Tài liệu Chuyên Đề Hóa Vô Cơ Đầy Đủ (205 trang)

NGUYEÃN HÖÕU KHAÙNH HÖNG HUYØNH THÒ KIEÀU XUAÂN HOÙA HOÏC VOÂ CÔ Taäp 1 Muïc luïc i Muïc luïc Muïc luïc ....................................................................................................................................i Chöông 1 Giôùi thieäu ............................................................................................................... 1 1.1 Ñaïi cöông veà Hoùa voâ cô ......................................................................................... 1 1.1.1 Hoùa hoïc laø gì? .................................................................................................... 1 1.1.2 Hoùa Voâ cô laø gì? ................................................................................................ 2 1.1.3 Caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa Hoùa hoïc ................................................................ 2 1.1.4 Xu höôùng hieän ñaïi .............................................................................................. 3 1.2 Phöông phaùp hoïc taäp vaø Noäi dung cô baûn moân hoïc .............................................. 3 1.2.1 Phöông phaùp hoïc taäp ......................................................................................... 3 1.2.2 Noäi dung cô baûn cuûa Hoùa Voâ cô ........................................................................ 4 Chöông 2 Lieân keát trong hoùa hoïc........................................................................................... 6 2.1 Khaùi nieäm veà tieåu phaân........................................................................................... 6 2.2 Lieân keát hoùa hoïc ..................................................................................................... 7 2.2.1 Baûn chaát lieân keát hoùa hoïc .................................................................................. 7 2.2.2 Lieân keát theo quan ñieåm nhieät ñoäng löïc hoùa hoïc ............................................... 7 2.2.3 Caùc thoâng soá ñaëc tröng cho lieân keát .................................................................. 9 2.3 Lieân keát ion............................................................................................................. 9 2.3.1 Moâ hình cuûa lieân keát ion ..................................................................................... 9 2.3.2 Ñieàu kieän hình thaønh lieân keát ion...................................................................... 10 2.3.3 Caùc tính chaát cuûa lieân keát ion........................................................................... 10 2.3.4 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa lieân keát ion trong tinh theå.................... 11 2.4 Lieân keát coäng hoùa trò............................................................................................. 12 2.4.1 Moâ hình cuûa lieân keát coäng hoùa trò ..................................................................... 12 2.4.2 Ñieàu kieän hình thaønh lieân keát coäng hoùa trò........................................................ 13 2.4.3 Caùc tính chaát cuûa lieân keát coäng hoùa trò............................................................. 13 2.4.4 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa lieân keát coäng hoùa trò............................ 13 2.4.5 Lieân keát coäng hoùa trò σ, π vaø δ .......................................................................... 14 2.5 2.5.1 Lieân keát kim loaïi ................................................................................................... 19 Moâ hình cuûa lieân keát kim loaïi theo quan ñieåm phi cô hoïc löôïng töû ................... 19 Muïc luïc ii 2.5.2 Moâ hình cuûa lieân keát kim loaïi theo lyù thuyeát cô hoïc löôïng töû ............................ 19 2.5.3 Caùc tính chaát cuûa lieân keát kim loaïi .................................................................... 21 2.5.4 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa lieân keát kim loaïi .................................. 21 2.6 Lieân keát van der Waals ......................................................................................... 22 2.6.1 Moâ hình vaø ñieàu kieän hình thaønh lieân keát van der Waals .................................. 22 2.6.2 Caùc tính chaát vaø ñoä beàn cuûa lieân keát van der Waals ........................................ 22 2.6.3 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa lieân keát van der Waals........................ 22 2.7 Lieân keát hydro ....................................................................................................... 23 2.7.1 Moâ hình vaø ñieàu kieän hình thaønh lieân keát hydro ................................................ 23 2.7.2 Caùc tính chaát vaø ñoä beàn cuûa lieân keát hydro ...................................................... 23 2.7.3 Caùc loaïi lieân keát hydro vaø aûnh höôûng ñeán tính chaát cuûa phaân töû...................... 24 2.8 Taùc duïng phaân cöïc vaø taùc duïng bò phaân cöïc ........................................................ 25 2.8.1 Taùc duïng phaân cöïc........................................................................................... 26 2.8.2 Taùc duïng bò phaân cöïc ....................................................................................... 28 2.8.3 Phaân bieät taùc duïng phaân cöïc cuûa ion vaø ñoä phaân cöïc cuûa lieân keát .................. 29 2.9 Söï khoâng phaân ñònh ranh giôùi giöõa caùc loaïi lieân keát hoùa hoïc ................................ 29 2.9.1 Söï bieán ñoåi giöõa caùc loaïi lieân keát hoùa hoïc ........................................................ 29 2.9.2 AÛnh höôûng cuûa söï bieán ñoåi giöõa caùc loaïi lieân keát hoùa hoïc ñeán caùc tính chaát vaø ñoä beàn cuûa lieân keát .......................................................... 30 Chöông 3 Phaûn öùng hoùa hoïc ............................................................................................... 32 3.1 Khaùi nieäm chung................................................................................................... 32 3.1.1 Phaûn öùng acid-baz ........................................................................................... 32 3.1.2 Phaûn öùng oxi hoùa-khöû ...................................................................................... 33 3.2 Khaû naêng phaûn öùng .............................................................................................. 33 3.2.1 Nhieät ñoäng löïc hoïc cuûa phaûn öùng..................................................................... 33 3.2.2 Ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng ................................................................................... 34 3.2.3 Moái lieân heä giöõa nhieät ñoäng löïc hoïc vaø ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng ...................... 35 3.3 Quy öôùc veà ñieàu kieän phaûn öùng ............................................................................ 35 Chöông 4 Phaûn öùng acid-baz............................................................................................... 36 4.1 Ñònh nghóa acid-baz .............................................................................................. 