MỞ ĐẦU I. MỤC TIÊU – Nêu được đối tượng nghiên cứu của hoá học. – Trình bày được phương pháp học tập và nghiên cứu hoá học. – Nêu được vai trò của hoá học đối v

Nước: Ba phần tư bề mặt Trái Đất là nước. Nước tồn tại trên Trái Đất theo một vòng tuần hoàn để điều hoà khí hậu cho sự sống. Nước là dung môi hoà tan nhiều chất vì thế nước tự nhiên chứa rất nhiều khoáng chất. Nước tự nhiên (nước mặt hay nước ngầm) được xử lí để loại bỏ tạp chất và vi sinh vật trở thành nước dùng trong ăn uống và sinh hoạt hàng ngày. Nguồn nước ngọt trên Trái Đất không nhiều vì thế cần phải bảo vệ nguồn nước.
Muối ăn được khai thác từ các mỏ tự nhiên và từ nước biển cần được tinh chế vì có lẫn các muối khác. Để thu muối từ nước biển, người ta cho nước biển bay hơi còn lại muối. Người và động vật đều phải ăn muối để duy trì sự trao đổi chất trong cơ thể.
– Một số vật liệu thiết thực:
Gạch là vật liệu truyền thống để xây nhà và được sản xuất từ đất sét. Đất sét được nhào nặn và tạo khuôn, nung. Từ đất sét mềm có màu từ trắng đến xám nhạt khi nung chuyển thành viên gạch có màu từ vàng đậm, vàng cam hay đỏ. Màu của gạch phụ thuộc vào nguồn đất sét có lẫn nhiều hay ít iron oxide và một số chất khác.
Đồ gốm cũng được sản xuất theo cùng cách thức như trên nhưng cần lựa chọn nguyên liệu (đất sét và các chất khác) kĩ lưỡng hơn và mỗi một loại đồ gốm có quy trình sản xuất đặc thù để tạo ra các loại đồ gốm khác nhau. Ở nước ta có nhiều làng nghề gốm như ở Bát Tràng, Hà Nội; Hương Canh, Vĩnh Phúc; Thổ Hà, Bắc Giang; Chu Đậu, Hải Dương; Phù Lãng, Bắc Ninh; Hòn Đất, Kiên Giang; Tân Hoà, Đồng Nai; Lái Thiêu, Bình Dương;...
Đá vôi là một loại vật liệu xây dựng được sử dụng trước cả gạch ngói. Nung đá vôi thu được vôi sống. Vôi sống là chất rắn, màu trắng, khi cho tác dụng với nước được vôi tôi (calcium hydroxide), vôi tôi trộn với cát thu được vữa, dùng để xây nhà.
Xi măng: Khi nung hỗn hợp đất sét, đá vôi và một vài nguyên liệu khác thu được clinker. Nghiền mịn clinker thu được xi măng ở dạng bột. Trộn bột xi măng với cát, sỏi, nước và để một thời gian ta thu được bê tông rắn chắc làm cầu, cống, đường, tường nhà, cột chịu lực,...
Thuỷ tinh: Thuỷ tinh thường được sản xuất bằng cách nung chảy cát, đá vôi và soda, sau đó được tạo hình bằng cách đúc hay thổi thuỷ tinh nóng chảy. Để tăng chất lượng thuỷ tinh người ta thường nấu thuỷ tinh với một số chất khác tạo thành thuỷ tinh cao cấp như thạch anh, pha lê,... Ngày nay, người ta đã sản xuất được những loại thuỷ tinh hữu cơ với nhiều tính chất ưu việt khác với thuỷ tinh thường.
– Một số kim loại thiết yếu:
Kim loại là một trong những vật liệu truyền thống, phổ biến và vẫn rất hữu dụng trong tương lai. Kim loại có một số tính chất rất đặc trưng: cứng, dẻo, có ánh kim, dẫn nhiệt tốt và dẫn điện tốt,... Một số kim loại có sẵn trong thiên nhiên như gold (vàng), silver (bạc), platinum,... đã được biết đến từ cổ xưa. Lượng của chúng rất ít nên được coi là các kim loại quý, hiếm. Còn có nhiều kim loại khác được sử dụng phổ biến với lượng lớn như tin (thiếc), zinc (kẽm) và hợp kim. Một số kim loại được sử dụng ở dạng nguyên chất. Nhiều kim loại được sử dụng ở dạng hợp kim (chứa thêm các nguyên tố khác).

Mercury (thuỷ ngân) là kim loại ở thể lỏng ở nhiệt độ phòng và sôi ở 357 °C.
Tuy thuỷ ngân rất độc nhưng lại được sử dụng khá rộng rãi trong dạng amalgam hay nguyên chất làm chất phát quang trong bóng đèn.
Copper (đồng) là một kim loại đặc biệt, dù không có nhiều trong tự nhiên như iron (sắt) nhưng lại biết đến từ khá sớm. Nung quặng đồng (malachite) với than (than đá hoặc than cốc) ở nhiệt độ cao thu được đồng kim loại. Từ xa xưa loài người đã chế ra đồng bằng cách này và tạo ra nhiều loại công cụ lao động và vũ khí đắc dụng tạo ra kỉ nguyên “đồ đồng” trong lịch sử. Ngày nay, nhu cầu sử dụng đồng làm dây dẫn điện rất lớn, con người càng phải tận thu đồng trong các mỏ có hàm lượng quặng đồng ngày một thấp.
Sắt là một kim loại làm nên lịch sử thời đại “đồ sắt” và chưa biết khi nào mới kết thúc. Quặng sắt có ở khắp nơi trên Trái Đất. Việt Nam có những mỏ có trữ lượng lớn như Trại Cau (Thái Nguyên), Thạch Khê (Hà Tĩnh),… Hai hợp kim quan trọng của sắt là gang và thép. Nhược điểm căn bản nhất của gang là giòn, thép có nhiều tính chất tốt hơn hẳn gang nên được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Aluminium (nhôm): Quặng boxite chứa nhôm có rất nhiều trên Trái Đất. Khi con người biết điện phân nóng chảy aluminium oxide điều chế ra nhôm thì nhôm được ưa chuộng hơn cả sắt. Nhôm dẫn điện tốt, dẫn nhiệt tốt, nhẹ và chịu ăn mòn rất tốt. Từ nhôm người ta làm ra các hợp kim nhôm đặc biệt bền, sử dụng trong công nghiệp hàng không và vũ trụ.
– Một số nguồn năng lượng quan trọng:
Loài người sử dụng nhiên liệu để đốt lấy năng lượng phục vụ cho nhu cầu sưởi ấm, nấu chín thức ăn, sau đó để chạy động cơ, chuyển hoá thành điện năng để vận tải đi xa,… Gỗ, khí tự nhiên và than,… khi bị đốt cháy thải khí carbon dioxide và những chất khác làm ô nhiễm không khí.
Cùng là than (carbon), tuỳ vào cách chế biến mà có thể tạo ra các loại than có chất lượng và giá trị sử dụng khác nhau. Than gỗ (than củi) thu được khi nung gỗ trong lò kín. Than cốc thu được khi nung than đá trong lò nhiệt độ cao (lò luyện cốc). Than gỗ và than cốc đều là chất rắn đen, cứng nhưng than gỗ được sử dụng để nướng thức ăn, làm chất hấp phụ các khí độc; than cốc dùng trong luyện kim.
Một dạng thù hình khác của carbon là graphite, có tính dẫn điện. Graphite gồm các lớp mỏng chứa carbon ở dạng vòng đặc biệt gọi là graphene. Graphene có nhiều tính chất đặc biệt, thu hút các nhà hoá học và vật lí nghiên cứu để tìm ra những ứng dụng mới.
Dầu mỏ, khí thiên nhiên là một nguồn năng lượng quý giá cho loài người. Chưng cất dầu mỏ thu được các loại xăng và dầu diesel dùng cho các động cơ đốt trong. Ngoài ra còn thu được dầu bôi trơn, sáp paraffin, nhựa đường,…
Nguồn năng lượng hoá thạch như than, dầu mỏ, khí thiên nhiên ngày càng cạn dần và khi đốt cháy sẽ làm ô nhiễm không khí nên cần phải tìm kiếm những nguồn năng lượng khác thay thế.

Hydrogen là một trong những nguồn năng lượng sạch được quan tâm. Hydrogen là chất khí nhẹ, không màu, dễ cháy và nổ, khi cháy tạo ngọn lửa không màu và có nhiệt độ rất cao nên được sử dụng làm nhiên liệu cao cấp. Hydrogen được điều chế bằng cách điện phân hoặc phân huỷ nước.
Năng lượng hạt nhân là một trong những nguồn năng lượng tiềm năng. Nguyên tố được sử dụng để tạo năng lượng hạt nhân là uranium. Khi phân rã, uranium biến thành nguyên tố khác (hiện tượng phóng xạ), sinh nhiệt và các bức xạ có năng lượng cao (rất nguy hiểm). Uranium được sản xuất từ các loại quặng chứa uranium tương tự như việc chế tạo các kim loại khác.
– Phân bón hoá học:
Làm thế nào để có đủ lương thực và thực phẩm để nuôi được mười tỉ người trên Trái Đất?
Các nhà hoá học đóng vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an ninh lương thực cho nhân loại. Phân bón là một trong các giải pháp. Người nông dân cần phân bón để đảm bảo mùa màng tốt tươi, tăng năng suất cây trồng, cung cấp lương thực, thực phẩm cho toàn xã hội. Phân bón vô cơ được sử dụng phổ biến là phân đạm, phân lân, phân kali và một số phân bón vi lượng khác. Tuy nhiên, cần khuyến khích sử dụng phân bón hữu cơ hay quy trình nuôi trồng hữu cơ để bảo vệ môi trường.
Ngoài các ví dụ kể trên, hoá học có mặt trong mọi khía cạnh của cuộc sống và sản xuất, giúp con người chăm sóc sức khoẻ, nâng cao chất lượng cuộc sống ngày càng tốt hơn.
3. Ngành hoá học trong tương lai
Khoa học vật liệu nghiên cứu, chế tạo ra các vật liệu mới với nhiều các tính chất ưu việt, mở ra các ứng dụng mới là tương lai hướng tới của ngành hoá học.
Ví dụ: Con người đã chế ra vật liệu polime bền như tơ nhện hay vật liệu polime trơn nhẵn và giảm ma sát trong nước như da cá heo.
Sự phân chia “chất hữu cơ” và “chất vô cơ” có ranh giới ngày càng không rõ ràng. Vật liệu vô cơ chứa các chất hữu cơ và ngược lại vật liệu hữu cơ chứa các chất vô cơ. Chúng bổ sung cho nhau về tính chất và ứng dụng, vì thế các vật liệu mới, có tính chất phong phú được tạo ra hằng ngày.
Bằng các phản ứng hoá học ta thu được điện và ngược lại cho dòng điện qua dung dịch muối, kiềm, acid ta lại có phản ứng hoá học. Phản ứng hoá học sinh ra nhiệt và ngược lại có phản ứng hoá học cần cung cấp nhiệt mới xảy ra.
Nguồn năng lượng được coi như vô tận đối với loài người đó là năng lượng từ Mặt Trời. Mặt Trời còn chiếu sáng, sự sống trên Trái Đất còn tồn tại. Việc sử dụng năng lượng mặt trời là lĩnh vực phát triển rất nhanh. Việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện dùng pin silicon thường có hiệu suất chuyển hoá năng lượng từ 16% – 18%, hiệu suất tối đa trên lí thuyết là 29%. Mục tiêu nghiên cứu pin với vật liệu mới thay thế vật liệu silicon, nâng cao hiệu suất chuyển hoá năng lượng mặt trời thành điện là một trong các thách thức mới về khoa học và công nghệ và là động lực để hoá học phát triển.

IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1: ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA HOÁ HỌC
– GV hướng dẫn HS phát triển năng lực tự chủ, tự học, THTN: GV giao nhiệm vụ HS đọc thông tin mục I, SGK và trả lời câu hỏi 1, 2 trang 7, SGK.
– GV hướng dẫn HS phát triển năng lực NTHH và năng lực THTN: GV sử dụng hình ảnh, video, giới thiệu về các chuyên ngành của hoá học và giới thiệu với HS về đối tượng nghiên cứu của các ngành học, từ đó giới thiệu các ngành nghề liên quan đến hoá học trong tương lai.
Hoạt động 2: VAI TRÒ CỦA HOÁ HỌC ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT
– GV hướng dẫn HS phát triển năng lực tự chủ, tự học, THTN, GHTT.
– GV giao cho từng nhóm thuyết trình về vai trò của hoá học trong đời sống và sản xuất. Các nhóm khác nhận xét và bổ sung.
Nhóm 1: Trong cuộc sống hằng ngày, hoá học có vai trò trong việc bảo đảm vệ sinh, an toàn thực phẩm, thuốc chữa bệnh, lựa chọn và sử dụng các chất tẩy rửa,...
Nhóm 2: Hoá học có vai trò trong việc đảm bảo an ninh lương thực thực phẩm, an ninh năng lượng.
Nhóm 3: Vai trò của hoá học trong các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sản xuất các hoá chất cơ bản và nghiên cứu sản xuất các vật liệu mới,...
– GV giao cá nhân HS làm bài tập 3, 4 trang 8 và từng cặp HS đánh giá kết quả làm bài tập.
Hoạt động 3: PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP VÀ NGHIÊN CỨU HOÁ HỌC
– GV hướng dẫn HS phát triển năng lực THTN, NTHH, GHTT, GQVD.
– GV chuẩn bị một số các nội dung bài học theo phương pháp nghiên cứu (có thể sử dụng các hoạt động học tập ở THCS hoặc các hoạt động học tập HS sẽ học ở lớp 10):
Các bước thực hiện bài học được sắp xếp không đúng theo trật tự, yêu cầu HS sắp xếp theo đúng các bước của phương pháp học tập, nghiên cứu hoá học.
– GV nêu ra tình huống học tập: Nghiên cứu tính chất hoá học của chlorine.
HS thảo luận, xây dựng các bước thực hiện theo trình tự học tập, nghiên cứu hoá học.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. 5 ví dụ về sự biến đổi chất:
– Trứng rán, không có mùi tanh, có mùi thơm;
– Cửa sắt lâu ngày bị gỉ;
– Ủ nho thành rượu vang;

– Phân bón tự nhiên được tạo ra khi có mặt tia lửa điện (sét) do nitrogen tác dụng với oxygen (trong không khí); – Các phản ứng cháy; 2. Khái niệm về chất vô cơ

Chương 1 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Bài 1. THÀNH PHẦN CỦA NGUYÊN TỬ
I MỤC TIÊU
Sau bài học, HS sẽ:
– Trình bày được thành phần của nguyên tử (nguyên tử vô cùng nhỏ; nguyên tử gồm 2 phần: hạt nhân và lớp vỏ nguyên tử; hạt nhân tạo nên bởi các hạt proton (p), neutron (n); lớp vỏ tạo nên bởi các electron (e); điện tích, khối lượng mỗi loại hạt).
– So sánh được khối lượng của electron với proton và neutron, kích thước của hạt nhân với kích thước nguyên tử.
II CHUẨN BỊ
– Một số câu chuyện về: sự phát minh ra hạt electron, proton, neutron; sự so sánh kích thước và khối lượng của nguyên tử, hạt nhân,...
– Có thể chuẩn bị thí nghiệm "tia âm cực" bởi thiết bị vật lí.
– Tranh ảnh và các video liên quan đến nguyên tử.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Thí nghiệm tia âm cực
Tia âm cực là dòng electron di chuyển trong các ống chân không. Tia âm cực được Johann Hittorf (người Đức) phát hiện vào năm 1869 trong các ống Crookes. Ông quan sát thấy một số tia sáng không rõ đã được phát ra từ cathode (cực âm) có thể tạo ra bóng trên tường phát sáng của ống, cho thấy các tia này đi theo đường thẳng.
Năm 1890, Arthur Schuster (người Anh) đã chứng minh rằng tia âm cực có thể bị tĩnh điện làm chệch hướng và William Crookes (người Anh) đã cho thấy nó có thể bị từ trường làm chệch hướng.
Tia âm cực được đặt tên như vậy vì chúng được phát ra bởi điện cực âm (cathode), trong một ống chân không. Để giải phóng electron vào ống, trước tiên các electron phải được tách ra khỏi các nguyên tử của cực âm. Trong các ống chân không cathode lạnh đầu tiên (ống Crookes) điều này được thực hiện bằng cách sử dụng điện thế cao hàng nghìn vôn (volt) giữa cực dương và cực âm để ion hoá các nguyên tử khí còn lại trong ống. Chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của dây tóc tăng lên, đẩy các electron ra khỏi bề mặt dây tóc vào không gian chân không của ống. Vì các electron có điện tích âm, chúng bị đẩy bởi cực âm, bị hút về cực dương và đi theo

đường thẳng qua ống rỗng. Tia âm cực vô hình, nhưng sự hiện diện của chúng được phát hiện trong các ống chân không ban đầu khi chúng va vào thành kính của ống, kích thích các nguyên tử của thuỷ tinh và khiến chúng phát ra ánh sáng. Các chùm tia cathode tốc độ cao cũng có thể được điều khiển bằng điện trường tạo bởi các tấm kim loại bổ sung trong ống dưới điện áp hoặc từ trường tạo ra bởi các cuộn dây (nam châm điện).
Năm 1897, nhà vật lí Joseph John Thomson (người Anh), thông qua nghiên cứu chùm tia cathode đã phát hiện ra electron và kết luận rằng chúng là một thành phần của nguyên tử, bác bỏ quan điểm cho rằng nguyên tử là những hạt vô hình, không thể phân chia của vật chất. J.J. Thomson đã thành công trong việc đo khối lượng của tia âm cực, cho thấy nó bao gồm các hạt mang điện tích âm nhỏ hơn nguyên tử được đặt tên là electron. Ông đề xuất các hạt electron mang điện tích âm và khối lượng nhỏ phân bố đều trên nguyên tử và điện tích của chúng cân bằng với sự có mặt của một biển điện tích dương. Mô hình này sau đó được gọi là mô hình bánh pudding mặn.
2. Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford
Năm 1910, Ernest Rutherford (người New Zealand) cho rằng các điện tích dương của nguyên tử đã được tìm thấy chủ yếu ở trung tâm của nó (trong hạt nhân) và các electron chuyển động xung quanh nó. E. Rutherford sử dụng một nguồn bức xạ $\alpha$ (alpha) (từ helium) để bắn vào các tấm vàng rất mỏng, được bao bọc bởi một chụp đèn zinc sulfide tạo ra ánh sáng nhìn thấy được khi bị chiếu xạ tia $\alpha$. Thí nghiệm này được gọi là thí nghiệm Geiger – Marsden hoặc thí nghiệm lá vàng.
Năm 1913, nhà vật lí Niels Bohr (người Đan Mạch) cho rằng các electron chuyển động trên những quỹ đạo có năng lượng xác định và chúng có thể chuyển dịch qua lại giữa những quỹ đạo này, nhưng không thể rơi xoắn ốc vào trong hay văng ra ngoài trong những quỹ đạo trung gian. Một electron phải hấp thụ hoặc phát ra một lượng năng lượng cụ thể khi chuyển dịch giữa những quỹ đạo này. Khi ánh sáng từ nguồn vật liệu nung nóng truyền qua một lăng kính, nó bị tách ra thành phổ nhiều tia đơn sắc. Lí thuyết của N. Bohr đã giải thích thành công sự tách ra thành nhiều vạch phổ hydrogen tương ứng với sự chuyển dịch electron giữa các orbital. Trong cùng năm, Henry Moseley (người Anh) cung cấp thêm chứng cứ thực nghiệm để củng cố lí thuyết của N. Bohr. Những kết quả thí nghiệm này cũng tinh chỉnh mô hình của E. Rutherford và của Antonius Van den Broek (người Hà Lan) và cho thấy nguyên tử chứa hạt nhân có số đơn vị điện tích hạt nhân bằng với số thứ tự của chúng trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học (bảng tuần hoàn). Cho đến tận khi có các thí nghiệm của H. Moseley, số hiệu nguyên tử vẫn chưa được biết là một đại lượng vật lí và xác nhận bằng thực nghiệm. Số hiệu nguyên tử bằng số đơn vị điện tích của hạt nhân vẫn được chấp nhận trong mô hình nguyên tử hiện đại ngày nay.
Hình 1.1. Mô hình nguyên tử theo Niels Bohr

3. Kích thước và khối lượng nguyên tử
Nguyên tử có kích thước nhỏ hơn hàng nghìn lần bước sóng ánh sáng khả kiến (400 – 700 nm), do vậy chúng ta không thể quan sát nguyên tử bằng kính hiển vi quang học. Tuy nhiên, có thể quan sát từng nguyên tử bằng thiết bị kính hiển vi quét xuyên hầm. Để hình dung kích thước rất nhỏ của nguyên tử, đường kính của tóc người bình thường bằng khoảng 1 triệu lần đường kính nguyên tử carbon. Một giọt nước chứa khoảng $1,7 \cdot 10^{21}$ nguyên tử oxygen và gấp hai lần số đó nguyên tử hydrogen. Một cara kim cương với khối lượng 200 mg chứa khoảng $7 \cdot 10^{21}$ nguyên tử carbon. Nếu một quả táo phóng to bằng đường kính Trái Đất, thì một nguyên tử trong quả táo có đường kính xấp xỉ kích cỡ quả táo ban đầu. Phần lớn khối lượng của nguyên tử là do đóng góp của proton và neutron trong hạt nhân của nó. Tổng những hạt này (gọi là "nucleon") trong một nguyên tử gọi là số khối.
Khối lượng thực của nguyên tử khi nó đứng yên (khối lượng bất biến, khối lượng nghỉ) thường được biểu diễn bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu). Đơn vị này được xác định bằng $\frac{1}{12}$ khối lượng nghỉ của nguyên tử carbon–12, với khối lượng xấp xỉ $1,66 \cdot 10^{-27}$ kg. Hydrogen–1 là nguyên tử nhẹ nhất có khối lượng nghỉ bằng 1,007825 amu. Giá trị này gọi là nguyên tử khối. Một nguyên tử có nguyên tử khối xấp xỉ bằng (sai số 1%) số khối của nó nhân với đơn vị khối lượng nguyên tử. Tuy nhiên, giá trị này sẽ không chính xác bằng số khối (trừ trường hợp của carbon–12). Nguyên tử bền nặng nhất là chì–208 có khối lượng là 207,9766521 amu. Ngay cả đối với các nguyên tử nặng nhất cũng quá nhẹ để có thể nghiên cứu trực tiếp, nên các nhà hoá học sử dụng đơn vị mol. Một mol nguyên tử của bất kì một nguyên tố hoá học luôn có cùng số lượng nguyên tử (bằng khoảng $6,022 \cdot 10^{23}$). 1 mol nguyên tử carbon–12 có khối lượng chính xác bằng 0,012 kg.
Electron là hạt nhẹ nhất trong ba hạt với khối lượng $9,109 \cdot 10^{-31}$ kg và mang điện tích âm (kí hiệu e), kích thước của nó rất nhỏ và hiện nay chưa có công nghệ nào đo được đường kính của nó. Proton mang điện tích dương, khối lượng gấp 1 836 khối lượng electron và bằng $1,6726 \cdot 10^{-27}$ kg, mặc dù giá trị này có thể giảm đi do bù trừ vào năng lượng liên kết của proton trong hạt nhân. Neutron là hạt trung hoà điện và khối lượng khi nó đứng riêng lẻ là 1 839 lần khối lượng electron hay $1,6929 \cdot 10^{-27}$ kg. Các nhà vật lí đo được đường kính của neutron và proton vào cỡ $2,5 \cdot 10^{-15}$ m, mặc dù "bề mặt" của những hạt này không xác định rõ ràng.
4. Thí nghiệm của James Chadwich
Nhà vật lí James Chadwich (người Anh) đã thực hiện thí nghiệm để xác định số đơn vị điện tích hạt nhân, thu được kết quả: Z = 78 đối với platinum (Pt); Z = 47 đối với silver (Ag); Z = 29 đối với copper (Cu). Điều này cho thấy số đơn vị điện tích hạt nhân của một nguyên tử bằng số thứ tự nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Trong đó, đơn vị điện tích $e_0 = 4,802 \cdot 10^{-10}$ CGSE $\approx$ $1,602 \cdot 10^{-19}$ C (Coulombs) được coi là 1 đơn vị điện tích dương (+1).

