giáo trình hóa học đại cương

Trang1/226

LỜI NÓI ĐẦU

ChươngtrìnhHoáhọcđạicươngdànhchosinhviêncácngànhkĩthuậtcó2tín
chỉ(30tiết)gồmcảlíthuyếtvàthựchành.Đểphụcvụchoviệcdạy,họchọcphần
HoáhọcđạicươngchúngtôibiênsoạntậpbàigiảngHoáhọcđạicương,nộidung
cuốnsáchgồm2phần:
Phần 1. Lý thuyết hóa học đại cương
Chương1:Cấutạonguyêntửvàhệthốngtuầnhoàncácnguyêntốhoáhọc
Chương2:Liênkếthoáhọcvàcấutạophântử
Chương3:Nhiệtđộnghoáhọc
Chương4:Tốcđộphảnứnghoáhọc.Cânbằnghoáhọc
Chương5:Dungdịch
Chương6:Điệnhoáhọc
Chương7:Đạicươngvềcácchấtvôcơ
Phần 2. Thực hành hóa học đại cương
Bài1.Bàimởđầu
Bài2.Cânbằnghóahọc-Tốcđộphảnứnghóahọc
Bài3.Dungdịch
Bài4.Điệnhóahọc
Bài5.Tínhchấtmộtsốchấtvôcơ
Trongmỗichươngcócácbàitậplíthuyết,cuốimỗichươngcóbàitậpvàkèm
theođápsố.
Tácgiảchânthànhcảmơncácbạnđồngnghiệpđãđónggópýkiếnchonội
dungtậpbàigiảng.
Tácgiảmongnhậnđượcýkiếnđónggópvềnộidung,hìnhthứccủatậpbài
giảngđểlầntáibảnsauthêmhoànthiệnhơn.



Trang2/226
MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

PHẦN 1. LÝ THUYẾT HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Chương 1. C ấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
1.1.Thànhphầncấutạonguyêntử.Kíchthướckhốilượngnguyêntử. 8
 1.1.1.Thànhphầncấutạonguyêntử. 8
 1.1.2.Kíchthước,khốilượngnguyêntử 9
1.2.Cấutạonguyêntử 9
 1.2.1.Cấutạonguyêntửtheoquanđiểmcủacơhọccổđiển. 9
 1.2.2.Cấutạonguyêntửtheoquanđiểmcủacơhọclượngtử 11
1.3.Bảnghệthốngtuầnhoàncácnguyêntốhoáhọc 19
 1.3.1.Cấutạocủabảnghệthốngtuầnhoàn 19
 1.3.2.Sựbiếnđổituầnhoàntrongcấutrúcvỏelectroncủanguyêntửcủacác
nguyêntố 27
 1.3.3.Nhữngtínhchấtbiếnđổituầnhoàncủacácnguyêntử 29
Câuhỏivàbàitập 33

Chương 2. Liên kết hoá học và cấu tạo phân tử
2.1.Nhữngđặctrưngcơbảncủaliênkếthoáhọc. 37
 2.1.1.Nănglượngliênkết. 37
 2.1.2.Độdàiliênkết. 37
 2.1.3.Gócliênkết. 37
 2.1.4.Độbộiliênkết. 38
2.2.Liênkếtion. 38
2.3.Liênkếtcộnghoátrị 39

 2.3.1.Liênkếtcộnghoátrịtheothuyếtkinhđiển. 39
 2.3.2.LiênkếtcộnghoátrịtheothuyếtVB. 40
 2.3.3.Thuyếtlaihoá 44

Trang3/226
 2.3.4.LiênkếtcộnghóatrịtheothuyếtMO 47
2.4.Phântửkhôngphâncựcvàphântửphâncực 54
 2.4.1.Phântửkhôngphâncực 54
 2.4.2.phântửphâncực 54
 2.4.3.Mômenlưỡngcựccủaphântử 55
2.5.Cácliênkếtkhác 56
 2.5.1.Liênkếthiđro 56
 2.5.2.Liênkếtcho-nhận 57
 2.5.3.TươngtácVandeVan 58
2.6.Liênkếthoáhọctrongtinhthể 59
 2.6.1.Kháiniệmtinhthể 59
 2.6.2.Phânloạicáctinhthể 60
Câuhỏivàbàitập. 61

Chương 3. Nhiệt động hoá học
3.1.Mộtsốkháiniệm. 66
 3.1.1.Khílítưởng 66
 3.1.2.Hệvàmôitrường 67
 3.1.3.Quyướcdấucủanănglượngtraođổigiữahệvàmôitrường 68
 3.1.4.Thôngsốtrạngthái.Hàmtrạngthái 68
 3.1.5.Trạngtháicânbằng 68
 3.1.6.Côngvànhiệt. 69
3.2.Nguyênlíthứnhấtcủanhiệtđộnghọc. 69
 3.2.1.Nộinăng 69
 3.2.2.NộidungnguyênlíI 70

 3.2.3.Nhiệtđẳngtíchvànhiệtđẳngáp 70
 3.2.4.Nhiệtphảnứng 71
 3.2.5.Cáctrạngtháichuẩn 72
 3.2.6.ĐịnhluậtHecvàcáchệquả. 72
 3.2.7.Sựphụthuộccủanhiệtphảnứngvàonhiệtđộ 73
3.3.Nguyênlíthứhaicủanhiệtđộnghọc 74

