Hóa ĐC là một phần ko thể thiếu trong chương trình hoc đại học của các ngành chuyên và không chuyên, ở đây là 1 phần khá là quan trọng trong toàn bộ phần này, mong các bạn ủng hộ tôi.
Trang 1Giáo Viên: TS Tran Thi Nhung Email: nhungtt@hcmute.edu.vn
Trường đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh
Khoa Công Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm
HÓA ĐẠI CƯƠNG
ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
Hình thức thi:
Hàng chương: kiểm tra trắc nghiệm tại lớp ~20%
Tuần 6 – trắc nghiệm (60 phút) – 15%.
Tuần 11 – trắc nghiệm (60 phút) – 15%.
Thi cuối kỳ – trắc nghiệm (75 phút) – tất cả các chương (50%).
Chuẩn đầu ra:
Kiến thức khoa học cơ bản trong lĩnh vực hóa học và kỹ thuật hóa học.
Khả năng phân tích lập luận giải thích và hình thành ý tưởng về các vấn đề khoa học.
TÀI LIỆU HỌC TẬP
Sách, giáo trình chính:
Nivaldo J Tro, Chemistry: A molecular approach, Pearson
Education Inc, 3rd edition, 2014, 1272 trang
Sách tham khảo:
1 Nguyễn Đức Chung, Hóa học đại cương, Nxb ĐHQG
HCM
2 Nguyễn Đức Chung, Bài tập hóa học đại cương, tập 1,
Nxb ĐHQG HCM
3 Nguyễn Đức Chung, Bài tập hóa học đại cương, tập 2,
Nxb ĐHQG HCM
4 Nguyễn Đình Soa, Hóa đại cương, Nxb Đại học Bách
Khoa TP.HCM, 2011.
5 Lawrence S Brown, Thomas A Holme, Chemistry for
Engineering Students, Brooks/Cole, Cengage Learning, 2rd
edition, 2015
Nguyên Tử: cấu tạo,
bảng HTTH, tính chất Phân tử: liên kết hóa học, tính chất
− Nhiệt động hóc học
− Động hóa học
− Cân bằng phản ứng
Phản ứng hóa hoc:
Điện hóc học:
Dung dịch: hiệu ứng nhiệt, độ tan, áp suất hơi bão hòa, điện li.
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ
HÓA HỌC Giáo viên: TS. Trần Thị Nhung Email: nhungtt@hcmute.edu.vn
Trang 2PART 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1 Nắm được các thành phần cấu tạo nguyên tử.
2 Mô tả cấu trúc lớp vỏ electron của các nguyên
tử theo cơ học lượng tử.
3 Trạng thái của e trong nguyên tử - cấu hình e.
Thế giới thấy được chính là ngục tù của chúng ta, giam hãm tư duy của chúng ta
Plato
427 – 347 TCN
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
• Nguyên tử cấu tạo gồm hạt nhân (proton và neutron) nằm ở trung
tâm và lớp vỏ electron chuyển động xung quanh.
Điện tích hạt nhân nguyên tử (Z) = số proton
= số electron
Nguyên tử trung hòa về điện
Hạt Quark
Khối lượng nguyên tử = khối lượng proton +
khối lượng notron.
LỊCH SỬ CÁC MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ
https://socratic.org/questions/what‐are‐the‐6‐models‐of‐the‐atom
CẤU TẠO LỚP VỎ ELECTRON THEO CƠ HỌC
LƯỢNG TỬ
Tiền đề:
Bản chất sóng hạt của hạt vi mô.
Hệ thức bất định Heisenberg
Phương trình sóng Schrodinger.
Electron có thể có mặt tại bất cứ vị trí
nào và bất cứ thời điểm nào xung
BẢN CHẤT SÓNG HẠT CỦA HẠT VI MÔ
Bản chất sóng hạt của ánh sáng:
Bản chất hạt: hiện tượng quang điện.
Bản chất sóng: hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ.
Hiện tượng quang điện
Trang 3Giả thuyết De Broglie:Hạt vi mô có khối lượng m khi chuyển động với vận
tốc v sẽ tạo nên sóng truyền đi với bước sóng (sóng De Broglie)
mv
: gọi là hằng số planck ( = 6,626076 10 -34 J.s)
Các vật có khối lượng lớn có tính chất sóng hạt không?
HỆ THỨC BẤT ĐỊNH HEISENBERG
Nguyên lý Heisenberg : Không thể xác định chính xác đồng thời cả vị trí lẫn tốc độ của hạt vi mô.
∆ ∆
∆ : độ bất định (sai số) về vị trí
∆ : độ bất định (sai số) về tốc độ.
