. Từ hai chất này,

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

khí (phân mol N2 = 0,78) ở độ sâu với bình khí có áp suất 2,5 atm, hãy tính nồng độ N 2 có trong máu.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 6: Ở 0oC và áp suất riêng phần của oxy là 1 atm, độ tan của O2 trong nƣớc là 2,18 × 10-3 mol O2/L

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ – CẤU HÌNH ELECTRON – BẢNG PHÂN LOẠI TUẦN HOÀN

Trong mỗi câu sau, chọn một câu trả lời thích hợp nhất Câu 1: Sau đây là một số tính chất của các đồng vị của cùng một nguyên tố:

(i) có cùng bậc số nguyên tử Z và số khối lƣợng A khác nhau (ii) khác nhau duy nhất giữa các đồng vị là số neutron chứa trong nhân nguyên tử

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương A1 15 (iii) nguyên tử lƣợng của một nguyên tố là trung bình cộng của các số khối lƣợng của các đồng vị theo tỉ lệ của các đồng vị này trong tự nhiên (iv) trừ đồng vị có nhiều nhất, các đồng vị khác đều là các đồng vị phóng xạ a. Chỉ có (i) đúng.

b. (i), (ii), (iii) đều đúng.

c. Chỉ có (i) và (iv) đúng.

d. Chỉ có (ii) và (iii) đúng. b. Các nguyên tử phóng xạ

24 12

T . Các cặp nguyên tử có cùng tên gọi hóa học là:

25 12

a. Cặp X, Y và cặp Z, T c. Cặp Y, Z

b. Chỉ có cặp X, Y d. Chỉ có cặp Z, T

Câu 5: Phần lớn khối lƣợng của nguyên tử 11 H là:

b. Khối lƣợng của electron

c. Khối lƣợng của neutron và electron

d. Khối lƣợng của proton

H Ư

a. Khối lƣợng của proton và neutron

a. 13 neutron

TR ẦN

Câu 6: Nhôm có bậc số nguyên tử là 13 và số khối 27, nghĩa là nguyên tử của nó có:

b. 14 proton

c. 14 electron

d. 14 neutron

10 00

Câu 7: Tính số sóng  = 1/ khi electron của nguyên tử H từ lớp n = 10 rơi xuống lớp n = 5? Biết hằng số Rydberg R H = 1,097 x 107 m1 .

a. 1,3105 cm1

b. 3,3107 cm1

c. 3,3105 cm1

d. 3,3103 cm1

Câu 8: Độ dài sóng  của photon phát xạ khi electron từ quĩ đạo Bohr n = 5 sang quĩ đạo n = 2 có giá

trị là:

b. 434 nm

c. 486 nm

a. 410 nm

d. 565 nm

-L

Í-

Biết độ dài sóng (m) có thể tính theo công thức:

ÁN

1 1 1  1, 097x10 7 2  2  n1 n 2

Câu 9: Năng lƣợng và độ dài bƣớc sóng bức xạ phát ra khi một electron từ quĩ đạo Bohr có n = 6 di

chuyển đến quĩ đạo có n = 4 là: b. -7,5661020 J và 2,626106 m

c. 7,5661020 J và -2,626106 m

d. 7,5661020 J và -2,626106 cm

IỄ N

ÀN

a. 7,5661020 J và 2,626106 m

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

24 11

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

23 11

d. 72,0

ẠO

Câu 4: Cho các nguyên tử:

c. 36,0

b. 35,5

U Y

Cl chiếm 75% và Cl chiếm 25%. Khối lƣợng nguyên tử của Cl là:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

a. 34,5

Câu 3: Chlor gồm 2 đồng vị

d. Đồng vị nhiều nhất của H 35

c. Nguyên tử Li

a. Nguyên tử He

Câu 2: Bất cứ nguyên tử nào cũng chứa proton, neutron, và electron, trừ:

Câu 10: Độ dài sóng của bức xạ do nguyên tử H phát ra tuân theo hệ thức:



 1,097 x107

1 1 2  n1 n2 2

Với trạng thái đầu n1 = 3 và trạng thái cuối n = 1, bức xạ này ứng với sự chuyển electron: a. Từ lớp 3 xuống lớp 1, bức xạ thuộc dãy Lyman

b. Từ lớp 1 lên lớp 3, bức xạ thuộc dãy Lyman

c. Từ lớp 3 xuống lớp 1, bức xạ thuộc dãy Balmer

d. Từ lớp 1 lên lớp 3, bức xạ thuộc dãy Balmer

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 16 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 11: Nếu ở trạng thái cơ bản của nguyên tử H, electron có năng lƣợng E 1 = -13,6 eV, ở trạng thái kích thích thứ nhất, E2 = -3,4 eV, và trạng thái kích thích thứ hai, E 3 = -1,5 eV. Tính năng lƣợng của photon phát ra khi electron ở trạng thái kích thích thứ nhì trở về các trạng thái kia. a. 13,6 eV; 3,4 eV; 1,5 eV

b. -13,6 eV; -3,4 eV; -1,5 eV

c. 12,1 eV; 10,2 eV; 1,9 eV

d. -12,1 eV; -10,2 eV; -1,9 eV

Câu 12: Các vạch trong dãy Lyman có độ dài sóng ngắn nhất so với các vạch của dãy Balmer hay

Paschen vì:

a. Lớp n = 1 có năng lƣợng thấp nhất

U Y

c. Lớp n = 2 có năng lƣợng cao hơn lớp n = 1

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

d. Sai biệt năng lƣợng giữa các lớp liên tiếp là bằng nhau

c. chỉ (ii) đúng

d. chỉ (iii) đúng

TR ẦN

b. Trên mỗi quĩ đạo Bohr, electron có năng lƣợng xác định

H Ư

a. Electron quay quanh nhân trên quĩ đạo hình ellipse

Câu 14: Chọn phát biểu SAI về kiểu nguyên tử Bohr áp dụng cho nguyên tử:

c. Electron chỉ phát xạ hoặc hấp thu năng lƣợng khi di chuyển từ quĩ đạo này sang quĩ đạo khác

d. Tần số  của bức xạ phát ra hoặc hấp thu khi electron di chuyển giữa 2 quĩ đạo có chênh lệch năng lƣợng E là:  = E / h

