Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên Đề Hệ Thống Hóa Đầy đủ về nội dung lý thuyết Nguyên Tử - Cấu Tạo Nguyên Tử
TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC MƠN HĨA - - 2014 TÀI LIỆU ÔN THI ĐẠI HỌC GS MAYRADA GROUPS TÀI LIỆU LUYỆN THI TÀI LIỆU ĐÃ ĐƯỢC ĐĂNG KÍ BẢN QUN VUI LỊNG TRUY CẬP WEBSITE : mayrada.blogspot.com ĐỂ TẢI TÀI LIỆU GỐC ĐỂ TÔN TRỌNG TÁC GIẢ, CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! THỪA THIÊN HUẾ TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT : NGUYÊN TỬ BÀI I : THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ I Cấu tạo nguyên tử Thành phần cấu tạo nguyên tử Kích thước, khối lượng nguyên tử: a) Thành phần cấu tạo nguyên tử: Định nghĩa : Nguyên tử hạt vơ nhỏ bé trung hịa điện.Ngun tử gồm hạt nhân mang điện tích dương vỏ eletron mang điện tích âm 1.Lớp vỏ electron : Gồm hạt mang điện âm gọi electron (hay điện tử) Khối lượng electron xấp xỉ 1/1840 khối lượng nguyên tử hiđro nguyên tử nhẹ nhất, tức bằng: me = 9,1094.10-31 kg hay 0,00055 đơn vị Cacbon (đv.C) Điện tích electron -1,602.10-19 Culơng Đó điện tích nhỏ nhất, gọi điện tích nguyên tố dùng làm điện tích đơn vị uy ước 1- Bản Chất electron hạt tạo thành tia âm cực chúng có đặc điểm : Trên đường ta đặt chong chóng nhẹ chong chóng bị quay.Điều cho thấy tia âm cực chùm hạt vật chất có khối lượng chuyển động với vận tốc lớn khơng có tác dụng lực điện trường từ trường tia âm cực truyền thẳng Khi cho tia âm cực vào hai điện cực mang điện tích trái dấu tia âm cực bị lệch sang điện cực mang điện tích dương.Điều chứng tỏ tia âm cực chùm hạt mang điện tích âm Kết Luận : Electron Kí hiệu : e Điện tích qe : mang điện tích âm 1- (1-=-1,602.10-19 C) Khối lượng : me=9,1094.10-31 kg Được dùng làm điện tích đơn vị Vị trí : nằm vỏ ngun tử Có khối lượng không đáng kể so với khối lượng nguyên tử FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Hạt nhân : Hạt nhân nguyên tử gồm thành phần cấu tạo nên : Proton notron Nguyên tử có cấu tạo rỗng,các electron chuyển động tạo vỏ eletron bao quanh hạt mang điện tích dương có kích thước nhỏ so với kích thước nguyên tử,ằm tâm nguyên tử.Đó hạt nhân nguyên tử Hạt nhân nguyên tử gồm hạt proton nơtron Proton : kí hiệu p Proton có điện tích điện tích electron ngược dấu tức +1,6.10-19 Culông + Kết luận : proton Kí hiệu : p Điện tích qp : Mang điện tích dương 1+ (1=+1,602.10-19 C(Culông) Khối lượng : mp=1,6726.10-27 kg Là hạt mang điện mang hạt nhân nguyên tử Vị trí : nằm hạt nhân nguyên tử Kết luận proton electron Như proton electron mang điện tích ngun tố, có dấu ngược Để thuận tiện, người ta quy ước lấy điện tích nguyên tố làm đơn vị, coi điện tích electron 1- điện tích cảu proton 1+ Nơtron Hạt nơtron khơng mang điện, có khối lượng xấp xỉ khối lượng proton xấp xỉ đv.C Kết luận nơtron : Kí hiệu : n Điện tích : “khơng mang điện tích” Khối lượng : mn=,6748.10-27kg Là hạt không mang điện hạt nhân nguyên tử Vị trí : nằm hạt nhân nguyên tử Kết Luận : FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Hạt nhân nguyên tử nguyên tố có hạt proton nơtron (trừ nguyên tử cảu nguyên tố H,nguyên tử cảu ngun tố H có proton mà khơng có nơ tron) Vỏ nguyên tử gồm hạt electron chuyển động xung quang hạt nhân : điện tích : Vỏ nguyên tử : electron kí hiệu : khối lượn g : N guyên tử điện tích : proton kí hiệu : khối lượn g : Hạt nhân nguyên tư điện tích : nơtron kí