Giáo trình Hóa đại cương - Chương 1; Các khái niệm và định luật hóa học

oại nguyên tử trở lên đƣợc gọi là hợp chất. Tập hợp các phân tử cùng loại đƣợc gọi là chất nguyên chất. Tập hợp các phân tử khác loại đƣợc gọi là hợp chất. O 2 H2 N 2 Ví dụ: Các đơn chất Các hợp chất NaCl H 2 SO 4 H 2 O HNO 3 O 3 Fe Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 3 I.2. Nguyên tử, nguyên tố, phân tử 1. Nguyên tử Nguyên tử là hạt vi mô đại diện cho nguyên tố hoá học, không bị chia nhỏ trong phản ứng hoá học cấu tạo nên phân tử các chất. - Kích thƣớc khác nhau, khối lƣợng khác nhau - Hình dạng một khối cầu. Tâm nguyên tử là hạt nhân tích điện dƣơng. Vỏ nguyên tử gồm các electron chuyển động quanh hạt nhân. Số đơn vị điện tích âm của vỏ bằng số đơn vị điện tích dƣơng hạt nhân. Nguyên tử trung hoà về điện. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 4 Chuyển động của electron trong nguyên tử 2. Nguyên tố hoá học Tập hợp các nguyên tử mà hạt nhân có cùng số đơn vị điện tích dƣơng là một nguyên tố hoá hoá học. Ví dụ: 8O 16 , 8O 16 8O 17, 8O 18 hoặc 8O 17 , 8O 17, Phân biệt các khái niệm nguyên tố, nguyên tử, đơn chất. 3. Phân tử Phân tử là phần tử (hay hạt) nhỏ nhất của một chất có thể tồn tại đọc lập mà vẫn giữ nguyên tính chất của chất đó. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 5 Phân tử CO và CO2 OC OO O OC OC OC 2CO + O2 2CO2 + Q Chất phân tử  4. Thành phần của phân tử: Phân tử được tạo ra từ các hạt nhỏ hơn, là nguyên tử hay ion. Phân tử tạo ra từ các nguyên tử cùng loại là đơn chất, hai loại nguyên tử trở lên là hợp chất Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 6 Phân tử 1 nguyên tử là phân tử đơn nguyên tử. Đây là phân tử đơn chất. Hầu hết các đơn chất đơn nguyên tử là kim loại: K Na, Mg, Al, Cu, Ag, Au, Pt, Hg,.. Phân tử 2 nguyên tử trở lên cùng loại hay của 1nguyên tố hóa học là phân tử đơn chất: H2, O2 O3, P4, S8,. Hợp chất là các chất mà phân tử gồm nhiều loại nguyên tử Phân tử 2 nguyên tử, 3 nguyên tử, 4 nguyên tử, 5, 6 nguyên tử: HCl, CO, H2O, CO2, SO3, HCHO, CH3OH, CH3CHO.. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 7 5. Liên kết cộng hoá trị và liên kết ion Liên kết cộng hóa trị là liên kết giữa các nguyên tử tạo ra phân tử bằng cặp electron chung H :Cl O::O O:: C ::O N:::N H :C:::C: H Liên kết ion là liên kết bằng lực hút tĩnh điện giữa các ion tích điện trái dấu tạo ra hợp chất ion. Na+Cl- Ca2+SO4 2- Các đơn chất khác nhau của một nguyên tố hóa học được gọi là các dạng thù hình của nguyên tố đó. Ví dụ: Ozon, oxi, than gỗ, kim cƣơng, than chì, Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 8 6. Sô löôïc veà töông taùc giöõa caùc phaân töû. - Töông taùc Vanñevan, töông taùc hiñro, töông taùc kim loaïi. 7. Moät soá ñaëc ñieåm veà kim loaïi. Phaân töû trung hoøa veà ñieän. 8. Caáu truùc hình hoïc cuûa phaân töû: Töø ñaëc ñieåm caáu taïo caùc phaân töû coù caáu truùc hình hoïc khaùc nhau Ví duï: CO, CO 2 , H 2 O, NH 3 , HNO 3 , H 2 SO 4 Phaân töû ion: H 2 + , NO + , O 2 2+, Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 9 1.3. Khoái löôïng nguyeân töû, khoái löôïng phaân töû. khoái löôïng mol. 1. Ñôn vò khoái löôïng, khoái löôïng nguyeân töû, khoái löôïng phaân töû. - Laáy khoái löông 1 nguyeân töû cacbon ñoàng vò 12 laø ( 12 C hay C 12 )laøm moät ñôn vò khoái löôïng. 1 12 1 nguyeân töû C naëng 19,9260.10 -24 g 1 ñvkl öùng vôùi 1,6605.10 -24 g hay 1,6605.10 -27 kg Tæ soá giöõa khoái löôïng 1 nguyeân töû cuûa moät nguyeân toá so vôùi 1ñvkl laø khoái löôïng nuyeân töû cuûa nguyeân toá ñoù ñöôïc kí hieäu A t (veà sau duøng laø A). Ví duï: O = 16, C = 12, Na= 23 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 10 Tỉ số giữa khối lượng 1 phân tử của một chất so với 1đvkl được gọi là khối lượng phân tử của chất đó được kí hiệu Mt (còn gọi là phân tử khối). Ví dụ: H2O = 18, HNO3 = 63, CO2 = 44 At, Mt không có thứ nguyên 2. Mol và khối lƣợng mol. a. Số Avogađro. Mol 1 mol C12 có 6,023.1023 nguyên tử C12, số 6,023.1023 gọi là số Avogađro. Mol là lương hạt vật chất chứa 6,023.1023 hạt vi mô. (hat vi mô là phân tử, nguyên tử, ion,.). Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 11 b. Khối lƣợng mol. Khối lƣợng mol nguyên tử. Khối lƣợng mol phân tử. Khối lượng 1 mol hạt vật chất nào đó được gọi là khối lượng mol của hạt đó. Kí hiệu A Khối lượng 1 mol nguyên tử được gọi là khối lượng mol nguyên tử. Kí hiệu A Ví dụ: AH = 1,008g/mol; AN = 14,006 g/mol. AO = 15,999 g/mol. Khối lượng 1 mol phân tử được gọi là khối lượng mol phân tử, kí hiệu M MO = 31,998 g/mol; MHCl = 36,5 g/mol. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 12 Khối lƣợng mol nguyên tử của một nguyên tố: i i i m A n  Khối lƣợng mol nguyên tử của một chất: i i i m M n  1.4. Số Avogađro Số 6,023.1023 hạt vật chất trong 1mol là số Avogađro Ni là số hạt vật chất I có trong mi gam chất đó sẽ là: Ni = ni.6,023.1023 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 13 1.5. Đƣơng lƣợng. 1. Đƣơng lƣợng của nguyên tố. - Là phần khối lượng của nguyên tố đó kết với 1,008 phần khối lượng hiđro hoặc 8 phần khối lượng oxi hoặc thay thế mỗi lượng trên trong hợp chất. Kí hiệu Ei Ví dụ: EH = 1,008; EO = 8; ENa = 23; ECa = 20 b. Liên hệ giữa Ei và Ai a. Đƣơng lƣợng của một nguyên tố. - Tỉ số giữa khối lương nguyên tử với đương lượng của một nguyên tố đúng bằng số đơn vị hóa trị. - Kí hiệu: hi Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 14 Ta có: , ,t i t i i i i i A A h E E h    Hóa trị: hH = 1; hO = 2; hCa = 2, 2. Đƣơng lƣợng của một hợp chất. a. Đƣơng lƣợng của một hợp chất: Là phần khối lượng hợp chất đó tác dụng vừa đủ với một đương lượng của chất khác. ENaOH = 40; 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O Vậy E = 49 2 4H SO Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 15 b. Qui tắc kinh nghiệm tính đƣợng lƣợng của một số loại hợp chất. - Đƣơng lƣợng của một oxit: 2 3 160 26,7 3.2 Fe OE  Ví duï: - Đƣơng lƣợng của một axit: E Axit = M Axit n.H+ 3 4 98 32,7 3 H POE   E oxit = M Oxit h i .Soá ntKL Ví duï: Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 16 - Đƣơng lƣợng của 1 bazơ: E Bazô = M Bazô n.OH - Ví duï: 3( ) 107 35,7 3 Fe OHE   - Đƣơng lƣợng của 1 muối: E Muoái = M Muoái Soá ntKL.h i Ví duï: 3 4 2( ) 310 51,7 2.3 Ca POE   3. - Đƣơng lƣợng của một axit: Đƣợng lƣợng gam của một chất (hay nguyên tố) Là lượng chất đó biểu thị theo gam có trị số bằng trị số đương lượng chất đó. E Ca3(PO4)2 = 51,7 g Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 17 §2. HỆ ĐƠN VỊ Một lượng vật chất được chỉ bằng trị số kèm theo đơn vị Lƣợng vật chất = Trị số.đơn vị Hệ đơn vị quốc tế SI và hệ đơn vị theo tập quán. 2.1. Hệ đợn vị quốc tế SI. Ra đời tháng 10 năm 1960 tại Pari do đại hội đo lường quốc tế đưa ra. Hệ SI cơ sở: - Gồm bảy đại lƣợng chọn làm cơ sở. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 18 ĐẠI LƢỢNG ĐƠN VỊ ĐO Teân goïi Kí hieäu Teân goïi Kí hieäu Quoác teá Vieät Nam Độ dài l mét m m Khối lƣợng m Kilogam kg kg Thời gian t giây s s(giây) Cƣờng độ dòng điện I Ampe A A Nhiệt độ nhiệt đlực T Kenvin K K Lƣơng chất n mol mol mol Cƣờng độ ánh sáng Ip Candela cd cd HAI ÑAÏI LÖÔÏNG BOÅ SUNG Goùc phaúng radian rd rd Goùc khoái (goùc ñaëc) sterdian sr sr Bảng 1: Bảy đại lƣợng cùng đơn vị đo kèm theo làm cơ sở hệ đo lƣờng quốc tế (SI) và hai đại lƣợng bổ sung Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 19 Bảng 1: Bảy đại lƣợng cùng đơn vị đo kèm theo làm cơ sở hệ đo lƣờng quốc tế (SI) và hai đại lƣợng bổ sung ĐẠI LƢỢNG ĐƠN VỊ ĐO Tên gọi Kí hiệu Tên gọi Kí hiệu Quốc tế Việt Nam Độ dài l mét m M Khối lƣợng m Kilogam Kg Kg Thời gian t giây s s Cƣờng độ dòng điện I Ampe A A Nhiệt độ, nhiêt đ. lực T Kenvin K K Lƣợng chất n Mol Mol Mol Cƣờng độ ánh sáng Ip Candela cd cd HAI ĐẠI LƢỢNG BỔ SUNG Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 20 Gó phẳng Radian (rad) Góc khối (góc đặc) Steradian (sr) TIẾP ĐẦU NGỮ LIÊN HỆ VỚI ĐƠN VỊ CƠ (3) KÍ HIỆU Quốc tế (1) Việt Nam (2) Quốc tế (4) Việt Nam (5) Tera Têra 1012 T T Giga Giga 109 G G Mega Mêga 106 M M Kilo kilo 103 K k Hekto Hecto 102 h h Deka đêka 101 đk đk ĐƠN VỊ CƠ SỞ Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 21 (1) (2) (3) (4) (5) Deci đêxi 10-1 d d Centi centi 10-2 C c Milli Mili 10-3 m m Mikro Micro 10-6 μ μ Nano Nano 10-9 n n Pico Pico 10-12 P p Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 22 2. Đơn vị dẫn xuất từ đơn vị SI cơ sở ĐẠI LƢỢNG ĐƠN VỊ KÍ HIỆU ĐỊNH NGHĨA Lực Niutơn (Newton) N kg.m.s2 Áp suất Patcan (Pascal) Pa N.m2 (kg.m-1.s-2) Năng lƣợng Jun (Joule) J kg.m2.s-2 Công suất Oat (Watt) W J.s-1 (kg.m2.s-3) Điện tích Culong C A.s Điện thế Von (Volt) V J.C-1 (J.A-1.s-1) Tần số Hec (Hertz) Hz S-1 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 23 - Caùc ñôn vò khoâng coù teân rieâng ÑAÏI LÖÔÏNG ÑÔN VÒ KÍ HIEÄU Dieän tích meùt vuoâng m 2 Theå tích meùt khoái m 3 Vaän toác meùt/giaây m.s -1 Gia toác meùt/(giaây) 2 m.s -2 Khoái löôïng rieâng kilogam/m 3 kg.m 3 Cöôøngñoä ñieän tröôøng Von/meùt V.m -1 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 24 2.2. Ñôn vò phi SI 1. Moät soá ñôn vò phi SI thoâng duïng ÑAÏI LÖÔÏNG ÑÔN VÒ THÖØA SOÁ ÑOÅI VEÀ ÑÔN VÒ HAY D.XUAÁT Chieàu daøi Angstrom A o 10 -10 Theå tích Lít l 10 -3. m 3 Nhieät ñoä Ñoä baùch phaân 0 C t 0 C= T - 273,15 Thôøi gian Phuùt, giôø min, h 1min=60s, 1h=3600s Aùp suaát Atmotphe atm bar bar mm thuûy ngaân mmHg 1atm=1,013.10 5 Pa 1bar=10 5 Pa(1atm) 1mmHg=1/760atm Naêng löôïng Electron Von (eV) 1eV=1,602.10 -19 J Ec erg Calo cal Oat giôø, kWh Wh,kWh 10 -7 J 4,184J 3600J, 3600kj Teân Kí hieäu Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 25 2. Heä ñôn vò nguyeân töû - Duøng trong hoùa vieát taét laø ñvn hoaëc au, trong heä ñôn vò naøy qui öôùc nhö sau: Haèng soá Plang ruùt goïn: = h/2 = 1,0  Baùn kính Bo thöù nhaát a 0 = 0,529A o = 1,0 Khoái löôïng electron m e = 1 Ñieän tích cô baûn e o = 1 §3. MOÄT SOÁ ÑÒNH LUAÄT CÔ BAÛN 3.1. Ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng. Toàng khoái löôïng caùc chaát tham gia phaûn öùng baèng toång khoái löông caùc chaát thu ñöïoc sau phaûn öùng Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 26 Coù söï baûo toaøn vaät chaát trong phaûn öùng hoùa hoïc A + B = C + D m A + m B  m C + m D 3.2. Ñònh luaät ñöông löôïng: Caùc nguyeân toá keát hôïp vôùi nhau hay thay theá cho nhau (trong phaûn öùng hoùa hoïc)theo caùc khoái löôïng tæ leä vôùi ñöông löôïng cuûa chuùng. A A B B m E m E  Ví duï: 27.2 27.2.8 9 16.3 8 16.3 Al Al Al Al O O m E E E m E       Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 27 3.3. Ñònh luaät thaønh phaàn khoâng ñoåi. Moät hôïp chaát hoùa hoïc duø coù ñieàu cheá baèng caùch naøo cuõng ñeàu coù thaønh phaàn khoâng ñoåi H H OOO H HH H H H 2H 2 + O 2  2H 2 O Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 28 3.4. Ñònh luaät tæ leä boäi - Neáu hai nguyeân toá hoùa hoïc taïo vôùi nhau moät soá hôïp chaát thì caùc löôïng cuûa moät nguyeân toá (maø caùc löôïng ñoù) keát hôïp vôùi cuøng moät löôïng nguyeân toá kia tæ leä vôùi nhau nhö caùc soá nguyeân Ví duï: N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O 5 Ta coù tæ leä: N 2 O : NO : N 2 O 3 : NO 2 : N 2 O 5 = 1 : 2 : 3 : 4 : 5 3.5. Ñònh luaät Avogañro ÔÛ nhieät ñoä gioáng nhau, aùp suaát gioáng nhau, Nhöõng theå tích baèng nhau cuûa moïi chaát khí ñeàu chöùa cuøng moät soá phaân töû. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 29 ÔÛ ñieàu kieän tieâu chuaån (t = 0 o C hay 273 o K, p = 1atm) 1mol khí baát kyø ñeàu chieám theå tích 22,4 dm 3 (22,4 lit). Phöông trình traïng thaùi khí lí töôûng PV = RT Xeùt n mol khí: PV = nRT R laø hằng số khí phụ thuộc vaøo caùch chọn đơn vị, T laø nhieät ñoä Kenvin. Ví duï: Tìm khoái löôïng rieâng cuûa khí F 2 ôû 1 atm vaø 25 0 C. Theå tích 1 mol khí F 2 ôû 1 atm vaø 25 0 C laø: . RT M M V d P p V RT     Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 30 Ta coù T = 273,15 + 25 0 C = 298,15 0 K. Vaäy: 38,0 1,55 / 0,082.298,15 d g l  §4. MOÄT SOÁ PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH KHOÁI LÖÔÏNG MOL PHAÂN TÖÛ CUÛA CHAÁT KHÍ HAY CHAÁT LOÛNG DEÃ BAY HÔI. - Laø moät yeâu caàu caàn thieát khi muoán laäp coâng thöùc phaân töû moät chaát. 4.1. Döïa vaøo tæ khoái hôi: 1. Khoái löôïng rieâng cuûa moät chaát khí (D): Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 31 x x x m D V  1 mol chaát khí ôû ñktc: 22,4 x x M D  2. Tæ khoái hôi (d A/B ) Tæ khoái hôi cuûa khí A so vôùi khí B laø tæ soá khoái löôïng rieâng cuûa khí A so vôùi khí B ôû cuøng ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp suaát. / A A B B D d D  hay / A A B B M d M  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 32 4.2. Dựa vào phƣơng trình trạng thái: Số mol của một chất: i i i m n M  m mRT PV RT M M PV    §5. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƢỢNG NGUYÊN TỬ. 5.1. Phƣơng pháp Đuylông – Pơti (1919): Hai nhà bác học này tìm ra nguyên tắc thực nghiệm: Nhiệt dung nguyên tử của một đơn chất rắn là tích số giữa nhiệt dung riêng với khối lượng mol nguyên tử gần bằng 26,0 J.mol-1 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 33 Ví dụ: Nhiệt dung riêng cua Cu bằng 0,40625 J/g. Vay MCu = 26,0:0,40625  64,0 Phƣơng pháp này áp dụng cho kim loại và các đơn chất khó bay hơi và chỉ áp dụng hẵn cho có M ≥ 30. 5.2. Phƣơng pháp Cannizaro: - Lấy một số hợp chất của nguyên tố khảo sát xác định khối lƣợng phân tử của chúng bằng phƣơng pháp phân tích hóa học để xác định số đơn vị khối lƣợng của nguyên tố kháo sát có trong từng phân tử. Trị số nhỏ nhất trong các trị số khối lƣợng của nguyên tố khảo sát trong các hợp chất trên sẽ là khối lƣợng nguyên tử của nguyên tố đo Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 34 HỢP CHẤT KHỐI LƢỢNG PHÂN TỬ KHỐI LƢƠNG (C%) ĐƠN VỊ KHỐI LƢỢNG C Teân Coâng thöùc Axetilen C 2 H 2 26 92,31 24 Benzen C 6 H 6 78 92,31 72 Cacbon oxit CO 28 42,86 12 Cacbon ñioxit CO 2 44 27,27 12 Cacbon ñisunfua CS 2 76 15,76 12 Naphaten C 10 H 8 128 93,75 120 Số đơn vị khối lƣợng nhỏ nhất của cacbon là 12. Vậy khối lƣợng C là 12. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 35 5.3. Phƣơng pháp khối phổ Là phƣơng pháp chính xác nhất để xác định khối lƣơng nguyên tử. Dựa vào sự liên hệ giữa bán kính r của quỹ đạo chuyển động của ion dƣơng có điện tích q với khối lƣợng At của ion dƣơng. 2( ) 2 t q A Br U  Ví dụ: Phép đo phổ khối cho biết cacbon tồn tại trong tự nhiên gồm hai đồng vị 12C (98,892%) và 13C (1,108%). Khối lƣợng của cacbon tự nhiên là: 12.0,98892 + 13.0,01108 = 12,01108  12,01. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 36 §6. CÔNG THỨC VÀ PHƢƠNG TRÌNH HÓA HỌC. 6.1. Công thức hóa học Công thức: Biểu diễn thành phần phân tử của chất gồm kí hiệu hóa các nguyên tố và chỉ số của nguyên tử tạo ra phân tử hợp chất. Ý nghĩa định tính và định lƣợng: - Phân tử chất đó gồm những nguyên tố nào, đơn chất hay hợp chất. Có bao nhiêu nguyên tử của mỗi nguyên tố (phân tử khối). Ví dụ: Na, O3, H2SO4 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 37 Công thức đơn giản (CH2O). Công thức thực nghiêm (CH2O)n n =1. Công thức tổng quát (CxHyOzNu). Công thức phân tử (C2H4O2)n. Công thức cấu tạo. 2. Lập công thức phân tử Hợp chất tạo ra bởi những nguyên tố nào? Số nguyên tử của mỗi nguyên tố. Hợp chất hai nguyên tố: Tìm BSCNN của các hóa trị hai nguyên tố Tìm chỉ số các nguyên tử của mỗi nguyên tố: Chỉ số = BSCNN Hoatri Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 38 Ví duï: Laäp coâng thöùc cuûa anhiñrit photphoric bieát P hoùa trò V. P (V) O (II) BSCNN = 10, caùc chæ soá: Vaäy coâng thöùc caàn tìm: P 2 O 5 10 10 2; 5. 5 2   3. Tính theo coâng thöùc Ví duï: 1. Tìm thaønh phaàn phaàn traêm (%) theo khoái löôïng caùc nguyeân toá trong Na 2 SO 4 . 2 4 142 .Na SOM gamKhoái löôïng mol phaân töû: Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 39 64 % .100% 45,07%. 142 46 % .100% 32,39%. 142 32 % .100% 22,54%. 142 : % 100% (45,07% 32,38%) 22,54%. O Na S hay S           Vaäy: 2. Trong muoái ñoâng sunfat ngaäm nöôùc, löôïng Cu chieám 25,6%. Tìm coâng thöùc phaân töû cuûa muoái ñoàng ngaäm nöôùc. Ñaët khoái löôïng phaân töû: 4 2. ?CuSO xH OM  4 2 4. 64 .100% 250 160 25,6 CuSO xH O CuSOM M    Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 40 Vaäy xH 2 O = 250 -160 = 90  x = 90 : 18 = 5 Coâng thöùc phaân töû cuûa muoái ñoàng sunfat ngaäm nöôùc laø: CuSùO 4 .5H 2 O 3. Khi chuyeån hoùa moät löôïng muoái Ba(NO 3 ) 2 thaønh BaSO 4 keát tuûa thaáy khoái luôïng hai muoái khaùc nhau laø 8,4 gam. Tìm khoái löôïng moãi muoái. Chuyeån hoùa 1 mol Ba(NO 3 ) 2 thaønh 1 mol BaSO 4 thì khoái löôïng giaûm ñi 28 gam. Vaäy khi chuyeån n mol Ba(NO 3 ) 2 thaønh n mol BaSO 4 thì khoái löôïng giaûm ñi 8,4 gam. Vaäy n = 8,4 : 28 = 0,3 (mol). 3 2 4( ) 261; 233Ba NO BaSOM M  3 2 4 ( ) 261.0,3 78,3 . 233.0,3 69,9 Ba NO BaSO m gam m gam     Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 41 6.2. Phöông trình hoùa hoïc 1.Phaûn öùng hoùa hoïc: Laø quaù trình bieán ñoåi chaát naøy thaønh chaát khaùc. C 2 H 5 OH C 2 H 5 OC 2 H 5 + H 2 O C 2 H 5 OH CH 2 =CH 2 + H 2 O 0 2 4 130 C H SO  0 2 4 170 C H SO  Phaân loaïi phaûn öùng hoùa hoïc: - Theo 4 caùch: a. Döïa vaøo soá oxi hoùa cuaû caùc nguyeân töû. + Phaûn öùng oxi hoùa khöû: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2  4HNO 3 + Phaûn öùng khoâng phaûi laø phaûn öùng oxi hoùa khöû: BaO + H 2 O  Ba(OH) 2 b. Döïa vaøo söï taùc duïng cuûa chaát ñaàu. + Phaûn öùng phaân tích: CaCO 3 CaO + CO 2 + Phaûn öùng hoùa hôïp: P 2 O 5 + 3H 2 O  H 3 PO 3 0t C Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 42 + Phaûn öùng theá: Zn + H 2 SO 4  ZnSO 4 + H 2 + Phaûn öùng trao ñoåi: Na 2 SO 4 +Ba(NO 3 ) 2  BaSO 4  + 2NaNO 3 c. Döïa vaøo nhieät keøm theo phaûn öùng. + Phaûn öùng toûa nhieät: C + O 2 CO 2 H = - 393,3kJ.mol- + Phaûn öùng thu nhieät: 2HgO 2Hg + O 2 H = 90,3kJ.mol- 0t C 0t C 0t C d. Döïa vaøo caùch xaûy ra phaûn öùng + Phaûn öùng ñôn giaûn: 2C + O 2  2CO + Phaûn öùng phöùc taïp X  Y  Z  .  SP - Phaûn öùng noái tieáp: C 2 H 5 OCO-COOC 2 H 5 + NaOH NaOCO-COOC 2 H 5 + C 2 H 2 OH C 2 H 5 OCO-COOC 2 H 5 + NaOH (COONa) 2 + 2C 2 H 5 OH Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 43 - Phản ứng song song A C B 6KClO 3 2KCl + 3O 2 3KClO 4 + KCl -Phản ứng thuaän nghòch coù daïng A  B 3H 2 + N 2  2NH 2 + Phaûn öùng keøm theo nhau: A + B  M A + C  N 2. Phöông trình hoùa hoïc: - Bieåu dieãn caùc phaûn öùùng hoùa hoïc. 2SO 2 + O 2 2SO 3 H = - 96,14 kJ.mol- 0 2 5450 ,C V O Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 44 Caâân baèng phöông trình: - Döïa vaøo chæ soá leû lôùn nhaát cuûa moät nguyeân toá hay nhoùm nguyeân toá coù maët nhieàu nhaát. Tìm BSCNN caùc chæ soá nguyeân töû cuûa nguyeân toá ñoù: BSCNN Chiso Heä soá = Ví duï: Al + H 2 SO 4  Al 2 (SO 4 ) 3 + H 2 - Goác SO 4 2- coù maët nhieàu nhaát: BSCNN cuûa 3 vaø 1 laø 3 Heä soá H 2 SO 4 : 3/1 = 3; Al 2 (SO 4 ) 3 : 3/3 = 1, heä soá caùc chaát coøn laïi Al: 2; H 2 : 1. 2Al + 3H 2 SO 4  Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 3 Caân baèng phöông phaùp ñaïi soá: aAl + bH 2 SO 4  cAl 2 (SO 4 ) 3 + dH 2. vôùi Al: a = 2c. H: 2b = 2d  b = d. SO 4 2- : b = 3c Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 45 - Giaûi caùc phöông trình ñaïi soá: - Giaû thieát c = 1 thì A = 2. b = d = 3. 2Al + 3H 2 SO 4  Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 coù theå gaùn cho a =1 ta ñöôïc laø heä soá khoâng nguyeânâ Al + 1.5H 2 SO 3  0,5Al 2 (SO 4 ) 3 + 1,5H 2 3. Tính theo phöông trình hoùa hoïc a. Caùc cô sôû:- Döïa vaøo töông quan tæ leä thuaän giöõa löôïng caùc chaát. - Döïa vaøo phöông trình hoùa hoïc ñaõ ñöôïc vieát ñuùng b. Phaân loaïi baøi toaùn tính theo phöông trình hoùa hoïc Ví duï 1: Hoøa tan 3,2 gam Fe 2 O 3 trong dung dòch HNO 3 . Haõy tính: + Löôïng muoái taïo thaønh. + Löôïng HNO 3 nguyeân chaát ñaõ laáy, bieát duøng dö 2%. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 46 Phöông trình hoùa hoïc: Fe 2 O 3 + 6HNO 3  2Fe(NO 3 ) 2 + 3H 2 O 3 3 2 3 3 3 ( ) ( ) 3,2 2 2. 0,04 . 160 242.0,04 9,68 . Fe NO Fe O Fe NO n n mol m gam      Vaäy soá mol HNO 3 : Vì laáy dö 2% neân khoái löôïng HNO 3 laø: 3 3 3 3.0,04 0,12HNO HNOn n mol   3 63.0,12 .102 7,7112 . 100 HNOm gam  Ví duï 2: Ñoát chaùy heát moät sôïi daây Cu naëng 2,65 g trong khoâng khí. Ñeå chaát raén thu ñöôïc nguoäi tôùi nhieät ñoä thöôøng roài hoøa tan heát trong löôïng dö dd HCl thu ñöôïc dd A. Cho A taùc duïng vôùi löôïng dö dd NaOH thu ñöôïc keát tuûa B. Vieát pt caùc phaûn öùng hoùa hoïc xaûy ra vaø tính löôïng keát tuûa B thu ñöôïc. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 47 Caùc phaûn öùng hoùa hoïc xaûy ra theo phöông trình sau: 2Cu + O 2 → 2CuO (1) CuO + 2HCl → CuCl 2 + H 2 O (2) HCl + NaOH→ NaCl + H 2 O (3) CuCl 2 + NaOH → Cu(OH) 2  + 2NaCl (4) Theo phöông trình phaûn öùng: Cu → CuO → CuCl 2 → Cu(OH) 2 2 2 ( ) ( ) 2,56 0,04 64 98.0,04 3,92 . Cu OH Cu Cu OH n n mol m gam      -Döïa vaøo hai chaát trong moät phöông trình hoùa hoïc trong ñoù moät chaát ñöôïc cho löôïng ít hay ñuû. Ví duï 3: Moät löôïng dung dòch chöùa 4,9g H 2 SO 4 taùc duïng vôùi dung dòch chöùa 5g NaOH. Tính moãi chaát cuûa natri coù trong dung dòch thu ñöôïc Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 48 Caùc phaûn öùng hoùa hoïc coù theå xaûy ra: 2NaOH + H 2 SO 4 →Na 2 SO 4 + 2H 2 O (1) hoaëc NaOH + H 2 SO 4 → NaSHO 4 + H 2 O (2) Theo pt phaûn öùng (1), (2): 2 4 2 4 2 4 2 4 2 2 1 1 1 1 5 : 40 0,125; 4,9 : 98 0,05 0,125 2,5 0,05 NaOH H SO NaOH H SO NaOH H SO NaOH H SO n n n n n n n n           Vaäy c > a > b tính theo phöông trình phaûi döïa vaøo löôïng chaát coù ít töùc laø löôïng chaát seõ phaûn öùng heát. (a) (b) (c) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 49 2 4 2 4 2 4 0,05 142.0,05 7,1 2 0,10 0,125 0,10 0,025 1,0 . Na SO H SO Na SO NaOH NaOH NaOH NaOH n n m g n n n m g             Heát chöông 1. Chương II: MOÄT SOÁ VAÁN ÑEÀ TIEÀN CÔ HỌC LÖÔÏNG TÖÛ II-1. Mở đầu - Ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa cô hoïc löôïng töû laø theá giôùi vi moâ. - Vaán ñeà ñaët ra cho chuùng ta laø khaûo saùt theá giôùi vi moâ. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 50 §II-1. THUYEÁT LÖÔÏNG TÖÛ PLAÊNG I-1. Sô löôïc veà söï “khuûng hoaûng” töû ngoaïi 1.Quan nieäm cuûa cô hoïc coå ñieån veà tính chaát cuûa aùnh saùng. - Thuyeát ñieän töø cuûa Maêcxoen laø moät trong nhöõng boä phaân quan troïng cuûa cô hoïc coå ñieån. “Moãi bieán thieân cuûa moät ñieän töø tröôøng () laøm xuaát hieän moät töø tröôøng ñeàu bieán thieân lieân tuïc () vaø ngöôïc laïi moãi bieán thieân cuûa töø tröôøng () laøm xuaát hieän moät ñieän tröôøng () trong khoâng gian bao xung quanh”. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 51 - Moät ñieän tích dao ñoäng vôùi taàn soá  taïo ra moät ñieän tröôøng  thì ñieän tröôøng naøy laøm xuaát hieän moät töø tröôøng bieán thieân  coù taàn soá ñuùng baèng taàn soá  goïi laø tröôøng ñieän töø. - Moaêcxoen cho raèng:”AÙnh saùng nhìn thaáy coù tính chaát soùng ñieän töø,  laø soá dao ñoäng thöïc hieän trong moät giaây”. - Soá dao ñoäng maø dao ñoäng töû thöïc hieän trong 1 giaây ñöôïc goïi laø taàn soá dao ñoäng  . - coù ñôn vò s-1 (hay hec Hz), T laø khoaûng thôøi ñeå dao ñoäng töû thöïc hieän 1 dao ñoäng. 1 1 , :hay T T    Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 52 1 chu kyø goïi laø böôùc soùng. Vậy: c c T         Daûi soùng ñieän töø goàm caùc vuøng: Soùng radio Vi soùng Hoàng ngoaïi Nhìn thaáy Töû ngoaïi Tia X Tia  Taäp hôïp caùc soùng ñieän töø coù taàn soá khaùc nhau ñöôïc phaân li goïi laø quang phoå. Ví du:ï Quang phoå cuûa vuøng nhìn thaáy bao goàm caùc soùng ñieän töø coù taàn soá  = 7.1014s-1. Vuøng cöïc tím hay töû ngoaïi  = 4.1014s-1. 2. Sô löôïc veà söï “khuûng hoaûng töû ngoaïi” Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 53 Vaät ñen tuyeät ñoái laø vaät haáp thuï hoaøn toaøn naêng löôïng ñöôïc truyeàn ñeán döôùi daïng soùng ñieän töø. - Khi haáp thuï naêng löôïng vaät ñen tuyeät ñoái noùng leân. Gioáng nhö baát cöù vaät raén naøo khaùc, vaät ñen tuyeät ñoái bò noùng leân seõ phaùt ra naêng löôïng döôùi daïng soùng ñieän töø (xem ñoà thò hình II.1b). - Naêng löôïng E () khoâng phuï thuoäc vaøo vaät lieäu, kích thöôùc, hình daïng cuûa vaät ñen tuyeät ñoái. - Nhieät ñoä T caøng cao thì E () caøng lôùn. Theo ñònh luaät Xteâphan – Bonzôman: E = kT4. - ÔÛ baát cöù nhieät ñoä naøo khi   0 hay  ∞ thì E ()  0. Theo quan ñieåm cô hoïc coå ñieån veà tính lieân tuïc cuûa caùc ñaïi löôïng vaät lí thì naêng löôïng E () ñeàu nhaâïn ñöôïc giaù trò baát kyø. Theo Reâlaây thì: Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 54 2 ( ) 2 2 kT E c    - Quan ñieåm cuûa cô hoïc coå ñieån veà tính lieân tuïc cuûa naêng löôïng khoâng giaûi thích ñöôïc tính böùc xaï cuûa vaät ñen tuyeät ñoái ôû tröôøng hôïp taàn soá töông öùng vôùi vuøng töû ngoaïi trở ñi vaø coi ñaây laø söï “khuûng hoaûng töû ngoaïi”. 1-2. Thuyeát löôïng töû Plaêng (1900): - Nhaø vaät lí ngöôøi Ñöùc laø Mac Planck ñöa ra quan ñieåm môùi, ngöôïc vôùi quan ñieåm cuûa cô hoïc coå ñieån veà tính lieân tuïc cuûa naêng löôïng. Quan nieäm naøy veà sau ñöôïc goïi laø thuyeát Plaêng. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 55 - Moät dao ñoäng töû dao ñoäng vôùi taàn soá  chæ coù theå phaùt ra hay haáp thuï naêng löôïng theo töøng ñôn vò nguyeân veïn, töøng löôïng giaùn ñoaïn, ñöôïc goïi laø löôïng töû naêng löôïng. Löôïng töû naêng löôïng ñoù tæ leä thuaän vôùi taàn soá cuûa dao ñoäng.  = h h laø heä soá tæ leä goïi laø haèng soá Plaêng h = 6,625.10 -34 j.s §2. LÖÔÕNG TÍNH SOÙNG – HAÏT CUÛA AÙNH SAÙNG 2-1. Thuyeát Anhxtanh veà tính chaát soùng haït cuûa saùng. 1. Hieäu öùng quang ñieän. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 56 Hieäu ööùng quang ñieän laø hieän töôïng böùt caùc electron khoûi beà maët kim loaïi (hoaëc chaát baùn daãn) do taùc duïng cuûa aùnh saùng (hoaëc taùc duïng cuûa böùc xaï. - Chieáu böùc xaï coù taàn soá  ñuû lôùn vaøo ñieän cöïc C caùc electron bò böùt ra khoûi beà maët kim loaïi veà ñieän cöïc A vôùi vaän toác v 0 : coù hieäu öùng quang ñieän xuaát hieän. - Ñoäng naêng ban ñaàu cuûa electron: 2 0 1 2 eU mV 2. Thuyeát Anhxtanh veà tính chaát haït cuûa aùnh saùng (1906). Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 57 - Döïa treân cô sôû thuyeát löôïng töû cuûa Plaêng, Anhxtanh neâu ra quan nieäm môùi veà tính chaát cuûa aùnh saùng. AÙnh saùng laø doøng caùc haït vaät chaát ñöôïc goïi laø photon (hay quang töû hoaëc löôïng töû aùnh saùng) maø moãi photon ñoù coù moät löôïng töû naêng löôïng  = h. - Theo Anhxtanh: - Naêng löôïng toaøn phaàn h ñöôïc chuyeån cho e thích hôïp treân beà maët kim loaïi. Naêng löông h moät phaàn duøng ñeå böùt e ra khoûi beà maët kim loaïi, phaàm coøn laïi truyeàn cho e moät ñoäng naêng ban ñaàu vôùi vaän toác v 0. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 58 2 0 0 1 2 h h mv   Nhö vaäy: 2 0 0 0 1 2 mv h h eU e U v h         h laø haèng soá Plaêng, m laø khoái löôïng electron,  laø taàn soá aùnh saùng hay böùc xaï chieáu vaøo v 0 ñöôïc goïi laø ngöôõng quang ñieän. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 59 2-2. Löôõng tính soùng – haït cuûa aùnh saùng - Thuyeát ñieän töø cuûa Maêcxoen giaûi thích ñöôïc hieän töôïng nhieãu xaï, giao thoa cuûa aùnh saùng khoâng giaûi thích ñöôïc hieäu öùng quang ñieän hieäu öùng Compton. Ngöôïc laïi thuyeát Anhxtanh giaûi thích ñöôïc hieäu öùng quang ñieän hieäu öùng Compton khoâng giaûi thích ñöôïc hieän töôïng nhieãu xaï vaø giao thoa aùnh saùng. -Naêm 1924 nhaø baùc hoïc ngöôøi Phaùp Lui ñô Brôi ñaõ thoáng nhaát hai thuyeát treân cho raêng aùnh saùng vöøa coù tính chaát soùng vöøa coù tính chaát haït. Ñoù laø tính löôõng tính soùng – haït hay tính nhò nguyeân soùng haït. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 60 Töø heä thöùc: 2 c h h mc        vaø Keát hôïp hai bieåu thöùc treân ta coù: 2 c hmc h mc       mc chính laø xung löôïng cuûa photon h h p mc p       P laø xung löôïng bieåu thò tính chaát haït,  bieåu thò tính chaát soùng cuûa photon. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 61 §3. SÓNG VẬT CHẤT ĐƠ BRƠI 3-1. Giả thuyết Đơ Brơi (1924). - Sự chuyển động của một hạt vật chất bất kì đều phải liên kết với một sóng vật chất. Sóng vật chất đó đƣợc gọi là sóng liên đới với hạt. Các đại lƣợng đặc trƣng của hạt là năng lƣợng và xung lƣợng. h h p mv E v h     Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 62 3-2. Sóng vật chất đơ Brơi với electron - Các hạt vật chất nhƣ electron, proton, nơtron nguyên tử, phân tử chuyển động mang tính chất sóng hạt. Các kết quả thực nghiệm khẳng định rằng lectron – một loại hạt vật chất có tính chất sóng. Một electron chuyể động với vận tốc v do tác dụng của điện trƣờng tạo bởi một hiệu điện thế U thì động năng của nó đƣợc tính: 21 2 mv eU Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 63 12,25 2 h h h p mc meU U      U tính bằng von,  tính bằng angstron (). Nếu với năng lýợng 1,0 eV týng ứng  = 12,25  3-3. Ý nghĩa vật lí của sóng vật chất đơ Brơi - Electron – hạt vật chất thể hiện tính chất sóng. Biên độ của trƣờng sóng đƣợc gọi là hàm sóng, Hàm sóng đó phụ thuộc vào tọa độ khái quát q và thời gian t. Kí hiệu: (q,t) đọc pxi, nếu q la tọa độ Đecac thì hàm sóng đƣợc viết: (x, y, z, t). - Ýnghĩa vật lí của hàm s.... Khi electron ở trạng thái β spin  năng lƣơng cao. Khi electron ở trạng thái  spin  năng lƣợng thấp. - Bộ ba số lƣơng tử n, l, ml xac định một hàm