10 00

Câu 15: Số lƣợng tử chính và phụ lần lƣợt xác định:

a. Hình dạng và sự định hƣớng của vân đạo

b. Định hƣớng và hình dạng của vân đạo

c. Khoảng cách trung bình giữa electron và nhân nguyên tử, và hình dáng vân đạo d. Khoảng cách trung bình giữa electron và nhân nguyên tử, và định hƣớng của vân đạo a. 5, 3, 10

ÁN

-L

Câu 16: Vân đạo 5d có số lƣợng tử chính n, số lƣợng tử phụ l, và số electron tối đa trên nó là:

b. 5, 2, 6

c. 5, 4, 10

d. 5, 2, 10

Câu 17: Orbital 1s của nguyên tử H có dạng cầu, nghĩa là:

ÀN

a. Nguyên tử H là một hình cầu b. Xác suất bắt gặp electron 1s của nguyên tử H là nhƣ nhau theo mọi hƣớng trong không gian

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

b. chỉ (i) đúng

a. (i), (ii), (iii) đều đúng

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

(iii) 33 proton

ẠO

(ii) 42 electron

(i) 75 neutron

Í-

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 13: Một nguyên tử trung hòa điện có bậc số nguyên tử Z = 33 và số khối A = 75 chứa:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b. Sự sai biệt năng lƣợng giữa các lớp n > 1 với lớp 1 là lớn nhất

IỄ N

c. Khoảng cách của electron 1s tới nhân nguyên tử là hằng số d. Electron 1s chỉ di chuyển trong hình cầu đó

Câu 18: Trong các orbital sau, orbital nào định hƣớng theo các đƣờng phân giác của 2 trục x, y:

a. dx2-y2

b. dxy

c. px

d. py

Trong các câu hỏi dưới đây, sử dụng qui ước sau: electron điền vào các orbital nguyên tử theo thứ tự m l từ +l  -l, và m s từ +1/2  -1/2. Câu 19: Trong bộ 3 số lƣợng tử sau, bộ hợp lý là:

(i) (3, 2, -2) a. chỉ có (i)

(ii) (3, 3, 1) b. (i) và (iv)

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

(iii) (3, 0, -1) c. (iii) và (iv)

(iv) (3, 0, 0) d. chỉ có (ii)

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương A1 17 Câu 20: Một electron của nguyên tử Fe (Z = 26) có 1 trong 4 số lƣợng tử là -2. Electron đó phải thuộc phân lớp: a. 3d

b. 4s

c. 4d

d. 3p

Câu 21: Một electron hóa trị nào đó của nguyên tử O (Z = 8) ở trạng thái cơ bản có thể có bộ 4 số lƣợng tử nhƣ sau:

a. (1, 0, 0, +1/2)

b. (2, 2, 0, -1/2)

c. (2, 1, -1, +1/2)

d. (3, 0, 0, +1/2)

Câu 22: Một electron trong nguyên tử X có bộ 4 số lƣợng tử nhƣ sau (2,1, 0, +1/2). Vậy trong X

c. (2, 1, 0, -1/2)

d. (2, 0, 0, -1/2)

c. (4, 0, 0, +1/2)

d. (4, 1, 0, +1/2)

b. (4, 0, 0, -1/2)

b. Fe (Z = 26)

c. Zn (Z = 30)

Câu 25: Các phát biểu sau đều đúng, trừ:

d. Zr (Z = 40)

a. Số lƣợng tử chính n có thể có bất cứ giá trị nguyên dƣơng nào với n  1

H Ư

b. Số lƣợng tử phụ không thể có giá trị bằng số lƣợng tử chính

c. Lực hút giữa nhân nguyên tử và electron lớp ngoài cùng giảm dần khi n tăng

TR ẦN

d. Electron của H + có 4 số lƣợng tử là (1, 0, 0, +1/2)

Câu 26: Một nguyên tử O khi bị kích thích có thể có cấu hình electron nào trong số sau:

b. 1s2 2s2 2p3 2d1

a. 1s2 2s2 2p4

c. 1s2 2s2 2p5

d. 1s2 2s2 2p3 3s1

10 00

Câu 27: Sự phân bố electron của nguyên tử C trong các orbital nhƣ sau:

1s2() 2s2() 2px1()

tuân theo:

2py1() b. Kiểu nguyên tử Bohr

c. Qui tắc Hund

d. Nguyên lý ngoại trừ Pauli

Í-

a. Nguyên lý bất định Heisenberg

-L

Câu 28: Chọn cấu hình electron đúng cho nguyên tử trung hòa điện có Z = 24.

b. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

c. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

d. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

ÁN

a. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4

Câu 29: Si có Z = 14. Cấu hình electron của nguyên tử Si ở trạng thái cơ bản là:

ÀN

a. 1s2 2s2 2p6 3s2

b. 1s2 2s2 2p8 3s2

c. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

d. 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

a. K (Z = 19)

ẠO

nguyên tố:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Câu 24: Electron cuối của một nguyên tử có 4 số lƣợng tử là (4, 2, +1, +1/2). Vậy nguyên tử đó thuộc

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

a. (3, 0, 0, +1/2)

U Y

Câu 23: Electron cuối cùng của nguyên tử K có bộ 4 số lƣợng tử là:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b. (2, 1, 0, +1/2)

a. (2, 0, 0, +1/2)

không thể có một electron khác có 4 số lƣợng tử là:

IỄ N

Câu 30: Trong các nguyên tử C, O, N, F, nguyên tử có 3 electron độc thân là:

a. C

b. N

c. O

d. F

Câu 31: Cho biết tên các vân đạo ứng với:

(i) n = 5, l = 2

(ii) n = 4, l = 3

a. 4f, 3s, 5d, 2p

b. 5s, 4f, 3s, 2p

(iii) n = 3, l = 0 c. 5d, 4f, 3s, 2p

(iv) n = 2, l =1 d. 5f, 4d, 3s, 2p

Câu 32: Nguyên tử Fe (Z = 26) có:

a. Vân đạo hóa trị là 4s, số electron hóa trị là 2 b. Vân đạo hóa trị là 3d, số electron hóa trị là 6

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 18 c. Vân đạo hóa trị là 3d và 4s, số electron hóa trị là 3

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1

d. Vân đạo hóa trị là 4s và 3d, cố electron hóa trị là 8 Câu 33: Nguyên tử Cu ở trạng thái cơ bản có số electron độc thân là:

a. 2

b. 1

c. 3

d. 4

Câu 34: Cho 2 nguyên tử sau với điện tử áp chót có 4 số lƣợng tử là:

b. A là O, B là N

c. A là F, B là Na

d. A là Si, B là Cl

a. A là S, B là C

B (2, 1, 1, +1/2)

