Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG VI: ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 8 (4 lí thuyết, 4 bài tập) Ngày soạn: 24/10/2010 Ngày giảng: 29/11/2010 - 3/12/2010 I. Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong chương này SV cần nắm được: 1. Kiến thức - Nguyên tắc xây dựng bảng hệ thống tuần hoàn - Cấu tạo bảng tuần hoàn: ô nguyên tố, chu kì, nhóm - Mối quan hệ giữa cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố hoá học với vị trí của chúng trong bảng HTTH - Quy luật biến đổi tính chất các nguyên tố và hợp chất của theo chu kì, nhóm - Các vấn đề về phản ứng hạt nhân: phóng xạ tự nhiên, nhân tạo , bài toán năng lượng hạt nhân, động học của phản ứng phóng xạ … 2. Kĩ năng - Từ cấu tạo nguyên tử biết vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn và ngược lại từ vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn cho suy ra cấu tạo và tính chất của nguyên tố đó - So sánh tính chất của một nguyên tố với các nguyên tố lân cận - Tính được chu kì bán huỷ, sự chuyển dời trong phóng xạ…. 3. Thái độ tình cảm - Tin tưởng vào khoa học, chân lí khoa học - Tinh thần làm việcnghiêm túc, sáng tạo - Đức tính cần cù, tỉ mỉ, chịu khó - Lòng ham mê khoa học, yêu thích bộ môn hoá học II. Chuẩn bị - GV: Giáo án, giáo trình, bảng HTTH - SV: bài chuẩn bị, giáo trình III. Phương pháp giảng dạy - Phương pháp dạy học nêu vấn đề - Phương pháp đàm thoại gợi mở - Phương pháp thuyết trình, kèm theo giải thích minh hoạ Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Phương pháp luyện tập IV. Nội dung giảng dạy Hoạt động của GV và SV Nội dung bài dạy - Menđeleep phát biểu: tính chất của các nguyên tố cũng như tính chất của các đơn chất và hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó phụ thuộc tuần hoàn vào trọng lượng nguyên tử của chúng. - Nội dung của định luật tuần hoàn? GV: ý nghĩa định luật này? Định luật tuần hoàn có quan hệ mật thiết với lí thuyết về cấu tạo nguyên tử, phân tử và là một trong các cơ sở để xây dựng và phát triển lí thuyết. Trái lại sự phát triển của lí thuyết về cấu tạo nguyên tử giúp hiểu đúng bản chát định luật tuần hoàn, là dựa vào số đơn vị điện tích dương hạt nhân chứ không phải vào khối lượng nguyên tử Viết cấu hình các nguyên tố Z=1,2,3,…11, 19, ? Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng HTTH Bài 1: ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN I. Nội dung Tính chất các đơn chất, thành phần và tính chât các hợp chất của các nguyên tố hoá học đều biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng của số đơn vị điện tích hạt nhân Z của các nguyên tố. II. Ý nghĩa định luật tuần hoàn - Tìm ra nguyên nhân của hiện tượng biến đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố - Giải thích sự phụ thuộc tuần hoàn với các tính chất khác nhau của các nguyên tố và hợp chất của chúng - Khám phá ra những tính chất mới biến đổi tuần hoàn - Hoàn chỉnh bảng HTTH và làm cho nó phù hợp với những thành tựu mới nhất trong lĩnh vực cấu tạo chất Bài 2: BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC I. Nguyên tắc sắp xếp - Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử - Các nguyên tố có cùng số lớp e trong nguyên tử được xếp thành một hàng Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang ? Nêu cấu tạo bảng HTTH ? ô nguyên tố cho biết những gì - Chu kì? Số nguyên tố trong mỗi chu kì? - Nguyên tố Fe ở chu kì mấy? - Có mấy loại chu kì? - Nhóm nguyên tố là gì? - Nhóm nguyên tố có mấy loại? - Các nguyên tố có cùng số e hoá trị trong nguyên tử được xếp thành một cột II. Cấu tạo bảng hệ thống tuần