Đối với hóa trị của nguyên tố trong hợp chất ion (điện hóa trị), hóa trị dương cao nhất của những nguyên tố s, p nhìn chung bằng đúng số electron lớp ngoài cùng, trừ một vài ngoại lệ nh[r]
Trang 1CHUYÊN ĐỀ 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC- LIÊN KẾT HÓA HỌC PHẦN I: LÝ THUYẾT
Nguyên tử là các hạt vô cùng nhỏ bé nhưng nó lại có cấu tạo phức tạp
1 Cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử gồm 2 phần:
- Vỏ nguyên tử: gồm các electron (e) chuyển động rất nhanh: me = 9,1094.10-31kg; qe = -1,602.10-19C
- Hạt nhân nguyên tử: hầu hết đều được tạo thành từ proton và nơtron (trừ nguyên tử 1H trong hạt nhân không có nơtron)
+ Proton (p): mp = 1,6726.10-27kg; qp = 1,602.10-19C hay bằng 1+ đơn vị điện tích
+ Nơtron (n): mn = 1,6748.10-27kg; qn = 0
Tóm tắt cấu tạo của nguyên tử
2 Kích thước và khối lượng của nguyên tử
- Kích thước nguyên tử: Nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ bé
Nếu hình dung nguyên tử như một quả cầu thì trong đó electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân, thì nguyên tử đó có đường kính khoảng 10-10m
Để biểu thị kích thước n; guyên tử, người ta dùng đơn vị nanomet (viết tắt là nm) hay angstrom (kí hiệu là Å)
1nm = 10-9m; 1Å=10-10m; 1nm=10Å
a) Nguyên tử nhỏ nhất là nguyên tử hiđro có bán kính khoảng 0,053nm
b) Đường kính của hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn, vào khoảng 10-5nm
Như vậy, đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân khoảng 10.000 lần Nếu hình dung hạt nhân là quả cầu có đường kính 10cm thì nguyên tử là quả cầu có đường kính 1.000m = 1km
c) Đường kính của electron và của proton còn nhỏ hơn nhiều (khoảng 10-8nm) Electron chuyển động xung quanh hạt nhân trong không gian rỗng của nguyên tử
Trang 2- Khối lượng nguyên tử: Khối lượng của nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân (vì khối lượng
của e rất nhỏ bé) Do đó một cách gần đúng có thể coi khối lượng nguyên tử là khối lượng của hạt nhân
- Ta biết 1gam bất kì chất nào cũng chứa hàng tỉ tỉ nguyên tử, thí dụ như 1gam cacbon có chứa năm mươi nghìm tỉ tỉ nguyên tử cacbon;
Để biểu thị khối lượng phân tử, nguyên tử, các hạt proton, nowtron, electron người ta dung đơn
vị u còn gọi là đvC
1u = 1/12 khối lượng của một nguyên tử đồng vị cacbon 12
Nguyên tử này có khối lượng là 19,9265.10-27kg ≈ 12u
Khối lượng của 1 nguyên tử hidro là 1,6738.10-27kg ≈ 1u
3 Mối quan hệ giữa các loại hạt trong nguyên tử
- Vì nguyên tử trung hòa về điện nên trong mọi nguyên tử luôn có: số p = số e
- Với nguyên tử bền: số p ≤ số n ≤ 1,5.số p hay 1 ≤ n/p ≤1,5 (với các nguyên tử có số p ≥ 82 thì không bền là những chất phóng xạ)
4 Các đại lượng đặc trưng của nguyên tử và cách kí hiệu nguyên tử
Nguyên tử có 2 đại lượng đặc trưng là số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) và số khối (A)
- Số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) = số electron (E) = số proton (P) = số hiêu nguyên tử
- Số khối (A) = Z + N (số nơtron)
Cách kí hiệu đầy đủ của nguyên tử X: ZAX
5 Nguyên tố hóa học và đông vị
- Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân
- Đồng vị là hiện tượng các nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số
khối A của chúng khác nhau
Ví dụ: Nguyên tử Hidro có 3 đồng vị: 11H, 21H, 31H (như sơ đồ dưới đây)
Trang 3- Số khối: A = Z + N
- Số khối A và số proton Z (số đơn vị điện tích hạt nhân, số hiệu nguyên tử) là 2 đại lượng đặc trưng cho nguyên tử
II ĐỒNG VỊ
Hầu hết các nguyên tố hoá học đều là tập hợp của nhiều đồng vị Vậy kiến thức về đồng vị có những nội dung gì và hay gặp các dạng bài tập nào về đồng vị?