A (3, 1, -1, +1/2)

c. [Ar] 4s2 3d10 4p2

d. [Ar] 4s2 3d6

b. 15

c. 2

d. 3

ẠO

b. X là kim loại, chu kỳ 3, nhóm VIA

c. X là phi kim, chu kỳ 3, nhóm IIA

d. X là phi kim, chu kỳ 3, nhóm VIA

a. X là phi kim, chu kỳ 3, nhóm IV A

a. Nguyên tố s

H Ư

Câu 38: Nguyên tố Z = 38 đƣợc xếp loại là:

b. Nguyên tố p

c. Nguyên tố d

d. Nguyên tố f

TR ẦN

Câu 39: Trong cùng phân nhóm chính, khi đi từ trên xuống, bán kính nguyên tử:

a. Tăng dần do Z tăng

b. Giảm dần do Z tăng

10 00

c. Tăng dần do số lớp electron tăng trong khi Z tăng chậm d. Không thay đổi do số lớp electron tăng nhƣng Z cũng tăng

Câu 40: So sánh bán kính nguyên tử của các nguyên tố sau: S, Cl, K, Ca.

a. K > Ca > S > Cl

b. S < Cl < K < Ca

d. Cl > S > Ca > K

Í-

Câu 41: Chọn phát biểu đúng:

c. S > Cl > K > Ca

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 37: Nguyên tố X có cấu hình electron là [Ne] 3s2 3p4 .

-L

a. I tăng đều từ trái qua phải trong chu kỳ

ÁN

b. I tăng đều từ trên xuống dƣới trong phân nhóm chính

c. I tăng từ trái qua phải trong chu kỳ qua những cực đại địa phƣơng d. I giảm dần từ trái qua phải trong chu kỳ

ÀN

Câu 42: Be (Z = 4) và B (Z = 5), năng lƣợng ion hóa của chúng tăng đột ngột ở các giá trị I nào?

b. Be: giữa I1 và I 2; B: giữa I3 và I4

c. Be: giữa I2 và I3; B: giữa I1 và I2

d. Be: giữa I2 và I 4; B: giữa I2 và I3

IỄ N

a. Be: giữa I2 và I3; B: giữa I3 và I4

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

a. 5

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Câu 36: Nguyên tố X thuộc chu kỳ 4, nhóm V B (nhóm 5) có số eletron hóa trị là:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

b. [Ar] 4s2 3d4

a. [Ar] 4s2 3d2

U Y

thái cơ bản là:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 35: Nguyên tố X thuộc chu kỳ 4, nhóm IV A (nhóm 14), cấu hình electron nguyên tử X ở trạng

Câu 43: Trong 3 nguyên tử Ne (Z = 10), Na (Z = 11), v à Mg (Z = 12), nguyên tử có năng lƣợng ion

hóa I1 lớn nhất và năng lƣợng ion hóa I2 nhỏ nhất lần lƣợt là: a. Ne và Ar

b. Ne và Mg

c. Mg và Ne

d. Na và Mg

Câu 44: Một trong 4 nguyên tố Na, Mg, Al, Si có các giá trị năng lƣợng ion hóa (kJ/mol) nhƣ sau:

I1: 578

I2: 1820

I3: 2570

I4: 11600

Nguyên tố đó là: a. Na

b. Mg

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

c. Al

d. Si

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương A1 19 Câu 45: Năng lƣợng ion hóa của các nguyên tố trong cùng chu kỳ hay phân nhóm chính biến thiên nhƣ sau: a. Giảm dần từ trái qua phải, tăng dần từ trên xuống dƣới b. Tăng dần từ trái qua phải, tăng dần từ dƣới lên trên c. Tăng dần từ phải qua trái, giảm dần từ dƣới lên trên

d. Tăng dần từ trái qua phải, tăng dần từ trên xuống dƣới

Câu 46: Tại sao năng lƣợng ion hóa I1 của Flớn hơn I1 của Li?

U Y

b. Điện tích hạt nhân nguyên tử của F lớn hơn của Li, nhƣng cả Li và F đều có số lớp electron bằng nhau

a. Năng lƣợng cần thiết để tách electron ra khỏi nguyên tử

b. Năng lƣợng cần thiết để tách electron ra khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản

H Ư

c. Năng lƣợng cần thiết để tách electron ra khỏi nguyên tử cô lập ở trạng thái cơ bản

TR ẦN

d. Năng lƣợng cần thiết để tách eletron ra khỏi nguyên tử cô lập ở trạng thái cơ bản và trung hòa điện Câu 48: Trong các nguyên tử sau, nguyên tử nào có khuynh hƣớng nhận thêm electron yếu nhất?

a. He

b. O

c. F

d. H

Câu 49: Ái lực electron của oxy lần lƣợt là A1 = -142 kJ/mol, A2 = 844 kJ/mol. Các giá trị trên đƣợc

10 00

giải thích nhƣ sau:

a. Thêm electron thứ 2 vào nguyên tử O ta đƣợc cấu hình electron của khí hiếm bền, do đó phóng thích nhiều năng lƣợng hơn

b. O  có bán kính nhỏ hơn O nên hút electron mạnh hơn

Í-

c. O có điện tích âm nên đẩy mạnh electron thứ nhì

-L

d. O  có bán kính lớn hơn O nên hút electron yếu hơn a. K+

ÁN

Câu 50: Trong các ion sau, ion nào có ái lực electron mạnh nhất?

b. Be2+

c. O

d. O 2

Câu 51: So sánh ái lực electron thứ nhất A1 của H, O, và F:

ÀN

a. A1 của 3 nguyên tố trên đều âm và A1(H) < A1(O) < A1(F)

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Câu 47: Năng lƣợng ion hóa thứ nhất là:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

d. Cả 3 lý do trên đều đúng

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

c. Điện tử hoá trị của Li ở xa nhân hơn so với điện tử hóa trị của F và chịu nhân hút ít hơn

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

a. Electron hóa trị 2p của F có năng lƣợng thấp hơn electron hóa trị 2s của Li

IỄ N

b. A1 của 3 nguyên tố đều dƣơng và A1(H) < A1(O) < A1(F)

c. A1 của O và F âm, của H dƣơng d. A1 của 3 nguyên tố đều âm và A1(H) > A1(O) > A1(F)

