Hóa học

Chương 1: Nguyên Tử

A.        KIẾN THỨC CƠ SỞ

I.        THÀNH PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

1.         THÀNH PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
   Mọi nguyên tử đầu đều cấu tạo từ ba loại hạt cơ bản là proton (p), nơtron (n), electron (e), gồm hai phần
 Hạt nhân nguyên tử tụ do p và n tạo nên.
Lớp vỏ nguyên tử do e tạo nên.

                                                               

Đặc điểm của các hạt tạo nên nguyên tử:

Đặc tính hạt	Vỏ nguyên tử	Hạt nhân
		Proton (p)	Nơtron (n)
Điện tích q	e = - 1,6.10-19C hay qe = 1-	qp =  1,6.10-19C hay qp = 1+	qn = 0
Khối lượng m	me = 9,1.10-31kg hay me = 0,00055u	mp = 1,67.10-27kg hay mp = 1u	mn = 1,67.10-27kg hay mn = 1u

             Nguyên tử bình thường phải trung hòa về điện nên trong nguyên tử.u là đơn vị khối lượng nguyên tử, u còn được gọi là đvC.

ðSố p = Số e

2.         KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ
 Kích thước nguyên tử
 Để biểu thị kích thước nguyên tử người ta dùng đơn vị nanomet (kí hiệu nm) hay angstrom (kí hiệu \(\mathop A\limits^0 \) ).

         Ví dụ

-        Nguyên tử hiđro có bán kinh khoảng 0,053 nm.

-        Đường kinh hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn, vào khoảng 10^-5 nm

ð   Như vậy đường kính nguyên tử lớn hơn đường kính hạt nhân khoảng: \(\frac{{{{10}^{ - 1}}nm}}{{{{10}^{ - 5}}nm}} = 10.000\) lần.

 Đường kính của p, e còn nhỏ hơn rất nhiều vào khoảng 10^-8nm.

ð Nguyên tử có cấu tạo rổng với tâm nguyên tử là hạt nhân, các electron chuyển động xung quanh hạt nhân tạo nên vỏ nguyên tử.

Khối lượng nguyên tử
 Nguyên tử là những hạt vi mô có khối lượng vô cùng nhỏ bé. Để biểu thị khối lượng của nguyên tử và các hạt vi mô khác người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u hay đvC.

            1u (đvC) = \(\frac{1}{{12}}{m_C}\)  = 1,6605.10^-27 kg

            Ví dụ: Khối lượng nguyên tử hiđro là 1,6735.10^-27 = 1u.
Khối lương nguyên tử của Cacbon là 19,92026.10^-27 kg = 12u

            Vì khối lượng electron rất nhỏ so với khối lượng hạt nhân nên có thể coi khối lượng nguyên tử gần bằng với khối lượng hạt nhân và bằng m_p + m_n.

3.         HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

Điện tích hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương. Nếu trong hạt nhân có Z proton thì điện tích của hạt nhân là Z⁺.

Số điện tích hạt nhân còn gọi số hiệu nguyên tử (bằng số thứ tự của nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn Mendeleep).

           ðNhư vậy, với một nguyên tử trung hòa về điện: số p = số e = Z.

Số khối hạt nhân

                 Tổng số proton (Z) và số notron (N) trong hạt nhân nguyên tử gọi là số khối A

A = Z + N
Với 82 nguyên tố đứng đầu HTHH, ta thấy:

\(1 \le \frac{N}{Z} \le 1,5\)

4.         NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.

            Nhưng nguyên tử có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân đều có tính chất hóa học giống nhau.

        Số hiệu nguyên tử (Z) bằng số đơn vị điện tích hạt nhân và bằng số electron có trong nguyên tử.

            Số proton trong hạt nhân, số electron trong nguyên tử.

            Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử.

            Số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

             Kí hiệu nguyên tử: Để biểu diễn hạt nhân của một nguyên tố hóa học X, người ta dùng kí hiệu như sau:

\({}_Z^AX\) trong đó Z: là điện tích hạt nhân
                                    A: là số khối

ð Như vậy với một nguyên tử, cách kí hiệu trên chỉ rõ thành phần cấu tạo
nguyên tử.

Ví dụ: \({}_{17}^{35}Cl\)  nguyên tử Clo có :có 17 electron, 17 proton, 18 notron.

5.         ĐỒNG VỊ -  NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH

             Đồng vị 

            Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số notron do đó số khối khác nhau.

