Chuong I. Cau tao vat chat-2019

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.26 MB, 40 trang )

<b>Chương I: Cấu tạo vật chất</b>

 Cấu tạo nguyên tử

 Cấu tạo phân tử

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Thảo luận nhóm

Chủ đề: Cấu tạo nguyên tử?

Thời gian: 10 phút

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>I. Cấu tạo nguyên tử</b>

 Vật chất được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử

 Nguyên tử là phần cơ bản nhất của vật chất

 Mơ hình ngun tử Bohr (

giải Nobel vật lý 1922 về lý

thuyết cấu trúc nguyên tử và cơ học lượng tử

) được

chấp nhận rộng rãi:

o

Hạt nhân:

chứa

proton

mang điện dương và

neutron

không mang điện (

ngồi ra cịn có một số hạt khác

)

- Tồn tại

lực đẩy tĩnh điện

giữa các protons nhưng

protons và neutrons được liên kết chặt với nhau nhờ “lực

mạnh” (

<b>strong force</b>

)



Lực mạnh chỉ có tác dụng trong khoảng

cách rất nhỏ (≤ 10

-15

<sub>m)</sub>

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Structure of an atom

 Có kích thước và khối lượng

rất nhỏ

so với hạt nhân

 Mang

điện tích âm

chuyển động xung quanh hạt nhân theo các

quỹ

đạo hình cầu

(vỏ điện tử) có bán kính xác định

 Mỗi

quỹ đạo

ứng với một

mức năng lượng

của điện tử

 Quỹ đạo

gần hạt nhân

nhất có mức năng lượng

thấp nhất

và ngược lại

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

 Số lượng điện tử phân bố trên các lớp vỏ điện tử (bao gồm một số phân

lớp) theo qui luật:

-

<sub> số điện tử điền đầy phân lớp: </sub>

<i><sub>2(2l+1)</sub></i>

-

<sub> số điện tử điền đầy lớp: </sub>

<i><sub>2n</sub></i>

Với:

<i>n: số lượng tử chính </i>

<i>(n = 1, 2, 3, … n)</i>

<i>l: số lượng tử quĩ đạo </i>

<i>( l = 0, 1, 2, 3, …n-1)</i>

Arrangement of elect

Lớp

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<b> Các điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng </b>

(xa hạt nhân nhất) có mức năng lượng

lớn nhất



đóng vai trị quan trọng nhất trong tương tác ngun tử cũng như phản

ứng hóa học

bởi vì các điện tử này có thể tương tác với các điện tử lớp

ngoài cùng của các nguyên tử lân cận.



Các điện tử lớp ngoài cùng gọi là

<b>điện tử hóa trị </b>



xác định

hóa trị

của

nguyên tử



Khi lớp vỏ ngoài cùng chứa đầy điện tử



nguyên tử không nhận thêm

điện tử  nguyên tố trơ (Ar, Ne, Kr…)



Bởi một nguyên nhân nào đó nguyên tử

mất đi một hay nhiều điện tử



ion dương

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

F

F

F

v

r

 Lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và điện tử

<b>Năng lượng điện tử (xét nguyên tử hydro)</b>

 Lực ly tâm khi điện tử chuyển động xung quanh điện tử

 Điều kiện cân bằng lực (giữ điện tử chuyển động trên quỹ đạo nhất định)

<i>m</i>

: khối lượng điện tử = 9,1x10

-31

<sub> kg</sub>

<i>q</i>

: điện tch của điện tử = 1,6x10

-19

<sub> C</sub>

Vận tốc chuyển động của điện tử càng lớn

khi bán kính của quĩ đạo c/đ càng nhỏ

2

9

2

1 /

10

9

4

1 <i>C</i>

<i>Nm</i>

<i>k</i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>r</i>

<i>q</i>

<i>kq</i>

<i>F</i>

<i>r</i>

<i>o</i>

<i>p</i>

<i>e</i>









<i>r</i>

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>F</i>

<i>e</i>

2 

<i>r</i>

<i>m</i>

<i>k</i>

<i>q</i>

<i>v</i>

<i>r</i>

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>F</i>

<i>e</i>











<sub>2</sub>

2

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<i> Động năng của điện tử (KE- kinetic energy) </i>

<i> Thế năng của điện tử (PE - potential energy) </i>

<i> Tổng năng lượng của điện tử (E)-Định lý </i>

Varian

VD: Năng lượng ion hóa của nguyên tử hydro là 13,6 eV, xác định bán kính của quĩ đạo

chuyển động của điện tử?