$Hạt mang điện tích +1 và khối lượng là $1,6726231 \cdot 10^{-19}$ kg $\approx 1,00738$ amu là proton (p). Năm 1918, proton được được phát hiện trong thí nghiệm$

Hạt mang điện tích +1 và khối lượng là $1,6726231 \cdot 10^{-19}$ kg $\approx 1,00738$ amu là proton (p).
Năm 1918, proton được được phát hiện trong thí nghiệm bắn phá hạt nhân nguyên tử bằng tia $\alpha$ năng lượng cao do E. Rutherford và J. Chadwich thực hiện.
5. Thuyết proton – neutron
a) Neutron
Năm 1932, khi phân tích và lí giải kết quả thí nghiệm bắn phá hạt nhân nguyên tử beryllium (Be) bằng chùm hạt $\alpha$ năng lượng cao, J. Chadwich đã phát hiện ra hạt neutron (kí hiệu n), đó là hạt không mang điện và có khối lượng hơi lớn hơn proton. ($m_n = 1,6749286 \cdot 10^{-27}$ kg $\approx 1,008$ amu).
b) Thuyết proton – neutron
Thực nghiệm đã xác nhận giả thuyết của các nhà khoa học W. Heisenberg (người Đức), D. Ivanenko (người Nga): Hạt nhân nguyên tử gồm proton và neutron.
A = số proton + số neutron (A là số khối của hạt nhân)
Khối lượng của electron rất nhỏ so với khối lượng của proton hay neutron nên khối lượng của nguyên tử được coi là tập trung ở hạt nhân.
c) Quy luật về mối liên hệ giữa số proton (Z) với số neutron (N) của các hạt nhân
Thực nghiệm cho biết các hạt nhân bền có một hệ thức liên hệ giữa số Z với số N:
$$Z = \frac{A}{2 + 0,0146A^{\frac{1}{3}}}$$
Khi A có giá trị nhỏ hay trung bình, các hạt nhân có Z = N.
Khi Z tăng, số N tăng nhanh hơn. Thực tế cho thấy:
– Tổng số hạt nhân có Z chẵn lớn hơn nhiều tổng số hạt nhân có Z lẻ.
– Tổng số hạt nhân có A chẵn lớn hơn nhiều tổng số hạt nhân có A lẻ.
– Hầu hết hạt nhân có A chẵn đều có Z chẵn (trừ $_1^2$D, $_3^6$Li, $_5^{10}$B, $_7^{14}$N).
– Chưa gặp trong tự nhiên hạt nhân có số khối A thoả mãn hệ thức A = 4n+1 với n > 52.
6. Hạt nhân
Mọi proton và neutron liên kết với nhau trong hạt nhân nguyên tử và chúng được gọi chung là các nucleon. Đường kính của hạt nhân có giá trị xấp xỉ $10^{-2}$ pm. Giá trị này nhỏ hơn rất nhiều đường kính của nguyên tử. Các hạt proton và neutron được phân loại thành hạt fermion. Nguyên lí loại trừ Pauli, một hiệu ứng cơ học lượng tử, không cho phép có hai hạt fermion đồng nhất ở cùng một trạng thái, thí dụ như không thể có nhiều hạt proton có cùng một trạng thái lượng tử trong cùng một thời gian. Do vậy, mỗi hạt proton trong hạt nhân phải có các trạng thái khác nhau, với mức năng lượng của riêng chúng và các hạt neutron

cũng tuân theo quy tắc tương tự. Tuy nhiên, nguyên lí này không ngăn cấm một hạt proton và một neutron có cùng trạng thái lượng tử.
a) Sự tổng hợp và phân hạch hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử có thể thay đổi số proton và neutron, mặc dù sự điều chỉnh này cần năng lượng rất cao do ảnh hưởng của lực hạt nhân cũng như lực điện từ. Phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra khi nhiều hạt nhân kết hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn, như sự va chạm năng lượng cao giữa hai hạt nhân. Ví dụ, tại lõi mặt trời, các proton đòi hỏi năng lượng cỡ 3 – 10 keV để vượt qua lực đẩy giữa chúng và tổng hợp lại thành hạt nhân nặng hơn.
Phản ứng phân hạch hạt nhân là quá trình ngược lại, một hạt nhân bị tách ra làm hai hạt nhân có khối lượng nhỏ hơn, thường thông qua quá trình phân rã phóng xạ. Đối với các nguyên tử có giá trị số hiệu nguyên tử thấp, một hạt nhân có số proton khác số neutron có xu hướng trở về trạng thái năng lượng của hạt nhân thấp hơn thông qua quá trình phân rã phóng xạ, tạo thành nguyên tử mới có số hạt proton và neutron xấp xỉ nhau. Các nguyên tử đó có hạt nhân bền nên không có hiện tượng phóng xạ. Khi số hiệu nguyên tử tăng lên, do lực đẩy lẫn nhau giữa các proton nên để duy trì sự ổn định của hạt nhân sẽ không tuân theo xu hướng cân bằng hai hạt này nữa. Thực tế không có hạt nhân bền nào với số proton xấp xỉ bằng số neutron khi số hiệu nguyên tử lớn hơn Z = 20 (calcium); khi Z tăng đến những hạt nhân nặng nhất, tỉ số neutron trên proton để cho hạt nhân ổn định tiến tới giá trị 1,5.
b) Sự biến đổi hạt nhân
Hạt nhân cũng bị biến đổi khi bị bắn phá bởi các hạt dưới nguyên tử hay chùm proton năng lượng cao. Nếu hạt nhân mới sinh ra có số proton thay đổi thì nguyên tử trở thành một nguyên tử của nguyên tố hoá học khác. Nếu khối lượng của hạt nhân sản phẩm trong phản ứng tổng hợp nhỏ hơn tổng khối lượng của các hạt nhân tham gia phản ứng, thì hiệu khối lượng này có thể phát ra dưới dạng năng lượng có ích (như tia γ - gamma, hay động năng của các hạt sản phẩm như hạt β - beta) và tuân theo công thức của Albert Einstein (người Đức) về sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng:
$\Delta E = \Delta m \cdot c^2$ (với $\Delta m$ là khối lượng chênh lệch và c là tốc độ ánh sáng).
Năng lượng dư ra này có nguồn gốc từ năng lượng liên kết của hạt nhân tạo thành và nó là sự mất mát năng lượng không thể khôi phục được, làm cho các hạt tham gia tổng hợp đứng cạnh nhau trong một trạng thái đòi hỏi năng lượng này phải tách ra.
Phản ứng tổng hợp tạo ra hạt nhân lớn hơn từ các hạt nhân có Z nhỏ hơn 26 và số khối khoảng 60 thường là phản ứng toả nhiệt, giải phóng nhiều năng lượng hơn so với năng lượng cần thiết để tổng hợp chúng. Đây chính là những phản ứng tổng hợp hạt nhân tạo ra năng lượng trong các ngôi sao và giúp ngôi sao duy trì trạng thái cân bằng áp suất và lực hút hấp dẫn. Đối với các hạt nhân nặng hơn, năng lượng liên kết trên một nucleon trong hạt nhân bắt đầu giảm. Do đó, phản ứng tổng hợp để tạo thành hạt nhân nguyên tử có Z lớn hơn 26 và số khối lớn hơn 60 là phản ứng thu nhiệt.

$7. Tia X (X-Ray) và nguyên lí hoạt động của máy chụp X-quang a) Bản chất tia X Tia X là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, thường trong khoảng từ $10^{-3}$ Å đ$

7. Tia X (X-Ray) và nguyên lí hoạt động của máy chụp X-quang
a) Bản chất tia X
Tia X là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn, thường trong khoảng từ $10^{-3}$ Å đến 1,0 Å tương ứng với dãy tần số từ $3 \cdot 10^{16}$ Hz đến $3 \cdot 10^{19}$ Hz và năng lượng từ 120 eV đến 120 keV.
b) Cơ chế phát tia X
Electron của cathode được tăng tốc trong điện trường mạnh nên có động năng rất lớn. Khi gặp anode, các electron này xuyên sâu vào vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân và các lớp electron của nguyên tử làm dịch chuyển các electron từ lớp này qua lớp khác (được đặt tên K, L, M,... theo mức năng lượng của electron từ thấp tới cao). Chính quá trình dịch chuyển từ lớp này sang lớp khác của các electron tạo ra tia X.
c) Các tính chất và ứng dụng trong y học của tia X
– Tính chất
Khả năng đâm xuyên tốt: truyền qua được những vật chắn sáng thông thường như giấy, gỗ, kim loại mỏng,... Bước sóng càng ngắn, khả năng đâm xuyên càng mạnh.
Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh.
Làm phát quang một số chất.
Có khả năng ion hoá không khí và các chất khí.
Tác dụng sinh học rất mạnh: huỷ hoại tế bào, diệt vi khuẩn,...
– Ứng dụng trong y học:
Sử dụng trong các máy X-quang, CT-scanner, PET-CT, xạ trị,... rất có giá trị trong việc chẩn đoán cũng như điều trị bệnh.
– Tác dụng không mong muốn của tia X:
Do có bước sóng ngắn, tia X có thể đi xuyên qua nhiều loại vật chất và gây tác hại rất lớn cho các dạng sinh vật sống. Với con người, tia X gây rối loạn quá trình trao đổi chất, thay đổi mã di truyền,...
Ngày nay, bằng kĩ thuật hỗ trợ, bệnh nhân chỉ phải hấp thu liều lượng tia X nhỏ nhưng vẫn đạt được hiệu quả trong chẩn đoán và điều trị. Các biện pháp bảo vệ các phòng sử dụng tia X là phòng được bọc chì (lead), nhân viên bức xạ có áo bọc chì,...
d) Cấu tạo và nguyên lí hoạt động máy X-quang
Cấu tạo: Thành phần chính trong hệ gồm:
– Bóng phát tia X và bộ tạo cao áp;
– Phin lọc;
– Hệ chuẩn trực;
– Lưới chống tán xạ;

– Bộ phận nhận tia X: phim, tấm nhận ảnh KTS, bia tăng quang hoặc tăng sáng truyền hình (khuếch đại ảnh); – Bộ kiểm soát liều xạ tự động (AEC); – Trung tâm điều

Hoạt động 1. CÁC LOẠI HẠT CẤU TẠO NÊN NGUYÊN TỬ
Không mô tả thí nghiệm của E. Rutherford mà chỉ nêu kết quả thu được từ thí nghiệm đó.
GV yêu cầu HS đọc trước ở nhà và trên lớp sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GHTT:
– Tiến hành thí nghiệm tia âm cực (nếu được).
– Quan sát hình ảnh, video.
– GV hướng dẫn để HS rút ra nhận xét.
Củng cố: Sử dụng một số câu hỏi tương tự câu hỏi trong SGK để luyện tập.
Hoạt động 2. KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CỦA NGUYÊN TỬ
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Do những con số về kích thước, khối lượng nguyên tử và các loại hạt là vô cùng nhỏ bé nên GV dùng hình ảnh hoặc video để hướng dẫn HS so sánh:
– Hạt nhân nguyên tử với nguyên tử.
– Electron với proton và neutron.
Có thể dựa vào số Avogadro để tính khối lượng của 1 nguyên tử.
Ví dụ: khối lượng của 1 nguyên tử carbon = $\frac{12 \text{ g}}{6,022 \cdot 10^{23}} = 1,9927 \cdot 10^{-23} \text{ (g)}$.
a) Sử dụng các ví dụ so sánh tương tự như:
– Đường kính của tóc người thường bằng khoảng 1 triệu lần đường kính nguyên tử carbon.
– Một giọt nước chứa khoảng $(2 \cdot 10^{21})$ nguyên tử oxygen và $2 \cdot (2 \cdot 10^{21})$ nguyên tử hydrogen.
– Một cara kim cương với khối lượng $2 \cdot 10^{-4}$ kg chứa khoảng $(10^{22})$ nguyên tử carbon.
– Nếu một quả táo phóng to bằng đường kính Trái Đất, thì một nguyên tử trong quả táo có đường kính xấp xỉ kích cỡ quả táo ban đầu.
b) Yêu cầu HS nêu nhận xét về:
– Kích thước nguyên tử.
– Kích thước hạt nhân.
– Kích thước proton, neutron, electron.
(Chú ý hướng dẫn HS đổi đơn vị)
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ bằng cách:
Giới thiệu bảng 1.1 SGK và sử dụng câu hỏi, bài tập vận dụng để tính toán: khối lượng nguyên tử (ra kg), khối lượng nguyên tử (ra amu), khối lượng mol nguyên tử.
Sử dụng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở và rèn luyện năng lực GHTT:
Bằng cách quy đổi đơn vị m, pm, yêu cầu HS so sánh khối lượng proton, neutron và electron với khối lượng nguyên tử, từ đó hướng dẫn HS rút ra nhận xét: "khối lượng electron vô cùng nhỏ, không đáng kể, nên khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân".

Củng cố: Sử dụng một số câu hỏi tương tự câu hỏi trong SGK để luyện tập.
Hoạt động 3. ĐIỆN TÍCH HẠT NHÂN VÀ SỐ KHỐI
Sử dụng phương pháp hợp tác nhóm, GQVD và rèn luyện năng lực GTHT:
Giới thiệu "điện tích hạt nhân" và "số khối". Sau đó HS xác định: số khối và số neutron (của một số nguyên tử).
Củng cố: Sử dụng một số câu hỏi tương tự câu hỏi trong SGK để luyện tập.
Hoạt động 4. HƯỚNG DẪN HỌC Ở NHÀ VÀ ĐỌC BÀI TIẾP THEO
GV hướng dẫn HS sử dụng phương pháp hoạt động nhóm, đề nghị HS đề xuất và vẽ mô hình của nguyên tử, qua đó rèn luyện năng lực THTN.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
Đáp án C. Nguyên tử chứa những hạt mang điện là proton và electron.
Nhận xét về đường đi của các hạt $\alpha$:
– Đa số các hạt đi thẳng xuyên qua lá vàng.
– Một số ít hạt đi lệch hướng.
– Một số rất ít hạt bị bật trở lại.
Chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo rỗng, ở tâm có một hạt nhân có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và có khối lượng lớn.
So sánh thấy 30 cm = 10 000 lần so với 0,003 cm.
Nguyên tử nitrogen chứa 7 proton, 7 neutron $\Rightarrow$ số electron = số proton = 7.
Hạt nhân nguyên tử chứa 7 proton và 7 neutron.
Khối lượng của hạt nhân = $(7 \cdot 1,673 \cdot 10^{-27}) + (7 \cdot 1,675 \cdot 10^{-27}) = 2,3436 \cdot 10^{-26}$ (kg).
Khối lượng của electron = $7 \cdot 9,109 \cdot 10^{-31} = 6,376 \cdot 10^{-30}$ (kg).
Khối lượng của nguyên tử = $2,3436 \cdot 10^{-26} + 6,376 \cdot 10^{-30} = 2,3442 \cdot 10^{-26}$ (kg).
Tỉ lệ $\frac{\text{khối lượng hạt nhân}}{\text{khối lượng nguyên tử}} = \frac{2,3436 \cdot 10^{-26}}{2,3442 \cdot 10^{-26}} = 0,9997$.
Tỉ lệ $\frac{\text{khối lượng vỏ nguyên tử}}{\text{khối lượng hạt nhân}} = \frac{6,376 \cdot 10^{-30}}{2,3436 \cdot 10^{-26}} = 2,56 \cdot 10^{-4}$.
Nhận xét: Khối lượng electron rất nhỏ, không đáng kể so với khối lượng nguyên tử và khối lượng nguyên tử tập chung chủ yếu ở hạt nhân.
Điện tích hạt nhân = số proton = số electron = 13.
Số neutron = số khối – số proton = $27 - 13 = 14$.

Bài 2. Nguyên tố hoá học I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Trình bày được khái niệm về nguyên tố hoá học, số hiệu nguyên tử và kí hiệu nguyên tử. – Phát biểu đượ

Nguyên tố nhẹ nhất hydrogen (có ba loại nguyên tử là hydrogen, deuterium và tritium), là nguyên tố đầu tiên xuất hiện trong Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Tất cả các nguyên tố nặng hơn được tạo ra thông qua hàng loạt các quá trình khác nhau của tổng hợp hạt nhân.
Mỗi nguyên tố hoá học đều có một tên gọi và kí hiệu riêng để dễ nhận biết. Tên gọi chính thức của các nguyên tố hoá học được quy định bởi Liên đoàn Quốc tế về Hoá học cơ bản và Hoá học ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC). Tổ chức này thường chấp nhận tên gọi mà người (hay tổ chức) phát hiện ra nguyên tố đã lựa chọn. Tuy nhiên, khi có tranh cãi về việc nhóm nghiên cứu nào thực sự tìm ra nguyên tố, việc đặt tên có thể bị chậm trễ, ví dụ một số nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 104 trở lên bị chậm trễ công nhận tên gọi chính thức trong một thời gian dài. Mỗi nguyên tố hoá học có một kí hiệu hoá học được quy định dùng thống nhất trên toàn thế giới, dựa trên cơ sở tên gọi của nguyên tố, phần lớn là viết tắt theo tên gọi La-tinh. Ví dụ: Carbon có kí hiệu hoá học C, sodium có kí hiệu hoá học Na từ tên gọi La-tinh natrium. Kí hiệu hoá học của nguyên tố được thống nhất trên toàn thế giới trong khi tên gọi thông thường của nó khi chuyển sang một ngôn ngữ khác thì phần lớn không giống nhau.
Nguyên tử của các nguyên tố có thể kết hợp với nhau để tạo thành các đơn chất hay hợp chất hoá học dưới các trạng thái tập hợp phân tử hay tinh thể (đơn nguyên tử hay hai nguyên tử hoặc đa nguyên tử). Một nguyên tố có thể tồn tại ở nhiều dạng đơn chất khác nhau gọi là hiện tượng thù hình. Ví dụ, nguyên tố oxygen có thể tồn tại dưới dạng oxygen (O$_2$), ozone (O$_3$). Trong phần lớn các trường hợp, hợp chất vô cơ và hợp chất hữu cơ có thành phần, cấu trúc và tính chất đặc trưng cố định.
2. Kí hiệu nguyên tử
Liên đoàn Quốc tế về Hoá học cơ bản và Hoá học ứng dụng (IUPAC) là nơi đưa ra các khuyến nghị về danh pháp cho các nguyên tố và hợp chất hoá học, cũng như các hằng số hay giá trị liên quan,...
Tên khoa học của các đồng vị được viết với tên của nguyên tố kèm theo là dấu gạch nối và số khối. Ví dụ: helium–3, carbon–12, carbon–14, iodine–131, uranium–238,...
Ở dạng kí hiệu ${}{Z}^{A}\text{E}$ (trong đó A – số khối, Z – số hiệu nguyên tử và E – kí hiệu hoá học của nguyên tố), số khối được viết ở vị trí chỉ số trên và số hiệu nguyên tử viết ở vị trí chỉ số dưới ngay trước kí hiệu hoá học của nguyên tố. Ví dụ: ${}{2}^{4}\text{He}$; ${}{6}^{12}\text{C}$; ${}{6}^{14}\text{C}$; ${}_{92}^{235}\text{U}$,... Ngoài ra, có thể dùng kí hiệu rút gọn là $^{\text{A}}\text{E}$, vì số hiệu nguyên tử Z đã được đặc trưng rõ bằng kí hiệu hoá học E. Ví dụ: $^4\text{He}$, $^{12}\text{C}$, $^{14}\text{C}$, $^{131}\text{I}$, $^{238}\text{U}$.
Trong phương trình phản ứng hạt nhân, kí hiệu ${}_{Z}^{A}\text{E}$ cho hình dung trực quan tốt hơn.
Ví dụ: ${}{7}^{14}\text{N} + {}{0}^{1}\text{n} \longrightarrow {}{7}^{14}\text{C} + {}{1}^{1}\text{p}$.

3. Đồng vị
Đồng vị là các dạng tồn tại của một nguyên tố hoá học, trong đó hạt nhân nguyên tử có cùng số proton nhưng có chứa số neutron khác nhau và do đó có số khối khác nhau.
Thuật ngữ "đồng vị" (isotope) được hình thành từ tiếng Hy Lạp isos (ἴσος "cùng") và topos (τόπος "chỗ"), có nghĩa là "cùng một chỗ", để nói rằng các đồng vị khác nhau của một nguyên tố đều chiếm vị trí duy nhất trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học (hay bảng tuần hoàn).
Số proton trong hạt nhân nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử và bằng số electron của nguyên tử. Mỗi số hiệu nguyên tử xác định một nguyên tố cụ thể và các nguyên tử của nguyên tố đó có thể có số lượng các neutron khác nhau. Số lượng các nucleon (tên gọi chung cho proton và neutron) trong hạt nhân là số khối của nguyên tử, tức là mỗi đồng vị của một nguyên tố có một số khối riêng biệt.
Ví dụ: $^{12}$C, $^{13}$C và $^{14}$C là ba đồng vị của nguyên tố carbon có số nucleon tương ứng là 12, 13 và 14. Số proton trong nguyên tử carbon là 6 nên số neutron của các đồng vị tương ứng là 6, 7 và 8.
Một số đồng vị có tính phóng xạ và do đó được gọi là đồng vị phóng xạ, trong khi những đồng vị còn lại chưa bao giờ được quan sát thấy sự phân rã phóng xạ, được gọi là đồng vị bền. Ví dụ: $^{14}$C là một đồng vị phóng xạ của carbon, trong khi $^{12}$C và $^{13}$C là các đồng vị bền. Có khoảng 339 đồng vị xuất hiện tự nhiên trên Trái Đất, trong đó 286 là đồng vị nguyên thuỷ, có nghĩa là chúng đã tồn tại từ khi hình thành Hệ Mặt Trời. Đồng vị nguyên thuỷ bao gồm 34 đồng vị có chu kì bán rã rất dài (trên 100 triệu năm) và 252 đồng vị được chính thức coi là đồng vị bền.
4. Khối lượng nguyên tử và nguyên tử khối
a) Khối lượng nguyên tử
Các nhà khoa học đầu tiên xác định được khối lượng nguyên tử tương đối là John Dalton và Thomas Thomson (người Scotland) vào khoảng những năm 1803 – 1805 và Jöns Jakob Berzelius (người Thuỵ Điển) vào khoảng những năm 1808 – 1826. Khối lượng nguyên tử tương đối ban đầu được định nghĩa là khối lượng của nguyên tử so với khối lượng của nguyên tố nhẹ nhất, hydrogen, được tính là 1,00. Trong những năm 1820, giả thuyết Prout cho rằng khối lượng nguyên tử của tất cả nguyên tố là một bội số của khối lượng nguyên tử hydrogen. Tuy nhiên, J. J. Berzelius đã chứng minh rằng điều này là sai vì một số nguyên tố như chlorine, khối lượng nguyên tử tương đối vào khoảng 35,5 nằm gần như chính giữa hai bội số nguyên của khối lượng hydrogen. Sau này, điều đó được chứng minh là khối lượng nguyên tử trung bình của hỗn hợp nhiều đồng vị, còn nguyên tử khối của mỗi đồng vị vẫn là bội số của khối lượng hydrogen với sai số trong khoảng 1%.
Trong thập kỉ 1860, Stanislao Cannizzaro (người Italia) đưa ra một định luật để xác định khối lượng nguyên tử tương đối của các nguyên tố: lượng chất khác nhau của cùng một nguyên tố chứa trong những phân tử khác nhau là các bội số nguyên của trọng lượng

nguyên tử và xác định khối lượng nguyên tử và phân tử tương đối qua việc so sánh mật độ hơi của một hỗn hợp khí chứa phân tử của một hay nhiều nguyên tố cần đo đạc.
Trong thế ki XX, trước những năm 1960, các nhà hoá học và vật lí sử dụng hai thang đo nguyên tử khối khác nhau. Các nhà hoá học dùng "đơn vị nguyên tử khối" (amu) sao cho hỗn hợp tự nhiên các đồng vị của oxygen, trong khi các nhà vật lí gán con số 16 làm nguyên tử khối của đồng vị oxygen phổ biến nhất ($^{16}$O, gồm 8 proton và 8 neutron). Tuy nhiên, vì oxygen-17 và oxygen-18 cũng có trong tự nhiên, điều này dẫn đến hai thang đo khác nhau cho khối lượng nguyên tử. Thang đo thống nhất dựa trên carbon-12, đáp ứng nhu cầu của các nhà vật lí về thang đo dựa theo một đồng vị duy nhất, trong khi vẫn có giá trị gần bằng thang đo của các nhà hoá học.
Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử (cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử). Trong nguyên tử, khối lượng của proton và neutron đều xấp xỉ 1,0 amu, còn khối lượng của electron nhỏ hơn rất nhiều (0,00055 amu) nên có thể coi nguyên tử khối xấp xỉ "số khối" của hạt nhân.
Về giá trị, khối lượng nguyên tử và khối lượng nguyên tử tương đối xấp xỉ nhau. Sự khác biệt duy nhất là khối lượng nguyên tử tương đối không có đơn vị, vì nó biểu diễn tỉ lệ khối lượng của một nguyên tử carbon–12 với đơn vị khối lượng nguyên tử (1 amu = $\frac{1}{12}$m$_{carbon-12}$).
Nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố có nhiều đồng vị phụ thuộc vào phần trăm số nguyên tử và nguyên tử khối của các đồng vị. Giá trị của nó thường xấp xỉ nguyên tử khối của đồng vị phổ biến nhất, chứ không phải là vì sự khác biệt khi làm tròn.
b) Nguyên tử khối
Nguyên tử khối luôn gần bằng một số nguyên nhưng không bao giờ có giá trị nguyên (trừ $^{12}$C) vì hai lí do chính:
– Proton và neutron có khối lượng khác nhau và những đồng vị khác nhau có ti lệ proton và neutron khác nhau.
– Nguyên tử khối bị giảm do năng lượng liên kết hạt nhân.
Tỉ lệ giữa nguyên tử khối và số khối (số hạt trong hạt nhân) nằm trong khoảng từ 0,99884 với $^{56}$Fe và 1,00782505 với $^{1}$H.
c) Sự hao hụt khối lượng nguyên tử (độ hụt khối)
Nguyên tử khối của nguyên tử, ion, hay hạt nhân nguyên tử nhỏ hơn một chút so với tổng khối lượng của các proton, neutron và electron cấu thành nên nó, do có sự mất mát khối lượng từ năng lượng liên kết (theo công thức E = mc$^2$).
Ví dụ: Hạt nhân lithium có khối lượng = 7,01601 amu. Hãy tính năng lượng liên kết riêng của hạt nhân lithium. Cho khối lượng proton và neutron lần lượt là 1,00724 amu và 1,00862 amu. Biết 1 amu = 931,5 $\frac{\text{MeV}}{\text{c}^2}$. Nguyên tử Li chứa 3 proton và 4 neutron.
Khối lượng của 3p + 4n = 1,00724$\cdot$3 +1,00862$\cdot$4 = 7,0562 (amu).

