hóa học vô cơ- đại cương

hóa học vô cơ- đại cương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI GIẢNG

HÓA HỌC VÔ CƠ

Người soạn : ĐẶNG KIM TRIẾT

Tp Hồ Chí Minh, 9/2008

Chương 1:

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HÓA HỌC

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HÓA HỌC

1.1.1 Chất

Chất có hai đặc tính quan trọng là đồng nhất và có thành phần xácđịnh

Mọi chất đều do nguyên tử tạo nên, nguyên tử cùng loại tạo nên đơnchất Nguyên tử khác loại cấu tạo nên hợp chất

Phân tử có thể do hai đến hàng ngàn nguyên tử liên kết với nhau

1.1.7 Khối lượng nguyên tử

Khối lượng nguyên tử bằng 1/12 khối lượng của nguyên tử đồng vịcủa C, nó bằng 1,6603 10–23g.

1.1.8 Khối lượng phân tử

Khối lượng phân tử của một chất là khối lượng của một phân tử chất

đó tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử và bằng tổng khối lượng nguyên

tử của các nguyên tố trong phân tử

1.1.9 Nguyên tử gam

Là lượng của một nguyên tố hóa học được tín bằng gam có giá trị về

số bằng khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó

1.1.11 Phân tử gam

Là lượng chất được tính bằng gam và có giá trị về số bằng khốilượng phân tử của chất đó

1.2 NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA NGUYÊN TỬ

1.2.1 Năng lượng ion hóa

Năng lượng tối thiểu cần để tách một electron ra khỏi nguyên tử khí

1.2.2 Ái lực ion

Ái lực electron của một nguyên tử là năng lượng của quá trìnhnguyên tử đó (ở trạng thái khí) kết hợp thêm một electron biến thành ionâm

1.3.1 Định luật tuần hoàn của Mendeleep

Năm 1869 Menđêlêep mới sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng củakhối lượng nguyên tử và tìm ra được cách hệ thống hóa các nguyên tố hóahọc một cách biện chứng

Cho tới nay, qua hơn 100 năm, bảng hệ thống tuần hòan được bổsung ngày càng đầy đủ Cũng năm 1869, Menđêlêep công bố định luật tuầnhòan:

Tính chất các đơn chất, thành phần và tính chất các hợp chất của cácnguyên tố hóa học biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng của trọng lượngnguyên tử.

Sau này dựa vào cấu trúc phân tử người ta phát biểu định luật nàymột cách chính xác hơn:

Tính chất các đơn chất, thành phần và tính chất các hợp chất của cácnguyên tố hóa học biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng điện tích hạt nhânnguyên tử

1.3.2 Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleep

+ Ô :

- Mỗi nguyên tố chiếm một ô trong bảng hệ thống tuần hoàn

- Số thứ tự của ô chính là số thứ tự của nguyên tố và cũng chính làđiện tích hạt nhân nguyên tử của nguyên tố đó

Độ axít/bazơ (A/B) cho biết tính axít, bazơ lưỡng tính của các hydroxyt caonhất Chú ý : A3(B3) mạnh hơn A1, A2 (hay B1, B2)

Cấu trúc tinh thể : fcc : lập phương diện tâm ; hcp : Lục giác xếpchặt

bcc : lập phương thể tâm

Hình 1 : Cấu tạo 1 ô trong bảng hệ thống tuần hoàn

+ Nhóm :

- Nhóm là các cột đứng trong bảng hệ thống tuần hoàn

- Mỗi nhóm bao gồm những nguyên tố có cùng hóa trị dương caonhất đối với oxy và bằng số thứ tự của nhóm (tuy nhiên có một số trườnghợp ngoại lệ)

Titanium

47,88 A1/B14,5 [A1]3d 1 4s 2

Độ axit / bazơ Cấu hình electron

Độ âm điện Cấu trúc tinh thể Thể ion hóa thứ nhất

Số hiệu nguyên tử

Trang thái oxy hóa

Nhiệt độ sôi Nhiệt độ nóng chảy

Khối lượng riêng (g/cm 2 )

Khối lượng nguyên tử

- Trong cùng một nhóm, các nguyên tố có thể có tính chất lý tínhhoặc hóa tính giống nhau nhiều hoặc ít.

- Các nguyên tố trong một nhóm lại chia hai phân nhóm Phân nhómchính và phân nhóm phụ

Phân nhóm phụ ngắn hơn, đều nằm trong chu kỳ IV Các nguyên tốtrong phân nhóm phụ đều là kim loại Có 10 phân nhóm phụ Riêng nhómVIII có 3 phân nhóm phụ

Hình 2: Cấu tạo phân nhóm II trong bảng hệ thống tuần hoàn

Phân nhóm phụ của nhóm III là phân nhóm đặc biệt Sau hai nguyên

tố Lantan (chu kỳ VI) và Actini (chu kỳ VII) có hai dãy nguyên tố có tínhchất rất giống nhau được gọi là dãy Lantanit và Actinit; cứ mỗi nguyên tốLantanit và một nguyên tố Actinit tạo thành một phân nhóm phụ thứ cấp

+ Chu kỳ :

- Chu kỳ là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng sốlớp electron và được xếp theo chiều tăng của điện tích hạt nhân

