Bài giảng HĐC (8 Chương LT)

CHÖÔNG 1:

CAÁU TAÏO NGUYEÂN TÖÛ VAØ HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN CAÙC NGUYEÂN TOÁ HOÙA HOÏC (Thôøi löôïng: 5t LT + 2t BT) 1

1. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM VAØ ÑÒNH LUAÄT CÔ SÔÛ CUÛA HOÙA HOÏC

2

1.1 Nguyeân töû vaø phaân töû Nguyeân töû laø tieåu phaân nhoû nhaát cuûa moät nguyeân toá hoùa hoïc, khoâng theå chia nhoû hôn ñöôïc nöõa veà maët hoùa hoïc vaø trong phaûn öùng hoùa hoïc nguyeân töû khoâng thay ñoåi.

Ví duï: Nguyeân töû Na, Cu, H, O. . .

Phaân töû laø tieåu phaân nhoû nhaát cuûa moät chaát coù khaû naêng toàn taïi ñoäc laäp vaø khoâng theå chia nhoû hôn ñöôïc nöõa maø khoâng maát ñi nhöõng tính chaát hoùa hoïc cuûa noù.

Ví duï: Phaân töû HCl, NaOH 3

1.2 Khoái löôïng nguyeân töû, khoái löôïng phaân töû Khoái löôïng nguyeân töû theo ñôn vò thoâng thöôøng (g, kg) thöôøng raát nhoû söû duïng ñôn vò khoái löôïng quy öôùc.

Söû duïng 1/12 khoái löôïng nguyeân töû 12C laøm ñôn vò quy öôùc: ñôn vò khoái löôïng nguyeân töû (ñvklnt).

1ñvklnt = 1,66.10-27kg 4

1.2 Khoái löôïng nguyeân töû, khoái löôïng phaân töû Khoái löôïng nguyeân töû (töông ñoái) cuûa moät nguyeân toá laø khoái

Teân goïi H

Kyù KLNT hieäu (ñvklnt) Hydro 1

O

Oxy

16

Na

Natri

23

nguyeân töû nguyeân toá

Fe

Saét

56

Cu

Ñoàng

64

ñoù.

N

Nitô

14

löôïng tính baèng ñôn vò quy

öôùc

cuûa

moät

5

1.2 Khoái löôïng nguyeân töû, khoái löôïng phaân töû Khoái löôïng phaân töû (töông ñoái) cuûa moät chaát laø khoái löôïng tính baèng ñôn vò quy öôùc cuûa moät phaân töû chaát ñoù.

Caùch tính: Coäng caùc KLNT cuûa taát caû caùc nguyeân toá tham gia trong phaân töû.

6

1.3 Khaùi nieäm mol

Mol laø löôïng chaát chöùa 6,023.1023 tieåu phaân caáu truùc cuûa chaát. Tieåu phaân naøy coù theå laø nguyeân töû, phaân töû hay ion...

Soá 6,022.1023: goïi laø soá Avogadro (kyù hieäu N0).

7

1.4 Ñôn chaát vaø hôïp chaát Ñôn chaát laø chaát maø phaân töû cuûa noù chæ goàm caùc nguyeân töû cuûa moät nguyeân toá lieân keát vôùi nhau.

Ví duï: Cu, H2, Cl2, O2. . .

Hôïp chaát laø chaát maø phaân töû cuûa noù goàm nhöõng nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá khaùc loaïi lieân keát vôùi nhau.

Ví duï: HCl, NaCl, H3PO4. . .

8

1.5 ÑÒNH LUAÄT BAÛO TOAØN KHOÁI LÖÔÏNG Khoái löôïng cuûa caùc chaát tham gia phaûn öùng baèng khoái löôïng cuûa caùc chaát saûn phaåm phaûn öùng (Lomonoxov- 1756). Ví duï : Mg + 1/2O2 = MgO Tuy đònh luaät coù söï haïn cheá nhưng vaãn giöõ nguyeân giaù trò vaø yù nghóa vôùi caùc nhaø hoùa hoïc

9

1.6 Phöông trình traïng thaùi khí Ñoái vôùi khí lyù töôûng

PV = nRT

hay

m PV = RT M

P: aùp suaát chaát khí V: theå tích m: khoái löôïng, g T: nhieät ñoä tuyeät ñoái; n: laø soá mol khí; R laø haèng soá khí.

10

1.6 Phöông trình traïng thaùi khí

Giaù trò cuûa R=?

Neáu P ño baèng Pa (kg.m-1s-1), V ño baèng m3 thì R = 8,314 J/mol.ñoä Neáu P ño baèng mmHg, V ño baèng ml thì R = 62400 mmHg/mol.ñoä Neáu P ño baèng atm, V ño baèng lít thì R = 0,082 atm.lít/mol.ñoä 11

1.6 Phöông trình traïng thaùi khí Ñoái vôùi khí thöïc:

a    P + 2 (V − b ) = nRT V   Phöông trình khí thöïc do Van der Waal tìm ra naêm 1879 Trong ñoù a,b laø haèng soá ñoái vôùi moãi khí nhaát ñònh, chuùng bieåu thò ñaëc ñieåm cuûa khí thöïc laø coù töông taùc vaø coù theå tích rieâng.

12

1.6 Phöông trình traïng thaùi khí

a, b coù giaù trò?

Khí a (atm.lit2/mol) H2 N2 H2O CO2

0,2444 1,39 5,464 3,592

b (lít/mol) 0,0266 0,0391 0,0304 0,0426

Ví dụ: Tính aùp suaát cuûa 1 mol khí CO2 coù theå tích 0,5 lít ôû 25oC 13

1.7 Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng Ñöông löôïng (Ñ) cuûa moät nguyeân toá, moät hôïp chaát laø soá phaàn khoái löôïng cuûa nguyeân toá ñoù, hôïp chaát ñoù keát hôïp hoaëc thay theá vöøa ñuû vôùi 1.008 phaàn khoái löôïng hydro hoaëc 8 phaàn khoái löôïng oxy.

Ví duï 1: Trong moät hôïp chaát cuûa ñoàng vôùi oxy, ñoàng chieám 79.9% khoái löôïng, oxy chieám 20.1% khoái löôïng.

Tính ñöôïng löôïng cuûa ñoàng?

14

1.7 Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng Ñònh luaät ñöông löôïng Caùc nguyeân toá hoùa keát hôïp vôùi nhau theo nhöõng khoái löôïng tyû leä vôùi ñöông löôïng cuûa chuùng Trong moät phaûn öùng hoùa hoïc soá ñöông löôïng cuûa caùc chaát tham gia phaûn öùng phaûi baèng nhau.

m A DA = mB DB

Soá ñöông löôïng

mA DA 15

1.7 Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng

* Caùch tính ñöông löôïng Coâng thöùc tính Trong ñoù

A D= n

D: ñöông löông A: khoái löôïng cuûa nguyeân töû hoaëc phaân töû hôïp chaát.

Vaäy n laø gì?

16

1.7 Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng Ñoái vôùi nguyeân töû n: hoùa trò cuûa nguyeân toá Ví duï: Ñöông löôïng cuûa löu huyønh S trong caùc hôïp chaát SO2, SO3 ñöôïc tính nhö sau: Trong SO2

32 D= =8 4

Trong SO3

32 D= = 5,33 6 17

1.7 Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng Ñoái vôùi acid hay bazô n: soá ion H+ hay OH- bò thay theá trong moät phaân töû acid hay baz Ví duï: Xeùt phaûn öùng 2NaOH + H2SO4 NaOH + H2SO4

Na2SO4+ 2H2O (1) NaHSO4+ H2O (2) 18

1.7 Ñöông löôïng vaø ñònh luaät ñöông löôïng Ñoái vôùi muoái n: tích soá soá ion ñaõ thay theá vôùi ñieän tích ion (ion coù theå laø cation hoaëc anion) Ví duï: xeùt phaûn öùng Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 Ñoái vôùi chaát oxy hoùa vaø chaát khöû n: soá electron trao ñoåi trong moãi phaân töû chaát Ví duï: xeùt caùc phaûn öùng oxy hoùa khöû cuûa KMnO4 19

1.8 Ñònh luaät Avogadro vaø soá Avogadro Nhöõng theå tích baèng nhau ôû cuøng moät nhieät ñoä vaø aùp suaát seõ chöùa moät soá phaân töû nhö nhau.

Theå tích mol (theå tích cuûa moät phaân töû gam) cuûa taát caû caùc chaát khí ôû cuøng ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp suaát ñeàu baèng nhau khoâng phuï thuoäc vaøo baûn chaát hoaù hoïc cuûa chuùng. ÔÛ ñieàu kieän chuaån (0oC vaø 760 mmHg) theå tích mol cuûa khí baát kyø baèng 22,4 lít (laáy giaù trò trung bình).

20

2. KHAÙI NIEÄM VEÀ NGUYEÂN TÖÛ

21

2.1 Nguyeân töû vaø caùc haït electron, proton, neutron Nguyeân töû ñöôïc taïo thaønh töø nhöõng tieåu phaân nhoû hôn laø electron (ñieän töû, kyù hieäu e) vaø haït nhaân.

Electron: mang ñieän tích aâm. Trong nguyeân töû, caùc electron chuyeån ñoäng xung quanh haït nhaân taïo neân lôùp voû electron.

Haït nhaân: ñöôïc caáu taïo chuû yeáu töø caùc haït proton (kyù hieäu p) vaø neutron (kyù hieäu n). Proton mang ñieän tích döông, coøn neutron khoâng mang ñieän.

22

2.1 Nguyeân töû vaø caùc haït electron, proton, neutron Khoái löôïng

Ñieän tích

Haït

Electron Proton Neutron

Tuyeät ñoái

Töông ñoái

Kg

ñvC

Tuyeät ñoái Culong

Töông ñoái

Ñôn vò tónh ñieän

Ñôn vò e

9,109390.10 -31

0,000549 -1,602177.10 -19 -4,802298.10 -10

-1

1,672623.10 -27

1,007277 +1,602177.10 -19 +4,802298.10 -10

+1

1,674929.10 -27

1,008665

0

0

0

23

2.1 Nguyeân töû vaø caùc haït electron, proton, neutron Toång N + Z cuõng ñöôïc goïi laø soá khoái (kyù hieäu A) cuûa nguyeân töû.

Moät nguyeân töû ñöôïc ñaëc tröng ñaày ñuû baèng hai ñaïi löôïng laø soá khoái A vaø soá Z (goïi laø soá hieäu nguyeân töû). Ñöôïc bieåu dieãn baèng kyù hieäu A , vôùi X laø kyù hieäu nguyeân toá hoùa X hoïc. Z

24

2.1 Nguyeân töû vaø caùc haït electron, proton, neutron 35 17

Cl cho bieát ñiều gì?

Ví duï: Nguyeân toá hoùa hoïc: Cl Soá hieäu nguyeân töû laø 17 Soá khoái laø 35 Suy ra ñược ñiều gì nữa khoâng?

Hiện tượng đồng vị laø gì???

25

2.2 Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Bohr Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Thomson (1903): nguyeân töû goàm caùc ñieän tích döông phaân boá ñoàng ñeàu trong toaøn boä theå tích nguyeân töû vaø nhöõng electron chuyeån ñoäng giöõa ñieän tích döông ñoù.

Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Rutherford (1911): nguyeân töû goàm haït nhaân tích ñieän döông taäp trung phaàn lôùn khoái löôïng nguyeân töû vaø caùc electron tích ñieän aâm quay xung quanh haït nhaân.

26

2.2 Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Bohr Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Bohr (1913): Electron quay xung quanh haït nhaân khoâng phaûi treân nhöõng quyõ ñaïo baát kyø maø treân nhöõng quyõ ñaïo troøn, ñoàng taâm coù baùn kính nhaát ñònh goïi laø nhöõng quyõ ñaïo beàn (hay quyõ ñaïo cho pheùp).

Khi quay treân nhöõng quyõ ñaïo beàn naøy, electron khoâng phaùt ra naêng löôïng ñieän töû.

Naêng löôïng E chæ phaùt ra hay haáp thu khi electron chuyeån töø quyõ ñaïo beàn naøy sang quyõ ñaïo beàn khaùc vaø baèng hieäu soá naêng löôïng cuûa electron ôû traïng thaùi ñaàu Eñ vaø traïng thaùi cuoái Ec

E = Ed − Ec = hν

27

2.2 Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Bohr

E = Động năng + Thế năng

28

2.2 Thuyeát caáu taïo nguyeân töû Bohr Cấu tạo nguyên tử Hydro theo Bohr -Tính toaùn baùn kính caùc quyõ ñaïo beàn coù theå coù, toác ñoä, naêng löôïng electron.

-Giaûi thích ñöôïc baûn chaát quang phoå vaïch nguyeân töû.

29

3. CAÁU TAÏO NGUYEÂN TÖÛ THEO CÔ HOÏC LÖÔÏNG TÖÛ

30

3.1 Caùc luaän ñieåm cô sôû cuûa cô hoïc löôïng töû veà söï chuyeån ñoäng cuûa haït vi moâ Tính chaát soùng haït cuûa caùc haït vi moâ Caùc haït vi moâ coù caû tính chaát haït vaø tính chaát soùng, nghóa laø chuùng theå hieän ñoàng thôøi nhö nhöõng haït vaø soùng.

Phương trình thể hiện bản chất soùng – haït:

31

3.1 Caùc luaän ñieåm cô sôû…

Nguyeân lyù baát ñònh Heisenberg Khoâng theå ñoàng thôøi xaùc ñònh chính xaùc caû vò trí vaø toác ñoä cuûa haït vi moâ. ℏ h ∆x.∆v ≥ = m 2πm

h: haèng soá Plank (6,626.10-34 J.s) m: khoái löôïng electron (9,1.10-34 kg) ∆x Ñoäbaát ñònh veà vò trí.

∆v Ñoä baát ñònh veà toác ñoä.

32

3.1 Caùc luaän ñieåm cô sôû…

Ruùt ra keát luaän: Ñoái vôùi haït vi moâ, khi bieát chính xaùc toác ñoä chuyeån ñoäng chuùng ta khoâng theå noùi ñeán ñöôøng ñi chính xaùc cuûa noù, maø chæ coù theå noùi ñeán xaùc suaát coù maët cuûa noù ôû choå naøo ñoù trong khoâng gian.

33

3.1 Caùc luaän ñieåm cô sôû…

Phöông trình soùng Schrodinger ∂2Ψ ∂x 2

+

∂2Ψ ∂y 2

+

∂2Ψ ∂z 2

+

8π 2 m h2

( E − V )Ψ = 0

m - khoái löôïng haït vi moâ; h - haèng soá Plank; E - naêng löôïng toaøn phaàn cuûa haït vi moâ V - theá naêng cuûa haït vi moâ Ψ - haøm soùng ñoái vôùi caùc bieán x, y, z moâ taû söï chuyeån ñoäng cuûa haït vi moâ ôû ñieåm coù toïa ñoä x, y, z 34

3.2 Traïng thaùi electron trong nguyeân töû H vaø ion 1 electron. Caùc soá löôïng töû vaø yù nghóa Phöông trình soùng Schrodinger ñoái vôùi nguyeân töû Hydro coù daïng: 2

2

2

2

2

∂ Ψ ∂ Ψ ∂ Ψ 8π m e + + + ( E + ) Ψ = 0 2 2 2 2 4πε o r h ∂x ∂y ∂z

35

3.2 Traïng thaùi electron trong nguyeân töû H vaø ion 1 electron. Caùc soá löôïng töû vaø yù nghóa Giaûi phöông trình: Haøm soùng cuûa electron luoân luoân chöùa 3 thoâng soá khoâng thöù nguyeân vaø laø nhöõng soá nguyeân.

Goïi laø nhöõng soá löôïng töû.

Kyù hieäu laø: 1. n 2. l 3. ml 36

Ñaùm maây electron hay orbital nguyeân töû Ñònh nghóa: vuøng khoâng gian gaàn haït nhaân, trong ñoù xaùc suaát coù maët electron khoaûng 90% vaø coù hình daïng ñöôïc xaùc ñònh bôûi beà maët taïo thaønh töø caùc ñieåm coù maät ñoä xaùc suaát coù maët baèng nhau.

Ví duï: ñaùm maây electron cuûa electron duy nhaát trong nguyeân töû H coù daïng khoái caàu, baùn kính r = 0.53 Ao 37

Soá löôïng töû chính n vaø möùc naêng löôïng Soá löôïng töû chính n xaùc ñònh traïng thaùi naêng löôïng cuûa electron trong nguyeân töû.

4

2

2

me Z 2 −18 Z E n = − 2 2 2 Z = −2,18.10 J = −13,6 2 eV 2 8ε 0 n h n n

Soá löôïng töû chính coù nhöõng giaù trò nguyeân döông töø 1 ñeán ∞ Traïng thaùi naêng löôïng cuûa electron ñöôïc xaùc ñònh baèng gía trò nhaát ñònh cuûa n ñöôïc goïi laø möùc naêng löôïng 38

Soá löôïng töû chính n vaø möùc naêng löôïng ÔÛ ñieàu kieän bình thöôøng electron ôû möùc naêng löôïng thaáp.

Khi haáp thu naêng löôïng noù seõ chuyeån leân möùc naêng löôïng cao Thôøi gian toàn taïi ngaén Xuaát hieän caùc daõy quang phoå

39

Soá löôïng töû chính n vaø möùc naêng löôïng Möùc naêng löôïng coù giaù trò taêng theo giaù trò cuûa n : n 1 2 3 … ∞ En E1 < E2 < E3 … < E ∞ n=

E

∞

n=4 n=3

E

E

3

4 = - 2 . 4 2 * 1 0 - 1 9J

= 0 .0 0 J

= - 1 . 3 6 * 1 0 - 1 9J

n=2 E

E

n=1 L ym an

1

2

= - 5 . 4 5 * 1 0 - 1 9J

= - 2 . 1 8 * 1 0 - 1 8J

B a lm e r

P aschen

B rac k e t

P fu n d

40

Soá löôïng töû chính n vaø möùc naêng löôïng Nhöõng electron ñöôïc ñaëc tröng baèng cuøng moät soá löôïng töû chính n, nghóa laø cuøng möùc naêng löôïng hoïp thaønh lôùp löôïng töû hay lôùp electron.

Ngoaøi ra, soá löôïng chính n xaùc ñònh kích thöôùc ñaùm maây electron.

Soá lôùp löôïng töû chính n

1

2

3

4

5 6…

Kyù hieäu lôùp electron

K L M N O P… 41

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron Ñieàu kieän löôïng töû hoùa: ñaùm maây electron khoâng theå coù hình daïng baát kyø.

Hình daïng cuûa ñaùm maây electron ñöôïc xaùc ñònh hoøan toaøn baèng soá löôïng töû orbital l.

Soá löôïng töû orbital (hay soá löôïng töû phuï hay phöông vò) coù theå coù caùc giaù trò: l = 0, 1, 2, 3,. . ., (n -1) n=1 l=?

Ví duï: n=2 l=? n=3 l=?

42

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron Traïng thaùi naêng löôïng cuûa electron cuûa caùc electron ôû cuøng möùc naêng löôïng khoâng gioáng nhau hoaøn toaøn maø coù khaùc bieät chuùt ít.

Goïi traïng thaùi naêng löôïng cuûa electron ñöôïc ñaëc tröng baèng soá löôïng töû orbital l laø phaân möùc naêng löôïng. l caøng lôùn thì phaân möùc naêng löôïng coù giaù trò caøng cao.

43

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron

Kyù hieäu

Soá löôïng töû orbital 0 1 2 3 4 Kyù hieäu phaân lôùp electron s p d f g

5… h…

•Traïng thaùi cuûa electron trong nguyeân töû töông öùng vôùi nhöõng giaù trò xaùc ñònh cuûa n vaø l ñöôïc bieåu dieãn baèng toå hôïp cuûa n vaø l nhö sau: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4f. . .

•Toå hôïp naøy cho bieát: phaân möùc naêng löôïng vaø phaân lôùp electron, đaùm maây electron.

44

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron Soá löôïng töû orbital l xaùc ñònh hình daïng ñaùm maây electron.

Nghóa laø öùng vôùi moãi giaù trò cuûa l ñaùm maây electron coù hình daïng khoâng ñoåi.

45

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron Traïng thaùi s ( l = 0) Ñaùm maây electron töông öùng vôùi traïng thaùi s ( l = 0) coù daïng khoái caàu.

z y x

s

46

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron Traïng thaùi p ( l = 1) Ñaùm maây electron töông öùng vôùi traïng thaùi p (l = 1) coù daïng 2 khoái caàu bieán daïng tieáp xuùc z nhau.

y x

p

47

Soá löôïng töû orbital l vaø hình daïng ñaùm maây electron Traïng thaùi d ( l = 2) Ñaùm maây electron töông öùng vôùi traïng thaùi d (l = 2) coù daïng 4 khoái caàu bieán daïng tieáp xuùc z nhau.

y x

d

48

Soá löôïng töû töø ml vaø caùc orbital nguyeân töû Caùc ñaùm maây electron ñònh höôùng khaùc nhau trong khoâng gian Tuaân theo nhöõng qui luaät ñöôïc hoaøn toaøn xaùc ñònh bôûi thoâng soá thöù 3 laø soá löôïng töû töø ml.

Soá löôïng töû töø ml coù nhöõng giaù trò nguyeân döông vaø aâm. Cöù moãi gía trò cuûa l coù (2l + 1) giaù trò ml, töø –l ñeán +l Nhö vaäy, öùng vôùi moãi phaân möùc naêng löôïng coù (2l + 1) kieåu ñònh höôùng khaùc nhau cuûa ñaùm maây electron trong khoâng gian.

49

Soá löôïng töû töø ml vaø caùc orbital nguyeân töû Orbital s Phaân lôùp s (l = 0) coù moät orbital (vì ml chæ coù moät gía trò = 0) noù coù daïng khoái caàu vaø ñöôïc goïi laø orbital s

z

y x

s

50

Soá löôïng töû töø ml vaø caùc orbital nguyeân töû Orbital px, py, pz Phaân lôùp p (l = 1) coù ba orbital , chuùng coù daïng hai khoái caàu tieáp xuùc nhau vaø ñònh höôùng theo caùc truïc x, y, z töông öùng vôùi caùc gía trò ml = -1, 0, +1), chuùng ñöôïc goïi laø caùc orbital px, py, pz z

y

z

x

y

x

x p

y

z

py

x

pz 51

Soá löôïng töû töø ml vaø caùc orbital nguyeân töû Orbital d (5 orbital)

– dxy , dxz , dyz : ñònh höôùng theo caùc ñöôøng phaân giaùc cuûa caùc goùc taïo bôûi caùc truïc kyù hieäu töông öùng ; – dx2 −y2 : ñònh höôùng theo caùc truïc x , y; – d 2 : ñònh höôùng chuû yeáz u theo truïc z. z z

z

d z2

y

y

y

x

x

x

d x2

z

d

yz

- y2

d

z

y

y

x

x d xy

xz

52

Moái lieân heä giöõa caùc soá löôïng töû n, l vaø ml

53

Soá löôïng töû spin ms Soá löôïng töû spin hay soá löôïng töû töø spin ms xaùc ñònh traïng thaùi chuyeån ñoäng rieâng cuûa electron.

Söï chuyeån ñoäng rieâng cuûa electron ñöôïc giaûi thích baèng söï töï quay cuûa electron quanh truïc cuûa mình.

Soá löôïng töû töø spin chæ coù hai giaù trò: +1/2 hoaëc -1/2 öùng vôùi chieàu quay thuaän vaø ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà

54

3.3 Traïng thaùi cuûa electron trong nguyeân töû nhieàu electron vaø caáu hình electron cuûa nguyeân töû Nhaän xeùt: Trong nguyeân töû moät electron chæ coù töông taùc huùt giöõa haït nhaân vaø electron.

Trong nguyeân töû chöùa nhieàu electron ngoaøi töông taùc huùt giöõa electron vaø haït nhaân coøn xuaát hieän töông taùc ñaåy giöõa electron vaø electron.

55

Traïng thaùi naêng löôïng cuûa electron trong nguyeân töû nhieàu electron Traïng thaùi electron trong nguyeân töû nhieàu electron cuõng ñöôïc xaùc ñònh hoaøn toaøn bôûi boán soá löôïng töû.

Caùc orbital nguyeân töû cuõng töông töï nhö nguyeân töû hydro tuy coù bò co laïi chuùt ít do löïc huùt cuûa ñieän tích haït nhaân taêng leân.

Traïng thaùi naêng löôïng ñöôïc xaùc ñònh khoâng nhöõng baèng soá löôïng töû chính n maø coøn bôûi caû soá löôïng töû orbital l 56

•Hieäu öùng chaén Hieäu öùng chaén ñaëc tröng cho töông taùc ñaåy cuûa caùc lôùp electron beân trong ñoái vôùi caùc electron beân ngoaøi.

Caùc electron beân ngoaøi hình nhö bò haït nhaân huùt bôûi ñieän tích Z* nhoû hôn ñieän tích Z cuûa haït nhaân.

Z* goïi laø ñieän tích hieäu duïng.