Câu 52: Một nguyên tố hóa học X thuộc chu kỳ ngắn và phân nhóm VIA hoặc VIIA (16 hoặc 17) có các tính chất sau:

a. X là kim loại, có R x lớn, I1 nhỏ

b. X là phi kim, có R x nh ỏ, I1 lớn

c. X là kim loại, có R x lớn, I1 lớn

d. X là kim loại, có R x lớn, I1 nhỏ

Câu 53: So sánh tính base của các hydroxide sau: NaOH, Mg(OH) 2, Al(OH)3 :

a. NaOH > Al(OH)3 > Mg(OH)2

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

b. NaOH < Mg(OH) 2 < Al(OH)3

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 20 c. Al(OH)3 < Mg(OH)2 < NaOH

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1 d. Al(OH)3 < NaOH < Mg(OH)

Câu 54: C, Si, và Sn ở cùng một nhóm trong bảng phân loại tuần hoàn. Sắp các oxide của chúng theo

thứ tự tăng dần tính acid: a. CO2 < SiO2 < SnO2

b. SiO2 < SnO2 < CO2

c. SnO2 < CO2 < SiO2

d. SnO2 < SiO2 < CO2

Câu 55: Nguyên tố có Z = 28 đƣợc xếp loại là:

c. nguyên tố d

d. nguyên tố f

c. Halogen

d. Khí hiếm

b. Kim loại kiềm

U Y

a. Kim loại chuyển tiếp 3d

4 lựa chọn sau được dùng cho các câu hỏi 56  59:

Câu 56: Nhóm nguyên tố nào dễ bị oxy hóa nhất?

ẠO

Câu 59: Sự xây dựng lớp vỏ electron trong nhóm nào không đƣợc thực hiện ở lớp ngoài cùng?

Đ N

a. F có độ âm điện lớn hơn Cl

H Ư

b. Cl2 là chất oxy hóa mạnh hơn F2 c. Bán kính nguyên tử của F nhỏ hơn của Cl

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

d. Trong điều kiện thƣờng, cả hai đều là chất khí có phân tử 2 nguyên tử

IỄ N

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 60: Chọn phát biểu sai đối với Cl và F:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Câu 58: Nhóm nguyên tố nào có độ âm điện lớn nhất?

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Câu 57: Nhóm nguyên tố nào có năng lƣợng ion hóa thứ nhất cao nhất trong chu kỳ của chúng?

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b. nguyên tố p

a. nguyên tố s

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 21

LIÊN KẾT HÓA HỌC – TRẠNG THÁI TẬP HỢP – DUNG DỊCH

Trong mỗi câu sau, chọn một câu trả lời thích hợp nhất Câu 1: Chọn phát biểu sai:

a. Liên kết giữa một kim loại và phi kim luôn mang tính cộng hóa trị

b. Liên kết giữa 2 phi kim là liên kết cộng hóa trị

U Y

d. Liên kết ion và liên kết cộng hóa trị là các liên kết hóa học có độ bền cao

d. Cả 4 chất trên

a. BaCl2

b. KCl 2

ẠO

Câu 3: Trong các chất sau, chất có % ion trong liên kết nhỏ nhất là:

c. MgO 

Câu 4: So sánh bán kính các ion S , Cl , K , Ca :

d. CCl4

b. r S2 > rCl > rCa2+ > r K+

c. rS2 < rCl < r K+ < rCa2+

d. r S2 = rCl > r K+ = rCa2+

H Ư

a. rS2 > rCl > r K+ > rCa2+

Câu 5: Biết rằng tốc độ thẩm thấu các ion qua màng tế bào tỉ lệ nghịch với bán kính ion. Chọn phát

TR ẦN

biểu đúng:

a. Ion K+ thẩm thấu qua màng tế bào nhanh hơn ion Na +

b. Ion Cl và Na+ thẩm thấu qua màng tế bào nhanh nhƣ nhau

10 00

c. Ion Na + thẩm thấu qua màng tế bào nhanh hơn ion K + d. Ion Ca2+ thẩm thấu qua màng tế bào chậm hơn ion K +

Câu 6: Trong các ion sau, ion nào thẩm thấu qua màng tế bào nhanh nhất?

b. Cl.

c. Ba2+.

a. Ca2+.

d. H +.

-L

a. H2 và BaF2

Í-

Câu 7: Trong các chất H 2, BaF2, NaCl, NH3, chất nào có % tính ion cao nhất và thấp nhất?

b. BaF2 và H2

c. NaCl và H2

d. BaF2 và NH3

ÁN

Câu 8: Trong các hợp chất ion sau, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, hợp chất nào có năng lƣợng mạng tinh thể

lớn nhất, hợp chất nào có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất? a. NaCl, CsCl

b. KCl, RbCl

c. CsCl, NaCl

d. RbCl, CsCl

ÀN

Câu 9: Dựa vào năng lƣợng mạng tinh thể (giả sử năng lƣợng hydrat hóa không đáng kể), sắp các chất

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

c. CaF2, KCl

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

b. HF, SiF4

a. HF, CaF2 , KCl

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 2: Trong các hợp chất HF, SiH4, CaF2 , KCl, hợp chất mang tính ion là:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

c. Liên kết cộng hóa trị càng kém bền khi sai biệt năng lƣợng giữa các vân đạo nguyên tử tham gia liên kết của 2 nguyên tử càng lớn

sau theo thứ tự độ tan trong nƣớc tăng dần: b. MgO < BeO < KCl

c. BeO < MgO < KCl

d. BeO < KCl < MgO

IỄ N

a. KCl < BeO < MgO

Câu 10: Dựa trên tính cộng hóa trị của liên kết trong các chất AgF, AgCl, AgBr, AgI, sắp các chất này

theo thứ tự độ tan trong nƣớc tăng dần: a. AgF < AgCl < AgBr < AgI

b. AgI < AgBr < AgCl < AgF

c. AgF < AgCl < AgI < AgBr

d. AgF > AgCl > AgBr > AgI

Câu 11: Trong các chất Al2O3, CaO, KCl, CsCl, chất nào có năng lƣợng mạng tinh thể nhỏ nhất?

