chuong 1 he thong tuan hoan

CHƯƠNG 1
HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC
NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Slide 1 of 48

General Chemistry:


Ý nghĩa các số lượng tử
 Số lượng tử chính n. Dùng để xác định E của e, n nhận các giá trị nguyên
dương 1, 2, 3 …, n càng lớn thì E e càng cao, kích thước orbital ngtử càng
lớn kích thước của các đám mây e.
n

1

2

3

4

……

Lớp

K

L

M

N

……

Chu kỳ

1

2

3

4

……

Số lượng tử phụ l: nhận các giá trị nguyên dương từ 0 ÷ (n-1) nghĩa là n
giá trị dùng để xác định hình dạng và tên orbital ngtử. Với những ngtử
nhiều e, E của e còn phụ thuộc vào giá trị l. Những e có cùng giá trị l lập
nên một phân lớp và có E như nhau.
Slide 2 of 48

General Chemistry:

HUI© 2006


Ý nghĩa các số lượng tử

Trong những ngtử nhiều e, E của e ở cùng một lớp không phải hoàn toàn
giống nhau mà có khác nhau chút ít và phụ thuộc vào số lượng tử l.

l
Phân lớp

0

1

2

3

……

s

p

d

f

……

Ở một giá trị xác định của số lượng tử chính n thì các electron s có năng
lượng nhỏ nhất, sau đó đến các electron p, d, và f do đó hình dạng của
chúng cũng khác nhau.
Slide 3 of 48

General Chemistry:

HUI© 2006


Ý nghĩa các số lượng tử
Số lượng tử từ ml đặc trưng cho sự định hướng các orbital
ngtử trong từ trường và quyết định số orbital có trong một
phân lớp, nhận các giá trị từ –l ÷ + l kể cả giá trị 0
Ví dụ: l = 0: m có 1 giá trị m = 0 tức là 1 orbitan s
l = 1: m có 3 giá trị là m = -1, 0 ,+1 tức là 3 orbitan
p: px, py và pz
l = 2: m có 5 giá trị là m = -2, -1, 0, +1, +2 tức là 5
orbitan d: dxy, dxz, dyz, dz2 và dx2-y2

Slide 4 of 48

General Chemistry:

HUI© 2006


Ý nghĩa các số lượng tử

Slide 5 of 48

General Chemistry:

HUI© 2006

Ý nghĩa các số lượng tử
Số lượng tử spin electron ms đặc trưng cho sự tự quay của e
xung quanh trục của mình theo chiều thuận hay chiều nghịch
với chiều quay kim đồng hồ và nhận một trong hai giá trị từ
+1/2 ÷ -1/2

Slide 6 of 48

General Chemistry:

HUI© 2006


Tóm lại
Bốn số lượng tử n, l, ml , ms xác định hoàn toàn trạng thái
của electron trong nguyên tử.
n

l

Orbital

ml

ms

1

0

1s

0

+1/2 , -1/2

2

2

0
1

2s
2p

0
-1, 0, +1

+1/2 , -1/2

2
6

3

0
1

2

3s
3p
3d

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

4

0
1
2
3

4s
4p
4d
4f

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

Slide 7 of 48

+1/2 , -1/2

+1/2 , -1/2

General Chemistry:

Số orbital ngtử

e tối
đa

2
6
10
2
6
10
14
HUI© 2006


• Bài 1: Một hợp chất ion cấu tạo từ ion M2+ và ion X- . Trong phân
tử MX2 có tổng số hạt(p, n, e) là 186 hạt, trong đó số hạt mang điện
nhiều hơn số hạt không mang điện là 54. Số khối của ion M2+ lớn
hơn số khối của ion X- là 21. Tổng số hạt trong ion M2+ nhiều hơn
trong ion X- là 27. Xác định các số lượng tử của các nguyên tố M,
X.
Bài 2: Cho 3 nguyên tố A, B, C (ZA < ZB < ZC).
- A, B cùng một nhóm A ở 2 chu kỳ liên tiếp.
-

B, C là hai nguyên tố kế cận trong một chu kỳ.