sóng không gian nguyên tử của một AO . Bộ bốn số lƣợng tử n, l, ml, ms xác định hàm toàn phần M  ( )lm   1 2 sm   1 2 sm   , , ( )ln l m r   Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 125 một obitan (ASO) , , , ( , )l sn l m m r    Chương 5: NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON §5-1. Nguyên lí phản đối xứng. Nguyên lí không phân biệt các hạt đồng nhất electron là các hạt đồng nhất, không thể phân biệt đƣợc. Ví dụ: Nguyên tử He có 2e ta qui ƣớc kí hiệu e1, e2 hai e này đồng nhất không phân biệt đƣợc hoặc nguyên tử N có n electron ta qui ƣớc kí hiệu e1, e2, , ei, ej, , en các e này đồng nhất không phân biệt đƣợc. 2. Nguyên lí phản đối xứng Một hệ đơn giản gồm 2e mỗi e đƣợc đặc trƣng hai tọa độ không gian (r) và tọa độ spin  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 126  ,r q   Chƣơng 6: ĐẠI CƢƠNG VỀ HÓA HỌC HẠT NHÂN 1-6. Định luật về sƣ phân rã phóng xạ Định luật của phản ứng một chiều bậc nhất về mặt động hóa học: A  San pham Phƣơng trình đông hoc cua phan ứng: v la toc đo phan ứng, dx/dt la đao ham bac nhat cua nong đo chat A bat đau phan ứng t = 0 . ( )(7 4) dx v k a x dt      Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 127 x là nồng độ chất A mất đi sau thời gian phản ứng t, (a – x) là nồng độ chất A có tại thời điểm đang xét, k là hằng số tốc độ phản ứng. Bằng phép biến đổi toán học ta có: Viết ở dạng hàm mũ: (a – x) = a.e-kt. Áp dụng cho quá trình phân rã phóng xạ: hay N = N0e -kt = N0e -t.  là hằng số tốc đo phân rã phóng xạ, N0 là số hạt nhân phóng xạ gốc có ở thời điểm đầu t = 0, N là số hạt nhân còn lại ở thời điểm đang xét. 1 ln a k t a x   01ln N k t N   Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 128 Chu kỳ bán hủy là thời gian để lượng ban đầu (a hay N0) của chất phản ứng mất đi một nữa (a/2, N0/2), kí hiệu t1/2 (đọc là thau). Thay N = N0/2 vào và đổi ln sang lg ta có: 1 1 2 2 1 0,693 ln 2k t t k    Xem bài tập (7-5 trang 245). Xác định niên đại dựa vào hóa học phóng xạ bài tập (7-6). 2-6. Độ phóng xạ Độ phóng xạ A của một mẫu phóng xạ bằng số phân rã trong một đơn vị thời gian. dN A dt  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 129 dN là số phân rã xảy ra sau thời gian dt. A là tốc độ phân rã của mẫu phóng xạ đang xét. - Độ phóng xạ đo bằng curi, 1 curi là số phân rã do 1 gam rađi tạo ra. Vì 1 gam rađi có 3,7.1010 phân rã trong 1 giây. Nhƣ vậy 1curi = 3,7.1010 phân rã trong 1 giây. 1 mili curi (mc) = 10-3 curi 1 micro curi (c) = 10-6 curi, ngoài ra còn có đơn vị Rơzơfo. 2-7. Phóng xạ nhân tạo - Là hiện tƣợng dùng một loại hạt làm đạn bắn vào hạt nhân làm bia tạo ra hạt nhân mới cùng với các tia phóng xạ. Ví du: 5B 10 + 2He 4  [7N 14]  7N 13 + 0n 1 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 130 13Al 27 + 2He 4  [15P 31]  15P 30 + 0n 1 12Mg 24 + 2He 4  [14Si 28]  14Si 27 + 0n 1 Ñoù laø quaù trình sô caáp. Tieáp ñeán quaù trình thöù caáp: 7 N 13  6 C 13 + + 15 P 30  14 Si 30 + + 14 Si 27  13 Al 27 + +. Hieän töôïng phoùng xaï ngaøy caøng nhieàu coù nhieàu öùng duïng trong coâng ngheä vaø ñôøi soáng. 27 Co 59 + 0 n 1  27 Co 60 27 Co 60  28 Ni 60 + - hv = 1,25 MeV (1MeV = 10 6 eV). Böùc xaï  duøng ñeå chöõa beänh ung thö. - Phoùng xaï nhaân taïo thöôøng bao goàm quaù trình sô caáp vaø thöù caáp. Quaù trình sô caáp taïo ra nguyeân toá môùi keùm beàn noù trôû thaønh nguyeân toá “meï” ñeå taïo ra hieän töôïng thöù caáp. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 131 §7-4. SỰ PHÂN HẠCH HẠT NHÂN 4-1. Khái niệm: - Hiện tượng khi bắn vào một hạt nhân nào đó, chẳng hạn như hạt , hạt nhân làm bia bị “vở ra” thành các mảnh đó là sự phân hạch hạt nhân. 4-2. Phản ứng phân hạch dây chuyền Sự phân hạch dây chuyền là cho nơtron chậm + 92U 235 do sự đoạt nơtron  đồng vị 92U 236, đồng vị này vỡ ra 2 phần khác nhau về số khối và giải phóng ra 2 hoặc 3 nơtron. Những đồng vị kém bền vì có số nơtron vƣợt quá nhiều so với proton chúng phát ra tia  qúa trình đó tiếp diễn cho tới lúc đƣợc đồng vị bền. Ban đầu từ 1 0n 1 càng về sau số 0n 1 càng nhiều Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 132 sự phân rã xảy ra đồng thời nhiều hạt nhân. Để phản ứng phân hạch hạt nhân theo, kiểu dây chuyền nguyên liệu phải đƣợc tinh chế và có khối lƣợng tới hạn. Ví dụ: 92U 235 có khối lƣợng tới hạn từ 900  1000 gam. Có hai tình huống xảy ra phản ứng phân hạch dây chuyền hạt nhân: + Không điều khiển đƣợc (phản ứng kiểu thác) nhƣ bom nguyên tử hay bom A nổ + Điều khiển đƣợc (hay có thể dừng) đó là các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân, tàu phá băng nguyên tử, nhà máy điện nguyên tử. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 133 + Các nguyên tố gốc của các họ phóng xạ có thể cho phản ứng dây chuyền. §7-5. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Các hạt nhân trƣớc khi tham gia phản ứng nhiệt hạch phải đƣợc nung nóng ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ đun nóng khoảng 108 0K thì mới thăng đƣợc lực đẩy culong. Các phản ứng nhiệt hạch sau đây đƣợc đề cập: 1H 1 + 1T 3  2He 4 H = -19,8 MeV 1D 2 + 1T 3  2He 4 + 0n 1 H = -17,6 MeV 3Li 6 + 1D 2  22He 4 H = -22,0 MeV §7-6. Sơ lƣợc về một số hạt cơ bản. 6-1. Photon: - Kí hiệu  là hạt trung hạt Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 134 Khối lƣợng m = h/c2 = h/c, năng lƣơng  = h (c = 3.0.108 m/s tốc độ ánh sáng trong chân không). Mỗi photon có một năng lƣợng  xác định. Hạt và phản hạt. 2.a. Electron e kí hiệu  hay -. b. Phản hạt của e là pozitron e+ hay +. 3.a. Proton p b. Phản hạt của proton kí hiệu điện tích -1 4.a. Nơtron n là hạt trung hòa b. Phản hat nơtron khác với nơtron hình chiếu momen từ. 5.a. Nơtrino kí hiệu  là hạt trung hòa khối lƣợng xấp xĩ bằng không. b. Phản hạt nơtrino là khác sự định hƣớng spin p n  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 135 Liên kết trong hạt nhân là lực hút giữa các nucleon đƣợc tạo ra do một quá trình liên tục hình thành và phân hủy mesyonpi (+) và mesopi (-): 1p 1 0n 1 + +. 0n 1  1p 1 + - +  e+ + 0  -  e- + 0 - Năng lƣợng hạt nhân là một nguồn năng lƣợng rất lớn và vô tận, tất cả mọi ngƣời trên thế giới đều mong muốn sử dụng năng lƣợng hạt nhân vào mục đích hòa bình. Chƣơng VIII: ĐAI CƢƠNG VỀ LIÊN KẾT HÓA HỌC §8-1. Mở đầu Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 136 1-1. Liên kết hóa học Là một trong những vấn đề cơ bản của hóa học. 1-2. Các đặc trƣng của liên kết. - Năng lƣợng liên kết. - Cấu trúc hình học của phân tử (độ dài liên kết góc liên kết). Năng lƣợng liên kết: - Là một trong những vấn đề trọng yếu của hóa học nói chung và liên kết hóa học nói riêng. Năng lượng liên kết của một liên kết A – B là năng lượng vừa đủ để phá vỡ liên kết đó. Kí hiệu: EA-B hay EAB. Ví dụ: H2  2H cần một năng lƣợng 436 kJ.mol-1 EH-H = 436 kJmol -1 khi hình thành 1 mol phân tử H2 từ 2mol nguyên tử H giải phóng Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 137 Giải phóng ra một năng lƣợng E = - 436 kJmol-1 2H  H2 E = - 436 kJ.mol -1 Năng lƣợng cần cung cấp cho hệ có dấu (+). Năng lƣợng hệ giải phóng ra có dấu -. Năng lƣợng liên kết luôn có dấu (+) hay EAB > 0. b. Năng lƣơng liên kết là năng lƣợng trung bình Ví dụ: EC-H = 410 kJ.mol -1, năng lƣợng liên kết càng lớn thì liên kết càng bền. Ví du: Năng lƣợng liên kết C –X (X: F, Cl, Br, I) F Cl Br I 441 328 276 240 §8-2. LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ VÀ LIÊN KẾT ION 8-2-1. Quy tắc octet Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 138 1-1. Các dạng liên kết hóa học. - Có bốn dạng liên kết hóa học Liên kết cộng hóa trị Liên kết ion. Liên kết kim loại Liên kết hiđro, tƣơng tác Van đơ Van (thuộc liên kết yếu). 