Số thứ tự của chu kỳ bằng số lớp electron

- Chu kỳ I : có 2 nguyên tố H và He gọi là chu kỳ đặc biệt Có 1 lớpelectron

- Chu kỳ II : gồm 8 nguyên tố từ Li đến Ne Có 2 lớp electron trongnguyên tử Điện tích hạt nhân tăng dần từ Li (+3) đến Ne (+10)

- Chu kỳ II, III : Mỗi chu kỳ gồm 8 nguyên tố, gọi là chu kỳ ngắn

- Chu kỳ IV, V : Mỗi chu kỳ có 81 nguyên tố gọi là chu kỳ dài

- Chu kỳ VI, VII : Mỗi chu kỳ có 32 nguyên tố riêng chu kỳ VII gọi

là chu kỳ dở dang vì mới được hết 24 nguyên tố

- Trong 1 chu kỳ từ trái sang phải tính kim loại giảm, tính phi kimloại tăng lên

- Sự biến đổi cũng thể hiện ngay cả hợp chất của nó

1.3.3 Cấu hình electron của các nguyên tố

- Tính chất tuần hoàn của các nguyên tố có được là so sự điềnelectron một cách tuần hoàn vào lớp vỏ electron của chúng được gọi làorbitan nguyên tử Thế có 4 phân lớp orbitan s, p, d, f Năng lượng của cácorbitan được sắp xếp theo thứ tự 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s

- Các nguyên tố họ s, p có thể là phi kim loại hay kim loại

- Các chu kỳ IV, V, VI có thêm 10 nguyên tố và chu kỳ VII có 5nguyên tố có electron điền vào phân lớp d Đó là nguyên tố chuyển tiếp họ

d Toàn bộ chúng đều là kim loại

- Chu kỳ VI và chu kỳ VII, mỗi chu kỳ có một họ 14 nguyên tố cóelectron điền vào phân lớp f Đó là những nguyên tố chuyển tiếp họ f

- Các nguyên tố thuộc họ s, p đều nằm ở phân nhóm chính.

- Các nguyên tố họ d nằm ở phân nhóm phụ

+ Nhận xét :

Trong một chu kỳ đi từ đầu đến cuối chu kỳ (từ trái sang phải) tínhoxy hóa tăng, tính khử giảm vì trong cùng 1 chu kỳ : điện tích hạt nhântăng, nhưng bán kính nguyên tử giảm khả năng thu electron tăng, khả năngnhường electron giảm Trong chu kỳ ngắn sự biến đổi tính chất xảy ranhanh hơn chu kỳ dài vì bán kính nguyên tử tăng nhanh hơn

Trong một phân nhóm chính đi từ trên xuống dưới, điện tích hạtnhân tăng Số lớp electron tăng, nhưng electron ở lớp vỏ ngoài là như nhau.Điện tích hạt nhân tăng làm tăng lực hút đối với electron Nhưng sự tăng sốlớp electron làm tăng mạnh bán kính nguyên tử, tăng lực đẩy của các lớpelectron làm thay đổi với lớp bên ngoài dẫn đến làm giảm lực hút của hạtnhân đối với electron Kết quả khả năng nhường electron tăng, nhậnelectron giảm, làm cho tính oxi hóa giảm, tính khử tăng

Trong phân nhóm phụ, các nguyên tố có tính khử, nhưng tính khửcủa nguyên tố trên lớn hơn hai nguyên tố dưới do bán kính của chúng biếnđổi không đều đặn Từ nguyên tố thứ hai đến nguyên tố thứ 3 có bán kínhgần như không tăng hoặc giảm, nên khả năng nhường electron của nguyên

tố trên lớn hơn hai nguyên tố dưới và tính khử của nguyên tố trên lớn hơn

Trong họ Lantanit và Actinit, lớp vỏ ngoài cùng chỉ có hai electron

+ Nguyên tố điển hình :

Là những nguyên tố có lớp vỏ ngoài cùng chưa bão hòa có cấu hình

là ns1-2npp1-6 Có 38 nguyên tố điển hình bao gồm phi kim và kim loại Đây

là những nguyên tố có xu hướng cho hoặc nhận electron để lớp vỏ bão hòanên hoạt tính hóa học cao Đó là những kim loại điển hình (kim loại kiềm,kiềm thổ ) và phi kim loại điển hình (oxi, lưu huỳnh, nhóm halogen )chúng có tính khử hoặc oxi hóa

+ Nguyên tố chuyển tiếp :

Là những nguyên tố họ d, thuộc chu kỳ IV, V, VI, VII chúng có cấutrúc (n-1)d1-10ns1-2.