36 4.1.1 Ñònh nghóa acid-baz theo Arrhenius ................................................................. 36 4.1.2 Ñònh nghóa acid-baz theo Bronsted .................................................................. 36 4.1.3 Ñònh nghóa acid-baz theo Lewis ....................................................................... 37 4.1.4 Ñònh nghóa acid-baz theo Ubanovish................................................................ 37 4.1.5 Ñònh nghóa acid-baz cöùng-meàm ....................................................................... 38 4.1.6 Toùm löôïc caùc ñònh nghóa acid-baz.................................................................... 38 4.2 Cöôøng ñoä cuûa acid-baz......................................................................................... 39 4.3 Phaân loaïi acid-baz voâ cô theo baûn chaát hoùa hoïc .................................................. 40 4.3.1 Caùc hydracid, caùc daãn xuaát theá vaø muoái cuûa chuùng......................................... 40 Muïc luïc iii 4.3.2 Caùc oxihydroxid, caùc daãn xuaát theá vaø muoái cuûa chuùng.................................... 40 4.3.3 Toùm löôïc veà caùc hydracid, oxihydroxid vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng ................ 41 4.4 Caùc hydracid ........................................................................................................ 41 4.4.1 Cöôøng ñoä acid-baz cuûa caùc hydracid............................................................... 41 4.4.2 Cöôøng ñoä acid-baz cuûa caùc daãn xuaát vaø muoái töø caùc hydracid........................ 42 4.5 Caùc oxihydroxid.................................................................................................... 43 4.5.1 Cöôøng ñoä acid-baz cuûa caùc oxihydroxid .......................................................... 43 4.5.2 Ví duï ñieån hình ................................................................................................. 44 4.5.3 Cöôøng ñoä acid-baz cuûa caùc daãn xuaát vaø muoái töø caùc oxihydroxid ................... 46 4.6 Phaûn öùng trung hoøa .............................................................................................. 47 4.6.1 Giaûn ñoà pKa...................................................................................................... 47 4.6.2 Phaûn öùng trung hoøa giöõa caùc acid-baz maïnh .................................................. 48 4.6.3 Phaûn öùng trung hoøa giöõa caùc acid-baz yeáu...................................................... 48 4.7 Phaûn öùng thuûy phaân ............................................................................................. 50 4.7.1 Söï thuûy phaân cuûa caùc cation............................................................................ 50 4.7.2 Söï thuûy phaân cuûa caùc anion ............................................................................ 51 4.7.3 Söï thuûy phaân cuûa caùc hôïp chaát coäng hoùa trò.................................................... 51 4.8 Phaûn öùng trao ñoåi ................................................................................................. 53 4.9 Phaûn öùng taïo phöùc ............................................................................................... 53 Chöông 5 Phaûn öùng oxi hoùa-khöû ......................................................................................... 55 5.1 Soá oxi hoùa ............................................................................................................ 55 5.1.1 Ñònh nghóa........................................................................................................ 55 5.1.2 YÙ nghóa vaø öùng duïng........................................................................................ 55 5.1.3 Hieäu öùng co d vaø co f ....................................................................................... 56 5.1.4 Söï bieán ñoåi soá oxi hoùa ..................................................................................... 58 5.1.5 Nhaän xeùt .......................................................................................................... 60 5.2 Phaûn öùng oxi hoùa-khöû .......................................................................................... 61 5.3 Caân baèng phöông trình phaûn öùng oxi hoùa khöû ..................................................... 61 5.4 Chieàu cuûa phaûn öùng oxi hoùa-khöû ......................................................................... 63 5.5 Giaûn ñoà E0 ............................................................................................................ 64 5.6 Giaûn ñoà Latimer.................................................................................................... 64 5.7 Haèng soá caân baèng cuûa phaûn öùng oxi hoùa-khöû ...................................................... 65 5.7.1 Tröôøng hôïp 1: n1 ≠ n2 ....................................................................................... 65 5.7.2 Tröôøng hôïp 2: n1 = n2 ....................................................................................... 66 5.8 AÛnh höôûng cuûa pH ñeán phaûn öùng oxi hoùa-khöû..................................................... 67 5.9 AÛnh höôûng cuûa phaûn öùng keát tuûa ñeán phaûn öùng oxi hoùa-khöû............................... 68 5.10 AÛnh höôûng cuûa phaûn öùng taïo phöùc ñeán phaûn öùng oxi hoùa-khöû ............................ 69 5.11 Toùm löôïc aûnh höôûng cuûa caùc phaûn öùng keát tuûa, taïo phöùc vaø bay hôi ñeán phaûn öùng oxi hoùa-khöû .................................................................................... 70 5.12 Khaû naêng toàn taïi cuûa caùc chaát oxi hoùa-khöû trong moâi tröôøng nöôùc ...................... 71 Muïc luïc iv 5.13 Moät soá vaán ñeà trong phaûn öùng oxi hoùa-khöû .......................................................... 72 5.13.1 Caùc oxihydroxid coù tính oxi hoùa maïnh hôn trong moâi tröôøng acid.................... 72 5.13.2 Bieán thieân cuûa tính oxi hoùa cuûa moät nguyeân toá theo soá oxi hoùa ....................... 73 5.13.3 Khaû naêng dò phaân cuûa moät nguyeân toá .............................................................. 73 Chöông 6 Caùc traïng thaùi taäp hôïp vaø tính chaát ñaëc tröng cuûa chuùng .................................... 75 6.1 Traïng thaùi cuûa vaät chaát ......................................................................................... 75 6.2 Traïng thaùi raén ....................................................................................................... 75 6.2.1 Traïng thaùi tinh theå ............................................................................................ 76 6.2.2 Traïng thaùi voâ ñònh hình..................................................................................... 76 6.3 Traïng thaùi loûng...................................................................................................... 77 6.4 Traïng thaùi khí........................................................................................................ 77 6.4.1 Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng.................................................................. 78 6.4.2 Hoãn hôïp khí lyù töôûng ........................................................................................ 