Example: Electron: m=10-30kg,x=10-10m →vx= 5.3.105m/s Quả bóng: m= 0.2 kg, bay với v=30 m/s,x= 10-10m, →vx= 2.6.10-24m/s
Hệ quả: Khi biết chính xác tốc độ chuyển động chúng ta không thể nói đến đường đi chính xác của nó mà chỉ có thể nói đến xác suất có mặt của nó ở chỗ nào đó trong không gian
PHƯƠNG TRÌNH SÓNG SCHRODINGER
Phương trình sóng Schrodinger:mô tả sự chuyển động của các hạt vi mô
trong trường thế năng (với các electron khác và hạt nhân) xét tại trạng thái
dừng của hệ
(m : khối lượng của hạt vi mô; h: hằng số planck; E : năng lượng toàn phần của hạt vi mô;
V: thế năng của hạt vi mô tại tạo độ x, y, z; : hàm sóng mô tả chuyển động của hạt vi
mô tại tọa độ x, y, z).
:xác định xác xuất có mặt của hạt vi mô tại điểm có tọa
độ x, y, z.
HÀM SÓNG VÀ CÁC SỐ LƯỢNG TỬ
r
x = r sin cos
y = r sin sin
z = r cos
Xác xuất có mặt electron
, ; , ; )
Hàm sóngΨ thu được có chứa các số nguyên lượng tửn, l , m l orbital nguyen tu
Bổ sung số lượng tửmsđặc trưng cho sự tự quay của electron
Bộ 4 số lượng tửn, l , ml , ms trang thai cua electron
Orbital nguyên tử: vùng không gian bao quanh hạt nhân trong đó xác suất có mặt e chiếm khoảng 90%
và có hình dạng xác định bởi bề mặt tạo thành từ các điểm có mật độ xác suất ( ) bằng nhau.
n, l, ml, ms
CÁC SỐ LƯỢNG TỬ VÀ ORBITAL
NGUYÊN TỬ
SỐ LƯỢNG TỬ CHÍNH (n) VÀ MỨC NĂNG
LƯỢNG ELECTRON
• Giá trị: n = 1, 2, 3, ∞.
• Đặc trưng chotrạng thái năng lượngcủa electron trong nguyên tử (Trạng thái năng lượng nhỏ nhất (n = 1, E1), và lớn nhất tại n =∞ ( = 0, khi nguyên tử bị ion hóa) vàkích thước orbital(n càng lớn kích thước orbital nguyên tử càng lớn)
• Những electron có cùng giá trị n lập nên một lớp electron.
Số lượng tử chính n : 1 2 3 4 5 6 7 … Lớp lượng tử : K L M N O P Q
Trang 4SỐ LƯỢNG TỬ PHỤ (l) VÀ HÌNH DẠNG ĐÁM
MÂY ELECTRON
Giá trị: l = 0, 1, 2, (n-1).
Ví dụ: n = 1 l = 0.
n = 2 l = 0, 1
n = 3 l = 0, 1, 2
Đặc trưng chohình dạng của đám mây electron và mức năng
lượng của các orbital trong mỗi lớp lượng tử (phân mức năng
lượng)
Trong một lớp n thì có n phân mức năng lượng electron.
KHÔNG GIAN CỦA ORBITAL
• Giá trị: ml= 0, , 2, (ứng với mỗi giá trị của l sẽ
có (2l +1) giá trị của ml.
• Đặc trưng chosự định hướng trong không giancủa orbital nguyên tử dưới tác dụng của từ trường qui địnhsố orbitalnguyên tử trong mỗi lớp hay phân lớp năng lượng (n, l)
Ví dụ:
l = 1 (phân lớp p).
ml= -1, 0, +1
21
Với l = 2 , phân lớp d
mlcó 5 giá trị tương ứng 0, , 2 có 5 orbitals
hay 5 ô lượng tử.
ml= 0, , 2,
Đặc trưng cho sự tự quay của
electron xung quang trục đối
xứng của nó.
Chỉ có 2 giá trị là tương ứng
với ngược và cùng chiều kim
đồng hồ.
Giải thích cấu trúc tế vi của
TÓM TẮT MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC SỐ LƯỢNG
TỬ VÀ TRẠNG THÁI ORBITAL NGUYÊN TỬ
3
1 1
Trang 5THEO THUYẾT LƯỢNG TỬ
• Cung cấp các kết quả phù hợp với thực nghiệm
• Áp dụng được cho nguyên tử nhiều electron
• Giải thích được sự phát xạ nguyên tử, độ bội
quang phổ, từ tính
• …
TÓM TẮT
Electron có thể có mặt tại bất cứ vị trí nào và bất cứ thời điểm nào xung quanh hạt nhân nguyên tử với xác xuất có mặt khác nhau.
Các orbital nguyên tử được đặc trưng bằng 3
số lượng tử (n, l, ml), trạng thái của electron trong nguyên tử được đặc trưng bằng bộ 4
số lượng tử (n, l, ml, ms).
???