hiệu : khối lượn g : Kết Luận : “ khối lượng nguyên tử tập trung hầu hết hạt nhân nguyên tử,khối lượng electron không đáng kể so với khối lượng nguyên tử” b) Kích thước, khối lượng nguyên tử : Kích thước: Nếu hình dung nguyên tử khối cầu có đường kính khoảng 10-10 m Để biểu thị kích thước nguyên tử, người ta dùng đơn vị Angxtrom kí hiệu Å 1Å = 10-10 m hay 1Å = 10-8 cm Nguyên tử nhỏ hiđro có bán kính khoảng 0,53 Å Đường kính hạt nhân nguyên tử nhỏ hơn, vào khoảng 10-4 Å, đường kính nguyên tử lớn đường kính hạt nhân khoảng 10.000 lần Ta tưởng tượng phóng đại nguyên tử vàng lên 109 lần (một tỉ lấn !) có đường kính 30 cm nghĩa nguyên tử vừa bóng rổ Trong hạt nhân ngun tử vàng có đường kính nhỏ 0,003 cm nghĩa có kích thước hạt cát nhỏ Bảng - Khối lượng điện tích hạt cấu tạo nên nguyên tử FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Tên Kí hiệu Khối lượng Điện tích Electron e me = 9,1094 kg me 0,549 đv.C -1,602.10-19 C Proton p mp = 1,6726 kg mp đv.C +1,602.10-19 C Nơtron n mn = 1,6748 kg mn đv.C Đường kính electron proton lại cịn nhỏ nhiều : khoảng 10-7 Å Electron chuyển động xung quanh hạt nhân Giữa electron hạt nhân chân khơng : từ ta thấy ngun tử có cấu tạo rỗng ! Khối lượng : Khối lượng nguyên tử vào khoảng 10-26 kg Nguyên tử nhẹ hiđro có khối lượng 1,67.10-27 kg Khối lượng nguyên tử cacbon 1,99.10-26 kg Một lượng chất nhỏ chứa số nguyên tử lớn tới mức ta khó mà hình dung Kết luận : Nguyên tử có cấu tạo rỗng,các electron chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử tạo nên lớp vỏ electron Ví dụ : Trong gam cacbon có1023 ngun tử cacbon Một lít nước chứa tới khoảng 9.1025 nguyên tử hiđro oxi ĐỒNG VỊ NGUYÊN TỬ KHỐI VÀ NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH I ĐỒNG VỊ II NGUYÊN TỬ KHỐI VÀ NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH 2.1 Nguyên Tử Khối - Nguyên tử khối khối lượng tương đối nguyên tử (1) Đơn vị khối lượng nguyên tử tính đơn vị cacbon ( đvC ) hay u ( 1u = 1đvC ) (2) - Nguyên tử khối nguyên tử cho biết khối lượng nguyên tử nặng gấp lần đơn vị khối lượng nguyên tử - Khối lượng nguyên tử tổng khối lượng proton, notron electron có nguyên tử - Tuy nhiên khối lượng electron nhỏ ( 9,1094.1031 Kg = 0,00055u ) so với đơn vị khối lượng nguyên tử, nên xem khối lượng nguyên tử xấp xỉ khối lượng hạt nhân nguyên tử (1) (2) SGK Lớp 10 Nâng Cao Trang 13 SGK Lớp 10 Nang cao trang FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS - Hay xem Nguyên tử khối số khối ( khơng cần độ xác cao ) Thí dụ : Xác định nguyên tử khối P biết Z =15 N = 16 - (Theo định nghĩa ta thấy, khơng cần độ xác cao , trường hợp ta xem ): - Nguyên tử khoái = 15 + 16 = 31 - Proton notron có khối lượng xấp xỉ 1u a) Hạt nhân ngun tử Điện tích hạt nhân Vì điện tích proton đơn vị điện tích dương (1+) nên hạt nhân có Z proton, điện tích hạt nhân Z+ Thực nghiệm cho biết nguyên tử trung hoà điện nên số proton hạt nhân số electron chuyển động quanh hạt nhân Như vật, nguyên tử: Điện tích hạt nhân = Số proton = Số electron Ví dụ: Điện tích hạt nhân nguyên tử oxi 8+, nguyên tử oxi có proton có electron Biết điện tích hạt nhân nguyên tử (cũng biết số proton số electron) tức nắm chìa khóa để nhận biết ngun tử Số khối Tổng số hạt proton (kí hiệu Z) tổng số hạt hạt nơtron (kí hiệu N) hạt nhân gọi số khối hạt nhân (kí hiệu A) A=Z+N Ví dụ: Trong hạt nhân nguyên tử clo có 17 proton 18 nơtron, số