78 6.4.3 Khí thaät ............................................................................................................. 79 6.5 Traïng thaùi taäp hôïp vaø phaûn öùng hoùa hoïc .............................................................. 79 Chöông 7 Caáu truùc cuûa caùc tieåu phaân coäng hoùa trò............................................................. 80 7.1 Ñònh nghóa tieåu phaân coäng hoùa trò ......................................................................... 80 7.2 Caùch vieát coâng thöùc caáu truùc theo Lewis .............................................................. 80 7.2.1 Caùch vieát thöù nhaát ............................................................................................ 81 7.2.2 Caùch vieát thöù hai .............................................................................................. 82 7.3 Caáu truùc cuûa tieåu phaân theo moâ hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory – Lyù thuyeát ñaåy ñoâi ñieän töû) ....... 82 7.4 Caáu truùc cuûa tieåu phaân theo söï lai hoùa ................................................................. 84 7.4.1 Thuyeát lai hoùa vaø caáu truùc cuûa tieåu phaân ......................................................... 84 7.4.2 Caùch vieát coâng thöùc caáu truùc theo thuyeát lai hoùa ............................................. 86 7.5 Lieân keát σ vaø π trong tieåu phaân ............................................................................. 87 Chöông 8 Tinh theå hoïc ñaïi cöông ........................................................................................ 89 8.1 Caùc traïng thaùi cô baûn cuûa vaät chaát ....................................................................... 89 8.2 Caùc yeáu toá ñoái xöùng.............................................................................................. 90 8.3 Suy ñoaùn 32 lôùp ñoái xöùng ..................................................................................... 92 8.4 Kyù hieäu cuûa lôùp ñoái xöùng ...................................................................................... 94 8.4.1 Kyù hieäu quoác teá (kyù hieäu Herman–Maughin) .................................................... 94 8.4.2 Kyù hieäu Schoenflies.......................................................................................... 94 8.5 Maïng löôùi tinh theå ................................................................................................. 96 8.6 OÂ maïng cô sôû – 14 maïng Bravais ........................................................................ 96 8.6.1 OÂ maïng cô sôû ................................................................................................... 96 8.6.2 14 maïng Bravais .............................................................................................. 97 Chöông 9 Hoùa hoïc tinh theå ................................................................................................ 101 9.1 Ñaïi cöông ........................................................................................................... 101 Muïc luïc 9.2 v Caáu truùc cuûa moät soá tinh theå ñôn kim loaïi .......................................................... 102 9.2.1 Caáu truùc xeáp chaët........................................................................................... 102 9.2.2 Caáu truùc cuûa caùc quaû caàu xeáp chaët ............................................................... 102 9.2.3 AÛnh höôûng cuûa caáu truùc ñeán baùn kính nguyeân töû .......................................... 105 9.2.4 Loã troáng trong tinh theå xeáp chaët ..................................................................... 105 9.3 Caáu truùc cuûa moät soá tinh theå ion ........................................................................ 106 9.3.1 Caùc caáu truùc tinh theå ion ñôn giaûn ñieån hình.................................................. 107 9.3.2 AÛnh höôûng cuûa tæ soá baùn kính r+ / r– ñeán soá phoái trí........................................ 108 9.4 Caáu truùc cuûa tinh theå coäng hoùa trò ...................................................................... 109 9.5 Caáu truùc cuûa tinh theå van der Waals .................................................................. 110 9.6 Caáu truùc cuûa tinh theå coù lieân keát hoãn taïp ............................................................ 110 9.6.1 Caáu truùc lôùp-maïch vôùi lieân keát coäng hoùa trò-van der Waals ........................... 111 9.6.2 Caáu truùc lôùp-maïch vôùi lieân keát coäng hoùa trò hay ion vaø van der Waals .......... 115 9.6.3 Caáu truùc lôùp–maïch vôùi lieân keát hydro vaø van der Waals................................ 116 Chöông 10 Hoùa hoïc chaát raén ............................................................................................. 117 10.1 Söï phaân boá caùc chaát keát tinh theo heä tinh theå .................................................... 117 10.2 Hieän töôïng ña hình ............................................................................................. 118 10.3 Hieän töôïng ñoàng hình ......................................................................................... 119 10.4 Tinh theå thaät ....................................................................................................... 120 10.4.1 Hình thaùi tinh theå ............................................................................................ 120 10.4.2 Khuyeát taät trong tinh theå................................................................................. 121 10.5 Phaûn öùng pha raén ............................................................................................... 123 10.5.1 Nhieät ñoäng löïc hoïc cuûa phaûn öùng pha raén ..................................................... 123 10.5.2 Ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng pha raén.................................................................... 124 Chöông 11 Moái lieân heä giöõa caáu truùc vaø tính chaát cuûa caùc chaát ........................................ 125 11.1 Moái lieân heä giöõa caáu truùc vaø tính chaát vaät lyù cuûa chaát ......................................... 125 11.1.1 Nhieät ñoä noùng chaûy vaø nhieät ñoä soâi................................................................ 125 11.1.2 Nhieät ñoä phaân huûy.......................................................................................... 127 11.1.3 Tính chaát cô hoïc ............................................................................................ 127 11.1.4 Tính daãn ñieän ................................................................................................. 128 11.1.5 Tính tan .......................................................................................................... 129 11.2 Moái lieân heä giöõa caáu truùc vaø tính chaát hoùa hoïc cuûa caùc chaát .............................. 131 11.3 Nhaän xeùt chung veà moái lieân heä giöõa caáu truùc vaø tính chaát cuûa chaát ................... 