S = Z – Z* goïi laø hieäu öùng chaén (hay haèng soá chaén) coù yù nghóa cho bieát electron beân ngoaøi ñaõ bò caùc lôùp electron beân trong chaén moät ñaïi löôïng laø bao nhieâu ñôn vò proton 57

•QUY TAÉC THÖÏC NGHIEÄM SLATER •xaùc ñònh hieäu öùng chaén

Vieát caáu hình electron nguyeân töû döôùi daïng caùc nhoùm: (1s)(2s2p)(3s3p)(3d)(4s4p)(4d)(4f)(5s5p)…

Sau ñoù xeùt tieáp 3 tröôøng hôïp: 1. Ñoái vôùi caùc electron treân caùc orbital ns, np 2. Ñoái vôùi caùc electron treân caùc orbital nd, nf 3. Ñoái vôùi electron treân otbital 1s 58

•QUY TAÉC THÖÏC NGHIEÄM SLATER

xaùc ñònh hieäu öùng chaén 1. Ñoái vôùi caùc electron treân orbital ns, np: a. Ñoái vôùi caùc electron beân phaûi nhoùm: khoâng xeùt b. Caùc electron coøn laïi cuûa nhoùm: moãi electron goùp 0,35 (ñôn vò proton) c. Caùc electron ôû lôùp (n-1): moãi electron goùp 0,85 (ñôn vò proton) d. Caùc electron ôû lôùp (n-2) vaø saâu hôn: moãi electron goùp 1 (ñôn vò proton) 59

•QUY TAÉC THÖÏC NGHIEÄM SLATER

•xaùc ñònh hieäu öùng chaén

2. Ñoái vôùi caùc electron treân orbital nd, nf a. Caùc 1a, 1b vaãn aùp duïng b. Caùc quy taéc 1c, 1d thay ñoåi nhö sau: ñoái vôùi taát caû caùc electron beân traùi nhoùm: moãi electron goùp 1 (ñôn vò proton) 3. Ñoái vôùi electron treân orbital 1s: goùp 0,3 ñôn vò proton 60

•Hieäu öùng xaâm nhaäp

Caùc electron lôùp beân ngoaøi coù theå xuyeân qua caùc electron lôùp beân trong ñeå xaâm nhaäp vaøo gaàn haït nhaân.

Hieäu öùng xaâm nhaäp ngöôïc vôùi hieäu öùng chaén.

Electron xaâm nhaäp caøng maïnh thì seõ bò huùt caøng maïnh vaø coù naêng löôïng caøng thaáp.

61

Söï phaân boá caùc phaân möùc naêng löôïng Caùc phaân möùc naêng löôïng coù giaù trò taêng leân theo chieàu taêng giaù trò soá löôïng töû l. Ñoái vôùi caùc möùc naêng löôïng cao coù theå phaân boá xen keõ nhau ns, (n-1)d, (n-2)f thöôøng nhoû hôn np.

Caùc phaân möùc naêng löôïng trong nguyeân töû nhieàu electron ñöôïc phaân boá theo chieàu taêng daàn naêng löôïng nhö sau: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p…

62

Söï saép xeáp electron trong nguyeân töû vaø caáu hình electron nguyeân töû Nguyeân lyù ngoaïi tröø Pauli: Trong nguyeân töû khoâng theå coù 2 electron coù cuøng boán soá löôïng töû (khaúng ñònh khoâng theå coù hai electron cuøng coù maët moät luùc taïi thôøi ñieåm naøo ñoù trong nguyeân töû).

Moãi orbital nguyeân töû ñöôïc ñaëc tröng baèng ba soá löôïng töû n, l, ml nhaát ñònh chæ coù theå chöùa toái ña 2 electron coù spin khaùc nhau.

63

Söï saép xeáp electron trong nguyeân töû vaø caáu hình electron nguyeân töû Bieåu dieãn orbital baèng oâ vuoâng (oâ löôïng töû) coøn electron baèng muõi teân nhoû.

Electron gheùp ñoâi

Electron ñoäc thaân 64

Söï saép xeáp electron trong nguyeân töû vaø caáu hình electron nguyeân töû Tính toaùn soá electron toái ña trong lôùp vaø phaân lôùp: Trong lôùp: 2n2 Trong phaân lôùp: 2(2l

+ 1)

Ví duï: Trong lôùp M, trong phaân lôùp p, d coù toái ña bao nhieâu electron?

65

Söï saép xeáp electron trong nguyeân töû vaø caáu hình electron nguyeân töû Nguyeân lyù vöõng beàn: traïng thaùi beàn vöõng nhaát cuûa electron trong nguyeân töû laø traïng thaùi öùng vôùi naêng löôïng nhoû nhaát.

Trong nguyeân töû caùc electron tröôùc heát phaûi chieám traïng thaùi coù naêng löôïng thaáp roài môùi ñeán traïng thaùi coù naêng löôïng cao.

Nhö vaäy: caùc electron laàn löôït saép vaøo caùc orbital coù naêng löôïng töø thaáp ñeán cao.

66

Söï saép xeáp electron trong nguyeân töû vaø caáu hình electron nguyeân töû Quy taéc Hund: traïng thaùi beàn cuûa nguyeân töû töông öùng vôùi söï saép xeáp electron theá naøo cho trong giôùi haïn moät phaân möùc naêng löôïng giaù trò tuyeät ñoái cuûa toång spin electron phaûi cöïc ñaïi.

Trong giôùi haïn moät phaân lôùp löôïng töû caùc electron seõ saép xeáp treân caùc orbital nguyeân töû theá naøo cho soá electron ñoäc thaân laø cöïc ñaïi.

67

Quy taéc Kleshkovski Döïa vaøo n vaø l ñeå suy ñoaùn traät töï saép xeáp electron vaøo caùc orbital nguyeân töû: I: Söï saép xeáp electron vaøo caùc orbital nguyeân töû theo chieàu taêng ñieän tích haït nhaân nguyeân töû xaûy ra theo thöù töï töø nhöõng orbital coù toång soá giaù trò hai soá (n + l) nhoû hôn ñeán lôùn hôn.

II: Söï saép xeáp electron vaøo caùc orbital nguyeân töû coù toång soá giaù trò hai soá löôïng töû (n + l) nhö nhau seõ xaûy ra theo höôùng taêng daàn giaù trò soá löôïng töû chính n.

68

Quy taéc Kleshkovski Ví duï 1: K (Z=19) Electron thöù 19 seõ saép vaøo orbital 3d hay 4s?

Ví duï 2: Sc (Z=21) Electron thöù 21 seõ saép vaøo orbital 3d, 4p hay 5s (coù n+l nhö nhau)?

69

Sô ñoà ñôn giaûn trình baøy traät töï saép xeáp electron vaøo caùc orbital nguyeân töû?

70

Caáu hình electron nguyeân töû Ñeå bieåu dieãn caáu truùc electron trong nguyeân töû ngöôøi ta hay duøng caáu hình electron nguyeân töû.

Caáu hình electron ñöôïc bieåu dieãn baèng taäp hôïp caùc kyù hieäu traïng thaùi löôïng töû cuûa nguyeân töû coù chöùa electron, keøm theo kyù hieäu naøy coù ghi soá electron ñöôïc saép xeáp vaøo traïng thaùi ñoù döôùi daïng soá muõ.

Ví duï: N (Z = 7): 1s22s22p3 71

IV. HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN CAÙC NGUYEÂN TOÁ HOÙA HOÏC

72

4.1 Ñònh luaät tuaàn hoaøn Ñònh luaät: Tính chaát cuûa caùc ñôn chaát cuõng nhö daïng vaø tính chaát cuûa caùc hôïp chaát cuûa nhöõng nguyeân toá hoùa hoïc phuï thuoäc vaøo ñieän tích haït nhaân nguyeân töû cuûa nguyeân toá.

Ruùt ra: Ñieän tích haït nhaân nguyeân töû laø ñaïi löôïng quyeát ñònh vaø ñaëc tröng cho tính chaát nguyeân toá 73

4.2 Heä thoáng tuaàn hoaøn vaø caáu truùc electron nguyeân töû Nhoùm Caùc nhoùm nguyeân toá ñöôïc boá trí thaønh coät doïc vaø coù STT töø I ñeán VIII. Trong moãi nhoùm chia thaønh phaân nhoùm chính vaø phaân nhoùm phuï.

Phaân nhoùm chính goàm nhöõng nguyeân toá ñieån hình cuûa nhoùm, baét ñaàu töø nhöõng nguyeân toá chu kyø 2.

Phaân nhoùm phuï baét ñaàu töø nhöõng nguyeân toá ôû chu kyø 4 Löu yù: phaân nhoùm phuï nhoùm III coù phaân nhoùm 74 phuï thöù caáp

4.2 Heä thoáng tuaàn hoaøn vaø caáu truùc electron nguyeân töû

4.2 Heä thoáng tuaàn hoaøn vaø caáu truùc electron nguyeân töû

Chu kyø Chu kyø cuûa nguyeân toá ñöôïc boá trí theo haøng ngang vaø coù STT töø 1 ñeán 7.

Soá nguyeân toá trong moãi chu kyø tuaân theo quy luaät nhaát ñònh: Ba chu kyø ñaàu laø chu kyø nhoû. Chu kyø 1 laø chu kyø ñaëc bieät goàm 2 nguyeân toá, 2 chu kyø coøn laïi moãi chu kyø coù 8 nguyeân toá.

Chu kyø 4, 5 coù 18 nguyeân toá (8 nguyeân toá phaân nhoùm chính vaø 10 nguyeân toá phaân nhoùm phuï).

76

4.2 Heä thoáng tuaàn hoaøn vaø caáu truùc electron nguyeân töû

Chu kyø 6 coù 32 nguyeân toá (8 nguyeân toá phaân nhoùm chính; 10 nguyeân toá phaân nhoùm phuï vaø 14 nguyeân toá Lantanit).

Chu kyø 7 laø chu kyø dôû dang goàm 30 nguyeân toá (2 nguyeân toá phaân nhoùm chính, 8 nguyeân toá phaân nhoùm phuï vaø 14 nguyeân toá Actinit).

77

Nguyeân toá s, p, d vaø f Nguyeân toá s: nhöõng nguyeân toá coù electron ngoaøi cuøng saép xeáp vaøo orbital s. Ñònh nghóa töông töï cho caùc nguyeân toá p.

Nguyeân toá d: electron xeáp vaøo phaân lôùp d lôùp keà ngoaøi cuøng, nghóa laø caùc orbital (n-1)d Nguyeân toá f: electron saép xeáp vaøo phaân lôùp f lôùp thöù 3 keå töø ngoaøi vaøo, nghóa laø caùc orbital (n-2)f Ví duï: 11Na: nguyeân toá s; 15P: nguyeân toá p; 21Sc: nguyeân toá d 78

4.3 Caáu truùc heä thoáng tuaàn hoaøn döôùi aùnh saùng caáu taïo nguyeân töû Chu kyø Chu kyø laø daõy lieân tuïc caùc nguyeân toá, baét ñaàu töø nguyeân toá s, keát thuùc baèng nguyeân toá p vaø giöõa nhöõng nguyeân toá naøy coù theå coù caùc nguyeân toá d vaø f.

Soá thöù töï cuûa chu kyø truøng vôùi soá löôïng töû chính n ñaëc tröng cho caùc electron lôùp ngoaøi cuøng cuûa caùc nguyeân toá.

Soá thöù töï chu kyø baèng vôùi soá lôùp electron coù trong nguyeân töû.

Ví duï: 11Na coù chu kyø laø bao nhieâu trong baûng HTTH? 79

4.3 Caáu truùc heä thoáng tuaàn hoaøn döôùi aùnh saùng caáu taïo nguyeân töû

Nhoùm Nhoùm goàm caùc nguyeân toá coù soá electron ôû lôùp ngoaøi cuøng (nguyeân toá s vaø p) hoaëc cuûa nhöõng phaân lôùp ngoaøi cuøng (nguyeân toá d) gioáng nhau vaø baèng soá thöù töï cuûa nhoùm.

Nhöõng electron lôùp ngoaøi cuøng goïi laø electron hoùa trò vì coù khaû naêng tham gia taïo lieân keát.

Soá nhoùm cuûa nguyeân toá baèng toång soá electron lôùp ngoaøi cuøng (nguyeân toá s vaø p).

Rieâng ñoái vôùi nguyeân toá d coù ngoaïi leä, tính theo baûng sau: 80

4.3 Caáu truùc heä thoáng tuaàn hoaøn…

Caáu hình electron cuûa nhoùm Nhoùm Nguyeân toá s vaø p

Nguyeân toá d

I

ns1

(n-1)d10ns1

II III IV V VI VII VIII

ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6

(n-1)d10ns2 (n-1)d1ns2 (n-1)d2ns2 (n-1)d3ns2 (n-1)d5 ns1 (n-1)d5ns2 (n-1)d6,7,8ns2

81 Löu yù: nhoùm IB (ví duï: 29Cu) vaø VIB (ví duï: 24Cr)

4.3 Caáu truùc heä thoáng tuaàn hoaøn döôùi aùnh saùng caáu taïo nguyeân töû

Phaân nhoùm Phaân nhoùm goàm caùc nguyeân toá coù caáu truùc electron lôùp ngoaøi cuøng gioáng nhau.

Phaân nhoùm chính (A): caùc nguyeân toá s vaø p.

Phaân nhoùm phuï (B): caùc nguyeân toá d, f.

82

4.3 Caáu truùc heä thoáng tuaàn hoaøn döôùi aùnh saùng caáu taïo nguyeân töû

OÂ OÂ laø vò trí cuï theå cuûa moãi nguyeân toá, chæ roõ toaï ñoä cuûa nguyeân toá trong baûng heä thoáng tuaàn hoaøn.

Soá thöù töï cuûa oâ chính laø soá ñieän tích haït nhaân hay soá electron coù trong nguyeân töû cuûa nguyeân toá.

83

4.3 Caáu truùc heä thoáng tuaàn hoaøn döôùi aùnh saùng caáu taïo nguyeân töû

Toùm laïi Khi xaùc ñònh vò trí cuûa nguyeân toá trong baûng HTTH phaûi xaùc ñònh ñöôïc caùc yeáu toá sau:

Chu kyø Nhoùm Phaân nhoùm Soá thöù töï cuûa oâ 84

Ví duï : 1) Cho ion A3+ coù 20e, vieát caáu hình electron cuûa A. Haõy cho bieát vò trí cuûa A trong baûng phaân loaïi tuaàn hoaøn.

A3+ coù 20e ⇒ A coù z = 23 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 ⇒ A thuoäc chu kyø 4, nhoùm VB 2) Nguyeân toá B thuoäc chu kyø 5, nhoùm IIA, vieát caáu hình e cuûa B

⇒ n = 5 ; 2A : 5s2 ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2

85

Ví duï : Ví duï 2 : 1) Cho nguyeân toá X coù z = 26, vieát coâng thöùc e cuûa X, X2+, X3+, ion naøo beàn hôn ?

2) Cho X coù 4 soá löôïng töû cuûa e cuoái cuøng nhö sau : n=4 l=0 m=0 ms = - ½ . Vieát coâng thöùc e cuûa X, vò trí ?

86

4.4 Caùc tính chaát bieán ñoåi tuaàn hoaøn cuûa caùc nguyeân toá a. Tính kim loaïi – phi kim b. Baùn kính nguyeân töû c. Năng lượng ion hoùa d. AÙi löïc ñieän töû e. Ñoä aâm ñieän f. Soá oxi hoùa 87

a. Tính kim loaïi - phi kim Theo caùc nhoùm, töø treân xuoáng, soá lôùp electron taêng leân laøm cho tính kim loaïi cuûa nguyeân toá taêng, tính phi kim loaïi giaûm vaø do ñoù tính khöû cuûa nguyeân töû taêng vaø tính oxy hoùa giaûm.

Theo caùc chu kyø töø traùi sang phaûi, soá electron ngoaøi cuøng trong nguyeân töû caùc nguyeân toá taêng leân laøm cho khaû naêng nhöôøng electron giaûm, ngöôïc laïi khaû naêng thu electron taêng leân. Do ñoù, trong moät chu kyø theo chieàu taêng daàn ñieän tích haït nhaân, caùc nguyeân toá coù tính kim loaïi giaûm, nhö vaäy tính khöû giaûm vaø tính oxy hoùa taêng leân 88

•b. Baùn kính nguyeân töû vaø ion (r) Laø ñaïi löôïng qui öôùc vì khoâng theå xaùc ñònh chính xaùc. Ñöôïc xaùc ñònh döïa treân khoaûng caùch giöõa caùc haït nhaân nguyeân töû taïo neân ñôn chaát hay hôïp chaát. Ñoái vôùi kim loaïi vaø phi kim loaïi: r = ½ d Ñoái vôùi nguyeân töû töï do: khoaûng caùch töø haït nhaân ñeán vò trí cöïc ñaïi xa nhaát cuûa xaùc suaát coù maët electron cuûa electron ngoaøi cuøng.

89

•b. Baùn kính nguyeân töû vaø ion (r)

Trong caùc chu kyø ñi töø traùi sang phaûi baùn kính nguyeân töû giaûm daàn.

Nguyeân toá

Li

Be

B

C

N

O

F

Baùn kính,Ao 1.52 1.13 0.88 0.77 0.70 0.66 0.64

Söï giaûm dieãn ra roõ raøng trong nhöõng chu kyø nhoû, khoâng roõ raøng ôû chu kyø lôùn.

Nguyeân toá

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Baùn kính,Ao 2.27 1.97 1.61 1.45 1.31 1.25 1.37 1.24 Nguyeân toá Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Baùn kính,Ao 1.25 1.25 1.28 1.34 1.22 1.22 1.21 1.17 1.14 90

•b. Baùn kính nguyeân töû vaø ion (r)

Trong nhoùm chính khi ñi töø treân xuoáng baùn kính nguyeân töû taêng daàn Trong phaân nhoùm phuï ñi töø treân xuoáng: töø nguyeân toá thöù 1 ñeán nguyeân toá thöù 2 taêng, sang nguyeân toá thöù 3 khoâng taêng.

Lyù do: söï co lantanit hay actinit Phaân nhoùm IVB Nguyeân töû Baùn kính Ao Ti Zr Hf

1.45 1.59 1.56 91

•b. Baùn kính nguyeân töû vaø ion (r) Ñoái vôùi caùc ion döông cuûa cuøng nguyeân toá, baùn kính giaûm theo chieàu taêng ñieän tích ion.

Ion Cr2+ Cr3+ R 0,83 Ao 0,64 Ao Ñoái vôùi caùc ion trong cuøng phaân nhoùm coù ñieän tích gioáng nhau: baùn kính taêng theo chieàu taêng ñieän tích haït nhaân nguyeân töû. Ñoái vôùi caùc ion ñaúng electron: theo chieàu taêng ñieän tích haït nhaân baùn kính ion seõ giaûm khi ñieän tích ion taêng ñoái vôùi ion döông vaø khi ñieän tích ion giaûm ñoái vôùi ion aâm.

K+: 2.27, Ca2+:0.99, S2-: 1.81, Cl-: 1.84

92

•c. Naêng löôïng ion hoùa (I) Naêng löôïng ion hoùa I laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå taùch moät electron ra khoûi nguyeân töû ôû theå khí khoâng bò kích thích.

X (k) - e = X+(k), I Nhö vaäy naêng löôïng ion hoùa laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng nhöôøng electron. I caøng nhoû tính kim loaïi vaø tính khöû caøng maïnh.

I phuï thuoäc vaøo caáu truùc electron nguyeân töû 93

•c. Naêng löôïng ion hoùa (I) Ñoái vôùi nguyeân töû nhieàu electron I1 < I2 < I3…

Chu kyø: Taêng töø ñaàu ñeán cuoái chu kyø.

Löu yù: caëp Be – B, N – O, Mg – Al, P – S …

94

•c. Naêng löôïng ion hoùa (I) Phaân nhoùm chính: theo chieàu taêng ñieän tích haït nhaân naêng löôïng ion hoùa giaûm.

Phaân nhoùm phuï: theo chieàu taêng ñieän tích haït nhaân naêng löôïng ion hoùa taêng.

Phaân nhoùm VA Nguyeân toá

Z

As

33

9,81

Sb

51

Bi

83

Phaân nhoùm VB

I1(eV) Nguyeân toá

Z

I1(eV)

V

23

6,74

8,64

Nb

41

6,88

7,29

Ta

73

7,89

• d. Aùi löïc electron (F) AÙi löïc electron F laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng nhaän electron cuûa nguyeân töû, ñaëc tröng cho tính phi kim.

AÙi löïc electron laø naêng löôïng phaùt ra hay thu vaøo khi keát hôïp moät electron vaøo nguyeân töû ôû theå khí khoâng bò kích thích.

X (k) + e = X-(k), -F Quaù trình keát hôïp theâm electron vaøo nguyeân töû phaùt ra naêng löôïng → F coù giaù trò aâm.

F caøng aâm nguyeân töû caøng deã nhaän electron, do ñoù tính phi kim loaïi vaø tính oxy hoùa caøng maïnh.

96

• d. Aùi löïc electron (F) Theo chu kyø: töø traùi sang phaûi, F taêng.

Theo nhoùm: töø treân xuoáng döôùi , F giaûm F lôùn nhaát: caùc nguyeân toá p nhoùm VII (caùc halogen).

F nhoû nhaát: s2, p3, s2p6

97

• e. Ñoä aâm ñieän ϰ Ñoä aâm ñieän cho bieát khaû naêng cuûa nguyeân töû moät nguyeân toá huùt maät ñoä electron veà phía mình khi taïo lieân keát vôùi nguyeân töû cuûa nguyeân toá khaùc.

Trong chu kyø: theo chieàu taêng ñieän tích haït nhaân ñoä aâm ñieän taêng Trong nhoùm: theo chieàu naøy ñoä aâm ñieän giaûm.

Nhö vaäy nguyeân toá nhoùm I (kim loaïi kieàm) coù ϰ nhoû nhaát vaø caùc nguyeân toá nhoùm VII (caùc halogen) coù ϰ lôùn nhaát.

98

•f. Số oxy hoùa Hoùa trò cuûa moät nguyeân toá ñöôïc xaùc ñònh baèng soá lieân keát hoùa hoïc maø moät nguyeân töû nguyeân toá ñoù taïo neân trong phaân töû.

Phaân bieät coäng hoùa trò vaø ñieän hoùa trò.

Soá oxy hoùa laø ñieän tích döông hay aâm cuûa nguyeân toá trong hôïp chaát ñöôïc tính vôùi giaû thieát hôïp chaát ñöôïc taïo thaønh töø caùc ion

•f. Số oxy hoùa Soá oxy hoùa döông cao nhaát: taêng daàn theo chu kyø vaø baèng soá thöù töï cuûa nhoùm Soá oxy hoùa aâm thaáp nhaát: giaûm daàn theo chu kyø vaø coù trò soá baèng 8 tröø ñi soá thöù töï nhoùm.

100

Caùm ôn caùc baïn ñaõ theo doõi!

101

CHÖÔNG 2: LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC VAØ CAÁU TAÏO PHAÂN TÖÛ (Thôøi löôïng: 6t LT + 2t BT)

1

1. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN VEÀ LIEÂN KEÁT HOÙA HOÏC

2

1.1 Baûn chaát lieân keát Lieân keát hoùa hoïc coù baûn chaát ñieän.

Electron thöïc hieän lieân keát hoùa hoïc chuû yeáu laø caùc electron ôû lôùp ngoaøi cuøng: ns, np, (n-1)d vaø (n-2)f goïi laø caùc electron hoùa trò.

Söï phaân boá maät ñoä electron khaùc nhau trong tröôøng haït nhaân cuûa caùc nguyeân töû taïo neân hôïp chaát taïo thaønh caùc loaïi lieân keát khaùc nhau: chuû yeáu laø lieân keát coäng hoùa trò vaø lieân keát ion.

3

1.2 Moät soá ñaëc tröng cuûa lieân keát a. Ñoä daøi lieân keát: Ñoä daøi lieân keát laø khoaûng caùch giöõa hai haït nhaân cuûa caùc nguyeân töû töông taùc vôùi nhau.

Coù theå xaùc ñònh gaàn ñuùng: dA-B = rA + rB d – ñoä daøi lieân keát r – baùn kính nguyeân töû

Khi A, B coù ñoä aâm ñieän gaàn nhau: d A− B = rA + rB

Khi A, B coù ñoä aâm ñieän xa nhau: d A− B = rA + rB − 0,09 χ A− χ B 4

1.2 Moät soá ñaëc tröng cuûa lieân keát b. Goùc hoùa trị: laø goùc taïo thaønh bôûi hai ñoaïn thaúng töôûng töôïng noái haït nhaân nguyeân töû trung taâm vôùi hai haït nhaân nguyeân töû lieân keát.

5

1.2 Moät soá ñaëc tröng cuûa lieân keát •c. Naêng löôïng lieân keát: Ñaëc tröng cho ñoä beàn cuûa lieân keát. Naêng löôïng lieân keát laø naêng löôïng caàn tieâu toán ñeå phaù huûy lieân keát hay laø naêng löôïng ñöôïc giaûi phoùng ra khi taïo thaønh lieân keát.

Năng lượng phaù huûy vaø taïo thaønh lieân keát coù trò soá baèng nhau nhöng coù daáu khaùc nhau Löu yù : neáu trong phaân töû, 1 nguyeân töû coù khaû naêng taïo nhieàu lieân keát thì naêng löôïng lieân keát ñöôïc tính qua naêng löôïng trung bình.

VD : H2O coù EOH =

Q phaânhuûyH 2O 2

91910 = = 459,5 kJ > 0 2 6

2. LIEÂN KEÁT ION

7

2.1 Thuyeát tónh ñieän hieän ñaïi veà lieân keát ion

Töông taùc hoùa hoïc goàm

Quaù trình taïo ion töø nhöõng nguyeân töû töông taùc

Quaù trình huùt nhau baèng löïc huùt tónh ñieän cuûa caùc ion

8

2.1 Thuyeát tónh ñieän hieän ñaïi veà lieân keát ion • Ví duï: • Na + Cl → Na+ + Cl− 1s22s22p63s1 1s22s22p63s23p5 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 Na+

+

Cl− → NaCl

1. Caùc nguyeân töû seõ chuyeån caùc electron hoùa trò cho nhau.

2. Ban ñaàu caùc ion ngöôïc daáu huùt nhau, nhöng khi tieán laïi gaàn nhau thì seõ ñaåy nhau do töông taùc cuûa caùc lôùp voû electron.