1 Khái niệm đồng vị
- Đồng vị là hiện tượng các nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron, do đó số khối A của chúng khác nhau
Đồng vị của nguyên tố Hidro
- Hầu hết các nguyên tố hoá học đều là tập hợp của nhiều đồng vị
- Công thức tính khối lượng nguyên tử trung bình của các đồng vị:
A = (M1.x1 + M2.x2 + )/(x1 + x2 + ) Trong đó:
+ M1, M2, Mn là số khối của các đồng vị
+ x1, x2, xn là số mol, % số mol; số nguyên tử; % số nguyên tử; thể tích; % thể tích của khí)
2 Các dạng bài tập cơ bản về đồng vị
Bài tập về đồng vị thường có các dạng cơ bản sau:
- Xác định số phân tử chất được tạo thành từ các đồng vị
- Tính phần trăm (%) số nguyên tử của mỗi loại đồng vị
Trang 4- Tính nguyên tử khối trung bình của các đồng vị
- Tính số khối của đồng vị chưa biết
- Tính % khối lượng của 1 đồng vị trong 1 hợp chất
III CẤU HÌNH ELECTRON
Vỏ nguyên tử là một trong 2 bộ phận cấu thành nên nguyên tử Vỏ nguyên tử được hình thành từ các electron Trong vỏ nguyên tử, các electron chuyển động và phân bố như thế nào? …
1 Sự chuyển động của các electron trong nguyên tử
Electron chuyển động rất nhanh trong khu vực quanh hạt nhân không theo những quỹ đạo xác định tạo nên vỏ nguyên tử
* Đám mây electron: Quy ước rằng đám mây electron là vùng không gian gần hạt nhân trong
đó chứa khoảng 90% xác suất có mặt của electron Hình dạng của đám mây được giới hạn bởi không gian đó
2 Lớp và phân lớp electron
- Chia electron thành các lớp và các phân lớp dựa theo mức năng lượng của electron (kí hiệu là e)
- Từ sát hạt nhân trở ra, năng lượng của các e tăng dần
a Lớp electron
- Lớp e gồm các e có mức năng lượng gần bằng nhau
- Từ sát hạt nhân trở ra ta có số thứ tự các lớp electron và tên của các lớp tương ứng là:
n = 1 2 3 4 5…
Tên lớp K L M N O…
b Phân lớp electron
- Phân lớp electron gồm các electron có mức năng lượng bằng nhau
- Các phân lớp được kí hiệu là: s, p, d, f
- Số phân lớp electron trong 1 lớp bằng số thứ tự của lớp theo thứ tự xuất hiện s → p → d → f
3 Số electron tối đa trong một phân lớp, một lớp
- Số electron tối đa trong các phân lớp: s (2), p (6), d (10), f (14)
- Số electron tối đa trên lớp thứ n là 2n2
Trang 54 Thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử
Cách nhớ: Sáng sớm phải son phấn sau đó phi sang đá PS (1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s)
Hoặc:
1s
2s2p
3s3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d 6f
7s 7p 7d7f
Có nghĩa là phân mức năng lượng tăng dần của nguyên tố được sắp xếp như sau:
1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p6f7d7f
Cấu hình electron được sắp xếp như sau: 1s2s2p3s3p3d3f4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p7d7f
5 Cấu hình electron của nguyên tử
- Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau
- Cách viết cấu hình electron:
+ Xác định số e có trong nguyên tử
+ Điền e vào các phân lớp theo trật tự tăng dần mức năng lượng và bão hòa e vào phân lớp có mức năng lượng thấp mới điền tiếp ra phân lớp có mức năng lượng cao hơn