Ví dụ: \({}_{17}^{35}Cl\)  và \({}_{17}^{37}Cl\).

             Nguyên tử khối trung bình

            Hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của đồng vị với tỷ lệ % số nguyên tử xác định, nên nguyên tử khối của các nguyên tố (ghi trong bảng tuần hoàn) là nguyên tử  khối trung bình của nguyên tố.

            Gọi \(\overline A \)  là nguyên tử khối trung bình của nguyên tố, ta có:

\(\overline A  = \frac{{{\rm{Tổng khối lượng nguyên tử}}}}{{{\rm{Tổng số nguyên tử}}}}\)

hay \(\overline A  = \frac{{aA + bB + ...}}{{100\% }}\)

Trong đó:   là nguyên tử  khối trung bình.

                   A, B,… là nguyên tử khổi của mỗi đồng vị.

                   a, b,… là % số nguyên tử của mỗi đồng vị.

II.     VỎ NGUYÊN TỬ

1.         SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON NGUYÊN TỬ

             Đặc điểm chuyển động của electron trong nguyên tử

            Electron chuyển động xung quanh hạt nhân với vận tốc rất lớn, tạo nên một vùng không gian mang điện tích âm gọi là “mây electron”.

            Mật độ điện tích của đám mây electron không đều, chỗ nhiều chỗ ít. Khu vực có mật độ điện tích lớn nhất thường gọi là obitan nguyên tử (kí hiệu AO), các obitan khác nhau về hình dạng, kích thước và sự đinh hương trong không gian.

            Electron chuyển động xung quanh hạt nhân với các mức năng lượng khác nhau. Những electron ở gần hạt nhân, liên kết với nhân chặt chẽ nhất. Ta nói chúng ở mức năng lượng thấp nhất. Những electron ở xa hạt nhân nhất, ở mức năng lượng cao nhất và luên kết yếu với nhân, những electron này dễ tham gia vào liên kết hóa học.

2.         LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON

 Lớp electron (mức năng lượng)

 Những electron có năng lượng xấp xỉ nhau hợp thành lớp electron.

Các lớp electron từ gần ra xa hạt nhân được ghi bằng số n hoặc kí hiệu bằng những kí hiệu tương ứng:             

   Lớp electron n:               1          2              3                       4                      …
                     chữ:    K         L              M                      N                     …

       Phân lớp electron (hay phân mức năng lượng)

            Mỗi lớp electron lại chia thành phân lớp. Các electron trong mỗi phân lớp lại có mức năng lượng bằng nhau.

            Các phân lớp được kí hiệu: s, p, d, f,…

            Số phân lớp trong mỗi lớp đúng bằng số thứ tự của lớp đó.

Ví dụ: lớp K (n = 1) có 1 phân lớp: 1s

            lớp L (n = 2) có 2 phân lớp: 2s, 2p

            lớp M (n = 3) có 3 phân lớp: 3s, 3p, 3d

                 Số obitan trong một phân lớp

            Trong số phân lớp có các obitan (AO).

            Số AO trong mỗi phân lớp là:

-        Phân lớp s có 1 AO

-        Phân lớp p có 3 AO

-        Phân lớp d có 5 AO

-        Phân lớp f có 7 AO

             Số obitan trong một lớp electron

-        Số obitan trong lớp electron thứ n là n² obitan

-        Lớp K (n = 1) có 1obitan: 1s

-        Lớp L (n = 2) có 4 obitan: 1 obitan s và 3 obitan 2p

-        Lớp thứ M (n = 3) có 9 obitan: 1 obitan 3s, 3 obitan 3p, 5 obitan 3d

3.         NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC  ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ - CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

             Năng lượng electron trong nguyên tử

            Mức năng lượng của obitan nguyên tử

-         Trong nguyên tử các electron trên mỗi ibitan có một mức năng lượng xác định. -         Các electron trên các obitan khác nhau của cùng một phân lớp có năng lượng như nhau. -         Chiều tăng dần của năng lượng theo các phân lớp

            Trật tự theo chiều tăng dấn năng lượng theo các phân lớp hay:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d …

Chú ý: Khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng. Mức 4s trở nên thấp hơn mức 3d, mức 5s thấp hơn mức 4d…

             Các nguyên lí và quy tác phân bố electron trong nguyên tử

            Nguyên lí Pauli: Trên 1 obitan (hay ô lượng tử ) chỉ có thể có nhiều nhất hai electron và hai electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.

             Sự mô tả cấu trúc electron bằng vỏ nguyên tử

             Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng