1
N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0
Chương I: Cấu tạo nguyên tử - Định luật tuần hoàn – Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố
1)
Đương lượng:
a. Đương lượng một nguyên tố A : Đ
=
ố
b. Đương lượng một hợp chất A: Đ
=
với
+ Phản ứng trao đổi:
Axit: Z=số nguyên tử Hidro của một axit thực tế tham gia phản ứng
Bazơ: Z=số nhóm hydroxyl một phân tử bazơ thự tế tham gia phản ứng
Muối: Z=tổng điện tích dương phần kim loại
+ Phản ứng oxi hóa – khử: Số Electron mà một phân tử chất khử cho hay một phân tử chất oxi hóa nhận
c. Đương lượng gam: khối lượng một lượng chất đó tính bằng gam có con số trùng với đượng lượng của nó
d. Số đương lượng gam:
,
=
Đ
Trong phản ứng hóa học, các chất tác dụng với nhau theo cùng một số đương lượng gam
2)
Bước sóng phát ra khi electron của hidro nhảy từ lớp n về lớp m:
=
−
với R=10 973 731 m
-1
3)
Năng lượng của electron trên quỹ đạo dừng: E= −
(au) với 1au=4,3598.10
-18
J hay E= −13,6
(eV)
Đối với các e ngoài nhóm 1 có tính đến ảnh hưởng của sự chắn của các e bên trong: E= −
()
∗
(au)
b: Hằng số chắn có cách tính:
+ Tách nhóm các electron (1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p) (4d) (4f) (5s5p) (5d) …
+ Đv e ở 1s: 2 e cùng nhóm chắn nhau 0,3
+ Đv e ở ns, np (khác 1s): e cùng nhóm chắn nhau 0,35; e ở (n-1) chắn 0,85; e ở (n-2) trở đi chắn 1
+ Đv e ở nd, nf: e cùng nhóm chắn nhau 0,35; e ở nhóm bên trái chắn 1
n*: Số lượng tử chính hiệu dụng
4)
Bán kính quỹ đạo dừng: r=
với
a
o
=5,292.10
-11
m
Các con số cần nhớ:
m 1 proton = 1,00728 u = 1,672616.10
-27
kg m 1 notron = 1,00867 u = 1,6749272.10
-27
kg
m 1 electron = 0,0005 u = 9,1.10
-31
kg 1 u ≈ 1,66053886.10
-27
kg = 1/N
A
5)
Sóng vật chất De Broglie:
Mọi hạt vật chất có vận tốc v, khối lượng m đều gắn với sóng : =
với h= 6,625.10
-34
6)
Một hạt vi mô có khối lượng m, tốc độ v đang ở tọa độ x trên trục Ox có độ bất định về vị trí là x, độ bất định về
vận tốc là v. Khi đó: Δ.Δ≥
7)
Các số lượng tử: n, l, m, m
s
. Mỗi số có ý nghĩa riêng.
Momen động lượng nội tại của electron có giá trị:
⃗
=
(
+1
)
()
=
với m
s
= ±s = ±1/2
8)
Quy tắc Klechkowski
n 1 2 3 4 5 6
n* 1 2 3 3,7 4 4,2
2
N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0
Chương II: Liên kết hóa học
1)
Trình tự năng lượng từ thấp đến cao của các MO trong phân tử đồng hạch:
a) Nếu sự khác biệt năng lượng giữa 2s và 2p là lớn, tức không có tương tác giữa chúng thì:
<
∗
<
<
=
<
∗
=
∗
<
∗
(thường áp dụng khi Z ≥12)
b) Nếu sự khác biệt năng lượng giữa 2s và 2p không lớn, tức có tương tác đẩy giữa chúng thì:
<
∗
<
=
<
<
∗
=
∗
<
∗
2)
Cấu hình MO của một số phân tử dị hạch:
a) HF: ()
(
)
(
)
(
∗
)
(1lk + 1 plk + 3klk)
b) BeH
2
: ()
(
)
(
∗
)
(
∗
)
(2lk + 2plk + 2klk)
c) CO
2
:
(
)(
)(
)(
)
∗
∗
(
∗
)
(
∗
)
(4lk + 4plk + 4klk)
3)
Độ xen phủ các AO: s-s: 1 s-p:
√
3 p-p: 3
4) Năng lượng mạng tinh thể liên kết ion: U=−
[
]
(
)
1 −
N: hằng số Avogadro
A: Hằng số Madelung: Tùy thuộc vào cấu trức mạng tinh thể