3. Phaân töû ion hình thaønh khi löïc ñaåy baèng löïc huùt.

9

2.2 Naêng löôïng lieân keát ion Xeùt naêng löôïng cuûa lieân keát ion trong phaân töû ion AB (k) ñöôïc taïo thaønh töø caùc nguyeân töû A(k) vaø B(k) (ñeàu hoùa trò 1) •A(k) = A+(k) + e + IA (1) •B(k) + e = B−(k) + FB (2) •A+(k) + B− = AB(k) + E (3) •Ñaët EAB = IA + FB + E thì EAB laø naêng löôïng taïo thaønh phaân töû ion AB (k) vaø chính laø baèng giaù trò naêng löôïng lieân keát ion A− −B

10

2.3 Khaû naêng taïo lieân keát ion cuûa caùc nguyeân toá Khaû naêng taïo lieân keát ion cuûa nguyeân toá phuï thuoäc vaøo khaû naêng taïo ion. Ñoái vôùi caùc ion ñôn giaûn 1 phaân töû, khaû naêng naøy döïa treân naêng löôïng ion hoùa vaø aùi löïc electron. Caùc nguyeân toá coù naêng löôïng ion hoùa nhoû deã taïo cation vaø coù aùi löïc electron lôùn deã taïo anion.

Caùc nguyeân toá coù tính kim loaïi vaø phi kim loaïi caøng maïnh caøng deã taïo lieân keát ion vôùi nhau, ví duï kim loaïi kieàm vaø halogen 11

3.4 Tính chaát cuûa lieân keát ion •Lieân keát ion coù hai tính chaát ñaëc tröng ngöôïc haún vôùi lieân keát coâng hoùa trò, ñoù laø: Tính khoâng ñònh höôùng Tính khoâng baõo hoøa

12

3.5 Söï phaân cöïc ion

Ngay caû nhöõng hôïp chaát ion ñieån hình, lieân keát ion cuõng khoâng phaûi hoaøn toaøn lyù töôûng, ñoä ion khoâng ñaït ñeán 100%.

Coù hieän töôïng phaân cöïc laãn nhau cuûa caùc ion ngöôïc daáu khi chuùng ñeán gaàn nhau.

13

3.5 Söï phaân cöïc ion

+

-

• Söï bieán daïng cuûa ñaùm maây electron anion döôùi taùc duïng phaân cöïc cuûa anion Söï phaân cöïc ion: laø söï chuyeån dòch ñaùm maây electron ñoái vôùi haït nhaân cuûa moät ion döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng moät ion khaùc. Ion coù ñaùm maây bieán daïng goïi laø ion bò phaân cöïc, coøn ion coù ñieän tröôøng taùc duïng ñöôïc goïi laø ion phaân cöïc.

14

3.5 Söï phaân cöïc ion Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä bò phaân cöïc vaø ñoä phaân cöïc cuûa ion: ñieän tích, kích thöôùc, caáu hình electron.

Khi ñieän tích vaø caáu hình electron nhö nhau thì ñoä bò phaân cöïc cuûa ion taêng theo chieàu taêng kích thöôùc ion.

Khi ñieän tích nhö nhau vaø kích thöôùc gaàn nhau thì ñoä bò phaân cöïc nhoû nhaát ôû nhöõng ion coù caáu hình khí trô s2p6, lôùn nhaát ñoái vôùi caùc ion coù caáu hình s2p6d10 vaø trung gian laø caùc ion kim loaïi chuyeån tieáp.

15

3.5 Söï phaân cöïc ion Khi ñieän tích vaø caáu hình electron nhö nhau thì ñoä phaân cöïc giaûm xuoáng theo chieàu taêng kích thöôùc ion.

Khi ñieän tích taêng ñoä phaân cöïc cuûa ion taêng leân .

Khi caùc ion ngöôïc daáu taùc duïng vôùi nhau: anion bò phaân cöïc, coøn cation gaây phaân cöïc (anion coù ñoä bò phaân cöïc lôùn hôn vaø ñoä phaân cöïc beù hôn cation)

16

AÛnh höôûng cuûa söï phaân cöïc ion ñeán tính chaát caùc hôïp chaát ion •Söï ñieän ly Söï phaân cöïc daãn ñeán söï xuaát hieän ñoä coäng hoùa trò trong lieân keát ion laøm giaûm khaû naêng ñieän ly.

•Ví duï: trong dung dòch nöôùc 0.1N HgCl2 haàu nhö khoâng ñieän ly, trong khi ñoù SrCl2 laïi phaân ly hoaøn toaøn thaønh ion.

17

Ñoä beàn Söï phaân cöïc töông hoã giöõa caùc ion taêng ñoä coäng hoùa trò, giaûm ñieän tích hieäu duïng cuõng nhö löïc huùt giöõa chuùng ñoä beàn cuûa tinh theå giaûm nhieät ñoä phaân li, nhieät ñoä noùng chaûy cuûa giaûm xuoáng.

Ví duï: CuI2; khoâng toàn taïi (rCu2+ = 0.72) coù caáu truùc lôùp voû ngoaøi cuøng 17 electron: 3s23p63d9. So vôùi CaF2 beàn ôû nhieät ñoä 1000oC CaCl2 vaø CdCl2 taïo thaønh töø caùc ion coù ñieän tích vaø kích baèng nhau nhöng CaCl2 coù nhieät ñoä noùng chaûy 780oC cao hôn CdCl2 560oC. Do Cd2+ coù caáu hình 18 electron, Ca2+ coù caáu hình electron khí trô.

18

Ñoä tan Khaû naêng hoøa tan cuûa hôïp chaát ion phuï thuoäc vaøo 2 yeáu toá: naêng löôïng maïng tinh theå ion U vaø naêng löôïng hydrat hoùa cuûa cation Eh. Neáu U > Eh nhieàu thì muoái khoù tan, ngöôïc laïi thì muoái deã tan.

Khi U taêng, Eh giaûm thì tính tan giaûm, coøn ngöôïc laïi thì tính tan taêng.

Eh phuï thuoäc vaøo khaû naêng phaân cöïc cuûa cation. Eh lôùn hôn khi khaû naêng phaân cöïc maïnh.

19

3. LIEÂN KEÁT COÄNG HOÙA TRÒ THEO CÔ HOÏC LÖÔÏNG TÖÛ 1. Phöông phaùp lieân keát hoùa trò VB 2. Phöông phaùp Orbital phaân töû – MO 3. Caùc phaân töû coäng hoùa trò

20

3.1 Phöông phaùp lieân keát hoùa trò phöông phaùp VB

21

3.1.1 Baøi toaùn phaân töû H2 Luaän ñieåm: moät caëp nguyeân töû trong phaân töû ñöôïc lieân keát vôùi nhau baèng moät hay vaøi caëp electron chung.

→ lieân keát hoùa hoïc theo phöông phaùp VB ñöôïc ñònh choã giöõa 2 nguyeân töû (phöông phaùp caëp electron ñònh choã hay phöông phaùp hai electron – hai taâm) 22

3.1.1 Baøi toaùn phaân töû H2 1 _ ra1 + a

r12

ra2

2 _ rb1

Rab

rb2 + b

Haøm ñoái xöùng: ψ S = CS (ψ a1ψ b 2 +ψ b1ψ a 2 ) Haøm baát ñoái xöùng: ψ A = C A (ψ a1ψ b 2 −ψ b1ψ a 2 )

ψ A = C A (ψ a1ψ b 2 −ψ b1ψ a 2 )

ψ S = CS (ψ a1ψ b 2 +ψ b1ψ a 2 ) 23

3.1.2 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp VB veà lieân keát coäng hoùa trò •Khaùi nieäm: Lieân keát coäng hoùa trò cô sôû treân caëp electron gheùp ñoâi coù spin ngöôïc nhau vaø thuoäc veà caû hai nguyeân töû töông taùc.

Lieân keát coäng hoùa trò ñöôïc hình thaønh do söï che phuû laãn nhau giöõa caùc orbital nguyeân töû hoùa trò cuûa caùc nguyeân töû töông taùc.

24

3.1.2 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp VB veà lieân keát coäng hoùa trò

Ví duï: söï che phuû caëp ñoâi giöõa hai orbital nguyeân töû s vaø hai orbital nguyeân töû p

S

S

P

P

25

3.1.2 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp VB veà lieân keát coäng hoùa trò Lieân keát coäng hoùa trò caøng beàn khi ñoä che phuû cuûa caùc orbital nguyeân töû töông taùc caøng lôùn. Ñoä che phuû phuï thuoäc vaøo kích thöôùc, hình daïng cuûa AO vaø höôùng che phuû.

Lieân keát coäng hoùa trò trong coâng thöùc caáu taïo cuûa hôïp chaát ñöôïc bieåu dieãn baèng hai chaám hay gaïch noái ñaët giöõa hai nguyeân töû ñeå chæ caëp electron chung..

Ví duï: H : H hay H - H 26

Khaû naêng taïo lieân keát coäng hoùa trò cuûa nguyeân toá vaø TÍNH BAÕO HOØA cuûa lieân keát coäng hoùa trò •1. Theo cô cheá goùp chung: hình thaønh do söï goùp chung hai electron hoùa trò ñoäc thaân coù spin ngöôïc nhau cuûa hai nguyeân töû töông taùc, trong ñoù moãi nguyeân töû ñöa ra moät.

• Ví duï 1: söï taïo thaønh lieân keát trong phaân töû Hydro H· + H· .

+ .

→

H ··H .

.

27

• Ví duï 2: Xeùt phaân töû HCl H(z = 1) 1s1

Cl (z = 17) 3s2 3px2 3py2 3pz1

cuûa Hydro

H cuûa Clo

Cl

Cl

H

3p

1s

28

Khaû naêng taïo lieân keát quyeát ñònh bôûi soá orbital nguyeân töû hoùa trò moät electron (soá electron ñoäc thaân).

Ví duï: caùc nguyeân toá H, O vaø N coù khaû naêng taïo soá lieân keát coäng hoùa trò laø 1, 2 vaø 3.

Löu yù: trong nhieàu tröôøng hôïp soá orbital hoùa trò 1 electron coù theå taêng leân do söï kích thích nguyeân töû.

Ví duï: 4Be, 5B, 6C ôû traïng thaùi bình thöôøng vaø kích thích?

29

2. Theo cô cheá cho – nhaän: söï hình thaønh caëp electron gheùp ñoâi chæ do moät trong hai nguyeân töû töông taùc ñöa ra, coøn nguyeân töû kia nhaän laáy. Caëp electron naøy laø caëp electron hoùa trò gheùp ñoâi saün coù cuûa nguyeân töû ñöa ra vaø ñöôïc goïi laø caëp electron hoùa trò töï do.

Ví duï: N coù moät caëp electron töï do.

RUÙT RA: lieân keát coäng hoùa trò chæ ñöôïc taïo thaønh giöõa moät nguyeân töû coù caëp electron hoùa trò töï do vôùi moät nguyeân töû coù orbital hoùa trò töï do (orbital khoâng chöùa electron) 30

Ví duï: lieân keát coäng hoùa trò xuaát hieän trong keát quaû töông taùc giöõa NH3 vaø H+.

Lieân keát coäng hoùa trò theo cô cheá cho – nhaän goïi laø lieân keát cho – nhaän (lieân keát phoái trí).

Suy ra: khaû naêng taïo lieân keát coäng hoùa trò coøn ñöôïc quyeát ñònh bôûi caùc caùc AO 2 electron vaø caùc AO hoùa trò töï do.

Soá lieân keát coäng hoùa trò cöïc ñaïi baèng soá AO hoùa trò cuûa nguyeân toá. Khaû naêng taïo lieân keát coäng hoaù trò giôùi haïn goïi laø tính baõo hoøa cuûa lieân keát coäng hoùa trò.

Ví duï: caùc nguyeân toá Chu kyø 2 (coù 4 orbital hoùa trò) 31

TÍNH ÑÒNH HÖÔÙNG cuûa lieân keát coäng hoùa trò

Lieân keát taïo thaønh khi möùc ñoä che phuû cuûa caùc AO ñaït cöïc ñaïi Söï che phuû cöïc ñaïi xaûy ra theo nhöõng höôùng nhaát ñònh. Nhö vaäy, caùc lieân keát coäng hoùa trò seõ ñöôïc taïo thaønh theo nhöõng höôùng nhaát ñònh trong khoâng gian vì vaäy caùc phaân töû phaûi coù caáu hình xaùc ñònh.

Ví duï 1: xeùt phaân töû H2Se taïo thaønh do söï che phuû hai orbital 1s cuûa hai nguyeân töû H vôùi hai orbital 1 electron 4p cuûa nguyeân töû Se. Söï phaân boá xaûy ra lôùn nhaát theo höôùng caùc truïc x vaø y, do ñoù caùc lieân keát Se – H phaûi phaân boá döôùi goùc 90o, nghóa laø phaân töû H2Se coù goùc hoùa trò 90o 32

• Ví duï 2: Phaân töû H2Te coù caáu hình daïng goùc vôùi goùc hoùa trò HTeH = 90o

1s

5p

H

1s

H

Te 5p 33

Tuy nhieân, moät soá keát quaû khaùc khoâng gioáng nhö theá: ví duï HOH = 104.5 o vaø HNH = 107.3o Ñeå giaûi quyeát khoù khaên ñoù, Pauling vaø Slater ñöa ra thuyeát lai hoùa caùc orbital nguyeân töû.

34

3.1.3 Thuyeát lai hoùa caùc orbital nguyeân töû vaø caáu hình khoâng gian phaân töû Caùc nguyeân töû khi töông taùc vôùi nhau coù theå khoâng duøng caùc orbital nguyeân töû thuaàn tuùy s, p hay d... maø duøng caùc orbital nguyeân töû “troän laãn” môùi ñöôïc taïo thaønh trong noäi boä nguyeân töû.

Caùc orbital naøy ñöôïc taïo thaønh do söï troän laãn vôùi nhau cuûa caùc orbital nguyeân töû trong moät nguyeân töû hay coù theå noùi do söï töï che phuû nhau giöõa caùc orbital nguyeân töû trong moät nguyeân töû. Hieän töôïng naøy goïi laø söï lai hoùa caùc orbital nguyeân töû.

35

3.1.3 Thuyeát lai hoùa caùc orbital nguyeân töû vaø caáu hình khoâng gian phaân töû • Các orbital lai hóa có năng lượng và hình dạng hoàn toàn giống nhau.

• Có bao nhiêu orbital nguyên tử tham gia lai hóa sẽ có bấy nhiêu orbital lai hóa được tạo thành và phân bố rất đối xứng trong không gian

Hình dạng của orbital lai hóa 36

3.1.3 Thuyeát lai hoùa caùc orbital nguyeân töû vaø caáu hình khoâng gian phaân töû • Muoán söï lai hoùa xaûy ra beàn vöõng thì: • + Caùc orbital nguyeân töû tham gia lai hoùa phaûùi coù naêng löôïng gaàn nhau • + Maät ñoä electron phaûi lôùn • + Möùc ñoä che phuû cuûa caùc orbital nguyeân töû lôùn

37

•Lai hoùa sp •Ñöôïc thöïc hieän do söï toå hôïp moät orbital s vôùi moät orbital p (cuûa cuøng moät nguyeân töû) vaø keát quaû laø xuaát hieän hai orbital lai hoùa sp phaân boá ñoái xöùng döôùi moät goùc 180o. o 180

p

sp

s

sp

Ví duï: Phaân töû BeH2 coù daïng ñöôøng thaúng vôùi goùc ∧ hoùa trò H Be H = 180o sp

s H

sp Be

180 o

s H

H

Be

H 38

•Lai hoùa sp2 Xaûy ra do söï töï che phuû giöõa moät orbital s vaø hai orbital p (cuûa cuøng moät nguyeân töû). Keát quaû taïo thaønh 3 orbital lai hoùa sp2 phaân boá ñoái xöùng döôùi goùc 120o 2

sp

s

120 o

p p

sp 2

Ví duï: phaân töû BCl3 coù daïng tam giaùc ñeàu vôùi goùc hoùa trò ClBCl = 120o 3p Cl 2

sp

120

B

Cl 3p

sp 2

o

Cl 3p

39

•Lai hoùa sp3 Khi toå hôïp moät orbital s vaø ba orbital p (cuûa cuøng moät nguyeân töû) thu ñöôïc lai hoùa sp3 vôùi söï taïo thaønh 4 orbital lai hoùa phaân boá ñoái xöùng nhau trong khoâng gian theo höôùng ñeán 4 ñænh cuûa moät töù dieän ñeàu vaø döôùi nhöõng goùc 109o28’. sp

p

3

p p

3

sp s sp

3

109 o28'

sp 3 40

• Ví duï: phaân töû CCl4 coù daïng töù dieän ñeàu vôùi goùc hoùa trò ClCCl = 109o28’.

Cl

C

Cl

Cl

Cl 41

3.1.4 Thuyeát ñaåy nhau giöõa caùc cặp electron hoùa trò - Giaûi thích caáu hình khoâng gian caùc phaân töû H2O, NH3, CH4 Lyù thuyeát ñaåy nhau giöõa caùc caëp electron hoùa trò cuûa Gillespie: söï sai leäch goùc hoùa trò xaûy ra khi ôû nguyeân töû trung taâm cuûa phaân töû coù maët caëp electron hoùa trò töï do. Caùc caëp electron hoùa trò töï do ñaåy caùc caëp electron lieân keát laøm cho goùc hoùa trò heïp laïi (soá caëp electron hoùa trò töï do caøng nhieàu ñaåy caøng maïnh).

42

Xeùt phaân töû: H2O, NH3, CH4 Caùc nguyeân töû trung taâm O, N, C ñeàu coù lai hoùa sp3 ñeå che phuû vôùi caùc orbital 1s cuûa nguyeân töû H •Nhö vaäy: caùc phaân töû phaûi coù cuøng caáu hình khoâng gian nhö sau: 3 sp Thöïc teá: coù sai leäch

sp3 sp

H

3

sp 3

109 o28' C H

H 109o28' H

O

N H H

107o3 H

H

o 104 5 H 43

3.1.5 Döï ñoaùn traïng thaùi lai hoùa cuûa nguyeân töû trung taâm •Döïa vaøo toång soá T = soá lieân keát σ giöõa nguyeân töû trung taâm vaø caùc nguyeân töû bieân + soá caëp electron hoùa trò töï do ôû nguyeân töû trung taâm.

T

2

3

4

5

6

Kiểu lai hóa

sp

sp2

sp3

sp3d

sp3d2 44

•+ Tính σ: laø soá nguyeân töû bieân lieân keát vôùi nguyeân töû trung taâm.

•+ Tính soá caëp electron hoùa trò töï do: •- Tính toång soá electron hoùa trò cuûa caùc nguyeân töû trong phaân töû (X).

•- Tính soá electron hoùa trò baõo hoøa daønh cho caùc nguyeân töû bieân lieân keát vôùi nguyeân töû trung taâm (Y) (8 electron cho moãi nguyeân töû bieân chung vaø 2 electron cho moãi nguyeân töû laø Hydro) • Soá caëp electron hoùa trò töï do = (X-Y)/2 Ví duï: döï ñoaùn traïng thaùi lai hoùa cuûa caùc phaân töû CO2, SO3, H2O 45

3.1.6 Tính coù cöïc vaø söï phaân cöïc cuûa lieân keát coäng hoùa trò Nhöõng phaân töû caáu taïo töø hai nguyeân töû cuøng loaïi thì ñaùm maây electron lieân keát phaân boá ñoái xöùng trong khoâng gian: lieân keát coäng hoùa trò khoâng cöïc hay ñoàng cöïc.

Nhöõng phaân töû taïo thaønh töø hai nguyeân töû khaùc loaïi thì ñaùm maây electron lieân keát phaân boá khoâng ñoái xöùng vaø dòch chuyeån veà phía moät nguyeân töû naøo ñoù trong hai nguyeân töû: lieân keát coäng hoùa trò coù cöïc hay dò cöïc. Ñaùm maây electron lieân keát dòch chuyeån veà phía nguyeân töû ñoä aâm ñieän lôùn hôn laøm nguyeân töû bò phaân cöïc aâm vaø nguyeân töû coøn laïi bò phaân cöïc döông.

46

3.1.7 Caùc kieåu lieân keát coäng hoùa trò Lieân keát coäng hoùa trò σ: ñöôïc taïo thaønh khi söï che phuû giöõa caùc orbital nguyeân töû töông taùc xaûy ra theo truïc noái hai haït nhaân nguyeân töû.

Lieân keát naøy xuaát hieän do söï che phuû giöõa baát kyø loaïi orbital nguyeân töû naøo.

S

P

S

p

P

s 47

Lieân keát coäng hoùa trò π: khi caùc orbital nguyeân töû töông taùc che phuû vôùi nhau veà hai beân cuûa truïc noái hai haït nhaân.

Lieân keát naøy ñöôïc taïo thaønh do söï che phuû cuûa caùc caëp orbital p-p, p-d, d-d. z truï c lieâ n keá t

truï c lieâ n keá t p z lieâ n keá t π

dzx lieâ n keá t π 48

Lieân keát π khoâng ñònh choã (lieân keát nhieàu taâm): loaïi lieân keát π, nhöng ñöôïc thöïc hieän giöõa nhieàu nguyeân töû (töø 3 nguyeân töû trôû leân) vôùi electron tham gia taïo lieân keát coù theå nhieàu hôn 2.

Ví duï: khaûo saùt ion CO32 Coù caáu hình tam giaùc ñeàu, do ñoù nguyeân töû trung taâm C phaûi ôû traïng thaùi lai hoùa sp2 (toå hôïp 2s, 2px, 2py).

Ba orbital lai hoùa sp2 chöùa 1 electron cuûa nguyeân töû C, che phuû vôùi 3 orbital hoùa trò 1 electron 2px cuûa 3 nguyeân töû O taïo thaønh 3 lieân keát xích-ma 49

Orbital hoaù trò 1 electron 2pz khoâng tham gia lai hoùa cuûa nguyeân töû C che phuû vôùi orbital hoùa trò 1 electron 2pz cuûa moät nguyeân töû O taïo neân lieân keát π.

Nhö vaäy, moät trong 3 lieân keát C-O laø lieân keát ñoâi, coøn laïi laø lieân keát ñôn, ñieàu naøy traùi vôùi thöïc nghieäm chuùng hoaøn toaøn gioáng nhau. Ñeà nghò: lieân keát taïo thaønh khoâng phaûi thuoäc veà 2 maø laø thuoäc veà boán haït nhaân nguyeân töû. Ñoù chính laø lieân keát pi khoâng ñònh choã.

50

2pz 2px

Z

Z

O o

1 20

2p x X

sp 2 2pz

O 2p

C O

2p z

x

2pz

51

3.1.8 Baäc lieân keát cuûa lieân keát coäng hoùa trò Baäc cuûa lieân keát ñöôïc xaùc ñònh bôûi soá caëp electron tham gia taïo lieân keát giöõa hai nguyeân töû.

Lieân keát ñôn coù baäc lieân keát baèng 1.

Lieân keát ñoâi coù baäc lieân keát baèng 2.

Lieân keát ba coù baäc lieân keát baèng 3.

Taát caû caùc lieân keát ñôn ñeàu thuoäc loaïi lieân keát σ Caùc lieân keát coù baäc lôùn hôn 1 thì ngoaøi lieân keát σ coøn coù lieân keát π δ Lieân keát σ seõ quyeát ñònh höôùng cuûa lieân keát.

52

Baäc = ( Soá electron lieân keát ) / (2 × soá lieân keát σ ) Baäc lieân keát taêng, ñoä daøi lieân keát giaûm, naêng löôïng vaø ñoä beàn lieân keát taêng.

Ví duï : Lieân keát CO Baäc lieân keát 1 Ñoä daøi lieân keát 1,43

C O 1,33 1,29

C= O 2 1,22

Caùc lieân keát coù baäc lôùn hôn 1 goïi laø lieân keát boäi.

53

3.1.9 Aùp duïng phöông phaùp VB khaûo saùt caáu taïo moät soá phaân töû, ion • • • •

Xeùt phaân töû N2 Xeùt phaân töû CO2 Xeùt phaân töû BCl3 Xeùt ion CO32-

54

* Phaân töû N2 :

•+ Caáu hình electron hoùa trò cuûa N ( 2s2 2p3 : coù 3 electron hoùa trò ñoäc thaân 2p) •+ 2 nguyeân töû N coù theå taïo thaønh vôùi nhau 3 lieân keát baèng caùch goùp chung 3 electron ñoäc thaân •+ Do vaäy lieân keát trong N2 laø lieân keát 3 (baäc 3), goàm 1 lieân keát σ vaø 2 lieân keát π Z Z y

Lieân keát trong N2 laø lieân keát 3 (baäc 3) , goàm 1 lieân keát σ vaø 2 lieân keát π .

y

2py 2px

x 2p

2pz

2py

2pz N

N 55

* Phaân töû CO2 •+ Phaân töû CO2 coù daïng ñöôøng thaúng, goùc hoùa trò OCO = 180o, lieân keát CO laø lieân keát ñoâi, goàm 1 lieân keát σ vaø 1 lieân keát π.

•+ C*: 1s2 2s1 2p3 (coù 4 electron hoùa trò ñoäc thaân) •+ Vì OCO = 180o, neân phaûi xem raèng nguyeân töû C trung taâm coù lai hoùa sp •+ O: 1s2 2s2 2p4 (coù 2 electron hoùa trò ñoäc thaân).

