Bài giảng kim loại nhóm IVA trong bảng hệ thống tuần hoàn

•
Cũng như các nhà máy điện thông thường
tạo ra điện bằng cách khai thác năng
lượng nhiệt từ việc đốt
nhiên liệu hóa thạch, các lò phản ứng hạt
nhân biến đổi năng lượng nhiệt phát ra từ
phân hạch hạt nhân
•
Khi một hạt nhân nguyên tử phân hạch lớn như Urani 235 hoặc
Plutoni 239 hấp thụ một neutron, nó có thể trải qua
phân hạch hạt nhân. Các hạt nhân nặng chia tách thành hai hoặc
nhiều hạt nhân nhẹ hơn, giải phóng năng lượng, bức xạ gamma và
nơtron tự do; được gọi chung là sản phẩm phân hạch.[1] Các
nơtron sinh ra sau mỗi phân hạch lại có thể bị hấp thụ bởi các hạt
nhân ở gần đó, làm xảy ra phân hạch tiếp theo và cứ thế, sự phân
hạch diễn ra thành một dây chuyền. Số phân hạch tăng lên rất
nhanh trong một thời gian rất ngắn tạo thành một chuỗi phản ứng
hạt nhân.
•
Các nguyên liệu hấp thụ nơtron thường được sử dụng như nước
nhẹ (75% các lò phản ứng trên thế giới) than chì rắn (20%) và
nước nặng (5%). Berili cũng đã từng được sử dụng trong một số
kiểu thí nghiệm, và hydrocarbon đã từng được đề xuất sử dụng.[2]
•
Nhiên liệu phân hạch trong phần lớn các lò phản ứng là U235 hay Pu239. Để đảm
bảo cho hệ số nhân nơtron k = 1, trong các lò phản ứng người ta dùng các thanh
điều khiển có chứa Bo hay Cadmi, là các chất có tác dụng hấp thụ nơtron.
•
Khi số notron trong lò tăng lên quá nhiều (k > 1), người ta cho các thanh điều khiển
ngập sâu vào khu vực chứa nhiên liệu phân hạch để hấp thụ số nơtron thừa. Năng

lượng toả ra từ phản ứng không đổi theo thời gian.
–
Nhiên liệu hạt nhân thường được chế tạo dưới dạng các thanh dài và việc bố trí các thanh
nhiên liệu trong lò phản ứng phải được tính toán cẩn thận. Thanh nhiên liệu và chất là
chậm nơtron (nước nặng D2O, nước thường, than chì, berili ) phài được sắp đặt sao cho
mỗi lần phân hạch bao giờ cũng có ít nhất một nơtron tiếp tục gây ra một phân hạch khác.
–
Ngoài ra cũng phải có cách điều khiển tốc độ các phân hạch xảy ra. Yêu cầu đặt ra là nhất
thiết phải có khả năng khởi động từ từ phản ứng dây chuyền, điều chỉnh nó trong quá trình
tiến triển và làm cho phản ứng dừng lại khi cần. Việc điều khiển này được thực hiện với
các thanh điều khiển chế tạo bằng vật liệu hấp thụ nơtron như cađimi. Khi các thanh điều
khiển được thả xen hoàn toàn vào vùng các thanh nhiên liệu, thì rất nhiều nơtron bị hấp thụ
và phản ứng dây chuyền sẽ dừng lại. Khi rút từ từ các thanh điều khiển ra khỏi vùng hoạt
động của lò phản ứng(vùng tâm lò phản ứng), thì phản ứng phân hạch lại bắt đâù và tiến
dần đến mức tạo nên phản ứng dây chuyền tự duy trì.
–
Động năng của các mảnh phân hạch và nơtron được biến đổi thành năng lượng nhiệt.
Thành thử, lò phản ứng là một nguồn nhiệt khổng lồ có thể tạo ra những nhiệt độ rất cao.
Nhiệt lượng tạo ra được một chất lỏng làm nguội (chất tải nhiệt) tải đi theo các ống dẫn
chạy qua vùng trung tâm lò. Trong nhiều trường hợp người ta dùng nước để làm chậm,
đồng thời làm chất tải nhiệt
•
Động đất và mất điện lưới đã đánh gục hoàn toàn hệ
thống bơm tải nhiệt và cả hệ thống làm nguội khi có sự
cố.Các nhân viên vận hành lúc này phải nghĩ đến máy
diesel dự phòng.
•
Con đê chắn kiên cố phía bờ biển bị sóng thần phá vỡ,
nước biển tràn vào làm ngập gian nhà chứa máy diesel,
nó chỉ chạy được chưa đầy một giờ