$Độ hụt khối lượng $\Delta m = 7,0562 - 7,01601 = 0,04019$ (amu). $E = \Delta m \cdot c^2 = 0,04019 \cdot 931,5 = 37,44$ (MeV). Năng lượng liên kết riêng trung b$

Độ hụt khối lượng $\Delta m = 7,0562 - 7,01601 = 0,04019$ (amu).
$E = \Delta m \cdot c^2 = 0,04019 \cdot 931,5 = 37,44$ (MeV).
Năng lượng liên kết riêng trung bình $= \frac{37,44}{7} = 5,35$ (MeV/ nucleon).
Bất kì sự hao hụt khối lượng nào do năng lượng liên kết hạt nhân chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng khối lượng các nucleon tự do. So với khối lượng trung bình của mỗi nucleon trong $^{12}$C, là một nguyên tử có liên kết tương đối mạnh, hao hụt khối lượng chỉ là một phần nhỏ của 1 amu. Do proton và neutron tự do có khối lượng khác nhau rất ít (khoảng 0,0014 amu), làm tròn khối lượng đồng vị tương đối, hoặc nguyên tử khối của bất kì đồng vị nào (tính theo amu) luôn cho ta số hạt trong nhân, hay số khối.
Việc đo đạc và so sánh khối lượng của nguyên tử được thực hiện bằng phương pháp phổ khối.
5. Ứng dụng của đồng vị phóng xạ
a) Trong y học
"Liệu pháp cobalt" được dùng trong y học để chữa một số dạng ung thư dựa vào khả năng làm giảm khối u của tia $\gamma$ ($^{60}$Co phân rã tạo ra hạt $\beta$, tia $\gamma$ có $t_{1/2} = 5,27$ năm).
$${27}^{60}\text{Co} \longrightarrow {28}^{60}\text{Ni} + {-1}^{0}\text{e} + {0}^{0}\gamma$$
$^{24}$Na hay $^{113}$In được dùng trong kiểm tra máu.
$^{201}$Tl (thallium) và $^{99}$Tc (technetium) được dùng trong kiểm tra tim, phổi.
Phương pháp PET dùng các đồng vị có thời gian sống ngắn như $^{11}$C ($t{1/2} = 26,4$ phút); $^{13}$N ($t{1/2} = 9,98$ phút); $^{15}$O ($t{1/2} = 2,05$ phút); $^{8}$F ($t{1/2} = 110$ phút) để chữa một số bệnh ung thư.
b) Trong nông nghiệp
Kĩ thuật phóng xạ dùng để:
– Bảo quản nông sản.
– Triệt sản các sâu bọ, côn trùng gây hại cho cây trồng.
– Kích thích sự nảy mầm ở thời điểm thích hợp của một số giống cây trồng hoặc dùng các đồng vị đánh dấu nghiên cứu các giai đoạn phát triển của thực vật quý hiếm.
c) Trong công nghiệp
– Kiểm tra chất lượng sản phẩm, thiết bị, công trình xây dựng bằng tia phóng xạ thích hợp.
– Máy kích thích nhịp tim sử dụng $^{238}$Pu (plutonium) làm nhiên liệu rất gọn nhẹ và dễ sử dụng.
– Các động cơ của một số thiết bị nghiên cứu vũ trụ hoặc các cực của Trái Đất sử dụng đồng vị $^{210}$Po và $^{242}$Cf hoạt động được nhiều năm mà chỉ tiêu thụ một lượng nhỏ nhiên liệu.
d) Trong nghiên cứu khoa học
– Một số đồng vị đánh dấu được dùng để nghiên cứu các phản ứng khó theo dõi.

$Ví dụ: Sử dụng $^{35}S^{2-}$ để khảo sát cân bằng hoá học: CoS (rắn) $\xrightleftharpoons[]{}$ Co$^{2+}$ (dd) + S$^{2-}$ (dd) Phản ứng quang hợp: 6CO$_2$ + 6H$_$

Ví dụ: Sử dụng $^{35}S^{2-}$ để khảo sát cân bằng hoá học:
CoS (rắn) $\xrightleftharpoons[]{}$ Co$^{2+}$ (dd) + S$^{2-}$ (dd)
Phản ứng quang hợp:
6CO$_2$ + 6H$_2$O $\xrightarrow[\text{diệp lục tố}]{\text{ánh sáng mặt trời}}$ C$6$H${12}$O$_6$ + 6O$_2$ (sử dụng $^{14}$CO$_2$)
– Điều chế các nguyên tố hoá học có Z $\geq$ 93.
e) Định tuổi (niên đại) cổ vật
Ví dụ 1: Một mẫu đá chứa 17,4 µg $^{238}$U và 1,45 µg $^{206}$Pb (biết $^{238}$U có t$_{1/2}$ = 4,51$\cdot$10$^9$ năm).
Động học phản ứng phóng xạ cho: hằng số phóng xạ $\lambda = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}$ và t (niên đại) = $\frac{1}{\lambda}\ln \frac{m_o}{m}$.
Ta có liên hệ $\frac{A(U)}{A(Pb)} = \frac{m(U)}{m(Pb)} \Rightarrow$ tính được m$_o \Rightarrow$ t = 6,58$\cdot$10$^8$ năm.
Ví dụ 2: Một mẫu than hoá thạch có tốc độ phân huỷ $^{14}$C là 13,6 (tính cho 1,0 gam C trong 1,0 giây). Biết $^{14}$C có t$_{1/2}$ = 5730 năm. Cơ sở của phương pháp định tuổi này là:
– Trong tự nhiên $^{14}$C được tạo thành từ phản ứng: $^{14}_7$N + $^{1}_0$n $\longrightarrow$ $^{14}_6$C + $^{1}_1$H
– Khi bị phân rã $^{14}$C tạo ra: $^{14}_6$C $\longrightarrow$ $^{14}7$N + $^{0}{-1}\beta$
Vì $^{14}$C được tạo thành rồi bị phân huỷ đều với tốc độ xác định nên trong khí quyển có chứa lượng $^{14}$CO$_2$ xác định, do đó, luôn có một lượng nhỏ xác định $^{14}$C trong cơ thể động, thực vật sống. Khi động, thực vật chết đi, lượng $^{14}$C bị giảm (mà không được bù lại).
t (niên đại) = $\frac{1}{\lambda}\ln \frac{R_o}{R}$ (R$_o$ là số $^{14}$C phân huỷ khi động, thực vật sống = 15,3 và R là số $^{14}$C phân huỷ khi động, thực vật chết, tại điểm được phát hiện là 13,6). Thay số tính được t = 974 năm.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Do khái niệm "nguyên tố hoá học" là trừu tượng nên để HS có đủ thông tin, GV có thể trình bày khái niệm "đồng vị" trước, dựa trên các ví dụ cụ thể về đồng vị (nhiều nguyên tử cùng loại) để HS suy ra khái niệm về nguyên tố hoá học.
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK, thảo luận trong nhóm và lần lượt các nhóm trình bày ý kiến trước lớp; sau đó các nhóm khác phản biện. Cuối cùng GV giúp HS rút ra kết luận chung.
Trong phần "nguyên tử khối trung bình", có thể cho HS giải quyết những bài tính đơn giản dựa trên một số kết quả về phổ khối lượng nhằm tạo niềm tin khoa học cho HS.

Hoạt động 1. NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Yêu cầu HS nêu nhận xét cặp ba nguyên tử H (Z = 1; A = 1); D (Z = 1; A = 2) và T (Z = 1; A = 3) có gì giống và khác nhau, từ đó rút ra kết luận về khái niệm "nguyên tố hoá học".
Hoạt động củng cố: Sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Hoạt động 2. KÍ HIỆU NGUYÊN TỬ
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH bằng cách sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện thêm năng lực GHTH.
GV đưa ra kí hiệu một nguyên tử và yêu cầu HS nêu nhận xét các yếu tố trong kí hiệu đã cho là gì? Từ đó vẽ ra một sơ đồ chung.
Hoạt động củng cố: Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ và năng lực VDKT bằng cách: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Hoạt động 3. ĐỒNG VỊ
GV cho HS đọc SGK, lưu ý Hình 2.2, sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GHTH: gợi ý HS nhận xét sự khác nhau của các nguyên tử cùng loại này.
GV hướng dẫn HS kết luận về khái niệm "đồng vị" qua việc sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở để rèn luyện năng lực NTHH:
– Có thể giới thiệu một số cặp đồng vị khác như: $^{12}$C, $^{13}$C, $^{14}$C (không bền) và $^{234}$U, $^{235}$U, $^{238}$U.
– Lưu ý HS đến sự khác nhau về tính chất vật lí của các đồng vị.
Hoạt động củng cố: Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ và năng lực VDKT bằng cách: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Ví dụ 1: Nêu sự khác nhau giữa các đồng vị $^{16}{8}$O, $^{17}{8}$O và $^{18}_{8}$O.
Ví dụ 2: Silicon (Z = 14) là nguyên tố rất có ích và cần thiết cho nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là vật liệu bán dẫn trong công nghiệp điện tử. Hãy xác định số proton, số electron và số neutron trong nguyên tử của mỗi đồng vị: $^{28}$Si; $^{29}$Si; $^{30}$Si.
Hoạt động 4. NGUYÊN TỬ KHỐI
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Gợi ý HS tính khối lượng nguyên tử bằng cách tính tổng khối lượng proton, electron và neutron theo amu.
– Hướng dẫn HS so sánh tổng khối lượng electron với khối lượng nguyên tử để thấy khối lượng của electron rất nhỏ nên khối lượng nguyên tử $\approx$ tổng khối lượng proton + neutron.
Sử dụng phương pháp hợp tác nhóm, GQVĐ và rèn luyện năng lực GHTH để tìm câu trả lời: khối lượng nguyên tử tính theo cách trên khác biệt gì với "số khối". Từ đó dẫn đến khái niệm "nguyên tử khối".

$Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở để rèn luyện năng lực GQVD: – Bằng phương pháp phổ khối cho thấy chlorine có 2 đồng vị $^{35}$Cl và $^{37}$Cl với tỉ lệ số$

Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở để rèn luyện năng lực GQVD:
– Bằng phương pháp phổ khối cho thấy chlorine có 2 đồng vị $^{35}$Cl và $^{37}$Cl với tỉ lệ số nguyên tử theo Hình 2.3 thì nguyên tử khối của chlorine là giá trị trung bình cộng của các số khối theo tỉ lệ số nguyên tử từ phổ khối lượng.
– Có thể hướng dẫn HS rút ra biểu thức tổng quát khi tính nguyên tử khối trung bình.
Hoạt động củng cố: Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD và năng lực VDKT bằng cách sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
Hoạt động 5. CHỐT LẠI CÁC KIẾN THỨC ĐÃ HỌC
GV sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở để HS thấy các mối quan hệ giữa: "nguyên tố hoá học và đồng vị", "nguyên tử khối và số khối", "số hiệu nguyên tử và số đơn vị điện tích hạt nhân" qua đó rèn luyện năng lực THTN.
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
Những nguyên tử L và E thuộc cùng một nguyên tố hoá học do có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân (Z = 8).
Kí hiệu một nguyên tử cho biết:
– Đó là nguyên tố nào.
– Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử, số proton và số electron của nguyên tử đó.
– Số khối của nguyên tử đó, suy ra số neutron = số khối – số proton.
Biểu diễn kí hiệu của:
a) Nitrogen: ${7}^{14}$N (số khối = 7 + 7 = 14).
b) Phosphorus: ${15}^{31}$P (số khối = 15 + 16 = 31).
c) Copper: $_{29}^{63}$Cu (số khối = 29 + 34 = 63).
a) Ba đồng vị của Si đều có số proton = số electron = 14.
và số neutron lần lượt bằng 28 – 14 = 14; 29 – 14 = 15 ; 30 – 14 = 16.
b) Ba đồng vị của Fe đều có số proton = số electron = 26.
và số neutron lần lượt bằng 54 – 26 = 28; 56 – 26 = 30 ; 57 – 26 = 31; 58 – 26 = 32.
Nguyên tử khối trung bình:
$\overline{\text{A}{\text{Ne}}} = \frac{\text{A}{\text{Ne}{(1)}} \cdot % \text{Ne}{(1)} + \text{A}{\text{Ne}{(2)}} \cdot % \text{Ne}{(2)} + \text{A}{\text{Ne}{(3)}} \cdot % \text{Ne}{(3)}}{100} = \frac{21 \cdot 1 + 20 \cdot 90 + 22 \cdot 9}{100} = 20,19.$
Trong bảng tuần hoàn, nguyên tử khối của chromium (Cr) bằng 51,996 (không phải là số nguyên) vì đó là giá trị trung bình cộng của số khối các đồng vị Cr theo tỉ lệ số nguyên tử đồng vị tương ứng xác định bằng phổ khối lượng.

Bài 3. CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON NGUYÊN TỬ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Trình bày và so sánh được mô hình của Rutherford – Bohr với mô hình hiện đại mô tả sự

III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Những ưu điểm và thiếu sót của mô hình nguyên tử Rutherford – Bohr
Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr cho phép giải thích sự tạo thành các vạch quang phổ hydrogen và tính toán tần số của các vạch đó mà suốt thời gian dài các nhà khoa học không giải đáp được.
Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr cho thấy một hình ảnh đơn giản nhưng chưa đúng về cấu tạo nguyên tử:
– Các quỹ đạo tròn và bầu dục của electron trong nguyên tử là không có cơ sở.
– Các tính toán của Bohr đúng với nguyên tử hydrogen, nhưng không áp dụng được với các nguyên tử khác.
– Không giải thích được vấn đề về liên kết hoá học.
Với các thiếu sót này, phải có mẫu nguyên tử khác phù hợp với thực tế. Tuy nhiên, mẫu nguyên tử của Bohr vẫn là bước tiến đầu tiên trong việc xây dựng lí thuyết cấu tạo nguyên tử.
2. Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử
Vật lí học đầu thế kỉ XX nhận thấy không thể áp dụng cơ học nghiên cứu chuyển động của các hạt vĩ mô dựa vào các định luật cơ học cổ điển của Isaac Newton (người Anh) vào việc nghiên cứu các hạt vi mô như electron, proton, neutron, nguyên tử,...
Nhờ công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Maurice de Broglie (người Pháp); Werner Heisenberg (người Đức); Erwin Schrödinger (người Áo); Wolfgang Ernst Pauli (người Áo),... cơ học lượng tử ra đời để nghiên cứu chuyển động của các hạt vi mô. Giải phương trình cơ lượng tử thu được các kết quả sau:
– Xác định được các mức năng lượng của electron trong nguyên tử.
– Tính được xác suất có mặt của electron trong nguyên tử ở một vị trí nào đó tại một thời điểm nào đó.
– Tính được khoảng cách trung bình giữa electron và hạt nhân nguyên tử.
a) Chuyển động của electron xung quanh hạt nhân
Electron trong nguyên tử chuyển động không ngừng với tốc độ rất lớn xung quanh hạt nhân. Cơ học lượng tử cho biết không thể xác định được quỹ đạo của electron trong nguyên tử. Ta chỉ có thể hình dung theo hai cách sau:
– Trong một thời gian, nếu ta chụp được một lượng rất lớn những tấm ảnh về electron và chồng các âm bản lên nhau sao cho trùng hạt nhân rồi rửa ảnh thì hình ảnh thu được giống như một đám mây gồm số rất lớn các dấu chấm (mỗi dấu chấm biểu thị một vị trí của electron). Mật độ các dấu chấm dày đặc hơn ở gần hạt nhân chứng tỏ electron thường xuyên ở gần hạt nhân hơn.
– Vùng không gian xung quanh hạt nhân mà ở đó xác suất có mặt electron là lớn nhất được gọi là orbital. Xác suất tìm thấy electron trong một orbital là 90%, tức là trong 100 tấm ảnh có 90 tấm thấy có electron.

Trạng thái của electron trong nguyên tử được xác định bởi một tổ hợp 4 số lượng tử. Các số lượng tử đó phù hợp với các kết luận rút ra từ thực nghiệm.
b) Các số lượng tử
Trạng thái của electron trong nguyên tử được xác định bằng 4 số lượng tử: n, l, m, s.
Số lượng tử chính n: cho biết electron thuộc lớp nào trong nguyên tử và được kí hiệu:
N, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Lớp, K, L, M, N, O, P, Q
– Số lượng tử chính xác định mức năng lượng trung bình của electron trên lớp thứ n theo:
$E_n = -\frac{Z^2}{n^2} \cdot R$ (trong đó Z là điện tích hạt nhân, R là hằng số Rydberg = $13,6$ eV)
Trong phương trình, dấu (–) ở vế phải biểu thị tương tác hút giữa hạt nhân và electron.
Khi n = 1, electron ở gần hạt nhân nhất, $E_n$ có trị số nhỏ nhất và electron ở mức năng lượng thấp nhất (liên kết chặt chẽ nhất với hạt nhân nguyên tử).
Khi n tăng, trị số $E_n$ lớn hơn thì electron ở các lớp ngoài ở mức năng lượng cao hơn.
– Số lượng tử chính n cũng cho biết khoảng cách trung bình giữa electron và hạt nhân nguyên tử, khoảng cách tăng khi n tăng.
Số lượng tử phụ l: cho biết electron thuộc phân lớp nào trong nguyên tử và được kí hiệu:
l, 0, 1, 2, 3, ($n-1$)
Phân lớp, s, p, d, f, ...
– Cùng với số lượng tử chính, số lượng tử phụ xác định mức năng lượng của electron trong nguyên tử, đồng thời xác định hình dạng của orbital (nên còn gọi là số lượng tử orbital).
– Đối với một lớp n, giá trị của l từ 0 đến ($n-1$). Ví dụ:
Với lớp thứ nhất, n = 1 thì l có 1 giá trị là l = 0 (phân lớp s hay orbital s).
Với lớp thứ hai, n = 2 thì l có 2 giá trị là l = 0 (phân lớp s) và l = 1 (phân lớp p hay orbital p)
Với lớp thứ ba, n = 3 thì l có 3 giá trị là l = 0 (phân lớp s), l = 1 (phân lớp p) và l = 2 (phân lớp d hay orbital d).
Với lớp thứ tư, n = 4 thì l có 4 giá trị là l = 0 (phân lớp s), l = 1 (phân lớp p), l = 2 (phân lớp d) và l = 3 (phân lớp f hay orbital f).
– Orbital s có dạng hình cầu, orbital p có dạng số 8 nổi, các orbital d và f có dạng phức tạp hơn.

Số lượng tử từ m: xác định sự định hướng của các orbital trong không gian, quy định số orbital trong cùng một phân mức năng lượng. Như vậy có tổng cộng $(2l + 1)$ giá trị của m từ $-l, ..., 0, ..., +l$.
Ví dụ: $l = 0$, m chỉ có 1 giá trị m = 0 ứng với một orbital s.
$l = 1$, m có 3 giá trị m = $(-1, 0, +1)$ ứng với 3 orbital p.
$l = 2$, m có 5 giá trị m = $(-2, -1, 0, +1, +2)$ ứng với 5 orbital d.
$l = 3$, m có 7 giá trị m = $(-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)$ ứng với 7 orbital f.
– Mỗi orbital được đặc trưng đầy đủ bằng một bộ ba số lượng tử n, l, m.
Ví dụ: orbital s của nguyên tử hydrogen được đặc trưng bởi n = 1, l = 0 và m = 0.
– Khi không có từ trường ngoài thì năng lượng chủ yếu phụ thuộc vào hai số lượng tử n và l. Vì thế, để biểu thị một orbital không dùng cả ba số lượng tử trên mà thường chỉ dùng n và l.
Ví dụ: orbital 1s (n = 1, l = 0); orbital 2p (n = 2, l = 1).
Số lượng tử spin s: khi nghiên cứu cấu trúc tinh vi của các vạch quang phổ nguyên tử thấy cần đưa thêm số lượng tử spin (kí hiệu s), đặc trưng cho chuyển động riêng của electron. Momen động lượng riêng của electron do sự "tự quay" theo hai hướng (thuận chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ) quanh một trục tưởng tượng của nó.
Số lượng tử spin có hai giá trị: $s = +\frac{1}{2}$ và $s = -\frac{1}{2}$.
Tổ hợp 4 số lượng tử nói trên đặc trưng đầy đủ cho trạng thái của electron trong nguyên tử.
Biết hình dạng của các orbital và các giá trị năng lượng tương ứng cho phép giải thích nhiều tính chất của nguyên tử cô lập cũng như bản chất của liên kết hoá học giữa các nguyên tử đó.
c) Thứ tự các mức năng lượng của các orbital
Trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản (không bị kích thích) nếu xếp các mức năng lượng tăng dần thì nói chung năng lượng của các orbital thuộc lớp bên ngoài cao hơn năng lượng của các orbital thuộc lớp bên trong. Lí thuyết và thực nghiệm cung cấp thứ tự tăng dần năng lượng của các orbital như sau:
$1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d...$
Hình 3.1. Các mức năng lượng của các orbital

3. Cơ sở thực nghiệm cho biết sự sắp xếp electron trong nguyên tử
a) Bản chất của ánh sáng
Ánh sáng và sóng
– Ánh sáng lan truyền trong không gian tương tự như sự chuyển động của sóng trên mặt nước. Sóng ánh sáng có nhiều tính chất tương tự như sóng nước, khi làm gợn sóng trong một hộp đựng nước bằng thuỷ tinh sẽ quan sát thấy mặt cắt của sóng nước.
Hình 3.2. Chuyển động của sóng trên mặt nước
Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp gọi là độ dài sóng hay (kí hiệu $\lambda$ – đọc là lamđa). Tần số là số ngọn sóng qua một điểm nào đó trong một đơn vị thời gian (kí hiệu v – đọc là nuy). Nếu đơn vị thời gian là giây (s) thì đơn vị tần số là hec (kí hiệu Hz) hay đơn giản là $s^{-1}$. Nếu có 4 ngọn sóng đi qua một điểm nào đó trong thời gian 1 giây thì tần số sóng là 4 Hz hay 4 $s^{-1}$.
– Tốc độ truyền sóng là tốc độ chuyển dời của một ngọn sóng. Nếu bước sóng $\lambda = 1$ cm và tần số $v = 4$ $s^{-1}$ thì ngọn sóng chuyển dời 4 cm·$s^{-1}$. Tốc độ truyền sóng = $\lambda \cdot v$ (khi tốc độ truyền sóng bằng nhau, bước sóng càng ngắn thì tần số càng lớn).
– Tốc độ của ánh sáng trong chân không (kí hiệu c), $c = \lambda \cdot v = 3,00 \cdot 10^8$ m·$s^{-1}$. Nếu cho chùm ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) đi qua một lăng kính thuỷ tinh, nó sẽ bị phân giải thành một dải liên tục đủ các màu từ đỏ đến tím (cầu vồng) gọi là quang phổ liên tục. Các màu khác nhau có bước sóng khác nhau, do ánh sáng truyền đi với tốc độ như nhau đối với mọi bước sóng nên hệ thức $c = \lambda \cdot v$ cũng được dùng để tính tần số của mỗi bước sóng riêng biệt.
– Dải bước sóng của ánh sáng nhìn thấy từ 4 000 Å (tím) đến 7 500 Å (đỏ). Nếu bước sóng ánh sáng ngắn hơn 4 000 Å thì mắt người không nhìn thấy được và gọi đó là tia tử ngoại. Nếu bước sóng ánh sáng dài hơn 7 500 Å thì mắt người cũng không nhìn thấy được và gọi đó là tia hồng ngoại.
Ví dụ: Tần số ánh sáng "tím" là $7,31 \cdot 10^{14}$ $s^{-1}$ và tần số ánh sáng "đỏ" là $4,57 \cdot 10^{14}$ $s^{-1}$ thì bước sóng của mỗi màu là:
$$\lambda_{tím} = \frac{3,00 \cdot 10^8 \text{ m}\cdot\text{s}^{-1}}{7,31 \cdot 10^{14} \text{ s}^{-1}} = 4,10 \cdot 10^{-7} \text{ m (4 100 Å)}.$$
$$\lambda_{đỏ} = \frac{3,00 \cdot 10^8 \text{ m}\cdot\text{s}^{-1}}{4,57 \cdot 10^{14} \text{ s}^{-1}} = 6,56 \cdot 10^{-7} \text{ m (6 580 Å)}.$$

Bản chất hạt của ánh sáng
– Trong một số trường hợp, ánh sáng có thể coi gồm những hạt gọi là photon. Theo Max Planck (người Đức) mỗi photon ánh sáng mang một năng lượng riêng gọi là lượng tử năng lượng. Mỗi lượng tử năng lượng của photon phụ thuộc vào màu của ánh sáng. Năng lượng của photon được xác định bởi phương trình Planck:
$$E = h\cdot v \text{ hay } E = \frac{hc}{\lambda}$$
Trong đó: h là hằng số Planck = $6,63\cdot 10^{-34}$ J.s.
Ví dụ: Tần số ánh sáng "tím" là $7,31\cdot 10^{14}$ s$^{-1}$ và tần số ánh sáng "đỏ" là $4,57\cdot 10^{14}$ s$^{-1}$ thì năng lượng mỗi photon trong mỗi màu ánh sáng là:
$E_{tím} = (6,63\cdot 10^{-34} \text{ J.s}) \cdot (7,31.10^{14} \text{ s}^{-1}) = 4,85\cdot 10^{-19} \text{ J}$.
$E_{đỏ} = (6,63\cdot 10^{-34} \text{ J.s}) \cdot (4,57.10^{14} \text{ s}^{-1}) = 3,03\cdot 10^{-19} \text{ J}$.
Như vậy, photon của ánh sáng tím có năng lượng lớn hơn photon của ánh sáng đỏ.
b) Quang phổ nguyên tử
– Sự tạo thành các vạch quang phổ
Khi phóng điện với hiệu điện thế cao qua một chất khí trong ống chân không có áp suất rất thấp (khoảng 1 mmHg), khí sẽ phát ra ánh sáng có màu đặc trưng. Cho ánh sáng đó đi qua một lăng kính, nó sẽ bị phân giải thành một số vạch tương đối đơn giản. Mỗi vạch quang phổ phát xạ ứng với ánh sáng có bước sóng riêng. Màu của một số vạch rõ nhất trong vùng quang phổ nhìn thấy được.
Hình 3.3. Thí nghiệm phát hiện quang phổ vạch của hydrogen
Quang phổ của nguyên tử hydrogen (trong vùng nhìn thấy) gồm 4 vạch sáng nhất là: vạch đỏ (kí hiệu H${\alpha}$), vạch lục (kí hiệu H${\beta}$), vạch chàm (kí hiệu H${\gamma}$), vạch tím (kí hiệu H${\delta}$).
Hình ảnh quang phổ nguyên tử của hydrogen, nitrogen và neon cho thấy quang phổ nguyên tử của mỗi nguyên tố hoá học có một số vạch đặc trưng riêng cho nguyên tố đó. Các quang phổ cũng giống như vân tay của con người, giúp nhận dạng được các nguyên tố khác nhau trong một mẫu vật cho dù chỉ là dấu vết.