* 1eV= 1.6x10

-19

<sub> J</sub>

2

1 <i>v</i>

<i>m</i>

<i>KE</i>



<i><sub>e</sub></i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>PE</i>

<i>e</i>

2 



)

(

2

1 <sub>2</sub>

2 <i>J</i>

<i>r</i>

<i>q</i>

<i>k</i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>PE</i>

<i>KE</i>

<i>E</i>

<i>e</i>























<i>m</i>

<i>J</i>

<i>C</i>

<i>m</i>

<i>N</i>

<i>E</i>

<i>kq</i>

<i>r</i>

<i>e</i> 10

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

E

=hf

E

=hf

 Năng lượng cần thiết để tách rời điện

tử khỏi nguyên tử

 Năng lượng ion hóa của các

lớp điện

tử khác nhau

cũng

khác nhau

 Các điện tử hóa trị có mức năng

lượng ion hóa

thấp nhất

 Khi điện tử nhận được năng lượng

nhỏ hơn năng lượng ion hóa  điện

tử bị

kích thích

 chuyển sang

mức

năng lượng cao hơn

 Điện tử ở trạng thái kích thích có xu

thế chuyển về

mức năng lượng thấp

hơn và giải phóng năng lượng dưới

dạng

bức xạ

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

<b>Các thuật ngữ thông dụng</b>

 Điện tử hóa trị:

các điện tử ở lớp ngồi cùng  xác định hóa trị của nguyên tử

 Năng lượng ion hóa:

năng lượng cần cung cấp nhỏ nhất để tách được 1 điện tử khỏi

nguyên tử để tạo thành ion dương

 Ái lực điện tử:

năng lượng phóng thích khi điện tử kết hợp với ngun tử trung tính

để tạo thành ion âm

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>II. Cấu tạo phân tử</b>

 Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử

thông qua

liên kết giữa các nguyên tử

 Khi hai nguyên tử được đặt gần nhau  các

điện tử hóa trị

tương tác với nhau và với các

hạt nhân lân cận  tạo ra liên kết giữa hai

nguyên tử  hình thành phân tử

 Năng lượng của hệ thống hai nguyên tử liên

kết  tổng năng lượng của hai nguyên tử riêng

rẽ  tạo nên phân tử bền vững

 Nguyên lý cơ bản của sự tạo thành phân tử là

<i>sự cân bằng giữa lực hút (F</i>

<i>) và lực đẩy (F</i>

)

giữa các nguyên tử xác lập tại khoảng cách cân

bằng

<i>r</i>

giữa các nguyên tử

1. NGUYÊN LÝ LIÊN KẾT TỔNG QUÁT

<i>*Lực hút (F</i>

<i>) và lực đẩy (F</i>

) là kết

quả của tương tác tĩnh điện tương

hỗ giữa các nguyên tử

0 





<i><sub>A</sub></i>

<i><sub>R</sub></i>

<i>N</i>

<i>F</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

2. CÁC LOẠI LIÊN KẾT GIỮA CÁC NGUYÊN TỬ



Liên kết đồng hóa trị (cộng hóa

trị)

 Liên kết Ion

 Liên kết kim loại

 Liên kết Van der Waal

Liên kết chủ yếu

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

Thảo luận nhóm

Chủ đề: Liên kết cộng hóa trị?

Thời gian: 10 phút

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

<b>a. Liên kết đồng hóa trị (cộng hóa trị)</b>

 Đặc trưng: góp chung điện tử của nguyên tử trong phân tử

 Xảy ra giữa các nguyên tử có độ âm điện gần bằng nhau

VD: CH

(Methane)

4 điện tử hóa trị

 cần thêm 4 điện tử

1 điện tử hóa trị

 cần thêm 1 điện tử

<i>* Độ âm điện (min: 0,7; max: 4,0) </i>

<i>C (2,5)</i>

<i>H (2,1)</i>

Covalent bond

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15></div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

- Đặc tnh của liên kết đồng hóa trị:

+) nhiệt độ nóng chảy và sơi thấp

+) khơng bị hịa tan trong các dung mơi

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

Thảo luận nhóm

Chủ đề: Liên kết ion?