Trang4/226
 3.3.1.Entropi 74
 3.3.2.Nguyênlíthứhaicủanhiệtđộnghọc 76
 3.3.3.Sựbiếnthiênentropitrongmộtsốquátrình 76
3.4.Nguyênlíthứbacủanhiệtđộnghọc 78
3.5.Thếđẳngáp-đẳngnhiệtG 79
 3.5.1.TácđộngcủacácyếutốentanpiHvàentropiSlênchiềuhướng
diễnbiếncủacácquátrìnhhóahọc. 79
 3.5.2.ThếđẳngápG 79
 3.5.3.Thếđẳngáptạothànhchuẩn 80
 3.5.4.Chiềuhướngcủaphảnứnghoáhọc. 81
 3.5.5.Sựbiếnthiênthếđẳngápcủaphảnứnghoáhọc 82
Câuhỏivàbàitập 83

Chương 4. Tốc độ phản ứng hoá học và cân bằng hoá học
4.1.Tốcđộphảnứnghoáhọc 89
 4.1.1.Kháiniệmphảnứngđồngthểvàdịthể 89
 4.1.2.Tốcđộphảnứng 89
 4.1.3.Cácyếutốảnhhưởngđếntốcđộphảnứng 90
 4.1.4.Phânloạiphảnứnghoáhọc 96
 4.1.5.Cơchếphảnứng 97
4.2.Cânbằnghoáhọc 98
4.2.1.Mộtsốkháiniệm 98

4.2.2.Cânbằnghoáhọc 99
4.2.3.Nhữngyếutốảnhhưởngđếncânbằnghoáhọc. 102
Câuhỏivàbàitập 106

Chương 5. Dung dịch
5.1.Mộtsốkháiniệmvàđịnhnghĩa 111
 5.1.1.Hệphântán 111
 5.1.2.Kháiniệmvềdungdịch 112
5.2.Nồngđộdungdịch 112

Trang5/226
 5.2.1.Nồngđộphầntrăm 112
 5.2.2.Nồngđộmol 113
 5.2.3.Nồngđộmolan 113
 5.2.4.Nồngđộphầnmol 114
5.3.Tínhchấtcủacácdungdịchloãngchấttankhôngđiệnlivàkhôngbayhơi 115
 5.3.1.ĐịnhluậtRaun1 115
 5.3.2.ĐịnhluậtRaun2 116
 5.3.3.Ápsuấtthẩmthấu 117
 5.3.4.Xácđịnhphântửkhốicủachấttan 119
5.4.Dungdịchchấtđiệnli 120
 5.4.1.Tínhchấtbấtthườngcủacácdungdịchaxit,bazơvàmuối 120
 5.4.2.Mộtsốđịnhnghĩavàkháiniệm 121
 5.4.3.Sựđiệnlicủanước.KháiniệmvềpH 124
 5.4.4.Thuyếtaxit-bazơ 125
 5.4.5.Hằngsốđiệnliaxitvàhằngsốđiệnlibazơ 126
 5.4.6.TínhpHcủacácdungdịch 128
 5.4.7.Dungdịchđệm 129
 5.4.8.Sựthuỷphâncủamuối 131
 5.4.9.Chấtchỉthịmàuaxit–bazơ. 133

 5.4.10.Cânbằngtrongdungdịchcủachấtđiệnliíttan.Tíchsốtan 134
5.5.Dungdịchkeo 136
 5.5.1.Nhữngtínhchấtcơbảncủadungdịchkeo 136
 5.5.2.Cấutạocủahạtkeo 137
 5.5.3.Vaitròcủacácdungdịchkeo 138
Câuhỏivàbàitập 139

Chương 6. Điện hoá học
6.1.Phảnứngoxihoá-khử 144
 6.1.1.Mộtsốkháiniệm 144
 6.1.2.Cânbằngphươngtrìnhphảnứngoxihoá-khử 146
6.2.Nguyêntắcbiếnhoánăngthànhđiệnnăng 148

Trang6/226
6.3.Thếđiệncực 149
 6.3.1.Cácloạithếđiệncực 149
 6.3.2.Thếđiệncựcchuẩn 152
 6.3.3.Cácyếutốảnhhưởngđếnthếkhửcủamộtcặpoxihóakhử 152
6.4.Chiềuvàhằngsốcânbằngcủacácphảnứngoxihoákhử 153
 6.4.1.Chiềuphảnứng 153
 6.4.2.Hằngsốcânbằngcủaphảnứngoxihoá-khử 154
6.5.Pinvàăcquy 155
 6.5.1.Kháiniệm 155
 6.5.2.Suấtđiệnđộngcủapinđiệnhóa 155
 6.5.3.Giớithiệumộtsốloạipinvàacquy 157
6.6.Điệnphân 164
 6.6.1.Địnhnghĩa 164
 6.6.2.Điệnphâncácchấtnguyênchấtnóngchảy 164
 6.6.3.Điệnphândungdịchchấtđiệnlitrongnước 165
 6.6.4.Địnhluậtđiệnphân 167

6.7.Sựănmònkimloạivàhợpkim 168
 6.7.1.Kháiniệmvềsựănmònkimloại 168
 6.7.2.Cácphươngphápchốngănmònkimloại 169
Câuhỏivàbàitập 170