132 Chöông 12 Ñaïi cöông veà hoùa hoïc cuûa caùc nguyeân toá s vaø p............................................. 133 12.1 Caáu truùc nguyeân töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ............................................................ 133 12.2 Quy luaät bieán ñoåi tính chaát .................................................................................. 135 12.2.1 Quy luaät bieán ñoåi tính chaát trong moät phaân nhoùm chính................................. 135 12.2.2 Quy luaät bieán ñoåi tính chaát trong moät chu kyø .................................................. 135 12.2.3 Quy luaät bieán ñoåi tính chaát treân ñöôøng cheùo .................................................. 136 Muïc luïc vi Chöông 13 Hydrogen ......................................................................................................... 137 13.1 Caáu truùc ñieän töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ................................................................. 137 13.2 Traïng thaùi töï nhieân.............................................................................................. 138 13.3 Ñôn chaát ............................................................................................................. 138 13.3.1 Caáu truùc vaø lyù tính .......................................................................................... 138 13.3.2 Hoùa tính.......................................................................................................... 138 13.3.3 Ñieàu cheá ......................................................................................................... 139 13.3.4 ÖÙng duïng........................................................................................................ 139 13.4 Caùc hôïp chaát baäc hai cuûa hydrogen HnX............................................................ 140 13.4.1 Caùc hôïp chaát hydracid HnX cuûa hydrogen (+1) .............................................. 141 13.4.2 Caùc hôïp chaát hydrur coäng hoùa trò AHn ............................................................ 142 13.4.3 Caùc hôïp chaát hydrur ion XHn .......................................................................... 142 13.4.4 Caùc hôïp chaát hydrur kim loaïi.......................................................................... 143 13.4.5 Caùc hôïp chaát hydrur khoâng beàn ..................................................................... 143 Chöông 14 Oxygen ............................................................................................................ 144 14.1 Caáu truùc ñieän töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ................................................................. 144 14.2 Traïng thaùi töï nhieân.............................................................................................. 145 14.3 Ñôn chaát ............................................................................................................. 145 14.3.1 Oxygen ........................................................................................................... 145 14.3.2 Ozon............................................................................................................... 147 14.4 Caùc hôïp chaát cuûa oxygen (−2)............................................................................ 148 14.4.1 Caùc oxihydroxid.............................................................................................. 148 14.4.2 Nöôùc ............................................................................................................... 150 14.4.3 Caùc hôïp chaát peroxyd .................................................................................... 152 Chöông 15 Phaân nhoùm 7A: Halogen ................................................................................. 155 15.1 Caáu truùc ñieän töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ................................................................. 155 15.2 Traïng thaùi töï nhieân.............................................................................................. 156 15.3 Ñôn chaát ............................................................................................................. 156 15.3.1 Caáu truùc vaø lyù tính .......................................................................................... 156 15.3.2 Hoùa tính.......................................................................................................... 157 15.3.3 Ñieàu cheá ......................................................................................................... 158 15.3.4 ÖÙng duïng........................................................................................................ 158 15.4 Caùc hôïp chaát cuûa caùc halogen ........................................................................... 158 15.4.1 Caùc hydracid HX vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng ................................................ 158 15.4.2 Caùc oxihydroxid HXOn vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng ........................................ 160 Chöông 16 Phaân nhoùm 6A: Chalcogen.............................................................................. 164 16.1 Caáu truùc ñieän töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ................................................................. 164 16.2 Traïng thaùi töï nhieân.............................................................................................. 165 16.3 Ñôn chaát ............................................................................................................. 165 Muïc luïc vii 16.3.1 Caáu truùc vaø lyù tính .......................................................................................... 165 16.3.2 Hoùa tính ......................................................................................................... 166 16.3.3 Ñieàu cheá......................................................................................................... 166 16.3.4 ÖÙng duïng ....................................................................................................... 166 16.4 Caùc hôïp chaát cuûa caùc chalcogen ....................................................................... 167 16.4.1 Caùc hydracid H2E vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng............................................... 167 16.4.2 Caùc oxihydroxid H2EOn vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng ...................................... 168 16.4.3 Söï taïo maïch E−E ........................................................................................... 170 Chöông 17 Phaân nhoùm 5A ................................................................................................ 171 17.1 Caáu truùc ñieän töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ................................................................. 171 17.2 Traïng thaùi töï nhieân ............................................................................................. 172 17.3 Ñôn chaát ............................................................................................................. 172 17.3.1 Caáu truùc vaø lyù tính .......................................................................................... 