Hóa đại cương vô cơ Chương 1 Cấu tạo nguyên tử Phan Chi Uyên

HÓA ĐẠI CƯƠNG
(GENERAL CHEMISTRY)

PHAN CHI UYÊN
Đà Nẵng, 10/2021




HĨA ĐẠI CƯƠNG – TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách, giáo trình chính
- Hóa vơ cơ (inorganic chemistry)
Hồng Nhâm, Hóa học vơ cơ tập 1, tập 2, NXB
Giáo dục, 2004
Tài liệu tham khảo:
- Nguyễn Đình Chi, Cơ sở lý thuyết Hóa học-phần 1, NXB Giáo
dục, 2006
- Trần Quốc Sơn, Hóa học hữu cơ tập 1, NXB Hà Nội, 2004
- PGS.TS Thái Doãn Tĩnh, Bài tập cơ sở hóa hữu cơ, NXB Khoa
học và kỹ thuật, 2007 


KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN

+ Kiểm tra giữa kỳ: 30%. Hình thức thi: Trắc nghiệm kết hợp tự
luận (đề chung)
+ Thi kết thúc học phần: 50%. Hình thức thi: Tự luận kết hợp
nghiệm (đề chung)
+ Bài tập, chuyên cần và các thành phần khác: 20%. Hình thức
đánh giá: đánh giá thường xuyên trên lớp
(Chú ý: sinh viên phải dự lớp trên 80%)

HĨA VƠ CƠ

CHƯƠNG 1

CẤU TẠO NGUN TỬ
PHAN CHI UN
Đà Nẵng, 10/2021


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Vàng

Xanh

VX

+
Hóa học là gì?
Chất là gì?
Nguyên tử

Đơn chất

Hợp chất


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ

Proton (p):
mp = 1,672.10-24 g
( = 1,00728 đvC)
qp = 1,602.10-19 C hay 1+

Neutron (n):
mn = 1,675.10-24 g
(= 1,00867 đvC)  mp
qn = 0

Nucleus có
Z proton và
N neutron:
điện tích Z+

Lớp vỏ có Z electron (e)
me = 0,91.10-27 g = 9,1.10-31 kg
(=1/1837 đvC)
qe = -1,602.10-19 Coulomb (C)
hay 1-

Số đơn vị điện
tích hạt nhân (Z)
= số p = số e
Số khối A = Z +
N

Ký hiệu nguyên tử :

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Z+
Z+

Z+
N1
Z+
N3

Z+

Nguyên tố hóa học là tập hợp tất cả các nguyên tử
có cùng số điện tích hạt nhân

Z+

Z+
N2

Đồng vị là những tập hợp những ngun tử có cùng
số điện tích hạt nhân nhưng khác số neutron
Các đồng vị thường có tính chất hóa học giống nhau

Tính thù hình: Là sự tồn tại của nguyên tố hoá học
dưới dạng một số đơn chất. Các đơn chất khác nhau do
cùng một nguyên tố tạo thành gọi là các chất thù hình.

/>

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ
Vỏ nguyên tử gồm nhiều lớp electron (n hay cịn
gọi là số lượng tử chính). Ký hiệu: 1, 2, 3, 4…
hoặc K, L, M, N…

4/N

3/M
Z+
N
2/L
1/K

Mỗi lớp gồm nhiều phân lớp (l hay còn gọi là
số lượng tử phụ - lớp thứ n có n phân lớp:
từ 0 đến n-1): l = 0, 1, 2, 3 … s, p, d, f…
Phân lớp l có (2l + 1) orbital nguyên tử.
Phân lớp s (l = 0) có 1 orbital, phân lớp p có
3 orbital, phân lớp d có 5 orbital... Các
orbital có số lượng tử từ m từ +l…0…-l

Trong mỗi orbital chứa tối đa 2 electron có số
lượng tử spin ms = +1/2 (↑) hoặc ms = -1/2 (↓)

Trong lớp n có n2 orbital, chứa tối đa 2n2 electron


n=1, 2, 3

l=0, 1, 2, 3

Tiểu học
(cấp 1)

Lớp 1

Trung học cơ sở
(cấp 2)

Lớp 2

Lớp 3

Trung học phổ thông
(cấp 3)

Lớp 4

Lớp 5


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ
n, l, m, ms là bốn số lượng tử đặc trưng cho các electron trong nguyên tử
n

l

orbital

m

Số orbital

1

0

1s

0

1

2

0
1

2s
2p

0
+1, 0, -1

1
3

0

1
2

3s
3p
3d

0
+1, 0, -1
+2, +1, 0, -1, -2

1
3
5

0
1
2
3

4s
4p
4d
4f

0
+1, 0, -1
+2, +1, 0, -1, -2
+3, +2, +1, 0, -1, -2, -3

1
3
5
7

3

4

Orbital nguyên tử (AO) được ký hiệu bằng

l=0
m

0

l=1
m +1 0
l=2
m

□ gọi là ô lượng tử

-1

+2 +1 0 -1 -2


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ

Ví dụ 1: Hãy cho biết trong các bộ số lượng tử sau đây, bộ số lượng tử nào
đúng:
a)
n = 3 ; l = 1 ; m = +1 ; ms = - 3/ 2
n = 2 ; l = 1 ; m = 0 ; mss = + 1/ 2
b)
c)
n = 4 ; l = 3 ; m = -4 ; ms = - 1/ 2
= 55 ;; ll =
= 22 ;; m
m=
= +2
+2 ;; m
ms =
=+
+ 1/
1/ 22
d)
nn =
s
Ví dụ 2: Biểu diễn các AO có các số lượng tử sau:
a)
n=2,l=0,m=0
b)
n = 2 , l = 1 , m = +1
c)
n = 3 , l = 2 , m = -2