•Baäc lieân keát CO = [ 4e (C) + 2e × 2 (O) ] / [ 2 × 2 (σ) ] = 2 56

Z

Z y

Z y

2p y

y

2py

2p y

x 2px

sp O

2pz

2

sp C

2pz

2px

2

O

2pz 57

Phaân töû BCl3

•Phaân töû BCl3 coù daïng tam giaùc ñeàu, goùc hoùa trò ClBCl = 120o , lieân keát BCl coù baäc baèng 1,33, goàm 1 lieân keát σ vaø 1 lieân keát π khoâng ñònh choã •B*: 1s2 2s1 2p2 (coù 3 electron hoùa trò ñoäc thaân) •Suy ra: B seõ duøng 3 electron hoùa trò ñoäc thaân ñeå taïo caùc lieân keát vôùi Cl •Vì ClBCl = 120o , neân phaûi xem raèng nguyeân töû B trung taâm coù lai hoùa sp2 •Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 coù 1 electron σ hoùa trò ñoäc thaân) •Vaäy BCl3 coù: 3 lieân keát σBCl, lieân keát π chung cho caû 4 nguyeân töû B vaø Cl (neân ñöôïc goïi laø lieân keát 2 electron - 4 taâm ).

58

3p 3p sp 2 3p

Cl

B 120

o

sp 2

Cl 3p

2p

Cl 3p

3p 59

3.2 Phöông phaùp orbital phaân töû (phöông phaùp MO)

60

Phöông phaùp quan nieäm raèng coù theå xem phaân töû nhö laø moät nguyeân töû phöùc taïp.

Phaân töû cuõng coù caáu truùc orbital gioáng nguyeân töû.

Haøm soùng phaân töû ΨPT ñöôïc xaùc ñònh caùch gaàn ñuùng baèng con ñöôøng toå hôïp tuyeán tính (coäng vaø tröø) caùc haøm soùng nguyeân töû Ψ NT

61

3.2.1 Xeùt ion phaân töû hydro H2+ Ion phaân töû Hydro goàm coù moät electron chuyeån ñoäng trong tröôøng hai haït nhaân nguyeân töû H. Ñeå xaùc ñònh haøm soùng ΨH phaân töû Mulikhen vaø Hund chæ tìm haøm soùng phaân töû ñaëc tröng cho söï chuyeån ñoäng cuûa töøng electron trong phaân töû: electron chuyeån ñoäng trong phaân töû seõ coù luùc ñeán gaàn moät nguyeân töû, khi ñoù haøm soùng phaân töû seõ gaén lieàn vôùi haøm soùng nguyeân töû. + 2

ΨH + = C1 Ψa + C 2 Ψb 2

62

•Giaûi ra ta coù: C1 = C2 vaø C2 = - C1 Vaäy ta coù

ΨS = C S (Ψa + Ψb )

ΨA = C A (Ψa − Ψb ) Haøm Ψ : xaùc suaát coù maët electron treân maët A phaúng ñoái xöùng baèng khoâng, laøm taêng naêng löôïng cuûa heä. Khoâng ñöa ñeán taïo thaønh lieân keát hoùa hoïc. Orbital phaân töû goïi laø orbital phaân töû phaûn lieân keát.

63

Haøm Ψ : maät ñoä electron taêng leân trong maët phaúng S

ñoái xöùng. Giaûm naêng löôïng cuûa heä. Taïo thaønh lieân keát hoùa hoïc. Orbital phaân töû ñöôïc goïi laø orbital phaân töû lieân keát.

Löu yù: theo phöông phaùp orbital phaân töû electron duy nhaát trong ion phaân töû H2+ seõ phaân boá treân orbital coù naêng löôïng thaáp hôn.

64

II.2.2 Noäi dung cô baûn cuûa phöông phaùp MO veà lieân keát coäng hoùa trò Phaân töû laø toå hôïp thoáng nhaát bao goàm caùc haït nhaân nguyeân töû vaø electron cuûa caùc nguyeân töû taïo thaønh phaân töû. Coù theå xem phaân töû laø nguyeân töû ña nhaân phöùc taïp.

Trong phaân töû traïng thaùi electron cuõng ñöôïc ñaëc tröng baèng orbital phaân töû. Moãi orbital phaân töû ñöôïc xaùc ñònh bôûi toå hôïp caùc soá löôïng töû (ñaëc tröng cho naêng löôïng, hình daïng... cuûa orbital). Töông öùng vôùi caùc orbital s, p, d, f... trong nguyeân töû, trong phaân töû coù orbital σ , π , δ , ϕ 65

Trong phaân töû, traïng thaùi electron ñöôïc phaân boá treân caùc orbital phaân töû theo nhöõng qui luaät gioáng nhö treân caùc orbital nguyeân töû: theo traät töï taêng daàn naêng löôïng orbital, treân moãi orbital phaân töû cuõng chæ toái ña 2 electron coù spin ngöôïc chieàu nhau.

Soá orbital phaân töû taïo thaønh baèng soá orbital nguyeân töû tham gia toå hôïp.

66

Teân goïi caùc MO (σ, π, δ, ϕ …) ñöôïc xaùc ñònh tuøy thuoäc vaøo caùch che phuû cuûa caùc AO ñoái vôùi truïc noái haït nhaân nguyeân töû gioáng nhö trong phöông phaùp VB .

•

Ví duï: söï toå hôïp cuûa 2 AO 1s taïo thaønh 2 MO lieân keát σ1s vaø phaûn lieân keát σ*1s hay söï toå hôïp cuûa 2 AO 2p coù theå taïo thaønh 2 MO lieân keát σ2p vaø phaûn lieân keát σ*2p hoaëc 2 MO lieân keát π2p vaø phaûn lieân keát π*2p 67

Ñieàu kieän xaûy ra söï toå hôïp caùc orbital nguyeân töû thaønh nhöõng orbital phaân töû: Caùc orbital nguyeân töû phaûi gaàn nhau veà naêng

löôïng Caùc orbital nguyeân töû phaûi che phuû nhau ñaùng keå Caùc orbital nguyeân töû phaûùi coù ñoái xöùng gioáng nhau ñoái vôùi ñöôøng lieân keát trong phaân töû.

68

Baäc lieân keát Theo phöông phaùp MO, lieân keát trong phaân töû ñöôïc xaùc ñònh baèng soá electron lieân keát khoâng bò electron phaûn lieân keát trieät tieâu (moät electron phaûn lieân keát trieät tieâu 1 electron lieân keát) vaø moät baäc cuûa lieân keát töông öùng vôùi 2 electron lieân keát, nhö vaäy: •Baäc lieân keát = •(soá electron lieân keát – soá electron phaûn lieân keát)/ (2*soá lieân keát σ) •Löu yù: khi baäc lieân keát baèng 0, lieân keát thöïc teá khoâng hình thaønh.

69

3.2.3 Ví duï aùp duïng phöông phaùp MO • Caùc phaân töû hai nguyeân töû cuøng loaïi cuûa nhöõng nguyeân toá chu kyø 1 •Xeùt ví duï H2+, H2, He2+, He2 •Caùc MO cuûa H2, He2 ñöôïc taïo thaønh töø söï toå hôïp tuyeán tính 2 AO 1s cuûa caùc nguyeân töû H vaø He: ñoù laø caùc MO lieân keát σ1s (coù naêng löôïng thaáp hôn) vaø phaûn lieân keát σ1s* (coù naêng löôïng cao hôn) 70

•Söï phaân boá electron treân caùc MO:

MO

* σ1s

H 2+

H2

He2+

He2

σ1s Baäc lieân keát 0,5 1 0,5 0 Chieàu daøi lieân keát, A0 1,06 0,74 1,08 Naêng löôïng 255 431 251 lieân keát (kj/mol) Caáu hình electron phaân töû : bieãu dieãn caùc kyù hieäu orbital phaân töû vôùi soá muõ laø soá electron phaân boá treân chuùng vaø saép xeáp theo traät töï taêng daàn naêng löôïng. + + 1 ∗ 2 2 1] : [( ) ] σ σ σ Η e H2 : [( ) ] Η : [( ) ( ) σ 1s 1s 2 1s 1s 2 71

Caùc phaân töû hai nguyeân töû cuøng loaïi cuûa nhöõng nguyeân toá chu kyø 2 Soá orbital cuûa moãi nguyeân töû coù khaû naêng tham gia toå hôïp thaønh orbital phaân töû laø 5: 1s (lôùp K) 2s, 2px, 2py vaø 2pz (lôùp L). Ñoä cheânh leäch naêng löôïng giöõa caùc orbital nguyeân töû 2p vaø 2s cuûa caùc nguyeân toá chu kyø 2 taêng leân maïnh töø ñaàu chu kyø (1.9 eV) ñeán cuoái chu kyø (26.8 eV) 72

Caùc nguyeân toá cuoái chu kyø (töø O ñeán Ne): •Ñoä cheânh leäch naêng löïông lôùn: chæ xaûy ra söï toå hôïp giöõa caùc orbital 2s vôùi nhau vaø 2p vôùi nhau Söï toå hôïp 2 AO 2s taïo thaønh 2 MO σ2s vaø σ ∗2s Söï toå hôïp 2 AO 2px taïo thaønh 2 MO σ 2 px vaø σ *2 px (che phuû theo truïc x) Söï toå hôïp caëp ñoâi 2 AO 2py vaø 2 AO 2pz taïo thaønh caùc caëp MO π 2 py , π *2 py vaø π 2 pz , π *2 px (che phuû veà 2 phía truïc noái haït nhaân) Caùc MO taïo thaønh ñöôïc phaân boá theo naêng löôïng nhö sau:

σ1s < σ1*s < σ2s < σ*2s < σ2px < π2py = π2pz < π*2py = π*2pz < σ*2px 73

Ñoái vôùi caùc nguyeân toá ñaàu chu kyø (töø Li ñeán N) • Do ñoä cheânh leäch naêng löôïng ∆E giöõa caùc AO 2p vaø 2s nhoû neân caùc AO 2s toå hôïp ñöôïc vôùi nhau vaø vôùi caùc AO 2p.

• Söï toå hôïp 2 AO 2s vaø 2 AO 2px taïo thaønh 4 MO σ 2 s , σ 2 px , σ *2 s , σ *2 px

Söï toå hôïp caùc caëp AO 2py hay 2pz taïo thaønh caùc caëp MO π , π* vaø π , π* 2 py

2 py

2 pz

2 pz

Ñoái vôùi caùc nguyeân toá ñaàu chu kyø: do söï xuaát hieän löïc ñaåy giöõa caùc orbital 2s vaø 2p maø caùc orbital π 2 p y , π 2 p z trôû neân thuaän lôïi hôn veà maët naêng löôïng so vôùi orbital σ 2 p x

74

• Caùc MO taïo thaønh ñöôïc phaân boá nhö sau: * 1s

* 2s

σ1s <σ <σ 2s <σ <π 2 p =π 2 p <σ 2 p <π y

z

x

* 2 py

=π

* 2 pz

<σ

* 2 px

75

Söï phaân boá electron treân caùc MO •Ñoái vôùi caùc nguyeân toá ñaàu CK: MO Li2 B2 C2 N2 σ ∗2 px     π ∗2 py,z         σ2px    π2py,z  

σ ∗2s σ2s

Baäc lieân keát Chieàu daøi lieân keát, A0 Naêng löôïng lieânkeát (kj/mol)

N2+   

 1 2,67

1 1,59

2 1,24

3 1,10

2,5 1,12

105

289

599

940

828 76

Ñoái vôùi caùc nguyeân toá cuoái CK MO

O2+ 

σ ∗2 px

π ∗2 py,z

O2 

O2

F2 

Ne2

0



π2py,z σ2px σ ∗2s σ2s Baäc lieân keát Chieàu daøi lieân keát, A0 Naêng löôïng lieânkeát (kj/mol)

2.5 1.12

2 1.21

1.5 1.26

1 1,41

629

494

328

154 77

Nhaän xeùt • Baäc lieân keát taêng → Ñoä daøi lieân keát giaûm → Naêng löôïng lieân keát taêng → Ñoä beàn lieân keát taêng.

• Söï taêng electron treân caùc MO lieân keát laøm taêng ñoä beàn cuûa lieân keát cuõng nhö phaân töû. Ngöôïc laïi, söï taêng electron treân caùc MO phaûn lieân keát laøm giaûm ñoä beàn cuûa lieân keát cuõng nhö phaân töû.

78

Tính chaát töø Khi phaân töû coù chöùa electron ñoäc thaân: thuaän töø, bò nam chaâm huùt.

Khi phaân töû khoâng chöùa electron ñoäc thaân: nghòch töø, töø tröôøng cuûa hai spin ngöôïc nhau seõ trieät tieâu nhau, chaát khoâng biï nam chaâm huùt.

79

Maøu saéc caùc chaát voâ cô Caùc electron phaân boá treân orbital phaân töû khi bò kích thích cuõng coù theå haáp thu caùc tia vuøng quang phoå cuûa aùnh saùng thaáy ñöôïc ñeå chuyeån sang orbital coù naêng löôïng cao hôn.

80

3.3 Caùc phaân töû coäng hoùa trò

81

3.3.1 Phaân töû coäng hoùa trò coù cöïc vaø khoâng cöïc Tuøy thuoäc vaøo söï phaân boá maät ñoä electron ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng trong phaân töû maø caùc phaân töû coäng hoùa trò coù theå laø coù cöïc hay khoâng coù cöïc.

Phaân töû khoâng cöïc: phaân töû hai nguyeân töû cuøng loaïi. Vd: H2, N2, Cl2, . . .

Phaân töû coù cöïc: phaân töû hai nguyeân töû khaùc loaïi.

Vd: HCl. HBr... hoaëc caùc phaân töû coù caáu taïo khoâng ñoái xöùng 82

3.3.2 Löôõng cöïc vaø moment löôõng cöïc Xem phaân töû coù cöïc laø moät löôõng cöïc ñieän, nghóa laø heä thoáng goàm hai ñieän tích baèng nhau nhöng ngöôïc daáu ( δ +, δ − ) caùch nhau khoaûng caùch l goïi laø ñoä daøi löôõng cöïc.

Moment löôõng cöïc: tích ñoä daøi löôõng cöïc vôùi ñieän tích δ

µ = l.δ Ñôn vò: Culong-met, Debye D 1D = 3.336x10-30 C.m

83

Neáu µ = 0 : phaân töû khoâng phaân cöïc (phaân töû ñoái xöùng) µ ≠ 0 : phaân töû phaân cöïc µ caøng lôùn phaân töû caøng phaân cöïc

•Moment löôõng cöïc cuûa phaân töû laø ñaïi löôïng vectô coù chieàu qui öôùc töø cöïc döông ñeán cöïc aâm.

Ví duï : vôùi phaân töû HCl

+ δ

δ-

H - Cl

•Moment löôõng cöïc cuûa phaân töû laø toång vectô moment löôõng cöïc CUÛA CAÙC LIEÂN KEÁT vaø ELECTRON HOÙA TRÒ TÖÏ DO. Vì vaäy gía trò cuûa moment löôõng cöïc phuï thuoäc vaøo caáu taïo phaân töû ñoái xöùng hay khoâng ñoái xöùng.

84

•Ví duï: Phaân töû CO2 tuy C-O coù cöïc maïnh µ C −O = 2.7 D nhöng do phaân töû coù caáu taïo ñoái xöùng ñöôøng thaúng vaø chieàu vectô moment löôõng cöïc ngöôïc nhau neân CO2 thuoäc loaïi khoâng cöïc.

Phaân töû H2O: goùa hoùa trò 104.5o, moment löôõng cöïc cuûa O-H laø1.51D. Moment löôõng cöïc nöôùc 1.84D

85

AÛnh höôûng cuûa caëp electron hoùa trò töï do ñeán moment löôõng cöïc • Ví duï: NH3 vaø NF3 . Caùc lieân keát N-H vaø N-F ñeàu coù cöïc, trong ñoù µ N − H < µ N − F ,nhöng ñoä coù cöïc cuûa NH3 (1.48D) lôùn hôn nhieàu laàn NF3 (0.2D).

86

3.3.3 Löôõng cöïc nhaát thôøi vaø löôõng cöïc caûm öùng Ñoái vôùi phaân töû khoâng cöïc, do söï chuyeån ñoäng khoâng ngöøng, ôû moãi thôøi ñieåm nhaát ñònh do söï chuyeån dòch nhaát thôøi cuûa caùc ñieän tích veà phía nguyeân töû naøy hay nguyeân töû khaùc laøm cho phaân töû trôû thaønh coù cöïc. Tuy nhieân xaùc suaát naøy nhö nhau neân moment löôõng cöïc baèng khoâng. Phaân töû nhö theá goïi laø löôõng cöïc nhaát thôøi.

Caùc phaân töû cuõng coù theå bò phaân cöïc döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi (chaúng haïn do phaân töû coù cöïc naøo ñoù gaây ra). Löôõng cöïc xuaát hieän döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi goïi laø löôõng cöïc caûm öùng. Noù seõ maát ñi khi ñieän tröôøng thoâi taùc duïng.

87

4. LIEÂN KEÁT KIM LOAÏI

88

4.1 Lyù thuyeát mieàn naêng löôïng veà caáu taïo kim loaïi

Ñaëc ñieåm caáu taïo cuûa khoái kim loaïi laø maïng tinh theå cuûa noù ñöôïc taïo thaønh bôûi nhöõng ion döông ôû nuùt maïng vaø caùc electron töï do (laø caùc electron hoùa trò bò böùt ra khoûi nguyeân töû) chuyeån ñoäng hoãn loaïn trong toaøn boä tinh theå kim loaïi . Chính caùc electron töï do naøy taïo neân kieåu lieân keát ñaëc bieät cuûa kim loaïi : lieân keát raát nhieàu taâm.

89

Khi 2 nguyeân töû kim loaïi töông taùc nhau seõ xaûy ra söï che phuû giöõa caùc orbital nguyeân töû ñeå taïo thaønh nhöõng orbital phaân töû lieân keát vaø phaûn lieân keát, trong ñoù cöù moãi traïng thaùi naêng löôïng nguyeân töû ñöôïc taùch thaønh 2 traïng thaùi naêng löôïng phaân töû

90

Coù N nguyeân töû thì moãi traïng thaùi naêng luôïng nguyeân töû ñöôïc taùch thaønh N traïng thaùi naêng löôïng phaân töû. Caùc naêng löôïng naøy raát gaàn nhau vaø taïo thaønh mieàn naêng löôïng. Thöïc teá mieàn naêng löôïng coù theå xem laø daûi naêng löôïng lieân tuïc.

Mieàn chöùa caùc ion hoùa trò goïi laø mieàn hoùa trò, mieàn töï do naèm treân mieàn hoùa trò goïi laø mieàn daãn.

Trong tröôøng hôïp khoâng che phuû giöõa caùc orbital xuaát hieän mieàn caám vôùi yù nghóa electron trong tinh theå chaát raén khoâng theå coù nhöõng giaù trò naêng löôïng öùng vôùi mieàn naøy 91

Mieàn dẫn Mieàn cấm Mieàn hoùa trò

92

Khi aùp duïng lyù thuyeát mieàn naêng löôïng khaûo saùt caùc tinh theå chaát raén, thaáy raèng caùc chaát coù theå laø kim loaïi, baùn daãn hay chaát caùch ñieän.

Chieàu roäng cuûa mieàn caám (∆E) ñoái vôùi chaát caùch ñieän coù giaù trò lôùn hôn 3 eV, ñoái vôùi chaát baùn daãn coù giaù trò töø 0.1 ñeán 3 eV. Ñoái vôùi tinh theå kim loaïi caùc mieàn hoùa trò vaø daãn luoân luoân che phuû nhau, neân khoâng coù mieàn caám.

93

4.2 AÙp duïng thuyeát mieàn naêng löôïng giaûi thích baûn chaát cuûa kim loaïi, chaát baùn daãn vaø chaát caùch ñieän

• Kim loaïi Ñoái vôùi kim loaïi caùc mieàn hoùa trò coù theå khoâng ñöôïc ñieàn ñaày hoaëc ñöôïc ñieàn ñaày electron.

Chöa ñieàn ñaày: traïng thaùi naêng löôïng töï do coøn laïi cuûa mieàn naøy seõ ñoùng vai troø mieàn daãn. Ñieàn ñaày: do söï che phuû laãn nhau cuûa mieàn hoùa trò vaø mieàn daãn maø tieáp sau vuøng ñieàn ñaày electron laø vuøng töï do roäng lôùn cuûa caùc traïng thaùi naêng löôïng coøn chöa ñöôïc ñieàn ñaày electron.

Tính daãn ñieän (vaø caû daãn nhieät) cuûa kim loaïi ñöôïc quyeát ñònh bôûi khaû naêng chuyeån ñoäng töï do cuûa electron trong mieàn daãn vaø kim loaïi laø chaát maø mieàn daãn vaø mieàn hoùa trò che phuû nhau.

94

Chaát caùch ñieän Ñoái vôùi chaát caùch ñieän mieàn hoùa trò ñieàn ñaày electron vaø mieàn daãn caùch mieàn hoùa trò baèng mieàn caám coù ∆E lôùn.

Mieàn caám coù ∆E lôùn vì theå söï chuyeån electron töû mieàn hoùa trò leân mieàn daãn ñoøi hoûi phaûi tieâu toán nhieàu naêng löôïng. Ñieàu naøy khoâng theå thöïc hieän ñöôïc ôû ñieàu kieän bình thöôøng 95

Chaát baùn daãn Chaát baùn daãn coù caáu taïo caùc mieàn naêng löôïng gioáng chaát caùch ñieän, nhöng mieàn caám coù ∆E beù hôn neân khi kích thích baèng caùch ñoát noùng, chieáu saùng hay khi pha vaøo moät löôïng nhoû caùc nguyeân toá khaùc... cuõng deã daøng laøm cho electron chuyeån ñöôïc töø mieàn hoùa trò leân mieàn daãn.

96

5. LIEÂN KEÁT GIÖÕA CAÙC PHAÂN TÖÛ

97

5.1 Lieân keát Van Der Wall Laø loaïi lieân keát xuaát hieän giöõa caùc phaân töû.

Lieân keát Van der Wall cuõng laø töông taùc tónh ñieän nhöng coù moät soá ñieåm khaùc vôùi löïc lieân keát hoùa hoïc nhö : •

+ Theå hieän treân nhöõng khoaûng caùch töông ñoái lôùn

•

+ Khoâng baõo hoøa

•

+ Coù naêng löôïng raát beù 98

Töông taùc ñònh höôùng: xuaát hieän giöõa caùc phaân töû coù cöïc Töông taùc caûm öùng: xuaát hieän giöõa caùc phaân töû coù cöïc vaø khoâng cöïc.

Töông taùc khueách taùn: xuaát hieän laø nhôø löôõng cöïc nhaát thôøi cuûa caùc phaân töû.

- Töông taùc khueách taùn xuaát hieän trong moïi tröôøng hôïp vaø ñoùng vai troø chuû yeáu ñoái vôùi caùc phaân töû khoâng coù cöïc hoaëc coù cöïc yeáu •- Löïc ñònh höôùng: quan troïng vôùi caùc phaân töû töông taùc coù cöïc maïnh •- Töông taùc caûm öùng: noùi chung coù vai troø khoâng ñaùng keå 99

5.2 Lieân keát Hydro Hydro trong nhöõng phaân töû maø trong ñoù noù lieân keát vôùi nguyeân töû aâm ñieän coù khaû naêng taïo lieân keát boå sung vôùi nguyeân töû cuûa nguyeân toá aâm ñieän trong phaân töû khaùc. Lieân keát naøy goïi laø lieân keát Hydro.

• Kyù hieäu: . . .H – F . . . H - F 100

Lieân keát Hydro vöøa coù baûn chaát ñieän vöøa coù baûn chaát cho nhaän. Ñoä beàn: trung gian giöõa lieân keát coäng hoùa trò vaø lieân keát Van Der Wall.

Lieân keát Hydro laøm cho nhieät ñoä soâi vaø nhieät ñoä noùng chaûy taêng cao.

Löu yù: lieân keát hydro coù theå ñöôïc taïo thaønh giöõa nguyeân töû H phaân cöïc döông vaø nguyeân töû aâm ñieän khoâng lieân keát vôùi noù trong moät phaân töû (lieân keát hydro noäi phaân töû).

101

Caùm ôn caùc bạn ñaõ laéng nghe!

102

CHÖÔNG 3: NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC HOÏC CUÛA CAÙC QUAÙ TRÌNH HOÙA HOÏC

(Thôøi löôïng: 6t LT + 2t BT) 1

1. Caùc khaùi nieäm – Heä vaø moâi tröôøng • Heä laø taäp hôïp caùc vaät theå xaùc ñònh trong khoâng gian naøo ñoù vaø phaàn coøn laïi xung quanh laø moâi tröôøng • Ñoái vôùi hoùa hoïc, heä laø löôïng nhaát ñònh cuûa moät hay nhieàu chaát ôû ñieàu kieän nhieät ñoä, aùp suaát, noàng ñoä naøo ñoù.

2

1. Caùc khaùi nieäm – Heä vaø moâi tröôøng Caùc loaïi heä: Heä hôû: laø heä coù söï trao ñoåi chaát vaø naêng löôïng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi.

Heä kín: chæ coù söï trao ñoåi naêng löôïng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi.

Heä coâ laäp: laø heä khoâng coù söï trao ñoåi chaát hoaëc naêng löôïng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi.

3

1. Caùc khaùi nieäm - Heä vaø moâi tröôøng • Heä ñoàng theå: heä coù caùc tính chaát lyù hoùa gioáng nhau ôû moïi ñieåm cuûa heä (nghóa laø khoâng coù beà maët phaân chia heä thaønh nhöõng phaàn coù tính chaát hoùa lyù khaùc nhau)

• Heä dò theå: trong heä coù beà maët phaân chia 4

1. Caùc khaùi nieäm – Heä vaø moâi tröôøng • Pha: phaàn ñoàng theå cuûa heä dò theå, coù thaønh phaàn caáu taïo, tính chaát nhaát ñònh vaø ñöôïc phaân chia vôùi caùc phaàn khaùc baèng beà maët phaân chia naøo ñoù (beà maët phaân chia pha).