Những nguyên tố chuyển tiếp trong cùng một dãy có một số tính chấtgiống nhau

Tất cả đều là kim loại và có tính khử

Những nguyên tố này thường có nhiều số oxi hóa, hợp chất củachúng thường có màu và dễ tạo phức chất

+ Nguyên tố họ Lantanít và Actinit :

Người ta gọi nguyên tố nhóm này là những nguyên tố chuyển tiếp họ

f, vì chúng nằm trong phân nhóm phụ nhóm III Các nguyên tố này có cấuhình :

Chương 2 : HYDRO VÀ NHỮNG NGUYÊN TỐ NHÓM I

2.1 HYDRO VÀ HỢP CHẤT CỦA NÓ

2.1.1 Đặc điểm của nguyên tố Hydro

- Hydro là nguyên tố có cấu tạo đơn giản

- Cấu hình electron nguyên tử của nó cũng đơn giản : 1s1

- Năng lượng ion hóa nguyên tử của nó cao : 13.6eV

- Ion H+ có kích thước nhỏ, có tác dụng phân cực lớn với các ion,hoặc nguyên tử khác

- Các hợp chất giữa nguyên tử hydro với nguyên tố khác là liên kếtcộng hóa trị

- Có thể nhận 1 electron để tạo thành ion H–

- Ion H+ không có vỏ có khả năng tạo liên kết hóa học đặc biệt gọi làliên kết Hydro

- Có khả năng hòa tan trong kim loại  liên kết kim loại

- Phân tử thuộc loại không cực, khối lượng nhỏ nên ít tan trong nước

và dung môi Nhưng lại tan trong kim loại Ni, Pd, Pt

Một số tính chất hóa lý của Hydro

- Ở điều kiện thường phân tử Hydro rất bền

- Ở điều kiện nhiệt độ cao Hydro hoạt động mạnh

Tính khử :

H2 + X2 (Cl2, Br2, I2) hư

t 0 2HX 2H2 (K) + O2 (K) 700

0 C

Pt 2H2OCuO + H2 t

0

H2O + CuTính oxi hóa :

2Na + H2 = 2NaHKhi đốt nóng phân tử H2 được phân ly thành nguyên tử H

H2 t0 2H H0298 = 435 KJ/molNguyên tử H có hoạt tính lớn phản ứng được với S, N, P, Hg, nhiềuoxyt kim loại và hợp chất khác

- Các dạng họp chất của Hydro ở dạng tự nhiên là H2O, đất sét, than,dầu có trong vỏ quả đất và trong cơ thể động thực vật

- Trong vũ trụ chiếm 1 nửa khối lượng mặt trời và các vì sao

- Hydro có 3 đồng vị tự nhiên : proti 1H, đơteri 2H, triti 3H và 2 đồng

vị nhân tạo 4H, 5H

2.13 Hợp chất của hydro

+ Hợp chất H(–1)

- Giống hợp chất Halozen gọi là Hydrua

- Phản ứng thu nhiệt mạnh (hoạt tính oxi hóa kém)

- Bản chất nguyên tố kết hợp với Hydro có thể là ion, cộng hóa trịhay kim loại

- Hydrua cộng hóa trị là các Hydrua của các phi kim loại BH3, SiH3

hayc ác kim loại phân nhóm chính nhóm III, IV, V như AlH3, ; AsH3 .những Hydrua này không bền và bị nước phân hủy :

- Các Hydrua đều là chất khử mạnh và ion H– không thể tồn tại trongdung dịch nước

+ Hợp chất H(+)

- Hợp chất tương đối phổ biến Ví dụ : Chất khí (HCl) lỏng (H2O)rắn (H2SiO3)

- Liên kết trong hợp chất là liên kết cộng hóa trị

- Ngòai ra còn có trạng thái liên kết Hydro trong các liên kết F-H,

O-H, N-H dẫn đến các hợp chất HF, H2O, NH3 có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt

độ sôi cao bất thường so với những hợp chất cùng loại của các nguyên tốtrong phân nhóm

BHH

HH

- Các liên kết Hydro là những dung môi ion hóa tốt.

- Khi bị chiếu sáng cũng bật electron ra được

- Là những kim loại điển hình, phân hủy nước và rượu

- Tác dụng với Hydro tạo thành Hydrua dạng muối rắn

- Oxyt và Hydroxt là bazơ mạnh điển hình tăng từ li đến Fr

- Muối đều không màu và dễ tan trong nước (trừ Li)

- Tính kim loại tăng dần từ đầu đến cuối phân nhóm

2.2.2 Các đơn chất của nguyên tố nhóm I A

Một số thông số hóa lý

Bán kính nguyên tử (Å) 1,55 1,89 2,36 2,48 2,68 2,8 Bán kính ion R xt (Å) 0,68 0,98 1,33 1,49 1,65 1,75 Năng lượng ion hóa  1

- Khi Tăng điện tích hạt nhân các thông số hóa lý đều tăng

- Bán kính nguyên tử lớn và tăng nhanh từ đầu đến cuối phân nhóm

 năng lực ion hóa nhỏ và giảm theo chiều trên

- Là những kim loại rất nhẹ và mềm

- Các kim loại kiềm đều cĩ độ dẫn điện lớn.

