NGUYỄN HỮU KHÁNH HƯNG HUỲNH THỊ KIỀU XUÂN HÓA HỌC VÔ CƠ Tập Mục lục i Mục lục Mục lục i Chương Giới thiệu 1.1 Đại cương Hóa vô 1.1.1 Hóa học gì? 1.1.2 Hóa Vô gì? 1.1.3 Các giai đoạn phát triển Hóa học 1.1.4 Xu hướng đại 1.2 Phương pháp học tập Nội dung môn học 1.2.1 Phương pháp học tập 1.2.2 Nội dung Hóa Vô Chương Liên kết hóa học 2.1 Khái niệm tiểu phân 2.2 Liên kết hóa học 2.2.1 Bản chất liên kết hóa học 2.2.2 Liên kết theo quan điểm nhiệt động lực hóa học 2.2.3 Các thông số đặc trưng cho liên kết 2.3 Liên kết ion 2.3.1 Mô hình liên kết ion 2.3.2 Điều kiện hình thành liên kết ion 10 2.3.3 Các tính chất liên kết ion 10 2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết ion tinh thể 11 2.4 Liên kết cộng hóa trò 12 2.4.1 Mô hình liên kết cộng hóa trò 12 2.4.2 Điều kiện hình thành liên kết cộng hóa trò 13 2.4.3 Các tính chất liên kết cộng hóa trò 13 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết cộng hóa trò 13 2.4.5 Liên kết cộng hóa trò σ, π δ 14 2.5 2.5.1 Liên kết kim loại 19 Mô hình liên kết kim loại theo quan điểm phi học lượng tử 19 Mục lục ii 2.5.2 Mô hình liên kết kim loại theo lý thuyết học lượng tử 19 2.5.3 Các tính chất liên kết kim loại 21 2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết kim loại 21 2.6 Liên kết van der Waals 22 2.6.1 Mô hình điều kiện hình thành liên kết van der Waals 22 2.6.2 Các tính chất độ bền liên kết van der Waals 22 2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết van der Waals 22 2.7 Liên kết hydro 23 2.7.1 Mô hình điều kiện hình thành liên kết hydro 23 2.7.2 Các tính chất độ bền liên kết hydro 23 2.7.3 Các loại liên kết hydro ảnh hưởng đến tính chất phân tử 24 2.8 Tác dụng phân cực tác dụng bò phân cực 25 2.8.1 Tác dụng phân cực 26 2.8.2 Tác dụng bò phân cực 28 2.8.3 Phân biệt tác dụng phân cực ion độ phân cực liên kết 29 2.9 Sự không phân đònh ranh giới loại liên kết hóa học 29 2.9.1 Sự biến đổi loại liên kết hóa học 29 2.9.2 Ảnh hưởng biến đổi loại liên kết hóa học đến tính chất độ bền liên kết 30 Chương Phản ứng hóa học 32 3.1 Khái niệm chung 32 3.1.1 Phản ứng acid-baz 32 3.1.2 Phản ứng oxi hóa-khử 33 3.2 Khả phản ứng 33 3.2.1 Nhiệt động lực học phản ứng 33 3.2.2 Động học phản ứng 34 3.2.3 Mối liên hệ nhiệt động lực học động học phản ứng 35 3.3 Quy ước điều kiện phản ứng 35 Chương Phản ứng acid-baz 36 4.1 Đònh nghóa acid-baz 36 4.1.1 Đònh nghóa acid-baz theo Arrhenius 36 4.1.2 Đònh nghóa acid-baz theo Bronsted 36 4.1.3 Đònh nghóa acid-baz theo Lewis 37 4.1.4 Đònh nghóa acid-baz theo Ubanovish 37 4.1.5 Đònh nghóa acid-baz cứng-mềm 38 4.1.6 Tóm lược đònh nghóa acid-baz 38 4.2 Cường độ acid-baz 39 4.3 Phân loại acid-baz vô theo chất hóa học 40 4.3.1 Các hydracid, dẫn xuất muối chúng 40 Mục lục iii 4.3.2 Các oxihydroxid, dẫn xuất muối chúng 40 4.3.3 Tóm lược hydracid, oxihydroxid dẫn xuất chúng 41 4.4 Các hydracid 41 4.4.1 Cường độ acid-baz hydracid 41 4.4.2 Cường độ acid-baz dẫn xuất muối từ hydracid 42 4.5 Các oxihydroxid 43 4.5.1 Cường độ acid-baz oxihydroxid 43 4.5.2 Ví dụ điển hình 44 4.5.3 Cường độ acid-baz dẫn xuất muối từ oxihydroxid 46 4.6 Phản ứng trung hòa 47 4.6.1 Giản đồ pKa 47 4.6.2 Phản ứng trung hòa acid-baz mạnh 48 4.6.3 Phản ứng trung hòa acid-baz yếu 48 4.7 Phản ứng thủy phân 50 4.7.1 Sự thủy phân cation 50 4.7.2 Sự thủy phân anion 51 4.7.3 Sự thủy phân hợp chất cộng hóa trò 51 4.8 Phản ứng trao đổi 53 4.9 Phản ứng tạo phức 53 Chương Phản ứng oxi hóa-khử 55 5.1 Số oxi hóa 55 5.1.1 Đònh nghóa 55 5.1.2 Ý nghóa ứng dụng 55 5.1.3 Hiệu ứng co d co f 56 5.1.4 Sự biến đổi số oxi hóa 58 5.1.5 Nhận xét 60 5.2 Phản ứng oxi hóa-khử 61 5.3 Cân phương trình phản ứng oxi hóa khử 61 5.4 Chiều phản ứng oxi hóa-khử 63 5.5 Giản đồ E0 64 5.6 Giản đồ Latimer 64 5.7 Hằng số cân phản ứng oxi hóa-khử 65 5.7.1 Trường hợp 1: n1 ≠ n2 65 5.7.2 Trường hợp 2: n1 = n2 66 5.8 Ảnh hưởng pH đến phản ứng oxi hóa-khử 67 5.9 Ảnh hưởng phản ứng kết tủa đến phản ứng oxi hóa-khử 68 5.10 Ảnh hưởng phản ứng tạo phức đến phản ứng oxi hóa-khử 69 5.11 Tóm lược ảnh hưởng phản ứng kết tủa, tạo phức bay đến phản