Hóa đại cương b th s phùng quán nguyễn thu hương

Tất cả nguyên tử của một nguyên tố thì giống nhau cả về kích thước, khối lượng và tính chất hóa học và khác với tính chất của các nguyên tử thuộc nguyên tố khác... Hợp chất được tạo thàn

Giảng viên:

• ThS Phùng Quán

• ThS Nguyễn Thu Hương

https://sites.google.com/site/quanph/

1. Cơ sở lý thuyết hoá học Tập 1

Nguyễn Đình Chi NXB Giáo Dục, 2004.

2. Cơ sở lý thuyết hoá học Tập 2

Nguyễn Hạnh NXB Giáo Dục, 2006.

3. Hoá Học Đại Cương

Đào Đình Thức Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 1996.

4. Hoá Học Đại Cương

Nguyễn Đức Chuy Nhà xuất bản Giáo Dục, 1998.

5. Những nguyên lý cơ bản của hoá học

Lâm Ngọc Thiềm Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2000.

6 …

Học phần này cung cấp những kiến thức cơ bản về

cấu tạo nguyên tử, phân tử, về lý thuyết phản ứng hóa học

Chương 1 : Cấu tạo nguyên tử và bảng hệ thống tuần hoàn.

Chương 2 : Liên kết hóa học và cấu tạo phân tử.

 Hóa học là gì?

“Every aspect of our world today

even politics and international relations

Is affected by chemistry”

-Linus Pauling-

BPA gây ra

BPA gây ra các bệnh như ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt, tiểu đường loại 2 hay hiện tượng giảm lượng tinh trùng ở nam giới, dậy thì sớm…bệnh thay đổi hành vi ở các bé gái

 Hóa học là gì ?

Hoá học là khoa học khảo sát:

 Các tính chất, thành phần, cấu trúc của vật chất.

 Các biến đổi về tính chất, thành phần, cấu trúc của vật chất cùng các thay đổi năng lượng kèm theo các biến đổi ấy.

Các giai đoạn phát triển của hóa học

Giai đoạn 1: Mô tả thô sơ và Minh triết:

từ thời cổ đại đến hết thế kỷ 3

Thuyết nguyên tố cổ đại:

 Nước, không khí, đất, lửa  Kim, mộc, thủy, hỏa, thổ

Các giai đoạn phát triển của hóa học

Giai đoạn 2: Giả kim thuật Trung cổ: tk 4 – đầu tk 16

 Hòn đá triết học của các nhà giả kim thuật xưa kia, cho phép biến rác thành vàng

 Thuốc trường sinh bất tử: sử dụng nhất

là đan sa, công thức hóa học là HgS, luyện trong các lò thành vàng, uống vàng đó sẽ trường sinh bất lão Chính vì thế mà đan

sa được xem là tiên dược để luyện thuốc trường sinh.

Giai đoạn Thời đại Đặc trưng

3 Hóa y học

và

kỹ thuật

Phục hưngĐầu tk 16 – giữa tk 17

 Các quan điểm khoa học

 Thuyết nguyên tố hiện đại

5 Hiện đại

hóa

Hiện đại Thế kỷ 19

 Các định luật – lý thuyết khoa học

Các nhà hóa học khảo sát vật chất bằng phương pháp nghiên cứu khoa học

 Phương pháp nghiên cứu khoa học là cách thức

để tìm hiểu giới tự nhiên, để nghiên cứu một vấn

đề, một hiện tượng một cách có hệ thống

 Các phương pháp nghiên cứu khoa học tùy thuộc vào đối tượng cần khảo sát, vào chủ thể thực hiện việc khảo sát.