- Khi đốt cĩ màu đặc trưgn Li : đỏ tía, Na : vàng rực, K : tím hồng,

Rb : đỏ huyết, Cs : xanh da trời được ứng dụng để phân tích định tính

+ Tính chất hĩa học :

- Kim loại hoạt động mạnh tác dụng với hầu hết các nguyên tố trừkhí trơ

- Đun nĩng nhẹ tác dụng với Hydro tạo thành Hydrua

- Phản ứng mạnh với Halogen, Oxy, Lưu hùynh, Nitơ, Cabon

- Bị oxy hĩa ngay ở nhiệt độ thường : Li nhanh, Na rất nhanh, Kngay lập tức, Rb, CS bốc cháy Li cho oxýt thường Li2O

- Cịn các kim loại khác tạo thành Oepxyt X2Na2 hoặc XO2 (K, RB,Cs)

- Chỉ cĩ Li tác dụng trự tiếp dd với C, N2 tạo thành Nitrua, Li3N,

Li2C2 Các nguyên tố khác do nitrua và cacbua gián tiếp

- Ở nhiệt độ thường, các kim lọai kềm tác dụng mãnh liệt với nước

và axít giải phĩng Hydro

+ Trạng thái tự nhiên và điều chế :

- Natri chiếm 2,4% trọng lượng vỏ quả đất, K : 1,4 cịn các chất khácrất ít

- K, Na thường tồn tại trong nước biển, muối mỏ dưới dạng kép

- Điều chế Na bằng cách điện phân NaCl, NaOH nĩng chảy

- Điều chế K bằng cách dùng Fe khử KOH ở nhiệt độ cao

2.2.2 Hợp chất các nguyên tố khác nhau

- Tạo muối hay kiểu muối tương ứng với trạng thái hợp chất X+1

- X+1 cĩ điện tích nhỏ, bán kính lớn nên phân cực bé nên tạo phíakém, muối ít tạo hydrat tinh thể

- Hợp chất kim lọai kiềm dễ tan, bền nhiệt

- Các hợp chất điển hình là oxyt, peoxyt và hydroxyt Các muốihalozenua, muối cacbonat

2.3 CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHĨM I B

2.3.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhĩm I B

- Phân nhóm phụ IB gồm : đồng (Cu), bạc (Ag), vàng (Au).

- Đều có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, có cấu hình electron : 1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10ns1

(n 18 electron ở lớp thứ 2 từ ngòai vào chưa hoàn toàn bền nên dễnhường các electron Vì thế mà phân nhóm phụ IB không những có trạngthái +1, còn có +2 và +3 Đặc trưng nhất là Cu+2, Ag+1, Au+3

- Bán kính nguyên tử nhỏ nên electron khó mất nên là những kimloại kém hoạt động Không phân hủy nước, Hydroxyt là các bazơ yếu

- Theo chiều Cu  Au tính kim loại giảm, khả năng tạo phức tăng

2.3.2 Các đơn chất

Một số thông số hóa lý

Bán kính nguyên tử R K (Å) 1,28 1,44 1,44 Năng lượng ion hóa  1 (eV) 7,72 7,57 9,22 Khối lượng riêng d(g/cm 3 ) 8,96 10,50 19,3 Nhiệt độ nóng chảy t nc ( 0 C) 1083 964 1063 Nhiệt độ sôi t s ( 0 C) 2543 2167 2880 Hàm lượng trong vỏ quả đất (%

ng.tử)

3,6.10 –3 1,6.10 –6 5.10 –8

- Trạng thái tự nhiên Cu : đỏ, Ag : trắng, Au : vàng

- Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt

- Dễ tạo hợp kim với nhau và hợp kim với kimloại khác nhất là đồng

- Dễ tạo hợp kim với Hg (Au, Ag, Cu)

- Kém hoạt động hóa học, giảm dần từ Cu  Au

- Trong điều kiện thường : Au, Ag bền Cu tạo thành lớp CuO Trongkhông khí ẩm có CO2 tạo thành Cu(OH)2.CuCO3 (màu xanh)

- Đốt nóng với Oxy Cu  CO và Cu2O còn Ag, Au hấp thụ Oxy

- Cu kết hợp dễ dàng với Halogen, Ag chậm còn Au chỉ phản ứngkhi ở nhiệt độ cao

- Ag, Cu phản ứng trực tiếp với Lưu huỳnh (S) cả nhóm không tácdụng với H2, N2, C

- Cả 3 nguyên tố chỉ tan trong axit HCl và H2SO4 loãng khi có mặtchất oxi hóa.

- Ag, Cu dễ tan trong các axít có tính Oxy hóa (HNO3, H2SO4 đặcnóng), Au tan trong HCl đặc bão hòa Cl2 hoặc nước cường tan (1HNO3 +3HCl) dotác dụng của Clo nguyên tử

- Cả 3 nguyên tố đều tan trong dung dịch Hyanue bazơ khi có mặtOxy

- Tất cả các hợp chất tan của Cu, Ag, Au đều độc hại

2.3.3 Các hợp chất

+ Các hợp chất X(+1)

- Đặc trưng là Ag+1, đối với Cu+1, Au+ kém bền

- Các Oxyt X2O đều là chất rắn, Cu2O : đỏ, Ag2O : nâu xẫm, Au2O :tím màu, ít tan trong nước

- Các Hydroxýt XOy, không bền, bị phân hủy ngay, do tác độngphân cực mạnh của ion X+

- X2O thể hiện tính bazơ trung bình

- Các muối X+1 (Ag+, Cu+) không tan trong nước, ở trạng thái ẩmchúng không bền nên phân hủy

- Các muối Cu+, Au+ dễ bị oxi hóa  Cu+2, Au+3

- Các muối Ag+ dễ bị phân hủy khi có ánh sáng tác dụng

+ Các hợp chất X(+2)