khối hạt nhân nguyên tử clo là: 17 + 18 = 35 Khối lượng nguyên tử Khối lượng nguyên tử tổng khối lượng proton, nơtron electron có ngun tử Nhưng khối lượng electron nhỏ so với khối lượng proton nơtron nên khối lượng nguyên tử coi khối lượng proton nơtron hạt nhân nguyên tử Ví dụ: Hạt nhân ngun tử nhơm có 13 proton 14 nơtron, xung quanh hạt nhân có 13 electron Xác định khối lượng nguyên tử nhôm FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Khối lượng nguyên tử nhôm coi khối lượng 13 proton 14 nơtron Khối lượng proton nơtron xấp xỉ đv.C Vậy khối lượng nguyên tử nhôm 27 đv.C Như vậy, hạt nhân nhỏ so với nguyên tử lại tập trung tồn khối lượng nguyên tử b) Nguyên tố hoá học Định nghĩa Tất nguyên tử có điện tích hạt nhân thuộc nguyên tố hoá học Như vậy, nguyên tử ngun tố hố học có số proton số electron Ví dụ : Tất nguyên tử có điện tích hạt nhân 17+ thuộc nguyên tố clo Các nguyên tử nguyên tố clo có 17 proton 17 electron Cho đến nay, người ta biết 92 nguyên tố tự nhiên khoảng 17 nguyên tố nhân tạo (tổng số khoảng 109 nguyên tố) Các nguyên tố nhân tạo chưa phát thấy Trái Đất hay nơi khác vũ trụ mà điều chế phòng thí nghiệm Tính chất ngun tố hố học tính chất tất nguyên tử ngun tố Số hiệu ngun tử Điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố gọi số hiệu nguyên tử nguyên tố Số hiệu nguyên tử đặc trưng cho nguyên tố hoá học thường kí hiệu Z Ví dụ : Số hiệu nguyên tử nguyên tố urani 92 Vậy : điện tích hạt nhân nguyên tử urani 92+ ; có 92 proton hạt nhân 92 electron ngồi lớp vỏ Kí hiệu ngun tử Để đặc trưng đầy đủ cho nguyên tố hố học, bên cạnh kí hiệu thường dùng, người ta ghi dẫn sau A Z X X : kí hiệu nguyên tố Z : số hiệu nguyên tử A : số khối A = Z + N Ví dụ : FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Từ kí hiệu ta biết : - Số hiệu nguyên tử nguyên tố clo 17 ; điện tích hạt nhân nguyên tử 17+ ; hạt nhân có 17 proton (35 - 17) = 18 nơtron - Nguyên tử clo có 17 electron chuyên động quanh nhân - Khối lượng nguyên tử clo 35 đv.C c) Đồng vị Khi nghiên cứu nguyên tử nguyên tố hoá học, người ta thấy hạt nhân nguyên tử đó, số proton số khối khác số nơtron khác Người gọi nguyên tử có số proton khác số nơtron đồng vị Chẳng hạn oxi có ba đồng vị : Cả ba đồng vị có proton hạt nhân số nơtron 8, 9, 10 Hầu hết nguyên tố hoá học hỗn hợp nhiều đồng vị, có vài nguyên tố có đồng vị Ngoài đồng vị tồn tự nhiên (khoảng 300), người ta điều chế đồng vị nhân tạo (khoảng 1000) Cịn nhiều đồng vị có ứng dụng quan trọn việc sử dụng lượng hạt nhân nguyên tử đồng vị hiđro (gọi đơteri) đồng vị urani (gọi urani 235) Các đồng vị ngun tố có tính chất hoá học giống Đối với nguyên tố hiđro, người ta biết ba đồng vị FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Khối lượng nguyên tử trung bình ngun tố hố học Vì hầu hết ngun tố hoá học hỗn hợp nhiều đồng vị nên khối lượng nguyên tử nguyên tố khối lượng nguyên tử trung bình hỗn hợp đồng vị có kể đến tỉ lệ phần trăm đồng vị Vỏ nguyên tử a) Sự chuyển động electron nguyên tử Lúc đầu người ta cho electron chuyển động xung quanh hạt nhân ngun tử theo quỹ đạo hình trịn hay bầu dục quỹ đạo hành tinh chuyển động xung quanh Mặt trời - mẫu hành tinh nguyên tử Rơzơfo-Bo (Rutherford-Bohr) FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Mẫu Rơzơfo-Bo có ảnh hưởng lớn đến phát triển lí thuyết cấu tạo ngun tử, tỏ khơng đầy đủ để giải thích tính chất ngun tử Về sau, nhờ cơng trình nghiên cứu nhiều nhà bác học người ta biết chuyển động electron nguyên tử không theo quỹ đạo xác định Electron phân tử mang điện, lại chuyển động nhanh (tốc độ hành nghìn km/s) khu vực xung quanh hạt nhân tạo thành đám mây electron Mật độ điện tích đám mây không đều, khu Nguyên tử hiđro Electron chuyển động vực có mật độ điện tích lớn khu vực khả có mặt nhanh khu electron lớn Người ta gọi khu vực obitan nguyên tử vực xung quanh hạt Chẳng hạn ngun tử hiđrơ, electron có mặt khắp nơi nhân tạo thành vùng bao quanh hạt nhân tạo thành đám mây electron, mật đám mây electron độ điện tích đám mây electron lớn bên hình cầu có đường kính 1Å (hạt nhân tâm) Ở khu vực đó, khả có mặt electron lớn (tới 90%) Ta tưởng tượng giây ta chụp 1000 ảnh nguyên tử hiđro 900 ảnh electron có mặt khu vực Vị nguyên tử, electron lại có khu vực tồn ưu tiên mình? Đó nguyên tử, electron có lượng riêng b) Lớp electron Trong nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương hút electron mang điện tích trái dấu Muốn tách electron khỏi vỏ nguyên tử cần cung cấp lượng cho Thực nghiện chứng tỏ electron liên kết với hạt nhân chặt chẽ Những electron gần hạt nhân liên kết với chặt chẽ Người ta nói: chúng mức lượng thấp Ngược lại, electron xa hạt nhân có mức lượng cao ; chúng dễ bị tách khỏi nguyên tử electron khác Chính electron quy định tính chất hố học ngun tố Tuỳ theo mức lượng cao hay thấp mà electron phân bố theo lớp electron (hay mức lượng) Các electron có mức lượng gần thuộc lớp Các lớp electron từ đánh số n = 1, 2, 3, 4, kí hiệu dãy chữ lớn: K, L, M, N c) Phân lớp electron (hay phân mức lượng) FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Mỗi lớp electron lại phân chia thành phân lớp electron Các electron phân lớp có mức lượng Các phân lớp kí hiệu chữ thường s, p, d, f Số phân lớp số thứ tự lớp Lớp thứ có phân lớp, phân lớp 1s Lớp thứ có phân lớp, phân lớp 2s phân lớp 2p Lớp thứ có phân lớp, phân lớp 3s, 3p phân lớp 3d, v.v Các electron phân lớp s gọi electron s ; phân lớp p, gọi electron p, v.v d) Obitan Ở trên, nói chuyển động electron nguyên tử, ta biết obitan khu vực không gian xung quanh hạt nhân khả có mặt electron lớn (khu vực có mật độ đám mây electron lớn nhất) Số dạng obitan phụ thuộc vào đặc điểm phân lớp electron Phân lớp s có obitan có dạng hình cầu Obitan s Obitan p Phân lớp p có obitan có dạng hình số Phân lớp d có obitan phân lớp f có obitan Obitan d obitan f có dạng phức tạp Mỗi obitan chứa tối đa electron Khi obitan có đủ electron, người ta nói electron ghép đơi Các electron ghép đôi thường không tham gia vào việc tạo thành liên kết hố học Khi obitan có electron, người ta gọi electron độc thân Trong đa số trường hợp, có electron độc thân tham gia vào tạo thành liên kết hoá học Số electron tối đa phân lớp, lớp Từ số electron tối đa obitan, ta suy số electron tối đa phân lớp lớp - Phân lớp s có obitan nên có tối đa electron Phân lớp p có obitan nên có tối đa electron FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - 10 - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS Phân lớp d có tối đa 10 electron phân lớp f có 14 electron - Lớp thứ có phân lớp s nên có tối đa electron Lớp thứ có phân lớp s phân lớp p nên có tối đa electron Lớp thứ có phân lớp s, p, d, nên có tối đa 18 electron Từ suy lớp thứ có tối đa 32 electron v.v Một lớp chứa đủ số electron tối đa gọi lớp