Quan sát & thí nghiệm Giả thuyết, công thức,

định luật Giải thích điều quan sát, thí nghiệm

Lý thuyết

BẢNG CHỮ CÁI HY LẠP TƯƠNG

ỨNG

: gamma

(g) : () lambda (l) : tau (t)

 (): delta

(d) : mu(y) (m) : upsilon (u)

(w)

 Vật chất: Chiếm vùng không gian (space) và có

khối lượng (mass)

 Trạng thái của vật chất: Rắn, Lỏng và Khí Rắn, Lỏng và Khí

Cố địnhKhông tuỳ thuộc áp suất Không đặc trưng

Cố địnhKhông tuỳ thuộc áp suất Đặc trưng

 Trạng thái của vật chất: Rắn, Lỏng, Khí Rắn, Lỏng, Khí

 Trạng thái của vật chất:

 được tìm thấy ở bên trong các vì sao và trong một số hệ thống

ở nhiệt độ cao

toàn ở nhiệt độ cao, tạo thành từ các điện

tử và ion dương với số lượng sao cho khí ấy được xem như trung hoà về điện.

PLASMA

ngày không phải là chất mà là

một hỗn hợp của 2 hay nhiều chất

•Tổ hợp của hai hay nhiều chất được gọi là hỗn hợp, như không khí, gỗ, đất, xăng

dầu…

Trong hỗn hợp, mỗi chất vẫn giữ lại các đặc tính riêng của mình

•Có thể tách rời các cấu tử của hỗn hợp (là các chất) bằng các phương pháp vật lý dựa vào các đặc tính khác nhau của chúng

(Mass + volume)

•là chất không thể được phân chia thành chất đơn giản hơn bằng các p/pháp hoá học

•Nguyên tố là chất căn bản tạo thành mọi loại vật chất

Vạn vật được tạo thành từ chỉ trên 100 nguyên tố 90% cơ thể con người gồm chỉ 3

Nước tinh khiết gồm có hai nguyên tố là hydro (H) và oxy (O) liên kết với nhau theo tỷ lệ về khối lượng là 11% H và 89% O

• Có thể được phân chia thành hai hay nhiều nguyên

tố bằng các phương pháp hoá học

Vật chất trong thế giới này tạo ra từ đâu ?

Các nguyên tử của nguyên tố X Các nguyên tử của nguyên tố Y

1. Nguyên tố được tạo thành từ những hạt rất nhỏ, gọi là nguyên tử.

2. Tất cả nguyên tử của một nguyên tố thì giống nhau cả về kích thước, khối lượng và tính chất hóa học và khác với tính chất của các nguyên tử thuộc nguyên tố khác.

“Father” of modern

atomic theory

Jonh Dalton (1766-1844)

3 Hợp chất được tạo thành từ các nguyên tử thuộc hai hay nhiều nguyên tố khác nhau Số lượng tương đối của các nguyên tử thuộc mỗi nguyên tố trong một loại hợp chất luôn luôn như nhau.

Các nguyên tử của nguyên tố X Các nguyên tửcủa nguyên tố Y Hợp chất củanguyên tố X và Y

4 Nguyên tử không bị thay đổi đặc tính trong các phản ứng hoá học Phản ứng hoá học chỉ làm thay đổi cách các nguyên tử nối với nhau.

 Định luật thành phần không đổi ( Law of definite proportions )

 Định luật tỉ lệ bội ( Law of multiple proportions )

 Định luật bảo toàn khối lượng ( Law of

 Định luật thành phần không đổi

Các mẫu khác nhau của cùng 1 hợp chất thì luôn có thành phần khối lượng của các nguyên tố như nhau

 Định luật tỉ lệ bội

Trong mỗi cặp hợp chất, khối lượng

của một nguyên tố ( C ) kết hợp với

một khối lượng x á c định của nguyên

tố thứ nh ì ( O ) sẽ luôn luôn tỉ lệ với

nhau như những số nguyên nhỏ.

mO: mC = 1.33

mO: mC = 2.66

Nếu hai nguyên tố kết hợp với nhau cho một số hợp chất thì ứng với cùng một khối lượng nguyên tố này, các khối lượng nguyên tố kia tỷ lệ với nhau như những số nguyên đơn giản.