- Hợp chất X+2 chỉ đặc trưng đối với Cu+2

- Thường gặp là CuO, Cu(OH)2 và các muối của nó

- CuO không tan trong nước, dễ tan trong axit, nung nóng đến 8000C

nó phân hủy thành Cu2O và Oxy

- Ở 2500C có mặt Hydro CuO bị khử đến Cu

- Cu(OH)2 là hydroxyt lưỡng tính nhưng cả hai tính đều yếu Trongaxít nó tạo muối Cu+2 Trong kiềm mạnh, đặc, dư nó cho muối cuprit màuxanh

- Các muối Cu+2 rất dễ tạo phức

+ Hợp chất X(+3) :

- Trạng thái X(+3) đặc trưng là Au+3

- Các hợp chất thường gặp Au2O3, Au(OH)3, AuHal3.

- Au2O3 điều chế bằng cách đun nóng (1000C), Au(O)3

- Au(OH)3 điều chế bằng cách cho kiềm tác dụng lên dung dịch

Chương 3

: NHÓM II TRONG BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN

3.1 CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM II A

3.1.1 Đặc tính của các nguyên tố nhóm II A

- Gồm các nguyên tố : Berili (Be), Magie (Mg), Canxi (Ca), Stronti(Sr), Bari (Ba), Rađi (Ra), nó có trong tự nhiên Ra là nguyên tố hiếm,phóng xạ

- Nguyên tố họ s, cấu hình electron, lớp ngòai cùng ns2

- Có tính khử và tạo ion X+2

- Bán kính nguyên tử RK (Å) tăng từ trên xuống dưới

- Từ Ca có thêm các orbitan lớp d hoặc f có thể tham gia tạo liên kếthóa học

- Tính kim loại tăng từ Be  Ra

- Hình thành 3 nhóm : Be lưỡng tính giống Al, còn Mangan là kimloại hoạt động mạnh, nhưng tính chất không giống kim loại kế tiếp, cáckim loại Ca, Sa, Ba hoạt động mạnh được goi là kim loại kiềm thổ

- Chỉ có Be, Mg có khả năng tạo phức, còn lại tạo ionX+2

- Các hợp chất XO, X(OH)2 đều có tính bazơ mạnh tăng từ Be - Ra

đất (% ng.tử) 3

+ Berili :

- Kim loài màu trắng, nhẹ, rất cứng n0 dòn

- Be gần giống Al, có ái lực lớn với Oxi, nhưng bền nhờ màng BeO

- Be phản ứng với nhóm Halogen, Oxi, Lưu huỳnh, Nitơ Trong điềukiện thường không tác dụng với Hydro

- Tan trong axít và kiềm (kim loại lưỡng tính), thụ động trong HNO3,

H2SO4 đặc nguội

- Tác dụng với nhiều kim loại tạo thành Berilua

- Dễ tạo hợp kim, 1 lượng nhỏ trong hợp kim làm cho hợp kim cứng,bền

- Cho tia Rơngen X đi qua nên làm cửa sổ cho ống Rogen

- Dùng làm chất hãm, chất phản xạ nơtron trong các lò nguyên tử

- Là nguyên tố hiếm Trong thiên nhiên dưới dạng quặng Beryl

- Điều chế bằng điện phân BeCl2 nóng chảy hay nhiệt phân BeF2

- Nguyên tố họ s song có orbian nguyên tử họ d

- Magie dễ dàng phản ứng hdo, tạo được MgH2 (Hydnua Magie)

- Magie dễ dàng phản ứng với nhóm Halogen, Oxi, Lưu huỳnh, Nitơ,

- Magie tác dụng với hợp chất hữu cơ Alkyl Halogen và trong dung

dịch este tạo hợp chất cơ Magie

- Là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên

- Tồn tại ở dạng hợp chất

- Điều chế bằng điện phân Cacnalit KCl.MgCl2.6H2O hoặc MgCl2

nóng chảy hoặc bằng nhiệt kim loại hay khử C

+ Canxi, Stronti, Bari :

- Đều là kim loại trắng, bạc, mềm, nhẹ, dẫn nhiệt, điện tốt, dễ dát

mỏng, dễ kéo sợi

- Khá mềm và hoạt động mạnh nên không thể dùng ở trạng thái đơn

chất hoặc hợp kim như nhẵng kim loại khác

- Khi đốt có màu đặc trưng Ca : đỏ da cam, Sv : đ3o rực, Ba : lục hơi

vàng

- Kim loại rất hoạt động, hoạt tính tăng, kết hợp hầu hết phi kim ở

điều kiện thường Khi đun nóng tác dụng được với các nguyên tố khi hoạt

động như cacbon, silic, hydro

- Trong không khí dễ dàng tạo thành MO

- Khi đun nóng chúng tác dụng với Hydro tạo thành Hydrua rắn được

- Chúng đều tan trong axít tạo thành muối và giải phóng H2

- Trong thiên nhiên canxi là nguyên tố phổ biến, Be khá phổ biến,

còn Strenti khá hiếm và thường gặp ở dạng hợp chất

- Điều chế bằng điện phân muối clorua khan nóng chảy

3.2.3 Các hợp chất của phân nhóm IIA

+ Hợp chất Be (+2)

- Các hợp chất ở dạng đơn giản (BeO, BeS .) hay phức

([Be(H2O)4]+2, [Be(OH)4]–2 ) là tinh thể màu trắng, dễ tan trong nước

- Thường gặp ở dạng muối, phức cation.

- Muối Mg+2 khan hút ẩm đặc biệt Mg(ClO4)2 dùng làm chất sấy khô

- Muối Mg2+ có đặc trưng đa dạng là muối kép

- Oxýt MgO màu trắng, xốp, khó nóng chảy (tnc = 2.8000C) có tínhbazơ dễ tan trong axit, nung nóng mất hoạt tính

- Mg(OH)2 có cấu trúc lớp, ít tan trong nước lạnh, bazơ mạnh trungbình

- Khi đun nóng dung dịch MgCl2 hay muối MgCl2.6H2O  thủyphân tạo thành Oxoclorua và bị polime hóa

Cl–Mg–O–Mg O–Mg–ClTrên cơ sở đó tạo ra xi măng Magie

- MgSO4 được dùng làm thuốc tẩy nhẹ

- Các oxyt và hydroxyt có tính bazơ mạnh

- Các oxyt là chất bột màu trắng có tnc cao, phản ứngmãnh liệt vớinước tạo X(OH)2 và tỏa nhiệt

- X(OH)2 bị nhiệt phân lại trở về XO và H2O

- Các hydroxyt có tính tán, tính bazơ, tính bền nhiệt tăng từ Ca  Ba

- Ca, Sr, Ba còn có khả năng tạo peoxyt XO2 màu trắng và peoxytbậc cao XO4 màu vàng.

- Peoxyt tác dụng axít cho H2O2, peoxyt bậc cao cho H2O2 và O2 độbền peoxyt tăng từ Ca  Ba

- Deoxyt đều khó tan trong n7ớc

- XO2 được điều chế bằng cách trung hòa bazơ bằng axit

- Muối XCO3, XSO4 khó tan trong nước giảm dần từ Be  Ba

- Các muối XCO3 bị nhiệt phân cho XO và CO2 khả năng nhiệt phângiảm từ Ca  Ba

- Muối XSO4 không bị nhiệt phân

- Thông dụng nhất là CaCO3và CaSO4

- CaCO3 nguyên liệu để điều chế Ca(OH)2 và CaO

- CaSO4 dùng làm thạch cao, tượng, vách ngăn

- X(OH)3 kết tủa vô định hình Không tan trong nước

- Các muối X(+3) tan được trong nước là : Clorua, nitrat, Sufat, muốikhó tan : Sunfua, Florua, Photphat, Cacbonat

- Ứn dụng trong kỹ thuật chân không và tạo hợp kim, làm xúc táctrong các phản ứng hóa học, chế tạo gốm, thủy tinh, vật liệu kỹ thuật điện,điện tử

+ Các hợp chất X(+4), X(+2)

- Đặc trưng là CeO2, CeF4, Ce(OH)4

- CeO2 màu vàng sáng, khó nóng chảy sau khi nung, trơ về mặt hóa học

- Muối Ce+4 không bền, thủy phân mạnh

- Trong axit thể hiện chất oxi hóa mạnh

- Trạng thái +2 đặc trưng là : Eu(+2), Sn (+2), Yb (+2) dưới dạngoxyt, hydroxýt giống nhóm Ca

- Có hai electron ở lớp ngoài cùng ns2 và số oxi hóa +2.

- Tính kim loại kém hơn kim loại kiềm thổ

Năng lượng ion hóa  1 (eV) 9,391 8,991 10,43

Khối lượng riêng d(g/cm 3 ) 7,1 8,7 13,55

Nhiệt độ nóng chảy t nc ( 0 C) 419 321 -39

Nhiệt độ sôi t s ( 0 C) 907 767 357

Hàm lượng trong vỏ quả đất (%) 1,5.10 –3 7,6.10 –6 7.10 –7

- Zn : trắng, hơi xanh ; Cd, Hg : màu trắng bạc, dễ nóng chảy, dễ bay hơi

- Đều có khả năng tạo hợp kim Hợp kim của Hg gọi là hỗn hợp

- Bền với không khí khô, tác dụng với CO2 trong không khí ẩm

- Zd, Cd phản ứng với S nóng, Hg torng điều kiện thường tạo HgS

- Zn dễ tan trong axít HCl, H2SO4 loãng, Hg thì không

- Cả ba đều tan trong HNO3 loãng

- Zn có tính lưỡng tính tan cả trong axít và kiềm

- Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng quặng, riêng Hg tồnt ại dạng

3.2.3 Các hợp chất của phân nhóm II B

+ Các hợp chất X(+2)

- Là chất rắn ZnO : trắng ; CdO : nâu ; HgO : đỏ

- Độ bền oxýt XO giảm theo chiều Zn - CD - Hg

- Không tan trong nước nhưng tan trong axit

- Các cation X+2 không màu

- Muối có màu HgI2 : đỏ ; CDs : vàng ; HgS : đỏ, đen

- Các Halogenua, Sunfat, Nitrat tan trong nước

- Khi tan các hợp chất X+2 tạo phức

Hg  không phân ly

- Hg(+1) không màu, khó tan trong nứơc

- Tùy theo điều kiện mà 2

Chương 4

: NHÓM III TRONG BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN

4.1 NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM III A

4.1.1 Đặc tính của các nguyên tố nhóm III A

- Gồm các nguyên tố : Bo (B), Nhôm (Al), Gali (Ga), Indi (In), Tali(Tl), Bo và Nhôm phổ biến