a. Al2O3

b. CaO

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

c. KCl

d. CsCl

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 22 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 12: Năng lƣợng mạng tinh thể NaCl tính theo công thức sau là:

rCl = 1,83 Å

rNa+ = 0,98 Å

a. -183,3 kcal/mol

-1

C m s

n=9

-1

1 kcal = 4,18 J

e = 1,602.10

b. 183,3 kcal/mol

-19

A = 1,74756

c. 185,3 kcal/mol

d. -185,3 kcal/mol

Câu 13: Chọn phát biểu đúng:

a. Tính cộng hóa trị của thủy ngân halogenur giảm dần từ HgCl 2 đến HgI2

U Y

b. Với cùng một kim loại, sulfur có tính ion cao hơn oxide

H Ư

b. Li+ có bán kính nhỏ hơn Na + trong khi I- có bán kính lớn hơn Clc. LiI có năng lƣợng mạng tinh thể cao hơn NaCl

TR ẦN

d. Hai lý do a và b đều đúng

Câu 15: Công thức cấu tạo của ozone và trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm là:

O: sp3

O: sp2

d. O – O – O

c. O = O = O

b. O = O

10 00

a. O – O

Câu 16: So sánh và giải thích sự khác biệt độ tan trong nƣớc của SO2 và CO2:

a. SO2 tan nhiều hơn CO2 do phân tử SO2 phân cực, phân tử CO 2 không phân cực

b. Cả hai đều là những hợp chất cộng hóa trị nên rất ít tan trong nƣớc

Í-

c. SO2 tan ít hơn CO2 vì SO2 có khối lƣợng phân tử lớn hơn CO 2 d. SO2 tan ít hơn CO2 do SO2 có năng lƣợng mạng tinh thể lớn hơn CO2

ÁN

Câu 17: Chọn cấu hình hình học của các phân tử sau:

17.1. CO2 a. Thẳng hàng

17.2. PCl5

17.3. CCl4

b. Tam giác phẳng

c. Tứ diện

17.4. BF3 d. Lƣỡng tháp tam giác

ÀN

Câu 18: Kiểu orbital lai hóa nào có thể áp dụng cho nguyên tử trung tâm trong các chất sau:

18.1. NH3

a. sp

b. sp2

d. sp3 d

e. sp3 d2

IỄ N D

18.2. ICl3

18.3. XeF4

18.4. SF6

18.5. NH4+

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

a. LiI có nhiều tính cộng hóa trị, NaCl có nhiều tính ion

-L

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 14: LiI tan nhiều trong rƣợu, ít tan trong nƣớc, nhiệt độ nóng chảy tƣơng đối thấp. Các dữ kiện trên ngƣợc lại so với NaCl do:

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

d. Với cùng một halogen, ion Ba 2+ tạo liên kết có tính cộng hóa trị cao hơn ion Al3+

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

c. Tính cộng hóa trị của liên kết ion tăng dần khi bán kính anion càng lớn, bán kính cation càng nhỏ, và điện tích cation càng lớn

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

o = 8,8543.10

-12

với:

NA(ZC .ZA )e2 1 (1  ) 40 (rC  rA ) n

U

18.6. SCl4

c. sp3

Câu 19: Trong chu kỳ 2, N và O tồn tại ở trạng thái phân tử 2 nguyên tử N2 và O2, còn trong chu kỳ 3,

trạng thái phân tử 2 nguyên tử P2 và S2 không bền vì: a. P và S không tạo đƣợc liên kết  b. P và S có độ âm điện nhỏ hơn N và O

c. P và S có kích thƣớc nguyên tử lớn nên liên kết  giữa P – P và S – S không bền d. P và S có nhiều electron hơn N và O

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1 Câu 20: Có bao nhiêu liên kết  và  trong các phân tử sau? 20.1. CO2

20.2. N2

a. 2, 0

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 23

20.3. H2O

b. 1, 1

20.4. O2

c. 1, 2

d. 2, 2

c. O – C – O

d. C – O = O

Câu 21: Công thức cấu tạo thích hợp của CO 2 là:

b. O = C  O

a. O = C = O

Câu 22: Trong các phân tử và ion sau đây, CCl4 , NH4 +, SO4 2, NH3, tiểu phân nào có cơ cấu hình học

d. CCl4, NH4 +, và SO42

c. chỉ có CCl4

b. CCl4, NH3, và SO42

a. CCl4 và NH3

tứ diện đều giống CH4?

d. HCl và NH3

Câu 24: Lai hóa của P trong POCl 3 và cơ cấu lập thể của phân tử này là gì?

b. sp3, tứ diện không đều

c. sp2 , tam giác đều

d. dsp2, vuông phẳng

ẠO

a. sp3 , tứ diện đều

Câu 25: Ở trạng thái rắn, PCl5 gồm các ion PCl4 + và PCl6. Lai hóa và dạng hình học của P trong các

H Ư

ion này là gì?

b. dsp2, d2 sp3 – tứ diện đều, bát diện

c. dsp2, sp3 d2 – vuông phẳng, bát diện

d. dsp2, d2 sp3 – vuông, bát diện

TR ẦN

a. sp3 , sp3d2 – tứ diện đều, bát diện

Câu 26: Theo thuyết VB, trong phân tử CH3CHO, liên kết  giữa C – C đƣợc tạo thành do sự xen phủ

b. sp3 và sp2

10 00

a. sp3 và sp

Câu 27: Phân tử BrF3 có dạng:

a. Tam giác

của các orbital lai hóa:

b. vuông

c. sp2 và sp2

d. sp2 và sp

c. Tháp tam giác

d. chữ T

b. PCl3 và NH3

c. BeCl3 và AlCl3

Í-

a. BeCl2 và PCl3

Câu 28: Trong các chất sau, BeCl2, AlCl3, PCl3 , NH3, chất nào có thể cho phản ứng dimer hóa hoặc polymer hóa?

d. cả 4 chất trên

a. AlF3

ÁN

đạo sp và p?

-L

Câu 29: Theo thuyết VB, chất nào trong 4 chất sau có liên kết s đƣợc tạo nên do sự xen phủ các vân

b. BeCl2

c. CH4

d. NH 3

Câu 30: Trong các chất sau, chất nào có moment lƣỡng cực bằng không?

a. CH4

b. H 2O

a. OF2

b. SF2

c. HF

d. NH 3

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

c. NH3

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

b. HCl và KCl

a. H2 và NH3

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

cực?