172 17.3.2 Hoùa tính ......................................................................................................... 173 17.3.3 Ñieàu cheá......................................................................................................... 174 17.3.4 ÖÙng duïng ....................................................................................................... 174 17.4 Caùc hôïp chaát cuûa caùc nguyeân toá phaân nhoùm 5A ............................................... 174 17.4.1 Caùc hydracid H3E vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng............................................... 174 17.4.2 Caùc oxihydroxid HxEOn vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng ...................................... 176 Chöông 18 Phaân nhoùm 4A ................................................................................................ 178 18.1 Caáu truùc ñieän töû vaø ñaëc ñieåm lieân keát ................................................................. 178 18.2 Traïng thaùi töï nhieân ............................................................................................. 179 18.3 Ñôn chaát ............................................................................................................. 180 18.3.1 Caáu truùc vaø lyù tính .......................................................................................... 180 18.3.2 Hoùa tính ......................................................................................................... 180 18.3.3 Ñieàu cheá......................................................................................................... 182 18.3.4 ÖÙng duïng ....................................................................................................... 182 18.4 Caùc hôïp chaát cuûa caùc nguyeân toá phaân nhoùm 4A ............................................... 182 18.4.1 Caùc hôïp chaát H4E vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng............................................... 182 18.4.2 Caùc oxihydroxid HxEOn vaø caùc daãn xuaát cuûa chuùng ...................................... 185 Chöông 19 Danh phaùp caùc chaát voâ cô............................................................................... 187 19.1 Ñaïi cöông ........................................................................................................... 187 19.1.1 Môû ñaàu ........................................................................................................... 187 19.1.2 Nguyeân taéc cô baûn ......................................................................................... 188 19.2 Danh phaùp cuûa caùc nguyeân toá............................................................................ 188 19.3 Danh phaùp cuûa caùc cation.................................................................................. 188 19.3.1 Cation ñôn giaûn (moät nguyeân töû) ................................................................... 188 19.3.2 Cation phöùc taïp (nhieàu nguyeân töû)................................................................. 189 19.4 Danh phaùp cuûa caùc anion................................................................................... 189 Muïc luïc viii 19.4.1 Anion ñôn giaûn (moät nguyeân töû) ..................................................................... 189 19.4.2 Anion phöùc taïp (nhieàu nguyeân töû) .................................................................. 189 19.5 Danh phaùp cuûa caùc nhoùm chöùc (goác)................................................................. 190 19.6 Danh phaùp cuûa caùc hôïp chaát .............................................................................. 190 19.6.1 Quy taéc goïi teân ............................................................................................... 190 19.6.2 Teân cuûa caùc oxihydroxid ................................................................................ 191 19.6.3 Teân cuûa caùc acid daãn xuaát töø oxihydroxid ...................................................... 192 19.6.4 Teân cuûa caùc acid polimer ............................................................................... 192 19.6.5 Tieáp ñaàu ngöõ chæ soá löôïng .............................................................................. 192 19.7 Danh phaùp baèng tieáng Anh ................................................................................. 193 19.7.1 Danh phaùp cuûa caùc nguyeân toá hoùa hoïc baèng tieáng Anh................................. 193 19.7.2 Danh phaùp anion cuûa caùc oxihydroxid baèng tieáng Anh .................................. 195 Taøi lieäu tham khaûo .............................................................................................................. 196 Chöông 1 Giôùi thieäu 1 Chöông 1 Giôùi thieäu 1.1 Ñaïi cöông veà Hoùa voâ cô 1.1.1 Hoùa hoïc laø gì? 1. Hoùa hoïc laø ngaønh khoa hoïc nghieân cöùu caùc chaát vaø caùc quaù trình phaûn öùng cuûa caùc chaát theo quan ñieåm hoùa hoïc. Ví duï: H–H + F–F Taùc chaát ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2H–F Quaù trình phaûn öùng Saûn phaåm 2. Hoùa hoïc coøn nghieân cöùu caùc ñoái töôïng vaø quaù trình thuoäc caùc laõnh vöïc lieân quan. 3. Ñieàu ñoù coù nghóa laø: a. Hoùa hoïc nghieân cöùu caùc chaát hoùa hoïc bao goàm: • Thaønh phaàn nguyeân toá cuûa chaát • Soá löôïng nguyeân töû cuûa moãi nguyeân toá trong chaát • Caáu truùc cuûa chaát caùch saép xeáp caùc nguyeân töû trong chaát • Tính chaát cuûa chaát tính chaát hoùa hoïc vaø moät soá tính chaát vaät lyù caàn thieát Ví duï: Hydro peroxid H2O2 coù: • Thaønh phaàn nguyeân toá H vaø O • Soá löôïng nguyeân töû 2H vaø 2O • Caáu truùc cuûa chaát zíc zaéc nhö hình beân • Tính chaát cuûa chaát chaát loûng khoâng maøu coù tính oxi hoùa maïnh,… b. Hoùa hoïc nghieân cöùu caùc quaù trình phaûn öùng bao goàm: • Caét ñöùt caùc lieân keát cuõ trong quaù trình phaân huûy caùc taùc chaát • Hình thaønh caùc lieân keát môùi trong quaù trình taïo thaønh caùc saûn phaåm • Chieàu vaø caân baèng phaûn öùng yeáu toá nhieät ñoäng löïc hoïc • Vaän toác vaø cô cheá phaûn öùng yeáu toá ñoäng hoïc Ví duï: H–H + I–I → 2H–I ΔG0298 = –2 kJ/mol v = kCH2CI2 c. Hoùa hoïc coøn nghieân cöùu caùc quaù trình vaø caùc laõnh vöïc lieân quan ñeán hoùa hoïc nhö vaät lyù, sinh hoïc, ñòa chaát, y hoïc, vaät lieäu,… Chöông 1 2 Giôùi thieäu • Caùc quaù trình hoùa lyù: noùng chaûy, bay hôi, thaêng hoa, hoøa tan, keát tinh,… • Caùc quaù trình hoùa sinh: hoùa sinh toång hôïp, hoaït tính hoùa sinh hoïc,… • Caùc quaù trình ñòa hoùa: phong hoùa, traàm tích, caùt keát,… 4. Caùc chuyeân ngaønh cuûa Hoùa hoïc: • Hoùa Voâ cô • Hoùa Kyõ thuaät • Hoùa Y • Hoùa Höõu cô • Hoùa Phoùng xaï • Hoùa Sinh • Hoùa Phaân tích • Hoùa Moâi tröôøng • Hoùa Noâng hoïc • Hoùa Lyù • Hoùa Thöïc phaåm • Hoùa Vaät lieäu,… 1.1.2 Hoùa Voâ cô laø gì? 1. Hoùa Voâ cô laø chuyeân ngaønh hoùa hoïc chuû yeáu nghieân cöùu caùc chaát vaø caùc quaù trình phaûn öùng xaûy ra ñoái vôùi caùc chaát naèm ngoaøi caùc chu trình chuyeån hoùa cuûa hôïp chaát sinh hoïc. Ví duï: Vieäc hình thaønh dioxid carbon CO2 • Khi ñoát chaùy than laø ñoái töôïng cuûa Hoùa Voâ cô • Khi hoâ haáp khoâng laø ñoái