ứng oxi hóa-khử 70 5.12 Khả tồn chất oxi hóa-khử môi trường nước 71 Mục lục iv 5.13 Một số vấn đề phản ứng oxi hóa-khử 72 5.13.1 Các oxihydroxid có tính oxi hóa mạnh môi trường acid 72 5.13.2 Biến thiên tính oxi hóa nguyên tố theo số oxi hóa 73 5.13.3 Khả dò phân nguyên tố 73 Chương Các trạng thái tập hợp tính chất đặc trưng chúng 75 6.1 Trạng thái vật chất 75 6.2 Trạng thái rắn 75 6.2.1 Trạng thái tinh thể 76 6.2.2 Trạng thái vô đònh hình 76 6.3 Trạng thái lỏng 77 6.4 Trạng thái khí 77 6.4.1 Phương trình trạng thái khí lý tưởng 78 6.4.2 Hỗn hợp khí lý tưởng 78 6.4.3 Khí thật 79 6.5 Trạng thái tập hợp phản ứng hóa học 79 Chương Cấu trúc tiểu phân cộng hóa trò 80 7.1 Đònh nghóa tiểu phân cộng hóa trò 80 7.2 Cách viết công thức cấu trúc theo Lewis 80 7.2.1 Cách viết thứ 81 7.2.2 Cách viết thứ hai 82 7.3 Cấu trúc tiểu phân theo mô hình VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory – Lý thuyết đẩy đôi điện tử) 82 7.4 Cấu trúc tiểu phân theo lai hóa 84 7.4.1 Thuyết lai hóa cấu trúc tiểu phân 84 7.4.2 Cách viết công thức cấu trúc theo thuyết lai hóa 86 7.5 Liên kết σ π tiểu phân 87 Chương Tinh thể học đại cương 89 8.1 Các trạng thái vật chất 89 8.2 Các yếu tố đối xứng 90 8.3 Suy đoán 32 lớp đối xứng 92 8.4 Ký hiệu lớp đối xứng 94 8.4.1 Ký hiệu quốc tế (ký hiệu Herman–Maughin) 94 8.4.2 Ký hiệu Schoenflies 94 8.5 Mạng lưới tinh thể 96 8.6 Ô mạng sở – 14 mạng Bravais 96 8.6.1 Ô mạng sở 96 8.6.2 14 mạng Bravais 97 Chương Hóa học tinh thể 101 9.1 Đại cương 101 Mục lục 9.2 v Cấu trúc số tinh thể đơn kim loại 102 9.2.1 Cấu trúc xếp chặt 102 9.2.2 Cấu trúc cầu xếp chặt 102 9.2.3 Ảnh hưởng cấu trúc đến bán kính nguyên tử 105 9.2.4 Lỗ trống tinh thể xếp chặt 105 9.3 Cấu trúc số tinh thể ion 106 9.3.1 Các cấu trúc tinh thể ion đơn giản điển hình 107 9.3.2 Ảnh hưởng tỉ số bán kính r+ / r– đến số phối trí 108 9.4 Cấu trúc tinh thể cộng hóa trò 109 9.5 Cấu trúc tinh thể van der Waals 110 9.6 Cấu trúc tinh thể có liên kết hỗn tạp 110 9.6.1 Cấu trúc lớp-mạch với liên kết cộng hóa trò-van der Waals 111 9.6.2 Cấu trúc lớp-mạch với liên kết cộng hóa trò hay ion van der Waals 115 9.6.3 Cấu trúc lớp–mạch với liên kết hydro van der Waals 116 Chương 10 Hóa học chất rắn 117 10.1 Sự phân bố chất kết tinh theo hệ tinh thể 117 10.2 Hiện tượng đa hình 118 10.3 Hiện tượng đồng hình 119 10.4 Tinh thể thật 120 10.4.1 Hình thái tinh thể 120 10.4.2 Khuyết tật tinh thể 121 10.5 Phản ứng pha rắn 123 10.5.1 Nhiệt động lực học phản ứng pha rắn 123 10.5.2 Động học phản ứng pha rắn 124 Chương 11 Mối liên hệ cấu trúc tính chất chất 125 11.1 Mối liên hệ cấu trúc tính chất vật lý chất 125 11.1.1 Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi 125 11.1.2 Nhiệt độ phân hủy 127 11.1.3 Tính chất học 127 11.1.4 Tính dẫn điện 128 11.1.5 Tính tan 129 11.2 Mối liên hệ cấu trúc tính chất hóa học chất 131 11.3 Nhận xét chung mối liên hệ cấu trúc tính chất chất 132 Chương 12 Đại cương hóa học nguyên tố s p 133 12.1 Cấu trúc nguyên tử đặc điểm liên kết 133 12.2 Quy luật biến đổi tính chất 135 12.2.1 Quy luật biến đổi tính chất phân nhóm 135 12.2.2 Quy luật biến đổi tính chất chu kỳ 135 12.2.3 Quy luật biến đổi tính chất đường chéo 136 Mục lục vi Chương 13 Hydrogen 137 13.1 Cấu trúc điện tử đặc điểm liên kết 137 13.2 Trạng thái tự nhiên 138 13.3 Đơn chất 138 13.3.1 Cấu trúc lý tính 138 13.3.2 Hóa tính 138 13.3.3 Điều chế 139 13.3.4 Ứng dụng 139 13.4 Các hợp chất bậc hai hydrogen HnX 140 13.4.1 Các hợp chất hydracid HnX hydrogen (+1) 141 13.4.2 Các hợp chất hydrur cộng hóa trò AHn 142 13.4.3 Các hợp chất hydrur ion XHn 142 13.4.4 Các hợp chất hydrur kim loại 143 13.4.5 Các hợp chất hydrur không bền 143 Chương 14 Oxygen 144 14.1 Cấu trúc điện tử đặc điểm liên kết 144 14.2 Trạng thái tự nhiên 145 14.3 Đơn chất 145 14.3.1 Oxygen 145 14.3.2 Ozon 147 14.4 Các hợp chất oxygen (−2) 148 14.4.1 Các oxihydroxid 148 14.4.2 Nước 150 14.4.3 Các hợp chất peroxyd 152 Chương 15 Phân nhóm 7A: Halogen 155 15.1 Cấu trúc điện tử đặc điểm liên kết 155 15.2 Trạng thái tự nhiên 156 15.3 Đơn chất 156 15.3.1 Cấu trúc lý tính 156 15.3.2 Hóa tính 157 15.3.3 Điều chế 158 15.3.4 Ứng dụng 158 15.4 Các hợp chất halogen 158 15.4.1 Các hydracid HX dẫn xuất chúng 158 15.4.2 Các oxihydroxid HXOn dẫn xuất chúng 160 Chương 16 Phân nhóm 6A: Chalcogen 164 16.1 Cấu trúc điện tử đặc điểm liên kết 164 16.2 Trạng thái tự nhiên 165 16.3 Đơn chất 165 Mục lục vii 16.3.1 Cấu trúc lý tính 165 16.3.2 Hóa tính 166 16.3.3 Điều chế 166 16.3.4 Ứng dụng 166 16.4 Các hợp chất chalcogen 167 16.4.1 Các hydracid H2E dẫn xuất chúng 167 16.4.2 Các oxihydroxid H2EOn dẫn xuất chúng 168 16.4.3 Sự tạo mạch E−E 170 Chương 17 Phân nhóm 5A 171 17.1 Cấu trúc điện tử đặc điểm liên kết 171 17.2 Trạng thái tự nhiên 172 17.3 Đơn chất 172 17.3.1 Cấu trúc lý tính 172 17.3.2 Hóa tính 173 17.3.3 Điều chế 174 17.3.4 Ứng dụng 174 17.4 Các hợp chất nguyên tố phân nhóm 5A 174 17.4.1 Các hydracid H3E dẫn xuất chúng 174 17.4.2 Các oxihydroxid HxEOn dẫn xuất chúng 176 Chương 18 Phân nhóm 4A 178 18.1 Cấu trúc điện tử đặc điểm liên kết 178 18.2 Trạng thái tự nhiên 179 18.3 Đơn chất 180 18.3.1 Cấu trúc lý tính 180 18.3.2 Hóa tính 180 18.3.3 Điều chế 182 18.3.4 Ứng dụng 182 18.4 Các hợp chất nguyên tố phân nhóm 4A 182 18.4.1 Các hợp chất H4E dẫn xuất chúng 182 18.4.2 Các oxihydroxid HxEOn dẫn xuất chúng 185 Chương 19 Danh pháp chất vô 187 19.1 Đại cương 187 19.1.1 Mở đầu 187 19.1.2 Nguyên tắc 188 19.2 Danh pháp nguyên tố 188 19.3 Danh pháp cation 188 19.3.1 Cation đơn giản (một nguyên tử) 188 19.3.2 Cation phức tạp (nhiều nguyên tử) 189 19.4 Danh pháp anion 189 Mục lục viii 19.4.1 Anion đơn giản (một nguyên tử) 189 19.4.2 Anion phức tạp (nhiều nguyên tử) 189 19.5 Danh pháp nhóm chức (gốc) 190 19.6 Danh pháp hợp chất 190 19.6.1 Quy tắc gọi tên 190 19.6.2 Tên oxihydroxid 191 19.6.3 Tên acid dẫn xuất từ oxihydroxid 192 19.6.4 Tên acid polimer 192 19.6.5 Tiếp đầu ngữ số lượng 192 19.7 Danh pháp tiếng Anh 193 19.7.1 Danh pháp nguyên tố hóa học tiếng Anh 193 19.7.2 Danh pháp anion oxihydroxid tiếng Anh 195 Tài liệu tham khảo 196 Chương Giới thiệu Chương Giới thiệu 1.1 Đại cương Hóa vô 1.1.1 Hóa học gì? Hóa học ngành khoa học nghiên cứu chất trình phản ứng chất theo quan điểm hóa học Ví dụ: H–H + F–F Tác chất ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ 2H–F Quá trình phản ứng Sản phẩm Hóa học nghiên cứu đối tượng trình thuộc lãnh vực liên quan Điều có nghóa là: a Hóa học nghiên cứu chất hóa học bao gồm: • Thành phần nguyên tố chất • Số lượng nguyên tử nguyên tố chất • Cấu trúc chất cách xếp nguyên tử chất • Tính chất chất tính chất hóa học số tính chất vật lý cần thiết Ví dụ: Hydro peroxid H2O2 có: • Thành phần nguyên tố H O • Số lượng nguyên tử 2H 2O • Cấu trúc chất zíc zắc hình bên • Tính chất chất chất lỏng không màu có tính oxi hóa mạnh,… b Hóa học nghiên cứu trình phản ứng bao gồm: • Cắt đứt liên kết cũ trình phân hủy tác chất • Hình thành liên kết trình tạo thành sản phẩm • Chiều cân phản ứng yếu tố nhiệt động lực học • Vận tốc chế phản ứng yếu tố động học Ví dụ: H–H + I–I → 2H–I ΔG0298 = –2 kJ/mol v = kCH2CI2 c Hóa học nghiên cứu trình lãnh vực liên quan đến hóa học vật lý, sinh học, đòa chất, y học, vật liệu,… Chương 18 182 18.3.3 Phân nhóm 4A Điều chế Carbon điều chế phụ thuộc vào trạng thái thù hình a Kim cương (sp3) • Nung graphit nhiệt độ áp suất cao ~ 109–10 atm 20000C • Kết tinh mầm tinh thể kim cương hydrocarbon khoảng 10000C b Graphit (sp2) Nung than đá vô đònh hình (antraxit) 2500 − 30000C không khí • c Than cốc Nung than đá vô đònh hình (antraxit) 1000–12000C không khí • d Than hoạt tính Nung hợp chất hữu thiếu hay không khí • Silic điều chế phản ứng khử SiO2 hay SiX4 nhiệt độ cao: SiO2 + 2C → Si + 2CO SiCl4 + 2Zn → Si + 2ZnCl2 Germani, thiếc chì điều chế cách khử quặng oxid (hay sulfur) chúng C nhiệt độ cao ES2 + 2O2 → 2SO2 + EO2 EO2 + 2C → E + 2CO 18.3.4 Ứng dụng Kim cương Sử dụng để sản xuất đồ trang sức, bột mài, mũi khoan,… Graphit Sử dụng làm điện cực, viết chì,… Than hoạt tính Sử dụng làm chất khử màu-mùi, bột màu, chất độn,… Silic Sử dụng để điều chế phân lân, thuốc trừ sâu, diêm quẹt,… Germani Sử dụng làm chất bán dẫn,… Thiếc Sử dụng làm bao bì thực phẩm, kỹ thuật điện,… Chì Sử dụng làm ắc qui, phòng chì, chất cản tia phóng xạ,… 18.4 18.4.1 Các hợp chất nguyên tố phân nhóm 4A Các hợp chất H4E dẫn xuất chúng Các hợp chất H4E nguyên tố phân nhóm 4A là: CH4, SiH4, GeH4, SnH4, PbH4 với lượng liên kết giảm từ C đến Pb Liên kết E kJ/mol C–H C–O Si – H Si – O 414 359 319 445 Chương 18 Phân nhóm 4A 183 Ge, Sn Pb độ âm điện E không cao nên tạo hợp chất có số oxi hóa −4 với kim loại hoạt động với liên kết có tính kim loại Tính oxi hóa-khử: Trong hợp chất H4E dẫn xuất carbon silic, E có số oxi hóa −4 nên có tính khử Khi từ xuống dưới, tính khử tăng dần 18.4.1.1 Các hợp chất H4E CH4 (H4C) nhiên liệu khí quan trọng từ khí thiên nhiên Khi từ xuống dưới, liên kết bền dần: a SiH4 (silan) dễ bò phân hủy b PbH4 bền đến mức chứng minh tồn cách gián tiếp 18.4.1.2 Các dẫn xuất AnE hợp chất HnE a Carbur kiểu muối Các dẫn xuất carbur kiểu muối cabur kim loại với liên kết ion–cộng hóa trò Chúng có tinh thể kiểu muối thủy phân tạo thành hydrocarbon tương ứng Dẫn xuất Ví dụ Metan CH4 Etan C2H6 Etylen C2H4 Acetylen C2H2 Li4C, Be2C, Al4C3, Mg2Si Li6Si2 UC2 CaC2, Ag2C2 Phản ứng phân hủy dẫn xuất: Metan Al4C3 + 12H2O → 3CH4↑ + 4Al(OH)3 Mg2Si + 4HCl → SiH4↑ + 2Mg(OH)2 Etan Li6Si2 + 6HCl → Si2H6↑ + 6LiCl Acetylen 2UC2 + 8H2O → 2CH4↑ + C2H4↑ + 2UO2(OH)2 CaC2 + 2H2O → C2H2↑ + Ca(OH)2 Mg2C3 + 4H2O → C3H8↑ + 2Mg(OH)2 b Carbur kim loại Các dẫn xuất carbur kiểu kim loại thường cabur kim loại thuộc phân nhóm 4B, 5B, 6B, 7B 8B Trong carbur kim loại, carbon xâm nhập vào lỗ trống bát diện tinh thể kim loại Các carbur kim loại thường có thành phần MC, M2C M3C Thành phần Ví dụ MC TiC, ZrC, HgC, VC, NbC, TaC,… M2C Mo2C, W2C,… M3C Mn3C, Fe3C, Co3C,… 184 Chương 18 Phân nhóm 4A Carbur kim loại thường: a Có tinh thể ánh kim, dẫn điện b Tạo với kim loại khác dung dòch rắn có độ cứng lớn nhiệt độ nóng chảy cao Các carbur có công thức MC M2C thường có nhiệt độ nóng chảy cao chống ăn mòn Kim loại Ti Zr Hg V Nb Ta Mo W Mn Fe Tnc, 0C 1668 1852 2200 1919 2460 3000 2620 3380 1244 1539 Carbur TiC ZrC HgC VC NbC TaC Mo2C W2C Mn3C Fe3C Tnc, 0C 3150 3580 3670 2800 3500 3880 2690 2800 1520 1650 Các carbur M3C thường có nhiệt độ nóng chảy thấp bò acid phá hủy Mn3C + 6HCl → 3MnCl2 + CH4 + H2 Khi từ MC → M3C hàm lượng kim loại carbur tăng nên liên kết có tính kim loại tăng tính cộng hóa trò giảm khiến cho độ cứng Tnc giảm Các carbur kim loại sử dụng ngành khí để sản xuất hợp kim siêu cứng khó nóng chảy Các carbur kim loại thường sản xuất cách nung chảy bột kim loại hay oxid kim loại với carbon nhiệt độ cao V2O5 + 7C → 2VC + 5CO 10 Carbur thu tạo hình với chất kết dính thường cobalt hay nikel c Carbur cộng hóa trò Chỉ có B Si tạo carbur cộng hóa trò SiC B4C có bán kính, độ âm điện tương đương số phối trí Trong đó, α–SiC có cấu trúc kim cương với độ cứng cao, nhiệt độ nóng chảy cao, độ dẫn điện thấp bền hóa học nên sử dụng làm bột mài, đá mài, điện trở lò nung,… d Các dẫn xuất khác Tính chất acid-baz dẫn xuất phụ thuộc vào độ bền độ phân cực liên kết A–X Khi liên kết A–X bền độ phân cực liên kết A–X lớn dẫn xuất có tính acid Các dẫn xuất muối thủy phân nước tạo môi trường acid hay baz tùy theo chất liên kết hợp chất Li6Si2 + 6HCl → Si2H6↑ + 6LiCl Muối baz Chương 18 Phân nhóm 4A 185 Các silicur có hàm lượng silic cao MoSi, MoSi2,… a Thể tính acid khi: • Không phản ứng với acid • Phân hủy kiềm b Rất bền trình oxi hóa đun nóng 18.4.2 Các oxihydroxid HxEOn dẫn xuất chúng Các oxihydroxid thông thường nguyên tố phân nhóm 4A là: Số oxi hóa C Si Ge Sn Pb +2 CO – Ge(OH)2 Sn(OH)2 Pb(OH)2 +4 H2CO3 H2SiO3 H2GeO3 Sn(OH)4 Pb(OH)4 a Tính oxi hóa-khử Trong hợp chất oxihydroxid dẫn xuất chúng, E có số oxi hóa dương với độ âm điện thấp nên chúng thường có tính oxi hóa yếu H2SiO3 + 4H+ + 4e– → Si↓ + 3H2O E0 = –0,79V (a) H2GeO3 hiệu ứng co d PbO2 hiệu ứng co d lẫn co f khiến cho điện tử s khó nên có tính oxi hóa H2GeO3 + 4H+ + 4e– → Si↓ + 3H2O E0 = –0,13V (b) Sn4+ + 4e– → Sn↓ E0 = +0,01V (c) PbO2 + 4H+ + 2e– → Pb2+ + 2H2O E0 = +1,455V (d) b Tính tạo phức Các anion EO43–, EO32– tạo phức yếu bán kính lớn nên khó cho điện tử 18.4.2.1 Các oxihydroxid HxEOn Chỉ có HxEOn acid yếu–lưỡng tính Đối với oxihydroxid nguyên tố E có số oxi hóa, từ xuống phân nhóm: a Độ âm điện giảm ↓ b Bán kính tăng ↑ c Tác dụng phân cực giảm ↓ d Tính ion liên kết E–OH tăng ↑ e Tính acid oxihydroxid giảm ↓ Ví dụ: pKa1 H2CO3 H2SiO3 H2GeO3 H4SnO4 6,37 9,80 8,73 9,24 186 Chương 18 Phân nhóm 4A Xét mô hình Xδ+⇐ Oδ–← H Khi đò từ xuống phân nhóm: • Độ âm điện giảm, bán kính tăng • Tác dụng phân cực X giảm • Tính acid giảm • Tuy nhiên, H2GeO3 H4SnO4 có tính acid lớn H2SiO3 hiệu ứng co d co f khiến cho điện tích hạt nhân tăng mạnh nên kéo điện tử mạnh Đối với oxihydroxid khác nguyên tố E, số oxi hóa cao: a Tác dụng phân cực NTTT tăng ↑ b Tính ion liên kết E–OH giảm ↓ c Tính acid oxihydroxid tăng ↑ Ví dụ: Ge(OH)2 < H2GeO3 Xét mô hình O*⇐ Xδ+← Oδ–← H Khi X có số oxi hóa lớn: • Điện tích X tăng, bán kính giảm • Tác dụng phân cực X tăng • Số lượng O* kéo điện tử X lớn → Tính acid tăng Ge, Sn Pb có số phối trí bền nên ta có phức chất: [E(OH)6]4–, [EX6]4–, [E(OH)6]2–, [EX6]2– 18.4.2.2 Các dẫn xuất EnBm oxihydroxid HxXOn Tính chất acid-baz dẫn xuất phụ thuộc vào tác dụng phân cực cation–hợp phần phân cực dương Khi tác dụng phân cực cation–hợp phần phân cực dương mạnh thì: a Liên kết A−X dẫn xuất có tính cộng hóa trò b Hợp chất có tính acid Các dẫn xuất muối tiến hành phản ứng thủy phân phụ thuộc vào tính acid-baz SnCl4 + 6H2O → H2[Sn(OH)6] + 4HCl (a) Dẫn xuất acid PbF2 + 2KF → K2[PbF4] (b) PbF2 + SiF4 → Pb[SiF6] (c) Dẫn xuất lưỡng tính Na2SiO3 + 2H2O → H2SiO3 + 2NaOH Muối baz (d) Chương 19 Danh pháp hợp chất vô 187 Chương 19 Danh pháp chất vô 19.1 Đại cương 19.1.1 Mở đầu Danh pháp khoa học hệ thống cách gọi tên hợp chất để phân biệt chất xác đònh công thức hợp chất từ tên gọi cách đơn giản Ngoài có danh pháp thông dụng gọi tên theo thói quen tên gọi kỹ thuật thương mại mang tính đặc thù ngành nghề, đòa phương hay có tính lòch sử Thí dụ: Chất KMnO4 (NH4)2Cr2O7 Tên hệ thống Kali tetraoxomanganat(VII) Amonium heptaoxodicromat(VI) Tên thông dụng Kali permanganat Amonium bicromat Tên thương mại Thuốc tím Bi cháy Hiện người ta thường sử dụng quy ước thống Liên đoàn Quốc tế Hóa học lý thuyết Thực hành (danh pháp IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry) Theo danh pháp hệ thống (quy ước IUPAC), sử dụng song song hai cách gọi tên: a Theo hệ thống (danh pháp IUPAC): Tên hợp chất vô gọi theo: • Tên ion đơn giản tạo thành hợp chất • Tên phức chất ion phức tạp b Theo danh pháp thông dụng: Nhiều hợp chất vô gọi tên gọi thông dụng trở nên quen thuộc, thí dụ acid sulfuric, acid clohydric,… Danh pháp thông dụng không kể đến tên gọi kỹ thuật, thương mại Việc sử dụng song song hai cách gọi tên cho phép đơn giản hóa tên gọi nhiều hợp chất thí dụ (NH4)2Cr2O7 KMnO4 gọi tên theo danh pháp thông dụng ngắn gọn 188 19.1.2 Chương 19 Danh pháp hợp chất vô Nguyên tắc Tất hợp chất phân thành hợp phần là: a Hợp phần phân cực dương Ví dụ: b Hợp phần phân cực âm Naδ+Clδ–, NH4δ+NO3δ–, (NH4)δ+2SO4δ–, Cδ+O2δ–, Hδ+2Oδ–, Hδ+3Nδ–, Sδ+F6δ–,… Công thức hợp chất viết với hợp phần phân cực dương trước hợp phần phân cực âm sau Ví dụ: NaCl, CaSO4, NH4NO3, (NH4)2SO4,… CO2, H2O, H3N, PF5, SF6,… Lưu ý thói quen, người ta thường viết NH3 thay H3N Danh pháp (tên gọi) hợp chất đọc với hợp phần phân cực dương trước hợp phần phân cực âm sau Ví dụ: Natri clorur (NaCl), calci sulfat (CaSO4),… Carbon dioxid (CO2), hydro oxid (H2O),… 19.2 Danh pháp nguyên tố Các nguyên tố đọc tên theo tiếng La tinh nguyên tố có bỏ bớt tiếp vó ngữ (đuôi) um Ví dụ: Tên La tinh Danh pháp Việt nam Natrium Natri Calcium Calci Một số tên nguyên tố Việt hóa đọc tên theo tiếng Việt Ví dụ: Tên La tinh Danh pháp Việt nam Copper Đồng Argentum Bạc Sulfur Lưu huỳnh Các tên nguyên tố Việt hóa tiếp tục sử dụng hợp phần phân cực dương bắt buộc phải sử dụng tên La tinh hợp phần phân cực âm Ví dụ: 19.3 19.3.1 Công thức Danh pháp Việt nam Cu(NO3)2 Đồng nitrat Na[CuI2] Natri diiodocuprat Danh pháp cation Cation đơn giản (một nguyên tử) Gọi theo tên nguyên tố tương ứng có ghi thêm số oxi hóa số la mã ngoặc đơn không cách khoảng Đối với nguyên tố có số oxi hóa hydro, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ không cần ghi số oxi hóa Thí dụ: Cu2+ (ion) đồng(II) Na+ (ion) natri Chương 19 19.3.2 Danh pháp hợp chất vô 189 Cation phức tạp (nhiều nguyên tử) Cation kết hợp phân tử hay ion có tính baz với proton gọi tên theo phần gốc tên nguyên tố tạo nên phân tử hay ion ban đầu có thêm tiếp vó ngữ – onium Thí dụ: NH4+ ammonium H3O+ oxonium PH4+ phosphonium AsH4+ arsonium Các dẫn xuất từ ion gọi tên tương tự Thí dụ: (CH3)4Sb+ tetrametylstibonium PCl4+ tetraclorophosphonium Cation phức tạp có nguyên tử trung tâm cation kim loại ligand (phối tử) anion, nguyên tử hay phân tử trung hòa gọi tên theo phức chất Thí dụ: [Cu(NH3)4]2+ (ion) tetraammincuprum(II) [Al(H2O)6]3+ (ion) hexaaquoaluminium(III) [CoCl(NH3)5]2+ (ion) cloropentaammincobalt(II) Cation nhóm chức (gốc) gọi tên theo nhóm chức (gốc) tương ứng (tên số nhóm chức (gốc) trình bày Mục 1.4) Thí dụ: 19.4 19.4.1 NO+ (ion) nitrosyl NO2+ (ion) nitryl SO2+ (ion) thionyl SO22+ (ion) sulfuryl PO3+ (ion) phosphoryl CO2+ (ion) carbonyl Danh pháp anion Anion đơn giản (một nguyên tử) Giữ nguyên phần tên gốc nguyên tố thêm tiếp vó ngữ –ur (tên Quốc tế −ide chuyển sang cách gọi tên Việt Nam −ur) Thí dụ: Ngoại lệ: 19.4.2 H− (ion) hydrur F− (ion) fluorur S2− (ion) sulfur Cl− (ion) clorur Si4− (ion) silisur Br− (ion) bromur 2− O (ion) oxid Anion phức tạp (nhiều nguyên tử) Một số anion nhiều nguyên tử đơn giản có tiếp vó ngữ –id (trừ số ngoại lệ có tiếp vó ngữ −ur) Thí dụ: O22− (ion) peroxyd NH2− O2− (ion) superoxyd NH2− (ion) hydroxid NH2OH (ion) ozonur CN OH Ngoại lệ: O3− − Anion phức tạp gọi tên theo phức chất − (ion) amid (ion) imid − (ion) hydroxylamid (ion) cyanur 190 Chương 19 Thí dụ: Danh pháp hợp chất vô [Zn(OH)4]2− (ion) tetrahydroxozincat(II) [Fe(CN)6]3− (ion) hexacyanoferrat(III) SO32− (ion) trioxosulfat(IV) SO42− (ion) tetraoxosulfat(VI) [SO3S]2− (ion) trioxothiosulfat(VI) (thường viết S2O32−) Đối với anion oxihydroxid dẫn xuất chúng, người ta thường sử dụng danh pháp thông dụng: a Nếu acid có tiếp vó ngữ –ic anion đổi thành tiếp vó ngữ –at b Nếu acid có tiếp vó ngữ –ơ anion đổi thành tiếp vó ngữ –it Thí dụ: NO2− (ion) nitrit SO32− (ion) sulfit NO3− (ion) nitrat SO42− (ion) sulfat Anion nhiều nguyên tử có chứa nguyên tử hydrogen thêm từ hydro phía trước tên anion tương ứng Thí dụ: 19.5 HS− (ion) hydrosulfur HSO3− (ion) hydrosulfit HO2− (ion) hydroperoxyd H2PO4− (ion) dihydrophosphat Danh pháp nhóm chức (gốc) Các nhóm chức (gốc) thường gặp nhiều hợp chất hình thành từ nguyên tố không kim loại từ nguyên tố kim loại với oxygen Tên chúng thường có tiếp vó ngữ –yl Thí dụ: 19.6 19.6.1 OH hydroxyl CO carbonyl NO nitrosyl NO2 nitryl SO thionyl (sulfinyl) SO2 sulfuryl (sulfonyl) ClO clorosyl ClO2 cloryl ClO3 percloryl PO phosphoryl UO2 uranyl CrO2 cromyl Danh pháp hợp chất Quy tắc gọi tên Một hợp chất xem hình thành từ hợp phần phân cực dương (cation) hợp phần phân cực âm (anion) Tên hợp chất gọi theo thứ tự: tên cation trước, tên anion sau Thí dụ: Na2SO4 natri sulfat, natri tetraoxosulfat(VI) FeCl3 sắt(III) clorur P2O5 phosphor(V) oxid CO carbon(II) oxid Chương 19 Danh pháp hợp chất vô 191 Nếu hợp chất có nhiều hợp phần phân cực dương (cation) hay nhiều hợp phần phân cực âm (anion) gọi tên theo quy tắc với tên gọi cation (hay anion) xếp theo thứ tự abc Thí dụ: COCl2 carbon clorur oxid (carbonyl clorur) MgCl(OH) magne clorur hydroxyd KMgF3 kali magne fluorur MgNH4PO4.6H2O ammonium magne phosphat hexahydrat Ghi chú: Nhiều tài liệu thường gọi tên khác chút so với cách trình bày chỗ không ghi số oxi hóa nguyên tố, thay vào đó: a Số lượng hợp phần dương âm đơn giản biểu diễn tiếp đầu ngữ mono, di, tri, tetra,… Tiếp đầu ngữ mono không cần ghi b Nếu hợp phần ion phức tạp tiếp đầu ngữ bis, tris, tetrakis,… Thí dụ: 19.6.2 P2O5 diphospho pentaoxyd NO2 nitrogen dioxyd S2Cl2 disulfur diclorur Tên oxihydroxid Danh pháp thông dụng: a Đối với oxihydroxid, người ta lấy tên phần gốc nguyên tố tạo acid có thêm tiếp vó ngữ −ơ −ic để phân biệt số oxi hóa nguyên tố b Cách gọi tên trường hợp nguyên tố tạo acid với nhiều số oxi hóa khác sau: Số oxi hóa nguyên tố tạo acid Tên gọi Thí dụ Thấp acid hypo–tên nguyên tố–ơ HClO acid hypoclorơ Thấp acid tên nguyên tố–ơ HClO2 acid clorơ Cao acid tên nguyên tố–ic HClO3 acid cloric Cao acid per–tên nguyên tố–ic HClO4 acid percloric c Ghi chú: Trường hợp nguyên tố tạo oxihydroxid dùng tiếp vó ngữ −ic để gọi tên Thí dụ: H2SiO3 – acid silicic d Người ta phân biệt nguyên tố số oxi hóa tạo thành nhiều oxihydroxid có hàm lượng nước khác cách thêm tiếp đầu ngữ sau: Hàm lượng nước oxihydrocid Tên gọi Thí dụ Ít acid meta– tên oxoacid (HPO3)n acid metaphosphoric Nhiều acid orto– tên oxoacid H3PO4 acid ortophosphoric Hai oxihydroxid H2O acid pyro–tên oxoacid H4P2O7 acid pyrophosphoric 192 Chương 19 Danh pháp hợp chất vô Danh pháp hệ thống: Các oxihydroxid gọi tên theo danh pháp phức chất Thí dụ: 19.6.3 H2SO4 hydro tetraoxosulfat(VI) hay acid tetraoxosulfuric(VI) H2SO3 hydro trioxosulfat(IV) hay acid trioxosulfuric(IV) HMnO4 hydro tetraoxomanganat(VII) hay acid tetraoxomanganic(VII) H2MnO4 hydro tetraoxomanganat(VI) hay acid tetraoxomanganic(VI) Tên acid dẫn xuất từ oxihydroxid Các acid dẫn xuất từ oxihydroxid oxihydroxid có số oxygen phân tử oxihydroxid thay nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác Tên gọi acid dẫn xuất tên oxihydroxid có thêm tiếp đầu ngữ để thay thực a Peroxoacid: Nếu oxi –O thay nhóm peroxid –O–O− Thí dụ: HNO4 acid peroxonitric H3PO5 acid peroxomononitric H2SO5 acid peroxomonosulfuric H2S2O8 acid peroxodisulfuric b Thioacid: Nếu oxi –O thay lưu huỳnh –S Thí dụ: 19.6.4 H2S2O2 acid thiosulfurơ dẫn xuất từ H2SO3 acid sulfurơ H2S2O3 acid thiosulfuric dẫn xuất từ H2SO4 acid sulfuric HSCN acid thiocyanic dẫn xuất từ HOCN acid cyanic Tên acid polimer Nhiều oxihydroxid bò dimer, trimer, … polymer hóa tạo thành acid có cấu trúc phức tạp gọi acid polymer hóa Tên gọi acid tên oxihydroxid thêm tiếp đầu ngữ di, tri,… poly để mức độ polimer hóa Thí dụ: 19.6.5 H2S2O7 acid disulfuric H4P2O7 acid diphosphoric H5P3O10 acid triphosphoric H2Cr2O7 acid dicromic H2Cr4O13 acid tetracromic Tiếp đầu ngữ số lượng Tiếp đầu ngữ số lượng hợp phần viết liền trước tên hợp phần Các tiếp đầu ngữ thông thường kèm với hợp phần có tên đơn giản Các tiếp đầu ngữ phức tạp kèm với hợp phần có tên phức tạp Các tiếp đầu ngữ trình bày Bảng 19.1 19.2 Chương 19 Bảng 19.1 Danh pháp hợp chất vô 193 Các tiếp đầu ngữ thông thường phức tạp Tiếp đầu ngữ thông thường Số lượng mono di Tiếp đầu ngữ phức tạp Tiếp đầu ngữ thông thường Số lượng Tiếp đầu ngữ phức tạp hexa hexakis bis hepta heptakis tri tris octa octakis tetra tetrakis nona nonakis penta pentakis 10 deca decakis,… Bảng 19.2 Các tiếp đầu ngữ thông thường Số lượng Tiếp đầu ngữ thông thường Tiếp đầu ngữ thông thường Số lượng Số lượng Tiếp đầu ngữ thông thường 11 undeca 20 icosa 50 pentaconta 12 dodeca 21 henicosa 52 dopentaconta 13 trideca 22 docosa 60 hexaconta 14 tetradeca 23 tricosa 70 heptaconta 15 pentadeca 30 triaconta 80 octaconta 16 hexadeca 31 hentriaconta 90 nonaconta 17 heptadeca 35 pentatriaconta 100 hectaconta 18 octadeca 40 tetraconta 19 nonadeca 48 octatetraconta 19.7 Danh pháp tiếng Anh 19.7.1 Danh pháp nguyên tố hóa học tiếng Anh Bảng 19.3 Tên gọi, ký hiệu số thứ tự Z nguyên tố hóa học Tên Ký hiệu Z Actinium Ac 89 Aluminium Al Americium Tên Ký hiệu Z Calcium Ca 20 13 Californium Cf 98 Am 95 Carbon C Antimony (Stibium) Sb 51 Cerium Ce 58 Argon Ar 18 Chlorine Cl 17 Arsenic As 33 Chromium Cr 24 Astatine At 85 Cobalt Co 27 Barium Ba 56 Copper (Cuprum) Cu 29 Berkelium Bk 97 Curium Cm 96 Beryllium Be Dysprosium Dy 66 Bismuth Bi 83 Einsteinium Es 99 Boron B Erbium Er 68 Bromine Br 35 Europium Eu 63 Cadmium Cd 48 Fermium Fm 100 Caesium Cs 55 Fluorine F 194 Chương 19 Danh pháp hợp chất vô Tên Ký hiệu Z Francium Fr 87 Promethium Pm 61 Gadolinium Gd 64 Protactinium Pa 91 Gallium Ga 31 Radium Ra 88 