+ Nếu đã có phân lớp 3d thì phải đảo lại vị trí các phân lớp theo đúng thứ tự của các lớp: 1s2s2p3s3p3d4s…
Trang 6+ Nếu cấu hình dạng (n – 1)d4ns2 → (n – 1)d5
ns1; (n – 1)d9ns2 → (n – 1)d10
ns1
6 Đặc điểm của lớp e ngoài cùng
- Lớp e ngoài cùng có tối đa 8e
- Đặc điểm:
+ Nếu lớp e ngoài cùng có 1 đến 3e: nguyên tử của nguyên tố kim loại (trừ H, He)
+ Nếu lớp e ngoài cùng có từ 5 đến 7e: nguyên tử của nguyên tố phi kim
+ Nếu lớp e ngoài cùng có 8e: nguyên tử của nguyên tố khí hiếm (riêng He có 2 electron lớp ngoài cùng)
+ Nếu lớp e ngoài cùng có 4e: nguyên tố là kim loại nếu có 4 lớp e trở lên còn lại là phi kim (nguyên tố có 4 electron lớp ngoài cùng thường là phi kim, đôi khi những nguyên tố cuối nhóm IVA là kim loại)
IV BÀI TOÁN KHỐI LƯỢNG RIÊNG
Bài toán về khối lượng riêng của nguyên tử đã xuất hiện trong đề thi tuyển sinh những năm gần đây Mặc dù nguyên tử có kích thước và khối lượng vô cùng nhỏ bé nhưng khối lượng riêng của nguyên tử lại có giá trị khá lớn
- Các nguyên tử có cấu tạo rỗng (độ đặc khít a%)
- Nguyên tử được coi có dạng hình cầu nên thể tích của nguyên tử được tính theo công thức:
V = 4/3.∏.r3
- 1mol nguyên tử bất kì đều chứa NA nguyên tử (NA = 6,02.1023) và có khối lượng M
- Công thức tính khối lượng riêng của nguyên tử:
D = m/V Ghép các đại lượng trên vào với nhau ta có công thức tính khối lượng riêng của nguyên tử:
D = 3aM/(4Π.r3.NA.100)
Chú ý: đơn vị của r và D phải có sự thống nhất với nhau)
V CẤU TẠO BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Trong nghiên cứu, giảng dạy và học tập môn hóa học, bảng tuần hoàn là công cụ vô cùng quan trọng và hữu ích
Trang 71 Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn
- Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân
- Cùng số lớp e xếp vào cùng một hàng (chu kì)
- Cùng số e hóa trị được xếp vào cùng một cột (nhóm)
2 Khối nguyên tố
- Các nguyên tố trong bảng tuần hoàn thuộc 4 khối: khối s, khối p, khối d và khối f
- e cuối cùng điền vào phân lớp nào (theo thứ tự mức năng lượng) thì nguyên tố thuộc khối đó
3 Cấu tạo bảng tuần hoàn
a Ô nguyên tố
Trang 8Ô nguyên tố
- Mỗi nguyên tố hóa học chiếm một ô trong bảng tuần hoàn được gọi là ô nguyên tố
- Số thứ tự ô nguyên tố = số hiệu nguyên tử của nguyên tố (= số e = số p = số đơn vị điện tích hạt nhân)
b Chu kì
- Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp e, được xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân
- Số thứ tự chu kì = số lớp e
- Bảng tuần hoàn hiện có 7 chu kì được đánh số từ 1 đến 7:
+ Chu kì 1, 2, 3: chu kì nhỏ
+ Chu kì 4, 5, 6, 7: chu kì lớn (chu kì 7 chưa hoàn thành)
c Nhóm nguyên tố
- Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình e tương tự nhau do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành 1 cột
- Có 2 loại nhóm nguyên tố là nhóm A và nhóm B:
+ Nhóm A: bao gồm các nguyên tố s và p
+ Nhóm B: bao gồm các nguyên tố d và f
- Số thứ tự nhóm nguyên tố:
+ Số thứ tự nhóm A = tổng số e lớp ngoài cùng
+ Nhóm B: Xét nguyên tố có cấu hình e nguyên tử kết thúc dạng (n – 1)dxnsy:
* Nếu (x + y) = 3 → 7 thì nguyên tố thuộc nhóm (x + y)B
* Nếu (x + y) = 8 → 10 thì nguyên tố thuộc nhóm VIIIB
* Nếu (x + y) > 10 thì nguyên tố thuộc nhóm (x + y – 10)B
VII MỐI QUAN HỆ GIỮA ELECTRON VÀ VỊ TRÍ
Giữa cấu hình electron nguyên tử và vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn có mối quan hệ qua lại với nhau Dựa vào cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có thể xác định được vị trí của nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn và ngược lại Cụ thể như sau:
- Số thứ tự ô nguyên tố = tổng số e của nguyên tử
- Số thứ tự chu kì = số lớp e
Trang 9- Số thứ tự nhóm:
+ Nếu cấu hình e lớp ngoài cùng có dạng ns a np b (a = 1 → 2 và b = 0 → 6): Nguyên tố thuộc nhóm (a + b)A
+ Nếu cấu hình e kết thúc ở dạng (n - 1)d x ns y (x = 1 → 10; y = 1 → 2): Nguyên tố thuộc
nhóm B:
* Nhóm (x + y)B nếu 3 ≤ (x + y) ≤ 7
* Nhóm VIIIB nếu 8 ≤ (x + y) ≤ 10
* Nhóm (x + y - 10)B nếu 10 < (x + y)
VIII MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU HÌNH ELECTRON VÀ TÍNH CHẤT NGUYÊN TỐ
Dựa vào cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có thể xác định được một số tính chất đặc trưng của nguyên tố đó Cụ thể là:
1 Loại nguyên tố
- Nguyên tử có 1, 2, 3 e ở lớp ngoài cùng: là nguyên tố kim loại (trừ H, He)
- Nguyên tử có 5, 6, 7 e ở lớp ngoài cùng: thường là nguyên tố phi kim
- Nguyên tử có 8e ở lớp ngoài cùng: là nguyên tố khí hiếm (cả trường hợp He có 2e)
- Nguyên tử có 4e ở lớp ngoài cùng là phi kim nếu thuộc chu kì 2, 3 và là kim loại nếu thuộc các chu kì khác
2 Công thức một số loại hợp chất và tính chất của hợp chất đó
Nếu nguyên tố R thuộc nhóm nA:
- Hóa trị trong oxit cao nhất là n → công thức oxit cao nhất là R2On
- Hóa trị trong hợp chất khí với H (chỉ áp dụng với phi kim) là (8 - n) → công thức hợp chất khí với H là RH8-n
- Công thức hidroxit cao nhất: R(OH)n (nếu n < 4 thì giữ nguyên công thức; nếu n > 3 thì chuyển thành dạng axit HnROn và tối giản công thức bằng cách bớt đi số phân tử H2O phù hợp)
- Nếu n < 4: oxit và hidroxit cao nhất thường có tính bazơ; nếu n > 3: oxit và hidroxit cao nhất thường có tính axit
IX SO SÁNH TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ TRONG BẢNG HTTH
Một số tính chất của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn biến đổi có quy luật theo chu kì và theo nhóm Vì vậy dựa vào vị trí của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, có thể so sánh được tính chất của các nguyên tố đó:
Trang 10Sự biến đổi tính chất của các nguyên tố theo chu kì và nhóm
Tính
chất
Bán kính
nguyên tử Độ âm điện Tính kim
loại
Tính phi kim
Tính bazơ của oxit, hidroxit
Tính axit của oxit, hidroxit
Số e lớp ngoài cùng
Theo
đến 8 Theo
nhóm
A
nhóm
Chú ý:
- Chỉ so sánh được tính chất của 2 nguyên tố thuộc cùng chu kì hoặc cùng nhóm A