töôïng cuûa Hoùa Voâ cô 2. Caùc chuyeân ngaønh heïp cuûa Hoùa Voâ cô: • Hoùa Chaát raén • Toång hôïp Voâ cô • Hoùa Nöôùc • Phöùc chaát • Vaät lieäu Voâ cô • Hoùa Phoùng xaï • Dung dòch • Xuùc taùc Voâ cô • Sinh hoïc Voâ cô,… 1.1.3 Caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa Hoùa hoïc 1. Caùc giai ñoaïn phaùt trieån chính cuûa Hoùa hoïc ñöôïc trình baøy toùm taét trong Baûng 1.1. Baûng 1.1 Caùc giai ñoaïn phaùt trieån chính cuûa Hoùa hoïc Giai ñoaïn 1. Moâ taû thoâ sô vaø Thôøi ñaïi Ñaëc tröng Coå ñaïi Thuyeát nguyeân toá coå ñaïi: Ñeán heát theá kyû (tk) 3 • Nöôùc, khoâng khí, ñaát, löûa • Kim, moäc, thuûy, hoûa, thoå Trung coå • Hoøn ñaù trieát hoïc, vaø Ñaàu tk 4 – ñaàu tk 16 • Thuoác tröôøng sinh baát töû 3. Hoùa y hoïc vaø kyõ thuaät Phuïc höng • Thuoác chöõa beänh, vaø Ñaàu tk 16 – giöõa tk 17 • Caùc hoùa chaát kyõ thuaät 4. Khoa hoïc hoùa Caän hieän ñaïi • Caùc quan ñieåm khoa hoïc Giöõa tk 17 – cuoái tk 18 • Thuyeát nguyeân toá hieän ñaïi Hieän ñaïi • Caùc ñònh luaät – lyù thuyeát khoa hoïc Theá kyû 19 • Nguyeân toá hoùa hoïc Ñaàu tk 20 ñeán nay • Caùc ñònh luaät – lyù thuyeát hieän ñaïi Minh trieát 2. Giaû kim thuaät 5. Hieän ñaïi hoùa Chöông 1 1.1.4 Giôùi thieäu 3 Xu höôùng hieän ñaïi 1. Töø thaäp kyû 70 cuûa theá kyû 20, caùc ngaønh khoa hoïc chuyeån maïnh sang höôùng nghieân cöùu cô baûn keát hôïp vôùi trieån khai öùng duïng vaø coâng ngheä. 2. Ba noäi dung chính trong vieäc öùng duïng hoùa hoïc, cuõng nhö khoa hoïc, vaøo cuoäc soáng laø: a. Taêng naêng suaát vaø giaûm giaù thaønh saûn phaåm baèng caùch thay ñoåi nguyeân lieäu, quy trình vaø thieát bò treân cô sôû caùc hieåu bieát veà khoa hoïc vaø coâng ngheä. Ví duï nhö thay vì söû duïng thieát bò giaùn ñoaïn thoâng thöôøng vaø khoâng coù maët xuùc taùc, coù theå: • Söû duïng thieát bò lieân tuïc ñeå giaûm chi phí saûn xuaát. • Söû duïng chaát xuùc taùc ñeå taêng vaän toác phaûn öùng. b. Taêng giaù trò saûn phaåm baèng caùch taêng chaát löôïng vaø môû roäng phaïm vi söû duïng cuûa caùc saûn phaåm vaøo nhieàu laõnh vöïc khaùc nhau. Ví duï nhö ñoái vôùi boät maøu, coù theå: • Taêng chaát löôïng cuûa boät maøu baèng caùch taêng ñoä oån ñònh cuûa tinh theå ñeå taêng cöôøng ñoä maøu vaø giaûm kích thöôùc haït ñeå taêng ñoä phuû cuûa boät maøu. • Môû roäng phaïm vi söû duïng baèng caùch bieán tính ñoä phaân cöïc cuûa beà maët boät maøu ñeå coù theå phaân taùn haït boät maøu trong dung moâi phaân cöïc nhö nöôùc cuõng nhö trong dung moâi khoâng phaân cöïc nhö caùc dung moâi höõu cô. c. Taêng kieán thöùc veà con ngöôøi vaø töï nhieân ñeå coù cuoäc soáng toát ñeïp vaø moâi tröôøng beàn vöõng. Baûng 1.2 Giaù trò saûn phaåm theo trình ñoä coâng ngheä Coâng ngheä Giaù saûn phaåm Ví duï: 1.2 USD/kg Thaáp Trung bình Cao Raát cao 0,01–1 1–10 10–100 100–100.000 Chaát Voâ cô Muoái aên Boät maøu Xuùc taùc Baùn daãn Chaát Höõu cô Nhöïa Verni Höông lieäu Bieät döôïc Phöông phaùp hoïc taäp vaø Noäi dung cô baûn moân hoïc 1.2.1 Phöông phaùp hoïc taäp 1. Quaù trình hoïc phaûi ñöôïc laëp nhieàu laàn qua caùc giai ñoaïn sau: • Nghe giaûng vaø ghi baøi • Hoài töôûng ñeå nhôù laïi noäi dung cuûa baøi • Hoïc thuoäc ñeå nhôù noäi dung chính cuûa baøi • Laøm baøi taäp ñeå öùng duïng caùc noäi dung ñaõ hoïc • So saùnh vaø suy luaän caùc vaán ñeà ñöôïc neâu trong noäi dung • Heä thoáng hoùa caùc noäi dung ñaõ hoïc • OÂn laïi caùc noäi dung cuûa baøi – Toùm taét noäi dung 2. Caùc giai ñoaïn naøy coù theå noái tieáp nhau hay chaäp leân nhau tuøy theo noäi dung cuûa töøng moân hoïc cuõng nhö tính caùch cuûa moãi sinh vieân. 3. Ñeå coù keát quaû toát, ñieàu quan troïng nhaát laø phaûi tieán haønh caùc giai ñoaïn sau: Chöông 1 4 Giôùi thieäu a. Hoïc thuoäc kieán thöùc cô baûn Bao goàm caùc khaùi nieäm vaø quaù trình b. Suy luaän vaø thaûo luaän Thoâng qua caùc ví duï vaø baøi taäp c. Phaân tích vaø toång hôïp Caùc kieán thöùc cô baûn d. Heä thoáng hoùa kieán thöùc Maø tröôùc heát laø toùm taét noäi dung moân hoïc 4. Boán phöông phaùp suy luaän chính trong quaù trình hoïc laø: a. Moâ taû Chuû yeáu laø hoïc thuoäc vaø phaân tích – toång hôïp caùc kieán thöùc cô baûn bao goàm caùc khaùi nieäm, quaù trình vaø caùc hieän töôïng phoå bieán. b. Quy naïp Chuû yeáu laø ruùt ra nhöõng quy luaät töø nhöõng kieán thöùc cô baûn ñaõ bieát. c. Suy dieãn Chuû yeáu laø döï ñoaùn nhöõng ñieàu chöa bieát töø caùc quy luaät ñaõ bieát. d. Heä thoáng hoùa Chuû yeáu laø phaân loaïi vaø saép xeáp caùc kieán thöùc moät caùch khoa hoïc ñeå coù theå öùng duïng moät caùch deã daøng caùc quy luaät ñaõ bieát. 1.2.2 Noäi dung cô baûn cuûa Hoùa Voâ cô 1. Noäi dung cô baûn cuûa Hoùa Voâ cô noùi rieâng vaø Hoùa hoïc noùi chung coù theå ñöôïc toùm taét baèng phöông trình phaûn öùng sau: aA + bB → Phaûn öùng Taùc chaát laø chaát acid-baz hay chaát oxi hoùa-khöû Acid-baz hay Oxi hoùa-khöû? cC + dD Saûn phaåm laø gì? ΔG Toûa nhieät hay Thu nhieät Caáu truùc, hình thaùi vaø tính chaát cuûa caùc chaát? Chieàu vaø caân baèng cuûa phaûn öùng? Vaän toác vaø cô cheá cuûa phaûn öùng? Quaù trình vaø thieát bò phaûn öùng? Kyõ thuaät tieán haønh phaûn öùng? 2. Ngoaïi tröø ñoái vôùi caùc khí trô, trong taát caû caùc ñôn chaát vaø hôïp chaát ñeàu toàn taïi caùc lieân keát giöõa caùc nguyeân töû nhö: a. Lieân keát ion trong caùc tinh theå cuûa NaCl, CaF2, MgSO4,… b. Lieân keát coäng hoùa trò trong caùc phaân töû cuûa O2, S8, C2H5OH, ñöôøng,… c. Lieân keát kim loaïi trong caùc tinh theå kim loaïi cuûa saét, ñoàng, keõm,… d. Lieân keát van der Waals giöõa caùc phaân töû trong tinh theå cuûa N2, CO2, ñöôøng,… 3. Vaäy, muoán taïo thaønh hôïp chaát môùi (saûn phaåm) töø caùc ñôn chaát hay töø caùc hôïp chaát cuõ (taùc chaát), nhaát thieát phaûi xaûy ra quaù trình caét ñöùt lieân keát cuõ vaø hình thaønh lieân keát môùi. Ví duï: 2H–H(k) + O=O(k) → 2H–O–H(l) ΔG0 = −228,2 kJ/mol 4. Vì theá, kieán thöùc cô sôû cuûa hoùa hoïc chính laø lieân keát trong hoùa hoïc, maø quan troïng nhaát laø boán vaán ñeà sau: a. Moâ hình cuûa lieân keát b. Ñieàu kieän hình thaønh lieân keát Chöông 1 Giôùi thieäu 5 c. Tính chaát cuûa lieân keát d. Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa lieân keát 5. Tieáp theo, caàn phaûi bieát phaûn öùng xaûy ra (1) Theo chieàu naøo vaø (2) Ñaït caân baèng tôùi ñaâu (yeáu toá nhieät ñoäng löïc hoïc) cuõng nhö phaûn öùng xaûy ra (3) Vôùi vaän toác laø bao nhieâu vaø (4) Theo cô cheá naøo (yeáu toá ñoäng hoïc) thì môùi coù theå xaùc ñònh ñöôïc bieän phaùp ñeå ñaåy nhanh quaù trình phaûn öùng theo höôùng mong muoán vaø taïo ra nhieàu saûn phaåm nhaát. 