e: điện tích nguyên tử = 1,6.10
-19
C
n: Hệ số đẩy Born, nằm trong khoảng từ 910, giá trị phụ thuộc cấu tạo vỏ e
Z
+
, Z
-
: Điện tích thực ở anion và cation
r
A
, r
C
: bán kính anion và cation
5) Năng lượng lien kết Van Der Waals:
+ Tương tác lưỡng cực-lưỡng cực:
đị ướ
=−
+ Tương tác lưỡng cực - lưỡng cực cảm ứng:
ả ứ
=−
+ Tương tác lưỡng cực cảm ứng – lưỡng cực cảm ứng:
â á
=−
Trong đó: µ: Momen lưỡng cực của phân tử
r: khoảng cách giữa các tâm lưỡng cực
α: Khả năng phân cực của phân tử
K: hằng số Bolzmann = 1,38.10
-23
J/K
T: Nhiệt độ (k)
Chương III: Phức chất
Chương IV: Nhiệt hóa học và hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học
I- Các khái niệm mở đầu:
1) Khí lý tưởng
2) Hệ và môi trường:
a. Hệ cô lập: Không trao đổi vật chất và năng lượng, hệ có V không đổi
b. Hệ kín: Chỉ trao đổi năng lượng, hệ có V thay đổi
c. Hệ đoạn nhiệt: Chỉ trao đổi năng lượng dưới dạng công
d. Hệ mở: Trao đổi vật chất lẫn năng lượng
Quy ước về dấu: Hệ nhận E thì dấu (+), hệ nhường E thì dấu (-)
3) Trạng thái của hệ và thông số trạng thái
a. Trạng thái: Được đặc trưng bởi những thông số trạng thái
b. Thông số trạng thái:
i. Thông số dung độ: Phụ thuộc vào lượng chất (vd: thể tích, khối lượng…)
ii. Thông số cường độ: Không phụ thuộc vào lượng chất (vd: nồng độ, độ nhớt…)
4) Trạng thái cân bằng của hệ: Là trạng thái các thông số không biến đổi theo thời gian
5) Biến đổi thuận nghịch và biến đổi bất thuận nghịch
3
N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0
a. Thuận nghịch: Hệ biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác vô cùng chậm qua các trạng
thái cân bằng lý tưởng, không gặp trong thực tế
b. Bất thận nghịch: Xảy ra với vận tốc nhanh, là quá trình gặp trong thực tế
6) Hàm trạng thái: Hàm chỉ phụ thuộc và trạng thái đầu và trạng thái cuối
7) Công và nhiệt: Là 2 hình thức trao đổi năng lượng, không phải là hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ
thuộc vào quá trình biến đổi
Công W (J), Nhiệt Q(J)
Công giãn nở (công chuyển dịch): =−
Nếu quá trình hữu hạn: =−
∫
o Giãn nở trong chân không: P
n
=0 W=0
o Giãn nở bất thuận nghịch chống lại P
n
không đổi: W
btn
= - P
n
V
o Giãn nở thuận nghịch: P
n
= P
hệ
: =−
∫
Nếu khí là lý tưởng:
=−
∫
=−
∫
ệ
=−
∫
⟹
=−
=−
II- Nguyên lý I áp dụng vào hóa học
1) Khái niệm nội năng (U)
2) Nguyên lý I nhiệt động lực học: Sự biến đổi nội năng bằng tổng tất cả các dạng năng lượng hệ trao đổi với môi
trường:
Đối với biến đổi vô cùng nhỏ: dU =
W +
Q
Đối với biến đổi hữu hạn: Δ=
∫
= +
a. Nếu trạng thái đầu và trạng thái cuối như nhau:
U =0 -W = Q tất cả nhiệt hấp thu được chuyển thành công giãn nở
b. Nếu hệ cô lập: U = W = Q = 0
3) Nhiệt đẳng áp, nhiệt đẳng tích
a. Nhiệt đẳng áp: hệ thực hiện ở cả T, P = const
W = -p(V
2
-V
1
)
U = U
2
-U
1
= Q
p
+A = Q
p
–p(V
1
-V
2
) Q
p
: Nhiệt đẳng áp, là hàm trạng thái
Q
p
= (U
2
+pV
2
) –(U
1
+pV
1
)
Đặt H=U+pV là hàm trạng thái Q
p
= H
b. Nhiệt đẳng tích: Hệ thực hiện ở cả T, V = const