• Heä caân baèng: heä coù nhieät ñoä, aùp suaát, thaønh phaàn gioáng nhau ôû moïi ñieåm cuûa heä vaø khoâng thay ñoåi theo thôøi gian 5

1. Caùc khaùi nieäm – Traïng thaùi cuûa heä Traïng thaùi cuûa heä ñöôïc xaùc ñònh baèng taäp hôïp caùc thoâng soá bieåu dieãn caùc tính chaát lyù hoùa cuûa heä nhö nhieät ñoä, aùp suaát, theå tích, thaønh phaàn, naêng löôïng Thoâng soá dung ñoä: laø nhöõng thoâng soá tyû leä vôùi löôïng chaát nhö theå tích, khoái löôïng, soá mol,…

Thoâng soá cöôøng ñoä: laø nhöõng thoâng soá khoâng phuï thuoäc vaøo löôïng chaát nhö nhieät ñoä, aùp suaát, thaønh phaàn, khoái löôïng rieâng,…

• Haøm traïng thaùi: laø ñaïi löôïng nhieät ñoäng coù giaù trò chæ phuï thuoäc vaøo caùc thoâng soá traïng thaùi cuûa heä; khoâng phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñi cuûa heä (caùch bieán ñoåi cuûa heä) 6

1. Caùc khaùi nieäm - Quaù trình • Quaù trình: laø söï bieán ñoåi xaûy ra trong heä gaén lieàn vôùi söï thay ñoåi cuûa ít nhaát 1 thoâng soá traïng thaùi.

• Quaù trình P = const ñaúng aùp • V = const ñaúng tích • T = const ñaúng nhieät • Quaù trình thuaän nghòch: laø quaù trình xaûy ra theo 2 chieàu ngöôïc nhau trong cuøng moät ñieàu kieän • Quaù trình baát thuaän nghòch: quaù trình xaûy ra theo moät chieàu maø khoâng caàn tieâu toán coâng beân ngoaøi 7

1. Caùc khaùi nieäm – Naêng löôïng, Q vaø A • Naêng löôïng laø thöôùc ñoù söï chuyeån ñoäng cuûa caùc chaát • Nhieät laø thöôùc ño söï chuyeån ñoäng nhieät hoãn loaïn cuûa caùc tieåu phaân taïo neân heä.

• Coâng laø thöôùc ño söï chuyeån ñoäng coù traät töï, coù höôùng cuûa caùc tieåu phaân trong tröôøng löïc.

8

2. Nguyeân lyù thöù nhaát cuûa nhieät ñoäng hoïc 2.1 Khaùi nieäm noäi naêng U vaø coâng A 2.2 Phaùt bieåu nguyeân lyù thöù nhaát 2.3 Nhieät ñaúng tích, nhieät ñaúng aùp 2.4 Aùp duïng nguyeân lyù 1

9

2.1 Khaùi nieäm noäi naêng Naêng löôïng toaøn phaàn E cuûa heä bao goàm:

• Ñoäng naêng cuûa toaøn heä (Eñ) • Theá naêng cuûa toaøn heä (Et ) • Naêng löôïng saün coù, aån daáu beân trong (U) E = Eñ + Et + U Neáu heä khoâng chuyeån ñoäng, Eñ = 0 Neáu töông taùc cuûa moâi tröôøng ñoái vôùi heä nhoû vaø khoâng ñoåi, Et = 0 E=U • U ñöôïc goïi laø noäi naêng cuûa heä.

10

2.1 Khaùi nieäm noäi naêng Noäi naêng cuûa heä laø naêng löôïng saün coù aån daáu beân trong heä Noäi naêng laø tính chaát, laø ñaïi löôïng naêng löôïng xaùc ñònh traïng thaùi cuûa heä Noäi naêng laø thoâng soá dung ñoä.

Noäi naêng laø moät haøm traïng thaùi. Laø ñaïi löôïng coù giaù trò khoâng phuï thuoäc vaøo caùch bieán ñoåi heä (khoâng phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñi cuûa quaù trình). Ñoä bieán ñoåi noäi naêng khi heä chuyeån töø traïng thaùi 1 sang traïng thaùi 2 : ∆U = U2 − U1 11

2.1 Khaùi nieäm coâng A Ñoái vôùi caùc quaù trình hoùa hoïc coâng A laø coâng daõn nôû choáng laïi aùp suaát beân ngoaøi.

V2

A = ∫ PdV V1

1. Quaù trình ñaúng tích

V = const

A=0

12

2.1 Khaùi nieäm coâng A 2. Quaù trình ñaúng aùp P = const A = P (V2 – V1) = P∆V Quaù trình xaûy ra trong heä khí lyù töôûng vaø T = const PV = nRT A = P ∆V = ∆nRT

Neáu quaù trình xaûy ra trong heä noùng chaûy, ñoâng ñaëc ∆V = 0 A=0 13

2.1 Khaùi nieäm coâng A 3. Quaù trình ñaúng nhieät trong heä khí lyù töôûng •Vì T = const vaø P1V1 = P2V2 neân: V2

V2

nRT V2 P1 A = ∫ PdV = ∫ dV = nRT ln = nRT ln V V1 P2 V1 V1 4. Quaù trình ñun noùng hay laøm laïnh ñaúng aùp n mol khí lyù töôûng: A = P∆V = nR∆ T 14

2.2 Nguyeân lyù I nhieät ñoäng hoïc Nguyeân lyù I: “Neáu trong quaù trình naøo ñoù maø coù moät daïng naêng löôïng ñaõ maát ñi thì thay cho noù phaûi coù moät daïng naêng löôïng khaùc xuaát hieän vôùi löôïng töông ñöông nghieâm ngaët”.

Khi cung caáp cho heä moät löôïng nhieät laø Q thì löôïng nhieät naøy ñöôïc duøng ñeå laøm taêng noäi naêng U cuûa heä vaø ñeå thöïc hieän moät coâng A choáng laïi caùc löïc beân ngoaøi taùc duïng leân heä.

Q = A + ∆U 15

2.3 Nhieät ñaúng tích – Nhieät ñaúng aùp • Nội năng và nhiệt đẳng tích • Trong trường hợp caùc quaù trình hoùa hoïc dieãn ra ôû ñieàu kieän ñaúng tích Vì V = const → dV = 0 → A = 0 → QV = ∆U = U2 - U1

Löôïng nhieät maø heä thu vaøo trong quaù trình ñaúng tích Qv ñöôïc duøng ñeå taêng noäi naêng U cuûa heä. Hay nhieät ñaúng tích Qv baèng ñoä taêng noäi naêng ∆U cuûa heä.

16

2.3 Nhieät ñaúng tích – Nhieät ñaúng aùp Entanpi vaø nhieät ñaúng aùp Trong trường hợp caùc quaù trình hoùa hoïc dieãn ra ôû ñieàu kieän ñaúng aùp. → A = P∆V = P (V2−V1) → QP = ∆U + P∆V = (U2 + PV2) − (U1 + PV1) QP: nhieät ñaúng aùp ∆V: ñoä thay ñoåi theå tích cuûa caùc chaát trong quaù trình phaûn öùng Ñaët: U + PV = H

→

QP = H2 − H1 = ∆H

∆H = ∆U + P∆V 17

Entanpi vaø nhieät ñaúng aùp H laø tính chaát cuûa heä nhö aùp suaát, nhieät ñoä, theå tích, noäi naêng. Noù ñaïi löôïng naêng löôïng xaùc ñònh traïng thaùi cuûa heä, laø thoâng soá dung ñoä, vaø laø haøm traïng thaùi.

H ñöôïc goïi laø entapi Nhö vaäy trong quaù trình ñaúng aùp: nhieät löôïng maø heä thu vaøo duøng ñeå taêng entanpi H cuûa heä.

Hay nhieät ñaúng aùp Qp baèng ñoä taêng entalpi ∆H cuûa heä.

•

18

2.4 Aùp duïng nguyeân lyù 1 vaøo hoùa hoïc – Nhieät hoùa hoïc • 2.4.1 Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng • 2.4.2 Ñònh luaät Hess vaø heä quaû • 2.4.3 Söï phuï thuoäc cuûa hieäu öùng nhieät vaøo nhieät ñoä

19

2.4.1 Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng hoùa hoïc a. Ñoä taêng noäi naêng, ñoä taêng entanpi vaø hieäu öùng nhieät

Löôïng nhieät maø heä trao ñoåi trong caùc quaù trình hoùa hoïc ñöôïc duøng ñeå:

Bieán ñoåi (taêng hay giaûm) noäi naêng Bieán ñoåi (taêng hay giaûm) eltalpi

HIEÄU ÖÙNG NHIEÄT 20

a. Ñoä taêng noäi naêng, ñoä taêng entanpi vaø hieäu öùng nhieät

Hieäu öùng nhieät cuûa caùc quaù trình hoùa hoïc ñöôïc xaùc ñònh baèng:

Ñoä bieán ñoåi noäi naêng (hieäu öùng nhieät ñaúng tích) Ñoä bieán ñoåi entalpi (hieäu öùng nhieät ñaúng aùp)

Caùc quaù trình phaûn öùng hoùa hoïc thöôøng xaûy ra ôû aùp suaát khoâng ñoåi neân thöôøng ñöôïc xaùc ñònh baèng ∆H

21

a. Ñoä taêng noäi naêng, ñoä taêng entanpi vaø hieäu öùng nhieät

Chuù yù ñeán moái lieân heä giöõa ∆H vaø ∆U Phaûn öùng chæ coù chaát loûng vaø raén tham gia Phaûn öùng coù chaát khí tham gia:

∆V ≈ 0

∆H = ∆U

∆H = ∆U + P∆V = ∆U + ∆nRT

∆n = ∑ n sp − ∑ ncñ 22

b. Hieäu öùng nhieät tieâu chuaån Hieäu öùng nhieät tieâu chuaån: ñaïi löôïng ñöôïc tính vôùi 1 mol chaát vaø töông öùng ñieàu kieän chuaån laø aùp suaát 1 atm, nhieät ñoä thöôøng laáy laø 25oC.

Kyù hieäu ∆Ho298 hay ∆Ho

Soá lieäu naøy coù theå tra trong caùc baûng soá lieäu 23

c. Nhieät taïo thaønh vaø nhieät ñoát chaùy • Nhieät taïo thaønh laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng taïo thaønh 1 mol chaát töø caùc ñôn chaát ôû traïng thaùi töï do beàn vöõng nhaát trong nhöõng ñieàu kieän ñaõ cho veà aùp suaát vaø nhieät ñoä.

Nhieät taïo thaønh tieâu chuaån (kyù hieäu ∆Ho298,tt) cuûa caùc ñôn chaát beàn ñöôïc quy öôùc baèng khoâng Nhieät ñoát chaùy cuûa moät chaát laø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng ñoát chaùy baèng oxy 1 mol chaát ñoù taïo thaønh caùc oxyt cao beàn ôû ñieàu kieän phaûn öùng Löu yù: moät soá tröôøng hôïp chaùy khoâng taïo oxyt Nhieät ñoát chaùy tieâu chuaån kyù hieäu: ∆Hodc 24

d. Phöông trình nhieät hoùa hoïc Laø phöông trình phaûn öùng hoùa hoïc coù ghi keøm theo hieäu öùng nhieät: daáu (−) vôùi phaûn öùng phaùt nhieät (chæ söï giaûm entanpi) daáu (+) vôùi phaûn öùng thu nhieät (chæ söï taêng entanpi cuûa heä)

Ngoaøi ra coøn ghi caùc kyù hieäu chæ traïng thaùi lieân hôïp cuûa caùc chaát phaûn öùng vaø saûn phaåm khi tham gia phaûn öùng: r (raén), l (loûng), k (khí), dd (dung dòch), gr (graphit) …

Zn(r) + 2HCl(dd) = ZnCl2 (dd); ∆Ho298 = -152,57 kJ C(gr) + H2O(k) = CO(k) + H2 (k); ∆Ho298 = +131,25 kJ 25

d. Phöông trình nhieät hoùa hoïc Zn(r) + 2HCl(dd) = ZnCl2 (dd); ∆Ho298 = -152,57 kJ C(gr) + H2O(k) = CO(k) + H2 (k); ∆Ho298 = +131,25 kJ Ñieàu kieän xaûy ra phaûn öùng döïa treân hieäu öùng nhieät:

ôû nhöõng nhieät ñoä bình thöôøng phaûn öùng phaùt nhieät coù khaû naêng töï xaûy ra, coøn phaûn öùng thu nhieät khoâng theå töï xaûy ra, muoán xaûy ra phaûi tieâu toán naêng löôïng. ôû nhieät ñoä cao, quy luaät naøy khoâng ñuùng nöõa 26

2.4.2 Caùc ñònh luaät nhieät hoùa hoïc vaø heä quaû Ñònh luaât Lavoiser – Laplace Löôïng nhieät ñöôïc haáp thuï khi moät chaát phaân huûy thaønh caùc nguyeân toá baèng löôïng nhieät phaùt ra khi taïo thaønh hôïp chaát ñoù töø caùc nguyeân toá. ½ H2 (k) + ½ I2 (k) = HI (k) ∆Ho298 = +26,48 kJ/mol HI (k) = ½ H2 (k) + ½ I2 (k) ∆Ho298 = - 26,48 kJ/mol

27

Ñònh luaät Hess Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng hoùa hoïc chæ phuï thuoäc vaøo baûn chaát vaø traïng thaùi cuûa caùc chaát ñaàu vaø saûn phaåm cuoái chöù khoâng phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñi cuûa phaûn öùng, nghóa laø khoâng phuï thuoäc vaøo soá, ñaëc ñieåm cuûa caùc giai ñoaïn trung gian

* Heä quaû: • • Heä quaû I: Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng baèng toång

nhieät taïo thaønh cuûa caùc saûn phaåm phaûn öùng tröø ñi toång nhieät taïo thaønh cuûa caùc chaát ñaàu.

• • Heä quaû II: Hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng baèng toång nhieät ñoát chaùy cuûa caùc chaát ñaàu tröø ñi toång nhieät ñoát chaùy cuûa caùc saûn phaåm phaûn öùng 28

• Ví duï: • Ñoái vôùi phaûn öùng toång quaùt: • aA + bB = cC + dD • ∆H = ∑∆Httsp − ∑∆Httcñ = [c∆HttC + d∆HttD] − [a∆HttA + b∆HttB] • • ∆H = ∑∆Hñccñ− ∑∆Hñcsp = [a∆HñcA + b∆HñcB] − [c∆HñcC + d∆HñcD] 29

Tính hieäu öùng nhieät phaûn öùng hoùa hoïc •Ôû ñieàu kieän chuaån Trong tröôøng hôïp naøy söû duïng nhieät taïo thaønh, nhieät ñoát chaùy… tieâu chuaån •Ví duï 1: Xaùc ñònh ∆H cuûa phaûn öùng •C(gr) + ½ O2(k) = CO(k), •Cho bieát: • • C(gr) + O2(k) = CO2(k), ∆Η o = -393,51 kJ/mol (1) • o CO(k) + ½O2(k) = CO2(k), ∆Η (2 )= -282,99 kJ/mol

30

C(gr) o ∆Η 298

o ∆Η (1)

CO (k)

CO2(k)

o ∆Η (2)

Töø sô ñoà chuyeån hoùa, theo ñònh luaät Gess: ∆Ho(1) = ∆Ho298 + ∆Ho (2) Vaäy: ∆Ho298 = ∆Ho(1) - ∆Ho (2) = − 94,1+ 67,74 = − 26,46 kcal 31

• Ví duï 2: Xaùc ñònh hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng • CaCO3 (r) = CaO (r) + CO2 (k) ∆Hott, kJ/mol

∆Η

o 298

- 1206,92 o 298ttCaO

=∆

-635,09

+ ∆H

o 298ttCO2

-393,51

− ∆H

o 298ttCaCO3

=

•= - 635,09 – 393,51 – (- 1206,92) = 178,32 kJ/mol

Ví duï 3: Xaùc ñònh hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng: CH3COOH(l) + C2H5OH(l) = CH3COOC2H5(l) + H2O(l) ∆Hoñc, kJ/mol

- 874,58

- 1367,58 - 2238,36

0 32

2.3.4 Söï phuï thuoäc cuûa hieäu öùng nhieät vaøo nhieät ñoä • • Tính chính xaùc: hieäu öùng nhieät theo nhieät ñoä: döïa treân phöông trình Kirchoff: •∆H2 = ∆H1 +

∫

T

T2

∆C p dT = ∆H1 + ∆Cp (T2−T1)

•Trong ñoù, ∆Cp = ∑ Cp(sp) − ∑ Cp(cñ) • Cp laø nhieät dung mol ñaúng aùp.

Ví duï: Tính hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng sau ôû 398oK: NO(k) + 1/2O2 = NO2(k), bieát ∆Ho298 = - 57,07 kJ/mol vaø nhieät dung mol ñaúng aùp cuûa NO, O2, NO2, töông öùng laø 29,84; 29,36; 37,2 J/mol.ñoä 33

2.3.4 Söï phuï thuoäc cuûa hieäu öùng nhieät vaøo nhieät ñoä • Tính gaàn ñuùng: Trong khoaûng nhieät ñoä khoâng quaù lôùn coù theå xem ∆H khoâng thay ñoåi theo nhieät ñoä, vaø khi xaùc ñònh gaàn ñuùng hieäu öùng nhieät ôû nhieät ñoä khaùc chuaån vaãn döïa vaøo caùc ñaïi löôïng nhieät taïo thaønh, ñoát chaùy tieâu chuaån ñeå tính.

34

•Ví duï: Tính ∆H398 cuûa phaûn öùng •CO(k) + ½ O2(k) = CO2(k) •Cp (cal/mol.ñoä) 6,97 7,02 8,88 ∆Ho298 (kcal/mol) −26, 42 −94,10 • • • Gaàn ñuùng: • ∆H398 = ∆Ho298 = −94,10 − (−26,42) • = − 67,68 kcal/mol .

• • Chính xaùc: •∆H398 = ∆Ho298 +[ (8,88 − 6,97−7.02/2)(398−298)] × 10−3 = − 67,84 kcal/mol.

35

3. Nguyeân lyù II vaø entropi (S)

36

3.1 Phaùt bieåu nguyeân lyù II Nguyeân lyù II: Nhieät khoâng theå töï chuyeån töø vaät theå nguoäi hôn sang vaät theå noùng hôn.

37

3.2 Khaùi nieäm veà entropi Vieäc aùp duïng nguyeân lyù II khaûo saùt söï trao ñoåi nhieät cuûa heä vôùi moâi tröôøng trong quaù trình heä chuyeån töø traïng thaùi nhieät ñoä cao T1 sang traïng thaùi nhieät ñoä thaáp T2 laøm xuaát hieän ñaïi löôïng nhieät ñoäng Entropi S Löôïng nhieät Q maø heä trao ñoåi lieân quan vôùi söï bieán ñoåi entropi cuûa heä vaø vôùi nhieät ñoä taïi ñoù xaûy ra söï trao ñoåi nhieät.

Bieåu thöùc toaùn hoïc cuûa nguyeân lyù II

Q ∆S = S2 − S1 ≥ T Daáu = xaûy ra khi quaù trình laø thuaän nghòch

38

Entropi vaø chieàu dieãn ra cuûa caùc quaù trình trong heä coâ laäp • Heä coâ laäp neân Q = 0, neân ∆S ≥ 0 • Neáu quaù trình thuaän nghòch ∆S = 0 • Neáu quaù trình baát thuaän nghòch ∆S ≥ 0 nghóa laø entropi cuûa heä taêng.

• Trong heä coâ laäp nhöõng quaù trình töï xaûy ra laø nhöõng quaù trình coù keøm theo söï taêng entropi.

39

YÙ nghóa vaät lyù cuûa entropiù • Entropi laø thöôùc ño ñoä hoån loaïn cuûa heä (S taêng ñoä hoån loaïn taêng).

•Entropi laø thöôùc ño xaùc suaát traïng thaùi cuûa heä (S taêng xaùc suaát traïng thaùi taêng).

Xaùc suaát traïng thaùi cuûa heä laø toång soá traïng thaùi cuûa caùc tieåu phaân taïo neân traïng thaùi toaøn heä trong thôøi ñieåm ñaõ choïn.

Xaùc suaát traïng thaùi laø moät ñaïi löôïng ñöôïc duøng ñeå noùi leân khaû naêng xaûy ra cuûa quaù trình. Xaùc suaát lôùn thì quaù trình coù nhieàu khaû naêng xaûy ra.

40

Entropi tieâu chuaån Entropi tieâu chuaån S: töông öùng ñieàu kieän 25oC, 1 atm, khí laø khí lyù töôûng, dung dòch coù noàng ñoä 1 ñôn vò (1 mol/lit). Ñôn vò tính Entropi: J/mol.ñoä hay cal/mol.ñoä

•Caùc ñaëc ñieåm cuûa entropi Laø ñaïi löôïng xaùc ñònh traïng thaùi cuûa heä Laø ñaïi luôïng dung ñoä, khoâng phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñi cuûa quaù trình.

Nhieät ñoä taêng laøm taêng entropi Aùp suaát taêng laøm giaûm entropi Heä caøng phöùc taïp, phaân töû caøng phöùc taïp thì entropi caøng lôùn.

Cuøng moät chaát thì caùc traïng thaùi r, l, k seõ coù entropy khaùc nhau vaø taêng daàn leân.

Nhieät ñoä vaø aùp suaát coù aûnh höôûng lôùn ñeán entropy 42

3.3 Tính ñoä bieán ñoåi entropi cuûa moät soá quaù trình hoùa hoïc Quaù trình chuyeån pha Quaù trình chuyeån pha coù theå xem laø caùc quaù trình thuaän nghòch, ñaúng nhieät, ñaúng aùp. Vì vaäy: Qp

∆H ∆S = = T T Caùc quaù trình bay hôi, thaêng hoa, hoøa tan ñeàu keøm theo söï taêng ñoä hoãn loaïn neân Entropi cuûa heä taêng leân.

Caùc quaù trình ngöng tuï, ñoâng ñaëc, keát tinh töø dung dòch xaûy ra vôùi söï giaûm Entropi 43

•Ví duï 1: •Tính ∆S cuûa quaù trình chuyeån 1 mol nöôùc ñaù thaønh nöôùc loûng ôû 0oC vaø tính S cuûa 1 mol nöôùc loûng ôû nhieät ñoä treân, bieát nhieät noùng chaûy cuûa nöôùc ñaù laø 1436,3 cal/mol vaø S cuûa nöôùc ñaù ôû 0oC laø 12,4 cal/mol.ñoä.

Phöông trình nhieät hoùa hoïc bieåu dieãn quaù trình noùng chaûy nöôùc ñaù: H2O(r) ⇔ H2O(l) • Ñaây laø quaù trình ñaúng nhieät, ñaúng aùp neân: ∆Ηcp 1436 , 3 W • ∆S = Sl − Sr = R ln l = = = 5,26 T Wr 273 cal/mol.ñoä Entropi cuûa nöôùc loûng ôû 0oC: Snl = Snd + ∆S = 12,4 + 5,26 = 17,66 cal/mol.ñoä 44

•Ví duï 2: Tính ∆S cuûa quaù trình bay hôi 3 mol benzen loûng ôû nhieät ñoä soâi cuûa benzen laø 80.1oC. Bieát nhieät bay hôi cuûa benzen ôû nhieät ñoä treân laø 30,8 KJ/mol.

Quaù trình bay hôi cuûa benzen ñöôïc bieåu dieãn baèng phöông trính nhieät hoùa hoïc C6H6 (l) C6H6 (r) ∆S Sbh = Sk – Sl Ñaây cuõng laø quaù trình thuaän nghòch, ñaúng nhieät, ñaúng aùp Tính cho 1 mol benzen: ∆Sbh = ∆Hbh/Tbh = 30800/353,1= 87,27 J/mol.ñoä Tính cho 3 mol: ∆Sbh = 3x87,23 = 261,68 J/ñoä 45

Quaù trình giaõn nôû ñaúng nhieät (thuaän nghòch) cuûa khí lyù töôûng • Ñoái vôùi khí lyù töôûng U chæ phuï thuoäc nhieät ñoä neân khi To = const thì ∆U = 0 vaø Q = A. • Do ñoù:

V2 P1 Q A ∆S = = = nR ln = nR ln T T V1 P2 Ví duï 1: Tính ∆S cuûa quaù trình neùn ñaúng nhieät 1 mol oxy töø P1 = 0,001 ñeán P2 = 0,01atm

P1 0,001 ∆S = 1xR ln = 1,987 ln = −4,576 P2 0,01

46

•Ví duï 2: Tính ∆S cuûa quaù trình giaõn nôû thuaän nghòch 5 mol khí Ar ôû 25oC töø aùp suaát 10 ñeán 1 atm Vì ñaây laø quaù trình giaõn nôû ñaúng nhieät thuaän nghòch cuûa khí ñöôïc xem laø gaàn vôùi lyù töôûng neân ta coù

P1 o ∆S = nR ln = 5 x8,314 ln 10 = 95,72 J / K P2 47

Quaù trình bieán ñoåi nhieät ñoä ñaúng aùp • Trong khoaûng nhieät ñoä khaûo saùt khoâng quaù lôùn coù theå xem Cp, ∆S khoâng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä neân: T2 • • Tính chính xaùc: ∆S = n Cp ln T1

•

• Tính gaàn ñuùng: duøng entropi tieâu chuaån ñeå tính ∆S

48

• Ví duï 1: Tính ∆S cuûa quaù trình ñoát noùng 1 mol nöôùc loûng töø 0oC leân 25oC vaø tính S cuûa 1 mol nöôùc loûng ôû nhieät ñoä naøy, bieát nhieät noùng chaûy cuûa nöôùc ñaù laø 1436,3 cal/mol, entropi cuûa nöôùc ñaù ôû 0oC laø 12,4 ñve .