1-2. Quy tắc octet - Do Coxen và Liuyxơ đƣa ra vào năm 1916: Khi tạo liên kết hóa học, các nguyên tử có xu hướng đạt tới cấu hình lớp ngoài cùng bền vững của nguyên tử khí hiếm với 8e 8-2-2. Liên kết cộng hóa trị 2-1. Thuyết Liuyxơ (1916). rong phân tử được tạo ra từ nguyên tử các nguyên tố Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 139 phi kim, liên kết giữa hai nguyên tử đƣợc thực hiện bởi cặp e dùng chung nhờ đó mà mỗi nguyên tử đều có đƣợc cấu hình lớp ngoài cùng bền vững của nguyên tử khí hiếm 8e . . . . : Cl : Cl : . . . . 2-2. Phân loại liên kết cộng hóa trị a. Liên kết cộng hóa tri không phân cực: - Đó là liên kết trong các phân tử đơn chất Cl2, Br2, O2,.. b. Liên kết cộng hóa trị có cực: - Đó là liên kết trong các phân tử hợp chất H2O, HCl, NH3, c. Tính định hƣớng trong không gian của liên kết cộng hóa trị. Liên kết cộng hóa trị có tính định hƣớng không gian và tính bão hòa. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 140 8-3-1. Liên kết ion 3-1. Thuyết Coxen (1916): - Trong phản ứng hóa học xác định các nguyên tử có xu hƣớng thu thêm e hay nhƣờng bớt e để đạt tới cầu hình e bền vững của nguyên tử khí hiếm với 8e. 2Na + Cl2  2NaCl Na – 1e  Na+; Cl2 + 2e  2Cl - hay M0 – ne  Mn+ X0 + ne  Xn- 3-2. Một số đặc điểm của liên kết ion và hợp chất ion a. Lực liên kết. Lực liên kết trong hợp chất ion chủ yếu là lực tĩnh điện. b. Không có sự định hƣớng không gian Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 141 8-3-3. Sự trung hòa về điện MgCl2  Mg 2+ + 2Cl- 8-4. Công thức cấu tạo Liuyxơ 8-4-1. Công thức cấu tạo Liuyxơ: - Quy ƣớc dùng dấu chấm (.) để biểu thị một electron hai (:) hay (..) hoặc một vạch (–) (hay ┃, để chỉ một đôi e trong nguyên tử hay phân tử. Công thức hóa học có dùng kí hiệu trên đƣợc gọi công thức cấu tạo Liuyxơ (công thức Liuyxơ). H : N : H . . H : NH3 NH H H. . NH3 NH3hay Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 142 4-2. Một số khái niệm - Viết cấu tạo Liuyxơ cho một công thức hóa học ta phải biết một số khái niệm: Nguyên tử trung tâm và phối tử: - Nguyên tử trung tâm là nguyên tử cần nhiều nhất số e để tạo đƣợc octet cho lớp ngoài cùng của nó (hay nguyên tử có số oxi hóa cao nhất) - Các nguyên tử khác và cả đôi e riêng của nguyên tử trung tâm đƣợc gọi là phối tử. Ví dụ: : NH3 nguyên tử trung tâm là N; 3H và 1 đôi e riêng của N là phối tử hoặc HCN cấu tạo Liuyxơ H :C:::N nguyên tử trung tâm là C, phối tử 1H và 1N. b. Lõi nguyên tử: - Là gồm hạt nhân và e ở lớp trong (khi nguyên tử là thành phần của một công thức hóa học đang xét) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 143 . Lỏi nguyên tử của các nguyên tử trong HCN: N gồm hạt nhân và e trong 1s2; C gồm hạt nhân và e trong 1s2 H chỉ có hạt nhân (H có thể coi là trƣờng hợp ngoại lệ, có thể không cần xét đến). c. Điện tích: - Điện tích lõi nguyên tử là một số nguyên dương có trị số bằng số e hóa trị vốn có của nguyên tử đó. Ví dụ: Điện tích lõi của các nguyên tử C, N, O, F là + 4, + 5, + 6, + 7. Điện tích hình thức của một nguyên tử được tính như sau: (Điện tích hình thức của nguyên tử) = (Điện tích lõi của nguyên tử) – (Tổng số e riêng của nguyên tử) – ½(Tổng số e tạo liên kết có nguyên tử tham gia) hoặc Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 144 (Điện tích hình thức của nguyên tử) = (Điện tích cốt lõi của nguyên tử) – (Tổng số e riêng của nguyên tử) – (Số liên kết nguyên tử đó tham gia). Ví dụ: Xác định điện tích hình thức của N trong NH3 và NH4 +. Điện tích lõi của N là 5, số e riêng của N là 2, tổng số e tạo liên kết có N tham gia là 6 (hay 3 liên kết). (Điện tích hình thức của N) = 5 – 2 – ½.6 = 5 – 2 – 3 = 0. Trong NH4 +, N không có e riêng có 4 liên kết với 4H. (Điện tích hình thức của N) = 5 – 0 – ½.8 = 5 – 0 – 4 = + 1. 4-3. Các bƣớc để viết công thức Liuyxơ. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 145 HÓA ĐẠI CƢƠNG (Tiếp theo chƣơng VIII) 8-4. Giả thuyết về sự cộng hƣởng cấu tạo 4-1. Tìm công thức cấu tạo Liuyxơ của CO3 2- O: C :O . . O N1= (6.3 + 4 + 2)e = 24e. N2 = 6e, N3 = 18e, N4 = 18e, N5 = N3 – N4 = 0 CO O O Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 146 Điện tích hình thức cho từng nguyên tử C = 4 – 3 = +1 O = 6 – 6 – 1 = -1. Tạo octet cho C có 3 khả năng kí hiệu d1, d2, d3. Điện tích hình thức trên mỗi nguyên tử: C = 4 – 4 = 0, O = 6 – 6- -1 = -1 O = 6 – 6 – 2 = 0 O = C – O(-) (-)O – C – O(-) (-)O – C = O | || | O(-) O O(-) 4-2. Giả thuyết về sự cộng hƣởng - Thực nghiệm cho thấy CO3 2- cấu tạo phẳng, 3 nguyên tử O ở 3 đỉnh của tam giác đều góc OCO = 1200, 3 liết C – O có độ dài 131 pm. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 147 Giải thích kết quả thực nghiệm Liuyxơ đƣa ra giả thuyết công thức cộng hƣởng. 4-3. Áp dụng tính điện tích trên mỗi nguyên tử oxi: Điện tích hình thức trên mỗi nguyên tử O = Điện tích toàn nhóm/Số cấu tạo cộng hƣởng. Nhƣ vậy O = . Điện tích này đƣợc phân bố Trên nguyên tử O trong nhóm gọi là sự giải tỏa điện tích. 4-4. Bậc liên kết - Bậc của một liên kết đƣợc xác định bằng tổng số cặp e tạo ra liên kết - Bậc 1 có 1 cặp e liên kết C – C, bậc 2 có 2 cặp e liên kết C = C, bậc 3 có 3 cặp e liên kết C  C. 2 3  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 148 Bậc của liên kết C – O trong CO3 2- bằng 4/3 = 1.1/3, đây là bậc trung gian giữa liên kết C = O và C – O. Ví dụ:- Liên kết C = O trong H2C=O là 1,21 pm - Liên kết C – O trong H3C-OH là 1,43 pm - Liên kết C – O trong CO3 2- 1,31 pm (t.n). 8-5. Đặc trƣng hình học của phân tử - Phân tử đƣợc hình thành và tồn tại nhờ sự tƣơng tác giữa các hạt nhân và e có trong phân tử khi tƣơng tác đó dẫn đến năng lƣơng cực tiểu (thấp hơn năng lƣợng ban đầu). - Sự phân bố vị trí tƣơng đối giữa các hạt nhân nguyên tử tạo nên cấu trúc hình học của phân tử với độ dài liên kết và góc hóa trị xác định (góc lk) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 149 5-1. Độ dài liên kết 1-1. Khái niệm: - Độ dài của một liên kết trong phân tử là khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tử tạo ra liên kết khi phân tử ở trạng thái mức năng lƣợng thấp nhất, đƣợc kí hiệu d. - Dùng phƣơng pháp phổ vi sóng và phƣơng pháp nhiễu xạ e để xác định độ dài liên kết. - Độ dài liên thông thƣờng từ 1,0 – 2,0 A0, dH-H= 0,74 A 0, dC-S= 4,47 A 0, dC-C = 1,53 – 1,54 A 0, d C=C = 1,34 A 0, dC-C benzen = 1,40 A 0. 