6. Ngoaøi ra, coøn phaûi trang bò caùc kieán thöùc cô baûn veà: a. Kyõ thuaät tieán haønh phaûn öùng ñeå xaùc ñònh: • Loaïi thieát bò phaûn öùng thích hôïp • Theå tích thieát bò ñeå coù saûn löôïng mong muoán • Caùch saép xeáp thieát bò toái öu (a) (b) (c) Hình 1.1 Caùc loaïi thieát bò phaûn öùng: (a) Thieát bò giaùn ñoaïn (BR) (b) Thieát bò thuøng khuaáy lieân tuïc (CSTR) (c) Thieát bò oáng ñaåy (PFR) b. Caùc quaù trình vaø thieát bò cô hoïc caàn söû duïng khi tieán haønh phaûn öùng nhö: • Khuaáy–troän • Bôm–neùn–quaït • Nghieàn–saøng • Laéng–loïc–ly taâm • Truyeàn nhieät • Truyeàn khoái • Vaät lieäu cheá taïo thieát bò • Naêng löôïng vaø ñoäng löïc Hình 1.2 Maùy ly taâm ñöùng 7. Cuoái cuøng, ñeå trieån khai keát quaû nghieân cöùu vaøo thöïc teá saûn xuaát, caàn phaûi keát hôïp vôùi caùc boä phaän khaùc nhö taøi chaùnh, nhaân söï, thöông maïi, thò tröôøng,… 8. Kieán thöùc hoùa hoïc noùi ñôn giaûn laø nhaèm taïo ra saûn phaåm vôùi 6 tieâu chí chính: NHANH – NHIEÀU – TOÁT – BEÀN – REÛ – ÑEÏP 6 Chöông 2 Lieân keát hoùa hoïc Chöông 2 Lieân keát trong hoùa hoïc 2.1 Khaùi nieäm veà tieåu phaân 1. Caùc chaát coù theå toàn taïi ôû caùc traïng thaùi raát khaùc nhau veà quy moâ taäp hôïp cuûa caùc haït. 2. Caùc khí trô nhö He, Ne, Ar, Kr,… toàn taïi ôû traïng thaùi nguyeân töû maø giöõa caùc nguyeân töû naøy chæ xuaát hieän lieân keát van der Waals chöù khoâng hình thaønh caùc lieân keát hoùa hoïc. 3. Caùc chaát phaân töû bao goàm moät soá löôïng höõu haïn caùc nguyeân töû lieân keát hoùa hoïc vôùi nhau taïo thaønh caáu truùc beàn vöõng baõo hoøa hoùa trò. Ví duï nhö CH4, CO2, SF6, B2Cl6,… 4. Dung dòch laïi chöùa caùc cation vaø anion hay caùc phaân töû hoøa tan trong dung moâi, ñöôïc goïi laø caùc ion hay phaân töû bò solvat hoùa. Ví duï nhö dung dòch NaCl, (NH4)2SO4, ñöôøng,… 5. Ñoái vôùi caùc chaát coù caáu truùc tinh theå nhö kim cöông, NaCl, (NH4)2SO4,… thì phaûi môû roäng khaùi nieäm phaân töû laø toaøn boä moät tinh theå do khoâng theå taùch rieâng töøng nguyeân töû C hay phaân töû NaCl, (NH4)2SO4,… trong tinh theå. Moät tinh theå caøng lôùn thì soá löôïng nguyeân töû coù trong tinh theå ñoù caøng lôùn. Moät tinh theå coù theå chöùa töø vaøi trieäu cho ñeán haøng tæ tæ nguyeân töû. Vì vaäy, coâng thöùc phaân töû cuûa chaát tinh theå chæ bieåu thò moät caùch hình thöùc tæ leä soá löôïng nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá trong chaát. (a) Khí Xe (b) Khí CO2 Hình 2.1 (c) Dung dòch NaCl (d) Tinh theå NaCl Caùc quy moâ taäp hôïp thoâng thöôøng cuûa moät soá chaát 6. Chính caùc haït cuûa chaát toàn taïi ôû caùc traïng thaùi raát khaùc nhau veà quy moâ taäp hôïp naøy seõ tröïc tieáp tham gia vaøo quaù trình phaûn öùng hoùa hoïc. 7. Vì vaäy, chuùng ta quy öôùc söû duïng thuaät ngöõ tieåu phaân ñeå goïi caùc haït tröïc tieáp tham gia vaøo quaù trình phaûn öùng hoùa hoïc vôùi phaïm vi aùp duïng ñöôïc trình baøy trong Baûng 2.1. Chöông 2 Baûng 2.1 Lieân keát hoùa hoïc 7 Quy öôùc cuûa thuaät ngöõ tieåu phaân Quy moâ taäp hôïp cuûa chaát Tieåu phaân Nguyeân töû Moãi nguyeân töû Phaân töû Moãi phaân töû Dung dòch Moãi ion (cation hay anion) hoaëc phaân töû hoøa tan bò solvat hoùa Chaát raén Moãi ion, nguyeân töû hoaëc phaân töû ôû caùc nuùt maïng cuûa tinh theå 2.2 Lieân keát hoùa hoïc 2.2.1 Baûn chaát lieân keát hoùa hoïc 1. Lieân keát hoùa hoïc taïo thaønh ñöôïc chaát hoùa hoïc vaø ñöôïc thöøa nhaän coù baûn chaát ñieän. 2. Moät caùch chính xaùc, khi taïo lieân keát ñeå hình thaønh chaát, caáu truùc cuûa taát caû caùc ñieän töû cuûa caùc nguyeân töû tham gia lieân keát khoâng coøn toàn taïi nhö traïng thaùi ban ñaàu cuûa noù. 3. Moät caùch gaàn ñuùng, ngöôøi ta cho raèng chæ coù caùc ñieän töû hoùa trò naèm trong caùc vaân ñaïo hoùa trò cuûa nguyeân töû tham gia vaøo quaù trình taïo lieân keát. 4. Vì vaäy, tröôùc khi xem xeùt caùc bieán ñoåi cuûa lieân keát trong quaù trình phaûn öùng, phaûi xaùc ñònh roõ raøng caáu truùc ñieän töû cuûa caùc nguyeân töû tham gia phaûn öùng, nghóa laø xaùc ñònh caùc vaân ñaïo hoùa trò vaø ñieän töû hoùa trò cuûa caùc nguyeân töû ñoù. 5. Hình dung moät caùch tröïc quan laø khi hình thaønh lieân keát, caùc ñieän töû mang ñieän tích aâm seõ phaân boá laïi vò trí vaø taäp trung vaøo khoâng gian giöõa caùc haït nhaân mang ñieän tích döông ñeå taïo ra löïc huùt ñieän khieán cho caùc haït nhaân lieân keát laïi vôùi nhau. 6. Coù hai caùch chuû yeáu phaân boá ñieän töû hoùa trò daãn ñeán söï hình thaønh hai loaïi lieân keát hoùa hoïc quan troïng nhaát laø lieân keát ion vaø lieân keát coäng hoùa trò ñeå taïo thaønh chaát. Baûng 2.2 So saùnh lieân keát ion vaø lieân keát coäng hoùa trò Loaïi lieân keát Ion Coäng hoùa trò Caùch phaân boá ñieän töû lieân keát Ñieän töû lieân keát chæ thuoäc veà nguyeân toá coù ñoä aâm ñieän lôùn hôn Ñieän töû lieân keát ñöôïc söû duïng chung cho caû hai nguyeân töû Ñieän töû lieân keát Naèm ôû nguyeân töû coù χ lôùn hôn Naèm giöõa hai nguyeân töû Löïc lieân keát Ñieän ion Ñieän coäng hoùa trò Ñoä beàn cuûa lieân keát Cao Thaáp ñeán cao Söû duïng chuû yeáu Voâ cô 2.2.2 NaCl Höõu cô vaø Voâ cô CH4, Na2 SO4 Lieân keát theo quan ñieåm nhieät ñoäng löïc hoùa hoïc 1. Tröôùc ñaây, ngöôøi ta khoâng giaûi thích ñöôïc taïi sao laïi coù theå bieán ñoåi chaát naøy thaønh chaát khaùc moät caùch deã daøng maø khoù, thaäm chí khoâng theå, tieán haønh phaûn öùng ngöôïc laïi. Ví duï: HCl + NaOH → NaCl + H2O 2. Baèng caùch vay möôïn caùc quan ñieåm cuûa ngaønh nhieät ñoäng löïc hoïc, ta coù ñoäng löïc cuûa quaù trình hoùa hoïc chính laø cheânh leäch naêng löôïng töï do cuûa heä tröôùc vaø sau phaûn öùng. Chöông 2 8 Baûng 2.3 Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 X H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Lieân keát hoùa hoïc Z, kyù hieäu X, teân, naêm tìm thaáy vaø caáu truùc ñieän töû cuûa caùc nguyeân toá Teân Hydro Heli Liti Berili Bor Carbon Nitrogen Oxygen Fluor Neon Natri Magne Nhoâm Silic Phospho Löu huyønh Clor Argon Kali Calci Scandi Titan Vanadi Crom Mangan Saét Cobalt Nikel Ñoàng Keõm Gali Germani Arsen Selen Brom Krypton Rubidi Stronti Ytri Zirconi Niobi Molipden Tecneti Ruteni Rodi Paladi Baïc Cadmi Indi Thieác Antimon Telur Iod Xenon Cesi Naêm 1766 1895 1817 1828 1808 coå 1772 1774 1886 1898 1807 1808 1827 1824 1669 coå 1774 1894 1807 1808 1876 1776 1801 1797 1774 coå 1735 1751 coå t.coå 1875 1886 t.coå 1817 1826 1898 1861 1808 1794 1789 1801 1778 1937 1828 1803 1803 coå 1817 1863 coå coå 1782 1811 1898 1860 Caáu truùc 1s1 1s2 [He] 2s1 [He] 2s2 [He] 2s22p1 [He] 2s22p2 [He] 2s22p3 [He] 2s22p4 [He] 2s22p5 [He] 2s22p6 [Ne] 3s1 [Ne] 3s2 [Ne] 3s23p1 [Ne] 3s23p2 [Ne] 3s23p3 [Ne] 3s23p4 [Ne] 3s23p5 [Ne] 3s23p6 [Ar] 4s1 [Ar] 4s2 [Ar] 3d14s2 [Ar] 3d24s2 [Ar] 3d34s2 [Ar] 3d54s1 [Ar] 3d54s2 [Ar] 3d64s2 [Ar] 3d74s2 [Ar] 3d84s2 [Ar] 3d104s1 [Ar] 3d104s2 [Ar] 3d104s24p1 [Ar] 3d104s24p2 [Ar] 3d104s24p3 [Ar] 3d104s24p4 [Ar] 3d104s24p5 [Ar] 3d104s24p6 [Kr] 5s1 [Kr] 5s2 [Kr] 4d15s2 [Kr] 4d25s2 [Kr] 4d45s1 [Kr] 4d55s1 [Kr] 4d55s2 [Kr] 4d75s1 [Kr] 4d85s1 [Kr] 4d10 [Kr] 4d105s1 [Kr] 4d105s2 [Kr] 4d105s25p1 [Kr] 4d105s25p2 [Kr] 4d105s25p3 [Kr] 4d105s25p4 [Kr] 4d105s25p5 [Kr] 4d105s25p6 [Xe] 6s1 Z 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 X Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po Ai Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt – Teân Bari Lantan Ceri Prazeodim Neodim Prometi Samari Europi Gadolini Terbi Dysprosi Holmi Erbi Tuli Yterbi Luteti Hafni Tantal Tungsten Reni Osmi Iridi Platin Vaøng Thuûy ngaân Thali Chì Bismut Poloni Astantin Radon Franci Radi Actini Tori Protactini Urani Neptuni Plutoni Americi Curi Berkeli Californi Einsteini Fermi Mendelevi Nobeli Lawrenci Rutherfordi Dubni Seaborgi Bohri Hasi Meitneri Ununlini Naêm 1797 1839 1803 1885 1885 1945 1879 1901 1886 1843 1886 1878 1835 1879 1878 1907 1923 1802 1781 1925 1803 1803 1735 coå coå 1861 coå 1753 1898 1940 1908 1939 1898 1899 1828 1918 1789 1940 1940 1944 1944 1949 1950 1952 1952 1955 1966 1961 1964 1972 1974 1981 1984 1982 1994 Caáu truùc [Xe] 6s2 [Xe] 5d16s2 [Xe] 4f15d16s2 [Xe] 4f36s2 [Xe] 4f46s2 [Xe] 4f56s2 [Xe] 4f66s2 [Xe] 4f76s2 [Xe] 4f75d16s2 [Xe] 4f96s2 [Xe] 4f106s2 [Xe] 4f116s2 [Xe] 4f126s2 [Xe] 4f136s2 [Xe] 4f146s2 [Xe] 4f145d16s2 [Xe] 4f145d26s2 [Xe] 4f145d36s2 [Xe] 4f145d46s2 [Xe] 4f145d56s2 [Xe] 4f145d66s2 [Xe] 4f145d76s2 [Xe] 4f145d96s1 [Xe] 4f145d106s1 [Xe] 4f145d106s2 [Xe] 4f145d106s26p1 [Xe] 4f145d106s26p2 [Xe] 4f145d106s26p3 [Xe] 4f145d106s26p4 [Xe] 4f145d106s26p5 [Xe] 4f145d106s26p6 [Rn] 7s1 [Rn] 7s2 [Rn] 6d17s2 [Rn] 6d27s2 [Rn] 5f26d17s2 [Rn] 5f36d17s2 [Rn] 5f46d17s2 [Rn] 6d67s2 [Rn] 6d77s2 [Rn] 5f76d17s2 [Rn] 6d97s2 [Rn] 6d107s2 [Rn] 6d117s2 [Rn] 6d127s2 [Rn] 6d137s2 [Rn] 6d147s2 [Rn] 5f146d17s2 [Rn] 5f146d27s2 [Rn] 5f146d37s2 [Rn] 5f146d47s2 [Rn] 5f146d57s2 [Rn] 5f146d67s2 [Rn] 5f146d77s2 [Rn] 5f146d87s2 Chöông 2 Lieân keát hoùa hoïc 9 3. Heä seõ caøng beàn khi naêng löôïng töï do cuûa heä caøng thaáp. 