Tìm ra điểm bất hợp lí trong tổ hợp bộ 4 số lượng tử
của các orbital sau:
• n = 3, l = 3, ml= +1, ms= +1/2
• n = 3, l = 1, ml= +2, ms= +1/2
• n = 4, l =2, ml= +1, ms= 0
28
29
Trang 6TRẠNG THÁI CỦA ELECTRON TRONG
NGUYÊN TỬ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON
Trạng thái của electron:trong nguyên tử được xác định bởi lớp
năng lượng (n), phân lớp năng lượng hay hình dạng orbital (l), định
hướng của orbital trong không gian dưới tác dụng từ trường (ml), và
trạng thái spin (ms)
Cấu hình electron:sự sắp xếp của các electron vào các orbital
nguyên tử tương ứng với cáclớp, phân lớp năng lượng, sự định
hướng không giantương ứng thể hiện qua bộ 3 số lượng tử (n, l,
ml)
CẤU HÌNH ELECTRON
Nguyên lí ngoại trừ Pauli:
Trong nguyên tử không thể có 2 electron có cùng 4 số lượng tử mỗi orbital chứa tối đa 2 electron có spin khác nhau.
Nguyên lý vững bền:
Trạng thái bền vững nhất của electron trong nguyên tử là trạng thái tương ứng với mức năng lượng nhỏ nhất
các electron sẽ tuần tự chiếm các mức năng lượng từ thấp tới cao.
Qui tắc Hund:
Trong một phân lớp lượng tử các electron sẽ xắp xếp sao cho số electron độc thân là cực đại.
CẤU HÌNH ELECTRON
Nguyên lý ngoại trừ Pauli:
Nguyên lý vững bền:
Qui tắc Hund:
e độc thân e ghép đôi
Li (Z = 3) : 1s 2 2s 1
Al (Z = 13) : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Fe (Z = 26) : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
Thứ tự: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.
CẤU HÌNH ELECTRON Qui tắc Kleshkovski:
Sự sắp xếp electron vào các orbital nguyên tử theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử theo thứ tự từ những orbital có tổng giá trị hai
số lượng tử ( n + l ) nhỏ hơn tới orbital có tổng ( n + l ) lớn hơn.
Sự sắp xếp electron vào các orbital nguyên tử có tổng giá trị hai số lượng tử (n + l ) như nhau sẽ theo theo hướng tăng dần số lượng tử chính (n).
Ví dụ: Sc (Z = 21) (3d, 4p, 5s ???)
CẤU HÌNH ELECTRON
Cr (Z=24)
Cu (Z=29)
Mo Z=42)
[Ar]3 d 4 4s 2 [Ar]3 d 9 4s 2 [Kr]4 d 4 5s 2
[Ar]3d 5 4s 1 [Ar3d 10 4s 1 [Kr]4d 5 5s 1
Trạng thái bão hòa hoặc bán bão hòa lớp vỏ electron có năng lượng
nhỏ nhất nên nguyên tử đạt độ bên năng lương lớn nhất.
• Lớp electron bão hòa2, 8, 18, 32
• Phân lớp bão hòas2, p6, d10, f14
• Phân lớp bán bão hòap3, d5, f7
CẤU HÌNH ELECTRON Các ion dương (cation) và ion âm (anion) có khuynh hướng cho hoăc nhận thêm electron để đạt cấu hình electron bão hòa (ns 2 np 6 ).
Trang 7BÀI TẬP Câu hỏi 1: Năng lượng của e trong nguyên tử hydro và nguyên tử đa
điện tử phụ thuộc lần lượt vào số lượng tử nào:
Câu hỏi 2: Cho biết số e tối đa trong lớp N và phân lớp 5f
Câu hỏi 3: Viết cấu hình electron của các nguyên tố sau Fe (Z=26),
Na (Z=11), O (Z=8), Pb (Z=82), Ag (Z=47), Co (Z=27), Mn2+(Z=23),
O2-(Z=10)
• Xác định cấu hình electron biết electron cuối cùng có bộ 4 số lượng tử (4, 2, ‐1, ‐½)
• Xác định số e lớp ngoài cùng, e hóa trị của nguyên tố trên.
• Cho biết số electron tối đa trong orbital px, lớp
O.
BÀI TẬP
TÓM TẮT – CẤU TẠO LỚP VỎ NGUYÊN TỬ
Electron có thể có mặt tại bất cứ vị trí nào và bất cứ thời
điểm nào xung quanh hạt nhân nguyên tử với xác xuất có
mặt khác nhau.
Các orbital nguyên tử được đặc trưng bằng 3 số lượng tử
( n, l, ml) Trạng thái của e trong nguyên tử được đặc trưng
bằng bộ 4 số lượng tử ( n, l, ml, ms)
Cấu hình sắp xếp electron trong orbital nguyên tử tuân
theo nguyên lí ngoại trừ , nguyên lí vững bền , qui tắc
Hund