- Nếu các nguyên tố cần so sánh không có cùng mối liên hệ về chu kì hoặc nhóm thì khi cần phải chọn nguyên tố trung gian rồi đưa về cùng hàng, cột để so sánh hoặc loại trừ
X BÀI TOÁN TÌM NGUYÊN TỐ
Bài toán tìm nguyên tố là một bài toán khá phổ biến trong hóa học Để chỉ rõ một nguyên tố nào
đó có thể dựa vào:
- Số hiệu nguyên tử của nguyên tố (Z)
- Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố (M)
Bài viết này đề cập đến cách tìm nguyên tố dựa vào nguyên tử khối trung bình của nguyên tố Theo cách này, có thể gặp các dạng bài tìm nguyên tố như sau:
1 Tìm nguyên tố dựa vào % khối lượng trong oxit cao nhất hoặc hợp chất khí với H
Trang 11Hóa trị của các nguyên tố nhóm A trong oxit cao nhất và trong hợp chất khí với H
Để tìm nguyên tố theo kiểu này cần nhớ: Nếu nguyên tố R thuộc nhóm nA thì:
- Oxit cao nhất của R là: R2On
- Hợp chất khí với H của R là RH8-n
2 Tìm 2 nguyên tố thuộc cùng 1 nhóm A và 2 chu kì kế tiếp (liên tiếp)
Đối với dạng bài này thường dùng phương pháp trung bình (thay 2 nguyên tố cần tìm bằng 1 nguyên tố) rồi giải Dạng này thường gặp khi học về nhóm IA và IIA
3 Tìm 1 nguyên tố trong bài toán có phương trình
Với bài toán dạng này chỉ cần giải theo phương trình hóa học thông thường là được
XI SỰ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT HÓA HỌC
Các nguyên tử phải liên kết với nhau để tạo ra phân tử hoặc tinh thể
Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử để tạo thành phân tử hay tinh thể Khi tạo thành liên kết hóa học, các nguyên tử thường có xu hướng đạt tới cấu hình e bền vững của khí hiếm với 8e (của He là 2e) ở lớp ngoài cùng Có các kiểu liên kết hóa học chủ yếu sau:
Trang 12I LIÊN KẾT ION
1 Khái niệm và phân loại ion
- Ion là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử mang điện tích
- Phân loại ion:
+ Theo điện tích: ion dương (cation) và ion âm (cation)
+ Theo số nguyên tử tạo nên ion: ion đơn nguyên tử (chỉ có 1 nguyên tử) và ion đa nguyên tử (do nhiều nguyên tử tạo nên)
2 Sự hình thành ion từ nguyên tử
- Nguyên tử có xu hướng nhường hoặc nhận e để đạt đến cấu hình e bền vững của khí hiếm (có 8e ở lớp ngoài cùng)
- Phi kim A nhóm nA:
A + (8 – n)e → An-8
- Kim loại M nhóm nA:
M → Mn+ + ne
3 Liên kết ion
Là liên kết được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu
4 Tính chất chung của hợp chất ion
- Ở điều kiện thường, các hợp chất ion thường tồn tại ở dạng tinh thể, có tính bền vững, thường
có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi khá cao
- Các hợp chất ion thường tan nhiều trong nước Khi nóng chảy hoặc khi hòa tan trong nước có khả năng dẫn điện
Phân tử muối ăn (NaCl) có chứa liên kết ion
II LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ
1 Khái niệm và phân loại
- Liên kết cộng hóa trị là liên kết được tạo nên giữa 2 nguyên tử bằng 1 hoặc nhiều cặp e chung
- Liên kết cộng hóa trị gồm 2 loại:
+ Liên kết cộng hóa trị có cực (liên kết cộng hóa trị phân cực): cặp e chung bị hút lệch về phía nguyên tử có độ âm điện lớn hơn