Chương 7. Đại cương về các chất vô cơ
7.1.Kimloạivàphikim 175
 7.1.1.Kimloại 175
 7.1.2.Phikim 177
7.2.Mộtvàinétvềcácbộnguyêntố 179
 7.2.1.Cácnguyêntốbộs 179
 7.2.2.Cácnguyêntốbộp 181
 7.2.3.Cácnguyêntốbộd 185
7.3.Kháiniệmvềphứcchất 188
Câuhỏivàbàitập 190

Trang7/226

PHẦN 2. THỰC HÀNH HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

Bài1.Bàimởđầu 193
Bài2.Cânbằnghóahọc-Tốcđộphảnứnghóahọc 203
Bài3.Dungdịch 207
Bài4.Điệnhóahọc 209
Bài5.Tínhchấtmộtsốchấtvôcơ 212

PHỤ LỤC

Phụlục1.Tíchsốtanmộtsốchấtở298K 215
Phụlục2.Hằngsốphânlimộtsốbazơyếuởđkc 217

Phụlục3.Hằngsốphânlimộtsốaxitởđkc 218
Phụlục4.Giátrịthếnhiệtđộngcủamộtsốchấtở298K 219
Phụlục5.Thếoxihóa-Khửtiêuchuẩnở298Kởmộtsốchất 225

Tài liệu tham khảo 226

Trang8/226

PHẦN 1. LÍ THUYẾT HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG

CHƯƠNG 1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ
HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC

1.1. Thành phần cấu tạo của nguyên tử. Kích thước, khối lượng nguyên tử
1.1.1. Thành phần cấu tạo của nguyên tử
Ngàynay,ngườitađãbiếtrằngnguyêntử gồmcóhạtnhânmangđiệntích
dươngvàlớpvỏmangđiệntíchâm.
a. Lớp vỏ
Lớpvỏnguyêntửgồmcáchạtmangđiệnâmgọilàelectron(hayđiệntử)
Điệntíchcủacáchạtelectronđềubằngnhauvàbằng-1,602.10
-19
C.Đâylàđiện
tíchnhỏnhấtvìvậyđượcgọilàđiệntíchnguyêntố.
b. Hạt nhân
Hạtnhânnguyêntửgồmcáchạtprotonvànơtron.
Proton có điện tích đúngbằngđiện tích củaelectronnhưng ngược dấu. Để
thuậntiệnngườitaquyướclấyđiệntíchnguyêntốlàmđơnvị,khiđóđiệntíchcủa
electronlà1-vàđiệntíchcủaprotonlà1+.
Nơtronkhôngmangđiện,cókhốilượngxấpxỉbằngkhốilượngcủaproton.
Khốilượng,điệntích,kíhiệucủaelectron,proton,nơtronghiởbảng1.1

Bảng 1.1. Khốilượng,điệntíchcủacáchạtelectron,proton,nơtron
Tên Kíhiệu Khốilượng Điệntích
Electron E
-31
e
m =9,1095.10 kg

m
e

0,549.10
-3
đvC
19
1,602.10
C



1-
Proton P
-27
p
m =1,6726.10 kg

m
p


1đvC

19
1,602.10
C



1+
Nơtron N
-27
n
m =1,6750.10 kg

m
n


1đvC
0

Trang9/226
1.1.2. Kích thước, khối lượng của nguyên tử
Ngàynay,khoahọccóthểxácđịnhđượckíchthước,khốilượngcủanguyêntử
vàcácthànhphầncấutạonguyêntử.
Kích thước:Nếuhìnhdungnguyêntửnhưmộtkhốicầuthìnócóđườngkính
khoảng 10
-10
m hay 1
0

. Nguyên tử nhỏnhất là hiđro có bán kính khoảng 0,53

0


(1
o
A
=10
-10
m).
Đườngkínhcủahạtnhânnguyêntửcònnhỏhơn,vàokhoảng
0
4
10 


Đườngkínhcủaelectronvàprotonlạicònnhỏhơnnhiều:khoảng
0
7
10 


Khối lượng: Khốilượngmộtnguyêntửvàokhoảng10
-26
kg.Nguyêntửnhẹ
nhấtlàhiđrocókhốilượnglà
27
1,67.10 kg




1.2. Cấu tạo nguyên tử
1.2.1. Cấu tạo nguyên tử theo quan điểm của cơ học cổ điển
a. Thuyết Ruzơpho (Rutherford) 1911
Ruzơpho cho rằng: Các electron quay xung quanh hạt nhân giống như các
hành tinh quay xung quanh mặt trời.
Theothuyếtđiệnđộnglựchọc,hạtmangđiệnnhưelectronkhichuyểnđộng
trònsẽ phátra nănglượng dướidạng bức xạ.Nhưthế, electronliên tụcmấtnăng
lượngvàcuốicùngrơivàohạtnhândođónguyêntửkhôngtồntại.Mặtkhác,theo
thuyếtRuzơphoquangphổphátxạcủanguyêntửphảilàquangphổliêntục,nhưng
thựctếchothấyrằngquangphổphátxạcủanguyêntửlàquangphổvạch.
b. Thuyết Bo (Bohr) 1913
ThuyếtBogồmbađịnhđề:
i. Electron chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo tròn đồng tâm, bán
kính tỉ lệ với nhau theo bình phương của những số nguyên
r
1
:r
2
:r
3
…….r
n
=1
2
:2
2
:3
2
…….n
2

hay:r
n
=r
1
n
2

nlàsốlượngtửchính
- Khi chuyển động trên quỹ đạo, electron không phát hay thu năng lượng do đó
bán kính không thay đổi.

Trang10/226
Sựthuhoặcphátnănglượngchỉxảyrakhielectronchuyểnđộngtừquỹđạo
nàyđếnquỹđạokhác.
- Khi electron chuyển động từ quỹ đạo này đến quỹ đạo khác, nó sẽ thu hoặc
phát một lượng tử năng lượng. Năng lượng đó có thể thể hiện dưới dạng bức xạ điện
tử có tần số

(nuy),
hc
ε=hν=
λ
.
ThuyếtBođãgiải thích thànhcôngnguyênnhân sự phátxạ, tínhgiánđoạn
quangphổphátxạcủanguyêntửhiđro.
Khiphóngđiệnquahiđro,thìelectronởquỹđạoK(n=1)trongcácnguyêntử
hiđrochuyểnđếnmứcnănglượngcaohơn(n=2,3,4… ).Cáctrạngtháimớinàycủa
nguyêntửhiđrođượcgọilàtrạngtháikíchthích.Ởtrạngtháikíchthích,cácelectron
luôncóxuhướngchuyểnvềmứcnănglượngthấphơn(nhảyvềquỹđạogầnhạtnhân
hơn).Trongquátrìnhnhảyvề,sẽcósựphátnănglượngtừnglượngtử,dướidạngcác

bứcxạánhsángcótầnsố

.
Nếun
đ
2,n
c
=1tađượccácvạch
trongdãyLyman
Nếun
đ
3,n
c
=2tađượccácvạch
trongdãyBalmer
Nếun
đ
4,n
c
=3tađượccácvạch
trongdãyPaschen
Nếu n
đ
  5, n
c
 = 4  ta được các
vạchtrongdãyBracket
Nếu n
đ
  6, n

c
 = 5  ta được các
vạchtrongdãyPfund

Hình 1.1.Sựxuấthiệncácdãyphổ
CủanguyêntửhiđrotheothuyếtBo
Vìn
đ
,

n
c
cónhữnggiátrịgiánđoạnnênởhay
ν
cũngphảicónhữnggiátrịgián
đoạn.Dođóquangphổphảilàquangphổvạch(hình1.1).
ThuyếtBođãthànhcôngtrongviệcgiảithíchquangphổhiđro.Cácphéptính
vềbướcsóng,độdàisóngcủacácvạchquangphổ trongnguyêntửphùhợpvớithực
nghiệm.


Trang11/226
c. Thuyết Xomophen (Sommfen)
TheoXomophenmỗiquỹđạoBothựcralàmộtlớpquỹđạo,trongđócócả
quỹđạotrònvàquỹđạoelip.Xomophencũngđưarathêmsốlượngtửphụlđểmôtả
trạngtháinănglượngcủaelectrontrongnguyêntử.
ThuyếtBo-Xomophen khônggiảithíchđượcthậtchitiếtquangphổcủa các
nguyêntửnhiềuelectron.BởivậymẫunguyêntửBo-Xomophencầnđượcthaythế
bằngnhữngquanđiểmhiệnđạicủacơhọclượngtử.

1.2.2. Cấu tạo nguyên tử theo quan điểm hiện đại của cơ học lượng tử
a. Những tiền đề của cơ học lượng tử
Bảnchấtsónghạtcủaelectron
Theoquanđiểmcủavậtlíhiệnđạiphotonvừa có bản chất sóng,nghĩalàcótần
sốdaođộng

vàtốcđộchuyểnđộngc;vừa có bản chất hạt,nghĩalàcókhốilượngm
vàcùngtốcđộchuyểnđộngc.Tínhchấtnhịnguyêncủaphotonđượcthểhiệnbằng
biểuthức:
h
λ 
mc
=
.    
 Trongđó:ởmôtảtínhchấtsóng,m môtảtínhchấthạt
Năm1924ĐơBrơi(LdeBroglie)đưaragiảthuyếtlàkhôngphảichỉcóphoton
mớicóbảnchấtsóngmànhữnghạtvimônhưelectronchẳnghạncũngcótínhchất
đó.Chuyểnđộngcủacáchạtvimôcóthểxemlàchuyểnđộngsóng,bướcsóngcủa
chuyểnđộngđótuântheohệthức:
h
λ 
mv
=
. (1.1)
Ít năm sau quan điểm về bản chất sóng của electron đã được Đavisơn
(C.Davison)vàGeme(L.Germen)chứngminhbằngthựcnghiệm.
HệthứcbấtđịnhHayxenbe(WHeisenberg)1927:Không thể xác định đồng thời
chính xác cả vị trí và tốc độ của vi hạt.
Chẳnghạn,mộthạtchuyểnđộngtheophươngxvớiđộbấtđịnhvềtoạđộlàx
vàđộbấtđịnhvềtốcđộv

x
thìhệthứcbấtđịnhcódạng:
  

x
h
x. v
2 m
(1.2)
Trongđó:hlàhằngsốPlan(Planck);mlàkhốilượngcủavihạt

Trang12/226
Ápdụnghệthứcbấtđịnhchonguyêntửtathấyelectronkhôngthểquaytrên
quỹđạoquanhhạtnhânchínhxácnhưBo.Điềuđócónghĩalàkhôngthểápdụngcơ
họccổđiểncủaNiutơnchocácvihạtmàphảixâydựngmôncơhọcmới,đólàcơhọc
lượngtử.
b. Phương trình Srođinhgơ (E.Schrodinger)
Cơ học lượng tửnghiêncứuchuyểnđộngcủacáchạtvimô.Cơsởcủacơhọc
lượngtửlàphươngtrìnhsóngSrođinhgơ.DạngtổngquátcủaphươngtrìnhSrođinhgơ
nhưsau:H=E (1.3)
TrongđóH:ToántửHaminhtơn(Hamilton),
2
h
H -
Δ+U

=
2
8
π m

;
h:HằngsốPlan;
:ToántửLaplac(Laplace),
2 2 2
2 2 2
z
x y
  
   
  
;
m:Khốilượngelectron;
U: Thếnăngcủaelectron;
E:Nănglượngtoànphầncủaelectron.
Giải phương trình(1.3) sẽ tìmđược hàm của electron vànănglượng của
electrontươngứngvớinó.ViệcgiảichínhxácphươngtrìnhSrođinhgơchỉthựchiện
đượcvớinguyêntử vàioncó mộtelectron.Vớicácnguyêntửnhiều electronphải
dùngphươngphápgầnđúng.Kếtquảcủaphươngphápnàygiảithíchthoảmãncácsố
liệuthựcnghiệm.
Khi giảiphươngtrìnhSrođinhgơđối
với nguyên tử hiđro thu được các kết quả
sau:
A. Hàmsóngphụthuộcvàobasố
nguyênn,l,m(m:sốlượngtửtừ).
B. Năng lượng của electron biến
thiêngiánđoạntheon.

Hình 1.2. Đámmâyelectroncủa
nguêntửhiđro.
90%10%

Trang13/226
Xácsuấttìmthấyelectroncựcđạiởkhoảngcáchđốivớihạtnhânbằng0,53
o
A
.
(hình1.2)
Nhưthếxácsuấtcómặtelectronxungquanghạtnhânnguyêntửkhoảng90%
gọilàmâyelectron.Mâyelectroncủanguyêntửhiđrolàhìnhcầubánkínhkhoảng
0,53
o
A
.
Nhưvậy,trongcơhọclượngtửkhôngcòntồntạikháiniệmquỹđạomàđược
thaybằngobitannguyêntử.Mộtobitannguyêntửlàmộthàmcủaelectrontrong
nguyêntử.
Vậy, vùng không gian trong đó xác suất tìm thấy electron lớn nhất là obitan
nguyên tử.
c. Bốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử
Kếtquảgiảiphương trình Srođinhgơ chothấyhàmsóngcủa electronphụ
thuộcvàobasốlượngtửn,l,mvàđượckíhiệulà
nlm
.Hàm
nlm
ứngvớibagiátrị
củan,l,mđượcgọilàmộtobitannguyêntử.
Nhữngkếtquảnghiêncứulíthuyếtvàthựcnghiệmchothấyviệcmôtảmột
electrontrongnguyêntửlàkhôngđầyđủkhichỉsửdụngbasốlượngtửtrên,màcần
phảiđưaramộtsốlượngtửnữalàsố lượng từ spin m
s

.
Sốlượngtửchính(n)
Cácelectroncủanguyêntửđượcchiathànhtừnglớpelectron,mỗilớpđược
đặctrưngbằngmột giá trị của số lượng tử n.Sốlượngtửn nhậncác giá trị nguyên
dương từ 1trở lên.
Giátrịcủan 1 2 3 4…
Kíhiệulớpelectron K L M N…
ĐốivớinguyêntửhiđrohoặcionmộtelectronnhưHe
+
,Li
2+
,nđặc trưng cho
mức năng lượng của electrontrongnguyêntửhayionđượcxétvàđượctínhbằng
côngthức
2
2
Z
E -13,6 eV
n
=
. (1.4)
Trongđó,ZlàSốprotoncủanguyêntửđượcxét.
Đốivớinguyêntửnhiềuelectron,ngoàisựtươngtáccủacácelectronvớihạt
nhân,còncósựtươngtácgiữacácelectronvớinhau,nênnănglượngcủaelectroncòn

Trang14/226
phụthuộcvàohaisốlượngtử,đólàsốlượngtửnvàsốlượngtử

.Vìvậytrong
trườnghợpnàygiátrịcủan chỉ đặc trưng cho mức năng lượng trung bình của một

lớp.
Sốlượngtửphụ(

)
Mỗi lớp electron từ n = 2 trở lên gồm nhiều phân lớp.Mỗiphânlớpelectron
đặctrưngbằngmộtgiátrịcủasốlượngtử

.Sốphânlớpcủamỗilớpbằnggiátrịn
chỉlớpđó.
Số lượng tử phụ

nhận các giá trị nguyên dương từ 0 đến (n - 1)
Giátrịcủa

:0123…(n-1)
Kýhiệucácphânlớp:spdf…
Đểchỉphânlớpthuộclớpnàongườitaghigiátrịcủanchỉlớpđótrướckýhiệu
phânlớp.
Vídụ:LớpK(n=1)cómộtphânlớp1s(số1chỉlớpn=1,chữschỉphânlớp

=0);
LớpK(n=2)cóhaiphânlớp:2s(n=2;

=0)và2p(n=2;

=1);
LớpM(n=3)cóbaphânlớp:3s(n=3;

=0);3p(n=3;


=1)và3d(n=3;


=2);
LớpN(n=4)cóbốnphânlớp:4s(n=4;

=0);4p(n=4;

=1);4d(n=4;


=2)và4f(n=4;

=3).
ý nghĩa:
-

đặctrưngchophânlớpelectron;
-

đặctrưngchophânmứcnănglượngcủacácelectrontronglớpeletronkhảo
sát,trongmộtlớpelectronnănglượngcủacácelectrontăngtheothứtựns-np-nd-
nf;
-

đặctrưngchohìnhdạngobitan(hình1.3)vàmômenđộnglượngobitan,
nghĩalàmỗigiátrịcủa

,obitancóhìnhdạngxácđịnhvàmômenđộnglượngobitan
cógiátrịxácđịnh.

h
μ  ( +1)
2
π
=
 

μ
:Mômenđộnglượngobitan,h:HằngsốPlan.

Trang15/226

Hình 1.3. HìnhdạngvàsựđịnhhướngcácAOs,pvàd

Sốlượngtửtừm
Số lượng tử từ đặc trưng cho sự định hướng của obitan trong không gian (hình
1.3).Nóicáchkhácnóđặctrưngchohìnhchiếucủavectơmomenđộnglượngobitan
theophươngz:
z
h
μ   m
2
π
=
.
 
z
:Hìnhchiếucủavectơmomenđộnglượngobitantheophươngz.
Sốgiátrịcủasốlượngtửtừphụthuộcvàosốlượngtửphụ


.Ứngvớimộtgiá
trịcủa

có(2

+1)giátrịcủamtừ-

đến+

(kểcảgiátrị0).

Giá trị của

Giá trị của m
0 0
1 -1,0,1
2 -2,-1,0,1,2
3 -3,-2,-1,0,1,2,3

Sốlượngtửspinm
s

Ngoàibasốlượngtửđặctrưngchoobitan,electroncònđượcđặctrưngbởisố
lượng tử spin. Số lượng tử spin đặc trưng cho sự chuyển động tự quay của electron

Trang16/226
xung quanh trục riêng của nó, tương tựnhưquảđất tự quayxung quanhtrục của
mình.Chuyểnđộngnàygọilàchuyểnđộngspinđặctrưngbởimomenđộnglượng
spinm
s

.Sốlượngtửspinm
s
chỉcóthểcóhaigiátrịlà
1
2

và
1
2

.
d. Ô lượng tử
Mỗihàmsóng
nlm
củaelectrontrongnguyêntửlàkếtquảgiảiphươngtrình
Srođinhgơ được gọi là một obitan nguyên tử (AO - Atomic Orbital). Mỗi obitan
nguyêntửthườngđượcbiểudiễnbằngmộtôvuôngvàđượcgọilàôlượngtử.
LớpK(n=1)

=0m=0:bagiátrịnàyứngvớiobitan1svàđượcbiểu
diễnbằngmộtôlượngtử
LớpL(n=2)

=0m=0,cóobitan2s:
   

=1m=-1,cóobitan2p
y

  m=0,cóobitan2p

z

m=1,cóobitan2p
x

Baobitan2pcùngnănglượngnênđượcviếtdướidạngbaôlượngtửliềnnhau.
LớpM(n=3)


=0 m=0,cóobitan3s:
 
  

=1 m=-1,cóobitan3p
y

  m=0,cóobitan3p
z

m=1,cóobitan3p
x

 

=2m=-2,cóobitan3d
xy

  m=-1,cóobitan3d
yz


  m=0,cóobitan3d
z
2
 

  m=1,cóobitan3d
zx

 m=2,cóobitan3d
(x
2
–y
2
)

 
Nămobitan3dcùngnănglượngđượcviếtnămôlượngtửliềnnhau.
 Như thế số lượng tử

xác định hình dạng các obitan, còn số lượng tử m xác
định hướng của các obitan xung quanh hạt nhân nguyên tử. Các obitan s ứng với

=
  

  
    

Trang17/226
0 và m = 0 có dạng hình cầu. Các obitan p ứng với


= 1 có dạng hình quả tạ đôi hay
hình số tám nổi,bagiátrịm=-1,0,1ứngvớibasựđịnhhướngkhácnhaucủaba
obitanpxungquanhhạtnhân.Cácobitand(

=2)làhìnhkhốibốncánhtiếpxúcvới
nhauởhạtnhân.Cónămobitanứngvớinămgiátrịcủamlà-2,-1,0,1,2.(hình1.3).
e. Sự phân bố các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản
Nguyênlýloạitrừ(nguyênlíPauli)
 Trong một nguyên tử không thể tồn tại hai electron có cùng giá trị của bốn số
lượng tử n,

, m và m
s
.
 Theonguyênlýnày,trongmộtnguyêntửnếuhaielectronđãcóbasốlượngtử
n,l,mgiốngnhauthìsốlượngtửthứtưm
s
phảicógiátrịkhácnhau.
 Từnguyênlýnàyđãxácđịnhđược:
Số electron tối đa trong một ô lượng tử là 2,ngườitakíhiệumỗielectronbằng
mộtmũitêntrongmộtôlượngtử;
 Số electron tối đa trong một phân lớp là 2(2

+1);
Số electron tối đa trong một lớp là 2n
2
.