4. Phaûn öùng chæ coù theå töï xaûy ra khi laøm naêng löôïng töï do cuûa heä giaûm xuoáng. 5. Löôïng naêng löôïng töï do giaûm ñi chuû yeáu laø do söï phaù huûy caùc lieân keát cuõ vaø hình thaønh caùc lieân keát môùi khi xaûy ra söï chuyeån hoùa caùc taùc chaát taïo thaønh caùc saûn phaåm. 6. Nhieät ñoäng löïc hoïc quy öôùc ñieåm goác 0 cuûa truïc naêng löôïng töông öùng vôùi möùc naêng löôïng cöïc ñaïi cuûa heä khi caùc tieåu phaân cuûa caùc chaát caùch xa nhau voâ haïn. Giöõa caùc tieåu phaân luùc naøy hoaøn toaøn khoâng hình thaønh baát cöù lieân keát naøo. 7. Theo quy öôùc naøy, khi hình thaønh lieân keát hoùa hoïc thì naêng löôïng töï do cuûa heä giaûm xuoáng. Heä caøng beàn neáu naêng löôïng töï do cuûa heä caøng aâm (< 0), töùc laø caøng nhoû. 8. Ñieàu naøy coù nghóa laø saûn phaåm caøng beàn neáu caùc lieân keát môùi ñöôïc hình thaønh khieán cho saûn phaåm coù naêng löôïng caøng aâm, hay naêng löôïng caøng nhoû, so vôùi caùc lieân keát cuõ trong taùc chaát. 9. Thöïc teá thì caùc nhaø hoùa hoïc laïi hay söû duïng giaù trò tuyeät ñoái cuûa naêng löôïng neân thöôøng noùi raèng heä caøng beàn khi naêng löôïng cuûa quaù trình phaûn öùng caøng lôùn. 10. Caàn löu yù ñieàu naøy ñeå traùnh caùc nhaàm laãn ñaùng tieác. 2.2.3 Caùc thoâng soá ñaëc tröng cho lieân keát 1. Ñoä daøi lieân keát d (~Å = 10−10m) laø khoaûng caùch caân baèng giöõa hai haït nhaân cuûa hai nguyeân töû lieân keát vôùi nhau. Ñoä daøi cuûa moät lieân keát caøng ngaén thì lieân keát caøng beàn. 2. Goùc lieân keát (0) laø goùc taïo bôûi hai ñoaïn thaúng töôûng töôïng ñi qua haït nhaân cuûa nguyeân töû ñang xeùt vôùi hai nguyeân töû lieân keát vôùi noù. 3. Naêng löôïng lieân keát E (kJ/mol, kcal/mol) laø naêng löôïng caàn thieát ñeå caét ñöùt lieân keát. Naêng löôïng lieân keát caøng lôùn thì ñoä beàn cuûa lieân keát caøng cao vaø lieân keát caøng beàn. 4. Baäc lieân keát n laø soá löôïng lieân keát ñöôïc hình thaønh giöõa hai nguyeân töû ñang xeùt. Ví duï nhö baäc lieân keát cuûa N trong N≡N laø n = 3 goàm moät lieân keát σ vaø hai lieân keát π. 2.3 Lieân keát ion 2.3.1 Moâ hình cuûa lieân keát ion 1. Lieân keát ion laø lieân keát hoùa hoïc ñöôïc hình thaønh khi caùc ñieän töû hoùa trò tham gia lieân keát cuûa caùc nguyeân töû ñöôïc cho laø thuoäc veà nguyeân toá coù ñoä aâm ñieän χ lôùn hôn. 2. Nguyeân töû cho ñieän töû laø Nguyeân töû nhaän ñieän töû laø kim loaïi taïo thaønh cation. khoâng kim loaïi taïo thaønh anion. 3. Moãi cation ñöôïc coi laø moät ñieän tích ñieåm vaät lyù coù ñieän tích q+ vaø baùn kính r+. 4. Moãi anion ñöôïc coi laø moät ñieän tích ñieåm vaät lyù coù ñieän tích q– vaø baùn kính r–. 5. Löïc töông taùc giöõa caùc ion laø löïc ñieän. 6. Löu yù laø baùn kính thöôøng bieán ñoåi raát lôùn trong quaù trình hình thaønh lieân keát ion: Hình 2.2 Moâ hình lieân keát ion Chöông 2 10 Lieân keát hoùa hoïc • Nguyeân toá kim loaïi • Nguyeân toá khoâng kim loaïi → anion: Hình 2.3 2.3.2 → cation: rkl → rq+ ↓ rcht → rq– ↑ Bieán ñoåi baùn kính cuûa caùc tieåu phaân trong quaù trình hình thaønh lieân keát ion Ñieàu kieän hình thaønh lieân keát ion 1. Lieân keát ion ñöôïc hình thaønh khi hai nguyeân töû tham gia lieân keát coù ñoä aâm ñieän χ khaùc bieät lôùn (Δχ lôùn), öùng vôùi moät kim loaïi coù soá oxi hoùa ≤ 3 lieân keát vôùi moät khoâng kim loaïi. 2. Ngöôøi ta chaáp nhaän khi cheânh leäch ñoä aâm ñieän Δχ ≥ 2,2 thì lieân keát A+–B– coù tính ion ≥ 70% vaø coù theå xem nhö lieân keát coù baûn chaát ion. Khoâng coù lieân keát ion 100%. 3. Coâng thöùc Pauling ñeå tính phaàn traêm tính ion cuûa lieân keát A+–B– theo ñoä aâm ñieän χ: % tính ion cuûa lieân keát = (1− e Baûng 2.4 1 − (χ A −χB )2 4 ) ×100% % tính ion cuûa lieân keát A+–B– theo cheânh leäch ñoä aâm ñieän Δχ Δχ % ion Δχ % ion Δχ % ion 0,2 1 1,2 30 2,2 70 0,4 4 1,4 39 2,4 76 0,6 9 1,6 47 2,6 82 0,8 15 1,8 55 2,8 86 1,0 22 2,0 63 3,0 89 3,2 92 2.3.3 Caùc tính chaát cuûa lieân keát ion 1. Do baûn chaát cuûa löïc lieân keát ion laø löïc ñieän ion coù tính chaát baát ñònh höôùng vaø baát baõo hoøa neân lieân keát ion cuõng coù hai tính chaát chính laø baát ñònh höôùng vaø baát baõo hoøa. 2. Tính baát ñònh höôùng khieán cho moät ion huùt caùc ion ngöôïc daáu theo moïi phöông laø nhö nhau neân caùc ion coù theå lieân keát vôùi caùc ion traùi daáu theo baát kyø phöông naøo. 3. Tính baát baõo hoøa khieán cho moät ion coù xu höôùng huùt moät soá löôïng toái ña caùc ion traùi daáu, ngoaïi tröø hieäu öùng laäp theå giôùi haïn löôïng ion traùi daáu coù theå bao quanh ion ñoù. 4. Heä quaû laø söï phaân boá trong khoâng gian cuûa caùc ion phuï thuoäc chuû yeáu vaøo baùn kính vaø ñieän tích cuûa caùc cation vaø anion. Caùc ion thöôøng coù soá phoái trí cao laø 8, 6 hay 4. 5. Caùc hôïp chaát ion taïo thaønh nhöõng haït raén beàn bao goàm moät soá raát lôùn caùc ion traùi daáu saép xeáp moät caùch traät töï vaø tuaàn hoaøn. Caùc haït raén naøy ñöôïc goïi laø caùc tinh theå ion. Chöông 2 SPT: Lieân keát hoùa hoïc (a) 12 (b) 8 (c) 6 Hình 2.4 2.3.4 11 (d) 4 (e) 3 (f) 2 Caùc soá phoái trí (SPT) thoâng thöôøng Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cuûa lieân keát ion trong tinh theå 1. Naêng löôïng lieân keát A giöõa moät cation vaø moät anion ñöôïc tính theo töông taùc tónh ñieän: A = −k (q+ × q− )e 2 (2.1) (r + + r − ) 2. Taäp hôïp caùc cation vaø anion taïo thaønh tinh theå ion vaø ñoä beàn cuûa lieân keát ion ñöôïc tính theo naêng löôïng töông taùc tónh ñieän trong tinh theå Att (naêng löôïng maïng tinh theå): A tt = −k trong ñoù: k q +, q – r+, r– n (q+ × q− )e 2 ⎛ 1⎞ ⎜1 − ⎟ + − n (r + r ) ⎝ ⎠ (2.2) heä soá tæ leä ñieän tích cuûa cation vaø anion baùn kính cuûa cation vaø anion heä soá ñaåy Born, n > 1, n phuï thuoäc vaøo caáu truùc ñieän töû cuûa ion vaø ñöôïc xaùc ñònh töø ñoä chòu neùn vaø tính chaát quang hoïc cuûa tinh theå: Caáu truùc ñieän töû He Ne Ar Kr Xe n 5 7 9 10 12 Hình 2.5 Moâ hình tính toaùn löïc lieân keát ion trong tinh theå 3. Ñoä beàn cuûa lieân keát ion caøng cao khi caùc cation vaø anion coù: a. Ñieän tích caøng lôùn b. Baùn kính caøng nhoû nghóa laø khi q+ vaø q– ↑ nghóa laø khi r+ vaø r– ↓ 4. Yeáu toá ñieän tích q± coù tính quyeát ñònh do bieán thieân lôùn vaø theo tích cuûa 2 ñieän tích. 5. Yeáu toá baùn kính r± khoâng quan troïng baèng do bieán thieân ít vaø theo toång cuûa 2 baùn kính.