Nitơ kết hợp với oxi tạo thành năm oxit có công thức phân tử lần lượt là:

N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O 5,

nếu ứng với một đơn vị khối lượng nitơ thì khối lượng của oxy trong các

oxit đó lần lượt là: 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 hay 1 : 2 : 3 : 4 : 5

 Định luật bảo toàn khối lượng

Khối lượng tổng cộng của các chất hiện hiện ở trước và sau phản ứng hoá học là như nhau

Định luật bảo toàn khối lượng được hai nhà khoa học

Mikhail Vasilyevich Lomonosov và Antoine Lavoisier khám phá độc lập với nhau qua những thí nghiệm được cân đo chính xác, từ đó phát hiện ra định luật bảo toàn khối lượng

•Năm 1748, nhà hóa học người Nga Mikhail Vasilyevich Lomonosov đặt

ra định đề

•Năm 1789, nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier phát biểu định luật này

Nguyên tử

Nhân Điện tử

10 -8 cm =1Å 10-13 cm

-1

+10

–1.602 x 10-19

+1.602 x 10-19

0

0.0005481.000731.00087

(e)Coulomb

amu1

kg

Điện tíchKhối lượng

1 amu (atomic mass unit): 1.66 x 10 -24 gam

Hạt

Nhân: p+n > 99,95%

klg nguyên tử Electron <0,05%

klg nguyên tử

Ví dụ:

Nguyên tử C có 6 proton, 6 neutron trong nhân (A=6+6=12, Z=6), cho biết nguyên tử này có 8 proton, 8 electron và 9 neutron

12

6 C

 A : Số khối lượng = (proton + neutron)

 Z : Số nguyên tử = số proton = số electron

• Những nguyên tử có cùng số nguyên tử (Z ) nhưng khác

 Có nguyên tử đồng vị bền, không bị hủy biến theo

thời gian: đồng vị không phóng xạ

Khối lượng nguyên tử của một nguyên tố là khối

lượng trung bình của nguyên tố đó khi xét đến tất cả

các đồng vị trong thiên nhiên

Clor thiên nhiên gồm có 75.4% 35Cl và 24.6% 37Cl Khối

lượng trung trình của clor thiên nhiên:

n

n

n

x x

x x

x M x

M x

M x

M M

1

3 3 2

2 1

1

Tại sao các nguyên tố có tính chất hóa, lý khác nhau?

Tại sao các nguyên tử của các nguyên tố phát ra hay hấp thu ánh sáng ứng với những màu sắc đặc trưng?

J.J Thomson

Rutherford

Tại sao các nguyên tố hình thành nên hợp chất với những công thức nhất định?

? ? ?

Cách sắp xếp electron trong nguyên tử giữ vai trò quan trọng trong việc xác định qui luật tạo thành và đặc tính của các chất.

Cách sắp xếp electron trong nguyên tử

(

(cấu trúc electron của nguyên tử)

1 Số lượng electron

2 Vị trí các electron có thể xuất hiện các electron có thể xuất hiện

3 Năng lượng của các điện tử

Cách sắp xếp electron trong nguyên tử liên quan đến

3 yếu tố:

Lý thuyết cho cách sắp xếp electron dựa trên phần lớn những nghiên cứu về sự phát ra hay hấp thu ánh sáng của nguyên tử.

Trong những điều kiện xác định

Trong những điều kiện xác định, nguyên tử và phân tử

phát ra hay hấp thu

phát ra hay hấp thu năng lượng dưới dạng ánh sáng.

Thông qua việc khảo sát ánh sáng phát ra hay hấp thu bởi các chất có thể thu được thông tin

về cấu trúc electron của nguyên tử

Bức xạ điện từ: Một trong những cách năng lượng truyền đi trong không gian là bởi bức xạ điện từ

Bản chất sóng của bức xạ điện từ được thể hiện trong các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ.

Theo lý thuyết sóng, bức xạ điện từ là một sóng điều hòa gồm hai thành phần là điện trường và từ trường cùng pha

và vuông góc với nhau.