0 dA-B Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 150 Độ dài liên kết càng ngắn liên kết càng bền. 1-2. Bán kính liên kết: - Độ dài liên kết dA-B= 1/2 (dA-A + dB-B) trong đó dA-A, dB-B là độ dài liên kết của A-A và B-B tƣơng ứng. Ví dụ: dCl-Cl = 1,99 A 0, dC-C = 1,54 A 0 dC-Cl = 1/2 (dC-C + dCl-Cl) = 1/2 (1,54 + 1,99) = 1,765 A0. Có thể coi 1/2 dA-A là bán kính liên kết hay bán kính cộng hóa trị của nguyên tử A. Có những trƣờng hợp ngoại lệ dH-H = 0,74 A 0 nhƣng rH = 0,30 A 0 không phải là rH = 0,37 A 0. - Khi hai nguyên tử A – B khác nhau về độ âm thì độ dài liên kết dA-B đo đƣợc < tổng trị số (rA + rB). dA-B  (rA + rB) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 151 1-3. Góc liên kết: - Là góc tạo bởi hai nữa đƣờng thẳng xuất phát từ một hạt nhân nguyên tử đi qua hai hạt nhân của hai nguyên tử liên kết với nguyên tử đó. Ví dụ:- Phân tử đƣờng thẳng góc liên kết bằng 1800 nhƣ C2H2, CO2, BeCl2,. - Phân tử tam giác đều, góc liên kết 1200 nhƣ C2H4, AlCl3, C6H6, CO3 2-, NO3 -,. - Phân tử tứ diện góc góc liên kết 1090,28 nhƣ các phân tử CH4, H2O, SO4 2-, - Góc nhị diện tạo bởi hai mặt phẳng của một số trƣơng hợp nhƣ H2O2, O H H1050 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 152 1-4. Mô hình sự đẩy giữa các căp e vỏ hóa trị: - Lực tƣơng tác giữa các hạt nhân và e trong phân tử chủ yếu là tƣơng tác tỉnh điện. - Liên kết hóa học đƣợc chia thành 2 dạng: Liên kết cộng hóa trị và liên kết ion không có ranh giới rõ rệt. Liên kết ion không có sự định hƣớng không gian, liên kết cộng hóa trị có sự định hƣớng không gian. Vì vậy mỗi phân tử liên kết cộng hóa trị có hình dạng nhất định hình dạng đó khác nhau ở các phân tử khác nhau. Vỏ hóa trị của nguyên tử có cặp e liên kết và cặp e riêng chúng tƣơng tác lẫn nhau ảnh hƣởng đến góc liên kết. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 153 Hình dạng phân tử phụ thuộc chủ yếu vào sự phân bố các cặp e hay các đám mây vỏ e trị của nguyên tử. 1-5. Mô hình sự đẩy giữa các cặp e vỏ hóa trị. - Mô hình này đƣợc Xich Uych – Poven đƣa ra vào năm 1940 sau đó đƣợc Gibxơpi bổ sung hoàn chỉnh. Nội dung mô hình: “Các cặp e vỏ hóa trị đƣợc phân bố cách nhau tới mức xa nhất có thể đƣợc để có lực đẩy nhỏ nhất giữa chúng. Hình dạng phân tử đƣợc giải thích hay tiên đoán dựa vào mô hình trên gọi là dạng theo mô hình sự đẩy các cặp e vỏ hóa trị. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 154 (Không áp dụng cho các hợp chất phức của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp có vỏ hóa trị d). Kết quả cho thấy cặp e riêng có mây e chiếm khoảng không gian rộng hơn khoảng không gian chiếm bởi mây e của đôi liên kết. Đôi e riêng Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 155 1-6. Hình dạng một số loại phân tử: - Xét các dạng phân tử chủ yếu có liên kết đơn a.Dạng phân tử AXn (n = 2 → 6) - Nguyên tử trung tâm không có cặp e riêng. Sự phân bố cặp e liên kết dẫn đến hình dạng phân tử tƣơng ứng trong mỗi trƣờng hợp từ n = 2  n = 6 biểu diễn nhƣ sau: n = 4n = 3n = 2 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 156 Phân tử AXn n = 5. P Cl Cl Cl Cl Cl Mô hình VSEPR Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 157 Phân tử AXn n = 6 S F F FF FF 900 900 n-Bu Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 158 8-6. Mô men lƣỡng cực 8-6-1. Mômen lƣỡng cực phân tử () + -r Mô men lƣỡng cực là một đại lƣợng vectơ có chiều hƣớng từ điện tích dƣơng (+) đến điện tích âm (-). Trị số hay độ lớn của mômen lƣỡng cực  = Q.r Đơn vị của mômen lƣỡng cực là Culong mét (Cm) hoặc Đơbai. 1D = 3,33.10-30 Cm. Mô men lƣỡng cực bằng không  = 0 nhƣ H2, CO2, CH4, C6H6, CCl4. đƣợc xác định bằng thƣc nghiệm đo hằng số điện + - Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 159 Phƣơng pháp phổ vi sóng. 6-2. Mômen liên kết - Các phân tử hai nguyên tử nhƣ HCl, HI, HBr momen lƣỡng cực của phân tử cũng chính là momen lƣỡng cực của liên kết giữa hai nguyên tử gọi là momen liên kết. liên hệ với Ví dụ: O = C = O  = 0.  1 2&    1 2  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 160 8-7. Tƣơng tác Van đơ Van - Là tƣơng tác giữa các phân tử bản chất là tƣơng tác tĩnh điện nhƣng rất bé bao gồm lực hút và lực đẩy. 7-1. Ba thành phần của lực hút a.Lực định hƣớng - Theo Kenxom các phân tử phân cực có   0 khi tiến lại gần nhau, các đầu lƣỡng cực trái dấu hút nhau tạo ra định hƣớng giữa chúng sao cho hệ có năng lƣợng thấp ở trạng thái bền nhất. - + - + - + - + r Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 161 Thế năng của lực định hƣớng  là momen lƣỡng cực, k hằng số Bôxơman, T là nhiệt độ tuyệt đối, r là khoảng cách giữa hai lƣỡng cực,  càng lớn thì thì lực định hƣớng càng mạnh. b. Lực cảm ứng: Gây ra bởi 1 phân tử phân cực và một phân tử không phân cực khi chúng tiến lại gần nhau, nguyên nhân do phân tử phân cực gây cảm ứng với phân tử không phân cực làm 4 dh 6 2 3 U r kT    Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 162 cho phân tử không phân cực trở thành phân cực. Lực này càng lớn khi phân tử phân cực càng lớn và phân tử không phân cực càng dễ biến dạng - + - + r - + Thế năng cảm ứng:  là hệ số phân cực phụ thuộc vào dạng phân tử Ví dụ: CO  = 1,99.10-24 cm3, HI  = 5,4.10-24 cm3 c. Lực khuyếch tán 2 . 6 2 c uU r    Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 163 Do tƣơng tác giữa các phân tử không phân cực với nhau khi chúng tiên lại gần nhau nguyên nhân do chúng xuất hiện hai hiệu ứng sau đây: Do dao động của của hạt nhân và sự chuyển động tƣơng đối của các e đồng thời làm xuất hiện những lƣỡng cực. Do lực đẩy giữa các lớp vỏ e đã bão hòa - + - + r 2 0 6 3 4 kt h U r     Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 164 Thế năng tƣơng tác hút 6hut dh cu kt A U U U U r      4 2 2 0 2 3 2 3 4 A h kT       d. Lực đẩy d n B U r  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 165 e. Bán kính Van đơ Van -Thế năng tổng cộng tƣơng tác Van đơ Van đƣợc xá định Ứng với Umin ta có trị số r = rcb mà r0 = rcb/2. r0 ứng với Umin gọi là bán kính Van đơ Van. Tƣơng tác Van đơ Van là tƣơng tác yếu. 8-8. Liên kết hiđro 8-1. Khái niệm, bản chất, phân loại. 6 U U U h d A B U nr r      Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 166 a.Khái niệm Là liên kết giữa một nguyên tử H với một nguyên tử B âm điện mạnh hơn có cặp e riêng đƣợc gọi là liên kết hiđro, kí hiệu |A – H B| Ví dụ: H – F...H – F.. b. Bản chất của liên kết hiđro -Do tƣơng tác tĩnh điện giữa nguyên tử H với các nguyên tử âm điện mạnh nhƣ F, O, N,tạo ra những trọng tâm tích điện âm và tích điện dƣơng. .H - F(-).H(+)-F(-)..H(+)-F(-)-H(+). Bản chất của liên kết hiđro là do tƣơng tác tĩnh điện giữa nguyên tử H với nguyên tử âm điện mạnh có cặp e riêng. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 167 c. Phân loại: - Có 2 loại liên kết hiđro nội phân tử và liên kết giữa các phân tử -Liên kết hiđro nội phân tử -Liên kết hiđro giữa các phân tử C O H O H O R H O H H O R H Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 168 8-2. Vai trò của liên kết hiđro: - Làm thay đổi cấu trúc phân tử ảnh hƣởng đến tính chất các chất và tƣơng tác giữa chúng a.Ảnh hƣởng đến cấu trúc - Sự tạo thành phân tử nƣớc đá O O O H O H H O H H H H H H H Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 169 Nƣớc đá cứng nhƣng nhẹ hơn nƣớc lỏng b. Sự đime hóa của một số chất ở trạng thái lỏng Ví dụ: Các axit hữu cơ HCOOH, CH3COOH, H3C C O O H H O C CH3 O c. Ảnh hƣởng đến tính chất vật lí -Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy d. Ảnh hƣởng đến độ tan của các chất NH3, C2H5OH, CH3COOH,..tan vô hạn trong nƣớc Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 170 Chƣơng IX: THUYẾT LIÊN KẾT HÓA TRỊ (Thuyết VB Valence bond theory) Nghiên cứu liên kết hoá học và cấu tạo nguyên tử trên cơ sở thuyết liên kết hoá trị (thuyết VB) và thuyết obitan phân tử (thuyết MO) §9-1. Các luận điểm cơ sở của thuyết VB §9-2. Xét sơ lƣợc phƣơng pháp Hailơ–Lơnđơn. Giải bài toán đối với phân tử H2. 2-1. Các nội dung chính a.Mô hình hệ phân tử H2: - Là hệ phân tử đơn giản nhất. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 171 b. Toán tử Hamintơn -Dùng hệ đơn vị nguyên tử ta có biểu thức Hamintơn của hệ: H = - 1/2(1 2 - 22) - 1/r1a- 1/r1b – 1/r2a – 1/r2b + 1/r1,2 + 1/ra,b (9 – 2) c. Hàm sóng - Hàm không gian: H có cấu hình 1s1 AO ứng với nguyên tử a là a, AO ứng với nguyên tử b là b. Các hàm tích: 1 = a (1). b (2) 2 = a (2). b (1) AO viết trƣớc ứng với e1 tiếp theo là e2 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 172 Viết gọn: 1 = a. b 2 = b. a Tổ hợp các hàm tích đó ta có: + = S = c+ (1 + 2) (9 – 5) - = A = c- (1 - 2). (9 – 6) Hàm + = S là hàm không gian đối xứng, hàm - = A là hàm không gian phản đối xứng - Hàm sóng spin: - Hệ có 2e ta có các hàm , . Từ hai hàm này ta có đƣợc 4 hàm spin tổ hợp trong đó có có 1 hàm phản đối xứng: 1 ( ) 2   (9 – 7) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 173 Hàm đối xứng mô tả trạng thái spin 2e đối song  hay . Ba hàm còn lại là các hàm spin đối xứng mô tả trạng thái 2e có spin song song  hay  -Hàm sóng toàn phần hay hàm obitan spin  Hàm  này phải là hàm phản đối xứng. Kết hợp với hàm không gian +, - với 4 hàm spin tổ hợp sẽ thu đƣợc 4 hàm  phản đối xứng. d. Phƣơng trình Srođingơ chỉ tác dụng vào phần không gian của hàm , H E  H (9 – 10) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 174 Do đó: Giải phƣơng trình vi phân tuyến tính cấp 2 thu đƣợc kết quả. e. Kết quả: + Thu đƣợc đồng thời hai kết quả là hàm sóng  và năng lƣợng E. Hàm sóng + có năng lƣợng tƣơng ứng: Hàm sóng - theo (9 – 6) có năng lƣơng tƣơng ứng H E    H E    2 ' ' 2 1 H Q A E E S      (9 – 12) (9 – 11) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 175 2 ' ' 2 1 H Q A E E S      (9 – 13) -Trong đó EH là năng lƣợng của một nguyên tử H cô lập. Q’ là tích phân Culong ứng với phần năng lƣợng tƣơng tác Culong, A’ là tích phân trao đổi ứng với phần năng lƣợng trao đổi chỉ xuất hiện khi xét hệ theo quan niệm của cơ học lƣợng tử. Q’, A’ < 0 (đều âm) |Q’| < |A’| (9 – 14) + Ý nghĩa của kết quả S là tích phân xen phủ đã biết. Năng lƣợng đƣợc biểu thị bằng đƣờng cong (9 – 2) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 176 E+  E- R0 2EH Emin R- Đƣờng E, nằm ở phần dƣơng (+), E- > 0, không có cực tiểu chứng tỏ không có sự hình thành phân tử H2 (trạng thái 2e ). Đƣờng E có cực tiểu, Emin < 0 tại R = R0, Emin là năng lƣợng giải phóng khi 2 nguyên tử H tiến đến khoảng cách R0 thì H2 đƣợc hình thànhậy EH-H = Emin là năng lƣợng liên kết của H2, R = R0 là độ dài liên kết của H2 ứng với 2e đối song  hay  Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 177 - Kết quả tính toán theo Hailơ – Lơn đơn đạt 60% kết quả đo đƣợc từ thực nghiệm. -Theo tiên đề hàm sóng mật độ xác xuất thu đƣợc tƣơng ứng với mỗi hàm sóng:  hay   hay  Hàm sóng + mô tả liên kết hóa hỏctong phân tử H2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 2                 a b ba Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 178 + Kết luận: - Lời giải phƣơng trình sóng Srôđinger theo phƣơng pháp Hailơ – Lơnđơn cho kết quả hàm  mô tả trạng thái liên kết của e ứng với năng lƣợng E. §9-3. Thuyết lai hóa 3-1. Khái niệm lai hóa a.Lai hóa là gì:- Là sự tổ hợp tuyến tínhcác AO hóa trị nguyên chất (hay thuần khiết) chỉ có số lƣợng tử l khác nhau của cùng một nguyên tử tạo ra các AO mới có cùng năng lƣợng. b. Điều kiện để các AO hóa trị tham gia lai hóa. - Lai hóa xảy ra giữa các AO hóa trị trong cùng Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 179 một nguyên tử. Các AO hóa trị tham gia lai hóa phải có mức năng lƣợng xấp xĩ gần nhau. - Số AO lai hóa thu đƣợc bằng tổng số các AO tham gia tổ hợp tuyến tính. - Các AO lai suy biến về mặt năng lƣợng nghĩa là các AO lai hóa có mức năng lƣợng xấp xĩ gần bằng nhau. -Hình dạng AO lai hóa là có một đầu nở rộng còn đầu bị thu hẹp. -Sự định hƣớng các AO lai hóa trong không gian tƣơng ứng với sự phân bố không gian xác định của các e. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 180 3-2. Một số dạng lai hóa chủ yếu: - Các dạng lai hóa chủ yếu với các AO hóa trị tham gia a. Lai hóa sp: - Là sự tổ hợp tuyến tính 1AO1S với 1 AOp để tạo ra 2AO lai hóa có hình dạng, kích thƣớc mức năng lƣợng giống nhau, nằm trên một đƣờng thẳng góc lai hóa 1800. Biểu thức toán học của lai hóa sp là: 1 ( ) 2 1 ( ) 2 a z b z sp s p sp s p     (9 – 17) (9 – 18) Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 181 b. Lai hóa sp2: - Là sự tổ hợp tuyến tính 1AOS với 2AOp để tạo ra 3AOLh sp 2 có hình dạng, kích thƣớc, mức năng lƣợng hoàn toàn giống nhau, hƣớng ra 3 đỉnh của một tam giác đều góc lai hóa 1200. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 182 Hàm sóng tổ hợp tuyến tính của AO lai hóa sp2 2 2 2 1 2 3 3 1 1 1 3 6 2 1 1 1 3 6 2 a x b x y c x y sp s p sp s p p sp s p p         Lai hóa sp2 đƣợc áp dụng để giải thích liên kết trong các hợp chất anken CnH2n, C6H6, AlCl3, c. Lai hóa sp3: - Là sự tổ hợp tuyến tính 1AOS với 3AOp để tạo ra 4AOLh sp 3 có hình dạng, kích thƣớc, Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 183 nức năng lƣợng hoàn toàn giống nhau hƣơng ra 4 đỉnh của một tứ diện đều góc lai hóa 1090,28’ đƣợc gọi là lai hóa tứ diện. Lai hóa sp3 đƣợc áp dụng để giải thích liên kết hóa học trong các hợp chất ankan điển hình là CH4, H2O, NH4 +,.. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 184 Hàm sóng tổ hợp tuyến tính các AOLh sp 3: 3 3 3 3 1 sp ( ) 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 a x y z b x y z c x y z d x y z s p p p sp s p p p sp s p p p sp s p p p                 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 185 §9-4. Nguyên lí xen phủ cực đại. Thuyết hóa trị định hƣớng. 4-1. Nguyên lí xen phủ cực đại a. Mở đầu -Theo thuyết VB liên kết hóa học giữa 2 nguyên tử hình thành đƣợc là do sự xen phủ của 2AO hóa trị mỗi AO có 1e độc thân. a. b. a. b. a. .b a. b. a. .b a. .b R0 Liên kết hóa học đƣợc tạo ra càng bền nếu sự xen phủ 2AO càng mạnh Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 186 b. Nguyên lí xen phủ cực đại Liên kết hóa học giữa 2 nguyên tử sẽ đƣợc phân bố theo phƣơng nào mà ở đó có sự xen phủ lớn nhất (cực đại) của 2AO tham gia liên kết (hay là 2 mây e cả 2AO tham gia liên kết). 4-2. Thuyết hóa trị định hƣớng a. Nội dung -Sự định hƣớng hóa trị của nguyên tử tham gia liên kết thể hiện ở góc liên kết (hay góc hóa trị) có trị số xác định trong phân tử nhiều nguyên tử. b. Một số áp dụng + Phân tử H2S: Thực nghiệm cho biết H2S có góc HSH = 920 , S có cấu hình e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 có 6e Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 187 hóa trị phân bố trong 4AO     920 + Phân tử H2O: - Thực nghiệm cho thấy góc hóa trị HOH = 104,50. O ở cùng nhóm VIA với S có các e hóa trị phân bố trong các AO tƣơng ứng. Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 188     Trƣớc khi tham gia liên kết nguyên tử O ở trạng thái lai hóa sp3      104,50 Truong CDSP Nha Trang Nguyen Van Hieu 189 §9-5. Liên kết xicma, liên kết pi. Sơ đồ hóa trị sự chồng chất sơ đồ hóa trị 5-1. Liên kết xicma, liên kết pi a. Mở đầu -Điều kiện để sự xen phủ AO dẫn đến sự tạo thành liên kết hóa học: + Các AO tham gia xen phủ phải có năng lƣợng xấp xỉ với nhau (hay gần nhau về năng lƣợng). + Các AO tham gia xen phủ phải phù hợp nhau về tính đối xứng (có cùng hƣớng của trục liên kết. + Độ xen phủ giữa 2AO phải đủ lớn (xen phủ cực đại) b. Liên kết xicma Truong CDSP Nha Trang