• Tính ∆S quaù trình ñoát noùng nöôùc loûng: 298 • ∆S = 1× 18 × ln = 1,58 ñve .

273 Tính S nöôùc loûng ôû 25oC: Snl = Snñ +∆Snñ→nl +∆S0→25 = = 12,4 +1436,3/27+1,58 = 19,24 ñve 49

• Ví duï 2: Tính ∆S cuûa quaù trình troän laãn 100g nöôùc ñaù ôû 10oC vôùi 200g nöôùc ôû 40oC. Bieát Cp cuûa nöôùc loûng ôû 25oC baèng 75,29 J/mol.ñoä. Xem Cp khoâng thay ñoåi trong khoaûng nhieät ñoä khaûo saùt.

• Nhieät ñoä cuoái cuøng T cuûa hoãn hôïp nöôùc • 100(T-238) = 200(313-T) • Vaäy T = 303oK (30oC) • Ñoä bieán ñoåi entropi cuûa hoãn hôïp nöôùc thu ñöôïc baèng toång caùc ñoä bieán ñoåi entropi cuûa nöôùc 10o vaø 40oC ∆S = ∆S 10 + ∆S 40

100 303 200 303 = x75,29 ln + x75,29 ln = 1,4 J / o K 18 283 18 313 50

Quaù trình phaûn öùng hoùa hoïc • Ñònh tính: döïa vaøo söï bieán ñoåi theå tích cuûa phaûn öùng ∆V > 0 → ∆S > 0 ; • ∆V < 0 → ∆S < 0; • ∆V = 0 → ∆S = 0 • Ví duï : • C(gr) + CO2(k) = 2CO(k) • ∆V = 2V − 1V > 0 → ∆S > 0 • N2(k) + 3H2(k) = 2NH3(k) • ∆V = 2V − 4V < 0 → ∆S < 0 C(gr) + O2(k) = CO2(k) ∆V = 1V − 1V = 0 → ∆S = 0 51

•Ñònh löôïng •∆S = ∑ Ssp − ∑ Scñ = (cSC + dSD) − (aSA + bSB) Ví duï : Tính ∆S cuûa phaûn öùng sau ôû 298oK vaø 1500oK : • C(gr) + CO2(k) = 2CO(k) So298 (cal/mol.ñoä) 1,37 51,06 47,22 S1500 (cal/mol.ñoä) 8,0 69,80 59,50 •ÔÛ 298oK: •∆S298 = 2× 47,22 − (1,37 + 51,06) = 42,01 ñve .

•ÔÛ 1500oK: •∆S1500 = 2× 59.50 − (8,0 + 69,80) = 41,20 ñve .

52

4. THEÁ ÑAÚNG AÙP VAØ CHIEÀU XAÛY RA CUÛA CAÙC QUAÙ TRÌNH HOÙA HOÏC

53

4.1 Khaùi nieäm veà theá ñaúng aùp Caùc yeáu toá entanpi vaø entropi cuûa quaù trình Baûn thaân moãi ñaïi löôïng nhieät ñoäng H hay S chöa giaûi quyeát ñöôïc vaán ñeà chieàu xaûy ra cuûa quaù trình moät caùch toång quaùt nhöng khi phoái hôïp chuùng vôùi nhau thì laïi sinh ra 1 ñaïi löôïng nhieät ñoäng môùi cho pheùp giaûi quyeát ñöôïc vaán ñeà ñoù. Ñaïi löôïng ∆H phaûn aùnh khuynh höôùng taäp hôïp caùc tieåu phaân ñeå heä chuyeån sang traïng thaùi coù naêng löôïng nhoû nhaát.

54

Ñaïi löôïng ∆S phaûn aùnh khuynh höôùng phaân taùn caùc tieåu phaân ñeå coù söï phaân boá hoãn loaïn hôn, ñeå heä chuyeån sang traïng thaùi coù xaùc suaát lôùn nhaát Trong caùc quaù trình hoùa hoïc: khuynh höôùng töï nhieân laø khuynh höôùng giaûm entanpi ∆H < 0 vaø taêng entropi ∆S. ∆H goïi laø yeáu toá entanpi ∆S goïi laø yeáu toá entropi 55

Theá ñaúng aùp vaø phöông trình cô baûn cuûa nhieät ñoäng hoùa hoïc • Ñoái vôùi caùc quaù trình xaûy ra ôû nhieät ñoä vaø aùp suaát khoâng ñoåi, döïa vaøo caùc nguyeân lyù I vaø II ruùt ra: • • G = H − TS • • G: theá ñaúng aùp ñaúng nhieät hay ñôn giaûn theá ñaúng aùp (coøn ñöôïc goïi laø naêng löôïng töï do Gibbs).

56

Ñaëc ñieåm cuûa theá ñaúng aùp: Laø tính chaát cuûa heä nhö U, H…, laø ñaïi löôïng naêng löôïng xaùc ñònh traïng thaùi cuûa heä, laø ñaïi löôïng dung ñoä, khoâng phuï thuoäc vaøo ñöôøng ñi cuûa heä.

Theá ñaúng aùp cuõng nhö ñoä bieán ñoåi theá ñaúng aùp ∆G phuï thuoäc vaøo aùp suaát vaø nhieät ñoä. Ñeå xeùt chieàu xaûy ra cuûa quaù trình döïa vaøo ∆G. Trong quaù trình ñaúng nhieät ñaúng aùp: ∆G = ∆H − T∆ ∆S Ñaây laø phöông trình cô baûn cuûa nhieät ñoäng löïc hoïc, noù cho pheùp tính ñöôïc ∆G cuûa caùc quaù trình xaûy ra ôû ñieàu kieän to = const vaø P = const.

57

Theá ñaúng aùp tieâu chuaån ∆Go298 hay ∆Go

Theá ñaúng aùp tieâu chuaån laø ñoä bieán ñoåi theá ñaúng aùp ôû ñieàu kieän chuaån: noàng ñoä hoaëc aùp suaát rieâng phaàn cuûa moãi chaát baèng 1 ñôn vò (1 mol / lit hoaëc 1 atm), chaát khí phaûi laø khí lyù töôûng, chaát raén vaø loûng phaûi ôû daïng ña hình beàn.

Theá ñaúng aùp taïo thaønh tieâu chuaån cuûa moät chaát (tinh khieát) laø ñoä bieán ñoåi theá ñaúng aùp cuûa phaûn öùng taïo thaønh 1 mol chaát töø caùc ñôn chaát öùng vôùi traïng thaùi töï do beàn vöõng ôû aùp suaát 1 atm, nhieät ñoä 298oK vaø ñöôïc kyù hieäu ∆Go298,tt Theá ñaúng aùp taïo thaønh tieâu chuaån cuûa caùc ñôn chaát beàn quy öôùc baèng 0.

58

4.2 Ñoä bieán ñoåi theá ñaúng aùp vaø ñieàu kieän xaûy ra cuûa caùc quaù trình hoùa hoïc Ñieàu kieän dieãn ra cuûa caùc quaù trình hoùa hoïc •Lyù thuyeát nhieät ñoäng chöùng minh raèng: Am = − ∆G • Am laø coâng coù ích cöïc ñaïi heä thöïc hieän ñöôïc trong quaù trình thuaän nghòch.

• Töø ñaây suy ra: + Quaù trình (töï) xaûy ra khi Am > 0, nghóa laø khi ∆G < 0 + Quùa trình khoâng xaûy ra khi Am < 0, nghóa laø khi ∆G > 0 •+ Khi ∆G = 0 heä ñaït traïng thaùi caân baèng beàn vöõng 59

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán chieàu dieãn ra cuûa caùc quaù trình hoùa hoïc ÔÛ nhieät ñoä thaáp (≈ ≈ 0oK): T∆S ≈ 0 → ∆G = ∆H, daáu ∆G ñöôïc quyeát ñònh bôûi daáu cuûa ∆H, nghóa laø ôû ñieàu kieän naøy coù theå döïa vaøo hieäu öùng nhieät ñeå xeùt chieàu xaûy ra quaù trình.

60

••• ÔÛ nhieät ñoä cao: vì T luoân luoân döông neân daáu T∆S phuï thuoäc vaøo ∆S: • ∆S > 0: khi T caøng cao −T∆S caøng aâm, quaù trình caøng coù khaû naêng xaûy ra.

• ∆S < 0 : khi T caøng cao −T∆S caøng döông, quaù trình caøng ít coù khaû naêng xaûy ra. ÔÛ ñieàu kieän naøy ∆S chieám öu theá neân coù theå döïa vaøo noù xeùt chieàu quaù trình.

••• Ô Ûnhieät ñoä khoâng cao khoâng thaáp: döïa vaøo caû ∆H, ∆S ñeå xeùt chieàu xaûy ra.

61

4.3 Tính ñoä bieán ñoåi theá ñaúng aùp cuûa caùc phaûn öùng hoùa hoïc • Ñeå tính ∆G chuû yeáu döïa vaøo phöông trình:

• ∆G = ∆H − T∆ ∆S • Trong tröôøng hôïp naøy khi khoaûng nhieät ñoä khaûo saùt khoâng quaù lôùn, coù theå söû duïng tröïc tieáp ∆Go, ∆So ñeå tính ∆G. • Ngoaøi ra coù theå döïa vaøo:

• ∆G = ∑ ∆Gttsp − ∑ ∆Gttcñ 62

•Ví duï 1: •Tính ∆Go ôû 298 vaø 1000oK cuûa phaûn öùng : • C(gr) + H2O(k) = CO(k) + H2(k) ∆Ho298 (kj/mol) 0 −241,8 −110,5 0 So298 (J/mol.ñoä) 5,7 188,7 197,9 130,6 ∆G (KJ/mol) 0 −228,6 −137,3 0

63

Tính ôû 298oK : •∆Go298 = ∆Ho298−298 So298 = (−110,5+241,8) − 298(197,9 +130,6−5,7−188,7)×10−3 = 91,3 kJ/mol •∆Go298 = ∆Go298, CO − ∆Go298 H2O •

= −137,3 + 228,6 = 91,3 kj/mol

Tính ôû 1000oK : • ∆Go1000 = ∆Ho298 −1000 So298 = 131,3 − 1000 × 134,1× 10−3 = −2,8 kj/mol 64

•Ví duï 2: Tính ∆Go cuûa phaûn öùng khöûa oxyt saét töø baèng khí Hydro taïo thaønh Fe ôû ñieàu kieän 298oK. Bieát ∆Go cuûa oxyt saét töø laø -1015,3 Kj/mol vaø ∆Go cuûa nöôùc laø -228,59 kJ/mol. ÔÛ ñieàu kieän naøy phaûn öùng coù xaûy ra hay khoâng?

65

Caùm ôn caùc baïn ñaõ laéng nghe!!!

66

CHÖÔNG 5: CAÂN BAÈNG HOÙA HOÏC (3T LT + 1T BT)

1

1. Caân baèng hoùa hoïc 1.1 Caân baèng hoùa hoïc – Phaûn öùng thuaän nghòch

• Phaûn öùng 1 chieàu: chæ xaûy ra theo 1 chieàu trong baát kyø ñieàu kieän naøo hay ít ra laø trong ñieàu kieän tieán haønh phaûn öùng.

MnO • Ví duï: KClO3 = 2KCl + 3O2 Pt • 2H2 + O2 = H2O • Phaûn öùng 2 chieàu hay phaûn öùng thuaän-nghòch: trong cuøng ñieàu kieän tieán haønh phaûn öùng xaûy ra theo 2 chieàu ngöôïc nhau. Phaûn öùng thuaän-nghòch chæ xaûy ra cho ñeán khi ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng.

• Ví duï: H2 + I2 ⇔ 2 HI 2, t

o

t

o

2

1.2 Traïng thaùi caân baèng hoùa hoïc • Xeùt phaûn öùng 356 C • H2 + I2 ⇔ 2 HI o

• Ñònh nghóa: Traïng thaùi caân baèng hoùa hoïc laø traïng thaùi cuûa phaûn öùng hoùa hoïc coù vt = vn vaø tæ leä löôïng chaát giöõa caùc chaát phaûn öùng vôùi saûn phaåm phaûn öùng khoâng thay ñoåi ôû nhöõng ñieàu kieän beân ngoaøi nhaát ñònh.

3

Caùc ñaëc ñieåm cuûa traïng thaùi caân baèng hoùa hoïc: • Toác ñoä phaûn öùng thuaän baèng toác ñoä phaûn öùng nghòch.

• Tæ leä löôïng chaát giöõa caùc chaát tham gia phaûn öùng khoâng thay ñoåi ôû nhöõng ñieàu kieän beân ngoaøi nhaát ñònh.

• Caân baèng hoùa hoïc laø caân baèng ñoäng.

• Khoâng thay ñoåi theo thôøi gian neáu nhöõng ñieàu kieän beân ngoaøi quyeát ñònh traïng thaùi caân baèng khoâng thay ñoåi 4

2. Haèng soá caân baèng vaø möùc ñoä dieãn ra cuûa phaûn öùng hoùa hoïc Haèng soá caân baèng •Xeùt phaûn öùng ñoàng theå toång quaùt: •aA + bB ⇔ cC + dD ÔÛ traïng thaùi caân baèng: vt = kt [A]a [B]b = vn = kn [C]c [D]d Suy ra: kt, kn: haèng soá toác ñoä phaûn öùng thuaän vaø phaûn öùng c d [C ] [ D ] nghòch;

kt KC = = a b k n [ A] [ B ]

[ ] : noàng ñoä caân baèng.

KC: haèng soá caân baèng bieåu dieãn qua noàng ñoä 5

Haèng soá caân baèng coù theå bieåu dieãn qua aùp suaát rieâng phaàn cuûa caùc chaát khí tham gia phaûn öùng. Neáu caùc chaát A, B, C, D laø nhöõng chaát khí ta coù: c d C D a b A B

P P KP = P P

P: aùp suaát rieâng phaàn luùc caân baèng cuûa caùc chaát A, B, C, D

Löu yù : Neáu tham gia vaøo phaûn öùng coù caû chaát khí, loûng vaø raén (phaûn öùng dò theå) thì khi vieát bieåu thöùc haèng soá caân baèng chæ chuù yù ñeán chaát khí. Vì noàng ñoä hay aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa chaát raén hoaëc loûng laø ñaïi löôïng khoâng ñoåi ôû nhieät ñoä nhaát ñònh 6

YÙ nghóa cuûa haèng soá caân baèng Ñoái vôùi phaûn öùng ñaõ cho K laø haèng soá taïi nhieät ñoä nhaát ñònh, nghóa laø K chæ phuï thuoäc nhieät ñoä vaø baûn chaát phaûn öùng, khoâng phuï thuoäc vaøo noàng ñoä vaø aùp suaát rieâng phaàn caùc chaát tham gia phaûn öùng.

K cho bieát möùc ñoä xaûy ra cuûa phaûn öùng veà ñònh tính (noâng, saâu) vaø ñònh löôïng (hieäu suaát): K caøng lôùn phaûn öùng xaûy ra caøng saâu, hieäu suaát caøng lôùn vaø ngöôïc laïi.

Döïa vaøo K coù theå tính toaùn caùc ñaïi löôïng lieân quan vôùi traïng thaùi caân baèng: noàng ñoä, löôïng caùc chaát tham gia vaøo caân baèng, hieäu suaát phaûn öùng 7

Moái lieân quan giöõa caùc haèng soá caân baèng Xeùt phaûn öùng toång quaùt: aA + bB ⇔ cC + dD KP = KC (R T)∆n vôùi : ∆n = (c + d) − (a + b) vaø R = 0.082 8

Moät soá ví duï Ví duï 1: Cho phaûn öùng thuaän nghòch PCl5(k) ⇔ PCl3(k) + Cl2(k) ÔÛ 300oC noàng ñoä luùc caân baèng cuûa PCl5 baèng 4,08.10-4, cuûa PCl3 vaø Cl2 ñeàu baèng 0,01 mol/l. Tính haèng soá caân baèng KC vaø KP cuûa phaûn öùng ôû 300oC. Ví duï 2: Trong bình kín chöùa caùc khí H2 vaø I2 ôû 600oK aùp suaát rieâng phaàn ban ñaàu cuûa chuùng töông öùng laø 1,980 vaø 1,710 atm. Cho Kp = 92,6 a.Tính aùp suaát rieâng phaàn cuûa caùc khí trong bình cuõng nhö aùp suaát chung cuûa heä sau khi phaûn öùng xaûy ra ñaït traïng thaùi caân baèng ôû nhieät ñoä ñaõ cho. b. Tính % löôïng I2 ñaõ phaûn öùng 9

Ví duï 3: Cho phaûn öùng: FeO(r) + CO(k) ⇔ Fe(r) + CO2(k) a. Tính noàng ñoä CO, CO2 luùc caân baèng ôû 1000oC, bieát ôû nhieät ñoä naøy phaûn öùng coù haèng soá caân baèng KC = 0,5 vaø noàng ñoä ban ñaàu cuûa CO laø 0,06 mol/lit b. Sau khi caân baèng phaûn öùng treân ñöôïc thieát laäp (ôû ñieàu kieän ñaõ cho) theâm vaøo löôïng CO töông öùng 1 mol/lit . Tính noàng ñoä CO, CO2 luùc caân baèng môùi ñöôïc thieát laäp. c. Tính hieäu suaát toång coäng cuûa phaûn öùng .

10

3. Haèng soá caân baèng vaø theá ñaúng aùp ÔÛ ñieàu kieän chuaån: ∆GoT = ∆Ho298 - T ∆So298 = −RT ln KP ÔÛ ñieàu kieän baát kyø: ∆GT = ∆G0T + RT ln

c

d

pC pD

= − RT ln K + RT ln P b

a pA pB

p Cc p dD

p aA p Bb

Bieåu thöùc treân cho thaáy moái quan heä giöõa ∆G vaø Kp trong tröôøng hôïp toång quaùt, vôùi p laø aùp suaát rieâng phaàn caùc khí ôû ñieàu kieän baát kyø

11

Löu yù Trong bieåu thöùc ∆GoT: chính xaùc laø KP, coøn chæ aùp duïng ñöôïc KC khi KC = KP (töùc laø khi ∆n = 0) hoaëc khi phaûn öùng dieãn ra trong dung dòch.

Khi bieát chieàu xaûy ra cuûa phaûn öùng cuõng coù theå bieát möùc ñoä dieãn ra cuûa noù. Khi ∆G < 0 quaù trình xaûy ra ñöôïc. ∆G caøng aâm quaù trình dieãn ra caøng saâu vaø haèng soá caân baèng K caøng lôùn, hieäu suaát quaù trình caøng cao.

12

Caùc ví duï •

Ví duï 1: Cho phaûn öùng: •

• •

∆H0298(cal/mol) S0298 (cal/mol.ñoä)

2 NO2 (k) 8019 57,46

⇔

N2O4 (k) 2309 72,73

a. ÔÛ 25oC vaø aùp suaát rieâng phaàn moãi khí laø 1 atm phaûn öùng coù xaûy ra khoâng? Neáu coù thì hieäu suaát laø bao nhieâu? b. Xaùc ñònh chieàu xaûy ra cuûa phaûn öùng ñaõ cho ôû caùc ñieàu kieän 25oC vaø aùp suaát rieâng phaàn caùc khí NO2 vaø N2O4 töông öùng laø: a) 0,9 vaø 0,1; b) 0,72 vaø 0,28; c) 0,1 vaø 0,9 atm 13

•Ví duï 2: Cho phaûn öùng CaCO3(r) ⇔ CaO(r) + CO2(k) Tính haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng ôû 25oC vaø xaùc ñònh nhieät ñoä maø ôû ñoù aùp suaát nhieät phaân cuûa CaCO3 baèng 1atm.

(Gôïi yù: phaûi tra caùc giaù trò nhieät ñoäng töø caùc baûng phuï luïc) 14

4. Haèng soá caân baèng vaø hieäu öùng nhieät Keát hôïp caùc bieåu thöùc nhieät ñoäng ta coù: - RTlnK = ∆Ho -T∆So

lnK = - ∆Ho/RT +∆So/R

Trong moät khoaûng nhieät ñoä khoâng lôùn thì ∆Ho ∆So khoâng thay ñoåi theo nhieät ñoä neân:

Phöông trình cho pheùp tính K cuûa moät phaûn öùng ôû nhieät ñoä baát kyø khi bieát K vaø hieäu öùng nhieät cuûa phaûn öùng ôû moät nhieät ñoä khaùc 15

Ví duï • Cho phaûn öùng NO (k) + 1/2O2 ↔ NO2 (k) • Tính haèng soá caân baèng Kp cuûa phaûn öùng ôû 325oC bieát hieäu öùng nhieät tieâu chuaån cuûa phaûn öùng baèng • -57,07kJ/mol vaø haèng soá caân baèng Kp ôû 25oC baèng 1,3.106.

• Ñaùp soá: 12,45

16

5. Söï chuyeån dòch caân baèng vaø nguyeân lyù Le Chartelier •Nguyeân lyù chuyeån dòch caân baèng (nguyeân lyù Le Chartelier) •Khi taùc duïng töø ngoaøi vaøo heä caân baèng baèng caùch thay ñoåi moät ñieàu kieän naøo ñoù quyeát ñònh vò trí caân baèng, thì vò trí caân baèng cuûa heä seõ dòch chuyeån veà phía laøm giaûm hieäu quaû taùc duïng ñoù.

17

5.1 Aûnh höôûng cuûa noàng ñoä • Khi taêng noàng ñoä cuûa caùc chaát phaûn öùng caân baèng seõ dòch chuyeån theo chieàu thuaän • Khi taêng noàng ñoä cuûa saûn phaåm phaûn öùng seõ dòch chuyeån theo chieàu nghòch.

• Ñoái vôùi heä caân baèng neáu taêng hay giaûm noàng ñoä cuûa moät chaát thì caân baèng seõ dòch chuyeån veà phía laøm giaûm hay taêng noàng ñoä chaát ñoù 18

5.2 Aûnh höôûng cuûa aùp suaát • Ñoái vôïi heä caân baèng cuûa caùc chaát khí khi taêng aùp suaát cuûa heä thì caân baèng dòch chuyeån veà phía laøm giaûm aùp suaát, phía taïo ít phaân töû khí hôn.

Ngöôïc laïi, neáu giaûm aùp suaát cuûa heä thì caân baèng dòch chuyeån veà phía laøm taêng aùp suaát, phía taïo nhieàu phaân töû khí hôn.

• Ví duï xeùt phaûn öùng: • 2A(k) + B(k) ↔ C (k) + 3D (k) 19

5.3 Aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä • Ñoái vôùi heä caân baèng khi taêng nhieät ñoä caân baèng seõ chuyeån dòch theo chieàu thu nhieät, coøn khi haï nhieät ñoä caân baèng seõ dòch chuyeån theo chieàu phaùt nhieät.

• Ví duï xeùt phaûn öùng: 2NO2(k) ⇔ N2O4 (k), ∆Ho298= −57,2 kJ/mol 20

•Ví duï: Ñoái vôùi phaûn öùng: N2(k) + 3H2(k) ⇔ 2 NH3 (k) , ∆Ho298= −11,0 kcal/mol.

• Khi taêng noàng ñoä hyñro: • caân baèng chuyeån dòch theo chieàu thuaän.

• Khi taêng nhieät ñoä cuûa heä: caân baèng chuyeån dòch theo chieàu nghòch.

• Khi taêng aùp suaát cuûa heä: caân baèng chuyeån dòch theo chieàu thuaän.

21

CHÖÔNG 6: DUNG DÒCH (Thôøi löôïng: 2t LT + 1t BT)

1

1. Caùc heä phaân taùn vaø dung dòch Heä phaân taùn laø heä trong ñoù coù 1 chaát phaân boá (chaát bò phaân taùn) vaøo 1 chaát khaùc (moâi tröôøng phaân taùn). Caùc chaát coù theå laø khí (K), loûng (L), raén (R).

• Phaân loaïi caùc loaïi phaân taùn döïa theo kích thöôùc haït chaát bò phaân taùn: • • Heä phaân taùn thoâ (theå lô löûng): caùc haït phaân taùn coù kích thöôùc 10−5 cm. Heä khoâng beàn, bò sa laéng.

• Ví duï: huyeàn phuø ñaát seùt trong nöôùc (heä R−L), nhuõ töông söõa (heä L−L).

2

•• Heä phaân taùn cao (heä keo): caùc haït phaân taùn coù kích thöôùc 10−5 − 10−7 cm. Heä cuõng khoâng beàn do caùc haït lieân hôïp vôùi nhau vaø sa laéng.

• Ví duï : gelatin, keo daùn, söông muø (heä L−K), khoùi (heä R−K) R K) .

•• Heä phaân töû − ion (dung dòch phaân töû − ion): caùc haït phaân taùn coù kích thöôùc 10−7−10−8 cm. Heä naøy chính laø dung dòch beàn.

3

Khaùi nieäm veà dung dòch •Ñònh nghóa: Laø heä ñoàng theå goàm 2 hay nhieàu chaát maø thaønh phaàn cuûa chuùng coù theå thay ñoåi trong giôùi haïn roäng •Ñeå ñieàu cheá dung dòch thì moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng laø löïa choïn ñöôïc dung moâi thích hôïp.

•Ñoái vôùi dung dòch: chaát bò phaân taùn laø chaát tan, coøn moâi tröôøng phaân taùn laø dung moâi •- Thoâng thöôøng dung moâi ñöôïc xem laø chaát coù traïng thaùi taäp hôïp khoâng thay ñoåi khi taïo thaønh dung dòch.