– Giải thích sự tạo thành các vạch quang phổ
Những dữ kiện thực nghiệm đặt ra các câu hỏi:
– Các vạch quang phổ là do nguyên nhân gì?
– Vì sao mỗi nguyên tố chỉ phát ra ánh sáng có bước sóng xác định?
Rõ ràng, các electron trong một nguyên tử chỉ chiếm một số mức năng lượng nhất định. Ở điều kiện thường, các electron trong nguyên tử chiếm những mức năng lượng thấp nhất, khi nhận năng lượng từ bên ngoài kích thích (đốt nóng, phóng điện,...) các electron có thể đạt tới mức năng lượng cao hơn, khi đó nguyên tử ở trạng thái kích thích. Trạng thái này rất không bền (chỉ tồn tại khoảng 1/100 triệu giây hoặc ngắn hơn) nên electron giải phóng năng lượng dư dưới dạng photon và trở về mức năng lượng thấp hơn. Hiệu giữa hai mức năng lượng này có giá trị xác định vì các mức năng lượng đó là cố định.
Vì tần số bức xạ được xác định bởi năng lượng của nó (E = h·v) nên bức xạ phát ra khi electron nhảy từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp chỉ có thể có tần số xác định, nghĩa là phát ra màu sắc xác định. Qua các dữ kiện về quang phổ vạch, có thể biết:
– Trong nguyên tử các electron chỉ chiếm một số mức năng lượng xác định (tương ứng với một lớp). Các mức năng lượng này tăng dần từ trong ra ngoài tính từ hạt nhân (n = 1 ~ K; n = 2 ~ L; n = 3 ~ M,…).
– Màu sắc của vùng nhìn thấy trong quang phổ hydrogen được tạo nên do sự nhảy của electron từ các mức năng lượng cao về mức n = 2. Ví dụ, khi electron nhảy từ mức n = 3 về mức n = 2 sẽ tạo ra vạch màu đỏ ($H_{\alpha}$ có tần số $4~568 \cdot 10^{14}~s^{-1}$ trong quang phổ hydrogen); còn khi electron nhảy từ mức n = 4 về mức n = 2 sẽ tạo ra vạch màu xanh $H_{\beta}$,…
– Khi năng lượng kích thích từ bên ngoài đủ lớn, electron có thể bị đưa đến mức năng lượng cao nhất của nguyên tử, khi đó electron bị tách ra khỏi nguyên tử và nguyên tử biến thành ion. Năng lượng cần thiết để thực hiện sự ion hoá này gọi là năng lượng ion hoá.
Đối với nguyên tử hydrogen, năng lượng cao nhất ứng với vạch có tần số $32,7 \cdot 10^{14}~s^{-1}$ được tính như sau: $E = h \cdot v = (6,63 \cdot 10^{-34}) \cdot (32,7 \cdot 10^{14})~J \cdot photon^{-1}$.
Năng lượng của một photon:
$$(6,63 \cdot 10^{-34}) \cdot (32,7 \cdot 10^{14}) \cdot \text{số Avogadro} = 1308~(kJ \cdot mol^{-1}).$$
Đó cũng là năng lượng ion hoá của nguyên tử hydrogen.
c) Năng lượng ion hoá (I)
Năng lượng ion hoá là năng lượng cần thiết để tách electron ra khỏi 1 mol nguyên tử, biến nguyên tử thành ion tích điện dương (M $\longrightarrow$ $M^{n+}$ + ne) đều ở thể khí.
Nếu nguyên tử có nhiều electron thì có thể tách 1, 2, 3,… electron và có năng lượng ion hoá thứ nhất ($I_1$), năng lượng ion hoá thứ hai ($I_2$), năng lượng ion hoá thứ ba ($I_3$),…
Ví dụ: Na $\longrightarrow$ $Na^+$ + e ($I_1$ = 494 kJ·mol$^{-1}$)
và $Na^+$ $\longrightarrow$ $Na^{2+}$ + e ($I_2$ = 4 564 kJ·mol$^{-1}$).

Năng lượng ion hoá càng nhỏ, nguyên tử càng dễ mất electron và ngược lại năng lượng ion hoá càng lớn, electron càng khó tách ra khỏi nguyên tử.
Năng lượng ion hoá $I_1 < I_2 < I_3,…$ do việc tách electron thứ hai, thứ ba không phải xảy ra đối với nguyên tử trung hoà mà xảy ra đối với ion mang điện dương nên cần nhiều năng lượng hơn.
Năng lượng ion hoá của một nguyên tử phụ thuộc vào những yếu tố: điện tích hạt nhân Z, số lượng tử chính n, mức độ chắn của các electron ở các lớp bên trong với hạt nhân và mức độ xâm nhập của các electron bên ngoài vào các orbital bên trong.
Khi nghiên cứu sâu hơn quang phổ nguyên tử và năng lượng ion hoá, nhận thấy mỗi mức năng lượng lại chia thành một số phân mức năng lượng (phân lớp).
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Sử dụng phương pháp tiên đề: HS thừa nhận một số điểm cơ bản rồi căn cứ vào đó để suy ra một số kết quả khác.
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK, thảo luận trong nhóm và lần lượt các nhóm trình bày ý kiến trước lớp, sau đó các nhóm khác phản biện. Cuối cùng GV giúp HS rút ra kết luận chung.
Trong một số phần cụ thể, có thể cho HS giải quyết những câu hỏi đơn giản (tính số electron trong một phân lớp, một lớp) và thực hành viết cấu hình electron nguyên tử.
Hoạt động 1. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ
Đưa ra hai mô hình nguyên tử: Rutherford – Bohr và theo cơ học lượng tử.
GV sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GTHT:
– Quan sát hình ảnh, video.
– GV hoàn thiện năng lực NTHH hướng dẫn để HS so sánh và rút ra nhận xét.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Do kiến thức là trừu tượng, nên GV dùng hình ảnh hoặc video và hướng dẫn HS nhận thức:
– Hình dạng orbital nguyên tử.
– Ô orbital.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD bằng hoạt động củng cố:
– Nhận biết các hình dạng orbital.
– Thực hành viết một số kiểu ô orbital: với 1 electron, 2 electron,… và khắc sâu nguyên lí loại trừ Pauli.
Ví dụ:
a) Mô tả cách sắp xếp 1 electron vào ô orbital s nào dưới đây là đúng?
A. $\boxed{\uparrow}$
B. $\boxed{\downarrow}$
C. $\boxed{\uparrow\downarrow}$

b) Mô tả cách sắp xếp 2 electron vào các ô orbital p nào dưới đây là đúng?
A. [↑] [↑] [ ]
B. [↑] [ ] [↑]
C. [↑↓] [ ] [ ]
D. [↑] [↓] [ ]
E. [↑] [ ] [↓]
G. [ ] [↑↓] [ ]
H. [ ] [↑↓] [ ]
Hoạt động 2. LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GTH T và năng lực NTHH. GV giới thiệu:
– Lớp electron: n = 1, 2, 3, 4,… tương ứng K, L, M, N,…
– Phân lớp electron: s, p, d, f,…
Có hai điều lưu ý với HS:
– Số phân lớp bằng n (ví dụ n = 3 có 3 phân lớp 3s, 3p, 3d).
– Năng lượng của electron trong cùng một lớp gần bằng nhau, nhưng electron cùng phân lớp là cùng mức năng lượng.
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở để rèn luyện năng lực NTHH.
– Giới thiệu số lượng orbital trong một phân lớp.
– Sau đó, hướng dẫn HS tự vẽ ô orbital ứng với mỗi phân lớp (nguyên lí loại trừ Pauli).
– Hướng dẫn HS liên hệ phân lớp với lớp để suy ra số orbital trong một lớp.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ bằng hoạt động củng cố:
– Tính số orbital trong một lớp.
– Tính số electron trong một phân lớp, một lớp,…
Hoạt động 3. CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Giới thiệu cấu trúc và ý nghĩa của cấu hình electron nguyên tử:
Chữ số, chữ cái, chỉ số trên.
Số thứ tự lớp electron (n), kí hiệu phân lớp electron, số electron trong phân lớp.
– Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT: theo phương pháp hoạt động nhóm.
Yêu cầu HS tự đề xuất một mô hình về cấu trúc của cấu hình electron (đơn lẻ hoặc ghép với nhau, Ví dụ: $2s^2$, $3p^1$ hay $2s^23p^1$…)
Một số cấu hình kiểu $2s^3$, $3p^7$ hay $1s^23s^22s^1$ có đúng không?
– Tiếp tục hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Nguyên lí vững bền (mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s).
Quy tắc Hund.

– Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT: theo phương pháp hoạt động nhóm.
Giúp HS sửa chữa sai sót khi viết cấu hình electron đơn lẻ hoặc ghép với nhau như trên.
2. Hướng dẫn HS tiếp tục hoàn thiện năng lực NTHH:
– Giới thiệu các bước viết cấu hình electron nguyên tử:
Xác định số electron trong nguyên tử.
Thứ tự các mức năng lượng electron.
Điền electron vào các phân lớp theo nguyên lí vững bền.
Gợi ý cách viết tắt (theo lớp) và xác định loại nguyên tố theo phân lớp (s, p, d…).
– Chuyển cấu hình electron đã viết thành cấu hình theo ô orbital.
Hướng dẫn HS tiếp tục hoàn thiện năng lực NTHH:
– Từ một số cấu hình electron nguyên tử đã viết, nêu khả năng nhường, nhận electron.
– Hướng dẫn HS rút ra nhận xét về "Đặc điểm của electron lớp ngoài cùng".
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD và năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
– Viết cấu hình electron của một số nguyên tử trong phạm vi 20 nguyên tố đầu của bảng tuần hoàn (bao gồm cả cấu hình electron theo ô orbital).
– Chỉ rõ từng phần của cấu hình electron đã viết tuân theo nguyên lí và quy tắc nào?
– Từ các cấu hình electron đã viết, cho biết nguyên tố đó thuộc loại gì (kim loại, phi kim,…).
Bài có thể tiến hành trong 2 hoặc 3 tiết, GV nên dành riêng 1 tiết cho hoạt động 3.
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử bằng hình ảnh: các electron chuyển động nhanh xung quanh khu vực gần hạt nhân không theo một quỹ đạo nhất định tạo thành đám mây electron, mật độ điện tích của đám mây electron đó lớn nhất ở khu vực mà khả năng có mặt của electron là 90%; ví dụ orbital 1s của nguyên tử hydrogen có bán kính 53 pm.
2. Đáp án C. Các orbital s có dạng hình cầu.
3. Orbital p : gồm 3 orbital $p_x$, $p_y$ và $p_z$ có dạng hình số tám nổi. Mỗi orbital có sự định hướng khác nhau trong không gian: orbital $p_x$ định hướng theo trục x, orbital $p_y$ định hướng theo trục y, orbital $p_z$ định hướng theo trục z.
4. Tổng số electron tối đa chứa trong:
a) Phân lớp p = 3·2 = 6 (mỗi AO có 2 electron, phân lớp p có 3AO).
b) Phân lớp d = 5·2 = 10 (mỗi AO có 2 electron, phân lớp d có 5AO).
5. Đáp án C. Lớp L (n = 2) có 2 phân lớp 2s và 2p, số AO = 1 + 3 = 4 nên số electron = 4·2 = 8.
Lớp M (n = 3) có 3 phân lớp 3s, 3p và 3d, số AO = 1 + 3 + 5 = 9 nên số electron = 9·2 = 18.

Bài 4. ÔN TẬP CHƯƠNG 1 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Câu, 1, 2, 3, 4, 5 Đáp án, C, C, D, C, C Câu 3. Cấu hình electron nguyên tử (có 19 electron): $1s^22s

$$1s^2 2s^2 ... 3s^2 ... 4s^1$ là 4 AO; $2p^6 3p^6$ là 6 AO nên tổng có 10 AO. Câu 5. Ta có: $2p + n = 58$ và $2p - n = 18 \Rightarrow p = e = 19$. X là nguyên t$

CHƯƠNG 2. BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC VÀ ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN Bài 5. CẤU TẠO CỦA BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: Nêu

Năm 1843, Leopold Gmelin (người Đức) đã sắp xếp được 10 bộ ba, 3 nhóm bộ bốn và 1 nhóm bộ năm.
Năm 1857, Jean-Baptiste Dumas (người Pháp) công bố công trình mô tả mối quan hệ giữa các nhóm kim loại khác nhau.
Năm 1862, Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois (người Pháp) công bố một dạng bảng tuần hoàn sơ khai, mà ông gọi là "đường xoắn telua" hay "đinh vít telua" (tiếng Pháp: vis tellurique). De Chancourtois là người đầu tiên nhận thấy tính tuần hoàn của các nguyên tố. Khi sắp xếp các nguyên tố theo một đường xoắn trên một hình ống theo khối lượng nguyên tử tăng dần, ông chỉ ra rằng các nguyên tố với tính chất tương tự nhau dường như xuất hiện theo những khoảng cách đều đặn.
Năm 1864, Julius Lothar Meyer (người Đức) công bố một bảng gồm 44 nguyên tố xếp theo hoá trị. Bảng này chỉ ra các nguyên tố với tính chất tương tự thường có chung hoá trị. Đồng thời, nhà hoá học William Odling (người Anh) cũng công bố một bảng sắp xếp 57 nguyên tố dựa trên khối lượng nguyên tử. Với một số chỗ trống và tính không đều đặn, ông nhận thấy có vẻ như có tính tuần hoàn về khối lượng nguyên tử trong số các nguyên tố đó và điều này tương ứng với các cách ghép nhóm được ghi nhận của chúng. Odling ám chỉ tới ý tưởng về một định luật tuần hoàn nhưng không theo đuổi đến cùng. Năm 1870, ông quay sang đề xuất phân loại nguyên tố dựa trên hoá trị.
Từ năm 1863 tới năm 1866, John Newlands (người Anh) công bố các bài báo nêu rõ: khi các nguyên tố được xếp theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần thì các tính chất vật lí và hoá học lặp lại theo những khoảng 8 đơn vị, ông gọi chúng là "octave" (bộ tám) theo cách gọi các quãng tám trong âm nhạc. Newlands đã đề xuất một bảng nguyên tố và dùng nó để tiên đoán sự tồn tại của những nguyên tố còn thiếu, chẳng hạn germani.
Năm 1867, Gustavus Hinrichs (người Mỹ) công bố một hệ thống tuần hoàn xoắn ốc dựa trên phổ và khối lượng nguyên tử, cùng với những tính tương đồng hoá học.
Năm 1869 và 1870, hai nhà hoá học, Dmitri Mendeleev (người Nga) và Julius Lothar Meyer độc lập với nhau đã công bố bảng tuần hoàn. Bảng của Mendeleev là phiên bản đầu tiên của ông công bố, bản của Meyer là phiên bản mở rộng của một bảng khác năm 1864. Cả hai đều xây dựng bảng bằng cách liệt kê các nguyên tố theo hàng hoặc cột, theo thứ tự khối lượng nguyên tử và bắt đầu mỗi hàng hoặc cột mới khi các tính chất của các nguyên tố bắt đầu lặp lại (tính tuần hoàn).
2. Cấu tạo của bảng tuần hoàn
– Dạng tiêu chuẩn của bảng gồm các nguyên tố được sắp xếp thành 18 cột và 7 dòng, với hai dòng kép nằm riêng nằm bên dưới cùng. Các hàng trong bảng gọi là các chu kì, trong khi các cột gọi là các nhóm, một số có tên riêng như halogen hoặc khí hiếm.
Tuỳ theo tính chất, các nguyên tố trong bảng tuần hoàn có thể chia làm các loại chính là kim loại, phi kim và á kim (á kim là nguyên tố có vẻ bề ngoài và một số tính chất vật lí gần giống kim loại, nhưng tính chất hoá học gần giống phi kim).
Các nguyên tố kim loại nằm phía dưới và bên trái của bảng.
Các nguyên tố á kim nằm theo đường chéo (B, Si, Ge, As, Sb, Te và At).

Các nguyên tố phi kim nằm phía trên và bên phải của bảng. Một hàng mới (tức một chu kì) bắt đầu khi một lớp electron mới thêm vào. Các cột (tức nhóm) được xác đ

Cột →, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 Nhóm →, IA, IIA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, VIIIB, VIIIB, IB, IIB, IIIA, IVA, VA, VIA

Hình 5.4. Bảng tuần hoàn của Theodor Benfey (1960)
Hình 5.5. Thiên hà nguyên tố của Philip Stewart (2004)
4. Những điểm chưa thống nhất
Một số nguyên tố chưa biết thuộc tính hoá học: phần lớn các nguyên tố từ số 109 trở đi đều chưa rõ về thuộc tính hoá học của chúng.
Một số điểm không thích hợp:
– Vị trí của hydrogen và helium thường được đặt ở những vị trí không tương ứng với cấu hình electron của chúng. Hydrogen nằm trên lithium trong bảng tiêu chuẩn, nhưng có khi nằm trên fluoride, hoặc thậm chí carbon vì tính chất ít nhiều tương tự với các nguyên tố này. Helium thường đặt ở trên neon, nhưng cũng có lúc nằm trên berium theo cấu hình electron ($He: 1s^2$ và $Be: [He] 2s^2$). Mặt khác, helium đặt vào khối p nhưng thực ra là một nguyên tố khối s.
– Định nghĩa của IUPAC về kim loại chuyển tiếp là những nguyên tố có nguyên tử với phân lớp d chưa hoàn thành, hoặc có thể tạo ra các cation với phân lớp d chưa hoàn thành. Theo đó tất cả các nguyên tố trong các nhóm từ IB tới VIIIB là kim loại chuyển tiếp. Tuy nhiên "nguyên tố khối d" và "kim loại chuyển tiếp" có thể hoán đổi được cho nhau, bao gồm cả nhóm IIB (zinc, cadmium, mercury), mặc dù nhóm này là ngoại lệ với các electron phân lớp d thường không tham gia vào liên kết hoá học. Thậm chí các nguyên tố nhóm IB không hình thành bất kì ion nào có phân lớp d bị chiếm giữ một phần và do đó không thể hiện bất kì tính chất nào đặc trưng cho kim loại chuyển tiếp.
– Các nhà khoa học cũng chưa biết có tất cả bao nhiêu nguyên tố. Người ta hiện không rõ liệu các nguyên tố mới có tiếp tục theo trật tự bảng tuần hoàn hiện tại, theo chu kì 8 hay không, hay sẽ cần những sự cải tiến, hiệu chỉnh thêm. Glenn T. Seaborg (người Mĩ) cho rằng chu kì 8 sẽ đi theo đúng trật tự, bao gồm một khối s hai nguyên tố cho các nguyên tố 119 và 120, một khối g mới cho 18 nguyên tố tiếp theo và 30 nguyên tố tiếp sau đó thuộc các khối f, d và p. Gần đây, một số nhà vật lí cho rằng những nguyên tố này sẽ không theo quy tắc Klechkowski về cách thức lấp đầy lớp vỏ electron và do đó sẽ ảnh hưởng tới hình dạng bảng tuần hoàn hiện tại.

IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Sử dụng phương pháp tiên đề: HS thừa nhận nguyên tắc sắp xếp của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học rồi căn cứ vào đó để suy ra cấu tạo và tính chất của bảng.
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK, thảo luận trong nhóm và lần lượt các nhóm trình bày ý kiến trước lớp; sau đó các nhóm khác phản biện. Cuối cùng GV giúp HS rút ra kết luận.
Trong một số phần cụ thể, có thể cho HS dựa vào nguyên tắc sắp xếp để đề xuất một bảng theo ý mình, nhằm tạo niềm tin khoa học cho HS.
Hoạt động 1. LỊCH SỬ PHÁT MINH BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
HS chuẩn bị đọc trước ở nhà và trên lớp sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GTHĐ.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự trong SGK để luyện tập.
Hoạt động 2. NGUYÊN TẮC SẮP XẾP CÁC NGUYÊN TỐ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để rèn luyện năng lực GTHĐ và hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– GV có thể đưa ra các yếu tố: nguyên tử khối, hoá trị, tính chất hoá học, cấu hình electron, điện tích hạt nhân,... để HS bàn luận nên chọn yếu tố nào thoả mãn nguyên tắc sắp xếp của bảng tuần hoàn.
– GV giúp HS rút ra kết luận về các yếu tố: điện tích hạt nhân, số electron hoá trị, mức năng lượng electron (hay số lớp electron) là cơ sở trong nguyên tắc sắp xếp.
Củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự trong SGK để luyện tập.
Hoạt động 3. CẤU TẠO CỦA BẢNG TUẦN HOÀN
GV treo bảng tuần hoàn lớn hoặc dùng hình ảnh ghép nối từ trên màn hình máy chiếu.
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để rèn luyện năng lực GTHĐ và hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Chiếu ô nguyên tố và đề nghị HS nêu ý nghĩa của từng dữ liệu trong ô.
– Ghép nối các ô nguyên tố theo hàng ngang, đề nghị HS viết cấu hình electron của một số nguyên tử và nêu nhận xét:
Về số hiệu nguyên tử.
Về số lớp electron, số electron lớp ngoài cùng $\Rightarrow$ hình thành khái niệm chu kì.
Về sự khác nhau giữa các chu kì.
– Ghép nối các ô nguyên tố tiếp theo cột dọc, đề nghị HS viết cấu hình electron của một số nguyên tử và nêu nhận xét:

$Về số hiệu nguyên tử. Về cấu hình electron lớp ngoài cùng $\Rightarrow$ hình thành khái niệm nhóm. Đặc điểm chung của một số nhóm. Hướng dẫn HS rèn luyện năng l$

Về số hiệu nguyên tử.
Về cấu hình electron lớp ngoài cùng $\Rightarrow$ hình thành khái niệm nhóm.
Đặc điểm chung của một số nhóm.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ và năng lực VDKT thông qua phương pháp hoạt động nhóm bằng cách sử dụng một số sơ đồ trống của một phần bảng tuần hoàn để luyện tập.
Dùng phương pháp trực quan, đàm thoại gợi mở để hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
– Đề nghị HS viết cấu hình electron của một số nguyên tử (${19}$K, ${16}$S, ${25}$Mn, ${60}$Nd) và nêu nhận xét về electron cuối cùng (là s, p, d hay f) $\Rightarrow$ phân loại theo cấu hình electron.
– Đề nghị HS quan sát bảng tuần hoàn và dựa vào màu sắc để thấy các nguyên tố kim loại, phi kim, khí hiếm và kim loại chuyển tiếp được xếp như thế nào $\Rightarrow$ phân loại theo tính chất.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ thông qua hoạt động củng cố: sử dụng một số câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi và bài tập SGK để luyện tập.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Theo tiến trình lịch sử, các nhà khoa học đã phân loại các nguyên tố hoá học dựa trên các cơ sở:
– Tính chất hoá học.
– Hoá trị.
– Khối lượng nguyên tử.
– Điện tích hạt nhân nguyên tử.
2. Đáp án C. Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố hoá học được sắp xếp theo nguyên tắc điện tích hạt nhân tăng dần.
3. Ô nguyên tố trong bảng tuần hoàn cho biết:
– Số hiệu nguyên tử.
– Kí hiệu nguyên tố.
– Tên gọi nguyên tố.
– Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố.
Ví dụ: Ô số 17 cho biết: số hiệu nguyên tử là 17; kí hiệu nguyên tố là Cl; tên nguyên tố là chlorine; nguyên tử khối trung bình là 35,45.
4. Cấu hình electron ${6}$C: $1s^22s^22p^2$ và số electron hoá trị là 4 ($2s^22p^2$).
Cấu hình electron ${12}$Mg: $1s^22s^22p^63s^2$ và số electron hoá trị là 2 ($3s^2$).
Cấu hình electron $_{17}$Cl: $1s^22s^22p^63s^23p^5$ và số electron hoá trị là 7 ($3s^23p^5$).

