Phân loại và phương pháp giải hóa học 10 nguyên tử

 Nguyên tử gồm hạt nhân và vỏ nguyên tử: - Hạt nhân: nằm giữa nguyên tử, mang điện tích dương, tạo nên từ các hạt proton và nơtron.. Để biểu thị kích thước của nguyên tử, người ta dun



I KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG

 THÀNH PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

 Nguyên tử là hạt vô cùng nhỏ, trung hòa về điện, cấu tạo nên nguyên tố hóa học, đồng thời cấu tạo nên

chất

 Nguyên tử gồm hạt nhân và vỏ nguyên tử:

- Hạt nhân: nằm giữa nguyên tử, mang điện tích dương, tạo nên từ các hạt proton và nơtron

- Vỏ nguyên tử: chứa electron, mang điện tích âm

⇒ Vậy nguyên tử được cấu thành từ 3 loại hạt cơ bản là proton (p), nơtron (n) và electron(e)

 Khối lượng và điện tích của các hạt p, n, e:

Hạt Khối lượng Điện

 Do chưa phát hiện được điện tích nào nhỏ hơn 1, 602.10−19

(C) nên nó được dung làm điện tích đơn

vị Kí hiệu là eo Vậy qe = - eo và quy ước 1-

 Để biểu thị khối lượng của nguyên tử, phân tử và các hạt p, n, e người ta dùng đơn vị khối lượng

nguyên tử Kí hiệu là u (trong một số tài liệu gọi là amu: atomic mass umit), u còn được gọi là đvC

Do vậy, ta có thể xác định được khối lượng các hạt p, n, e theo u

 Kích thước: Nếu hình dung nguyên tử như một quả cầu thì nó có đường kính khoảng 10-10m Để biểu thị kích thước của nguyên tử, người ta dung đơn vị nanomet (nm) hay angstrom (

 Gọi Z là số proton có trong hạt nhân thì điện tích hạt nhân là Z+, số đơn vị điện tích hạt nhân là Z

- Z cũng được gọi là số hiệu nguyên tử

- Mặt khác nguyên tử trung hòa về điện nên số p = số e hay Z = E

Do đó, trong nguyên tử: số p = số e = số đơn vị điện tích hạt nhân = số hiệu nguyên tử = Z

 Số khối hạt nhân (A) : là tổng số proton (Z) và nơtron (N) có trong hạt nhân: A = Z + N

⇒ Khối lượng nguyên tử tính theo u (tức nguyên tử khối) về mặt trị số xem như xấp xỉ số khối

NGUYÊN TỬ

1

Chuyên đề

X : Là kí hiệu nguyên tố hóa học

 Nguyên tử khối của một nguyên tử cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn

vị khối lượng nguyên tử

 Nguyên tử khối trung bình: Hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị với tỉ lệ % số nguyên tử xác định nên nguyên tử khối của nguyên tố (ghi trong bảng hệ thống tuần hoàn) là nguyên tử khối trung bình của nguyên tố

điện tích lớn nhất (tức là xác xuất có mặt electron nhiều nhất, khoảng 90%) được gọi là obitan

- Obitan nguyên tử được kí hiệu là AO (atomic orbital)

- Hình dạng AO nguyên tử:

+ AO s có dạng hình cầu, tâm là hạt nhân nguyên tử

+ AO p gồm 3 AO px, py, pz có dạng hình số 8 nổi và định hướng theo các trục x, y, z

+ AO d và AO f có hình dạng phức tạp hơn

 Lớp và phân lớp electron:

Tùy thuộc vào mức năng lượng mà các e ở phần vỏ nguyên tử được phân thành các lớp, phân lớp

- Lớp electron: gồm những electron có mức năng lượng bằng nhau hoặc xấp xỉ nhau Từ gần hạt nhân

ra ngoài, các lớp e được ghi bằng số 1, 2, 3, 4, hay bằng chữ cái hoa tương ứng K, L, M, N,…

- Phân lớp: gồm những electron có mức năng lượng bằng nhau được kí hiệu là s, p, d, f, Số phân lớp

có trong một lớp bằng số thứ tự của lớp đó (tức lớp thứ n có n phân lớp)