•- Neáu chaát tan vaø dung moâi coù cuøng traïng thaùi taäp hôïp thì dung moâi ñöôïc xem laø chaát coù löôïng nhieàu hôn.

4

Caùc loaïi dung dòch •+ Dung dòch khí: caùc hoãn hôïp khí. Ví duï khoâng khí laø moät dung dòch khí cuûa nitô (78% theå tích), oxy (21%), caùc khí trô, CO2, hôi nöôùc (1%)… hoøa tan töông hoã vôùi nhau. Dung dòch khí coù aùp suaát chung baèng toång aùp suaát rieâng phaàn cuûa caùc khí taïo thaønh.

•+ Dung dòch raén: taïo thaønh do söï hoøa tan caùc chaát raén, loûng hay khí trong chaát raén. Dung dòch raén coøn ñöôïc goïi laø tinh theå hoãn taïp.

•+ Dung dòch loûng: dung moâi loûng hoøa tan caùc chaát khí, loûng, hay raén.

5

2. Noàng ñoä dung dòch vaø caùch bieåu dieãn Noàng ñoä dung dòch laø löôïng chaát tan coù trong moät khoái löôïng hay moät theå tích xaùc ñònh cuûa dung dòch hoaëc dung moâi.

Caùc noàng ñoä dung dòch thoâng duïng: Noàng ñoä phaàn traêm khoái löôïng (%) Noàng ñoä phaân töû gam hay noàng ñoä mol (M) Noàng ñoä molan (m) Noàng ñoä phaàn mol (Ni) Noàng ñoä ñöông löôïng gam (N) 6

Noàng ñoä phaàn traêm: C% Noàng ñoä phaàn traêm laø soá gam chaát tan coù trong 100 gam dung dòch. Ñôn vò (%) a ⋅ 100 % C% = a+b

a : soá gam chaát tan b : soá gam dung moâi

VD: Dung dòch HNO310% ⇔ 100g dd HNO3 = 10g HNO3 nguyeân chaát + 90g H2O 7

Noàng ñoä phaân töû gam hay noàng ñoä mol (M) Noàng ñoä mol/lit laø soá mol chaát tan coù trong moät lít dung dòch

CM

n a = = V M.V

CM

10.d .C % = M

a: soá gam chaát tan M: phaân töû gam chaát tan V: theå tích dung dòch (lít) d: khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch (g/ml) 8

Noàng ñoä molan (Cm) •Noàng ñoä molan (Cm) laø soá mol chaát tan coù trong 1000 gam dung moâi. Ñôn vò (m)

Cm

1000 . a = M .b

a: soá gam chaát tan b: soá gam dung moâi M: phaân töû gam chaát tan (g)

VD: Hoøa tan 0,9 gam C6H12O6 trong 100 gam H2O.

Tính Cm cuûa C6H12O6?

9

Noàng ñoä phaàn mol (Ni) Ñöôïc tính baèng tæ soá giöõa soá mol cuûa moät chaát caàn xaùc ñònh noàng ñoä vaø toång soá mol caùc chaát taïo thaønh dung dòch • VD : A + B → dd B

nA NA = nA + nB nB NB = nA + nB

mA nA = MA mB nB = MB

mA ; mB : khoái löôïng cuûa A ; B MA ; MB : phaân töû gam cuûa A ; B

10

Noàng ñoä ñöông löôïng gam (N) •Noàng ñoä ñöông löôïng gam laø soá ñöông löôïng gam chaát tan coù trong 1 lít dung dòch

a CN = Ñ.V

V: theå tích dung dòch (lít) Ñ: ñöông löôïng gam chaát tan a: soá gam chaát tan

CN M = =n CM Ñ

CN = n.CM 11

•Ghi chuù: •Khi bieát noàng ñoä vaø theå tích cuûa moät chaát tính ñöôïc noàng ñoä cuûa chaát thöù hai.

•Döïïa vaøo heä thöùc : CA.VA = CB.VB •Trong ñoù: •VA, VB laø theå tích cuûa chaát A, B; •CA, CB laø noàng ñoä ñöông löôïng cuûa A, B Noàng ñoä ñöông löôïng gam thöôøng ñöôïc söû duïng trong hoùa phaân tích ñeå tính toaùn löôïng caùc dung dòch phaûn öùng vôùi nhau 12

3. Söï hoøa tan taïo thaønh dung dòch – Hieäu öùng nhieät cuûa quaù trình hoøa tan •Theo lyù thuyeát dung dòch hieän ñaïi cô cheá taïo thaønh dung dòch bao goàm: •• Quaù trình vaät lyù (quaù trình chuyeån pha): laø quaù trình phaù vôõ maïng tinh theå chaát tan vaø phaân boá caùc tieåu phaân chaát tan taïo thaønh trong dung moâi.

• Quaù trình hoùa hoïc (quaù trình sonvaùt hoùa): laø quaù trình töông taùc cuûa caùc tieåu phaân chaát tan vôùi dung moâi taïo thaønh hôïp chaát sonvaùt. Ñoái vôùi dung moâi laø nöôùc thì ñoù laø quaù trình hyñraùt hoùa vaø taïo thaønh hôïp chaát hyñraùt.

13

Ví duï: khi hoøa tan CuSO4 vaøo nöôùc thì trong quaù trình vaät lyù (chuyeån pha) seõ taïo thaønh caùc ion Cu2+ vaø SO42-, sau ñoù ion Cu2+ taùc duïng vôùi nöôùc taïo thaønh ion hyñraùt Cu2+.5H2O trong quaù trình hoùa hoïc (sonvaùt hoùa).

14

Quaù trình hoøa tan vaø quaù trình caân baèng hoøa tan • Xeùt tröôøng hôïp toång quaùt: hoøa tan chaát raén trong chaát loûng taïo thaønh dung dòch loûng.

• Quaù trình hoøa tan bao goàm 2 quaù trình ngöôïc nhau xaûy ra ñoàng thôøi: 1. Taùch caùc tieåu phaân chaát tan ra khoûi tinh theå chaát tan vaø phaân boá chuùng vaøo dung moâi (quaù trình hoøa tan); 2. Keát tuûa caùc tieåu phaân chaát tan trong dung dòch leân beà maët tinh theå chaát tan (quaù trình keát tuûa).

Do vaäy quaù trình hoøa tan seõ dieãn ra cho ñeán khi ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng hoøa tan (∆G = 0): • Tinh theå chaát tan X ⇔ Dung dòch chaát tan X 15

Söï thay ñoåi tính chaát nhieät ñoäng khi taïo thaønh dung dòch •Quaù trình hoøa tan töï xaûy ra (∆G < 0) vaø coù theå laø thu nhieät hay phaùt nhieät tuøy thuoäc vaøo quaù trình vaät lyù (thu nhieät) hay quaù trình hoùa hoïc (phaùt nhieät) chieám öu theá: ∆Hht = ∆Hcp + ∆Hsh • Ñònh nghóa: Nhieät hoøa tan laø löôïng nhieät thu vaøo hay phaùt ra khi hoøa tan moät mol chaát tan.

Ví duï: quaù trình hoøa tan NH4NO3 laø thu nhieät (∆Ho = + 25,10 kJ), coøn quaù trình hoøa tan KOH laø phaùt nhieät (∆Ho = − 54,39 kJ).

16

4. Ñoä tan cuûa caùc chaát vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng

•Ñoä tan Khi quaù trình hoøa tan ñaït ñöôïc traïng thaùi caân baèng thì dung dòch thu ñöôïc seõ chöùa löôïng toái ña chaát tan ôû nhöõng ñieàu kieän beân ngoaøi (nhieät ñoä, aùp suaát). Dung dòch öùng vôùi traïng thaùi ñoù goïi laø dung dòch baõo hoøa.

Noàng ñoä chaát tan trong dung dòch baõo hoøa ôû nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh goïi laø ñoä tan cuûa chaát ñoù.

Thöïc teá thöôøng bieåu dieãn ñoä tan baèng soá gam chaát tan tan ñöôïc trong 100g dung moâi.

17

Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä tan AÛnh höôûng cuûa baûn chaát chaát tan vaø dung moâi Quy taéc kinh nghieäm: chaát töông töï tan trong chaát töông töï.

Ví duï: nhöõng dung moâi coäng hoùa trò khoâng cöïc hay coù cöïc yeáu seõ hoøa tan maïnh caùc hôïp chaát khoâng cöïc hay coù cöïc yeáu, hoaø tan keùm caùc hôïp chaát coù cöïc maïnh vaø haàu nhö khoâng hoøa tan caùc hôïp chaát ion.

Ngöôïc laïi, nhöõng dung moâi coù cöïc maïnh seõ hoøa tan caùc hôïp chaát coù cöïc hay ion vaø ít hoøa tan caùc hôïp chaát khoâng cöïc 18

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát Nhiệt ñoä vaø aùp suaát aûnh höôûng lôùn ñeán ñoä tan cuûa caùc chaát Ñoä tan laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho caân baèng hoøa tan. → có thể söû duïng nguyeân lyù chuyeån dòch caân baèng Ler Chaterlide ñeå khaûo saùt aûnh höôûng cuûa hai yeáu toá naøy.

19

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát Xeùt quaù trình hoøa tan chaát khí trong loûng A (k) + D (l) ↔ A (dd) Quaù trình naøy laø quaù trình phaùt nhieät neân nhieät ñoä taêng ñoä tan chaát khí giaûm.

Quaù trình hoøa tan laøm giaûm theå tích cuûa heä → khi taêng aùp suaát, ñoä tan taêng.

• Ñònh luaät Henry: ÔÛ nhieät ñoä khoâng ñoåi ñoä tan cuûa chaát khí tyû leä vôùi aùp suaát rieâng phaàn cuûa noù.

C = k.p

20

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát Xeùt quaù trình hoøa tan chaát loûng trong loûng • Coù 3 tröôøng hôïp: Hoøa tan voâ haïn: ñaëc tröng cho caùc dung dòch lyù töôûng (∆H ht = 0 vaø ∆Vht = 0) hay caùc dung dòch coù taïo thaønh hôïp chaát hoùa hoïc.

Khoâng hoøa tan: khi hai chaát coù baûn chaát hoaøn toaøn khaùc nhau (môõ vaø nöôùc, benzen vaø nöôùc…)

Hoøa tan coù giôùi haïn: quaù trình hoøa tan keøm theo hieäu öùng thu nhieät → khi nhieät ñoä taêng ñoä tan taêng.

• Aùp suaát haàu nhö khoâng coù aûnh höôûng ñeán ñoä tan 2 chaát loûng.

21

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát Xeùt quaù trình hoøa tan chaát raén trong loûng Aùp suaát: haàu nhö khoâng aûnh höôûng vì theå tích taêng khoâng ñaùng keå.

Nhieät ñoä: aûnh höôûng ñaùng keå ñeán ñoä tan. Tuøy thuoäc vaøo quaù trình hoøa tan laø thu nhieät hay toûa nhieät.

Thu nhieät: nhieät ñoä taêng ñoä tan taêng Toûa nhieät: nhieät ñoä taêng ñoä tan giaûm.

22

5. DUNG DÒCH CHAÁT KHOÂNG ÑIEÄN LY VAØ CAÙC TÍNH CHAÁT

23

5.1 Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung dòch Quaù trình bay hôi töï nhieân (thu nhieät) cuûa baát kyø chaát loûng naøo cuõng laø quaù trình thuaän nghòch vì ñoàng thôøi vôùi noù bao giôø cuõng xaûy ra quaù trình ngöng tuï hôi (phaùt nhieät) A (loû ng)

bay hôi, ∆H >0 ngöng tuï, ∆H < 0

A (hôi)

Hôi taïo thaønh treân beà maët chaát loûng gaây ra aùp suaát hôi.

Khi quaù trình thuaän nghòch ñaït traïng thaùi caân baèng ∆Gbh = 0 (toác ñoä bay hôi baèng toác ñoä ngöng tuï) thì aùp suaát hôi ñöôïc goïi laø aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa chaát loûng hay dung moâi nguyeân chaát.

24

Aùp suaát hôi baõo hoøa ñaëc tröng cho söï bay hôi cuûa chaát loûng. Laø ñaïi löôïng khoâng ñoåi taïi nhieät ñoä nhaát ñònh vaø taêng theo nhieät ñoä ÔÛ cuøng nhieät ñoä, aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung dòch (P1) luoân luoân nhoû hôn aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung moâi nguyeân chaát (Po): P1 < Po Ñònh luaät Raoult: aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung dòch baèng aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung moâi nguyeân chaát nhaân vôùi phaàn mol cuûa dung moâi trong dung dòch P1 = Po.N1 • P1 : aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung dòch • Po : aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung moâi nguyeân chaát • N1 : noàng ñoä phaàn mol cuûa dung moâi 25

Ví duï • Tính aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa dung dòch chöùa 5g chaát tan trong 100g nöôùc ôû nhieät ñoä 25oC, bieát ôû nhieät ñoä naøy nöôùc coù aùp suaát hôi baõo hoøa baèng 23,76 mmHg vaø phaân töû gam chaát tan laø 62,5g.

• Ñaùp soá: P1 = 23,40 mmHg

26

5.2 Nhieät ñoä soâi, nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa dung dòch

A (hôi)

ngöng tuï, ∆H < 0 bay hôi, ∆H >0

A (loûng)

hoù a raénï, ∆H < 0 noùng chaûy, ∆H >0

A (r)

Nhieät ñoä soâi cuûa chaát loûng laø nhieät ñoä taïi ñoù aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa noù baèng aùp suaát beân ngoaøi Nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa chaát loûng laø nhieät ñoä ôû ñoù aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa pha loûng baèng cuûa pha raén Pngoaøi = Pkq = 760 mmHg = 1atm 27

Ví duï: nhieät ñoä soâi cuûa nöôùc loûng baèng 100oC, öùng vôùi aùp suaát beân ngoaøi laø 1 atm.

Nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa nöôùc baèng 0oC (chính xaùc baèng 0,0099oC) öùng vôùi aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa nöôùc ñaù vaø nöôùc loûng laø 0,006 atm.

PH2O( l ) = PH2O( r ) Xeùt dung dòch chöùa chaát tan khoù bay hôi: Nhieät ñoä soâi cuûa dung dòch luoân luoân cao hôn cuûa dung moâi nguyeân chaát; ngöôïc laïi nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa dung dòch luoân luoân thaáp hôn cuûa dung moâi nguyeân chaát.

28

Ñònh luaät Raoult 2: Ñoä taêng nhieät ñoä soâi vaø ñoä haï nhieät ñoä ñoâng ñaëc cuûa dung dòch tyû leä thuaän vôùi noàng ñoä chaát tan trong dung dòch. ∆to = k.Cm o ∆t s

=

o t s(dd )

o − t s(dm )

= k s .C m

∆tos: ñoä taêng nhieät ñoä soâi cuûa dung dòch Cm : noàng ñoä molan cuûa dung dòch ks: haèng soá nghieäm soâi (chæ phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa dung moâi) 29

o ∆t ñ

=

o t ñ (dm )

o − t ñ (dd )

= k ñ .C m

•Cm : noàng ñoä molan cuûa dung dòch •kñ: haèng soá nghieäm ñoâng (chæ phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa dung moâi) •∆toñ : ñoä giaûm nhieät ñoä ñoäng ñaëc cuûa dung dòch Ví duï: Tính nhieät ñoä soâi ts vaø nhieät ñoä ñoâng ñaëc tñ cuûa dung dòch chöù 9g glucozo trong 100g nöôùc. Bieát ks = 0,51 ñoä/mol vaø kñ = 1,86 ñoä/mol Ñaùp soá: ts = 100,26oC vaø tñ = - 0,93oC 30

5.3 Aùp suaát thaåm thaáu cuûa dung dòch Hieän töôïng khueách taùn moät chieàu cuûa caùc tieåu phaân dung moâi qua maøng baùn thaám goïi laø söï thaåm thaáu.

Aùp suaát thaåm thaáu cuûa dung dòch baèng aùp suaát beân ngoaøi caàn taùc ñoäng leân dung dòch ñeå cho hieän töôïng thaåm thaáu khoâng xaûy ra.

Aùp suaát thaåm thaáu cuûa dung dòch tæ leä thuaän vôùi noàng ñoä chaát tan vaø nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa dung dòch C: noàng ñoä phaân töû gam π = CRT chaát tan 31

Xin caùm ôn caùc baïn ñaõ laéng nghe!!!

32

CHÖÔNG 7: DUNG DÒCH ÑIEÄN LY (Thôøi löôïng: 5t LT + 2t BT)

1

1. Caùc dung dòch Axit, Bazô, muoái trong nöôùc vaø nhöõng ñaëc ñieåm cuûa chuùng Caùc dung dòch axit, baz vaø muoái trong nöôùc khoâng tuaân theo caùc ñònh luaät Raoul, Vant’ Hoff caùc giaù trò thöïc nghieäm ñoái vôùi caùc dung dòch naøy ñeàu coù giaù trò lôùn hôn so vôùi khi tính toaùn theo caùc ñònh luaät treân.

Muoán aùp duïng ñöôïc nhöõng ñònh luaät naøy, phaûi theâm vaøo moät heä soá ñieàu chænh i naøo ñoù; i goïi laø heä soá ñaúng tröông hay heä soá Vant’ Hoff.

Caùc dung dòch axit, baz, muoái trong nöôùc coù tính daãn ñieän 2

2. Lyù thuyeát ñieän li Arrhenius vaø Kablucoâp Thuyeát ñieän li Arrhenius: ngay sau khi hoøa tan vaøo nöôùc caùc chaát axit, baz vaø muoái phaân li thaønh caùc ion döông (cation) vaø aâm (anion).

Söï phaân li thaønh ion cuûa caùc chaát tan trong dung dòch (hay khi noùng chaûy) ñöôïc goïi laø söï ñieän li.

Chaát phaân li thaønh ion trong dung dòch (hay khi noùng chaûy) ñöôïc goïi laø chaát ñieän li.

Ví duï: dung dòch KCl 0,2N coù i = 1,81, khi pha loaõng voâ cuøng i= 2

3

• Haïn cheá cuûa Arrhenius: khoâng tính ñeán söï töông taùc giöõa caùc tieåu phaân trong dung dòch.

Khi noùi ñeán söï ñieän li khoâng theå boû qua söï töông taùc giöõa caùc ion vaø tieåu phaân dung moâi.

•Kablucov (Каблуков): söï ñieän li laø söï phaân li cuûa caùc chaát tan döôùi taùc duïng cuûa caùc tieåu phaân dung moâi thaønh nhöõng ion sonvat hoùa.

4

3. Ñoä ñieän ly •Caân baèng ñieän li: Am Bn ⇔ mA + nB Ñeå ñaëc tröng cho khaû naêng phaân li caùc chaát ñieän ly trong dung dòch ta söû duïng ñaïi löôïng ñoä ñieän ly α n+

m−

•Ñoä ñieän li α laø tæ soá giöõa caùc phaân töû ñaõ phaân li thaønh ion (n) treân toång soá phaân töû ñaõ hoøa tan trong dung dòch (no)

n α= no

YÙ nghóa: neáu noùi dung dòch HF trong nöôùc ôû 25oC coù ñoä ñieän li α = 0,09 thì coù yù nghóa gì?

5

Caùc chaát ñieän li maïnh: phaân li hoaøn toaøn thaønh ion trong dung dòch neân coù α = 1 (caùc axit vaø baz voâ cô maïnh vaø ñaïi ña soá caùc muoái trung tính).

Caùc chaát ñieän li yeáu: trong dung dòch khoâng phaân li hoaøn toaøn neân coù α < 1 (caùc axit vaø baz voâ coâ yeáu, caùc axit vaø baz höõu cô, coù theå keå caû moät soá muoái acid hoaëc muoái baz.

Khi xeùt trong dung dòch 0,1N ta coù: Caùc chaát ñieän li maïnh: α > 30% Caùc chaát ñieän li yeáu: α < 3% Caùc chaát ñieän li trung bình: 3% < α < 30% 6

Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán α AÛnh höôûng cuûa dung moâi: söï phaân li cuûa chaát tan thaønh ion thöôøng xaûy ra yeáu trong dung moâi coù cöïc yeáu, vaø ngöôïc laïi.

AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä: ñoä ñieän li taêng khi noàng ñoä dung dòch giaûm, vaø ngöôïc laïi.

AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä: ñoä ñieän li taêng khi taêng nhieät ñoä (khoâng hoøan toaøn ñuùng 100%) vì ña soá tröôøng hôïp quaù trình ñieän li thöôøng keøm theo söï thu nhieät.

7

Caùch xaùc ñònh α qua heä soá ñaúng tröông i •Xeùt dung dòch chöùa no phaân töû hoøa tan; coù ñoä ñieän li α •Nhö vaäy: •Soá phaân töû ñaõ phaân li: (no α) •Soá phaân töû coøn laïi khoâng phaân li: (no - no α) •Neáu moãi phaân töû chaát ñieän li phaân li thaønh m ion thì soá ion ñöôïc taïo thaønh trong dung dòch laø: (no αm) •Toång soá tieåu phaân coù trong dung dòch: •no αm + no - no α i −1 n oα m + n o − n oα α= i =

no

m −1

8

Ví duï 1 •Xaùc ñònh ñoä ñieän li cuûa dung dòch chöùa 2g axit HF trong 1000g nöôùc, bieát dung dòch ñoâng ñaëc ôû -0,203oC.

•Ví duï 2

•Xaùc ñònh ñoä ñieän li cuûa CH3COOH bieát raèng dung dòch coù i = 1,043 9

4. CAÂN BAÈNG TRONG DUNG DÒCH CHAÁT ÑIEÄN LI YEÁU

10

5.1 Ñaëc ñieåm Ñoái vôùi chaát ñieän li yeáu, quaù trình ñieän li cuûa chuùng trong dung dòch thöïc söï laø quaù trình thuaän nghòch.

Trong dung dòch coù caân baèng ñoäng giöõa caùc phaân töû trung hoøa vaø ion cuûa noù. Caân baèng ñieän li:

Am Bn ⇔ mA

n+

+ nB

m−

11

5.2 Caân baèng ñieän li vaø haèng soá ñieän li Am Bn ⇔ mAn + + nB m − n+ m

m− n

[ A ] [B ] K= [ Am Bn ]

K: haèng soá ñieän li hay haèng soá ion hoùa.

Caân baèng ñieän li tuaân theo ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng.

K laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho moãi chaát ñieän li vaø dung moâi vaø chæ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä.

12

5.3 Moái lieân heä giöõa K, α vaø C Xeùt caân baèng ñieän li ñôn giaûn: +

AB ⇔ A + B

−

C: noàng ñoä ban ñaàu cuûa AB α: ñoä ñieän li K α= C

Ñoái vôùi chaát ñieän li AmBn coù m hoaëc n lôùn hôn 1, söï phaân li xaûy ra theo töøng baäc 1 vaø moãi baäc coù haèng soá ñieän li ñaëc tröng.

Thöïc teá, chæ xeùt baäc phaân li thöù nhaát. Do haèng soá ñieän li baäc thöù 2, thöù 3 luoân luoân nhoû hôn haèng soá baäc thöù nhaát nhieàu (khoaûng 10-5 laàn) 13

Ví duï 1 •Tìm haèng soá ñieän li cuûa axit axetic bieát raèng trong dung dòch 0,01M ñoä ñieän li cuûa noù laø 4,3%.

•Ví duï 2

•Tìm ñoä ñieän li axit HCN 0,05M, bieát noù coù K = 7.1010

•Ví duï 3

•Axit HNO2 coù K = 5.10-4. Hoûi noàng ñoä dung dòch cuûa noù laø bao nhieâu ñeå ñoä ñieän li cuûa noù baèng 20%.

14

•Ví duï 4

•Hoøa tan 0,01 mol CH3COOH thaønh 1 lít dung dòch.

Tìm soá mol axit ñieän li bieát ñoä ñieän li cuûa axit laø 4,3%. Tìm noàng ñoä mol ion H+ vaø ion CH3COOtrong dung dòch. Tính pH cuûa dung dòch. Bieát raèng pH = -lg[H+].

Ví duï 5

Töông töï ví duï 4, thay CH3COOH baèng HCl

15

6. DUNG DÒCH CHAÁT ÑIEÄN LI MAÏNH

16

6.1 Ñaëc ñieåm Trong dung dòch nöôùc caùc chaát ñieän li maïnh thöïc teá phaân li hoaøn toaøn thaønh ion.

AB = A+ + B Caùc dung dòch chaát ñieän li maïnh duø ôû noàng ñoä raát loaõng cuõng khoâng tuaân theo ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng.

Trong dung dòch chaát ñieän li maïnh khoâng coù caùc phaân töû trung hoøa cuûa chaát ñieän li toàn taïi.

• α luoân baèng 1 • i luoân laø nhöõng soá nguyeân • ñoä daãn ñieän khoâng thay ñoåi khi pha loaõng dung dòch.

17

Thöïc teá coù ñuùng nhö vaäy khoâng? α chæ baèng 1 khi pha loaõng dung dòch voâ cuøng Heä soá i chæ tieán ñeán caùc soá nguyeân khi dung dòch ñöôïc pha loaõng voâ cuøng Ñoä daãn ñieän ñöông löôïng chaát ñieän li maïnh taêng leân theo ñoä pha loaõng dung dòch maëc duø soá ion trong dung dòch khoâng thay ñoåi.

18

6.2 Lyù thuyeát töông taùc ion Do söï phaân li hoaøn toaøn cuûa chaát ñieän li maïnh maø trong dung dòch coù noàng ñoä ion lôùn.