Bài 6. XU HƯỚNG BIẾN ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN TỬ CÁC NGUYÊN TỐ TRONG MỘT CHU KÌ VÀ TRONG MỘT NHÓM I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Giải thích được xu hướ

II CHUẨN BỊ
– Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học cỡ lớn.
– Bảng độ âm điện của một số nguyên tố hoá học cỡ lớn.
– Đồ thị biến đổi bán kính nguyên tử và độ âm điện cỡ lớn.
– Có thể chuẩn bị thí nghiệm biểu diễn (hoặc tranh ảnh, video mô tả thí nghiệm):
Dụng cụ thí nghiệm: chậu thuỷ tinh chứa nước (03); kẹp hoá chất (1); ống nghiệm (1); lọ có công tơ hút (2); giá đỡ ống nghiệm.
Hoá chất thí nghiệm: kim loại Na, Mg (cắt nhỏ cỡ hạt đậu); dung dịch nước chlorine 5% trong lọ có công tơ hút; dung dịch potassium iodide 10%; chất chỉ thị phenolphthalein trong lọ có ống hút nhỏ giọt.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Bán kính nguyên tử (r)
Do bản chất sóng của electron nên không thể biết chính xác vị trí của electron hay nói cách khác, không thể xác định được kích thước tuyệt đối của nguyên tử.
Trong hoá học, có thể sử dụng các "bán kính quy ước":
a) Đối với nguyên tử tự do, có thể chấp nhận khoảng cách từ hạt nhân đến vị trí cực đại của orbital nguyên tử gọi là "bán kính orbital hoá trị".
Trên thực tế, các nguyên tử không ở trạng thái tự do mà tồn tại trong phân tử dưới dạng liên kết hoá học nên kích thước của nguyên tử phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kiểu liên kết hoá học, độ bội của liên kết, số oxi hoá của nguyên tử, kiểu kiến trúc mạng tinh thể,... Vì thế bán kính nguyên tử được xác định qua trạng thái tồn tại nhất định.
b) Khi hai nguyên tử của cùng nguyên tố tham gia liên kết cộng hoá trị đơn tạo thành đơn chất thì một nửa khoảng cách giữa tâm của hai nguyên tử này (mà orbital của chúng xen phủ vào nhau) gọi là "bán kính cộng hoá trị".
Ví dụ: trong các phân tử H$_2$ và Cl$_2$, người ta xác định được khoảng cách giữa tâm của hai nguyên tử hydrogen là 74 pm và giữa tâm của hai nguyên tử chlorine là 198 pm. Suy ra, bán kính nguyên tử hydrogen trong phân tử: $\frac{74}{2} = 37$ pm và bán kính nguyên tử chlorine trong phân tử: $\frac{198}{2} = 99$ pm.
Đối với bán kính của O, C, S, có thể xác định bằng cách đo khoảng cách O—H; C—Cl; H—S trong các phân tử H$_2$O, CCl$_4$ và H$_2$S.
Ngoài ra, trong một phân tử cộng hoá trị XY, độ dài liên kết X—Y gần bằng nửa khoảng cách X—X cộng với nửa khoảng cách Y—Y. Vì vậy, biết bán kính nguyên tử có thể đánh giá gần đúng độ dài liên kết hoá học.
Ví dụ: Độ dài liên kết H—Cl trong phân tử HCl gần bằng bán kính của nguyên tử hydrogen cộng với bán kính của nguyên tử chlorine:

$$d_{\text{H–Cl}} = r_{\text{H}} + r_{\text{Cl}} = 37 \text{ pm} + 99 \text{ pm} = 136 \text{ pm}$ (độ dài liên kết H–Cl xác định bằng thực nghiệm là 132 pm). c)$

$d_{\text{H–Cl}} = r_{\text{H}} + r_{\text{Cl}} = 37 \text{ pm} + 99 \text{ pm} = 136 \text{ pm}$ (độ dài liên kết H–Cl xác định bằng thực nghiệm là 132 pm).
c) Trong tinh thể kim loại, liên kết giữa các nguyên tử không phải là liên kết cộng hoá trị, bán kính của nguyên tử kim loại được tính bằng một nửa khoảng cách giữa hai hạt nhân nguyên tử trong tinh thể kim loại gọi là "bán kính kim loại".
d) Khi hai nguyên tử của cùng một nguyên tố thuộc những phân tử khác nhau có thể tiến lại gần nhau thì một nửa khoảng cách ngắn nhất giữa nhân hai nguyên tử là "bán kính van der Waals". Bán kính van der Waals luôn lớn hơn các bán kính còn lại.
Mỗi nguyên tố sẽ phù hợp với một loại bán kính cụ thể. Khái niệm bán kính kim loại là vô nghĩa đối với halogen và khí hiếm vì chúng đều là khí ở nhiệt độ thường. Ngược lại, không thể xác định bán kính cộng hoá trị đối với các nguyên tố chuyển tiếp vì chúng là hợp chất kim loại.
a)
b)
c)
Hình 6.1. Mô tả bán kính: a) cộng hoá trị, b) kim loại, c) van der Waals
2. Độ âm điện ($\chi$)
Độ âm điện là đại lượng kinh nghiệm, đặc trưng cho khả năng hút các electron của nguyên tử trong phân tử (kí hiệu bằng $\chi$).
Khái niệm về độ âm điện được nhà hoá học người Mỹ L.C.Pauling đưa ra vào năm 1932.
Không thể gán cho mỗi nguyên tố một giá trị độ âm điện chính xác vì giá trị của đại lượng này phụ thuộc vào một số yếu tố như kiểu liên kết hoá học, trạng thái hoá trị, bản chất của nguyên tử liên kết với nó và loại phân tử hợp chất chứa nó. Ví dụ: nguyên tử H trong các phân tử H₂, H₂O, HCl không có tính chất như nhau,...
Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm về nhiệt phản ứng L. C. Pauling đề nghị một thang đo giá trị độ âm điện. Thang đo giá trị độ âm điện của L. C. Pauling dựa trên sự so sánh với giá trị chuẩn (ông chọn độ âm điện của fluorine, phi kim mạnh nhất làm chuẩn bằng 3,98 là giá trị lớn nhất trong thang này và suy ra giá trị nhỏ nhất là 0,79 của caesium).
Kết quả giá trị độ âm điện của các nguyên tố khác được xác định bằng cách so sánh với giá trị chuẩn nên không có thứ nguyên và giá trị tính được là giá trị tương đối.
3. Tính kim loại và tính phi kim
Độ âm điện và tính kim loại, tính phi kim về mặt hình thức có liên quan đến nhau và được giải thích thông qua bán kính nguyên tử.

Từ các giá trị về độ âm điện cho thấy: “Trong một chu kì, theo chiều từ trái qua phải độ âm điện tăng dần và trong một nhóm A, theo chiều từ trên xuống dưới độ âm điện giảm dần”. Như vậy, các nguyên tố âm điện nhất là những phi kim mạnh ở góc bên phải phía trên của bảng tuần hoàn và các nguyên tố kém âm điện nhất là những kim loại hoạt động ở góc bên trái phía dưới của bảng tuần hoàn.
Có thể giải thích xu hướng biến đổi độ âm điện dựa vào biểu thức Fh = k$\frac{\left| {{q_1}} \right| \cdot \left| {{q_2}} \right|}{{{{\rm{r}}^2}}}$ (Fh là lực hút; q1 và q2 là điện tích hạt nhân nguyên tử và điện tích của electron lớp ngoài cùng; r là bán kính nguyên tử).
Trong một chu kì, q1 và q2 đều tăng, r giảm ⇒ Fh tăng ⇒ độ âm điện tăng, khả năng nhường electron giảm và khả năng hút electron tăng ⇒ tính kim loại giảm và tính phi kim tăng.
Trong một nhóm A, sự tăng của q1 và q2 không đáng kể so với sự tăng của r2 ⇒ Fh giảm ⇒ độ âm điện giảm, khả năng hút electron giảm và khả năng nhường electron tăng ⇒ tính phi kim giảm và tính kim loại tăng.
4. Mở rộng thêm về bán kính nguyên tử (r)
Các dữ kiện về bán kính nguyên tử trong bài là bán kính cộng hoá trị đo bằng thực nghiệm năm 1964 của nhà vật lí và hoá học John Clarke Slater. Các dữ kiện trích dẫn có nguồn gốc khác nhau có thể rất khác nhau. Ví dụ, bán kính của nguyên tử nitrogen có thể có giá trị từ 50 pm đến 92 pm; bán kính của nguyên tử oxygen có thể có giá trị từ 60 pm đến 73 pm. Vì vậy, nên sử dụng các dữ kiện có cùng nguồn gốc.
Bán kính cộng hoá trị của nguyên tử được tính bằng nửa độ dài của liên kết cộng hoá trị đơn giữa hai nguyên tử cùng loại.
Ví dụ: Độ dài liên kết của phân tử F2 = 100 pm
⇒ Bán kính cộng hoá trị của nguyên tử F = $\frac{{100}}{2}$ = 50 (pm).
Độ dài của liên kết C—C trong kim cương hoặc trong nhiều hợp chất hữu cơ bằng 1,40 pm
⇒ Bán kính cộng hoá trị của nguyên tử carbon: $\frac{{140}}{2}$ = 70 pm.
Đối với liên kết cộng hoá trị đơn tạo bởi hai nguyên tử khác nhau, độ dài liên kết bằng tổng bán kính cộng hoá trị của hai nguyên tử đó. Khi biết bán kính cộng hoá trị của một trong hai nguyên tử có thể tính bán kính cộng hoá trị của nguyên tử còn lại.
Ví dụ: Độ dài liên kết C—N trong phân tử CH3—NH2 là 135 pm và bán kính cộng hoá trị của C là 70 pm ⇒ bán kính cộng hoá trị của N là 135 – 70 = 65 (pm).
Trường hợp liên kết cộng hoá trị đơn tạo bởi hai nguyên tử có độ âm điện khác nhau nhiều, quy tắc tính như trên không áp dụng được nên phải sử dụng công thức của V. Schomaker và D. Stevenson: rA,B = rA + rB – 0,09 . (χA – χB).
rA,B ≈ độ dài liên kết A – B.
rA và rB ≈ bán kính cộng hoá trị của nguyên tử A và nguyên tử B.
χA và χB ≈ độ âm điện của nguyên tố A và nguyên tố B.

$5. Mở rộng thêm về độ âm điện (χ) a) Cách tính của R. S. Mulliken Xét cặp hai nguyên tử AB. Khi electron chuyển từ A sang B: $$A + B \longrightarrow A^+ B^- \Ri$

5. Mở rộng thêm về độ âm điện (χ)
a) Cách tính của R. S. Mulliken
Xét cặp hai nguyên tử AB. Khi electron chuyển từ A sang B:
$$A + B \longrightarrow A^+ B^- \Rightarrow \text{Biến thiên năng lượng} = I_A - E_B$$
($I_A$ là năng lượng ion hoá; $E_B$ là ái lực electron)
Khi electron chuyển từ B sang A:
$$A + B \longrightarrow A^- B^+ \Rightarrow \text{Biến thiên năng lượng} = I_B - E_A$$
Nếu electron chuyển từ A sang B dễ hơn từ B sang A thì:
$$I_A - E_B < I_B - E_A \text{ hay } I_A + E_A < I_B + E_B$$
Khi tổng I + E càng lớn thì khả năng hút electron càng lớn $\Rightarrow$ Độ âm điện của B > A và R. S. Mulliken lấy nửa tổng này làm số đo:
$$\chi_A = \frac{I_A + E_A}{2}$$
Phương pháp này dựa trên cơ sở lí thuyết vững vàng và có ý nghĩa vật lí rõ ràng, nhưng có nhược điểm là chỉ biết được ái lực electron của một số ít nguyên tố.
b) Cách tính của Linus Carl Pauling
Khi hai nguyên tử A, B có khả năng hút electron như nhau thì năng lượng của liên kết A—B bằng trung bình cộng năng lượng các liên kết A—A và B—B: $E_{A,B} = \frac{E_{A,A} + E_{B,B}}{2}$.
Khi khả năng hút của hai nguyên tử khác nhau thì electron bị hút mạnh về một trong hai nguyên tử $\Rightarrow$ liên kết trở nên không thuần tuý cộng hoá trị, giữa $E_{A,B}$ và trung bình cộng của năng lượng các liên kết A—A và B—B có độ chênh lệch $\Delta = E_{A,A} - \frac{E_{A,A} + E_{B,B}}{2}$.
L. C. Pauling đã giả thiết là có thể dùng $\Delta$ làm cơ sở kinh nghiệm để tính hiệu các độ âm điện. Tiếp đó, ông lại phát hiện có thể thu được tập hợp các giá trị độ âm điện phù hợp với nhau tuân theo các hệ thức loại $\chi_A - \chi_B = (\chi_C - \chi_B) - (\chi_C - \chi_A) - \dots$ và dùng hệ thức:
$$|\chi_A - \chi_B| = \sqrt{\frac{\Delta}{96,5}} = 0,102\sqrt{\Delta} \text{ để tính độ âm điện.}$$
Bằng cách gán cho F (nguyên tố âm điện nhất) một giá trị và dùng hệ thức để tính toán, L. C. Pauling đã thiết lập thang độ âm điện của mình.
Mỗi phương pháp cho một thang độ âm điện riêng (hiện có khoảng 20 thang độ âm điện). Nói chung, các thang vẫn có liên hệ với nhau, nếu cùng lấy độ âm điện của H bằng 2,2 làm chuẩn thì các giá trị độ âm điện theo R. S. Mulliken rất phù hợp với L. C. Pauling theo hệ thức:
$$\chi_{\text{Mulliken}} = \chi_{\text{Pauling}} \cdot 3,15$$

IV. GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. ÔN TẬP BẢNG TUẦN HOÀN
GV hướng dẫn HS sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GTHT: chủ yếu ôn tập về cấu tạo bảng (chu kì, nhóm A).
Hoạt động 2. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM A – BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ – ĐỘ ẨM ĐIỆN
Sử dụng phương pháp trực quan, hình ảnh bảng tuần hoàn, bảng số liệu cấu hình electron, bán kính nguyên tử và độ âm điện hoặc các đồ thị; hình ảnh các giá trị bán kính, giá trị độ âm điện để yêu cầu học sinh ghép nối.
Có thể yêu cầu HS viết cấu hình electron của một số nguyên tử để có thể nhận xét sự biến đổi về cấu hình electron nguyên tử.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVĐ.
HS quan sát cấu hình electron nguyên tử và các giá trị bán kính nguyên tử, độ âm điện theo chu kì (ghép nối các giá trị theo hàng ngang) và theo nhóm A (ghép nối các giá trị theo cột dọc) và đề nghị HS nêu nhận xét:
– Về biến đổi điện tích hạt nhân nguyên tử.
– Về xu hướng biến đổi cấu hình electron nguyên tử trong một chu kì, trong một nhóm A.
– Về xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử trong một chu kì, trong một nhóm A.
– Về xu hướng biến đổi giá trị độ âm điện trong một chu kì, trong một nhóm A.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVĐ bằng cách:
Tìm quan hệ giữa điện tích hạt nhân với số electron lớp ngoài cùng và số lớp electron trong nguyên tử. (Gợi ý HS đến lực hút giữa hạt nhân nguyên tử với lớp electron ngoài cùng) ⇒ Giải thích cho các xu hướng biến đổi trên.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố: Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi 1, 2, 3, 4, 5 của SGK để luyện tập.
Chú ý: GV có thể hình thành khái niệm “độ âm điện” như yêu cầu HS nêu ví dụ về các nguyên tử nhường, nhận electron ⇒ liên hệ đến khả năng hút electron về phía nguyên tử. Có thể liên hệ giữa độ âm điện với các nguyên tử nhận electron.
Hoạt động 3. TÍNH KIM LOẠI VÀ TÍNH PHI KIM
Có thể tiến hành hoạt động 1: Phản ứng của kim loại nhóm IA và IIA với nước và hoạt động 2: Phản ứng của nước chlorine với dung dịch potassium iodide và hướng dẫn HS trả lời câu hỏi nêu trong các hoạt động.
Hoặc có thể trình chiếu video về hai thí nghiệm trên.

Nếu không tiến hành các thí nghiệm và không có video thì sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVD để mô tả các hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm.
Ví dụ, đặt vấn đề:
– Khi cho kim loại Na hay Mg vào nước thì có hiện tượng gì?
– Lượng bọt khí thoát ra từ hai phản ứng có khác nhau không?
– Khi nhỏ từng giọt nước chlorine vào dung dịch potassium iodide thì có hiện tượng gì?
GQVD: Rút ra điều gì từ các nhận xét trên?
2. Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo các bước:
– Nhận xét về biến đổi điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố trong thí nghiệm theo chu kì, nhóm A.
– Quan sát hiện tượng sau thí nghiệm và trả lời câu hỏi của SGK.
– Nêu nhận xét về:
Biến đổi điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố.
Xu hướng biến đổi tính kim loại và phi kim trong một chu kì và trong một nhóm A.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực GQVD:
Tìm quan hệ giữa điện tích hạt nhân với khoảng cách giữa hạt nhân đến electron lớp ngoài cùng (bán kính nguyên tử), độ âm điện và khả năng nhường, thu electron của nguyên tử.
(Gợi ý HS đến lực hút giữa hạt nhân nguyên tử với lớp electron ngoài cùng) $\Rightarrow$ Giải thích cho các xu hướng biến đổi trên.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu 6, 7 của SGK để luyện tập.
Ở các bước trong hoạt động 5, GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực THTN khi yêu cầu HS dự đoán mức độ tính phi kim của các halogen không có trong thí nghiệm 2.
Hoạt động 4. TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG DẪN HỌC Ở NHÀ
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD bằng cách sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để nêu lên kết luận cuối cùng của bài, qua đó: GV đưa ra các yếu tố “điện tích hạt nhân”; “bán kính nguyên tử”; “độ âm điện”; “tính kim loại và tính phi kim” sau đó yêu cầu HS tìm mối liên hệ giữa các yếu tố với nhau.
Gợi ý: Độ âm điện $\longleftrightarrow$ Lực hút (cấu hình electron) $\longleftrightarrow$ Tính phi kim
Bán kính nguyên tử $\longleftrightarrow$ Lực hút (cấu hình electron) $\longleftrightarrow$ Tính kim loại
Bài học có thể tiến hành trong 2 – 3 tiết, GV nên dành riêng 1 tiết cho hoạt động 3 và 4.

HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố:
Li = 1; Al = 3; Ar = 8; Ca = 2; Si = 4; Se = 6; P = 5; Br = 7.
2. Vị trí trong bảng tuần hoàn và số electron hoá trị:
Nguyên tố, Vị trí trong bảng tuần hoàn / Số hiệu nguyên tử, Vị trí trong bảng tuần hoàn / Chu kì, Vị trí trong bảng tuần hoàn / Nhóm, Số electron hoá trị
Z = 8, 8, 2, VIA, 2
Z = 11, 11, 3, IA, 1
Z = 17, 17, 3, VIIA, 7
Z = 20, 20, 4, IIA, 2
3. So sánh bán kính nguyên tử của:
a) Lithium < potassium (cùng nhóm IA). Trong nhóm IA, K có 4 lớp electron > Li có 2 lớp electron, lực hút giữa hạt nhân với electron lớp ngoài cùng của K < Li nên bán kính nguyên tử K > Li.
b) Calcium > selenium (cùng chu kì 4). Trong chu kì 4, Se có 34 điện tích dương hạt nhân và 6 electron lớp ngoài cùng, lực hút giữa hạt nhân với electron lớp ngoài cùng của Se > Ca (có 20 điện tích dương và 2 electron lớp ngoài cùng) nên bán kính nguyên tử Se < Ca.
4. Thứ tự độ âm điện tăng dần: Ca < Mg < P < S.
– Mg, P, S cùng chu kì 3; điện tích hạt nhân tăng từ Mg (+12) đến P (+15) đến S (+16) và số electron lớp ngoài cùng tăng từ Mg (2) đến P (5) đến S (6) nên lực hút giữa hạt nhân với electron lớp ngoài cùng cũng tăng dẫn đến khả năng hút electron tăng và độ âm điện tăng: Mg < P < S.
– Ca và Mg cùng nhóm A; Ca có 4 lớp e, Mg có 3 lớp electron nên lực hút giữa hạt nhân với electron lớp ngoài cùng của Ca < Mg dẫn đến khả năng hút electron Ca < Mg và độ âm điện tăng: Ca < Mg.
5. Hợp kim Almelec chứa Al – Mg – Si. Ba nguyên tố đều thuộc chu kì 3.
a) Thứ tự tăng dần về bán kính nguyên tử: Si < Al < Mg.
b) Thứ tự giảm dần về độ âm điện: Si > Al > Mg.
6. Thứ tự giảm dần tính kim loại: Ba > Sr > Ca > Mg.
Trong nhóm IIA, theo chiều từ trên xuống dưới, điện tích hạt nhân tăng nhưng bán kính nguyên tử tăng nhanh hơn và làm giảm lực hút của hạt nhân với electron lớp ngoài cùng dẫn đến càng dễ tách electron ra khỏi nguyên tử.
7. Đáp án B. Nguyên tố có tính phi kim mạnh nhất là F.

Bài 7. XU HƯỚNG BIẾN ĐỔI THÀNH PHẦN VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HỢP CHẤT TRONG MỘT CHU KÌ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Nhận xét được xu hướng biến đổi thành phầ

Cấu hình electron của nguyên tử hydrogen là $1s^1$. Khi phản ứng với các kim loại hoạt động mạnh, nó nhận thêm 1 electron để tạo thành ion hydride $H^-$, có cấu hình electron $1s^2$. Khi phản ứng với các phi kim, nó góp chung electron để tạo thành các hydride phân tử.
Tính chất ion hay tính chất cộng hoá trị của các hydride phụ thuộc vào vị trí của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Ví dụ: hợp chất ion là các hydride của kim loại kiềm, kiềm thổ,... hợp chất cộng hoá trị là các hydride của halogen, sulfur, phosphorus,... biểu diễn theo bảng dưới đây:
IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA
LiH, BeH$_2$, B$_2$H$_6$, CH$_4$, NH$_3$, H$_2$O, HF
NaH, MgH$_2$, (AlH$_3$)$_x$, SiH$_4$, PH$_3$, H$_2$S, HCl
KH, CaH$_2$, Ga$_2$H$_6$, GeH$_4$, AsH$_3$, H$_2$Se, HBr
RbH, SrH$_2$, InH$_3$, SnH$_4$, SbH$_3$, H$_2$Te, HI
CsH, BaH$_2$, TlH$_3$, PbH$_4$, BiH$_3$, H$_2$Po, HAt
Phản ứng giữa hydrogen với các kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ (Ca, Sr, Ba) tạo thành các hydride rắn (thường gọi là các hydride muối):
$$2\text{Na (nóng chảy)} + \text{H}2 \longrightarrow 2\text{NaH } (\text{t}{nc} = 800 ^\circ\text{C})$$
$$\text{Ca (nóng chảy)} + \text{H}_2 \longrightarrow \text{CaH}2 \quad (\text{t}{nc} = 816 ^\circ\text{C})$$
Phản ứng giữa hydrogen với các phi kim tạo thành hydride phân tử:
$$\text{X}_2 (\text{F}_2, \text{Cl}_2, \text{Br}_2) + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{đốt nóng}} 2\text{HX} \quad (\text{hydrogen halide})$$
$$\text{S} + \text{H}_2 \xrightarrow{\text{đốt nóng}} \text{H}_2\text{S}$$
Hầu hết các hydride của phi kim trong nước đều có tính acid, ví dụ: HF, HCl, HBr, HI, H$_2$S,...
2. Hợp chất với oxygen: các oxide và hydroxide
Các oxide kim loại là những hợp chất ion rắn. Chúng đều là những basic oxide (trừ những oxide mà kim loại ở trạng thái oxi hoá cao như Mn$_2$O$_7$, CrO$_3$,... là những acidic oxide).
$$4\text{Na} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{Na}2\text{O } (\text{t}{nc} > 1,700 ^\circ\text{C})$$
$$2\text{Mg} + \text{O}2 \longrightarrow 2\text{MgO } (\text{t}{nc} = 2,800 ^\circ\text{C})$$
Các oxide kim loại kiềm và Ca, Sr, Ba phản ứng với nước tạo ra basic hydroxide có tính base mạnh; hầu hết oxide của các kim loại khác ít tan hoặc không tan trong nước:
$$\text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{NaOH (base mạnh)}$$
$$\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{Mg(OH)}_2 \text{ (ít tan và là base trung bình)}$$
Các oxide phi kim là những oxide phân tử (khí). Chúng đều là các acidic oxide vì nhiều oxide tan trong nước tạo ra dung dịch acid (các oxide của boron và silicon là những trường hợp ngoại lệ, không tan trong nước).

$$\text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4$ (acid trung bình) $\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}$

$\text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4$ (acid trung bình)
$\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$ (acid mạnh)
$\text{Cl}_2\text{O}_7 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{HClO}_4$ (acid rất mạnh)
Xét tính chất oxide và hydroxide của các nguyên tố thuộc chu kì 2 và 3 sau đây:
IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA
$\text{Li}_2\text{O}$, $\text{BeO}$, $\text{B}_2\text{O}_3$, $\text{CO}_2$, $\text{N}_2\text{O}_5$, $\text{F}_2\text{O}$
$\text{LiOH}$, $\text{Be(OH)}_2$, $\text{H}_3\text{BO}_3$, $\text{H}_2\text{CO}_3$, $\text{HNO}_3$, $\text{HF} + \text{O}_2$
Base kiềm, Lưỡng tính, Acid rất yếu, Acid yếu, Acid mạnh, Acid trung bình
$\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{P}_2\text{O}_5$, $\text{SO}_3$, $\text{Cl}_2\text{O}_7$
$\text{NaOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$, $\text{Al(OH)}_3$, $\text{H}_2\text{SiO}_3$, $\text{H}_3\text{PO}_4$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{HClO}_4$
Base kiềm, Base trung bình, Lưỡng tính, Acid yếu, Acid trung bình, Acid mạnh, Acid rất mạnh
→ Tính base yếu dần, đồng thời tính acid mạnh dần
Trong nhóm IIIA chẳng hạn: $\text{B}_2\text{O}_3$ và $\text{H}_3\text{BO}_3$ (chu kì 2) có tính acid đến $\text{Al}_2\text{O}_3$ và $\text{Al(OH)}_3$ (chu kì 3) có tính lưỡng tính và đến cuối nhóm $\text{Tl}_2\text{O}_3$ và $\text{Tl(OH)}_3$ (chu kì 6) lại có tính base. Như vậy, theo chu kì từ trái qua phải tính base giảm dần và tính acid tăng dần khi điện tích hạt nhân tăng; còn theo nhóm A từ trên xuống dưới, tính base tăng dần và tính acid giảm dần khi điện tích hạt nhân tăng.
Một điểm chú ý nữa là từ nhóm IVA trở đi, các hidracidic oxide có sự thay đổi cấu trúc một cách đều đặn theo hoá trị:
IVA, VA, VIA, VIIA
$\text{Si(OH)}_4$, $\text{OP(OH)}_3$, $\text{O}_2\text{S(OH)}_2$, $\text{O}_3\text{Cl(OH)}$
⇒ Công thức hoá học biểu diễn dưới dạng acid.
$\text{H}_4\text{SiO}_4$, $\text{H}_3\text{PO}_4$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{HClO}_4$
Silicic acid có công thức tổng quát dạng $x\text{SiO}_2.y\text{H}_2\text{O}$. Ví dụ:
$x = 1, y = 1 \Rightarrow \text{H}_2\text{SiO}_3$ (metasilicic acid) và $x = 1, y = 2 \Rightarrow \text{H}_4\text{SiO}_4$ (orthosilicic acid).

