HÓA ĐẠI CƯƠNG VÔ CƠ (GENERAL CHEMISTRY INORGANIC). CHƯƠNG 1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ. THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ, CẤU TẠO LỚP VỎ ELECTRON, CẤU HÌNH ELECTRON. ĐƯỢC GIẢNG DẠY CHO CÁC SINH VIÊN KHÔNG THUỘC CHUYÊN NGÀNH HÓA HỌC.
Trang 1HÓA ĐẠI CƯƠNG
(GENERAL CHEMISTRY)
PHAN CHI UYÊN
Đà Nẵng, 10/2021
pcuyen@ute.udn.vn
Trang 2HÓA ĐẠI CƯƠNG – TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách, giáo trình chính
- Hóa vô cơ (inorganic chemistry)
Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ tập 1, tập 2, NXB
Giáo dục, 2004
Tài liệu tham khảo:
- Nguyễn Đình Chi, Cơ sở lý thuyết Hóa học-phần 1, NXB Giáo
dục, 2006
- Trần Quốc Sơn, Hóa học hữu cơ tập 1, NXB Hà Nội, 2004
- PGS.TS Thái Doãn Tĩnh, Bài tập cơ sở hóa hữu cơ, NXB Khoa
học và kỹ thuật, 2007
Trang 3KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN
+ Kiểm tra giữa kỳ: 30% Hình thức thi: Trắc nghiệm kết hợp tự
luận (đề chung)
+ Thi kết thúc học phần: 50% Hình thức thi: Tự luận kết hợp
nghiệm (đề chung)
đánh giá: đánh giá thường xuyên trên lớp
(Chú ý: sinh viên phải dự lớp trên 80%)
Trang 4CHƯƠNG 1
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
PHAN CHI UYÊN
Đà Nẵng, 10/2021
HÓA VÔ CƠ
Trang 5CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
+
Hóa học là gì?
Chất là gì?
Nguyên tử
Trang 6Nucleus có
Z proton và
N neutron:
điện tích Z+
Proton (p):
mp = 1,672.10 -24 g ( = 1,00728 đvC)
qp = 1,602.10 -19 C hay 1+
Neutron (n):
mn = 1,675.10 -24 g
(= 1,00867 đvC)
m p
q n = 0
Lớp vỏ có Z electron (e)
me = 0,91.10 -27 g = 9,1.10 -31 kg (=1/1837 đvC)
qe = -1,602.10 -19 Coulomb (C) hay
1-CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ
Số đơn vị điện
tích hạt nhân (Z)
= số p = số e
Số khối A = Z +
N
Ký hiệu nguyên tử :
Trang 7
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Z+
Z+
Z+
Z+
Nguyên tố hóa học là tập hợp tất cả các nguyên tử
có cùng số điện tích hạt nhân
Z+
N1 Z+
N2
Z+
N3
Đồng vị là những tập hợp những nguyên tử có cùng
số điện tích hạt nhân nhưng khác số neutron Các đồng vị thường có tính chất hóa học giống nhau
https://www.ntdvn.com/van-hoa/hon-than-va-vien-kim-cuong-lam-sao-de-thanh-cong-64137.html
Tính thù hình: Là sự tồn tại của nguyên tố hoá học
dưới dạng một số đơn chất Các đơn chất khác nhau do cùng một nguyên tố tạo thành gọi là các chất thù hình
Trang 8CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
Z+
N
Vỏ nguyên tử gồm nhiều lớp electron (n hay còn gọi là số lượng tử chính) Ký hiệu: 1, 2, 3, 4… hoặc K, L, M, N…
1/K
2/L
3/M
4/N
Mỗi lớp gồm nhiều phân lớp (l hay còn gọi là
số lượng tử phụ - lớp thứ n có n phân lớp:
từ 0 đến n-1): l = 0, 1, 2, 3 … s, p, d, f…
Phân lớp l có (2l + 1) orbital nguyên tử
Phân lớp s (l = 0) có 1 orbital, phân lớp p có
3 orbital, phân lớp d có 5 orbital Các orbital có số lượng tử từ m từ +l…0…-l
CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ
Trong lớp n có n2 orbital, chứa tối đa 2n2 electron
Trong mỗi orbital chứa tối đa 2 electron có số lượng tử spin m s = +1/2 (↑) hoặc m s = -1/2 (↓)
Trang 9Tiểu học (cấp 1)
Trung học cơ sở (cấp 2)
Trung học phổ thông
(cấp 3)
n=1, 2, 3
l=0, 1, 2, 3
Trang 10CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
1 2
3s 3p 3d
0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2
1 3 5
1 2 3
4s 4p 4d 4f
0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3
1 3 5 7 Orbital nguyên tử (AO) được ký hiệu bằng □ gọi là ô lượng tử
m 0
m +1 0 -1
m +2 +1 0 -1 -2
l = 0
l = 1
l = 2
CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ
n, l, m, ms là bốn số lượng tử đặc trưng cho các electron trong nguyên tử
Trang 11CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
Ví dụ 1: Hãy cho biết trong các bộ số lượng tử sau đây, bộ số lượng tử nào
đúng:
a) n = 3 ; l = 1 ; m = +1 ; ms = - 3/ 2
b) n = 2 ; l = 1 ; m = 0 ; ms = + 1/ 2
c) n = 4 ; l = 3 ; m = -4 ; ms = - 1/ 2
d) n = 5 ; l = 2 ; m = +2 ; ms = + 1/ 2
Ví dụ 2: Biểu diễn các AO có các số lượng tử sau:
a) n = 2 , l = 0 , m = 0
b) n = 2 , l = 1 , m = +1
c) n = 3 , l = 2 , m = -2
CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ
n = 2 ; l = 1 ; m = 0 ; ms = + 1/ 2
n = 5 ; l = 2 ; m = +2 ; ms = + 1/ 2
Trang 12CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
SỰ PHÂN BỐ ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ: sự phân bố electron tuân
theo các nguyên lý và quy tắc sau
Nguyên lý vững bền: Trong nguyên tử
các electron lần lượt chiếm các mức
năng lượng từ thấp đến cao (trật tự tăng
dần của các mức năng lượng tuân theo
quy tắc Kleckowski)
Nguyên lý Pauli: Trong một nguyên tử
nhiều electron, không thể tồn tại hai
electron có cùng chung 4 số lượng tử
Quy tắc Hund: Trong cùng một phân
lớp, các electron phân bố sao cho tổng số
lượng tử spin của chúng có giá trị lớn
Trang 13CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
CẤU HÌNH ELECTRON
Trạng thái bền của cấu hình bão hòa
Trong tự nhiên, các nguyên tử thường tồn tại độc lập hoặc liên kết với nhau để đạt cấu hình bền, đó là cấu hình có 8 electron ở lớp ngoài cùng: ns 2 np 6 (cấu hình của các nguyên tử khí hiếm - trừ He), người ta gọi là quy tắc bát tử
Cấu hình electron bền
+ Lớp ngoài cùng có 8e : ns2np6 : bền nhất
+ Lớp ngoài cùng có 18e : ns2np6nd10 hoặc (n-1)d10 ns2np6
+ Phân lớp bão hoà : phân lớp chứa đầy electron : p6, d10
+ Phân lớp bán bão hoà : phân lớp chứa 1/2 số electron tối đa: p3, d5
Sự phân bố electron vào các AO tuân theo các nguyên lý và quy tắc ở trên, cấu hình electron phải viết theo thứ tự lớp từ trong ra ngoài và khi nguyên tử mất electron nó
sẽ mất electron ở lớp ngoài trước chứ không phải mất electron ở mức năng lượng cao
nhất
Trong một số trường hợp, để được trạng thái cấu hình electron bền, có thể phá vỡ một
số nguyên lý, quy tắc trên
Trang 14He (Z=2) 1s2
2 0 0
2 1 +1 0 -1
3 0 0
n =
l =
m =
F (Z=9) 1s2 2s22p5
N (Z=7) 1s2 2s22p3
C (Z=6) 1s2 2s22p2
B (Z=5) 1s2 2s22p1
Be (Z=4) 1s2 2s2
1s2 2s1
Li (Z=3)
1 0 0
Trang 15CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
CẤU HÌNH ELECTRON
Ví dụ: Viết cấu hình electron của nguyên tử
Cl (Z = 17)
Ca (Z = 20)
Cr (Z = 24)
Fe (Z = 26)
Cu (Z = 29)
Cr2+, Cr3+, Cr6+, Fe2+, Fe3+, Cu1+, Cu2+
1s2 2s22p6 3s23p5
1s2 2s22p6 3s23p6 3d9 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6 3d4 4s2
1s2 2s22p6 3s23p6 4s2
1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1
Cr2+ 1s2 2s22p6 3s23p63d4
Cr3+: 1s2 2s22p6 3s23p63d3
Cr6+: 1s2 2s22p6 3s23p6
Cu+ 1s2 2s22p6 3s23p63d10
Cu2+: 1s2 2s22p6 3s23p63d9
Fe2+ 1s2 2s22p6 3s23p63d6
Fe3+: 1s2 2s22p6 3s23p63d5 1s2 2s22p6 3s23p6 3d6 4s2
Trang 16CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
PHÂN BỐ ELECTRON VÀO CÁC ORBITAL NGUYÊN TỬ
Ví dụ 1: Viết cấu hình electron lớp ngoài cùng vào các orbital nguyên tử
Cl (Z = 17)
Cu (Z = 29)
Cl (Z = 17) 3s23p5
3s2 3p5
Ví dụ 2: Điện tử cuối của những nguyên tử có lần lượt các số lượng tử sau, xác
định cấu hình electron lớp ngoài cùng và số đơn vị điện tích hạt nhân của các nguyên tử đó :
a) n = 2 , l = 0 , m = 0 , m s = - 1 / 2
b) n = 2 , l = 0 , m = 0 , m s = + 1/ 2
c) n = 3 , l = 1 , m = + 1 , m s = - 1/ 2
Cu (Z = 29) 3d10 4s1
4s1
3d10
2s2 => Z = 4 3p4=> Z = 16 2s1 => Z = 3