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Câu 23: Trong các hợp chất sau, H2, HCl, NH 3, KCl, hợp chất nào chứa liên kết cộng hóa trị phân

IỄ N

Câu 31: Trong các phân tử sau, phân tử nào không thể tồn tại?

c. OF4

d. SF4

Câu 32: Tìm điểm không đúng đối với hợp chất BCl3:

a. Phân tử phẳng b. Bậc liên kết trung bình là 1,33 c. Phân tử rất kém bền, không thể tồn tai trạng thái tự do d. Góc nối Cl – B – Cl là 120o Câu 33: Theo thuyết VB, số liên kết cộng hóa trị tối đa mà N có thể tạo thành trong các hợp chất là:

a. 3

b. 4

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

c. 5

d. 6

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 24 Câu 34: Công thức cấu tạo thích hợp nhất của XeO3 là:

a. O Xe

b. O Xe

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1

c. O Xe

d. O Xe

Câu 35: Trong các hợp chất CO2, CH3OH, CO, CO32-, hợp chất có độ dài nối C – O ngắn nhất là:

b. CH3OH

c. CO

d. CO32

c. 109,5o

d. 180o

c. 1,5

d. 2

b. nhỏ hơn 109,5o

b. bát diện

a. tứ diện

d. lƣỡng tháp tam giác

c. tháp vuông

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

Câu 38: Phân tử IF5 có cơ cấu hình học nào?

c. CO2, NO2

b. CO2, NO2

a. CO2, NO2+

ẠO

Câu 39: Trong các tiểu phân sau, CO2 , NO2 , NO2 +, NO2, tiểu phân nào có cơ cấu thẳng hàng?

d. NO 2, NO2+

d. He2 +

H Ư

c. H22

b. H 2

a. He2 2+

Câu 41: Phân tử Be2 không tồn tại vì:

b. Be2 có tính phóng xạ nên không bền

TR ẦN

a. Be là kim loại

d. Be2 biến thành Be2 + và Be2

c. Liên kết Be – Be trong Be2 không tồn tại

10 00

a. 1s2 *1s2  2s2 *2s2  2p2 2p4 *2p2

Câu 42: Cấu hình electron của ion peroxide O22 là:

c. 1s2 *1s2  2s2 *2s2 2p4 2p2 *2p4

b.  1s2 *1s2 2s2 *2s2 2p 2 2p2 *2p2 d.  1s2 *1s2 2s2 *2s2 2p 2 2p4 *2p4

Câu 43: Bậc nối giữa 2 nguyên tử O trong O 22 là:

a. 1

b. 1,5

c. 2

d. 2,5

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 40: Trong các tiểu phân sau, tiểu phân nào không tồn tại (theo thuyết MO)?

Í-

Câu 44: Cho các phân tử Be2, N2 , C2 , B2 . Theo thuyết MO:

44.2. Phân tử nào có tính thuận từ?

44.3. Phân tử nào có bậc liên kết là 3?

44.4. Phân tử nào không tồn tại?

ÁN

-L

44.1. Phân tử nào có bậc liên kết là 2? b. N 2

c. C2

d. B2

a. Be2

Câu 45: Vân đạo phân tử làm giảm xác suất có mặt của điện tử ở khoảng cách giữa các hạt nhân gọi là

ÀN

vân đạo

a. phản liên kết

b. liên kết

c. không liên kết

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

b. 1,33

U Y

a. 1

Câu 37: Bậc liên kết của nối C – O trong CO32 là:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

a. 90o

Câu 36: Phân tử H2O có góc nối H – O – H là

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

a. CO2

d. lai hóa

IỄ N

Câu 46: Theo thuyết MO, mệnh đề nào sau đây sai:

a. Số orbital phân tử tạo thành bằng số orbital nguyên tử tham gia liên kết b. Điện tử chiếm các orbital theo thứ tự tăng dần các mức năng lƣợng c. Nguyên lý ngoại trừ Pauli đƣợc tuân thủ d. MO liên kết có năng lƣợng cao hơn các AO tƣơng ứng

Câu 47: Xét phân tử NO, mệnh đề nào sau đây sai:

a. MO có năng lƣợng cao nhất chứa electron (HOMO) là * b. Bậc liên kết là 2

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1 d. Phân tử có tính thuận từ

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 25

e. Nếu phân tử bị ion hóa thành NO + thì liên kết N – O sẽ mạnh hơn và ngắn hơn Câu 48: Công thức electron của N2 + là:

a. 1s2 *1s2  2s2 *2s2 2p4 2p1

b.  1s2 *1s2 2s2 *2s2 2p 1 2p4

c. 1s2 *1s2  2s2 *2s2 2p4 2p2

d.  1s2 2s2  1s2 *2s2 2p4 2p1

Câu 49: So sánh N2 và N2 +. Chọn phát biểu đúng:

a. N2 mất 1 electron trên vân đạo 2px để thành N2 +

U Y

c. N2 có tính thuận từ

c. 5

.Q d. 6

Câu 51: Mệnh đề nào sau đây sai:

a. Liên kết  sẽ không tạo thành nếu các nguyên tử không tạo thành liên kết  trƣớc

H Ư

b. Để tạo thành 1 liên kết , các nguyên tử chu kỳ 2 phải có 1 orbital  không lai hóa

TR ẦN

c. Số liên kết  đƣợc tạo thành bằng số orbital nguyên tử tham gia tạo liên kết

R CH2 N C

10 00

Câu 52: Cho một imine có công thức:

d. Đám mây điện tử liên kết của liên kết  có mặt phẳng đối xứng chứa trục liên kết

. Chọn phát biểu đúng: R"

a. Không có electron chƣa liên kết trong phân tử imine trên

b. Giữa các phân tử imine trên không có liên kết Van der Waals

Í-

c. N trong phân tử imine trên tạp chủng sp2

-L

d. Giữa các phân tử imine trên có liên kết hydrogen liên phân tử

ÁN

Câu 53: Trong phản ứng tổng hợp NH3, CO là chất độc cho xúc tác vì:

a. CO là một chất độc b. CO tạo liên kết hydrogen bền với kim loại làm xúc tác

ÀN

c. CO là một acid Lewis

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

b. 4

a. 3

50.3. P

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

50.2. B

ẠO

50.1. O

Câu 50: Mỗi nguyên tử sau có thể tạo thành tối đa bao nhiêu orbital lai hóa?