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ

SỰ PHÂN BỐ ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ: sự phân bố electron tuân
theo các nguyên lý và quy tắc sau
Nguyên lý vững bền: Trong nguyên tử
các electron lần lượt chiếm các mức
năng lượng từ thấp đến cao (trật tự tăng
dần của các mức năng lượng tuân theo
quy tắc Kleckowski)

Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp,
các electron phân bố sao cho tổng số
lượng tử spin của chúng có giá trị lớn
nhất

Lớp n

Nguyên lý Pauli: Trong một nguyên tử
nhiều electron, không thể tồn tại hai
electron có cùng chung 4 số lượng tử.


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
CẤU HÌNH ELECTRON
Trạng thái bền của cấu hình bão hịa
Trong tự nhiên, các nguyên tử thường tồn tại độc lập hoặc liên kết với nhau để đạt cấu
hình bền, đó là cấu hình có 8 electron ở lớp ngồi cùng: ns2np6 (cấu hình của các
nguyên tử khí hiếm - trừ He), người ta gọi là quy tắc bát tử.
Cấu hình electron bền
+ Lớp ngồi cùng có 8e : ns2np6 : bền nhất
+ Lớp ngồi cùng có 18e : ns2np6nd10 hoặc (n-1)d10 ns2np6
+ Phân lớp bão hoà : phân lớp chứa đầy electron : p6, d10 ...

+ Phân lớp bán bão hoà : phân lớp chứa 1/2 số electron tối đa: p 3, d5...
Sự phân bố electron vào các AO tuân theo các nguyên lý và quy tắc ở trên, cấu hình
electron phải viết theo thứ tự lớp từ trong ra ngoài và khi ngun tử mất electron nó
sẽ mất electron ở lớp ngồi trước chứ không phải mất electron ở mức năng lượng cao
nhất.
Trong một số trường hợp, để được trạng thái cấu hình electron bền, có thể phá vỡ một
số ngun lý, quy tắc trên.


Ví dụ: H (Z = 1)

1s1

He (Z=2)

1s2

Li (Z=3)

1s2 2s1

Be (Z=4)

1s2 2s2

B (Z=5)

1s2 2s22p1

C (Z=6)

1s2 2s22p2

N (Z=7)

1s2 2s22p3

O (Z=8)

1s2 2s22p4

F (Z=9)

1s2 2s22p5

Ne (Z=10)

1s2 2s22p6

Na (Z=11)

1s2 2s22p6 3s1

1s

2s

2p

3s

n=

1

2

2

3

l=

0

0

1

0


CẤU TẠO NGUN TỬ - VỎ NGUN TỬ
CẤU HÌNH ELECTRON
Ví dụ: Viết cấu hình electron của nguyên tử
Cl (Z = 17) 1s2 2s22p6 3s23p5
Ca (Z = 20) 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2
Cr (Z = 24) 1s2 2s22p6 3s23p6 3d4 4s2 1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
Fe (Z = 26) 1s2 2s22p6 3s23p6 3d6 4s2
Cu (Z = 29) 1s2 2s22p6 3s23p6 3d9 4s2 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s1

Cr2+, Cr3+, Cr6+, Fe2+, Fe3+, Cu1+, Cu2+
Cr2+ 1s2 2s22p6 3s23p63d4
Cr3+: 1s2 2s22p6 3s23p63d3
Cr6+: 1s2 2s22p6 3s23p6

Fe2+ 1s2 2s22p6 3s23p63d6
Fe3+: 1s2 2s22p6 3s23p63d5
Cu+ 1s2 2s22p6 3s23p63d10
Cu2+: 1s2 2s22p6 3s23p63d9


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - VỎ NGUYÊN TỬ
PHÂN BỐ ELECTRON VÀO CÁC ORBITAL NGUN TỬ
Ví dụ 1: Viết cấu hình electron lớp ngoài cùng vào các orbital nguyên tử
Cl (Z = 17)
Cu (Z = 29)
Cl (Z = 17)

3s23p5
3s2

Cu (Z = 29)

3p5

3d10 4s1
3d10

4s1

Ví dụ 2: Điện tử cuối của những nguyên tử có lần lượt các số lượng tử sau, xác
định cấu hình electron lớp ngồi cùng và số đơn vị điện tích hạt nhân của các
ngun tử đó :
a)
n = 2 , l = 0 , m = 0 , ms = - 1 / 2
2s2 => Z = 4
2s1 => Z = 3
b)
n = 2 , l = 0 , m = 0 , ms = + 1/ 2
3p4 => Z = 16
c)
n = 3 , l = 1 , m = + 1 , ms = - 1/ 2