- Cấu hình electrn ns2np1

- Thể hiện tính khử chuyển sang trạng thái X+3

- Chỉ có B là phi kim, từ Al trở đi là kim loại

- Ngòai ra còn số oxy hóa X+ độ bền tăng từ Ga  Tl

4.1.2 Các đơn chất của nguyên tố phân nhóm III A

Một số thông số hóa lý

Bán kính nguyên tử R K (Å) 0,9 1,43 1,39 1,66 1,71 Năng lượng ion hóa  1 (eV) 8,298 5,986 5,998 5,798 6,106 Khối lượng riêng d(g/cm 3 ) 2,34 2,7 5,97 7,36 11,85 Nhiệt độ nóng chảy t nc ( 0 C) 2300 660 29,8 156 304 Nhiệt độ sôi t s ( 0 C) 2550 2270 2250 2040 1470 Hàm lượng trong vỏ quả

- Bo là chất bán dẫn, có màu đen, khó nóng chảy

- Có cấu hình electron hóa trị 2s22p1

- Hoạt tính hóa học giống Silic (theo đường chéo)

- Điều kiện thường chỉ tác dụng với flo ở 400  5000C, phản ứng với

O2, S, Cl2 Ở 12000C tác dụng với Nitơ

- Ở nhiệt độ cao Bo có tính khử

- Tác dụng với Axít mạnh  axít Boric, tan trong dung dịch kiềm

- Tác dụng với Hydro tạo thành Boran

- Kimlọaitác dụng với Bo thành Borua

- Bo ít phổ biến trong thiên nhiên Tồn tại dưới dạng muối và axit

- Điều chế bằng phân hủy cracking các boran

- Bo dùng để chế tạo vật liệu bền nhiệt, bền hóa và kềm hãm quátrình phản ứng hạt nhân

+ Nguyên tố Nhôm :

- Nhôm màu trắng bạc, dẫn nhiệt, dân điện tốt, bền, dai và nhẹ

- Cấu hình electron 1s22s22p63s23p1

- Là nguyên tố lưỡng tính điển hình, tạo thành cả cation và anion

- Phản ứng mãnh liệt với Halogen, Oxy, Lưu huỳnh là chất khửmạnh

- Tan trong axít và dung dịch kiềm

- Không tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc vì bị thụ động

- Bền trong không khí vì có lớp Al2O3 bảo vệ

- Al phổ biến trong tự nhiên gặp Al ở dạng hợp chất

- Phương pháp điều chế nhôm là điện phân Al2O3 khan sạch

- Nhân được sửdụng làm đồ gia dụng và hợp kim để dùng trong côngnghiệp

+ Các nguyên tố Gali, Indi, Tali :

- Ga có trạng thái đặc trưng là Ga+3, cònTali là Te+1

- Cả ba đều là kim loại trắng, dễ nóng chảy

- Đều bền trong không khí vì có lớp màng oxyt bảo vệ

- Tác dụng với Cl2, Br2 ở nhiệt độ thường Khi đốt óng phản ứng với

O2, S, I2

- Hòa tan trong axít loãng tạo muối Ga+3, In+3, Tl+1 (riêng Tl bị thụđộng trong HCl).

- Ga tan trong kiềm giống nhôm Al, In, Te chỉ tan khi có chất oxihóa mạnh

- Trong thiên nhiên các nguyên tố này phân tán, không có quặng độclập

- Điều chế từ quặng chuyển thành oxyt hay clorua rồi bằng hóa họchoặc điện phân để tách kim loại

- Các kim loại dùng để chế tạo hợp kim có độ nóng chảy thấp

4.2.3 Hợp chất của các nguyên tố phân nhóm III A

- Các muối halogenua điều chế trực tiếp từ nguyên tố khí đốt nóng

- BN có hai dạng : Gia phít là chất bán dẫn và Barazon có cấu trúckim cương : cứng, bền nhiệt, bền cơ, cách điện

- Oxít B2O3 bền nhiệt nhưng hút ẩm, dễ tan trong nước thành axitboric

- H3BO3 là axit bền, kết tin hdạng vảy, không màu, tan ít trong nướclạnh, tan nhiều trong nước nóng

- Axít Metaboric HBO2 là axit yếu

- Muối của axit boric la borat, ngậm nước, không màu, chảy rửatrong không khí, ít tan và bị thủy phân

- Borat nóng chảy có khả năng hòa tan các oxyt kim loại tạo thànhngọc Borat có màu đặc trưng của ion kim loại

- Được dùng trong hóa phân tích so màu, hoặc thủy tinh chịu nhiệt

+ Hợp chất của nhôm (+3)

- Hợp chất Al (+3) đa dạng : oxyt, hydroxyt, halogenua và cácphức.