Bảng 1.2. Sốelectrontốiđatrênmộtsốlớpvàphânlớp
K L M N
Lớpn
1 2 3 4
Phânlớp

0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
kíhiệuphânlớp s S p s p d s p d f
Sốetốiđaởphânlớp

 2 2 6 2 6 10

2 6 10

14

Sốetốiđaởlớpn 2 8 18 32

Nguyênlývữngbền:Trong nguyên tử, các electron ở trạng thái cơ bản sẽ được
xếp tuần tự vào các obitan ứng với các phân mức năng lượng từ thấp đến cao.
Thựcnghiệmchobiếtthứtựđónhưsau:
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f< 

Trang18/226
Vídụ:NguyêntửMncósốthứtựlà25trongbảnghệthốngtuầnhoànnêncó
25e(Z=25).ViệcsắpxếpcácelectronvàonguyêntửMangannhưsau:1s
2
2s
2
2p

6
3s
2

3p
6
3d
5
4s
2
.Nhưvậysốelectronởcáclớpnhưsau:LớpK(2e),lớpL(8e),lớpM(7e),
lớpN(2e).Đólàcấuhìnhelectroncủanguyêntửdưới dạng chữ.
QuytắcHun:Trong một phân lớp chưa đủ số electron tối đa, các electron có xu
hướng phân bố đều vào các obitan (các ô lượng tử) sao cho có số electron độc thân
với các giá trị số lượng tử spin

cùng dấu lớn nhất.
Vídụ:NguyêntửC(Z=6),N(Z=7)ởtrạngtháicơbảncócấuhìnhelectron
nhưsau:
C:



N:



MộtelectronchiếmmộtAO(ôlượngtử)đượcgọilàelectronđộcthân.
Cấuhìnhelectronnguyêntửđượcviếtdướidạngôlượngtửnhưtrêngọilàcấu
hìnhelectronnguyêntửdướidạngô lượng tử.

Trang19/226
1.3. Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
1.3.1. Cấu tạo của bảng tuần hoàn (bảng1.3)



Trang20/226
a. Chu kì
Bảnghệthốngtuầnhoàngồmbảychukì.
Cácnguyêntửcủacácnguyêntốtrongcùngmộtchukìđềucósốlớpelectron
bằngnhauvàbằngsốthứtựchukìchứachúng.
Vídụ:Cácnguyêntửcủacácnguyêntốchukì2đềucóhailớpKvàL.
Bảng 1.4.Cấuhìnhelectroncủacácnguyêntố
Chu kỳ Z Nguyên tố Cấu hình electron
1 H 1s
1
1
2 He 1s
2

3 Li [He]2s
1

4 Be [He]2s
2

5 B [He]2s
2
2p

1
6 C [He]2s
2
2p
2
7 N [He]2s
2
2p
3
8 O [He]2s
2
2p
4
9 F [He]2s
2
2p
5




2
10 Ne [He]2s
2
2p
6

11 Na [Ne]3s
1


12 Mg [Ne]3s
2

13 Al [Ne]3s
2
3p
1
14 Si [Ne]3s
2
3p
2



3

15 P [Ne]3s
2
3p
3

Trang21/226
16 S [Ne]3s
2
3p
4
17 Cl [Ne]3s
2
3p
5



3
18 Ar [Ne]3s
2
3p
6

19 K [Ar]4s
1

20 Ca [Ar]4s
2

21 Sc [Ar]4s
2
3d
1
22 Ti [Ar]4s
2
3d
2
23 V [Ar]4s
2
3d
3
24 Cr [Ar]4s
2
3d
5

25 Mn [Ar]4s
1
3d
5

26 Fe [Ar]4s
2
3d
6

27 Co [Ar]4s
2
3d
7

28 Ni [Ar]4s
2
3d
8

29 Cu [Ar]4s
1
3d
10
30 Zn [Ar]4s
2
3d
10
31 Ga [Ar]4s
2

3d
10
4p
1

32 Ge [Ar]4s
2
3d
10
4p
2

33 As [Ar]4s
2
3d
10
4p
3

34 Se [Ar]4s
2
3d
10
4p
4

35 Br [Ar]4s
2
3d
10

4p
5


4







36 Kr [Ar]4s
2
3d
10
4p
6


Trang22/226
37 Rb [Kr]5s
1

38 Sr [Kr]5s
2

39 Y [Kr]5s
2
4d

1
40 Zr [Kr]5s
2
4d
2
41 Nb [Kr]5s
2
4d
3
42 Mo [Kr]5s
1
4d
5
43 Tc [Kr]5s
2
4d
5

44 Ru [Kr]5s
1
4d
7

45 Rh [Kr]5s
1
4d
8

46 Pb [Kr]5s
o

4d
10

47 Ag [Kr]5s
1
4d
10
48 Cd [Kr]5s
2
4d
10
49 In [Kr]5s
2
4d
10
5p
1

50 Sn [Kr]5s
2
4d
10
5p
2

51 Sb [Kr]5s
2
4d
10
5p

3

52 Te [Kr]5s
2
4d
10
5p
4

53 I [Kr]5s
2
4d
10
5p
5






5

54 Xe [Kr]5s
2
4d
10
5p
6

55 Cs [Xe]6s
1

56 Ba [Xe]6s
2


6

57 La [Xe]6s
2
5d
1

Trang23/226
58 Ce [Xe]6s
2
4f
1
5d
1


59 Pr [Xe]6s
2
4f
3
5d
0

60 Nd [Xe]6s
2
4f
4
5d
0

61 Pm [Xe]6s
2
4f
5
5d
0

62 Sm [Xe]6s
2
4f
6
5d
0

63 Eu [Xe]6s
2

4f
7
5d
0

64 Gd [Xe]6s
2
4f
7
5d
1

65 Td [Xe]6s
2
4f
9
5d
0

66 Dy [Xe]6s
2
4f
10
5d
0

67 Ho [Xe]6s
2
4f
11

5d
0

68 Er [Xe]6s
2
4f
12
5d
0

69 Tm [Xe]6s
2
4f
13
5d
0

70 Yb [Xe]6s
2
4f
14
5d
0

71 Lu [Xe]6s
2
4f
14
5d
1


72
Hf [Xe]6s
2
4f
14
5d
2

73 Ta [Xe]6s
2
4f
14
5d
3

74 W [Xe]6s
2
4f
14
5d
4

75 Re [Xe]6s
2
4f
14
5d
5

76 Os [Xe]6s
2
4f
14
5d
6

77 Ir [Xe]6s
2
4f
14
5d
7







6

78 Pt [Xe]6s
1
4f
14
5d
9


Trang24/226
79 Au [Xe]6s
1
4f
14
5d
10

80 Hg [Xe]6s
2
4f
14
5d

10

81 Ti [Xe]6s
2
4f
14
5d
10
6p
1

82 Pb [Xe]6s
2
4f
14
5d
10
6p
2

83 Bi [Xe]6s
2
4f
14
5d
10
6p
3

84 Po [Xe]6s

2
4f
14
5d
10
6p
4

85 At [Xe]6s
2
4f
14
5d
10
6p
5





6
86 Rn [Xe]6s
2
4f
14
5d
10
6p
6

87 Fr [Rn]7s
1

88 Ra [Rn]7s
2

89 Ac [Rn]7s
2
6d
1

90 Th [Rn]7s
2
5f
0
6d
2

91 Pa [Rn]7s
2
5f
2
6d
1

92 U [Rn]7s
2
5f
3

6d
1

93 Np [Rn]7s
2
5f
4
6d
1

94 Pu [Rn]7s
2
5f
6
6d
0

95 Am [Rn]7s
2
5f
7
6d
0

96 Cm [Rn]7s
2
5f
7
6d
1


97 Br [Rn]7s
2
5f
9
6d
0

98 Cf [Rn]7s
2
5f
10
6d
0






7

99 Es [Rn]7s
2
5f
11
6d
0


Trang25/226
100 Fm [Rn]7s
2
5f
12
6d
0

101 Md [Rn]7s
2
5f
13
6d
0

102 No [Rn]7s
2
5f
14
6d
0

103 Lr [Rn]7s
2
5f
14
6d
1

104 Km [Rn]7s

2
5f
14
6d
2


7

105 Ns [Rn]7s
2
5f
14
6d
3

b. Nhóm
Nguyêntốs,p,dvàf.
Những nguyên tố mà sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử của chúng xảy
ra ở phân lớp s gọi là các nguyên tố s. Các nguyên tố nhóm IA, IIA là những nguyên
tố s.
Cũngđịnhnghĩatươngtựchocácnguyêntốp,dvàf.
CácnguyêntốcácnhómtừIIIAđếnVIIIAlànguyêntốp.
CácnguyêntốdđềunằmởcácnhómB.
Cácnguyêntốfcóvịtríđặcbịêt:CóthểghépchúngvàocácnhómIIIB,nhưng
đasốcácnguyêntốfcótínhchấtkhácvớicácnguyêntốnhómIIIB,nêntínhchấtcủa
chúngthườngđượckhảosátriêng.
Cácnguyêntốmàsựđiềnelectroncuốicùngvàonguyêntửxảyraở4fđược
gọilàcáclantanoithaycácnguyêntốhọ lantan(cósốZtừ58đến71),cònsựđiền
electroncuốicùngxảyraở5fgọilàcácactinoithaycácnguyêntốhọactini(cósốZ

từ90đến103).
Cácnguyêntốdvàfcòncótênlàcácnguyêntốchuyểntiếpdvàf.
Nhóm:Cácnguyêntửcủacácnguyêntốtrongcùngmộtnhómđềucócấu hình
electron hoá trị tương tự nhau. Đây là yếu tố cơ bản nhất quyết định tính chất tương
tự nhau của các nguyên tử, các đơn chất và hợp chất tạo nên từ các đơn chất đó trong
cùng nhóm.