hoàn 1. Ô nguyên tố - Mỗi nguyên tố hoá học được xếp vào một ô của bảng gọi là ô nguyên tố. Số thứ tự của ô đúng bằng số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó. - STT, kí hiệu và tên nguyên tố, khối lượng nguyên tử trung bình, số e lớp vỏ, có độ âm điện, R Ngoài ra màu ô, màu chữ và một số kí hiệu khác dùng để chỉ rõ hơn về đặc điểm và tính chất của các nguyên tố 2. Chu kì - Là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp e và bằng số thứ tự của chu kì - Có 2 chu kì: 1-7 CK1: 2 CK2, 3: 8 CK4, 5: 18 CK6: 32 CK7: chưa đầy đủ - Đầu chu kì là một nguyên tố kim loại điển hình, cuối chu kì là một phi kim điển hình, kết thúc là một khí trơ - Phân loại chu kì: Chu kì nhỏ: 1, 2, 3 Chu kì lớn: 4, 5, 6, 7 3. Nhóm - Là tập hợp các nguyên tử có cấu hình e tương tự nhau, do đó tính chất tương tự nhau và được xếp thành một cột. - Nguyên tử các nguyên tố cùng một nhóm có cùng số e hoá trị và bằng số thứ tự của nhóm. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Xác định vị trí nguyên tố sau trong bảng HTTH: 29 A, 20 M, 27 X, 10 Y? - Có những dạng bảng HTTH nào? - Nêu cấu tạo dạng bảng này? Số hàng ngang, cột dọc? - Nêu cấu tạo dạng bảng này? Số hàng ngang, cột dọc? - Nhóm chia ra 2 loại: nhóm A và nhóm B + Nhóm A: các nguyên tố s, p ( phân nhóm chính) + Nhóm B: các nguyên tố d, f (phân nhóm phụ) - Bảng HTTH có 8 nhóm, từ 1- 8 4. Phần ngoài bảng - Gồm 2 họ nguyên tố là Lantan và Actini III. Các dạng bảng HTTH Có 5 dạng chính: - Dạng ngắn (kiểu ô cờ) - Dạng dài (kiểu ô cờ) - Dạng bậc thang - Dạng vòng xoè - Dạng xoáy ốc 1. Dạng ngắn (kiểu ô cờ) - Chia thành 7 chu kì và 10 hàng ngang, mỗi chu kì lớn chia thành 2 hàng - Toàn bảng chia thành 8 nhóm. Trong mỗi nhóm chia thành phân nhóm chính và phân nhóm phụ, mỗi phân nhóm được xếp lệch về một phía - Các nguyên tố họ lantan và họ actini được đưa ra ngoài bảng chung và xếp xuống phần dưới của bảng 2. Dạng dài ( kiểu ô cờ) - Có dạng chu kì dài 18 ô và chu kì dài 32 ô * Chu kì dài 18 ô - Các chu kì nhỏ và lớn đều xếp thành một hàng, 14 nguyên tố họ f của chu kì 6, 7 được xếp riêng thành 2 hàng riêng dưới bảng - Toàn bảng gồm 7 hàng. - Các nhóm được đánh số như sau: + Các nguyên tố họ s, p được chỉ bằng số la mã có kèm theo chữ A Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang - Họ nguyên tố là gì? - Họ nguyên tố s là gì? Cho ví dụ? - Họ nguyên tố p là gì? Cho ví dụ? - Họ nguyên tố d là gì? Cho ví dụ? - Họ nguyên tố f là gì? Cho ví dụ? - Các tính chất biến đổi tuần hoàn? - Cho biết đặc trưng của tính kim loại, phi kim? - Nêu quy luật biến thiên của tính kim loai, phi kim trong một + Bộ 3 nguyên tố : Fe, Co, Ni; Ru, Rh, Pd; Os, Ir, Pt; được xếp vào nhóm VIIIB, còn các khí trơ xếp vào nhóm VIIIA + Số nhóm ứng với số e hoá trị của các nguyên tố trong nhóm. IV. Các họ nguyên tố - Electron cuối cùng của nguyên tố điền vào phân lớp nào (s,p, d, f) thì được gọi là nguyên tố họ đó (s, p, d, f) a. Họ s - Là những nguyên tố mà nguyên tử có e cuối cùng điền vào phân lớp s b. Họ p - Là những nguyên tố mà nguyên tử có e cuối cùng điền vào phân lớp p c. Họ d - Là những nguyên tố mà nguyên tử có e cuối cùng điền vào phân lớp d d. Họ f - Là những nguyên tố mà nguyên tử có e cuối cùng điền vào phân lớp f - Nguyên tố họ lantan và actini, các nguyên tử này có cấu hình e (n-2)f 1->14 (n-1)d 1 hoặc 0 ns 2 Bài 3: MỘT SỐ QUY LUẬT LIÊN HỆ GIỮA TÍNH CHẤT VỚI VỊ TRÍ NGUYÊN TỐ TRONG BẢNG MENĐÊLÊEP I. Tính kim loại, phi kim - Tính kim loại : những nguyên tố mà nguyên tử có xu hướng nhường e tạo thành ion dương - Tính phi kim: những nguyên tố mà nguyên tử có xu hướng nhận