Bản chất của sóng:

 Độ dài sóng (, m): Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng kế cận

 Tần số (, Hz): Số lượng sóng đi qua điểm móc trong 1 giây

 Biên độ (A, m): Độ cao tối đa của sóng (thay đổi từ -Amax đến Amax)

Các bức xạ điện từ khác nhau có tương tác khác nhau đối

với vật chất nhưng đều có tốc độ di chuyển trong chân

Vì vận tốc ánh sáng = const., nếu biết được độ dài sóng

(hay tần số) thì có thể tính được tần số (hay độ dài

sóng).

Bức xạ điện từ bao gồm các bức xạ vô tuyến, vi sóng (MW), hồng ngoại (IR), khả kiến (VIS), tử ngoại (UV), tia X và tia

.

Quang phổ liên tục của ánh sáng trắng

Theo Thompson nguyên tử là một quả cầu bao gồm các điện tích dương phân bố đồng đều trong toàn thể tích nguyên tử và các electron

có kích thước không đáng kể chuyển động giữa điện tích dương đó

Thuyết không giải thích được tại sao

các điện tích âm và dương trong cùng thể tích nguyên tử lại không hút nhau để trung hoà

Thuyết cấu nguyên tử của Thompson

Rutherford là nhà vật lý và kiến trúc nguyên tử nổi tiếng người Anh (E.Rutherford 1871-1937 giải Nobel

về hoá học 1908) đã đưa ra mẫu hành tinh nguyên

tử đầu tiên: “ Electron quay chung quanh hạt nhân nguyên tử giống như hành tinh quay xung quanh mặt trời ”.

Nhưng theo quan điểm động

lực học electron là tiểu phân

mang điện khi quay nhất định

sẽ phát ra năng lượng dưới

dạng bức xạ, làm cho nó mất

dần năng lượng, sẽ rơi vào

hạt nhân và như vậy nguyên

tử không thể tồn tại

Niels Henrik David Bohr (1885-1962) Nhà vật lý Đan mạch, một trong những người sáng lập ra vật lý hiện đại

1922

Lý thuyết giải th í ch phổ của nguyên tử hydro.

Electron trong nguyên tử hydro

chuyển động quanh nhân chỉ trên

một số quĩ đạo tròn nhất định.

Electron hấp thu hay phát ra năng

lượng trong những lượng riêng biệt

như chúng chuyển động từ quĩ đạo

này sang quĩ đạo khác.

E= | Ed -Ec| = h

Mỗi quĩ đạo tương ứng với một mức

quỹ đạo dừng electron không mất

năng lượng

Khi điện tử được nâng từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao, nó hấp thu 1 lượng năng lượng xác định đúng bằng với năng lượng mà nó sẽ phát ra khi quay trở lại mức năng lượng cũ (Định luật bảo toàn năng lượng)

 Bohr đưa ra biểu thức tính năng

lượng của electron trên các quĩ

đạo trong nguyên tử hydro:

• n =1: electron ở trạng thái bền nhất, hệ có năng lượng thấp nhất, gọi là trạng thái căn bản (ground state or ground level).

• n = 2, 3 : electron có trạng thái kém bền hơn, năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích (excited state or excited level)

• Lý thuyết của Borh đã giúp giải thích những vạch phổ của

nguyên tử hydro.

năng lượng thấp sang mức năng lượng cao và phát ra năng lượng khi chuyển electron từ trạng thái năng lượng cao sang trạng thái thấp.

phụ thuộc vào sự sai biệt mức năng lượng

giữa trạng thái đầu và cuối.

r  n a Z

2 0

số lượng tử n theo công thức:

của quĩ đạo ứng với n =1.

thích càng cao, electron càng xa nhân, càng lỏng lẻo.