W = 0 U = Q
v
Q
v
: Nhiệt đẳng tích, là hàm trạng thái
c. Liên hệ giữa Q
p
và Q
v
H = U+pV Q
p
= Q
v
+ nRT
III- Nhiệt phản ứng hóa học
1) Nhiệt phản ứng
2) Nhiệt sinh chuẩn của một chất
3) Nhiệt cháy chuẩn của một phản ứng
IV- Định luật Hess và các hệ quả
V- Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - Định luật Kirchhoff
Năng lượng
Động năng chuyển
động của toàn hệ
Th
ế năng do hệ nằm
ngoài môi trường
Nội năng
Động năng các phân tử,
nguyên tử, hạt
Thế năng tương tác (hút,
đầy) của các phân tử,
nguyên tử, hạt
4
N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0
1) Nhiệt dung mol một chất: Là lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ một mol chất lên 1K, trong suốt quá trình
này không có sự biến đổi trạng thái
Ký hiệu: C (J.K
-1
.mol
-1
)
a. Nhiệt dung mol đẳng áp: Thực hiện ở P=const
=
=
⇒=
⇒
=
⇒Δ=
b. Nhiệt dung mol đẳng tích
=
=
⇒=
⇒
=
⇒Δ=
2) Nhiệt chuyển pha H
cf
: Là lượng nhiệt trao đổi với môi trường khi 1 mol chất chuyển pha. ở P = const, trong
suốt quá trình chuyển pha thì nhiệt độ không thay đổi
3) Định luật Kirchhoff:
Δ
=Δ
+
∫
Δ
với Δ
=
∑
()
−
∑
(ư)
Trong khoảng hẹp của nhiệt độ, coi C
p
=const thì H
T2
= H
T1
+ C
p
T
Chương V: Chiều hướng và giới hạn của các quá trình hóa học
I- Nguyên lý II –Hàm Entropi
1) Nguyên lý II
- Tồn tại một hàm trạng thái là entropi (S), và S là đại lượng dung độ
- Ở nhiệt độ T không đổi, trong sự biến đổi vô cùng nhỏ thì:
o
Quá trình thuận nghịch: =
o
Quá trình bất thuận nghịch: >
≥
Δ≥
∫
** Chú ý: Vì S là hàm trạng thái nên S chỉ phụ thuộc và trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ. Xét 2 quá
trình TN và BTN có cùng trạng thái đầu và cuối. Kho đó:
Δ
=Δ
=
∫
=
>
∫
Q
TN
> Q
BTN
Do đó, để xác định S
BTN
, trước hết hình dung một quá trình TN có cùng trạng thái đầu và cuối, sau đó dùng
công thức: Δ
=
∫
2) Nguyên lý II áp dụng cho hệ cô lập
Đối với hệ cô lập:
Q
TN
= 0 S = 0
Q
BTN
= 0 S 0
Như vậy, đối với hệ cô lập:
+ Trong quá trình thuận nghịch (cân bằng), entropi của hệ không đổi
+ Trong quá trình bất thuận nghịch (hệ tự diễn biến), emtropi của hệ tăng đến cực đại thì ngừng lại.
Lúc đó quá trình đạt trạng thái cân bằng
3) Ý nghĩa hàm entropi
a. Hàm entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ
b. Ý nghĩa thống kê của S:
S= Kln; với k: hằng số Boltzmann, : xác suất nhiệt động
4) Biến thiên entropi của một số quá trình
a. Của quá trình biến đổi trạng thái chất đơn chất: (P=const)
Δ=
=
Δ
b. Của quá trình giãn nở đẳng nhiệt khí lý tưởng
Δ=
=
5
N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0
Nếu P
1
>P
2
S>0 quá trình tự diễn biến
Chất khí có thể tự chuyển dời từ nơi có P cao P thấp
c. Biến thiên entropi của chất nguyên chất theo nhiệt độ:
Trong điều kiện P=const: Δ
=
∫
Trong điều kiện V=const: Δ
=
∫
Nếu coi C
p
hoặc C
v
không đổi theo nhiệt độ T thì:
Δ
=
Δ
=
II- Nguyên lý III (tiên đề Nernst)
1) Nguyên lý III
Entropi của một chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn hảo ở 0K bằng không