e tạo thành ion âm Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang chu kì, nhóm? - Giải thích nguyên nhân sự biến đổi? - Sự biến đổi hoá trị các nguyên tố trong một chu kì, nhóm? VD: Oxit cao nhất của một nguyên tố là RO 3 , trong hợp chất của nó với hiđro có 5,88% hiđro về khối lượng. Xác định nguyên tố đó? - Mỗi nhóm làm một bảng : tính axit- bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng của các nguyên tố chu kì 2, 3. - Từ bảng rút ra quy luật biến đổi của các oxit và hiđroxit? - Bán kính cộng hoá trị? - Quy luật biến đổi của bán kính cộng hoá trị trong một chu kì, phân nhóm? - Giải thích ? Sự biến thiên tính chất: - Trong một chu kì: Theo chiều tăng của điện tích hạt nhân tính kim loại giảm dần tính phi kim tăng dần. - Trong một phân nhóm chính: Tính kim loại tăng, tính phi kim giảm II. Sự biến đổi về hoá trị của các nguyên tố - Trong một chu kì đi từ trái sang phải, hoá trị cao nhất của các nguyên tố với oxi tăng lần lượt từ 1 đến 7, còn hoá trị với hiđro của các phi kim giảm từ 4 đến 1 III. Sự biến đổi tính axit- bazơ của oxit và hiđroxit - Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần, đồng thời tính axit của chúng tăng dần - Trong một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính bazơ của các oxit và hiđroxit tương ứng tăng dần, đồng thời tính axit của chúng giảm dần IV. Bán kính cộng hoá trị - Bán kính cộng hoá trị của một nguyên tử bằng nửa độ dài khoảng cách giữa hai hạt nhân trong phân tử hai nguyên tử của cùng một nguyên tố. - Trong một chu kì bán kính cộng hoá trị của nguyên tử giảm - Trong một phân nhóm chính bán kính cộng hoá trị của nguyên tử tăng V. Độ âm điện ( học chương sau) VI. Năng lượng ion hoá (học chương sau) Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang GV: Cấu tạo hạt nhân nguyên tử? GV: Kí hiệu nguyên tố hoá học? GV: Định nghĩa đồng vị? Cho ví dụ? Bài 4: HÓA HỌC HẠT NHÂN I. Các vấn đề hạt nhân nguyên tử 1. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử - Hạt nhân nguyên tử gồm proton và notron (hay còn gọi chung là các nucleon) - Số đơn vị địên tích dương của một hạt nhân được kí hiệu là Z : Z = số p (P) 2. Số khối, kí hiệu nguyên tố - Số khối của một nguyên tử bằng tổng số hạt proton và nơtron trong hạt nhân nguyên tử đó. A z X 3. Đồng vị - Là các nguyên tử của cùng một nguyên tố mà hạt nhân có cùng số proton khác nhau số notron. 4. Bán kính nguyên tử R= (0,7+ A 1/3 ).1,2.10 -13 cm (A>1) Trong đó A là số khối của nguyên tử 5. Độ hụt khối. Năng lượng liên kết hạt nhân - Khối lượng 1 proton là m p , 1 nơtron là m n - Một hạt nhân có Z hạt proton, n hạt nơtron. Khối lượng hạt nhân đó bằng: Zm p + Nm n - Thực nghiệm cho biết khối lượng của hạt nhân đó, kí hiệu: Zm A - So sánh hai khối lượng đo được của một hạt nhân luôn luôn nhỏ hơn tổng khối lượng của các nucleon của chính hạt nhân đó ∆ m = Zm p – Nm n – Zm A ∆ m: độ hụt khối Sự hình thành hạt nhân mới từ các nucleon là một quá trình giải phóng năng lượng ∆ E = c 2 . ∆ m Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang GV: Tính phóng xạ tự nhiên? GV: Nêu thành phần tia phóng xạ? Và đặc điểm của các tia này? GV: Nhận xét gì khi ta thêm hay bớt một e của một nguyên tố? - Khi xét cấu tạo e của nguyên tử, ta thấy: khi điền thêm 1e thì xuất hiện một nguyên tố mới. - Sự chuyển dời trong phóng xạ tự nhiên? Ví dụ: tìm các nguyên tố ∆ E là năng lượng được giải phóng trong sự hình thành hạt nhân kèm theo độ hụt khối, ∆ E đặc trưng cho sự ổn định của hạt nhân còn được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân. Với hạt nhân có A nucleon, năng lượng liên kết hạt