$Sự biến đổi tính acid – base của các oxide và hydroxide là kết quả của sự biến đổi tính kim loại và phi kim: – Oxide kim loại: basic oxide $\Rightarrow$ basic h$

Sự biến đổi tính acid – base của các oxide và hydroxide là kết quả của sự biến đổi tính kim loại và phi kim:
– Oxide kim loại: basic oxide $\Rightarrow$ basic hydroxide; hydroxide kim loại điển hình là base mạnh.
– Oxide phi kim: acidic oxide $\Rightarrow$ acidic hydroxide; hydroxide phi kim điển hình là acid mạnh.
Thực chất, tính acid – base là bản chất của liên kết trong phân tử hydroxide R—O—H:
– R là kim loại thì liên kết R—O là liên kết ion $\Rightarrow$ hydroxide R—O—H phân li kiểu base:
$$R-O-H \rightleftharpoons R^+ + OH^-$$
– R là phi kim thì liên kết R—O là liên kết cộng hoá trị có cực $\Rightarrow$ hydroxide R—O—H phân li kiểu acid:
$$R-O-H \rightleftharpoons RO^- + H^+$$
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. THÀNH PHẦN CỦA CÁC OXIDE VÀ HYDROXIDE
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVD.
– Đưa ra số các nhóm A và yêu cầu HS nhắc lại hoá trị cao nhất với oxygen và hoá trị trong hợp chất với hydrogen của các nguyên tố thuộc nhóm A.
Nhóm, IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA
Hoá trị cao nhất trong hợp chất với oxygen, I, II, III, IV, V, VI, VII
– Hướng dẫn HS viết công thức oxide và hydroxide của các nguyên tố chu kì 2 và 3 theo hoá trị.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố: Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi 1 của SGK để luyện tập.
Chú ý: Không cần giải thích phần còn trống ở chu kì 2.
Hoạt động 2. TÍNH CHẤT CỦA OXIDE VÀ HYDROXIDE
Có thể tiến hành hoạt động 1: “Phản ứng của Na$_2$O, MgO, P$_2$O$_5$ với nước” và hoạt động 2: “Phản ứng của sodium carbonate với dung dịch nitric acid loãng” và hướng dẫn HS trả lời câu hỏi có trong hoạt động.
Hoặc có thể trình chiếu video về hai thí nghiệm trên.
Nếu không tiến hành các thí nghiệm và không có video thì sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVD để mô tả các hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm.
Ví dụ, đặt vấn đề:

$– Khi cho các oxide Na${2}$O, MgO hay P${2}$O$_{5}$ vào nước thì có hiện tượng gì? – Màu giấy quỳ tím khi nhúng vào dung dịch sản phẩm thay đổi thế nào? – Khi c$

– Khi cho các oxide Na${2}$O, MgO hay P${2}$O$_{5}$ vào nước thì có hiện tượng gì?
– Màu giấy quỳ tím khi nhúng vào dung dịch sản phẩm thay đổi thế nào?
– Khi cho sodium carbonate vào dung dịch nitric acid thì có hiện tượng gì?
GQVD: Rút ra điều gì từ các nhận xét trên?
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo các bước:
– Nhận xét về biến đổi điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố trong thí nghiệm theo chu kì.
– Quan sát hiện tượng sau thí nghiệm và rút ra nhận xét.
– Nêu nhận xét về: biến đổi điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố; xu hướng biến đổi tính chất của oxide và hydroxide trong một chu kì.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực GQVD:
Viết các phương trình hoá học cho các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu 2, 3, 4 của SGK để luyện tập.
Ở các bước trong hoạt động 2, GV có thể hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực THTN khi yêu cầu HS:
– Đề xuất một số thí nghiệm khác tương tự để rút ra nhận xét.
– Viết các phương trình hoá học cho các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm đề xuất.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
Oxide Ga${2}$O${3}$ và SeO${3}$; hydroxide Ga(OH)${3}$ và H${2}$SeO${4}$.
Đáp án D. Chất có tính acid yếu nhất là H${2}$SiO${3}$.
Đáp án A. Dãy gồm các chất có tính base tăng dần là: Al(OH)${3}$, Mg(OH)${2}$, NaOH.
Đáp án C. Khối lượng nguyên tử không biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử.
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Đánh giá năng lực NTHH và năng lực GQVD của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "nhận xét"; "sắp xếp thứ tự"; "viết được",... xu hướng biến đổi thành phần và tính chất acid – base của các oxide và hydroxide theo chu kì và các phương trình hoá học tương ứng.
– Đánh giá năng lực THTN của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "đề xuất"; "dự đoán",... tập hợp các nguyên tố khác chu kì hoặc khác nhóm A, cần chọn nguyên tố trung gian kèm theo sự giải thích.
– Đánh giá năng lực VDKT của HS bằng các câu hỏi có nội dung kiến thức tương tự bài học, kèm theo sự giải thích.

Bài 8. ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN. Ý NGHĨA CỦA BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
I MỤC TIÊU
Sau bài học, HS sẽ:
– Phát biểu được định luật tuần hoàn.
– Trình bày được ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: Mối liên hệ giữa vị trí (trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học) với tính chất và ngược lại.
II CHUẨN BỊ
– Tranh viết tổng quát “Nội dung của định luật tuần hoàn”.
– Sơ đồ mối quan hệ giữa vị trí nguyên tố với cấu hình electron và tính chất nguyên tố.
– Một số video minh hoạ mối quan hệ.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Vai trò của định luật tuần hoàn
Dựa vào điện tích hạt nhân nguyên tử và cấu trúc electron của nguyên tử các nguyên tố để xây dựng được bảng tuần hoàn.
Dựa vào bảng tuần hoàn để xét sự biến đổi tính chất các nguyên tố, các đơn chất và một số hợp chất oxide, hydroxide.
Từ khi ra đời vào năm 1869 đến nay, định luật tuần hoàn đã có một vai trò rất to lớn đối với sự phát triển của hoá học và các ngành khoa học khác.
a) Đính chính lại những dữ kiện sai lầm
Dựa vào định luật tuần hoàn, Mendeleev đã đính chính lại khối lượng nguyên tử và hoá trị của nhiều nguyên tố trước đó bị xác định sai.
b) Tiên đoán tính chất của nhiều nguyên tố chưa tìm ra
Khi xây dựng bảng tuần hoàn đầu tiên, mới chỉ biết 63 nguyên tố. Như vậy, trong bảng tuần hoàn còn nhiều ô bỏ trống; Mendeleev cho rằng đó là vị trí của những nguyên tố chưa biết.
Dựa vào bảng tuần hoàn, Mendeleev đã dự đoán tính chất của nhiều nguyên tố và đặc biệt ông mô tả căn kẽ tính chất của ba nguyên tố là: eka-bo (giống boron), eka-aluminium và eka-silicon. Chỉ 15 năm sau, các nhà khoa học đã lần lượt tìm ra cả ba nguyên tố đó: gallium (Ga); scandium (Sc) và germanium (Ge) với những tính chất phù hợp một cách kì lạ với dự đoán của tác giả định luật tuần hoàn.

Bài 8. Định luật tuần hoàn. Ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
c) Hướng dẫn việc tìm ra các nguyên tố mới
Trước đây, việc tìm ra các nguyên tố mới là ngẫu nhiên. Định luật tuần hoàn đã chỉ ra phương hướng cho các nhà khoa học tìm ra các nguyên tố chưa biết như: rhenium (Re), technetium (Tc),...
Định luật tuần hoàn đã mở đường cho việc phát triển lí thuyết về cấu tạo chất, nghiên cứu hiện tượng phóng xạ,...
Cho đến nay, định luật tuần hoàn vẫn đóng vai trò là công cụ hướng dẫn việc tổng hợp các nguyên tố nhân tạo.
d) Về mặt sư phạm
Học hoá học là học tính chất của các chất và sự biến đổi của chúng. Đến thời điểm năm 2016 đã biết 118 nguyên tố, chỉ riêng nguyên tố carbon đã có trên 4 triệu hợp chất.
Ngày nay không thể hình dung được việc học tập môn hoá học như thế nào nếu không có định luật tuần hoàn. Bảng tuần hoàn đã tập hợp các nguyên tố thành nhóm, thành khối trên cơ sở những tính chất giống nhau, xếp chúng thành hàng để thấy được sự biến đổi tính chất từ đầu đến cuối mỗi hàng.
Định luật tuần hoàn giúp cho việc học tập hoá học một cách có hệ thống và có quy luật.
Định luật tuần hoàn luôn là công cụ hữu ích đối với các nhà khoa học trong việc nghiên cứu hoá học và các ngành khoa học khác. Mặt khác, khoa học càng phát triển thì càng củng cố và nâng cao vai trò, giá trị của định luật tuần hoàn.
2. Ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Tính chất của một nguyên tố được quyết định bởi cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó. Cấu hình electron nguyên tử của mọi nguyên tố có liên quan mật thiết đến vị trí của nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn và "quy luật biến đổi tính chất".
Như vậy, có bốn yếu tố là cơ sở khi sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Trong đó, hai yếu tố: vị trí (1) và cấu hình electron (2) có quan hệ hai chiều. Tức là, từ (1) có thể suy ra (2) và ngược lại từ (2) có thể suy ra (1). Đồng thời, từ yếu tố (1) hay (2) đều có thể suy ra được tính chất của nguyên tố. Mối quan hệ này gồm:
a) Biết vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn có thể suy ra cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố và tính chất hoá học cơ bản của nguyên tố đó.
b) Biết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có thể suy ra vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn và tính chất hoá học cơ bản của nguyên tố đó.
c) Dựa vào quy luật biến đổi tính chất của nguyên tố trong bảng tuần hoàn có thể so sánh tính chất hoá học cơ bản của một nguyên tố với các nguyên tố xung quanh.
d) Dựa vào quy luật biến đổi tính chất trong bảng tuần hoàn có thể dự đoán được cấu hình electron nguyên tử và tính chất hoá học cơ bản của một số nguyên tố hoá học chưa tìm ra.

IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Sử dụng phương pháp tiên đề: HS thừa nhận nội dung của định luật tuần hoàn rồi nghiên cứu vai trò và giá trị của định luật.
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK, thảo luận trong nhóm và lần lượt nêu ý kiến của nhóm trước lớp, sau đó phản biện của các nhóm khác và suy luận được tính chất nguyên tố từ vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron nguyên tử. Cuối cùng GV giúp HS rút ra kết luận.
Trong phần cụ thể, có thể cho HS dựa vào quan hệ giữa vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử với tính chất nguyên tố để xuất các ví dụ và tự giải quyết các vấn đề nêu ra từ ví dụ đó.
Hoạt động 1. ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Sử dụng phương pháp tiên đề – hoạt động nhóm.
– HS đọc SGK, trao đổi và thảo luận trong nhóm về nội dung của định luật tuần hoàn.
– Hướng dẫn HS nghiên cứu về vai trò và những ưu điểm mà Mendeleev đạt được khi xây dựng bảng tuần hoàn và phát biểu định luật tuần hoàn.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT và năng lực THTN bằng hoạt động củng cố: sử dụng câu hỏi tương tự câu hỏi 1 của SGK để luyện tập.
Chú ý: Hướng dẫn HS hoạt động nhóm đề xuất sự biến đổi một số tính chất nguyên tố một cách tuần hoàn theo chu kì (mỗi nhóm một đề xuất) và tiến hành thảo luận.
Hoạt động 2. Ý NGHĨA CỦA BẢNG TUẦN HOÀN
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH bằng cách:
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVD để xác định mối quan hệ giữa các yếu tố “vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn”; “cấu hình electron nguyên tử”; “tính chất nguyên tố” và “quy luật biến đổi tính chất nguyên tố”.
– Đưa ra bốn yếu tố trên để HS thảo luận về mối quan hệ giữa bốn yếu tố này, sau đó GV hướng dẫn HS rút ra kết luận về mối quan hệ đó.
Sơ đồ tổng quát:

$Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực GQVĐ bằng phương pháp hoạt động nhóm: – Nếu ví dụ: từ vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn $\Rightarrow$ cấu hình electron ngu$

Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực GQVĐ bằng phương pháp hoạt động nhóm:
– Nếu ví dụ: từ vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn $\Rightarrow$ cấu hình electron nguyên tử và tính chất.
– Nếu ví dụ: từ cấu hình electron nguyên tử $\Rightarrow$ vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn và tính chất.
– Nếu ví dụ: từ quy luật biến đổi tính chất $\Rightarrow$ so sánh tính chất một nguyên tố với các nguyên tố xung quanh.
– Nếu ví dụ: từ quy luật biến đổi tính chất $\Rightarrow$ dự đoán cấu hình electron và tính chất một nguyên tố chưa tìm ra.
Trong một quan hệ, mỗi nhóm có thể đưa ra các ví dụ khác nhau và thảo luận.
Riêng quan hệ “từ quy luật biến đổi có thể dự đoán…” GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực THTN bằng cách lấy một trong các ví dụ tương tự như:
“Nguyên tố có số hiệu nguyên tử 87 không có trong tự nhiên, trước khi điều chế nhân tạo bằng phương pháp phóng xạ có thể dự đoán:
– Vị trí trong bảng tuần hoàn: kết thúc chu kì 6 là nguyên tố số 86 nên nguyên tố này thuộc chu kì 7 – Nhóm IA.
– Cấu hình electron: có 87 proton và 87 electron, có 7 lớp electron và lớp electron ngoài cùng là lớp thứ 7 có 1 electron: $[_{86}\text{Rn}] \ 7\text{s}^1$ hay (2, 8, 18, 32, 18, 8, 1).
– Tính chất: ở nhóm IA nên tính chất hoá học của nó là kim loại kiềm và có tính kim loại mạnh nhất vì nằm ở cuối nhóm.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu 2, 3 của SGK để luyện tập.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Tính chất đơn chất:
$_3\text{Li}$, $_4\text{Be}$, $_5\text{B}$, ..., $_8\text{O}$, $_9\text{F}$
Kim loại mạnh, Kim loại yếu, Á kim, ..., Phi kim mạnh, Phi kim rất mạnh
$_{11}\text{Na}$, $_{12}\text{Mg}$, $_{13}\text{Al}$, ..., $_{16}\text{S}$, $_{17}\text{Cl}$
Kim loại điển hình, Kim loại mạnh, Kim loại hoạt động, ..., Phi kim trung bình, Phi kim mạnh

Bài 9. ÔN TẬP CHƯƠNG 2 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Câu 1. Đáp án C. Theo sơ đồ phác thảo của bảng tuần hoàn: – Y, E và X cùng chu kì, trong một chu kì,

$Câu 2. Đáp án B. Cấu hình electron của $_{16}$S là $1s^22s^22p^63s^23p^4$. – Nguyên tử S có 3 lớp electron, 6 electron hoá trị, 6 electron s và 10 electron p $\$

Câu 2. Đáp án B. Cấu hình electron của $_{16}$S là $1s^22s^22p^63s^23p^4$.
– Nguyên tử S có 3 lớp electron, 6 electron hoá trị, 6 electron s và 10 electron p $\Rightarrow$ (1) đúng (2) sai.
– Oxide cao nhất của S là SO$_3$ và là acidic oxide $\Rightarrow$ (3) đúng.
– S có tính phi kim yếu hơn nguyên tố $_8$O $\Rightarrow$ (4) sai.
– Hydroxide cao nhất của S có dạng H$_2$SO$_4$ và có tính acid $\Rightarrow$ (5) đúng.
Vậy có 3 phát biểu đúng.
Câu 3. Đáp án A. Oxide cao nhất có dạng XO và YO$_3$.
– X thuộc nhóm IIA và Y thuộc nhóm VIA $\Rightarrow$ (1) sai.
– X là kim loại và Y là phi kim $\Rightarrow$ (2) đúng.
– XO là basic oxide và YO$_3$ là acidic oxide $\Rightarrow$ (3) đúng.
– Hydroxide cao nhất của Y có dạng H$_2$YO$_4$ và có tính acid $\Rightarrow$ (4) sai.
Vậy có 2 phát biểu đúng.
Câu 4. Sodium ($_{11}$Na); boron ($_5$B) và oxygen ($_8$O):
a) Vị trí trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron:
$_{11}$Na, số hiệu nguyên tử 11, chu kì 3, nhóm IA. ($1s^22s^22p^63s^1$).
$_5$B, số hiệu nguyên tử 5, chu kì 2, nhóm IIIA. ($1s^22s^22p^1$).
$_8$O, số hiệu nguyên tử 8, chu kì 2, nhóm VIA. ($1s^22s^22p^4$).
b) Thứ tự bán kính nguyên tử tăng dần: O < B < Na.
O và B cùng chu kì, theo quy luật biến đổi bán kính nguyên tử giảm dần từ trái qua phải.
Na ở chu kì 3 có bán kính nguyên tử lớn hơn so với nguyên tử chu kì 2.
c) Thứ tự độ âm điện giảm dần: O > B > Na.
Trong một chu kì, độ âm điện tăng từ trái qua phải nên B < O và Na < Al.
Trong một nhóm A, độ âm điện giảm từ trên xuống dưới nên Al < B.
Câu 5. Các nguyên tố tạo nên caffeine là C (Z = 6); N (Z = 7); O (Z = 8) và H (Z = 1).
a) Vị trí trong bảng tuần hoàn: $_6$C, số hiệu nguyên tử 6, chu kì 2, nhóm IVA.
$_7$N, số hiệu nguyên tử 7, chu kì 2, nhóm VA.
$_8$O, số hiệu nguyên tử 8, chu kì 2, nhóm VIA.

b) So sánh – Tính phi kim: C < N < O do trong một chu kì, tính phi kim tăng dần theo chiều điện tích hạt nhân tăng. – Độ âm điện: C < N < O do trong một chu kì,

Bài 11. Liên kết ion I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Trình bày được khái niệm và sự hình thành liên kết ion (nêu một số ví dụ điển hình tuân theo quy tắc octet

$Trong CTGDPT 2018 môn Hoá học, để đơn giản khi viết sơ đồ biểu diễn sự tạo thành ion không viết kèm theo trạng thái của nguyên tử và ion: $\text{Na} \longrighta$

Trong CTGDPT 2018 môn Hoá học, để đơn giản khi viết sơ đồ biểu diễn sự tạo thành ion không viết kèm theo trạng thái của nguyên tử và ion:
$\text{Na} \longrightarrow \text{Na}^+ + \text{e}$ và $\text{Cl} + \text{e} \longrightarrow \text{Cl}^-$
GV lưu ý HS:
– Các ion tạo thành khi nguyên tử mất hoặc nhận thêm electron đều ở trạng thái khí.
– Cách biểu diễn cấu hình electron của ion và sự tạo thành ion.
– Cấu hình electron của ion giống với cấu hình electron của nguyên tử khí hiếm gần nhất.
– Có thể phân loại ion theo nguyên tố:
Ion đơn nguyên tố như $\text{Mg}^{2+}, \text{O}^{2-}, \text{F}_3^-, \text{O}_2^{2-}, \dots$
Ion đa nguyên tố như $\text{NH}_4^+, \text{SO}_4^{2-}, \text{HPO}_4^{2-}, \dots$
2. Sự tạo thành liên kết ion
Liên kết được thực hiện nhờ lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu gọi là liên kết ion.
Các ion mang điện tích trái dấu hút nhau và lại gần nhau, khi đến gần một khoảng cách nào đó giữa các ion xuất hiện lực đẩy sinh ra bởi tương tác giữa lớp vỏ electron của các ion. Lực đẩy càng tăng khi khoảng cách giữa các ion càng giảm, đến khi lực đẩy cân bằng với lực hút và các ion dừng lại ở khoảng nhất định. Những hợp chất tạo nên theo cách đó gọi là hợp chất ion.
Mỗi ion được coi như một quả cầu, tâm là hạt nhân nguyên tử, lớp vỏ gồm các electron (trừ ion $\text{H}^+$). Hình dạng đó của ion dẫn đến sự phân bố đều lực ion lên các phương, vì vậy lực liên kết ion không định hướng. Không có phân tử liên kết ion tồn tại riêng rẽ, độc lập.
Việc viết công thức dạng $\text{NaCl}, \text{AgCl}, \dots$ chỉ có tính quy ước. Thực tế có hai trường hợp:
– Trạng thái rắn, hợp chất ion tồn tại trong mạng tinh thể, như tinh thể muối ăn (khối lập phương tâm mặt).
– Trạng thái hoà tan, tồn tại các ion solvate hoá (khi dung môi là nước, ion ở dạng hydrate hoá).
3. Tinh thể ion
Các hợp chất ion kết tinh theo một dạng tinh thể nhất định sao cho có năng lượng thấp nhất. Khi đó, xung quanh một ion sẽ có số nhiều nhất các ion khác dấu (gọi là số phối trí cực đại).
Vì liên kết ion không định hướng nên cấu trúc tinh thể ion chỉ do những yếu tố hình học như số lượng, kích thước của các ion quyết định.
Chẳng hạn, xét hợp chất $\text{M}^+ \text{X}^-$, trong đó các ion đều có số phối trí 6, mỗi ion được 6 ion khác bao quanh kiểu bát diện. Để đơn giản, chỉ xét đến mặt phẳng có ion $\text{M}^+$ ở giữa và 4 ion $\text{X}^-$ xung quanh.

– Nếu bán kính của X⁻ không lớn hơn nhiều so với M⁺ ⇒ các ion X⁻ có thể tiếp xúc với ion M⁺, nhưng không thể tiếp xúc với nhau được.
– Nếu bán kính của X⁻ lớn hơn nhiều so với M⁺ ⇒ các ion X⁻ có thể tiếp xúc với nhau, nhưng không thể tiếp xúc với ion M⁺ được.
– Vậy, muốn X⁻ vừa tiếp xúc với nhau, vừa tiếp xúc với M⁺ thì kích thước của chúng phải ứng với một tỉ số bán kính thích hợp.
Bằng hình học, có thể xác định được tỉ số giới hạn đó.
Từ hình vẽ trên: BC = AC.cos 45° hay $r_{X^-} = \frac{r_{M^+} + r_{X^-}}{\sqrt{2}}$
$\Rightarrow \frac{r_{M^+}}{r_{X^-}} = \sqrt{2} - 1 = 0,414.$
Tương tự, tính được các tỉ số giới hạn về bán kính cation và anion ứng với các số phối trí khác nhau, ví dụ:
– Sodium chloride có tỉ số bán kính = $\frac{0,95}{0,81} \approx 0,54 \approx$ số phối trí 6.
– Caesium chloride có tỉ số bán kính = $\frac{1,69}{1,81} \approx 0,934 \approx$ số phối trí 8.
4. Độ bền của hợp chất ion
– Để biết các ion khác dấu hút nhau mạnh, yếu đến mức nào căn cứ vào một đại lượng là năng lượng phân li của một cặp ion (năng lượng cần thiết để phân chia chúng thành các ion riêng rẽ – kí hiệu Ep.l).
Ví dụ: NaCl(r) ⟶ Na(k) + Cl⁻(k) có Ep.l = 781 kJ/mol.
781 kJ là năng lượng cần thiết để phân li 1 mol NaCl thành 1 mol Na⁺ và 1 mol Cl⁻.
Giá trị Ep.l càng lớn thì lực hút giữa các ion trong hợp chất ion càng mạnh.
– Năng lượng phân li tỉ lệ thuận với điện tích của các ion và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa tâm các ion trong tinh thể (rắn):
Ep.l ≈ $\frac{(\delta^+) \cdot (\delta^-)}{d}$ (δ⁺, δ⁻ là điện tích cation và anion, d là khoảng cách).
Điện tích các ion càng lớn, chúng hút nhau càng mạnh.
Kích thước các ion càng lớn, chúng hút nhau càng yếu.
Ví dụ: kích thước ion Li⁺ < Na < K⁺ ⇒ Ep.l (LiCl) > Ep.l (NaCl) > Ep.l (KCl).