•
còn có hệ thống ăcquy dự phòng, nhưng chỉ đủ điện
cho các hệ thống điều khiển và chiếu sáng hạn chế. Máy
phát điện lưu động được điều đến trong vòng 13 giờ sau
đó, nhưng không kết nối được vào các thiết bị của nhà
máy bởi tầng hầm chứa các tủ điện bị ngập nước do
sóng thần.
•
Chỉ còn cách xì bớt hơi ra nhà lò để giảm áp suất bên
trong thùng lò, đồng thời dùng bơm cứu hỏa, công cụ
cuối cùng khả dĩ lúc này, để bơm nước biển vào thùng
lò làm nguội các bó nhiên liệu. Axit bôric được pha vào
nước biển để hấp thụ nơtron, phòng khi phản ứng dây
chuyền xảy ra.
•
phát hiện thấy hai sản phẩm phân hạch trong không khí
xung quanh khu vực lò, đồng vị xêsi (Cs-137, Cs-134) và
iôt (I-131)vỏ bọc nhiên liệu đã bị hỏng
•
Máy bay trực thăng của quân đội Mỹ lượn cách nhà máy
60 dặm phát hiện xêsi phóng xạ
GROUP IVA
Carbon C 6 [He]2s
2
2p
2

Silicon Si 14 [Ne]3s
2
3p

2
Germanium Ge 32 [Ar]3d
10
4s
2
4p
2
Tin Sn 50 [Kr]4d
10
5s
2
5p
2
Lead Pb 82 [Rn]4f
14
5d
10
6s
2
6p
2
↑↓
↑ ↑
↑
↑ ↑ ↑
Cấu tạo vỏ điện tử hóa trị
Trạng thái oxy hóa
Qui luật biến đổi
Tính bền số OXH +IV
giảm dần và +II tăng dần

Nguyên tố nhóm IVA thể hiện số oxi hóa:
•
-4: CH
4
, ,…
•
+2: PbS, SnCl
2
, CO,…
•
+4: CO
2
, SiO
2
,…
2 2 4 4
4 6 6 8 8
3 3 2 3 2 2
CF SiF GeF SnF PbS
sp sp d sp d f
− − − −
¬ → ¬ →
C-C 348 kJ/mol Organic
Si-Si 219
Ge-Ge167
Sn-Sn 155
Si-O 452 Silicate
Nhóm IVA có khả năng tạo mạch dài, điển hình nhất
là C.

–
Bán kính của C tương đối nhỏ
–
Số phối trí tương đối lớn (C tối đa 4 phối trí)
C–C C=C C≡C Si–Si Ge–Ge
Năng lượng liên kết
(kJ/mol)
346 602 835 222 188
Độ dài liên kết
(pm)
154 134 120 233 241
Department of Inorganic Chemistry - HUT
Department of Inorganic Chemistry - HUT
…Carbon, although the second most abundant element in
living organisms, accounts for only 0.02 of the mass of the
earth's crust …
(C mặc dù đứng thứ 2 trong các hợp chất sống nhưng chỉ
chiếm 0,02 khối lượng trên vỏ trái đất)
1.Đơn chất
2.Cacbon oxit – CO
3.Cacbon dioxit, muối cacbonat
The 10 most abundant elements by mass (a) in the earth’s
crust and (b) in the human body. All are main-group
elements except iron and titanium.
(10 nguyên tố theo khối lượng a) trong vỏ trái đất b) trong
cơ thể con người. Tất cả ở nhóm chính trừ Fe và Ti)
Nhận xét chung về cấu tạo nguyên tử
Sự chênh lệch năng lượng giữa AO 2s và AO 2p của
nguyên tử C thấp nên 1e của AO 2s sẽ dễ dàng bị
kích thích lên AO 2p.

•
Cacbon có liên kết cộng hóa trị
là chủ yếu
Hóa học của Cacbon là hóa học
của các chất có:
–
Số phối trí là 4 (lai hóa sp
3
,
Điển hình là CH
4
)
–
Số phối trí là 3 (lai hóa sp
2
, điển hình là )
2
3
CO
−
–
Số phối trí là 2 (lai hóa sp, điển hình là CO
2
hoặc
HCN)
•
Cacbon khác với các nguyên tố còn lại trong nhóm.
Vì thuộc chu kỳ 2 nên không có AO d

Không có khả năng tạo liên kết phụ (dπ-pπ và dπ-dπ)

•
Ví dụ: Ta xét trường hợp của N(CH
3
)
3
và
N(SiH
3
)
3
•
N(CH
3
)
3
sẽ có cấu tạo tứ diện, và có tính bazơ
Còn một đôi e chưa liên kết
•
N(SiH
3
)
3
có cấu tạo phẳng và không có tính bazơ
Giữa N và 3 Si có 3
liên kết σ và 1 liên kết
không định xứ dπ-pπ
Lý tính
•
Cacbon tồn tại chủ yếu dưới 3 dạng thù hình
+ Kim Cương: sp

3
+ Than chì: sp
2
+ Cacbin: sp
a) Diamond
b) Graphite
c) Lonsdaleite
d) Buckminsterfullerene
(C60)
e) C540
f) C70
g) Amorphous carbon
h) single-walled
carbon nanotube
a. Kim cương
•
Tinh thể thuộc hệ lập phương.
•
Cacbon lai hóa sp
3
•
Độ bền cao, sức chịu nén lớn,cách điện, không tương tác
hóa học ở điều kiện thường.