S(0K) = kln = 0 (tinh thể hoàn hảo ở 0K ứng với 1 trạng thái vĩ mô chỉ có một trạng thái vi mô)
2) Entropi tuyệt đối của các chất nguyên chất ở nhiệt độ T
** Nhận xét: S nguyên chất luôn >0, trừ khi xét cho ion trong dd có thể có S
ion
<0
3) Biến thiên entropi của các phản ứng hóa học
III- Hàm thế nhiệt động. Tiêu chuẩn xét chiều của quá trình
- Hệ cô lập: S ≥0: Tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của quá trình
- Hệ không cô lập: gồm hệ + môi trường đưa về một hệ cô lập mới gồm hệ và mội trường thành một hệ
cô lập tiêu chuẩn tự diễn biến của hệ mới: S+S
mt
≥ 0
- Hàm thay thế cho (S+S
mt
) gọi là hàm thế nhiệt động. Thường gặp hệ:
o
Đẳng nhiệt, đẳng áp hàm thế đẳng nhiệt đẳng áp
o
Đẳng nhiệt, đẳng tích hàm thế đảng nhiệt đẳng tích
1) Hàm thế đẳng nhiệt đẳng áp
a. Định nghĩa: T, P = const
Hệ thực hiện biến đổi nào đó
(
Δ+Δ
)
=ΔS +
Δ
=ΔS −
Δ
≥0
⇒Δ
(
−
)
≤0 Đặt H –TS = G là hàm trạng thái
⇒Δ≤0 G được gọi là năng lượng Gibbs, Entanpi tự do hay thế đẳng áp
b. Ý nghĩa vật lý của G
G = H –TS = U + PV –TS
dG = dU + PdV + VdP –TdS –SdT
áp dụng nguyên lý I và II:
dU = Q + W mà dW = -PdV + W’ (W’: Công hữu ích)
Q ≤ TdS; dU ≤ TdS –PdV + W’
dG ≤ W’ + PdV – SdT (phương trình cơ bản của nhiệt động học)
Nếu quá trình là thuận nghịch và dT=0, dP=0 (do T, P =const) thì:
dG
T,P
= W’
max
G
T,P
= W’
max
G biểu thị công hữu ích của quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng áp
2) Hàm thế đẳng nhiệt đẳng tích (làm tương tự G)
a. Định nghĩa: T, V = const
Hệ thực hiện biến đổi nào đó
(
Δ+Δ
)
=ΔS +
Δ
=ΔS −
Δ
≥0
⇒Δ
(
−
)
≤0 Đặt U –TS = A là hàm trạng thái
⇒Δ≤0 A được gọi là năng lượng Helmholtz hay thế đẳng tích
b. Ý nghĩa vật lý của A
A = U –TS
dA = dU–TdS –SdT
áp dụng nguyên lý I và II:
dU = Q + W mà dW = -PdV + W’ (W’: Công hữu ích)
6
N o v e m b e r 7 , 2 0 1 0
Q ≤ TdS;
dA ≤ W’ –PdV – SdT
Nếu quá trình là thuận nghịch và dT=0, dV=0 (do T, V =const) thì:
dA= W’
max
A= W’
max
A biểu thị công hữu ích của quá trình thuận nghịch đẳng nhiệt đẳng tích
- Tóm tại, tiêu chuẩn tự diễn biến và giới hạn của quá trình là:
o
T, P = const dG 0
o
T, V = const dA 0
- Mối liên hệ giữa G và A: G = A+PV
3) Biến thiên thế đẳng áp
a. Thế đẳng áp sinh chuẩn 1 chất ở nhiệt độ T: G
o
T,s
(đơn chất) =0
b. Tính biến thiên thế đẳng áp của phản ứng hóa học
IV- Các yếu tố ảnh hưởng đến thế đẳng áp:
1) Ảnh hưởng của nhiệt độ
Xét hệ chỉ có biến đổi thuận nghịch, không sinh công có ích, có P=const
=−⇒
(
Δ
)
=−Δ
Thay vào biểu thức G = H -TS và chia 2 vế cho T
2
, ta có:
=−
(Phương trình Gibbs – Helmholtz)
=−
Lấy tích phân 2 vế
−
=−
∫
Với H
0
T
= (T) = a + bT + … G
0
= (T)
2) Ảnh hưởng của áp suất:
Xét hệ thuận nghịch, không sinh công hữu ích, T=const
= ⇒
∫
=
∫
⇒Δ
− Δ
=
∫
a. Đối với chất rắn và chất lỏng, coi V = const
G = V(P
2
–P
1
)
b. Đối với khí lý tưởng, V=nRT/P
Δ=
−
=
3) Ảnh hưởng của thành phần các chất. Khái niệm thế hóa
4) Mối quan hệ giữa dấu
G và độ lớn
H,
S và T