5. Tính chất của hợp chất ion
a) Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của một chất là nhiệt độ ở đó cấu trúc của chất rắn bị phá vỡ. Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt của các ion tăng. Đến nhiệt độ nóng chảy, chuyển động này phá vỡ lực hút giữa các ion.
– Khi điện tích ion bằng nhau thì $E_{p,l}$ phụ thuộc vào d.
Ví dụ: Khoảng cách $d_{(trong\ KCl)} > d_{(trong\ NaCl)} \Rightarrow E_{p,l} (KCl) < E_{p,l} (NaCl) \Rightarrow$ nhiệt độ nóng chảy của KCl ($776\ ^{\circ}\text{C}$) nhỏ hơn của NaCl ($801\ ^{\circ}\text{C}$).
Khi điện tích ion khác nhau thì điện tích ion lớn hơn $\Rightarrow E_{p,l}$ lớn hơn.
Ví dụ: Trong MgO, điện tích của $Mg^{2+}$ và $O^{2-}$ đều gấp đôi điện tích của $Na^+$ và $Cl^-$; mặt khác $d_{Mg-O} = 2,12\ \text{Å} < d_{Na-Cl} = 2,83\ \text{Å} \Rightarrow$ nhiệt độ nóng chảy của MgO cao hơn NaCl. Thực tế, MgO có nhiệt độ nóng chảy rất cao, $2\ 852\ ^{\circ}\text{C}$, nên MgO được sử dụng làm vật liệu chịu lửa.
b) Sự hoà tan trong nước
– Khi hợp chất ion tan trong nước, lực hút giữa các phân tử nước và các ion trên bề mặt chất rắn đã thắng lực hút giữa các ion trong chất rắn. Vì vậy, lực hút giữa các ion trong chất rắn càng lớn thì hợp chất ion càng khó tan.
– Độ tan trong nước còn phụ thuộc vào kích thước ion. Khi kích thước ion tăng thì lực hút giữa các ion trong chất rắn giảm và độ tan trong nước tăng. Ví dụ: kích thước của $Cl^- < Br^- < I^-$ $\Rightarrow$ Độ tan trong nước ở $0\ ^{\circ}\text{C}$ của KCl ($28\ \text{g}/100\ \text{mL}$) nhỏ hơn của KBr ($53,6\ \text{g}/100\ \text{L}$) nhỏ hơn của KI ($128\ \text{g}/\text{mL}$).
c) Tính dẫn điện
Hợp chất ion khi nóng chảy hay khi hoà tan trong nước phân li thành các ion là các phần tử mang điện tích nên sẽ chuyển động theo hướng khi có điện trường nên nó có tính dẫn điện.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK, thảo luận trong nhóm và lần lượt nêu ý kiến của nhóm trước lớp, sau đó phản biện các nhóm khác về sự tạo thành ion và liên kết ion. Sau đó, GV giúp HS rút ra kết luận.
Sử dụng phương pháp tiên đề: HS thừa nhận kiến thức về tinh thể ion, sau đó GV giúp HS liên hệ thực tiễn để hiểu rõ hơn về tinh thể ion trong thực tế.
Trong phần cụ thể, có thể cho HS dựa vào kiến thức về cấu tạo nguyên tử và quy tắc octet để đề xuất cách hình thành ion và liên kết ion trong một số ví dụ và tự giải quyết các vấn đề nêu ra từ ví dụ đó.

Hoạt động 1. SỰ TẠO THÀNH ION
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH:
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVD.
– HS viết cấu hình electron của các nguyên tử Na, Mg, Al, Cl, F, S, Ne, Ar.
– HS so sánh độ bền cấu hình electron của Na, Mg, Al và F với Ne; S và Cl với Ar.
⇒ Để đạt cấu hình bền vững, các nguyên tử Na, Mg, Al và F, S, Cl cần điều kiện gì?
So sánh điện tích của mỗi nguyên tử với sản phẩm của quá trình ⇒ kết luận về ion.
– Câu hỏi: + Điện tích của mỗi ion là bao nhiêu?
Cấu hình electron của mỗi ion như thế nào?
– GV giới thiệu thêm một số ion: $\text{NH}_4^+$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{HCO}_3^-$,… đồng thời hướng dẫn HS rèn luyện năng lực THTN qua hoạt động HS tự nêu thêm các ion mà các em biết.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố: Sử dụng câu hỏi tương tự các câu hỏi 1, 2, 3 của SGK để luyện tập.
Hoạt động 2. SỰ TẠO THÀNH LIÊN KẾT ION
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH bằng cách:
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVD:
– GV đưa ra vấn đề: các ion đã biết có hút nhau không?
– Câu hỏi: ion $\text{Na}^+$, ion $\text{Mg}^{2+}$, ion $\text{Cl}^-$, ion $\text{O}^{2-}$. Những ion nào sẽ hút nhau?
– HS thảo luận: $\text{Na}^+$ hút $\text{Cl}^-$; $\text{Mg}^{2+}$ hút $\text{Cl}^-$; $\text{Na}^+$ hút $\text{O}^{2-}$; $\text{Mg}^{2+}$ hút $\text{O}^{2-}$.
– Kết luận về liên kết ion.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực THTN và năng lực VDKT bằng phương pháp hoạt động nhóm để HS tự đề xuất sự tạo thành một số ion và sự kết hợp các ion với nhau để tạo thành liên kết ion
Chú ý: Hướng dẫn HS hoạt động nhóm đề xuất một số ion và sự hình thành liên kết theo quy tắc octet (từng nhóm đề xuất), tiến hành thảo luận và GV xác nhận kết quả.
Trong cả hai trường hợp tạo ion và tạo liên kết ion: không nên sử dụng hình vẽ theo kiểu nhiều vòng tròn đồng tâm, vì không đúng với thực tế và mâu thuẫn với mô hình hiện đại về orbital đã trình bày ở chương 1.
Để khắc sâu bản chất của liên kết ion, GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực THTN theo phương pháp hoạt động nhóm để:
– Đưa ra một số nguyên tử.
– Dự đoán khả năng tạo thành cation hay anion giữa hai nguyên tử.
– Dự đoán có khả năng tạo thành liên kết ion hay không.
Mỗi nhóm có thể đưa ra đề xuất các ví dụ khác nhau và thảo luận.

Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi của SGK để luyện tập.
Hoạt động 3. TINH THỂ ION
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo phương pháp tiên đề:
– Giới thiệu tinh thể sodium chloride (có thể qua tranh, ảnh, mô hình hoặc video).
– Câu hỏi thảo luận: công thức hoá học của sodium chloride có phải là NaCl không?
Chú ý hướng HS đến công thức hoá học của muối ăn (tinh thể sodium chloride gồm nhiều phân tử NaCl) có dạng (NaCl)$_n$.
– Có thể giới thiệu thêm cấu trúc tinh thể của caesium chloride (CsCl) với HS khá, giỏi.
Hướng dẫn HS hoạt động lắp ráp mô hình tinh thể NaCl.
Sử dụng một số kiến thức thực tế về tinh thể ion (MgO, KOH, đá quý,...) để hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo phương pháp hoạt động nhóm, nêu và GQVD:
– Những hợp chất ion như: NaCl, MgO, Al$_2$O$_3$ ở trạng thái nào trong điều kiện thường?
– Nêu tính chất chung của hợp chất ion.
– Chất nào tan và không tan trong nước?
– Khi nào chúng dẫn điện?
Hướng dẫn HS hoạt động về tính dẫn điện của hợp chất ion.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu hỏi của SGK để luyện tập.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
Sơ đồ tạo thành các ion sau đây từ các nguyên tử tương ứng:
a) Li $\longrightarrow$ Li$^+$ + e;
b) Be $\longrightarrow$ Be$^{2+}$ + 2e;
c) Br + e $\longrightarrow$ Br$^-$ ;
d) O + 2e $\longrightarrow$ O$^{2-}$ .
Cấu hình electron của các ion:
K$^+$ và S$^{2-}$: 1s$^2$2s$^2$2p$^6$3s$^2$3p$^6$ giống cấu hình electron của Ar.
Mg$^{2+}$: 1s$^2$2s$^2$2p$^6$ giống cấu hình electron của Ne.
F$^-$: 1s$^2$2s$^2$2p$^6$ giống cấu hình electron của Ne.
Một ion O$^{2-}$ kết hợp với hai ion Li$^+$ để tạo phân tử ion Li$_2$O trung hoà điện.
Có thể tạo thành liên kết ion từ: Na$^+$ với Cl$^-$; Na$^+$ với O$^{2-}$; Mg$^{2+}$ với Cl$^-$ và Mg$^{2+}$ với O$^{2-}$ tạo thành các hợp chất ion: NaCl, Na$_2$O, MgCl$_2$ và MgO.
Sơ đồ biểu diễn sự hình thành liên kết ion:

Bài 12. LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Trình bày được khái niệm và lấy được ví dụ về liên kết cộng hoá trị (liên kết đơn, đôi, ba) khi á

II CHUẨN BỊ
– Một số tư liệu về: tính chất của hợp chất cộng hoá trị, sự xen phủ orbital nguyên tử (SGV, Internet,…).
– Tranh ảnh và các video liên quan đến liên kết cộng hoá trị và sự xen phủ orbital nguyên tử.
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Liên kết cộng hoá trị theo thuyết Lewis và theo cơ học lượng tử
a) Thuyết Lewis (thuyết cặp electron)
Thuyết liên kết cộng hoá trị do Gilbert Newton Lewis (người Mỹ) đề xuất năm 1916, gần như cùng thời gian với công trình của Walther Kossel (người Đức) về liên kết ion và quy tắc octet. Lewis cũng như Kossel cho rằng trong sự hình thành liên kết hoá học, các nguyên tử có xu hướng sắp xếp lại lớp vỏ electron ngoài cùng sao cho đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm.
Để đạt tới cấu hình electron của khí hiếm có thể thực hiện bằng hai cách:
– Chuyển hẳn một hay nhiều electron từ nguyên tử này sang nguyên tử còn lại để các nguyên tử tạo thành các ion tích điện trái dấu hút nhau bằng lực hút tĩnh điện (Thuyết liên kết ion của Kossel).
– Dùng chung một hay nhiều cặp electron từ cả hai nguyên tử tương tác. Liên kết theo kiểu này là liên kết cộng hoá trị.
Sau này còn biết có những trường hợp liên kết bằng sự dùng chung một hay ba electron.
Ví dụ 1: Ion phân tử hydrogen $H_2^+$ [H·H]$^+$, hai hạt nhân H liên kết với nhau bằng 1 electron.
Ví dụ 2: Ion phân tử helium $He_2^+$ [He:H]$_2^+$, hai hạt nhân He liên kết với nhau bằng 3 electron.
Ví dụ 3: Liên kết giữa những nguyên tử C trong một số hợp chất hữu cơ thơm.
Ngoài ra, còn có kiểu liên kết cộng hoá trị đặc biệt trong đó cặp electron chung không phải do mỗi nguyên tử tương tác góp lại mà do một trong hai nguyên tử tương tác cung cấp. Nguyên tử cung cấp cặp electron chung gọi là nguyên tử cho, nguyên tử còn lại gọi là nguyên tử nhận. Đó là liên kết cho – nhận.
Ví dụ:
$H_2O + H^+ \longrightarrow H_3O^+$ (ion oxonium)

Thuyết Lewis là một thuyết định tính, nó không có khả năng tính được những đặc trưng định lượng của liên kết như: năng lượng liên kết, độ dài liên kết,... Nó không giải thích được vì sao sự dùng cặp electron góp chung làm cho liên kết cộng hoá trị bền vững. Những hạn chế này được giải quyết nhờ cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử làm sáng tỏ bản chất của liên kết cộng hoá trị và xác nhận nội dung cơ bản của thuyết Lewis là có sự tập trung electron giữa hai nguyên tử liên kết.
Như vậy, thuyết Lewis chỉ là một giai đoạn trong sự phát triển lí thuyết về cấu tạo phân tử. Nó cho phép giải thích về mặt hiện tượng nhiều trường hợp thông thường của cấu tạo phân tử. Khi trình bày theo thuyết Lewis, giữ lại phần hình thức và chấp nhận trong tương tác hoá học các nguyên tử có xu hướng đạt tới cấu hình octet bằng cách góp chung các electron.
b) Liên kết cộng hoá trị theo cơ học lượng tử
Sau công trình của W. Heisenberg về nguyên tử helium (1926), và công trình của Walter Heitler, Fritz London về phân tử hydrogen (1927), hoá học lượng tử đã phát triển nhanh chóng. Theo đó, đối với nguyên tử hydrogen ở trạng thái cơ bản (1s), xác suất lớn nhất tìm thấy electron là khoảng không gian giới hạn bởi một quả cầu bán kính xấp xỉ 53 pm (tức là đám mây electron 1s có đối xứng cầu). Không chỉ riêng electron 1s của nguyên tử hydrogen mà đám mây electron s của mọi lớp vỏ electron ở bất kì nguyên tử nào cũng đều có dạng đối xứng cầu.
Giả thiết, hai nguyên tử hydrogen độc lập tiến lại gần nhau và khảo sát thế năng tương tác của chúng theo khoảng cách d giữa hai hạt nhân nguyên tử, Walter Heitler và Fritz London thấy có hai kết quả khác nhau:
– Trường hợp electron của mỗi nguyên tử H có spin cùng dấu (spin song song) thì hai nguyên tử H chỉ có thể đẩy nhau khi tiến lại gần nhau, sự đẩy này tăng liên tục khi khoảng cách giảm dần. Như vậy, khi electron của hai nguyên tử H có cùng dấu spin không tạo thành phân tử $H_2$.
– Trường hợp electron của mỗi nguyên tử H có spin trái dấu (spin đối song) thì hệ hai nguyên tử hydrogen có dự trữ thế năng nhỏ nhất ở khoảng cách cân bằng $d_0$ giữa hai proton.
Ở khoảng cách đó, hai nguyên tử H hút nhau mạnh nhất và hình thành phân tử $H_2$ bền nhất. Khi đó, những đám mây electron (hay gọi là orbital) của hai nguyên tử H xen phủ vào nhau một phần. Phần xen phủ có mật độ điện tích âm lớn tập trung ở giữa hai proton có tác dụng giảm bớt sức đẩy giữa hai proton đồng thời làm tăng sức hút của nó với mỗi proton.
Trong liên kết cộng hoá trị, cặp electron chung phải có spin ngược dấu thì các orbital mới xen phủ vào nhau và liên kết mới hình thành. Phương pháp của Heitler – London cho kết quả: khoảng cách giữa hai hạt nhân $d_0 = 0,74 \text{ Å}$ và năng lượng liên kết giữa chúng $E_b = 432,4 \text{ kJ/mol}$.

Về sau, phương pháp Heitler – London được các nhà khoa học John Clarke Slater, John H. Van Vleck và nhất là Linus Carl Pauling phát triển và được gọi là thuyết liên kết hoá trị (Valence bond viết tắt là VB).
2. Tính chất của liên kết cộng hoá trị
a) Bậc của liên kết
Bậc của liên kết cộng hoá trị là số cặp electron góp chung bởi hai nguyên tử trong một phân tử.
Bậc 1 (hay còn gọi là liên kết đơn):
Liên kết có bậc 1: chỉ có một liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử.
Ví dụ: H—H; Cl—Cl; H—Cl; H—O—H; H—N—H ;...
|
H
Bậc 2 (hay còn gọi là liên kết đôi):
Liên kết có bậc 2: khi có hai liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử.
Nguyên tử C (Z = 6) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là $2s^22p^2$ (4 electron hoá trị), mỗi nguyên tử carbon cần thêm 4 electron để đạt cấu hình theo quy tắc bát tử.
Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là $2s^22p^4$ (6 electron hoá trị), mỗi nguyên tử oxygen cần thêm 2 electron để đạt cấu hình theo quy tắc bát tử.
Trong phân tử $CO_2$, nguyên tử C nằm giữa 2 nguyên tử O và góp chung với mỗi nguyên tử O hai electron, mỗi nguyên tử O góp chung với nguyên tử C hai electron tạo ra 2 liên kết đôi.
Hình 12.1. Sơ đồ sự tạo thành phân tử $CO_2$
Khi đó, trong phân tử $CO_2$ mỗi nguyên tử C hay O đều có 8 electron ở lớp ngoài cùng, thoả mãn quy tắc bát tử.
Độ âm điện của oxygen (3,44) lớn hơn so với C (2,55) nên cặp electron chung lệch về phía oxygen. Liên kết giữa nguyên tử oxygen và cacbon bị phân cực. Nhưng phân tử $CO_2$ có cấu tạo thẳng (góc liên kết $180^0$) nên độ phân cực của hai liên kết đôi (C=O) ngược chiều nhau, momen lưỡng cực triệt tiêu nhau, vì vậy phân tử $CO_2$ không bị phân cực.
Bậc 3 (hay còn gọi là liên kết ba):
Liên kết có bậc 3: khi có ba liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử.
Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình electron lớp ngoài cùng là $2s^22p^3$ (5 electron hoá trị), hai nguyên tử N liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử N góp 3 electron tạo thành ba cặp electron chung trong phân tử $N_2$. Khi đó, trong phân tử $N_2$, mỗi nguyên tử có 8 electron, thoả mãn quy tắc bát tử:

Phân tử $N_2$ tạo bởi hai nguyên tử của cùng một nguyên tố (có cùng độ âm điện), nên các cặp electron chung không bị hút lệch về phía nguyên tử nào, liên kết cộng hoá trị không cực.
Liên kết ba này rất bền nên ở nhiệt độ thường, khí nitrogen rất kém hoạt động hoá học.
b) Độ dài liên kết
Độ dài liên kết là khoảng cách giữa các hạt nhân của hai nguyên tử liên kết với nhau.
Độ dài liên kết chủ yếu do kích thước nguyên tử quyết định.
Ví dụ: Kích thước nguyên tử N < C < P $\Rightarrow$ độ dài liên kết: C—N < C—C < C—P .
Độ dài liên kết còn phụ thuộc vào bậc liên kết, bậc liên kết càng cao thì độ dài liên kết càng ngắn.
Ví dụ: Độ dài liên kết C—C > C=C > C$\equiv$C. Số liệu cụ thể được biểu thị trong bảng sau:
Liên kết, C—O, C=O, C$\equiv$O
Độ dài liên kết (pm), 143, 122, 113
c) Năng lượng liên kết (kí hiệu $E_b$)
Năng lượng liên kết (kJ/mol) là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hoá học cụ thể thành nguyên tử ở thể khí.
Ví dụ: HCl $\longrightarrow$ H + Cl $E_b = +428$ kJ/mol
428 kJ/mol là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ liên kết H—Cl.
Ngược lại, H + Cl $\longrightarrow$ HCl E = $-428$ kJ/mol
$-428$ kJ/mol là năng lượng toả ra khi hình thành một liên kết hoá học từ những nguyên tử cô lập.
Năng lượng liên kết có trị số bằng năng lượng hình thành liên kết nhưng ngược dấu.
Quá trình phá vỡ liên kết thu nhiệt, còn quá trình tạo thành liên kết toả nhiệt.
Đối với những phân tử nhiều nguyên tử kiểu $XY_n$ (trong đó chỉ có liên kết X—Y), năng lượng trung bình của liên kết X—Y có giá trị tuyệt đối bằng $\frac{1}{n}$ năng lượng tạo thành phân tử đó từ các nguyên tử ở trạng thái khí.
Ví dụ: Năng lượng tạo thành của quá trình C + 4H $\longrightarrow$ CH$_4$ là $-1659$ kJ/mol.
Năng lượng trung bình của mỗi liên kết C—H trong CH$4$ là $E{\text{C—H}} = \frac{1659}{4} = 414$ kJ/mol.

Nếu lần lượt làm đứt từng liên kết của phân tử XY${n}$ thì quá trình đó làm biến đổi từng phần (cấu hình electron, hình dạng,...) của phân tử nên làm biến đổi năng lượng tương tác của các nguyên tử trong phân tử. Ví dụ: trong phân tử CH${4}$ các góc liên kết $\widehat{\text{HCH}}$ đều là 109,5$^{\circ}$ (tứ diện); khi tách ra một nguyên tử H sẽ trở thành nhóm CH$_{3}$ có các góc liên kết $\widehat{\text{HCH}}$ đều là 120$^{\circ}$ (tam giác phẳng); đó là lí do năng lượng cần để làm đứt từng liên kết trong phân tử khác nhau.
Thực nghiệm cho biết: năng lượng cần làm đứt từng liên kết C—H trong CH$_{4}$ lần lượt bằng 426, 367, 517 và 334 kJ/mol.
Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền của liên kết (E$_{b}$ càng lớn $\Rightarrow$ liên kết càng bền). Ví dụ:
Liên kết, H—H, H—Cl, Cl—Cl
Năng lượng liên kết (kJ/mol), 436, 432, 243
Độ bền liên kết, H—H > H—Cl > Cl—Cl
– Bậc liên kết và độ dài liên kết cũng ảnh hưởng đến năng lượng liên kết. Bảng sau đây thống kê mối liên hệ giữa bậc liên kết, độ dài liên kết và năng lượng liên kết của một số liên kết:
Liên kết trong phân tử, Bậc liên kết, Độ dài liên kết (pm), E$_{b}$ (kJ/mol)
Br—Br (Br$_{2}$), 1, 228, 193
H—Br (HBr), 1, 141, 366
O=O (O$_{2}$), 2, 1 207, 494
C=C (C${2}$H${4}$), 2, 134, 612
C≡C (C${2}$H${2}$), 3, 120, 839
N≡N (N$_{2}$), 3, 1 094, 945
Bậc liên kết càng cao, độ dài liên kết càng ngắn, năng lượng liên kết càng lớn, liên kết càng bền.
– Về mặt định tính: Biết năng lượng liên kết có thể hiểu được vì sao phản ứng toả nhiệt và phản ứng thu nhiệt, qua đó sử dụng biện pháp lựa chọn nhiệt độ thích hợp.
Ví dụ: khi đốt than, dầu, xăng,... phản ứng xảy ra toả nhiệt, nên tận dụng nhiệt lượng đó; khi nung đá vôi để sản xuất vôi sống,... phản ứng xảy ra thu nhiệt nên phải cung cấp năng lượng cho phản ứng.
– Về mặt định lượng: Biết năng lượng liên kết có thể tính được lượng nhiệt toả ra hay thu vào của phản ứng, qua đó tiết kiệm được năng lượng.

3. Dạng hình học của một số phân tử đơn giản
Dạng hình học của phân tử có ảnh hưởng lớn đến tính chất của các chất. Ví dụ: phân tử nước ($H_2O$) có dạng góc nên là phân tử có cực, vì thế nước dễ hoà tan các muối mà khó hoà tan dầu, mỡ,...
a) Thực nghiệm đã xác định được dạng hình học của đa số phân tử các chất đã biết
– Các phân tử hai nguyên tử có cấu trúc thẳng như H—Cl, O=O,...
– Các phân tử ba nguyên tử:
Có thể có cấu trúc thẳng như O=C=O; Cl—Be—Cl,...
Có thể có cấu trúc gấp khúc (hoặc chữ V) như $H_2O$, $SO_2$,...
– Các phân tử bốn nguyên tử:
Có thể có cấu trúc tam giác phẳng như $BCl_3$,...
Có thể có cấu trúc hình tháp tam giác như $NH_3$,...
– Các phân tử năm nguyên tử có thể có cấu trúc tứ diện như $CH_4$, $CCl_4$,...
b) Giải thích dạng hình học của các phân tử
Trong các phân tử cộng hoá trị, các electron hoá trị thuộc các cặp electron liên kết và không liên kết. Trong phân tử, mỗi cặp electron liên kết và không liên kết chiếm một khoảng không gian xung quanh nguyên tử trung tâm (khu vực đó tích điện âm). Do cùng dấu điện tích nên các cặp electron liên kết và không liên kết đẩy nhau đến mức xa nhau nhất có thể (góc liên kết lớn nhất có thể). Do mật độ electron lớn hơn nên các cặp electron không liên kết đẩy mạnh hơn các cặp electron liên kết.
4. Sự phân cực của liên kết hoá học và của phân tử
Dựa vào độ âm điện có thể phân ra liên kết cộng hoá trị không phân cực, liên kết cộng hoá trị phân cực và liên kết ion. Ví dụ:
Cl : Cl, H :Cl, $Na^+Cl^-$
Liên kết cộng hoá trị không phân cực, Liên kết cộng hoá trị phân cực, Liên kết ion
Có thể coi liên kết cộng hoá trị phân cực là dạng chuyển tiếp giữa liên kết cộng hoá trị không phân cực và liên kết ion.
Không có ranh giới rõ rệt giữa liên kết cộng hoá trị và liên kết ion. Trong liên kết cộng hoá trị phân cực đã có một phần tính chất ion và ngược lại, những hợp chất có liên kết ion khi các ion hút nhau mạnh (đặc biệt đối với các cation có kích thước nhỏ như $Li^+$ hay có điện tích lớn như $Al^{3+}$) thì trong liên kết ion đã có một phần tính chất cộng hoá trị. Thực tế, các phân tử đơn chất có liên kết cộng hoá trị thuần tuý (không có cực) và các phân tử hợp chất có liên kết ion thuần tuý không có nhiều lắm, còn đa số là các chất có liên kết cộng hoá trị phân cực.