nhân ứng với 1 nucleon là: A E E ∆ = δ Đó là năng lượng liên kết hạt nhân riêng II. Sơ lược về sự phóng xạ hạt nhân 1. Tính phóng xạ tự nhiên - Tính phóng xạ tự nhiên là khả năng của các chất chứa các nguyên tố xác định, không cần tác động bên ngoài, tự phát ra bức xạ không nhìn thấy với thành phần phức tạp 2. Thành phần của tia phóng xạ - Các hạt mang điện dương (+) gọi là hạt α , thực chất hạt α là hạt nhân 2 4 He - Các hạt tích điện âm (-) gọi là hạt β hay tia β , thực chất đó là chùm e - Các hạt trung hoà, hạt γ hay tia γ , thực chất nó là dòng các hạt photon hay các lượng tử, cùng bản chất ánh sáng 3. Định luật chuyển dời - Quá trình phóng xạ phát ra tia α tạo thành nguyên tố mới dịch hai ô về bên trái nguyên tố mẹ trong bảng Menđeleep. - Quá trình phóng xạ hạt phát ra tia β tạo ra nguyên tố mới dịch một ô về bên phải nguyên tố mẹ, có cùng khối số khối như nguyên tố mẹ. - Trong sự phân rã hạt nhân kèm theo sự phát ra tia γ không có sự biến đổi nguyên tố mẹ về mặt hoá học Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang 9 1 4 0 37 4 17 2 Be n A Cl He X → + → + Dựa vào biểu thức tính t 1/2 ? VD: Đồng vị phóng xạ 131 I được dùng trong nghiên cứu y học và chữa bệnh bướu cổ. Một mẫu thử ban đầu có 1,00mg đồng vị đó. Sau 13,3 ngày lượng iot đó còn lại là 0,32g mg. Tìm chu kì bán huỷ của I? GV: Thế nào là phóng xạ nhân tạo GV: Thế nào là phản ứng hạt nhân, sự khác nhau cơ bản giữa phản ứng hoá học thông thường và phản ứng hạt nhân. nhưng có sự thay đổi trạng thái năng lượng của hạt nhân. 4. Định luật về sự phân rã phóng xạ Phản ứng phóng xạ là phản ứng bậc nhất: A -> sản phẩm )( xak dt dx v −=−= xa a t k − = ln 1 => (a-x) = a.e -kt N N t k o ln 1 == λ N = N o .e -kt = N o .e - t λ Một đại lượng quan trọng đối với sự phân rã phóng xạ là chu kì bán huỷ. Thời gian để lượng ban đầu của chất phản ứng mất đi một nửa được gọi là chu kì bán huỷ. Kí hiệu : t 1/2; t 1/2 = 0,693/k 5. Phóng xạ nhân tạo - Phóng xạ nhân tạo là hiện tượng dùng một loại hạt làm đạn bắn vào hạt nhân làm bia tạo ra hạt nhân mới cùng với tia phóng xạ - Như vậy phóng xạ nhân tạo thường bao gồm quá trình sơ cấp và quá trình thứ cấp, quá trình sơ cấp tạo ra nguyên tố mới kém bền, nó trở thành nguyên tố mẹ để tạo ra hiện tượng thứ cấp. III. Phản ứng hạt nhân 1. Phản ứng hạt nhân Là sự tương tác giữa hạt nhân nguyên tử với các hạt tạo ra nguyên tố mới được gọi là phản ứng hạt nhân 2. Một số loại phản ứng hạt nhân a. Phản ứng phân hạch - Hiện tượng khi bắn vào một hạt nào đó, hạt nhân bị vỡ ra thành các mảnh, đó là sự phân hạch hạt nhân. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang GV: Phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch. - Phản ứng phân hạch hạt nhân có thể xảy ra theo kiểu dây chuyền b. Phản ứng nhiệt hạch - Phản ứng từ các hạt nhân nhẹ tạo ra một hạt nhân mới nặng hơn là phản ứng nhiệt hạt nhân - Các hạt nhân trước khi tham gia các phản ứng này phải được nung đến nhiệt độ rất cao V. Rút kinh nghiệm bài giảng: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh . Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG VI: ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 8 (4 lí thuyết, 4 bài tập) Ngày. Nhóm nguyên tố là gì? - Nhóm nguyên tố có mấy loại? - Các nguyên tố có cùng số e hoá trị trong nguyên tử được xếp thành một cột II. Cấu tạo bảng hệ thống tuần hoàn 1. Ô nguyên tố - Mỗi nguyên tố. thành phần và tính chât các hợp chất của các nguyên tố hoá học đều biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng của số đơn vị điện tích hạt nhân Z của các nguyên tố. II. Ý nghĩa định luật tuần hoàn -