Germanium Ge 32 Radon Rn 86 Gold (Aurum) Au 79 Rhenium Re 75 Hafnium Hf 72 Rhodium Rh 45 Helium He Rubidium Rb 37 Ho 67 Ruthenium Ru 44 H Samarium Sm 62 Indium In 49 Scandium Sc 21 Iodine I 53 Selenium Se 34 Iridium Ir 77 Silicon Si 14 Iron (Ferrum) Fe 26 Silver (Argentum) Ag 47 Krypton Kr 36 Sodium (Natrium) Na 11 Lanthanum La 57 Strontium Sr 38 Sulfur (theion) S 16 Tantalum Ta 73 Technetium Tc 43 Holmium Hydrogen a Tên b Ký hiệu Z Lawrencium (Unniltrium) Lr 103 Lead (Plumbum) Pb 82 Lithium Li Lutetium Lu 71 Tellurium Te 52 Magnesium Mg 12 Terbium Tb 65 Manganese Mn 25 Thallium Tl 81 Mendelevium (Unnilunium) Md 101 Thorium Th 90 Mercury (Hydrargyrum) Hg 80 Thulium Tm 69 Molybdenum Mo 42 Tin (Stannum) Sn 50 Neodymium Nd 60 Titanium Ti 22 Neon Ne 10 Tungsten (Wolfram) W 74 Neptunium Np 93 Unnilennium Une 109 Nickel Ni 28 Unnilhexium Unh 106 Niobium Nb 41 Unniloctium Uno 108 Nitrogen (Azote) N Unnilpentium Unp 105 Nobelium (Unnilbium) No 102 Unnilquadium Unq 104 Osmium Os 76 Unnilseptium Uns 107 Oxygen O Uranium U 92 Palladium Pb 46 Vanadium V 23 Phosphorus P 15 Xenon Xe 54 Platinum Pt 78 Ytterbium Yb 70 Plutonium Pu 94 Yttrium Y 39 Polonium Po 84 Zinc Zn 30 Potassium (Kalium) K 19 Zirconium Zr 40 Praseodymium Pr 59 a Các đồng vò H H hydrogen gọi deuterium tritium ứng với ký hiệu D T 2H 3H sử dụng nhiều b Tên Hy lạp dẫn đến từ gốc “thi” lưu huỳnh Chương 19 19.7.2 Danh pháp hợp chất vô 195 Danh pháp anion oxihydroxid tiếng Anh Bảng 19.4 Tên nguyên tố Tên nguyên tố, từ gốc tên anion oxihydroxid tiếng Anh Từ gốc Tên anion Tên nguyên tố Từ gốc Tên anion actinium actin– actinate niobium niob– niobate aluminium alumin aluminate nitrogen nitr– nitrate antimony antimon– antimonate, stibate osmium osm– osmate arsenic arsen– arsenate palladium pallad– palladate beryllium beryll– beryllate phosphorus phosph– phosphate bismuth bismuth– bismuthate platinum platin– platinate boron bor– borate radium rad– radate bromine brom– bromate rhenium rhen– rhenate cadmium cadm– cadmate rhodium rhod– rhodate carbon carbon– carbonate ruthenium ruthen– ruthenate cerium cer– cerate scandium scand– scandate chlorine chlor– chlorate selenium selen– selenate chromium chrom– chromate silicon silic– silicate cobalt cobalt– cobaltate silver argent– argentate copper cupr– cuprate sulfur sulf– sulfate gallium gall– gallate tantalum tantal– tantalate germanium german– germanate technetium technet– technetate gold aur– aurate tellurium tellur– tellurate hafnium hafn– hafnate thallium thall– thallate indium ind– indate tin stann– stannate iodine iod– iodate thorium thor– thorate iridium irid– iridate titanium titan– titanate iron ferr– ferrate tungsten tungst– tungstate, wolframate lead plumb– plumbate uranium uran– uranate manganese mangan– manganate vanadium vanad– vanadate mercury mercur– mercurate xenon xenon– xenonate molybdenum molybd– molybdate zinc zinc– zincate nickel nickel– nickelate zirconium zircon– zirconate 196 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo Nguyễn Thò Tố Nga, Hóa Vô cơ, Tập 1, 3, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, 2002 Hoàng Nhâm, Hóa học Vô cơ, Tập 1, 3, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội, 2002 Nguyễn Đình Chi, Hóa học Đại cương, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội, 2007 Đào Đình Thức, Cấu tạo Nguyên tử Liên kết Hóa học, Tập 1, 2, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội, 2005 N X Acmetop, Hóa Vô cơ, Tập 1, 2, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1978 J E Huheey, E A Keiter, R L Keiter, Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4th edition, Prentice Hall; United States of America, 1997 F A Cotton, G Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 5th edition, John Wiley & Sons Inc; United States of America, 1988 R A Liđin, Tính chất Lý Hóa học chất Vô cơ, Mir Publishers, Moscow, 1975 Ju Lurie, Handbook of Analytical Chemistry, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 10 Р А Лидин, Справочник по неорганической химии, Москва Химия, Москва, 1987