- Số obitan trong một phân lớp:

 Phân lớp s có 1 obitan (hình cầu)

 Phân lớp p có 3 obitan Pz, Py, Pz có dạng hình số 8 nổi, định hướng theo trục x, y, z

 Phân lớp d có 5 obitan

 Phân lớp f có 7 obitan

⇒ Lớp n có n2

obitan

 Năng lượng của electron trong nguyên tử

- Trong nguyên tử, các electron trên mỗi obitan có một mức năng lượng xác định, mức năng lượng này được gọi là mức năng lượng obitan nguyên tử (mức năng lượng AO)

- Khi số hiệu nguyên tử Z tăng, các mức năng lượng AO tăng dần theo trình tự sau:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 4s 5f 6d…

 Khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng, 4s thấp hơn 3d, 5s thấp hơn 4d,…

 Nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử

- Ô lượng tử: Để biểu diễn obitan nguyên tử một cách đơn giản, người ta dung ô vuông nhỏ , được

gọi là ô lượng tử Một ô lượng tử ứng với 1 AO

- Nguyên lí Pau – li: Trên một obitan chỉ có thể nhiều nhất là hai electron, và 2e này chuyển động tự

quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi e

- Biểu thị chiều tự quay khác nhau quanh trục riêng của 2e bằng hai mũi tên nhỏ, một mũi tên có chiều đi lên và 1 mũi tên có chiều đi xuống

- Trong 1AO đã có 2e, thì 2e đó gọi là e ghép đôi ; khi AO chỉ có 1e thì e đó gọi là e độc thân

- Nguyên lí vững bền: ở trạng thái cơ bản trong nguyên tử các e chiếm lần lượt những obitan có mức

năng lượng từ thấp đến cao

- Quy tắc hun: Trong cùng một phân lớp, các e sẽ phân bố trên các AO sao cho số e độc thân là tối đa

và các e này phải có chiều tự quay giống nhau

Thí dụ: C (Z=6): N (Z=7):

2s21s2

2p31s2 2s

 CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

 Cấu hình e nguyên tử: Cấu hình e nguyên tử biểu diễn sự phân bố e trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau

 Quy ước viết cấu hình e nguyên tử:

- Số thứ tự lớp được viết bằng các chữ số (1, 2, 3,…)

- Phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái thường (s, p, d, f)

- Số e được ghi bằng chữ số phía trên, bên phải của phân lớp (s2, p2, )

 Cách viết cấu hình e nguyên tử:

- Bước 1: Xác định số e của nguyên tử

- Bước 2: Các e được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng nguyên tử và tuân theo quy tắc sau: phân lớp s chứa tối đa 2e, phân lớp p tối đa 6e, d-10e, f-14e

- Bước 3: Viết cấu hình e theo thứ tự các phân lớp trong cùng một lớp và theo thứ tự của các lớp e

 Một số lưu ý cần nhớ:

 Từ nguyên tố thứ 21 trở đi, do cấu hình electron không trùng với mức năng lượng, nên muốn viết

đúng cấu hình electron, trước hết viết sự phân bố electron theo mức năng lượng, sau đó sắp xếp lại theo các lớp từ trong ra ngoài

Thí dụ: Viết cấu hình electron của nguyên tố sắt Fe(Z = 26)

 Theo mức năng lượng: Fe(Z = 26) : 1s22s22p63s23p64s23d6

 Cấu hình electron: Fe(Z = 26) : 1s2

2s2 2p63s23p63d64s2

 Một số trường hợp đặc biệt ở các nguyên tố nhóm VIB và IB:

- Nếu cấu hình ở dạng (n-1)d 4 ns 2 thì chuyển thành (n-1)d 5 ns 1

Thí dụ: Viết cấu hình electron của Cr(Z = 24)