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

d. Năng lƣợng nối N – N trong N2 + lớn hơn trong N2

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b. N 2 mất 1 electron trên vân đạo 2pz để thành N2+

d. CO là phối tử cung cấp cặp electron tạo liên kết phối trí với kim loại làm xúc tác

IỄ N

Câu 54: Liên kết hydrogen trong nƣớc mạnh hơn:

a. Lực liên kết giữa K+ và Cl- trong KCl

b. Lực hút giữa Mg2+ và F- trong MgF2

c. Liên kết hydrogen trong NH3

d. Liên kết hydrogen trong HF

Câu 55: Độ tan trong nƣớc của CH3OH, CH3–O–CH3 , và C6H14 thay đổi nhƣ sau:

a. CH3OH > CH3–O–CH3 > C6 H14

b. CH3–O–CH3 > CH3OH > C6H 14

c. C6H14 > CH3OH > CH3–O–CH3

d. C6H14 > CH3–O–CH3 > CH3 OH

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 26

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1

Câu 56: Nhiệt độ sôi của Ne, Ar, Kr, Xe biến đổi nhƣ sau:

a. Ne > Ar > Kr > Xe

b. Ne < Ar < Kr < Xe

c. Ne > Ar < Kr < Xe

d. Ne < Ar > Kr > Xe

Câu 57: So sánh tính chất hai đồng phân orthonitrophenol và paranitrophenol:

a. Đồng phân ortho tan trong nƣớc nhiều hơn

b. Đồng phân ortho có nhiệt độ sôi cao hơn

c. Đồng phân ortho có độ nhớt cao hơn

d. Cả 3 phát biểu trên đều sai

a. Liên kết hydrogen liên phân tử trong đồng phân ortho mạnh hơn trong đồng phân para

Câu 58: Đồng phân orthonitrophenol có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn đồng phân paranitrophenol vì:

c. Cả hai đồng phân trên đều không tạo đƣợc liên kết hydrogen

H Ư

a. Si có nguyên tử khối cao hơn C nên lực liên kết Van der Waals giữa các phân tử SiO 2 mạnh hơn giữa các phân tử CO2, dẫn đến SiO 2 có nhiệt độ nóng chảy cao hơn CO2

TR ẦN

b. SiO2 là hợp chất ion, CO2 là hợp chất cộng hóa trị kết tinh trong mạng phân tử nên SiO 2 có nhiệt độ nóng chảy cao hơn CO2

c. SiO2 và CO2 đều là các hợp chất cộng hóa trị, SiO 2 kết tinh trong mạng nguyên tử (mạng cộng hóa trị, mạng phối trí), còn CO2 kết tinh trong mạng phân tử nên SiO 2 có nhiệt độ nóng chảy cao hơn CO2

10 00

d. Cả 3 giải thích trên đều sai

Câu 60: Biết chiều rộng vùng cấm phân cách giữa dãy hóa trị và dãy dẫn điện của C kim cƣơng có giá

trị là 501 kJ/mol. Dự đoán giá trị nào sau đây ứng với giá trị vùng cấm (kJ/mol) của Si, Ge, Sn (theo thứ tự đó): a. 104,6; 58,6; 7,5

b. 58,6; 104,6; 7,5

http://daykemquynhon.ucoz.com

rất thấp, ở điều kiện thƣờng, chúng là các chất khí, còn SiO2 (thạch anh) là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy rất cao (khoảng 1700oC) vì:

c. 7,5; 58,6; 104,6

d. 104,6; 7,5; 58,6

-L

Í-

Câu 61: Nhiệt độ nóng chảy của H2O, H2S, H2 Se, H2Te biến thiên nhƣ sau:

a. Tăng dần trong dãy trên

ÁN

b. Giảm dần trong dãy trên

c. Nhiệt độ nóng chảy của H2O > H2 S < H2 Se < H2Te

ÀN

d. Nhiệt độ nóng chảy của H2O < H2 S > H2 Se > H2Te

Câu 62: Nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất NaCl, NaBr, NaI biến thiên nhƣ sau:

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Câu 59: C (chu kỳ 2) và Si (chu kỳ 3) đều thuộc nhóm IVA, nhƣng CO2 có nhiệt độ nóng chảy và sôi

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

d. Liên kết hydrogen nội phân tử trong đồng phân ortho làm tăng độ mạnh của liên kết hydrogen liên phân tử trong đồng phân đó

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

b. Liên kết hydrogen liên phân tử trong đồng phân ortho yếu hơn trong đồng phân para do nhóm – OH và –NO2 trong đồng phân ortho tạo liên kết hydrogen nội phân tử

IỄ N

a. NaCl < NaBr < NaI

b. NaCl > NaBr > NaI c. NaCl = NaBr = NaI d. Cả 3 câu trên đều sai

Câu 63: Năng lƣợng của quá trình M+(k) + X-(k)  MX(r) là:

a. Nhiệt hidrat hóa

b. Nhiệt phân hủy

c. Năng lƣợng mạng tinh thể MX

d. Năng lƣợng ion hóa

Câu 64: Chọn phát biểu đúng:

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương A1 27 I. Sự hidrat hóa là trƣờng hợp đặc biệt của sự solvat hóa mà dung môi là nƣớc. II. Oxygen trong các phân tử nƣớc sẽ hƣớng về các cation. III. Hidrogen trong các phân tử nƣớc sẽ hƣớng về các anion. a. II, III

b. I, II

c. I, III

d. I, II và III

Câu 65: Hợp chất nào sau đây không thể tạo thành dung dịch đồng nhất với nƣớc?

b. CH3COOH

c. HOCH2CH2OH

d. CCl4

Câu 66: Hãy chọn phát biểu sai:

a. Tất cả các ion đều bị hidrat hóa trong dung dịch nƣớc

U Y

c. Nhiệt hidrat hóa của các cation tăng khi điện tích của cation tăng

ẠO

a. Hầu hết các chất khí tan trong nƣớc là do chúng phân cực hoặc phản ứng đƣợc với nƣớc

H Ư

d. Khả năng hòa tan của chất khí giảm khi tăng nhiệt độ

c. Các chất khí hòa tan tốt ở áp suất cao hơn là ở áp suất thấp

b. Quá trình hòa tan khí – lỏng luôn luôn là quá trình thu nhiệt

Câu 68: Tính nồng độ molan của dung dịch chứa 25g H2 SO4 hòa tan trong 80g nƣớc.

b. 2.2 m

c. 3.2 m

TR ẦN

a. 1.6 m

d. 6.3 m

Câu 69: Cần bao nhiêu gam sucrose (C12H 22O11) hòa tan vào 750ml nƣớc để đƣợc dung dịch 0.250 m.