Caùc ion ôû gaàn nhau xuaát hieän löïc huùt töông hoã giöõa caùc ion. caùc ion trong dung dòch chaát ñieän li khoâng coøn hoaøn toaøn töï do chuyeån ñoäng.

Ngoaøi ra, ôû nhöõng noàng ñoä cao trong dung dòch chaát ñieän li maïnh coøn xuaát hieän söï lieân hôïp ion, khi pha loaõng caùc lieân hôïp ion phaân li thaønh caùc ion ñôn giaûn.

Ví duï: BaCl+, LiCl2-...

19

6.3 Hoaït ñoä a vaø heä soá hoaït ñoä f •Hoaït ñoä (noàng ñoä bieåu kieán) laø ñaïi löôïng khi ñaët noù vaøo bieåu thöùc ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng thay cho noàng ñoä thì bieåu thöùc naøy aùp duïng ñöôïc vaøo taát caû caùc dung dòch chaát ñieän li vaø khoâng ñieän li ôû moïi noàng ñoä.

Am Bn ⇔ mA

n+

+ nB

m−

K=

a

m A n+

.a

n B m−

a Am Bn

•aAmBn: hoaït ñoä cuûa chaát ñieän li •aAn+, aBm-: hoaït ñoä cuûa caùc ion luùc caân baèng 20

•Hoaït ñoä a vaø noàng ñoä C cuûa tieåu phaân lieân quan vôùi nhau. Moái lieân quan naøy ñöôïc bieåu dieãn baèng phöông trình:

•a = f.C •f: heä soá hoaït ñoä, ñaëc tröng cho söï khaùc bieät veà tính chaát cuûa caùc dung dòch chaát ñieän li maïnh so vôùi dung dòch lyù töôûng

21

7. SÖÏ ÑIEÄN LY CUÛA NÖÔÙC VAØ CHÆ SOÁ HYDRO pH

22

7.1 Caân baèng ñieän li cuûa nöôùc vaø tích soá ion cuûa nöôùc •Nöôùc laø chaát ñieän li raát yeáu: •H2O + H2O ⇔ H3O+ + OH− •Kn = [H3O+][OH-] = 10−14

23

7.2 Chæ soá hyñro pH vaø moâi tröôøng dung dòch Töø Kn suy ra: Dung dòch coù tính trung tính: [H+] = [OH] =

Kn

= 1.10 −14 = 10−7mol/lit .

Dung dòch coù tính axít: [H+] > [OH-] vaø [H+] > 10−7 mol/lit .

Dung dòch coù tính baz: [H+] < [OH-] vaø [H+] < 10−7 mol/lit .

24

•Ñeå xaùc ñònh tính chaát dung dòch thuaän lôïi hôn, thay cho noàng ñoä ion [H+] ngöôøi ta duøng chæ soá hyñro pH: •pH = − lg [H+] •Khi ñoù: •Dung dòch coù tính trung tính: pH = −lg10−7 = 7 •Dung dòch coù tính axít: pH < 7 •Dung dòch coù tính baz: pH > 7

25

7.3 Tính pH caùc dung dòch loaõng acid, bazô trong nöôùc • Axít ñôn baäc HA • * Maïnh: •Axít coù noàng ñoä Ca, α =1 •suy ra: [H+] = Ca •vaø pH = −lg Ca • * Yeáu: •HA ⇔ H+ •Axít coù noàng ñoä Ca, α < 1, Ka •suy ra: [H+] = Caα = K a C a •Vaäy : • pH = −½ (lg Ka+lg Ca)

+

A−

26

•Baz ñôn baäc MOH: * Maïnh: Baz coù noàng ñoä Cb, α =1, suy ra −14 10 [H + ] = Cb

Töø ñaây:

−14 K 10 n [OH − ] = Cb = = + [H ] H+

10 −14 pH = − lg = 14 + lg Cb Cb

•Yeáu: MOH ⇔ M+ + OH− Baz coù noàng ñoä Cb, α <1, Kb, suy ra: Kn 10 −14 α = K bCb = + = + [H ] [H ] Töø ñaây: −14 10 + [H ] = → pH = 14 + ½ (lg K + lg C ) b b K C b

b

27

Axít vaø baz ña baäc: thöôøng chæ xeùt baäc ñieän li thöù nhaát vaø tieán haønh nhö treân.

Ví duï: Tính pH cuûa dung dòch axit H2CO3 trong nöôùc coù noàng ñoä 0,01M bieát raèng soá ñieän li baäc thöù nhaát laø 4,3.10-7.

Söï ñieän ly baäc nhaát cuûa axit H2CO3: H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3Ñöôïc ñaëc tröng baèng haèng soá ñieän ly Ka1 +

− 3

[ H 3O ][ HCO ] K a1 = = 4,3.10 −7 [ H 2CO3 ] 1 1 pH = ( − lg K a1 − lg Ca ) = ( − lg 4,3.10 −7 − lg 10 −2 ) 2 2 1 pH = (7 − 0,65 + 2) = 4,19 2

28

Axit vaø baz coù noàng ñoä cao?

•Trong nhöõng dung dòch axit vaø baz coù noàng ñoä cao, khi tính pH phaûi thay noàng ñoä baèng giaù trò hoaït ñoä.

29

Ví duï 1 •Tính pH cuûa töøng dung dòch sau: •a. HCl 0,001M •b. HNO3 5,2.10-4 M •c. Hoøa tan 2g NaOH vôùi 0,56g KOH thaønh 2l dung dòch.

•d. Theâm 25ml nöôùc vaøo 5ml dung dòch HCl pH = 1

30

Ví duï 2 •Theâm 10ml dung dòch KOH vaøo 15ml dung dòch H2SO4 0,5 M, dung dòch coøn dö axit. Theâm tieáp 3ml dung dòch NaOH 1M vaøo thì dung dòch vöøa trung hoøa. Tìm noàng ñoä mol cuûa dung dòch KOH. •ÑS: 1,2M

Ví duï 3 •Troän laãn dung dòch HCl 0,2M vôùi dung dòch H2SO4 0,1M theo tyû leä 1:1 veà theå tích. Ñeå trung hoøa 100ml dung dòch thu ñöôïc caàn bao nhieâu ml dung dòch Ba(OH)2 0,02M? •ÑS: 500ml 31

Ví duï 4 •(A) laø dung dòch HCl coù pH = 1.

•(B) laø dung dòch Ba(OH)2 coù pH = 13.

•a. Tính noàng ñoä mol cuûa chaát tan, noàng ñoä mol cuûa töøng ion trong dung dòch A vaø dung dòch B. •b. Troän 2,25 l dung dòch A vôùi 2,75l dung dòch B ñöôïc dung dòch C. Tìm pH cuûa dung dòch C. •ÑS: pH=12

32

7.4 Chaát chæ thò Chaát chæ thò maøu laø nhöõng axít hoaëc baz höõu cô yeáu maø daïng phaân töû vaø daïng ion cuûa noù coù maøu saéc khaùc nhau vaø tuøy thuoäc vaøo pH cuûa moâi tröôøng maø toàn taïi ôû daïng naøy hay daïng kia.

Ví duï Quyø tím Phenolphthalein Methyl da cam 33

7.5 Lyù thuyeát proton veà acid, bazô •+ Axit laø nhöõng phaân töû, ion coù khaû naêng cho proton (H+, H3O+) •+ Bazô laø nhöõng phaân töû, ion coù khaû naêng nhaän proton CH3COOH A1

+

H 2O

CH3COO-

B2

B1

+

H 3O + A2

Giöõa axit vaø bazô hôn keùm nhau 1 H+ goïi laø caëp axit – bazô lieân hôïp: Caëp axit – bazô lieân hôïp HA/AVD: CH3COO- laø bazô lieân hôïp cuûa axit CH3COOH 34

VII.6 Phöông phaùp chuaån ñoä acid-bazô

Phöông phaùp ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh noàng ñoä cuûa moät acid hay bazô chöa bieát thoâng qua phaûn öùng trung hoøa cuûa noù vôùi moät bazô hoaëc acid ñaõ bieát chính xaùc noàng ñoä.

35

8. SÖÏ ÑIEÄN LI CUÛA CHAÁT ÑIEÄN LI KHOÙ TAN

36

8.1 Caân baèng dò theå cuûa chaát ñieän li khoù tan vaø tích soá tan Caùc chaát ñieän li khoù tan laø caùc hyñroxyt vaø muoái khoù tan.

Chuùng tan trong nöôùc raát ít neân dung dòch thu ñöôïc coù noàng ñoä raát loaõng vaø coù theå xem chuùng ñieän li hoaøn toaøn trong dung dòch.

Do vaäy trong dung dòch coù caân baèng dò theå giöõa chaát ñieän li khoù tan vaø caùc ion cuûa noù.

•Ví duï: caân baèng ñieän li cuûa muoái khoù tan AgCl ñöôïc bieåu dieãn nhö sau : • AgCl (r) ⇔ Ag+ (d) + Cl− 37

•AÙp duïng ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng vaøo caân baèng dò theå treân vaø chuù yù raèng noàng ñoä chaát raén taïi nhieät ñoä nhaát ñònh laø ñaïi luôïng khoâng ñoåi ta coù: +

−

[ Ag ][Cl ] K= [ AgCl ] → K [AgCl] = [Ag+][Cl−] = const = T T laø haèng soá (taïi nhieät ñoä nhaát ñònh) vaø ñöôïc goïi laø tích soá tan cuûa AgCl 38

8.2 Tích soá tan vaø ñoä tan cuûa chaát ñieän li khoù tan •* Ñònh nghóa tích soá tan: Tích soá tan cuûa chaát ñieän li khoù tan laø tích soá noàng ñoä caùc ion töï do vôùi soá muõ töông öùng cuûa chaát ñieän li khoù tan trong dung dòch baõo hoøa cuûa noù vaø laø ñaïi löôïng khoâng ñoåi taïi nhieät ñoä nhaát ñònh.

• Toång quaùt vôùi chaát ñieän li khoù tan AmBn : •

AmBn = mAn+ + nBm•

T = [An+]m[Bm−]n 39

•YÙ nghóa: •Tích soá tan ñaëc tröng cho tính tan cuûa chaát ñieän li khoù tan: Ñònh tính: T caøng nhoû chaát ñieän li caøng khoù tan.

•Ví duï: Ñoä tan caùc chaát ñieän li khoù tan sau ñaây giaûm daàn theo thöù töï: •AgCl (T=1,8.10−10) •AgBr (T= 5,3.10−13) •AgI (T= 1.10−16) 40

•Ñònh löôïng: • • Khi bieát tích soá tan T coù theå tính ñöôïc ñoä tan S cuûa chaát ñieän li khoù tan.

S =

m+n

T Am B n m

n

m n Ví duï: Cho tích soá tan cuûa Zn(OH)2 ôû 25oC baèng 1.10−17. Tính ñoä tan (theo mol/lit) cuûa Zn(OH)2 ôû 25oC trong nöôùc vaø trong dung dòch ZnCl2 0,1 mol/lit. − 17

S=

3

T 3 1.10 = 4 4

= 1,36.10

−6

mol / lít 41

8.3 Ñieàu kieän keát tuûa vaø hoøa tan chaát ñieän li khoù tan • • Keát tuûa: Tích soá noàng ñoä caùc ion (vôùi soá muõ töông öùng) cuûa chaát ñieän li trong dung dòch lôùn hôn tích soá tan cuûa noù ôû nhieät ñoä khaûo saùt.

• • Hoøa tan: Tích soá noàng ñoä caùc ion (vôùi soá muõ töông öùng) cuûa chaát ñieän li trong dung dòch nhoû hôn tích soá tan cuûa noù ôû nhieät ñoä khaûo saùt.

•Ví duï: Coù keát tuûa CaSO4 taïo thaønh hay khoâng khi troän laãn nhöõng theå tích baèng nhau cuûa 2 dung dòch CaCl2 vaø H2SO4 coù noàng ñoä töông öùng baèng 0,5 vaø 0,1 mol/lit (ôû 25oC)?

42

Ví duï 1 •1. Ñoä tan mol cuûa Ag3PO4 ôû 18oC laø 1,6.10-5M. Tìm tích soá tan cuûa Ag3PO4.

•2. Ñoä tan cuûa PbSO4 (M=303) trong nöôùc ôû nhieät ñoä thöôøng laø 0,038g trong 1000ml dung dòch. Tìm tích soá tan cuûa PbSO4 taïi nhieät ñoä naøy.

•3. Tích soá tan cuûa Mg(OH)2 ôû 25oC laø 1,2.10-11. Tính ñoä tan mol cuûa Mg(OH)2 taïi nhieät ñoä treân.

•4. Tích soá tan cuûa Pb3(PO4)2 ôû nhieät ñoä phoøng laø 7,9.10-43. Tính ñoä tan mol cuûa noù taïi nhieät ñoä phoøng.

43

Ví duï 2

1.ÔÛ 25oC tích soá tan cuûa SrSO4 baèng 3,8.10-7. Khi troän 1 theå tích dung dòch SrCl2 0,002N vôùi cuøng 1 theå tích dung dòch K2SO4 0,002N thì keát tuûa coù xuaát hieän khoâng?

2.ÔÛ 25oC tích soá tan cuûa BaSO4 baèng 1,1.10-10. Khi troän ñuùng 200ml dung dòch BaCl2 0,004M vôùi ñuùng 600ml dung dòch K2SO4 0,008M thì keát tuûa coù xuaát hieän khoâng?

3.Laáy 100ml dung dòch amoni oxalat trong ñoù coù 0,0248 g chaát tan (NH4)2C2O4 trong moät lít dung dòch, troän vôùi 100ml dung dòch baõo hoøa CaSO4. Ñoä tan cuûa CaSO4 laø 2g/l. Keát tuûa CaC2O4 coù xuaát hieän khoâng? Bieát tích soá tan cuûa noù laø 1,3.10-9.

44

Xin caùm ôn caùc baïn ñaõ laéng nghe!!!

45

CHÖÔNG 8: ÑIEÄN HOÙA HOÏC (Thôøi löôïng: 3t LT + 1t BT)

1

1. PHAÛN ÖÙNG OXY HOÙA KHÖÛ VAØ DOØNG ÑIEÄN

2

1.1 Khaùi nieäm veà phaûn öùng oxy hoùa khöû

Phaûn öùng hoùa hoïc ñöôïc chia thaønh hai loaïi: Khoâng coù söï thay ñoåi soá oxy hoùa caùc nguyeân toá tham gia phaûn öùng.

Coù söï thay ñoåi soá oxy hoùa caùc nguyeân toá tham gia phaûn öùng (phaûn öùng oxy hoùa khöû)

3

Ñaëc ñieåm chung: Coù söï trao ñoåi eletron giöõa caùc nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá tham gia phaûn öùng.

Goàm 2 quaù trình dieãn ra ñoàng thôøi: quaù trình cho electron ñöôïc goïi quaù trình oxy hoùa vaø quaù trình nhaän elctron ñöôïc goïi quaù trình khöû.

Goàm 2 chaát coù maët ñoàng thôøi: chaát cho electron ñöôïc goïi chaát khöû (chaát bò oxyhoùa) vaø chaát nhaän electron ñöôïc goïi chaát oxy hoùa (chaát bò khöû).

Ví duï: Phaûn öùng Zn + Cu2+ ⇔ Zn2+ + Cu 4

•Neáu kyù hieäu daïng khöû laø Kh vaø daïng oxy hoùa laø Ox thì caùc quaù trình oxy hoùa, khöû vaø phaûn öùng oxy hoùakhöû ñöôïc bieåu dieãn nhö sau: •KhI

⇔

OxI + ne

OxII + ne ⇔ KhII  KhI +

OxII

⇔

OxI + KhII

OxI , KhI vaø OxII , KhII laø caùc caëp oxy hoùa-khöû I vaø II. Kyù hieäu: OxI/KhI; OxII/KhII 5

1.2 Phaûn öùng oxy hoùa khöû vaø doøng ñieän Neáu tieán haønh phaûn öùng oxy hoùa-khöû, ví duï phaûn öùng giöõa Zn vaø Cu2+ noùi treân baèng caùch cho chaát oxy hoùa vaø chaát khöû tieáp xuùc tröïc tieáp moät caùch bình thöôøng thì hoùa naêng cuûa phaûn öùng chuyeån thaønh nhieät naêng.

Neáu khoâng cho caùc chaát oxy hoùa vaø khöû tieáp xuùc tröïc tieáp vaø thöïc hieän theá naøo cho 2 quaù trình oxy hoùa Zn vaø khöû Cu2+ xaûy ra ôû 2 nôi khaùc nhau trong khoâng gian, coøn electron seõ chuyeån töø Zn sang Cu2+ khoâng tröïc tieáp maø qua daây daãn kim loaïi. Khi ñoù seõ coù moät doøng ñieän xuaát hieän chaïy qua daây daãn, nhö vaäy hoaù naêng cuûa phaûn öùng chuyeån thaønh ñieän naêng 6

2. NGUYEÂN TOÁ GALVANIC

7

2.1 Caáu taïo vaø hoaït ñoäng

Zn

(−) (+)

Cu

Nguyeân toá galvanic ñöôïc caáu taïo töø 2 ñieän cöïc noái vôùi nhau baèng moät daây daãn kim loaïi Ñieän cöïc ñôn giaûn goàm 1 thanh kim loaïi nhuùng trong dung dòch chaát ñieän li cuûa noù

ZnSO4 CuSO4 maøng xoáp 8

2.2 Hoaït ñoäng cuûa nguyeân toá Cu− −Zn • * ÔÛ ñieän cöïc keõm: keõm hoaït ñoäng hôn ñoàng neân thanh keõm bò hoøa tan, nghóa laø xaûy ra quaù trình oxy hoùa keõm , ñöôïc bieåu dieãn baèng baùn phaûn öùng: •Zn − 2e ⇔ Zn2+ •Quaù trình naøy ñöôïc goïi laø quaù trình ñieän hoùa hay quaù trình ñieän cöïc.

•* ÔÛ ñieän cöïc ñoàng: dieãn ra quaù trình keát tuûa ñoàng treân thanh ñoàng, nghóa laø xaûy ra quaù trình khöû ion ñoàng , ñöôïc bieåu dieãn baèng baùn phaûn öùng: •Cu2+ + 2e ⇔ Cu •Quaù trình naøy cuõng ñöôïc goïi laø quaù trình ñieän hoùa hay quaù trình ñieän cöïc 9

•Trong toaøn boä nguyeân toá galvanic: dieãn ra phaûn öùng oxy hoùa-khöû: •Zn + Cu2+ ⇔ Zn2+ + Cu Khi nguyeân toá galvanic hoaït ñoäng: Treân caùc ñieän cöïc xaûy ra caùc quaù trình ñieän hoùa Ñieän cöïc coù quaù trình oxy hoùa xaûy ra laø ñieän cöïc aâm Ñieän cöïc coù quaù trình khöû xaûy ra laø ñieän cöïc döông Electron töø ñieän cöïc keõm chuyeån sang ñieän cöïc ñoàng 10

•Kyù hieäu nguyeân toá galvanic: Nguyeân toá Cu−Zn: •(−) ZnZn2+Cu2+Cu (+) • Toång quaùt : (−) MIMMMII (+)

11

2.3 Theá ñieän cöïc Theá ñieän cöïc laø ñaïi löôïng theá hieäu ñaëc tröng cho quaù trình ñieän cöïc hay ñieän cöïc vaø thöôøng ñöôïc kyù hieäu laø ϕ (so vôùi ñieän cöïc hydro tieâu chuaån = baèng 0) ϕo: theá ñieän cöïc tieâu chuaån öùng vôùi noàng ñoä caùc chaát tham gia quaù trình ñieän cöïc ñeàu baèng 1 ñôn vò (moãi moät caëp oxy hoùa khöû seõ coù moät giaù trò ϕo khaùc nhau – coù theå tìm giaù trò naøy trong caùc baûng phuï luïc) 12

2.4 Söùc ñieän ñoäng cuûa nguyeân toá Galvanic •2.4.1 Phöông trình Nernst Ñoái vôùi quaù trình ñieän cöïc toång quaùt, vieát theo chieàu oxy hoùa: Kh ⇔ Ox + ne RT [Ox] ϕ =ϕ + ln nF [Kh [ Kh] n: soá electron trao ñoåi trong quaù trình ñieän cöïc o

[Ox],[Kh]: noàng ñoä caùc chaát tham gia daïng oxy hoùa vaø daïng khöû F: soá Faraday R: haèng soá khí T: nhieät ñoä tuyeät ñoái

13

Khi R = 1,987 cal/mol.ñoä (8,314 J/mol.ñoä), F = 23062 (96500) T = 298oK 0,059 [Ox]

ϕ =ϕ + o

n

lg

[ Kh]

Phöông trình Nernst tính ϕ cuûa ñieän cöïc baát kyø ôû 25oC Nhö vaäy ϕ phuï thuoäc vaøo: Baûn chaát chaát tham gia quaù trình ñieän cöïc (ϕo), nhieät ñoä (T) Noàng ñoä caùc chaát tham gia quaù trình ñieän cöïc ([ ])

14

2.4.2 Söùc ñieän ñoäng Söùc ñieän ñoäng cuûa nguyeân toá galvanic baèng hieäu soá giöõa theá ñieän cöïc cuûa ñieän cöïc döông vaø theá ñieän cöïc cuûa ñieän cöïc aâm: E = ϕ(+) − ϕ(−−)

15

•Ngoaøi ra: •∆G = − nFE •∆Go = − nFEo = −RTlnK •Eo: söùc ñieän ñoäng tieâu chuaån, töông öùng ñieàu kieän noàng ñoä caùc chaát phaûn öùng ñeàu baèng 1 ñôn vò •F: soá Faraday •n: soá electron trao ñoåi trong phaûn öùng oxy hoùa-khöû •K: haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng oxy hoùa-khöû

16

3. CHIEÀU XAÛY RA CUÛA PHAÛN ÖÙNG OXY HOÙA-KHÖÛ

17

Quy taéc α: Phaûn öùng oxy hoùa-khöû xaûy ra theo chieàu daïng oxy hoùa cuûa quaù trình ñieän cöïc coù ϕ lôùn hôn seõ oxy hoùa daïng khöû cuûa quaù trình ñieän cöïc coù ϕ nhoû hôn.

Khi caùc ϕo coù giaù trò khaùc xa nhau thì coù theå duøng tröïc tieáp ϕo ñeå xaùc ñònh chieàu xaûy ra cuûa phaûn öùng ôû ñieàu kieän chuaån cuõng nhö gaàn ñieàu kieän chuaån.

18

Ví duï: Xaùc ñònh chieàu xaûy ra cuûa phaûn öùng oxy hoùa khöû ôû 25oC: • 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O ⇔ •10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 •

Cho:

•Fe2+⇔ Fe3+ + 1e, ϕo298= 0,77 V •Mn2+ + 4H2O ⇔ MnO+ 8H+ + 5e, ϕo298 = 1,51V. 19

•Ví duï 2: Xaùc ñònh chieàu xaûy ra cuûa phaûn öùng oxy hoùa-khöû : Hg22+ + 2Fe2+ ⇔ 2Hg +2Fe3+ •trong 2 tröôøng hôïp: •a) [Hg2+] = [Fe2+] = 10−1, [Fe3+] = 10−4 mol/lit . b) [Hg22+] = [Fe2+] = 10−4, [Fe3+] = 10−1 mol/lit .

• Cho: •2Hg ⇔ [Hg22+] + 2e , ϕo = 0,79 V •Fe2+ ⇔ Fe3+ + 1e , ϕ = 0,77 V 20

5. SÖÏ ÑIEÄN PHAÂN (Tham khảo)

21

• Söï ñieän phaân laø quaù trình oxy hoùa khöû xaûy ra treân beà maët ñieän cöïc khi coù doøng ñieän moät chieàu ñi qua dung dòch chaát ñieän li hay qua chaát ñieän li noùng chaûy.

•Treân anot (cöïc döông): xaûy ra söï oxy hoùa •Treân catot (cöïc aâm): xaûy ra söï khöû

22

5.1 Ñieän phaân noùng chaûy •Ñoái vôùi chaát ñieän ly noùng chaûy: söï ñieän phaân xaûy ra ñôn giaûn.

•Ví duï: ñieän phaân NaCl noùng chaûy.

23

5.2 Ñieän phaân dung dòch Khi ñieän phaân dung dòch chaát ñieän ly trong nöôùc, vaán ñeà phöùc taïp hôn, do trong dung dòch nöôùc ngoaøi ion chaát ñieän li coøn coù maët caùc ion H3O+ vaø OH-.

Phaûi coù thöù töï öu tieân ñieän phaân.

Cô sôû xeùt söï öu tieân ñieän phaân laø: quaù trình ñieän cöïc naøo coù theá ñieän cöïc lôùn hôn seõ öu tieân ñieän phaân tröôùc: Ví duï: xeùt söï ñieän phaân dung dòch NaCl

24

5.3 Ñònh luaât ñieän phaân Farady Ñònh luaät I: Löôïng chaát ñöôïc taïo thaønh hay hoøa tan ôû ñieän cöïc khi ñieän phaân tyû leä thuaän vôùi löôïng ñieän ñi qua chaát ñieän li. Ñònh luaät II: Nhöõng löôïng ñieän baèng nhau seõ taïo thaønh hay hoøa tan ôû ñieän cöïc khi ñieän phaân nhöõng löôïng ñöông löôïng nhö nhau cuûa caùc chaát.

25

• • • • •

A.I .t m= n.F

Trong ñoù: A – nguyeân töû gam n – hoùa trò chaát bieán ñoåi I – cöôøng ñoä doøng ñieän (Ampe) t – thôøi gian doøng ñieän chaïy qua chaát ñieän li (giaây)

26

Caùm ôn caùc anh (chò) ñaõ laéng nghe!!!

27