electron bão hào e) Số electron tối đa lớp phân lớp (từ n = đến n = 3) Số thứ tự lớp Số electron tối đa lớp Số electron phân bố vào phân lớp n = (lớp K) 1s2 n = (lớp L) 2s2 2p6 n = (lớp M) 18 3s2 3p6 3d10 f) Cấu trúc electron nguyên tử nguyên tố Nguyên lí vững bền : Trong nguyên tử, electron chiếm mức lượng từ thấp đến cao Càng xa hạt nhân, lớp phân lớp electron nõi chung có mức lượng cao Cụ thể mức lượng lớp tăng theo thứ tự từ đến phân lớp tăng theo thứ tự s, p, d, f Sau thứ tự xếp phân lớp theo chiều tăng mức lượng xác định thực nghiệm : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s v.v Dựa vào nguyên lí vững bền, đồng thời ý đến số electron tối đa phân lớp, ta viết sơ đồ phân bố electron nguyên tử nguyên tố náo biêt số hiệu nguyên tử Z nguyên tố Ví dụ: - Ngun tử hiđro : Z = 1, có electron Electron chiếm phân mức lượng thấp 1s - Nguyên tử heli : Z = 2, có electron Cả electron chiếm phân mức 1s Như vậy, nguyên tử hiđro nguyên tử heli có lớp electron, lớp K FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - 11 - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS - Nguyên tử liti : Z = 3, có electron Hai electron đầu chiếm phân mức 1s : phân mức 1s nhận tối đa electron nên electron thứ chiếm phân mức 2s Như nguyên tử liti có lớp electron, lớp K gồm electron lớp L, electron v.v Cấu hình electron Muốn biểu diễn phân bố electron theo lớp phân lớp, người ta dùng cấu hình electron ghi theo cách sau: - Lớp electron ghi chữ số - Phân lớp ghi chữ thường s, p, d - Số electron ghi số phía bên phải chữ phân lớp, phân lớp khơng có electron khơng ghi Ví dụ: Cấu hinh electron nguyên tử 1H, 2He, 3Li, 13Al ghi sau: 1H : 1s1 2He 3Li : 1s2 : 1s2 2s1 13Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Ngồi cách viết cấu hình electron trên, muốn biểu diễn phân bố electron theo cac obitan, người ta làm sau : Kí hiệu obitan ô vuông, electron mũi tên, electron ghép đơi kí hiệu hai mũi tên ngược chiều Sau sơ đồ phân bố electron vào obitan nguyên tử 10 nguyên tố FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - 12 - TÀI LIỆU LUYỆN THI ĐẠI HỌC CỦA GS MAYRADA GROUPS g) Đặc điểm lớp electron - Đối với nguyên tử tất nguyên tố, lớp có tối đa electron - Các nguyên tử có electron lớp ngồi bền vững, chúng khơng tham gia vào phản ứng hố học Đó ngun tử khí - Các ngun tử có 1, 2, electron lớp ngồi nguyên tử kim loại - Các nguyên tử có 5, 6, electron lớp nguyên tử phi kim Các electron lớp (gọi tắt electron ngồi cùng) định tính chất hoá học nguyên tố Biết phân bố electron nguyên tử, biết số electron lớp ngồi cùng, người ta dự đốn tính chất hố học tiêu biểu nguyên tố FB: https://www.facebook.com/HoiNhungNguoiHamHoc Trang - 13 - ... CHUYÊN ĐỀ LÝ THUYẾT : NGUYÊN TỬ BÀI I : THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ I Cấu tạo nguyên tử Thành phần cấu tạo nguyên tử Kích thước, khối lượng nguyên tử: a) Thành phần cấu tạo nguyên tử: Định nghĩa : Nguyên. .. Khối - Nguyên tử khối khối lượng tương đối nguyên tử (1) Đơn vị khối lượng nguyên tử tính đơn vị cacbon ( đvC ) hay u ( 1u = 1đvC ) (2) - Nguyên tử khối nguyên tử cho biết khối lượng nguyên tử. .. nguyên tử cacbon Một lít nước chứa tới khoảng 9.1025 nguyên tử hiđro oxi ĐỒNG VỊ NGUYÊN TỬ KHỐI VÀ NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH I ĐỒNG VỊ II NGUYÊN TỬ KHỐI VÀ NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH 2.1 Nguyên Tử