 Theo mức năng lượng: Cr (Z = 24) : 1s2

2s22p63s23p64s23d4

 Theo cấu hình electron: Cr(Z = 24) : 1s22s2 2p6 3s23p63d44s2

 Chuyển về cấu hình electron đúng nhất: Cr(Z = 24) : 1s2

2s2 2p63s2 3p6 3d54s1

- Nếu cấu hình ở dạng (n-1)d 9 ns 2 thì chuyển thành (n-1)d 10 ns 1

Thí dụ: Viết cấu hình electron của Cu(Z = 29) :

 Theo mức năng lượng: Cu (Z = 29) : 1s2

2s22p63s23p64s23d9

 Theo cấu hình electron: Cu (Z = 29) : 1s22s22p63s23p6 3d9 4s2

 Cấu hình electron đúng nhất: Cu(Z = 29) : 1s2

Tương đối trơ

về mặt hóa học

 Nguyên tử X có số hạt ( p, n,e ) nhận thêm m electron để trở thành ion âm: X + me → X

m- Khi đó ion Xm-

 Cấu hình e thu gọn:

Thí dụ: Na(Z=11): 1s22s22p63s1 ta có thể viết [Ne]3s1

Kí hiệu [Ne] là cấu hình e nguyên tử của Neon, là khí hiếm gần nhất đứng trước Na

 Khối lượng tuyệt đối của A XZ là mx = mp + mn + me

 Khối lượng tương đối (nguyên tử khối) = x

27

m(u)

 1 mol nguyên tử chứa N = 6, 023.1023 nguyên tử

 Do me bé hơn nhiều so với mp và mn nên khối lượng nguyên tử chủ yếu tập trung ở hạt nhân

Vì vậy, trong tính toán hóa học thông thường thì: mnguyên tử = mp + mn

D¹ng to¸n 1: Khèi l-îng – Khèi l-îng riªng – B¸n kÝnh nguyªn tö

2 27

- Khối lượng tính bằng gam của 1 nguyên tử kali là vô cùng bé, không có cân nào cân được

- Khối lượng proton lớn gấp khoảng 1837 lần khối lượng electron

- Khối lượng electron rất nhỏ bé so với khối lượng toàn bộ nguyên tử Vì vậy, trong các tính toán hóa học thông thường, ta có thể bỏ qua khối lượng electron và xem khối lượng nguyên tử bằng khối lượng hạt nhân

c Tính số nguyên tử K có trong 0,975(g) kali:

 Số mol kali: nK 0, 795 0, 025 mol

39

 Số nguyên tử K: NK = 0, 025.6, 023.1023 = 0,1505.1023 nguyên tử

Bài giải

Thí dụ 1: Cho nguyên tử kali có 19 proton, 20 nơtron và 19 electron

a Tính khối lượng tuyệt đối và biểu thị khối lượng tương đối của 1 nguyên tử K

b Xác định các tỉ lệ khối lượng

- Của proton với electron

- Của tổng số electron với nguyên tử

- Của hạt nhân với nguyên tử

Nêu nhận xét ?

c Tính số nguyên tử K có trong 0, 975(g) kali

\

Thí dụ 2: Nguyên tử Zn có bán kính r = 1, 35.10−10

(m), nguyên tử khối bằng 65(u)

a Tính khối lượng riêng của nguyên tử Zn ?

b Thực tế hầu như toàn bộ khối lượng nguyên tử tập trung vào hạt nhân với bán kính

15 1

r 2.10 (m) Tính khối lượng riêng của hạt nhân nguyên tử Zn ?

a Tính khối lượng riêng của nguyên tử Zn

 Gọi x là % thể tích các nguyên tử Au trong tinh thể

 Thể tích thực của 1 nguyên tử Au: V 197 x 1 23(cm )3



  x 73, 95%

Thí dụ 3: Tính bán kính gần đúng của nguyên tử canxi Biết thể tích của 1 mol canxi là 25, 87 (cm3) Biết rằng trong tinh thể kim loại canxi các nguyên tử canxi được xem như dạng hình cầu, chiếm 74% thể tích tinh thể, còn lại là các khe trống

Thí dụ 4: Nguyên tử Au có bán kính và khối lượng mol nguyên tử lần lượt là 1, 44

o

A và 197 (g/mol) Biết khối lượng riêng của Au là 19, 36(g/cm3

) Hỏi các nguyên tử Au chiếm bao nhiêu phần trăm thể tích trong tinh thể ?

BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 1: Hãy tính khối lượng nguyên tử của các nguyên tố sau theo u và kg:

a Nguyên tử Na (11e, 11p, 12n) d Nguyên tử Cu (29e, 29p, 34n)

b Nguyên tử Cl (17e, 17p, 18n) e Nguyên tử N (7e, 7p, 7n)

c Nguyên tử Fe (26e, 26p, 30n f Nguyên tử Ar (18p, 18e, 22n)

Bài 2: Một loại nguyên tử cacbon được cấu tạo bởi 6 proton, 6 nơtron, 6 electron

a Tính khối lượng tuyệt đối và biểu thị khối lượng tương đối của nguyên tử

cacbon b Xác định các tỉ lệ khối lượng

➢ Của proton với electron

➢ Của tổng số electron với nguyên tử

➢ Của hạt nhân với nguyên

ĐS: D = 7, 84 (g / cm3

)

Bài 5: Giữa bán kính hạt nhân (R) và số khối của nguyên tử (A) có mối liên hệ 13 3

R 1,5.10 A Tính khối lượng riêng của hạt nhân ?

Bài 7: Nguyên tử nhôm có bán kính 1, 43 A và có khối lượng nguyên tử là 27(đ.v.C)

a/ Tính khối lượng riêng của nguyên tử Al

b/ Trong thực tế, thể tích thật chiếm bởi các nguyên tử chỉ bằng 74% của tinh thể, còn lại là các khe trống Định khối lượng riêng đúng của nguyên tử Al

ĐS: a, D = 3, 66(g/cm3

) b, D = 2, 73(g/cm3)

Bài 8: Bán kính của nguyên tử hiđrô gần bằng 0, 53.10−10

(m) , còn bán kính hạt nhân bằng 10−15 (m) Cho rằng cả nguyên tử và hạt nhân đều có dạng hình cầu Tính tỉ lệ thể tích của toàn nguyên tử

và thể tích hạt nhân

ĐS: 1,5.10 14

lần

 Phương pháp: Tùy thuộc vào dữ kiện của đề bài, ta lập các phương trình hoặc bất phương trình đại

số về số hạt

 Cần nhớ:

- Trong nguyên tử, số proton trong hạt nhân = số electron trong phần vỏ nguyên tử: P = E = Z

- Tổng số hạt trong nguyên tử: S = P + E + N = 2Z + N Trong đó:

+ Số hạt mang điện là: P + E = 2Z

+ Số hạt không mang điện là: N

- Thông thường, nếu Z ≤ 82 thì 1 N 1,5

P

  và số khối A = số nguyên tử khối

- Nguyên tử trung hòa về điện Khi nguyên tử nhường hay nhận e, nó trở thành phần tử mang điện gọi là ion

+ Với ion Mx+ thì tổng số hạt của Mx+ = số hạt của M - x

+ Với ion Ny- thì tổng số hạt của Ny- = số hạt của N + y

Lời giải

● Gọi Z, N, E lần lượt là số proton, số nơtron và số electron có trong nguyên tử

● Ta có: Z + E + N = 82

● Do trong một nguyên tử trung hòa về điện nên: Z = E ⇒ 2Z + N = 82 (1)

● Hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 22 nên: 2Z – N = 22 (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình: 2Z N 82

2Z – N 2

Z302

26N

a Điện tích của hạt nhân 15+ và số đơn vị điện tích hạt nhân là Z = 15

b Số khối của hạt nhân: A = Z + N = 31

D¹ng to¸n 2: Bµi to¸n vÒ sè h¹t c¬ b¶n cña nguyªn tö, ph©n tö vµ ion

Thí dụ 1: Nguyên tử của một nguyên tố có tổng số các hạt cơ bản (p, n, e) là 82 hạt, trong đó số hạt

mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 22 Xác định số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó?

Thí dụ 2: Một nguyên tử X có tổng số hạt là 46, số hạt không mang điện bằng 8/15 số hạt mang

điện

a Xác định điện tích và số đơn vị điện tích của hạt nhân nguyên tử X?

b Xác định số khối?

Lời giải

 Gọi P, N, E lần lượt là số proton, số nơtron và số electron có trong nguyên tử M

 Vì nguyên tử M đã nhường đi 3e nên trong ion M3+ ta có: E = P – 3 (1)

Từ (1), (2), (3) ta được P = 26 và N = 30

Lời giải

 Gọi P, N, E lần lượt là số proton, số nơtron và số electron có trong nguyên tử X

 Vì nguyên tử X đã nhận thêm 3e nên trong ion X3- ta có: E = P + 3 (1)

 Từ (1), (2), (3) ta được P = 15 và N = 16  A = 31 vậy X là Photpho (P)

Lời giải

 Gọi Z, N, E (Z = E) lần lượt là số proton, số nơtron và số electron có trong nguyên tử M

Z’ , N’ , E’ (Z’ = E’) lần lượt là số proton, số nơtron và số electron có trong nguyên tử X

 Trong phân tử MX3 có tổng các loại hạt là 196, nên: (2Z + N) + 3(2Z’ + N’) = 196 (1)

 Trong MX3, số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 60 nên:

(2Z + 6Z’) – (N+ 3N’) = 60 (2)

Thí dụ 3: Cho nguyên tử R có tổng các loại hạt bằng 58 và số khối nhỏ hơn 40 Đó là nguyên tử của

nguyên tử của nguyên tố nào ?

Thí dụ 4: Tổng số hạt cơ bản của ion M3+ là 79, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 19 Xác định số hiệu nguyên tử của nguyên tử M?

Thí dụ 5: Tổng số hạt cơ bản của ion X3- là 49, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 17 Xác định số khối và tên nguyên tố X trong bảng HTTH?

Thí dụ 6: Phân tử MX3 có tổng các loại hạt bằng 196, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt

không mang điện là 60 Số hạt mang điện trong nguyên tử M ít hơn số hạt mang điện trong nguyên tử X là 8 Xác định M, X và công thức phân tử MX3 ?

 Số hạt mang điện trong nguyên tử M ít hơn số hạt mang điện trong nguyên tử X là 8, nên:

 Đặt nguyên tử M có Z proton, Z electron, N nơtron

 Trong ion M+ có: Z proton, (Z-1) electron, N nơtron

 Đặt nguyên tử X có Z’ proton, Z’ electron, N’ nơtron

 Trong ion X2- có Z’ proton, (Z’+2) electron, N’ nơtron

(vì số khối = số proton + nơtron; nên không liên quan tới số e của ion)

 Hiệu số hạt giữa ion M+ và X2- (chỉ xét giữa 2 ion đơn nguyên tử):

+ M có số đơn vị điện tích hạt nhân Z là 19, số khối A = 19 + 20 = 39

+ X có số đơn vị điện tích hạt nhân Z’ là 8, số khối A’ = 8 + 8 = 16

+ M có số thứ tự 19 là Kali, X số thứ tự 8 là Oxi

 Công thức phân tử: K2O

BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 1: Tổng số các hạt trong nguyên tử R là 76, số hạt mang điện nhiều hơn không mang điện là 20

Tìm số hạt proton, nơtron, electron và điện tích hạt nhân của R

ĐS: Z= 24; N = 28

Bài 2: Cho nguyên tử X có tổng số hạt là 34, trong đó số hạt mang điện gấp 1, 8333 lần số hạt không mang

điện Tìm điện tích hạt nhân và số khối của X ?

ĐS: ĐTHN 11+ , A= 23

Thí dụ 7: Một hợp chất ion tạo ra từ các ion M+ và X2- Trong phân tử M2X có tổng số các hạt là

140 trong đó hạt mang điện nhiều hơn hạt không mang điện là 44 Số khối của M+

lớn hơn số khối của X2- là 23 Tổng số hạt trong M+ nhiều hơn trong X2- là 31 Tìm số đơn vị điện tích hạt nhân, số khối của M và X Tìm công thức phân tử của M2X ?