-

Tổng số proton trong hai hạt nhân A, B là 24.
8


• Bài 3: Hai nguyên tố X, Y thuộc hai nhóm kế tiếp trong
BHTTH, Y thuộc nhóm 5, ở trạng thái đơn chất X, Y không tác
dụng được với nhau. Tổng số điện tích dương hạt nhân của hai
nguyên tố là 23.
Xác định bộ 4 số lượng tử của electron sau cùng của A, B, C.
• Bài 4: Phi kim X có cấu hình e sau cùng ứng với 4 số lượng tử
có tổng đại số bằng 2,5. Xác định phi kim X. Biết rằng electron
lần lượt chiếm các obital bắt đầu từ m có trị số nhỏ trước.

9


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Năng lượng ion hóa (I)
Năng lượng ion hóa (I) là năng lượng cần thiết để
tách một electron khỏi nguyên tử ở thể khí và biến
nguyên tử thành ion khí, (kJ/mol)
e+

+

I1
X(k)

+

I

→ X+(k)

+

e

ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Năng lượng ion hóa

2

2

 Z *
 Z *
I = 1312
 KJ / mol = 13.6
 eV
 n 
 n 

Nguyên tử có nhiều electron
N.lượng i.hóa lần thứ nhất (I1) >lần hai (I2) > lần ba (I3)...
S(g)

S+(g) + e-

I1 = 999.6 kJ/mol

S+(g)

S2+(g) + e- I2 = 2251 kJ/mol

2nd ionization energy

S2+(g)

S3+(g) + e- I3 = 3361 kJ/mol

3rd ionization energy

1st ionization energy

ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Năng lượng ion hóa (I)
I đặc trưng cho khả năng nhường e của ngtử, nghĩa là đặc
trưng cho tính kim loại.

I càng nhỏ ngtử càng dễ nhường e, do đó tính kim loại và
tính khử của nguyên tố càng mạnh.
Quy luật biến thiên năng lượng ion hóa (I)
Chu kỳ : từ T → P
Z →H.ứng xâm nhập →Lực hút h.nhân → (I)
Nhóm : từ T → D
Z →Lớp đ.tử →H.ứng chắn→L.hút h.nhân → (I)

ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Năng lượng ion hóa (I)
Ngoài tương tác giữa hạt nhân với e còn có tương tác giữa
các e với nhau, tương tác này tạo nên hai hiệu ứng đó là
hiệu ứng xâm nhập và hiệu ứng chắn.
Hiệu ứng chắn: Do các lớp e bên trong làm giảm lực hút
của hạt nhân với e lớp ngoài. E bên ngòai bị hút bởi điện
tích Z* < Z
σ = Z – Z* là hằng số chắn
Hiệu ứng xâm nhập: Các e bên ngòai có thể xâm nhập vào
gần hạt nhân. Khả năng xâm nhập của e giảm dần theo chiều
tăng của n và l.
ThS. NGUYEN HUU SON


Phương pháp gần đúng Slater

• 1/ Hiệu ứng chắn :
Gọi Điện tử đang khảo sát là j

Điện tử còn lại là i. ta có Σi
Điện tử j bị các điện tử i tạo hiệu ứng màn chắn
làm giảm sức hút của nhân lên điện tử j
Z’j= Zj - ∑Zi
Z’j : điện tích hữu hiệu

14


Phương pháp gần đúng Slater

• 2/ Hiệu ứng xâm nhập:
Điện tử ở vân đạo s xuyên thấu vào nhân nhiều hơn
so với vân đạo p và d
Nghĩa là hiệu ứng màn chắn của những điện tử i tác
động lên vân đạo s nhỏ hơn so với p và d
Suy ra Z’s > Z’p> Z’d
Nên Es E =−

Z

'2

2n

2

.4,35981.10 −18 J
15

Phương pháp gần đúng Slater

• Công thức tính điện tích hữu hiệu Z’
• Theo quy tắc Slater
ΣZi =0
• * i>j : (i nằm ngoài j)
• * i = j (i, j cùng 1 tầng)

∑Zi =0,35

• *i=j ở 1s

∑ Zi = 0,3

• *i• * i,j ở 2 tầng kế cận

∑ Zi =0,85
16


Bài Tập
Bài 1: Tổng số p, e, n trong nguyên tử của hai nguyên tố M, X
lần lượt bằng 82 và 52. M và X tạo thành hợp chất MXa, trong
phân tử của hợp chất đó có tổng số p của các nguyên tử bằng 77.
Xác định hằng số chắn đối với lớp ngoài cùng của mỗi nguyên tử
M, X.
Bài 2: Một hợp chất vô cơ A được tạo nên từ ion M 3+ và ion X-.