Thời gian: 10 phút

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>b. Liên kết ion</b>

 Xảy ra giữa ion dương và ion âm

 Đặc trưng: có sự cho và nhận điện tử

 Giữa các nguyên tử có độ âm điện khác biệt lớn

 VD: NaCl

<b>0,9</b>

<b>3,0</b>

Ionic bond

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19></div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

- Đặc tnh của liên kết ion:

+) bền hơn liên kết cộng hóa trị, nhiệt độ nóng chảy và sơi cao hơn liên kết

cộng hóa trị

+) cứng, giịn và có cấu trúc tnh thể

+) hầu hết chất tạo thành từ liên kết ion bị hòa tan trong dung dịch có cực

(ví dụ: nước)

+) khơng dẫn điện do khơng có điện tử tự do (các ion rất khó dịch chuyển)

tuy nhiên trở nên dẫn điện tốt khi hịa tan trong dung mơi

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

Thảo luận nhóm

Chủ đề: Liên kết kim loại?

Thời gian: 10 phút

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<b>c. Liên kết kim loại</b>

 Tổng hợp của liên kết cộng hóa trị và liên kết ion



Cộng hóa trị: sử dụng chung các điện tử tự do

 Liên kết ion: lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và các điện tử tự do

 Nguyên tử kim loại chứa một vài điện tử hóa trị

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23></div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

Metallic bond

- Đặc tnh của liên kết kim loại:

+) liên kết có cấu trúc đẳng hướng  dẻo

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<b>Liên kết Van der Waal- Liên kết thứ cấp </b>

 Hình thành từ sự tương tác giữa các lưỡng cực

- Lưỡng cực dao động

Moment lưỡng

<i>cực p=qd</i>

- Lưỡng cực vĩnh cữu (cố định)

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26></div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

 Ví dụ 2: Đối với

polymer:

- Tâm điện tử dịch

chuyển về phía nguyên tử

chlorine

- Tâm điện tích dương

tập trung về phía nguyên

tử hydrogen

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28></div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29></div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

<b>III. Lý thuyết vùng năng lượng</b>

 Ứng dụng: Giải thích, phân loại vật liệu điện thành vật liệu dẫn điện, bán

dẫn và cách điện (điện môi)

 Các điện tử của một nguyên tử được phân bố vào các lớp vỏ điện tử có

mức năng lượng khác nhau

 Một số mức năng lượng được các điện tử lấp đầy

 Các mức năng lượng còn lại chỉ xuất hiện điện tử khi nguyên tử nhận năng

lượng từ bên ngoài (trạng thái kích thích)

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

VD: Vùng năng lượng của kim loại Natri

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

 Nhiều nguyên tử nằm sát nhau  tồn tại vùng các mức năng lượng

gần như liên tục

Lấp đầy

điện tử

Lấp đầy

½ vùng

năng

lượng

Vùng

dẫn

Vùng

hóa

trị

Vùng hóa trị và vùng dẫn chồng lấn lên nhau  tồn tại

điện tử tự do ở vùng dẫn  Natri dẫn điện tốt

Mật độ nguyên tử: 10

<sub> cm</sub>

-1

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

VD: kim cương (cấu tạo từ cacbon)

Nguyên tử cacbon riêng rẽ, điện tử phân bố vào các ô

lượng tử theo qui luật Hund

<b>Do mức năng lượng của phân lớp 2s xấp xĩ 2p nên </b>

thực tế có 4 điện tử lớp ngoài cùng tham gia vào liên

kết giữa các nguyên tử thay vì chỉ có 2 điện tử ở phân

<b>lớp 2p  lúc này phân bố của các điện tử vào ô lượng </b>

tử như sau

2s

2p

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

 Khi các nguyên tử C liên kết với nhau tạo nên vùng dẫn và vùng

<i>hóa trị tách biệt nhau bằng vùng cấm có năng lượng lớn E</i>

<sub>g </sub>

( một

vài eV)

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35></div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36></div>
<span class='text_page_counter'>(37)</span><div class='page_container' data-page=37>