2 1

• n1 > n2 : photon phát xạ, E có giá trị âm

Năng lượng cần khi chuyển 1 electron có trạng thái năng lượng

• Năng lượng giữa hai

3.00 10 ( )

6.63 10 ( )

7.566 10 2.63 10

 Quang phổ nguyên tử H

◦ Khi phóng điện liên tục vào trong hyđro dưới áp suất thấp thì thu được quang phổ vạch đơn giản

◦ Quang phổ vạch hydro có ba vùng gồm 5 dãy:

+ Vùng quang phổ nhìn thấy có dãy Balmer (J.Balmer 1825-1891, người Thuỵ Sỉ)

+ Vùng hồng ngoại : có 3 dãy Paschen, Brackett, Pfund

+ Vùng tử ngoại xa: Dãy Lyman

◦ Dãy Balmer : có 4 vạch nhìn thấy được Càng xa vạch H

 về phía có bước sóng ngắn khoảng cách giữa 2 vạch

kề nhau càng bé dần nên những vạch ở cuối dãy nằm sát nhau khó trông thấy và rất nhiều vạch ở vùng tử ngoại gần

Balmer

Paschen

+ dãy Lyman n0 = 1, n ≥ 2+ dãy Balmer n0 =2, n ≥ 3+ dãy Paschen n0=3, n ≥ 4+ dãy Brackitt n0=4 ; n ≥ 5

Giải thích được bản chất vật lý của quang phổ nguyên tử và tính toán được vị trí của các vạch quang phổ H trong vùng nhìn thấy

-Vạch quang phổ xuất hiện do sự phát năng lượng khi electron nhảy

từ quỹ đạo bền xa nhân về quỹ đạo bền gần nhân hơn

Sommerfeld đã phát triển thuyết Bohr bằng cách đưa thêm những quỹ đạo elip và đưa vào các số lượng tử n, l, m nhằm giải thích có kết quả hiệu ứng Ziman Mẫu này còn tính được:

 Bán kính quỹ đạo bền của electron (e)

 Năng lượng e trong nguyên tử

 Tốc độ chuyển động e trên quỹ đạo bền

 Giải thích được hiện tượng quang phổ nguyên tử hyđro

 Nhưng cũng chưa giải thích thỏa đáng quang phổ của nguyên tử có nhiều e

CẤU TRÚC LỚP VỎ e NGUYÊN TỬ

THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

1. Tính lưỡng nguyên của các hạt vi mô

2. Nguyên lý bất định Heisenberg và khái niệm

đám mây điện tử

3. Phương trình sóng Schrödinger và 4 số lượng

tử

H2 He Li Na K

Thuyết Plank: Một dao động tử dao động với tần số ν chỉ

có thể bức xạ hay hấp thụ năng lượng từng đơn vị gián

đoạn, từng lượng nhỏ một, nguyên vẹn, hay gọi lượng tử

năng lượng ε

Năng lượng ứng với một lượng tử tỷ lệ với tần số của ánh

sáng được phát ra và được tính bởi phương trình:

Bệ dốc Cầu thang

Theo Planck, một vật thể có thể hấp thu hay phát ra chỉ những lượng năng lượng có trị số là bội số nguyên của h: 1h, 2h, 3h … chứ không có dạng lẻ 1.67h, 4.98 h.

 năng lượng điện từ được vật chất hấp thu hay phát ra

được lượng tử hoá

Ưu điểm của thuyết lượng tử của Planck

Ưu điểm của thuyết lượng tử của Planck:

Đề xuất của Planck về sự lượng tử hoá năng lượng là một quan niệm hoàn toàn mới và dựa vào đó có thể dự đoán chính xác sự phân bố năng lượng ánh sáng là một hàm của tần số ánh sáng.

Thuyết lượng tử Planck còn gọi là thuyết lượng tử ánh sáng

 Tính chất hạt của ánh sáng

chất hạt của ánh sáng thể hiện ở hiệu

Hay nói 1 cách khác là:

Động năng = h - h0

Albert Einstein

(1879-1955)

1921

Louis de Broglie đặt vấn đề: nếu bức xạ điện từ (vốn là sóng) có thể có tính chất như một hạt tử thì các electron

và các hạt vi mô khác có thể biểu lộ tính chất giống như sóng?

h mv

Tiểu phân Khối lượng

Trái banh bay nhanh

Trái banh bay chậm

1.10 5

2,2.10 6

1.10 8

1000250200,1

700033790103.10 -22

7.10 -20