Tổng số hạt trong hợp chất là 196, trong đó số hạt mang điện
nhiều hơn số hạt không mang điện là 60. Khối lượng nguyên tử
của X lớn hơn khối lượng nguyên tử của M là 8. Tổng số hạt
trong ion X- nhiều hơn tổng số hạt trong ion M3+ là 16.
Xác định hằng số chắn đối với lớp gần ngoài cùng của mỗi
nguyên tử M, X.
17


BÀI TẬP
Bài 3: Từ thực nghiệm biết năng lượng ion hóa thứ nhất (I1)
của Li = 5,39eV. Quá trình Li → Li2+ + 2e có I12 =
81,009eV. Hãy tính năng lượng ion hóa I2 và năng lượng kèm
theo quá trình Li → Li3+ + 3e.
Bài 4: Hợp chất A được tạo thành từ ion X+ và Y2-, mỗi ion
đều do năm nguyên tử của hai nguyên tố tạo thành. Tổng số
proton trong X+ là 11, tổng số electron trong Y2- là 50. Cho
biết hai nguyên tố trong Y2- thuộc cùng phân nhóm và ở 2
chu kỳ liên tiếp. Tìm công thức hợp chất A.

Xác định hằng số chắn đối với lớp ngoài cùng của mỗi
ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Ái lực với điện tử
Ái lực với điện tử là khả năng kết hợp electron của
nguyên tử trung hòa để trở thành ion âm.
Năng lượng gắn kết điện tử (E) là năng lượng tỏa ra
hay thu vào khi một điện tử kết hợp vào nguyên tử trung

hòa để trở thành ion âm.

A +
Giá trị :

e- =

X- ±

E

E = -I
ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Quy luật biến đổi ái lực với điện tử
Ái lực với điện tử đặc trưng cho khả năng nhận e
(tính phi kim)
 Chu kỳ : từ trái → Phải
Ái lực điện tử tăng dần từ trái qua phải.
 Nhóm : từ trên → Xuống
Ái lực điện tử giảm dần.

ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Độ âm điện (χ )
Độ âm điện (χ : khi) là khả năng của một nguyên

tử hút cặp electron trong phân tử về phía mình
Phương pháp xác định
* Phương pháp Mulinken
A có độ âm điện lớn :

Nhận electron ≅ −EA

A có độ âm điện nhỏ :

+
−
AK electron
+ BK = A≅
+
B
Nhường
I
k
A k

χ=

AK + BK = Ak + Bk+

I A + EA
2

ThS. NGUYEN HUU SON

SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
*Phương pháp Pauling

A2 + B2 → ( A − B )

N.lượng phân ly của phân tử A-B : EA-B
N.lượng phân ly của phân tử A2 : EA-A
N.lượng phân ly của phân tử B2 : EB-B

E A− A + E B − B
E A− B =
2

E A− A + E B − B
∆ AB = E A− B −
=0
•Liên kết A-B không có cực
2
•Liên kết A-B có cực
Độ âm điện của A&B

E A− A + E B − B
∆ AB = E A− B −
≠0
2

χ A − χ B = k ∆ AB = 0.208 ∆ , Kcal / mol
ThS. NGUYEN HUU SON

SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
*Phương pháp Mulliken

*Phương pháp Allred - Rochow

ThS. NGUYEN HUU SON


BÀI TẬP
Bài 1: Tính độ âm điện của clo theo
a, Pauling, biết rằng các năng lượng phân ly liên kết (KJ.mol1
): DClF = 245; DF = 155; DCl = 240. Độ âm điện của flo là 4.
2

2

b, Theo Muliken dựa vào năng lượng ion hóa thứ nhất và
năng lương gắn kết electron của clo lần lượt 1251KJ.mol-1;
-349KJ.mol-1.
c, Theo Allred – Rochow, biết bán kính cộng hóa trị của Clo
là 99pm
ThS. NGUYEN HUU SON


SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CÁC TÍNH CHẤT
Số oxy hóa
Khái niệm số oxy hoá :
Số oxy hoá là điện tích dương “+” hay điện tích âm “-”
của nguyên tố trong hợp chất với giả thiết rằng hợp chất
được tạo thành từ ion

ThS. NGUYEN HUU SON