Giáo trình Hóa đại cương - Chương 1: Cấu tạo nguyên tử và bảng phân loại tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Nội dung text: Giáo trình Hóa đại cương - Chương 1: Cấu tạo nguyên tử và bảng phân loại tuần hoàn các nguyên tố hóa học

1. ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC/ BỘ MƠN HĨA HỌC 1
2. NỘI DUNG (tập 1): . Chương 1: Cấu tạo nguyên tử . Chương 2: Liên kết hĩa học . Chương 3: Nhiệt động hĩa học . Chương 4: Động hĩa học . Chương 5: Dung dịch 2
3. CHƯƠNG 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ & BẢNG PHÂN LOẠI TUẦN HỒN CÁC NGUYÊN TỐ HĨA HỌC 3
4. I. Sơ lược về các thuyết cấu tạo nguyên tử 4
5. Thuyết Rutherford “Electron quay chung quanh hạt nhân nguyên tử giống như hành tinh quay xung quanh mặt trời”
6. Điện Khối lượng Hạt tích (Kg) +1 Proton (p) 1,6726.10-27 Electron -1 9,1095.10-31 (e) Neutron 0 1,6750.10-27 (n) q = 1,602.10-19 Culong 6
7. Cấu tạo nguyên tử Số khối A Kí hiệu nguyên tử Số điện tích h.nhân Z X + Khối lượng hạt nhân ≈ khối lượng nguyên tử A= Số khối = N + Z + Trong nguyên tử trung hịa số electron = số proton 7
8. Thuyết Bohr- Rutherford  Hai tiên đề của Bohr  Electron chỉ quay xung quanh hạt nhân trên những quỹ đạo trịn, đồng tâm, cĩ bán kính xác định và một mức năng lượng xác định (quỹ đạo dừng). Electron khơng phát xạ hay hấp thu năng lượng trên các quỹ đạo dừng  Năng lượng ( E) chỉ được phát ra hay thu vào khi electron chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. E = hν = E3 - E2 8
9. Thành cơng của thuyết Bohr * Tính được bán kính quỹ đạo bền, tốc độ, năng lượng của e khi chuyển động trên các quỹ đạo bền đĩ 2  h2 1 Ze va r = n2 0 v = n 2 n 2 o h me Z 2 En = - (13,6/ n ) eV
10. * Giải thích được bản chất vật lý của quang phổ nguyên tử Hydro - Đỏ, Lam, Chàm, Tím 10
11. II. Thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại theo cơ học lượng tử 11
12. Những luận điểm cơ bản của cơ học lượng tử  Tính chất sĩng-hạt của hạt vi mơ Thuyết lượng tử của Plank: “ Năng lượng của bức xạ khơng được giải phĩng hay hấp thu một cách liên tục mà bằng những lượng gián đoạn gọi là lượng tử. ε = h ν Thuyết sĩng kết hợp của De Broglie λ = h/mv 12
13. Khối lượng Tốc độ Độ dài sóng Tiểu phân (kg) (ms-1) (pm) e khí (300K) 9.10 -31 1.10 5 7000 e ngtử hidro 9.10 -31 2,2.10 6 33 e ngtử Xe (n=1) 9.10 -31 1.10 8 7 Ngtử He khí (300K) 9.10 –27 1000 90 Ngtử Xe khí (300K) 9.10 –25 250 10 Trái banh bay nhanh 0,1 20 3.10 -22 Trái banh bay chậm 0,1 0,1 7.10 -20 13
14.  Nguyên lý bất định Heisenberg Khơng thể xác định chính xác đồng thời vị trí và tốc độ của hạt vi mơ Δv: độ bất định về tốc độ Δx: độ bất định về vị trí 14
15. Ví dụ  Đối với electron m= 9,110-28g, chuyển động với với độ chính xác vận tốc ∆v = 108cm thì độ bất định về vị trí nhỏ nhất ∆x sẽ là: h 6,625.10 27 0 1,6.10 8 cm 1,6 A x ≥ 2 m. v 2.3,14.9,1.10 28.108  Do đĩ người ta chỉ nĩi xác suất tìm thấy electron (hay các hạt vi mơ khác) tại một vị trí nào đĩ trong khơng gian tại một thời điểm nào đĩ. 15
16.  Phương trình sĩng Schrodinger 2 2 2 8 2m E V  0 x2 y2 z2 h2 h : hằng số Plank m: khối lượng hạt vi mơ E : năng lượng tồn phần của hạt vi mơ V : thế năng của hạt vi mơ phụ thuộc vào tọa độ x, y, z  : hàm sĩng của hạt – mơ tả sự chuyển động của hạt trong khơng gian x, y, z 16
17. Ý nghĩa của hàm sĩng   Hàm sĩng  xác định xác suất cĩ mặt của hạt vi mơ tại vị trí cụ thể ở một thời điểm nào đĩ  2dV cho biết xác suất cĩ mặt của hạt vi mơ trong thể tích dV tại thời điểm cụ thể. 17
18.  Trạng thái của electron trong nguyên tử một electron và các số lượng tử 2 2 2 8 2m e2 E  0 2 2 2 2 x y z h 4 0r Hàm sĩng  của electron luơn chứa 3 thơng số là các số nguyên: n, l, ml Trạng thái chuyển động của electron trong Hydro phụ thuộc vào 3 số (n, l, ml): CÁC SỐ LƯỢNG TỬ 18
19.  Mỗi bộ 3 số (n, l, ml) n,l,ml : xác định vùng khơng gian bao quanh hạt nhân mà electron cĩ thể cĩ mặt bất kỳ thời điểm nào với xác suất cĩ mặt khác nhau. Vùng khơng gian như vậy gọi là đám mây điện tử hay ORBITAL nguyên tử (Atomic Orbital - AO) 19
20. AO quy ước là vùng khơng gian quanh hạt nhân, trong đĩ xác suất cĩ mặt electron trên 90% và cĩ hình dạng xác định. n = 1, l = 0, ml = 0 n = 2, l = 1, ml = 0 20
21. Các số lượng tử  Số lượng tử chính n Xác định năng lượng E và kích thước của orbital nguyên tử n 1 2 3 4 Lớp K L M N 4 me 2 2 E = Z2 = - 2,18.10-18 Z Z n 2 2 2 J = - 13,6 eV 8on h n n2 a n2 1 r = o 1 + 1 l (l+1) Z 2 n2 21
22.  Số lượng tử phụ l  Xác định hình dạng của các orbital  Ứng với mỗi giá trị n nhận các giá trị nguyên dương từ 0  (n-1), nghĩa là cĩ n giá trị l 0 1 2 3 Phân lớp s p d f l = 0 l = 1 22
23.  Số lượng tử từ ml  Quyết định số lượng & sự định hướng các orbital ng. tử  ml nhận (2l + 1) giá trị từ –l  + l kể cả giá trị 0 23
24.  Số lượng tử spin ms Đặc trưng cho sự tự quay của e xung quanh trục của mình, nhận một trong hai giá trị từ -1/2 & +1/2 25
25. Nguyên tử nhiều electron & cấu hình electron  Trạng thái electron cũng phụ thuộc vào 4 số lượng tử n, l, ml, ms  Hình dạng của AO cũng tương tự AO của nguyên tử hydro Trạng thái năng lượng của electron cĩ đặc điểm khác Phụ thuộc vào cả giá trị n và l Hiệu ứng chắn 26
26. QUY TẮC SLATER XEM TRANG 19 GIÁO TRÌNH HĨA ĐẠI CƯƠNG TẬP 1 27
27. CẤU HÌNH ELECTRON  Quy tắc Klechkowski Chu kỳ 1 1s Chu kỳ 2 2s 2p Chu kỳ 3 3s 3p 3d Chu kỳ 4 4s 4p 4d 4f Chu kỳ 5 5s 5p 5d 5f Chu kỳ 6 6s 6p 6d 6f Chu kỳ 7 7s 7p 7d 7f 28
28.  Nguyên lý ngoại trừ Pauli: Trong nguyên tử khơng thể cĩ hai e cĩ cùng 4 số lượng tử Mỗi AO được đặc trung bởi 3 số lượng tử n,l, ml nhất định, chứa tối đa 2 e cĩ spin khác nhau trong mỗi phân lớp cĩ (2l+ 1)AO, chứa tối đa 2( 2l+1) e 29
29.  Quy tắc Hund Trong mỗi phân lớp electron cĩ khuynh hướng điền vào các AO sao cho tổng số spin là cực đại. 30
30.  Ví dụ 1: Electron cuối cùng (thuộc phân mức năng lượng cao nhất) của nguyên tử cĩ Z = 30 cĩ 4 số lượng tử là: a. n = 3; l = 2; ml = -2; ms = +1/2 b. n = 4; l = 0; ml = 0; ms = -1/2 c. n = 3; l = 2; ml = 2; ms = -1/2 d. n = 4; l = 0; ml = 0; ms = +1/2 31
31.  Ví dụ 2: 4 số lượng tử của electron cuối cùng của ng.tử A: n=4; l=2; ml=0; ms=-1/2. Vậy cấu hình A là: a. 5s2 4d3 b. 5s2 4d8 c. 5s2 4d10 5p4 d. 5s2 4d6 32
32.  Ví dụ 3: Tính giá trị điện tích hiệu dụng Z* đối với electron 3d của nguyên tử Zn (Z = 30) a. 8,75 b. 9,25 c. 7,85 d. 10,5 33
33. III. Bảng hệ thống tuần hồn các nguyên tố hĩa học 34
34. Bảng HTTH Nhĩm chính Nhĩm phụ KL chuyển tiếp Nhĩm chính Lanthanides và Actinides
35. Sự biến đổi tuần hồn tính chất các nguyên tố trong bảng HTTH Bán kính nguyên tử, ion Năng lượng ion hĩa Ái lực electron Độ âm điện 36
36.  Bán kính nguyên tử Trong chu kì • Bán kính nguyên tử (khi đi từ trái sang phải) giảm dần Trong phân nhĩm • Bán kính nguyên tử (khi đi từ trên tăng dần xuống dưới) 37
37.  Bán kính ion  Khi chuyển nguyên tử trung hịa cation thì bán kính Giảm??? r r Na Na  Khi chuyển nguyên tử trung hịa anion thì bán kính tăng r r Cl Cl 39
38.  Chỉ so sánh bán kính những ion cĩ cùng số electron. Vd1: r Na+ < r F- Vd2: 3+ 2+ + r Al < r Mg < rNa 40
39.  Tính kim loại, phi kim Tính phi kim Tính kim loại Tính kim Tính phiTính kim Tính kim loại 41
40.  Năng lượng ion hĩa Năng lượng ion hĩa I là năng lượng cần thiết để tách một electron ra khỏi nguyên tử ở thể khí khơng bị kích thích X(k) + I X+(k) + e 42
41.  Ái lực electron Ái lực eletron F là năng lượng phát ra (-) hay thu vào (+) khi kết hợp một electron vào nguyên tử ở thể khí khơng bị kích thích X (k) + e X- (k) F 44
42. IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA H He -73 >0 Li Be B C N O F Ne -60 +48 -27 -122 +7 -141 -328 > 0 Na Mg Al Si P S Cl Ar -53 +39 -44 -134 -72 -200 -349 > 0 K Ca Ga Ge As Se Br Kr -48 +29 -29 -118 -77 -1985 -325 > 0 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe -47 +29 -29 -121 -101 -190 -295 > 0 Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn -45 +29 -30 -110 -110 ? ? > 0 45
43.  Độ âm điện Độ âm điện  là đại lượng đặc trưng cho khả năng của một nguyên tử (trong phân tử) hút electron về phía mình khi tạo liên kết với nguyên tử (của nguyên tố khác) 46
44. IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA H 2,2 Li Be B C N O F 0,98 1,57 2,04 2,55 3,04 3,44 3,98 Na Mg Al Si P S Cl 0,93 1,31 1,61 1,9 2,19 2,58 3,16 K Ca Ga Ge As Se Br 0,82 1,0 1,81 2,01 2,18 2,55 2,96 Rb Sr In Sn Sb Te I 0,82 0,95 1,78 1,96 2,05 2,1 2,66 Cs Ba Tl Pb Bi Po At 0,79 0,89 2,04 2,33 2,02 2,0 2,2 47