a. 64.1 g

b. 85.5 g

c. 78.2 g

d. 96.4 g

10 00

Câu 70: Hòa tan 8.32g methanol (CH3OH) vào 10.3g nƣớc. Hỏi nồng độ mol riêng phần của methanol trong dung dịch là bao nhiêu?

a. 0.61

b. 0.31

c. 0.11

d. 0.36

Câu 71: Tính độ giảm áp suất hơi của dung dịch gồm 75.0g C12H22O11 hòa tan trong 180g nƣớc ở 27oC. Biết áp suất hơi của nƣớc tinh khiết ở 27oC là 26.7 torr. Giả sử dung dịch trên là lý tƣởng.

b. 0.571 torr

Í-

a. 0.585 torr

c. 0.057 torr

d. 0.058 torr

ÁN

a. NaCl 1M

-L

Câu 72: Dung dịch nào sau đây có áp suất hơi thấp nhất ở 25oC?

b. MgCl2 1M

c. Na3PO4 1M

d. C6H12O6 1M

Câu 73: Tính áp suất hơi của dung dịch gồm 70g napthalen C 10H8 (không bay hơi, không phân cực)

đƣợc hòa tan trong benzen, C6H6 ở 20oC. Giả sử dung dịch lý tƣởng. Áp suất hơi của benzen tinh khiết là 74.6 torr ở 20oC. b. 14.5 torr

c. 40.8 torr

d. 60.1 torr

a. 62.5 torr

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Câu 67: Hãy chọn phát biểu sai:

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

d. Nhiệt hidrat hóa của các cation tăng khi bán kính của cation giảm

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

b. Sự hidrat hóa các hợp chất ion là quá trình thu nhiệt

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

a. CH3OH

Câu 74: Ở 40oC, áp suất hơi của heptan là 92 torr. Áp suất hơi của dung dịch napthalen trong heptan là

IỄ N

82 torr. Tính số mol riêng phần của napthalen. Giả sử dung dịch trên là lý tƣởng. a. 0.891

b. 0.435

c. 0.487

d. 0.109

Câu 75: Chất tan nào có khả năng hòa tan trong nƣớc thấp do quá trình hòa tan trong nƣớc của chúng

là thu nhiệt. a. Al2O3

b. RbF

c. CaF2

e. FeCl2

Câu 76: Hòa tan 4.27 g sucrose, C12H 22O11 trong 15.2 g nƣớc. Nhiệt độ sôi của dung dịch là bao nhiêu? Cho kb = 0.512oC/m.

a. 101.64oC

b. 100.42oC

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

c. 99.626oC

d. 100.73oC

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon www.facebook.com/daykem.quynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn https://daykemquynhon.blogspot.com 28 Bài tập Hóa Đại Cương 1 Câu 77: Tính nhiệt độ đông đặc của dung dịch gồm 8.0 g sucrose (C 12H22O11) trong 100 g nƣớc. Cho kf(H2O) = 1.86oC/m. a. -0.044oC

b. -0.22oC

c. -0.39oC

d. -0.44oC

Câu 78: Câu 24: Phát biểu nào là không chính xác cho dung dịch sucrose, C 12H22O11 1M:

a/ Nhiệt độ sôi cao hơn 100oC

b/ Nhiệt độ đông đặc thấp hơn so với dung dịch NaCl 1M

c/ Nhiệt độ đông đặc thấp hơn 0oC

U Y

e/ Áp suất hơi ở 100oC thấp hơn 760 torr

Câu 79: Cho 4.305 g một chất không phân cực hòa tan trong 105 g nƣớc. Dung dịch hóa rắn ở -

d. 62.0 g/mol

ẠO

Câu 80: Nhiệt độ đông đặc của dung dịch chứa 1.048 g một chất không phân cực trong 36.21 g benzen

c. 61.4 g/mol

b. 54.0 g/mol

d. 42.4 g/mol

a. 59.2 g/mol

H Ư

Câu 81: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch chứa 1.22 g sucrose ( C12H22O11) hòa tan trong 100 g

nƣớc ở 25o C. (Giả sử thể tích dung dịch là 100 ml). b. 108 torr

c. 249 torr

TR ẦN

a. 6.32 torr

d. 497 torr

2600 ml benzen ở 30 oC. b. 1.68 torr

c. 1.96 torr

d. 3.71 torr

10 00

a. 0.484 torr

Câu 82: Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch gồm 50.0 g enzyme (M = 98000 g/mol) hòa tan trong

Câu 83: Phân tử lƣợng của polymer là bao nhiêu nếu hòa tan 1.55 g polymer vào trong 100 ml nƣớc sẽ

tạo áp suất thẩm thấu ở 25 oC là 15.2 torr.

b. 24.3 g/mol

ÁN

-L

Í-

a. 24100 g/mol

c. 624 g/mol

d. 19000 g/mol

IỄ N

ÀN

http://daykemquynhon.ucoz.com

là 1.39oC. Benzen tinh khiết đông đặc ở 5.48 oC và kf(benzen) = 5.12 oC/m. Phân tử lƣợng của hợp chất trên là bao nhiêu?

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

c. 46.2 g/mol

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

b. 58.4 g/mol

a. 39.7 g/mol

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

1.23oC. Tính phân tử lƣợng của chất tan, k f(H2O) =1.86oC/m.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

d/ Nhiệt độ sôi thấp hơn so với dung dịch NaCl 1M

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Bài tập Hóa Đại Cương A1

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com 29

PHỤ LỤC Năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố 1

Ái lực electron thứ nhất của các nguyên tố 2

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

.Q TP ẠO Đ G N H Ư TR ẦN

B 10 00 A Ó H Í-L ÁN TO

IỄ N

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

1 2

http://cnx.org/contents/bodXjoRx@2/Periodic-Variations-in-Element http://cnx.org/contents/bodXjoRx@2/Periodic-Variations-in-Element

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 30

www.facebook.com/daykem.quynhon https://daykemquynhon.blogspot.com Bài tập Hóa Đại Cương 1

Năng lượng liên kết 3

https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

MỌI YÊU CẦU GỬI VỀ HỘP MAIL DAYKEMQUYNHONBUSINESS@GMAIL.COM HOTLINE : +84905779594 (MOBILE/ZALO)

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

http://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/commercial-process-preparing-ethanol-ethyl-alcoholc2h5oh-consists-passing-ethylene-gas-c2-q600789

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial