Đơn chất: Do các nguyên tử của cùng một nguyên tố kết hợp với nhau tạo thành.. Hợp chất: Do các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau tạo thành.. Đồng vị - Thù hình * T
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HOÁ
BÀI GIẢNG
GV NGÔ THỊ MỸ BÌNH
Đà Nẵng, 2007
Trang 2Mục lục
MỤC LỤC Trang
CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
1.1 Nguyên tố hoá học 2
1.1.1 Nguyên tố hoá học 2
1.1.2 Đồng vị - Thù hình 2
1.1.3 Độ phổ biến của các nguyên tố trong tự nhiên 2
1.2 Tính bền của nguyên tố phóng xạ 3
1.2.1 Sự phóng xạ 3
1.2.2 Các cách phân huỷ phóng xạ 4
1.3 Phản ứng hạt nhân 4
1.3.1 Cơ chế phản ứng hạt nhân 4
1.3.2 Các loại phản ứng hạt nhân 5
1.4 Nguồn gốc hình thành nguyên tố hoá học trên quả đất 5
1.5 Tổng hợp nhân tạo các nguyên tố trong phòng thí nghiệm 6
CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI TỔNG QUÁT CÁC CHẤT VÔ CƠ 2.1 Kim loại ……….……… 8
2.1.1 Phân biệt kim loại và không kim loại ……… 8
2.1.2 Cấu tạo nguyên tử của kim loại ……… 8
2.1.3 Cấu trúc tinh thể của kim loại ……… 8
2.1.4 Liên kết trong kim loại ……… 9
2.1.5 Kim loại chuyển tiếp Kim loại không chuyển tiếp ……… 9
2.1.6 Tính chất vật lý của kim loại Thuyết miền năng lượng ……… 10
2.1.7 Điều kiện để kim loại phản ứng với nước, axit, bazơ, muối ………… 12
2.2 Á kim Phi kim Khí hiếm ……… 14
2.3 Hợp chất ……….……… 14
2.3.1 Hợp chất hoá học kim loại ……… 14
2.3.2 Hyđrua ………… ……… 15
2.3.3 Oxit ……… 16
2.3.4 Hiđroxit ……… ……… 16
2.3.5 Muối ……… ……… 17
CHƯƠNG 3: PHỨC CHẤT 3.1 Khái niệm ……… ……… 19
3.1.1 Ion phức ……… 19
3.1.2 Phức chất ……… 19
3.1.3 Ion trung tâm ……… 19
3.1.4 Phối tử ……… 19
3.1.5 Cầu nội - Cầu ngoại ……… 20
3.1.6 Sự phối trí - Số phối trí - Dung lượng phối trí ……… 20
3.1.7 Phối tử đơn càng - Phối tử đa càng ……… 20
3.1.8 Phức vòng càng - Phức đa nhân ……… 21
3.1.9 Nội phức ……… 21
Trang 3Mục lục
3.1.10 Danh pháp của phức ……… 21
3.2 Liên kết trong phức chất ……… 22
3.2.1 Thuyết liên kết hoá trị (VB) ……… 22
3.2.2 Thuyết trường tinh thể ……… 25
3.2.3 Thuyết trường phối tử ……… 32
3.3 Tính chất của phức ……… 34
3.3.1 Sự phân ly của phức trong dung dịch nước ……… 34
3.3.2 Tính oxy hoá - khử của phức ……… 36
3.3.3 Tính axit-bazơ của phức ……… 36
CHƯƠNG 4: HIĐRO - NƯỚC 4.1 Hiđro ……… 37
4.2 Hiđrua ……… 40
4.3 Nước ……… 41
CHƯƠNG 5: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM VII 5.1 Nhóm VIIA (Halogen) ……… 45
5.1.1 Đơn chất ……… ……… 45
5.1.2 Hợp chất halogen ……… 50
5.1.2.1 Hiđro halogenua ….……… 50
5.1.2.2 Hợp chất oxi axit của clo … ……… 53
5.2 Nhóm VIIB ……… 56
5.2.1 Đơn chất … ……… 56
5.2.2 Các hợp chất của mangan ……… 58
5.2.2.1 Hợp chất Mn +2 ……… 58
5.2.2.2 Hợp chất Mn +4 ……… 59
5.2.2.3 Hợp chất Mn +6 ……… 60
5.2.2.4 Hợp chất Mn +7 ……… 60
CHƯƠNG 6: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM VI 6.1 Nhóm VIA ………… ……… 62
6.1.1 Oxi …….……… ……… 62
6.1.2 Ozôn ……… ……… 64
6.1.3 Hợp chất của oxi ………….……… 66
6.1.3.1 Oxit ………… ….……… 66
6.1.3.2 Peoxit Supeoxit Ozonit … ……… 68
6.1.3.3 Hiđro peoxit ……… 69
6.1.4 Lưu huỳnh ……… … 71
6.1.5 Hợp chất của lưu huỳnh ……… … 73
6.1.5.1 Đihiđro sunfua ……… … 73
6.1.5.2 Sunfus kim loại ……… … 74
6.1.5.3 Sunfua đioxit- Axit sunfurơ - Muối sunfit 76
6.1.5.4 Sunfu trioxit ……… 78
6.1.5.5 Axit sunfuric ……… 79
6.1.5.6 Muối sunfat và hiđrosunfat ……… 81
Trang 4Mục lục
6.1.6 Phân nhóm Selen ……… 82
6.2 Nhóm VIB ………….……… 84
6.2.1 Đơn chất … ……… 84
6.2.2 Các hợp chất của crom ……….……… 86
6.2.2.1 Hợp chất Cr +3 ……… ……… 86
6.2.2.2 Hợp chất Cr +6 ……… ……… 88
CHƯƠNG 7: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM V 7.1 Nhóm VA ………… ……… 91
7.1.1 Nitơ …….……… ……… ……….… 91
7.1.2 Hợp chất của nitơ ………….……… ……… 93
7.1.2.1 Nitrua ……… ….……… 93
7.1.2.2 Amoniăc ……… ……… 93
7.1.2.3 Axit nitrơ ………….……… 96
7.1.2.4 Muối nitrit ……… 97
7.1.2.5 Axit nitric ……… 98
7.1.2.6 Muối nitrat ……… 100
7.1.3 Phôtpho ……… 101
7.1.4 Hợp chất của phôtpho ……… ……… 104
7.1.4.1 Phôtphin …….……… 104
7.1.4.2 Phôtpho (III) oxit ……… … 105
7.1.4.3 Axit phôtphorơ 106
7.1.4.4 Phôtpho (V) oxit ………….……… … 107
7.1.4.5 Axit phôtphoric ……… 109
7.1.4.6 Muối phôtphat ……… ……… … 111
7.1.5 Giới thiệu phân nhóm Asen ……… … 112
7.1.6 Hợp chất của phân nhóm Asen ……… … 113
7.2 Nhóm VIB ………….……… … 119
CHƯƠNG 8: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM IV 8.1 Nhóm VA ………… ……… … 120
8.1.1 Cacbon ….……… ……… ……… … 120
8.1.2 Hợp chất của cacbon ……… ……… 124
8.1.2.1 Cacbua ……… ….……… ………… … 124
8.1.2.2 Cabon oxit ……… ……… … 126
8.1.2.3 Cacbon đioxit …….……….……… … 127
8.1.2.4 Axit cacbonic ……… …… 129
8.1.2.5 Hiđro xianua và xianua ……… …… 129
8.1.2.6 Cacbon tetrahalogenua ……… … 130
8.1.3 Silic … ……… 131
8.1.4 Hợp chất của silic ……… …… ……… … 133
8.1.4.1 Silan …….……… … 133
8.1.4.2 Silic tetrahalogenua ……… … 134
8.1.4.3 Silic đioxit …… 135
Trang 5Mục lục
8.1.4.4 Axit silixic ………….……… … 136
8.1.4.5 Silicat ……… … 136
8.1.4.6 Silixua kim loại ……… ……… … 137
8.1.5 Phân nhóm Gecman ……… ……… … 137
8.2 Nhóm VIB ………….……… 144
CHƯƠNG 9: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM III 9.1 Nhóm IIIA ………… ….……… 145
9.1.1 Bo …….……… ……… 146
9.1.2 Hợp chất của bo ………….……… 147
8.1.2.1 Oxit boric …… ….……… 147
8.1.2.2 Axit boric ……… ……… 148
8.1.2.3 Borat ……… 149
9.1.3 Nhôm ……… 150
9.1.4 Hợp chất của nhôm ……… 152
9.1.4.1 Nhôm oxit … ……… 152
9.1.4.2 Nhôm hiđroxit ……… 153
9.1.4.3 Nhôm hiđrua 154
9.1.4.4 Muối nhôm(+3) ……… 155
9.1.5 Phân nhóm Gali ……… 157
9.2 Nhóm IIIB ………….……….… 158
9.2.1 Đơn chất ……… 159
9.2.2 Hợp chất M(+3) ……… ……… 160
9.2.3 Khảo sát các nguyên tố Lantanit ……… 161
9.2.4 Các hợp chất của Lantanit ……….……… … 162
9.2.5 Khảo sát các nguyên tố Actinoit ……… 163
CHƯƠNG 10: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM II 10.1 Nhóm IIA ………… ….……….… 165
10.1.1 Đơn chất .……… 165
10.1.2 Hợp chất của kim loại kiềm thổ ……… 170
10.1.2.1 Hiđrua ….… ……… 170
10.1.2.2 Oxit ……… 170
10.1.2.3 Peoxit 171
10.1.2.4 Hiđroxit ……… … 172
10.1.3 Các hợp chất quan trọng ……… 173
10.1.3.1 Canxi hiđroxit ……… 173
10.1.3.2 Canxi cacbonat ……… 173
10.1.3.3 Canxi sunfat ……… 174
10.1.3.4 Clorua vôi ……… ……… 174
10.1.4 Nước cứng ……… ……… 175
10.2 Nhóm IIB ………….……….… 176
10.2.1 Đơn chất .……… 176
10.2.2 Các hợp chất ……… ……… 179
Trang 6Mục lục
10.2.5.1 Hợp chất +1 ……… 179
10.2.5.2 Hợp chất +2 ……… 181
CHƯƠNG 11: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM I 11.1 Nhóm IA ………… ….……….… 184
11.1.1 Đơn chất ……….… 184
11.1.2 Hợp chất của kim loại kiềm ……… 186
11.1.2.1 Oxit Peoxit ……… 186
11.1.2.2 Hiđroxit ….……… 188
11.1.2.3 Muối của các kim loại kiềm 191
11.2 Nhóm IB ………….……….… 193
11.2.1 Đơn chất ……… ……… 194
11.2.2 Các hợp chất ……… ……… 198
11.2.2.1 Hợp chất +1 ……… 199
11.2.2.2 Hợp chất +2 ……… 200
11.2.2.3 Hợp chất +3 ……… 201
CHƯƠNG 12: NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM I 12.1 Nhóm VIIIA ………… ….… ……….… 204
12.1.1 Đặc điểm chung ……….… 204
12.1.2 Heli… ……… 204
12.1.3.Neon ……… 205
12.1.4 Phân nhóm Kripton ….……… 205
12.2 Nhóm VIIIB ………….… ……….… 206
12.2.1 Khảo sát chung … ……… 206
12.2.2 Họ sắt …… ………… ……… 206
12.2.2 Họ platin ……… 210
Tài liệu tham khảo ……… 212
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Trang 7Chương1 – Lịch sử các nguyên tố hoá học
CHƯƠNG 1 – LỊCH SỬ CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
1.1 NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
1.1.1 Nguyên tố hoá học
Mendeleev: “Nguyên tố hoá học là dạng các nguyên tử đặc trưng bằng toàn
bộ tính chất xác định Nếu khái niệm hạt ứng với vật đơn giản thì khái niệm về nguyên tử ứng với nguyên tố”
Thuyết nguyên tử: “Nguyên tố hoá học là dạng các nguyên tử có điện tích hạt nhân xác định”
Đơn chất: Do các nguyên tử của cùng một nguyên tố kết hợp với nhau tạo thành Ví dụ: Na, K, N2, O3,
Hợp chất: Do các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau tạo thành Ví dụ: CH4, H2O,
1.1.2 Đồng vị - Thù hình
* 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
Nguyên nhân: có thể do số nguyên tử trong cấu tạo khác nhau hoặc có thể
do cấu tạo tinh thể của chúng khác nhau Ví dụ: O2 và O3, P trắng (cấu tạo tứ diện) và P đỏ (cấu tạo dạng polime)
Các chất thù hình có tính chất lý, hoá khác nhau
* Đồng vị: Là các nguyên tử có điện tích hạt nhân như nhau nhưng có số
nơtron khác nhau
Đồng vị là hiện tượng phổ biến của các nguyên tố, đa số các nguyên tố là hỗn hợp của đồng vị
Nguyên tử lượng của các nguyên tố thường không phải là số nguyên vì đó
là nguyên tử lượng trung bình của các đồng vị
Các đồng vị có hoá tính giống nhau, ngoại trừ các đồng vị của H
Ngày nay, người ta đã biết hơn 270 đồng vị bền và hơn 1000 đồng vị phóng
xạ
1.1.3 Độ phổ biến các nguyên tố trong tự nhiên
Độ phổ biến của các nguyên tố (Clac): là độ chứa tương đối trung bình của một nguyên tố hoá học trong vũ trụ mà chúng ta có thể tìm hiểu được
Độ phổ biến được tính bằng % khối lượng hay % tổng số nguyên tử
Độ phổ biến Nguyên tố
% NT % KL Đồng vị phổ biến nhất
26
Trang 8Chương1 – Lịch sử các nguyên tố hoá học
15
16
Độ phổ biến của một số nguyên tố trong vỏ Quả đất
9 nguyên tố chủ yếu của vỏ Quả đất là O, Si, Al, Na, Fe, Ca, Mg, K, Ti chiếm khoảng 94,65% tổng số nguyên tử của tất cả các nguyên tố có trong vỏ Quả đất
- H, He là 2 nguyên tố phổ biến nhất trong thiên nhiên, vũ trụ chứa khoảng
¾ là H và ¼ là He (theo khối lượng), các nguyên tố còn lại chỉ chiếm khoảng hơn 1%
- Độ phổ biến của các hạt nhân nguyên tử trong thiên nhiên giảm nhanh theo chiều tăng số khối của chúng
- Độ phổ biến tương đối của các hạt nhân nguyên tử có số proton chẵn cao hơn so với các hạt nhân nguyên tử có số proton lẻ
- Với 1 nguyên tố thì số đồng vị có số nơtron chẵn phổ biến nhất, các đồng
vị có số proton và nơtron lẻ ít phổ biến
Tóm lại: Độ phổ biến của các nguyên tố được quyết định bởi xác suất của các phản ứng hạt nhân tạo thành chúng và bởi độ bền tương đối của các đồng vị
1.2 TÍNH BỀN CỦA NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ
1.2.1 Sự phóng xạ
Sự phóng xạ là hiện tượng một số nguyên tố phát ra bức xạ có khả năng xuyên qua các chất, ion hoá không khí, hoá đen kính ảnh,
Năm 1896, Becquerel là người đầu tiên phát hiện tính phóng xạ của Urani, đến năm 1898 – Mari và Pierre Curie phats hiện tính phóng xạ của Thori
Sự phóng xạ là sự tự chuyển hoá đồng vị không bền của nguyên tố hoá học này thành đồng vị của nguyên tố hoá học khác kèm theo sự phóng ra các hạt
sơ cấp hay hạt nhân (ví dụ hạt )
- Phóng xạ tự nhiên: là sự phóng xạ xảy ra ở các đồng vị thiên nhiên của
các nguyên tố
Các đồng vị phóng xạ tự nhiên là những nguyên tố nặng nằm sau Bi trong bảng hệ thống tuần hoàn như 232Th, 235U,
- Phóng xạ nhân tạo: năm 1934 – Irène Curie, Frédéric Joliot Curie phát
hiện: nếu bắn phá các nguyên tố nhẹ (B, Mg, Al ) bằng các hạt sẽ tạo thành các hạt nhân mới không bền (tạo thành các nguyên tử phóng xạ) Sau đó các hạt nhân này phân rã phát ra pozitron
Ví dụ : 1327 Al 24He 1530P 01n
Trang 9Chương1 – Lịch sử các nguyên tố hoá học
Đồng vị 1530P là đồng vị được điều chế nhân tạo, đồng vị phóng xạ không bền phân rã tạo thành hạt nhân bền
1530 P1430Si e
Phóng xạ nhân tạo đã góp phần điều chế được hàng trăm đồng vị phóng
xạ của các nguyên tố
- Chu kỳ bán rã (chu kỳ bán huỷ) T1/2 : là khoảng thời gian cần để một nửa lượng ban đầu của nguyên tố phóng xạ bị phân rã
T1/2 : là đại lượng đặc trưng cho thời gian sống của các nguyên tử
T1/2 biến đổi trong một khoảng rất rộng, từ phần nghìn giây đến hàng tỉ năm Ví dụ: T1/2 của Ra là 1620 năm, T1/2 của U là 4,5 tỉ năm
1.2.2 Các cách phân huỷ phóng xạ
* Phân rã : hạt nhân phóng ra 1e (hạt -) chuyển 1n của hạt nhân thành p theo sơ đồ: n p + e
Khi phân rã thì điện tích hạt nhân tăng 1 đơn vị, khối lượng không đổi tạo nên 1 đồng vị có số thứ tự lớn hơn số thứ tự của nguyên tố đầu 1 đơn vị
Ví dụ : 23490Th 23491Pa e
21083 Bi 21084 Po e
* Phân rã pozitron: sự phân rã giải phóng pozitron (hạt +)
Pozitron là hạt cơ bản có điện tích +1 và khối lượng của e
Sự phân rã + chuyển 1p thành 1n: p n + e+ , làm giảm điện tích hạt nhân 1 đơn vị, khối lượng không đổi
Ví dụ : 116C115B e
* Sự chiếm giữ e: làm giảm điện tích hạt nhân 1 đơn vị, số khối không
đổi : p + e- n
e thường bị chiếm giữ là e ở lớp K gần nhân nhất, các lớp L, M ít bị chiếm giữ e hơn
Ví dụ : 1940K e1840Ar
* Sự phân rã : là sự tách hạt (nhân He) ra khỏi hạt nhân dẫn đến sự
tạo thành đồng vị của nguyên tố có điện tích hạt nhân nhỏ hơn nguyên tố đầu 2 đơn vị, số khối giảm 4 đơn vị
Phân rã đặc trưng đối với những nguyên tố nặng
Ví dụ : 23492U 23090Th 24He
* Sự tự phân hạch : là sự tự phân rã hạt nhân của các nguyên tố nặng
thành 2 (hoặc 3, 4) hạt nhân của những nguyên tố nhẹ
Sự tự phân hạch rất đa dạng, hiện nay đã biết được sự tự phân hạch của 32 đồng vị nguyên tố nặng
1.3 PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
1.3.1 Cơ chế phản ứng hạt nhân
Trong các phản ứng hạt nhân, ngoài sự phân huỷ phóng xạ còn có sự biến đổi nguyên tố
Trang 10Chương1 – Lịch sử các nguyên tố hoá học
Phản ứng hạt nhân là sự tương tác của hạt nhân với các hạt sơ cấp (n, p, photon ) hay với các hạt nhân khác (hạt , dơtron 12H)
Cơ chế của phản ứng hạt nhân : Một trong những hạt dùng bắn phá bị hạt nhân của nguyên tử được bắn phá (hạt nhân “bia”) chiếm đoạt tạo thành hạt nhân phức hợp trung gian có thời gian sống rất ngắn (10-7 giây), hạt nhân phức hợp này sẽ phóng ra 1 hạt cơ bản hay 1 hạt nhân nhẹ và biến thành đồng vị mới
Ví dụ : Dùng hạt bắn hạt nhân của nguyên tử N, chuyển N thành O Hạt nhân phức hợp trung gian là 1 đồng vị của F (phản ứng hạt nhân của Rutheford 1919)
1.3.2 Các loại phản ứng hạt nhân
Để thực hiện phản ứng hạt nhân, các hạt dùng bắn phá phải có năng lượng lớn để thắng được lực đẩy Coulomb của hạt nhân Trong những năm gần đây, ngành vật lý đã dùng những máy gia tốc tạo nên những hạt có năng lượng lớn vài tỉ eV Các phản ứng hạt nhân có thể thực hiện bởi các hạt , p, dơtron
* Phản ứng của hạt :
147 N 24He 178O11He hay 147N ( , p)178Th
49Be 24He 126C 01n hay 49Be ( ,n)126C
Ký hiệu phản ứng hạt nhân: bên trái ghi hạt nhân ban đầu, bên phải ghi hạt nhân thu được, trong ngoặc đơn ghi hạt dùng bắn phá và hạt thu được)
* Phản ứng của hạt proton:
He F
H
21
10
n Zn H
63
29
* Phản ứng của dơtron:
He Na
H
24
12
H K H
41
19
* Phản ứng của nơtron:
He Li
n
10
5
59 27
* Phản ứng của photon:
n Li
63
29
H Mg
27
13
1.4 NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC TRÊN QUẢ ĐẤT
Các kết quả nghiên cứu của ngành vật lý hạt nhân, vật lý thiên văn cho thấy: sự tổng hợp và biến đổi nguyên tố xảy ra trong các giai đoạn tiến hoá của các ngôi sao
Trong thiên nhiên, phản ứng hạt nhân diễn ra theo 2 cách:
- Phản ứng nhiệt hạt nhân giữa các hạt tích điện (hạt nhân với hạt cơ bản) xảy ra ở nhiệt độ rất cao hay từ trường mạnh