- Trong điều kiện thường các hợp chất Al(+3) thường là chất rắnmàu trắng

- Các Halogenua các nhôm là tinh thể không màu, dễ nóng chảy, hút

ẩm, tan trong nước và dung môi hữu cơ (trừ AlF3), hoạt động hóa họcmạnh

- Al2O3 tinh thể rắn, nhiệt độ nóng chảy cao, chịu lửa tốt, rất cứngkhông tan trong nước Có nhiề dạng đa hình Trong thiên nhiên dưới dạngkhoáng corumđum : trong suốt không màu lẫn tạp chất cho màu đẹp gọi làngọc

- Al2O3 không tác dụng với nước và axít Kiềm đun nóng lâu bị pháhủy

- Ở dạng vô định hình oxyt nhôm hoạt đọng thể hiện lưỡng tính

- Hydroxyt nhôm Al(OH)3 là hợp chất lưỡng tính điển hình dùng để

hồ giấy, làm torng nước, điều chế phèn nhôm, thuộc da

- Người ta tổng hợp được các chất của Bo và Al giống nhưhydrocacbon tương ứng Các hợp chất này bền dầu, bền nhiệt, có thể làmnhiên liệu tên lửa

+ Các hợp chất của Ga, In, Tl :

- Các hợp chất Ga (+3), In(+3), Te(+3) đều giống Al(+3)

- Oxyt X2O3 điều chế trực tiếp từ nguyên tố : Ga2O3 : trắng nóngchảy không phân hủy ở 17400C ; In2O3 : vàng ở 8500C chuyển In2O ; Tl2O3:nâu ở 900C  Tl2O3 và Tl2O

- X2O3 là tinh thể, không tan trong nước, độ bền giảm, tính bazơ tăng

từ Ga  Tl

- X(OH)3 không tan trong nước, có tính lưỡng tính Tính axít giảm,bazơ tăng từ Ga  Tl

- Hòa tan X2O3 hay X(OH)3 trong axít được phức cation

- Hòa tan X2O3 hay X(OH)3 trong kiềm được phức anion

- Các hợp chất +1 chỉ đặc trưng với Tl(+1), các hợp chất Ga(+1),In(+1) không đặc trưng không bền là chất khử mạnh

4.2 CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM III B

4.2.1 Đặc tính các nguyên tố nhóm III B

- Bao gồm Scandi (Sc), Ytri (Y), Lantan (La), Actini (Ac)

- Là những nguyên tố d đầu tiên trong các chu kỳ lớn

- Trong thiên nhiên nó phân tán, khó tích ở trạng thái nguyên chất

4.2.2 Các đơn chấ của nguyên tố phân nhóm III B

Một số thông số hóa lý

Bán kính nguyên tử R K (Å) 1,64 1,81 1,87 2,03 Khối lượng riêng d(g/cm 3 ) 3,0 4,47 6,16 10,1 Nhiệt độ nóng chảy t nc ( 0 C) 1539 1525 920 1040 Nhiệt độ sôi t s ( 0 C) 2700 3025 3470

Hàm lượng trong vỏ quả đất HĐ

(%)

3.10 –4 26.10 –4 2,5.10 –4 5.10 –15

- Là những kim loại màu trắng

- Hoạt động hóa học thua kim loại kiềm và kiềm thổ

- Dễ tác dụng với axít loãng

- Với phi kim kém hoạt động khi nóng chảy tạo hợp chất kim loại

- Cacbua của nhóm IIIB giống CaC2

- Điều chế bằng điện phân clorua nóng chảy

4.2.3 Các hợp chất của nguyên tố phân nhóm III B

+ Hợp chất X (+3) :

- Là tinh thể trắng có tính bazơ tăng từ SC đến AC

- Các hydroxýt có tính bazơ tan trong nứơc tăng lên từ Sc  Ac

- Các muối tinh thể màu trắng, muối florua khó nóng chảy, khôngháo nước, không tan trong nước, muối clorua, bromua, Iotdua, dễ nóngchảy, tan tốt và dễ thủy phân.

- Các đơn chất và hợp chất phân nhóm IIIB chưa ứng dụng rộng rãi

4.3 CÁC NGUYÊN TỐ HỌ LANTANIT :

4.3.1 Đặc tính của các nguyên tố họ Lantanit

- Sau Lantan (La) có 14 nguyên tố có tính chất rất gần La đó lànguyên tố 4f

- Cấu hình được biểu diễn bằng 4f2–145s25p65d0–16s2 tính chất hóa họcgần giống nhau Gọi là họ các nguyên tố đất hiếm

- Tính chất kim loại giảm dần từ Ce đến Lu

4.3.2 Các đơn chất của nguyên tố họ Lantanit

- Là kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy, có độ cứng nhỏ, độ dẫnđiện tương tự Hg

- Độ hoạt động hóa học chỉ thua kim loại kiềm và kiềm thổ

- Điều kiện bình thường khó bền Nung nóng 200  4000C chúngbốc cháy trong không khí Ở dạng bột Xeri tự bôc cháy trong không khí

- Tác dụng mạnh với Halogen, đốt nóng phản ứng với Nitơ, Lưuhuỳnh, Cacbon, Silic, Photpho

- Tạo hợp kim với hầu hết kim loại

- Phân hủy được nước, đặc biệt là nước nóng, phản ứng được vớiaxít, không tan trong kiềm

4.3.3 Các hợp chất của nguyên tố họ Lantanit