Cần chú ý phân biệt sự phân cực của liên kết với sự phân cực của phân tử:
Đối với phân tử 2 nguyên tử: nếu liên kết giữa hai nguyên tử bằng liên kết phân cực thì phân tử có momen ($\mu$) lưỡng cực bằng moment lưỡng cực của liên kết.
Ví dụ: HCl, HI,... có $\mu_{\text{phân tử}} = \mu_{\text{liên kết}}$
Đối với phân tử có từ ba nguyên tử trở lên: sự phân cực của phân tử còn phụ thuộc độ phân cực của từng liên kết và sự phân bố không gian của các liên kết đó.
– Khi các liên kết đều phân cực với độ phân cực như nhau, nhưng hướng của các liên kết khác chiều nhau dẫn đến phân tử phân cực.
Ví dụ: Phân tử H$2$O, các liên kết O–H đều phân cực về phía nguyên tử O ($\mu{\text{O–H}}$ = 1,58 D), nhưng tạo với nhau một góc 104,5$^{\circ}$ và hướng của hai liên kết về các phía khác nhau nên phân tử H$_2$O phân cực (moment lưỡng cực của phân tử là 1,84 D). Tương tự, các phân tử có góc như SO$_2$ ($\mu$ = 1,61 D), NO$_2$ ($\mu$ = 0,29 D), O$_3$ ($\mu$ = 0,52 D),... là những phân tử phân cực.
– Khi các liên kết đều phân cực có độ phân cực như nhau, nhưng hướng của các liên kết ngược chiều nhau, moment lưỡng cực triệt tiêu nhau dẫn đến phân tử không phân cực.
Ví dụ: Phân tử CO$2$, các liên kết C=O đều phân cực về phía nguyên tử O ($\mu{\text{C=O}}$ = 2,7 D), nhưng phân tử CO$_2$ có cấu trúc thẳng nên hướng của hai liên kết ngược chiều nhau, moment lưỡng cực triệt tiêu nhau dẫn đến phân tử CO$_2$ không phân cực. Tương tự, phân tử CH$_4$ có các liên kết C–H đều phân cực nhưng phân tử CH$_4$ có cấu trúc tứ diện đều nên hướng của bốn liên kết ngược chiều nhau, moment lưỡng cực triệt tiêu nhau dẫn đến phân tử CH$_4$ không phân cực.
5. Sự khác nhau giữa liên kết cộng hoá trị và liên kết ion
Ngoài sự khác nhau về sự phân cực của liên kết đặc trưng bằng moment lưỡng cực đã nêu ở phần trên, còn có sự khác nhau về một số điểm sau:
a) Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và thăng hoa
Trong điều kiện thường, những chất cộng hoá trị là các chất khí hoặc chất lỏng hoặc chất rắn dễ bay hơi, còn hợp chất ion thường là các chất rắn khó bay hơi.
Ở trạng thái rắn, hợp chất ion có xu hướng hình thành những mạng lưới tinh thể ion. Trong tinh thể ion không có những phân tử ion độc lập, tinh thể được hình thành từ những ion phân bố đều đặn ở các nút của mạng lưới tinh thể. Mỗi ion được liên kết với tất cả các ion ngược dấu gần nó nhất với độ bền như nhau.
Ví dụ: Trong tinh thể NaCl, mỗi ion Na$^{+}$ hình thành các liên kết ion có độ bền giống nhau với 6 ion Cl$^{-}$ bao quanh nó và gần nó nhất, ngược lại mỗi ion Cl$^{-}$ hình thành các liên kết ion có độ bền giống nhau với 6 ion Na$^{+}$ bao quanh nó và gần nó nhất. Kết quả là toàn bộ tinh thể ion được giữ vững bằng những lực tĩnh điện khá mạnh. Chính vì thế mà các hợp chất ion thường khó bay hơi, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

Ở trạng thái rắn, hợp chất cộng hoá trị có xu hướng hình thành những mạng lưới tinh thể phân tử, cấu tạo bởi những phân tử riêng rẽ, phân bố ở các nút của mạng lưới. Liên kết giữa những nguyên tử trong từng phân tử là liên kết cộng hoá trị bền vững, những phân tử này chỉ liên kết với phân tử khác trong tinh thể bằng tương tác van der Waals tương đối yếu. Do đó, những chất cộng hoá trị thường có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt độ thăng hoa tương đối thấp.
Ví dụ: Thực nghiệm cho thấy NaCl sôi ở 1 442 °C còn AlCl$_3$ sôi ở 183 °C. Nhiệt độ sôi thấp là một trong những dấu hiệu chứng tỏ AlCl$_3$ là một hợp chất cộng hoá trị chứ không phải là hợp chất ion. Nhiệt độ nóng chảy của NaCl là 801 °C, còn nhiệt độ nóng chảy của nước đá (tinh thể phân tử) là 0°C.
Năng lượng thăng hoa (chuyển một chất từ trạng thái rắn thẳng sang trạng thái hơi) của các tinh thể cộng hoá trị chỉ xấp xỉ bằng 41,9 kJ/mol hoặc nhỏ hơn, còn đối với hợp chất ion đều cao hơn nhiều (NaCl ở 1 400 °C là 251,4 kJ/mol).
b) Tính bão hoà
Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của liên kết cộng hoá trị là tính bão hoà, nghĩa là những nguyên tử đã liên kết cộng hoá trị với nhau trong một phân tử và nếu có hoá trị đã bão hoà thì không liên kết thêm với những nguyên tử của phân tử khác.
c) Tính hoà tan và tính dẫn điện
Một trong những đặc trưng của hợp chất ion là tính dẫn điện ở trạng thái lỏng (nóng chảy) hoặc tan trong dung môi thích hợp. Trái lại, những chất cộng hoá trị thuần tuý không dẫn điện, chúng thường không tan trong nước và nếu có tan thì dung dịch không chứa ion nên cũng không dẫn điện. Một số hợp chất cộng hoá trị phân cực mạnh khi tan trong nước thì có thể dẫn điện. Ví dụ: dung dịch HCl,...
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK về liên kết cộng hoá trị được hình thành bởi cặp electron góp chung giữa hai nguyên tử, tính chất của hợp chất cộng hoá trị và độ âm điện với liên kết hoá học, thảo luận trong nhóm và lần lượt nêu ý kiến của nhóm trước lớp, sau đó phản biện của các nhóm khác và đề xuất các hiện tượng thực tế có liên quan. Cuối cùng GV giúp HS rút ra kết luận chung.
Sử dụng phương pháp tiên đề: HS thừa nhận sự xen phủ orbital nguyên tử để tạo liên kết cộng hoá trị và năng lượng liên kết cộng hoá trị rồi căn cứ vào đó để suy ra một số kết quả khác.
Trong một số phần cụ thể, có thể cho HS giải quyết những câu hỏi đơn giản (xác định loại liên kết ion hay cộng hoá trị dựa vào độ âm điện) và thực hành viết công thức Lewis.
Hoạt động 1. SỰ TẠO THÀNH LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ
Đưa ra hai nguyên tử phi kim (do HS chọn), yêu cầu HS viết cấu hình electron, xác định số electron hoá trị và nêu xu hướng nhường, nhận electron.

GV sử dụng phương pháp hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GTH T và năng lực NTHH:
– Hai nguyên tử Cl hoặc nguyên tử H và Cl liên kết với nhau như thế nào để thoả mãn quy tắc octet? HS viết công thức Lewis.
– GV sử dụng phương pháp tiên đề để giới thiệu khái niệm liên kết cho – nhận:
Yêu cầu HS viết công thức electron cho ion $\text{NH}_4^+$. Chỉ rõ trong phân tử $\text{NH}_3$ số electron xung quanh nguyên tử N còn một cặp electron chưa liên kết và ion H là một orbital trống. Để thoả mãn quy tắc octet thì làm như thế nào?
Đối với các nguyên tử góp chung nhiều electron thì biểu diễn liên kết theo công thức Lewis như thế nào (GV gợi ý các phân tử $\text{O}_2$, $\text{N}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{C}_2\text{H}_2$,…)? Từ đó hướng dẫn HS biểu diễn các liên kết đôi và ba.
GV hoàn thiện năng lực NTHH bằng cách GV hướng dẫn, HS so sánh và rút ra nhận xét.
Hướng dẫn HS hoạt động lắp ráp mô hình rỗng của một số phân tử.
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD bằng hoạt động củng cố: sử dụng các câu hỏi tương tự câu hỏi 1, 2 SGK để luyện tập.
Hoạt động 2. ĐỘ ÂM ĐIỆN VÀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC
Sử dụng phương pháp hợp tác nhóm để rèn luyện năng lực GTHT và năng lực NTHH hình thành kiến thức về độ âm điện và liên kết hoá học.
– Đưa ra các phân tử: $\text{CH}_4$, $\text{HBr}$, $\text{HCl}$, $\text{HF}$ và các trị số độ âm điện I(2,66); Cl(3,16); Br(2,96); F(3,98); H(2,20). Yêu cầu HS tính hiệu độ âm điện giữa các nguyên tử trong mỗi phân tử.
Liên kết, H—C, H—Br, H—Cl, H—F
Độ âm điện, $2,2 - 2,55$, $2,2 - 2,96$, $2,2 - 3,16$, $2,2 - 3,98$
Hiệu độ âm điện, 0,35, 0,76, 0,96, 1,78
→
Độ phân cực liên kết H — X tăng theo chiều hiệu độ âm điện tăng
– Hướng dẫn HS tìm hiểu về mối quan hệ giữa hiệu độ âm điện với liên kết hoá học:
Hiệu độ âm điện, $< 0,4$, $= 0,4 \longrightarrow < 1,7$, $\ge 1,7$
Loại liên kết, Liên kết cộng hoá trị không phân cực, Liên kết cộng hoá trị phân cực, Liên kết ion
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD bằng hoạt động củng cố: sử dụng các câu hỏi tương tự câu 4, 5 SGK để luyện tập.

Hoạt động 3. TÍNH CHẤT CỦA CÁC CHẤT CÓ LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH bằng phương pháp đàm thoại, gợi mở và hoạt động nhóm thông qua các hiện tượng thực tế:
– Kể tên một số hợp chất cộng hoá trị. Chúng ở trạng thái rắn, lỏng hay khí? Các trạng thái này có liên quan gì đến khối lượng phân tử mỗi chất?
– Nước đá có dễ nóng chảy không? Khi đun nóng thì đường dễ hay khó nóng chảy? GV giải thích bởi lực liên kết phân tử yếu (điểm này là tính bão hoà của liên kết cộng hoá trị, những nguyên tử đã liên kết cộng hoá trị với nhau trong phân tử và đã bão hoà electron hoá trị thì sẽ không liên kết thêm với những nguyên tử của phân tử khác).
– Vì sao ethanol và đường có thể tan trong nước, còn xăng và dầu hoả thì khó tan?
– Dung dịch HCl có thể dẫn điện, nhưng dầu hoả và xăng không dẫn điện?
GV hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố: sử dụng các câu hỏi tương tự câu hỏi 3 SGK để luyện tập.
Hoạt động 4. MÔ TẢ LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ BẰNG SỰ XEN PHỦ CÁC ORBITAL NGUYÊN TỬ
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo phương pháp tiên đề:
– Giới thiệu sự xen phủ orbital tạo liên kết $\sigma$ (bằng tranh, ảnh hoặc video):
Xen phủ s – s .
Xen phủ s – p (theo trục liên kết).
Xen phủ p – p (theo trục liên kết).
– Giới thiệu sự xen phủ orbital tạo liên kết $\pi$ (bằng tranh, ảnh hoặc video):
– Xen phủ p – p (xen phủ bên) .
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực GQVD và năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
– Phân biệt sự khác nhau giữa xen phủ trục và xen phủ bên, giữa liên kết $\sigma$ và liên kết $\pi$.
– Xác định sự xen phủ trục hay xen phủ bên ở một số liên kết (ví dụ: F — F; O = O;...).
– Tính số liên kết $\sigma$ và $\pi$ có trong một số phân tử (ví dụ: $N_2$; $O_2$, $C_2H_2$;...).
Hoạt động 5. NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỘNG HOÁ TRỊ
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo phương pháp tiên đề:
– Giới thiệu khái niệm năng lượng liên kết:
Có thể lấy ví dụ khác (nhu $E_b$ của HBr bằng 366 kJ/mol).
Giải thích kí hiệu $E_b$: viết tắt từ tiếng Anh “bond” là liên kết.
Chú ý “dấu +” của năng lượng liên kết biểu thị năng lượng cần cung cấp. Khi đổi dấu thì năng lượng được toả ra, đó là năng lượng của quá trình theo chiều ngược lại.
$$ \text{HCl(g)} \longrightarrow \text{H(g)} + \text{Cl(g)} \text{ có } E_b = + 432 \text{ kJ/mol} $$

$Quá trình ngược lại: $\text{H(g)} + \text{Cl(g)} \longrightarrow \text{HCl(g)}$ có $E = -432 \text{ kJ/mol}$ Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT và năng lực TH$

Quá trình ngược lại: $\text{H(g)} + \text{Cl(g)} \longrightarrow \text{HCl(g)}$ có $E = -432 \text{ kJ/mol}$
Hướng dẫn HS rèn luyện năng lực VDKT và năng lực THTN bằng hoạt động củng cố:
– Năng lượng liên kết cho biết điều gì? Hướng dẫn HS đề xuất ví dụ.
– Năng lượng liên kết liên quan đến độ bền liên kết như thế nào? HS đề xuất ví dụ.
– So sánh độ bền của liên kết dựa vào bảng 12.2.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Công thức electron, công thức cấu tạo và công thức Lewis:
a) $\text{Br}_2$:
$\cdot\cdot\text{Br}:\cdot\cdot\text{Br}\cdot\cdot$ $\text{Br}-\text{Br}$ $\cdot\cdot\text{Br}-\text{Br}\cdot\cdot$ (với các cặp electron hóa trị chưa liên kết được biểu diễn bằng dấu chấm trên dưới hoặc trái phải nguyên tử Br)
b) $\text{H}_2\text{S}$:
$\text{H}:\ddot{\text{S}}:\text{H}$ $\text{H}-\text{S}-\text{H}$ $\text{H}-\ddot{\text{S}}-\text{H}$ (với hai cặp electron hóa trị chưa liên kết trên dưới nguyên tử S)
c) $\text{CH}_4$:
(Công thức electron với C ở giữa, 4 H xung quanh chia sẻ từng cặp electron)
(Công thức cấu tạo với C ở giữa, 4 liên kết đơn hướng tới 4 H)
(Công thức Lewis tương tự công thức electron nhưng dùng gạch nối cho liên kết)
d) $\text{NH}_3$:
(Công thức electron với N ở giữa, 3 H, và một cặp electron hóa trị chưa liên kết trên đỉnh N)
(Công thức cấu tạo với N ở giữa, 3 liên kết đơn hướng tới 3 H)
(Công thức Lewis tương tự công thức electron nhưng dùng gạch nối cho liên kết)
e) $\text{C}_2\text{H}_4$:
(Công thức electron với hai C liên kết đôi ở giữa, mỗi C liên kết đơn với hai H)
(Công thức cấu tạo $\text{H}_2\text{C}=\text{CH}_2$)
(Công thức Lewis tương tự công thức electron)
g) $\text{C}_2\text{H}_2$:
$\text{H}:\text{C}:::\text{C}:\text{H}$ $\text{H}-\text{C}\equiv\text{C}-\text{H}$
2. Phân tử có liên kết cộng hoá trị không phân cực: $\text{O}_2$, $\text{H}_2$.
Phân tử có liên kết cộng hoá trị phân cực: $\text{HBr}$, $\text{NH}_3$, $\text{AlCl}_3$.
Phân tử có liên kết ion: $\text{MgCl}_2$.
3. Liên kết $\sigma$ tạo bởi sự xen phủ theo trục liên kết của các orbital;
Liên kết $\pi$ tạo bởi sự xen phủ bên của các orbital.
4. Đáp án D.
Phân tử $\text{C}_2\text{H}_4$ có 4 liên kết $\sigma$ ($\text{C}-\text{H}$) + 1 liên kết $\sigma$ ($\text{C}-\text{C}$) và 1 liên kết $\pi$ ($\text{C}=\text{C}$).
5. Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hoá học trong phân tử ở thể khí thành các nguyên tử ở thể khí (tính ra $\text{kJ}/\text{mol}$).
Năng lượng liên kết của phân tử $\text{Cl}_2$ là $+243 \text{ kJ}/\text{mol}$ cho biết để phá vỡ $1 \text{ mol}$ phân tử $\text{Cl}_2$ ở thể khí thành các nguyên tử $\text{Cl}$ ở thể khí theo quá trình $\text{Cl}_2(\text{g}) \longrightarrow 2\text{Cl}(\text{g})$ cần cung cấp một nhiệt lượng là $243 \text{ kJ}$. Suy ra: quá trình $2\text{Cl}(\text{g}) \longrightarrow \text{Cl}_2(\text{g})$ có năng lượng $-243 \text{ kJ}/\text{mol}$ là toả nhiệt.
6. Đáp án C. Năng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền của liên kết ($\text{E}_b$ càng lớn thì liên kết càng bền và phân tử càng khó bị phân huỷ).

Bài 13. LIÊN KẾT HYDROGEN VÀ TƯƠNG TÁC VAN DER WAALS I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Trình bày được khái niệm liên kết hydrogen. Vận dụng để giải thích sự xuất

– Nguyên tử khí hiếm có lớp vỏ electron bền vững không thể tham gia vào các liên kết hoá học nêu trên, nhưng ở nhiệt độ rất thấp (gần độ không tuyệt đối) khí hiếm có thể hoá lỏng, hoá rắn và các quá trình này toả ra năng lượng.
Vậy, những lực nào đã hút các phân tử trung hoà cũng như các nguyên tử khí hiếm?
Những lực hút giữa các nguyên tử và phân tử trung hoà đó được gọi chung là lực giữa các phân tử hay tương tác van der Waals (nhà vật lí người Hà Lan, là người đầu tiên phát hiện ra những lực này).
GV lưu ý HS:
– Liên kết ion và liên kết cộng hoá trị là liên kết giữa các nguyên tử trong một phân tử.
– Liên kết hydrogen và tương tác van der Waals là liên kết giữa các nguyên tử, phân tử trung hoà.
Tương tác van der Waals và liên kết hydrogen cũng có bản chất điện nhưng có một số điểm khác với lực liên kết trong phân tử là được thực hiện ở những khoảng cách tương đối lớn, không bão hoà và có năng lượng nhỏ. Ví dụ: nhiệt thăng hoa của $Cl_2$ là ~20 kJ/mol, còn năng lượng liên kết Cl—Cl là 243 kJ/mol. Rõ ràng lực hút giữa phân tử $Cl_2$ này với phân tử $Cl_2$ khác nhỏ hơn nhiều so với lực liên kết cộng hoá trị giữa hai nguyên tử Cl trong phân tử.
Lực tương tác van der Waals bao gồm ba tương tác thành phần:
Tương tác định hướng: Khi các phân tử phân cực đến gần nhau, tương tác tĩnh điện giữa các cực trái dấu sẽ hút nhau. Tương tác này càng lớn khi moment lưỡng cực ($\mu$) của phân tử càng lớn. Ví dụ: tương tác định hướng trong trường hợp $H_2O$ và HCl lớn hơn so với CO vì moment lưỡng cực của $H_2O$ và HCl lớn hơn nhiều so với CO.
Tương tác cảm ứng: Lưỡng cực cảm ứng sinh ra bởi phân tử có cực đã cực hoá các phân tử không cực xung quanh nó. Tương tác này càng lớn khi moment lưỡng cực ($\mu$) của phân tử có cực càng lớn.
Tương tác khuếch tán: Tương tác xuất hiện nhờ lưỡng cực nhất thời của các phân tử và có thể tạo thành giữa các phân tử bất kì (có cực hoặc không cực). Tương tác khuếch tán mới giải thích được sự tồn tại các trạng thái rắn, lỏng của những chất như khí hiếm, hydrogen, oxygen, nitrogen. Theo quan điểm hiện đại về cấu tạo chất, mọi hạt đều có năng lượng ở độ không tuyệt đối, chính năng lượng đó đảm bảo cho electron luôn chuyển động xung quanh hạt nhân. Vì thế, không phải lúc nào tâm điện tích dương cũng trùng với tâm điện tích âm và khi đó sinh ra lưỡng cực nhất thời. Điện trường sinh ra bởi lưỡng cực nhất thời có thể cảm ứng một lưỡng cực ở nguyên tử bên cạnh và các lưỡng cực này hút nhau.
Bán kính van der Waals: Hình 13.1 phân biệt rõ bán kính van der Waals với bán kính cộng hoá trị, $R_C$ là bán kính cộng hoá trị, $R_V$ là bán kính van der Waals. Tương tác van der Waals yếu hơn nhiều so với lực liên kết cộng hoá trị nên bán kính van der Waals luôn lớn hơn bán kính cộng hoá trị của nó (ví dụ: đối với nguyên tử chlorine, $R_V$ là 180 pm còn $R_C$ là 99 pm).

Hình 13.1. Bán kính van der Waals ($R_V$) và bán kính cộng hoá trị ($R_C$)
Tương tác van der Waals không những có thể giải thích sự tồn tại các trạng thái rắn, lỏng của các chất mà còn giải thích được cả sự tồn tại của một số hợp chất hoá học, đặc biệt là hợp chất của khí hiếm.
Lực tương tác van der Waals phụ thuộc mạnh vào độ bị phân cực ($\alpha$), mà $\alpha$ tăng theo kích thước của phân tử (nguyên tử). Điều này cho phép giải thích sự tăng nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một số chất.
Bảng 13.1. Nhiệt độ sôi của một số chất
Khí hiếm, $t^0_{sôi}$ ($^{\circ}C$), Halogen, $t^0_{sôi}$ ($^{\circ}C$), Hydride, $t^0_{sôi}$ ($^{\circ}C$)
He, $-268,9$, $F_2$, $-188,1$
Ne, $-246,0$, $Cl_2$, $-34,1$, HCl, $-84,9$
Ar, $-105,9$, $Br_2$, $+59,2$, HBr, $-66,7$
Xe, $-109,1$, $I_2$, $+185,5$, HI, $-35,8$
2. Liên kết hydrogen
Lực van der Waals không giải thích được sự tăng bất thường về một số tính chất như nhiệt độ sôi, nhiệt hoá hơi,... của những hợp chất HF, $H_2O$, $NH_3$.
Sự tăng nhiệt độ sôi của dãy hydride $EH_4$ (E là nguyên tố) và của khí hiếm được giải thích bằng sự tăng tương tác van der Waals theo khối lượng phân tử của hydride và của khí hiếm.
Nhưng trong dãy hydride EH, $EH_2$ và $EH_3$, vì sao các hợp chất HF, $H_2O$, $NH_3$ lại có nhiệt độ sôi cao bất thường so với các hợp chất tương tự ở cùng dãy? Điều này không thể giải thích được bởi tương tác van der Waals mà bằng hiện tượng trùng hợp phân tử. Ở các trạng thái rắn, lỏng và đôi khi cả trạng thái khí (trường hợp HF) những phân tử của các hợp chất trên không tồn tại riêng rẽ từng phân tử mà kết hợp với nhau thành những phân tử lớn hơn dạng $(HF)n$, $(H_2O){n'}$, $(NH_3)_{n''}$ (các giá trị n, n', n" giảm dần khi nhiệt độ tăng). Sự kết hợp những đơn phân tử thành những phân tử lớn hơn do liên kết qua nguyên tử hydrogen được gọi là liên kết hydrogen.
Như vậy, khi làm bay hơi HF lỏng, $NH_3$ lỏng hay $H_2O$, ngoài năng lượng cần cung cấp để thắng tương tác van der Waals còn cần cung cấp thêm năng lượng làm đứt liên kết hydrogen, vì thế xảy ra sự bất thường về nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của các chất này.

Liên kết hydrogen gây nên bởi sự dịch chuyển electron từ nguyên tử H sang nguyên tử có độ âm điện lớn làm cho nguyên tử H trở thành proton $H^+$ (hạt nhân không có electron). Do vậy, liên kết hydrogen chỉ có lực hút mà không có lực đẩy, đó là điều kiện thuận lợi để nguyên tử âm điện của phân tử khác tiến lại gần proton hơn. Liên kết hydrogen càng mạnh khi nguyên tử liên kết với H có độ âm điện càng lớn. Vì thế, liên kết hydrogen chỉ đặc trưng cho hợp chất của F và O, một phần cho hợp chất của N và phần rất ít cho hợp chất của Cl.
a) Sự kết hợp với nguyên tử H qua liên kết hydrogen có thể xảy ra theo nhiều cách
– Liên kết hydrogen liên phân tử
Phân tử không có nguyên tử H linh động nhưng có nguyên tử âm điện lớn.
$R \backslash C = \ddot{O} \cdots H - \ddot{O} / H$
$R' /$
Phân tử có cả nguyên tử H linh động và nguyên tử âm điện lớn.
$\cdots \ddot{O} - H \cdots : \ddot{F} - H$
$H \backslash$
Ngoài khả năng trùng hợp thành phân tử lớn hơn $(H_2O)_n$, phân tử nước còn kết hợp với phân tử chất tan qua liên kết hydrogen nên nước có khả năng hoà tan tốt một số chất. Sự kết hợp đó có thể qua nguyên tử H khi hoà tan chất hữu cơ chứa nhóm $\rangle C=O$ hoặc qua nguyên tử O khi hoà tan những hợp chất amine hay alcohol.
$R \backslash N - H \cdots \ddot{O} - H$ $\cdots \ddot{O} - H \cdots \ddot{O} - H$
$R' /$ $H \backslash$ $R \backslash$ $H \backslash$
và
Khi hoà tan acid hữu cơ, nước kết hợp với phân tử acid theo cả hai cách trên:
$R-C(=O)-O-H \cdots O(H)-H$
$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$
$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad......$
$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad......$
– Liên kết hydrogen nội phân tử
Khi phân tử có cả nguyên tử H linh động và nguyên tử âm điện lớn thì liên kết hydrogen có thể tạo ra trong nội bộ phân tử.
Salicylic aldehyde
Salicylic acid

b) Độ mạnh của liên kết hydrogen Liên kết hydrogen là liên kết yếu, độ bền của liên kết hydrogen là trung gian giữa liên kết hoá học và lực tương tác van der Wa

– Cấu trúc đặc biệt của nước đá: Trong tinh thể nước đá, mỗi phân tử nước có 4 phân tử nước khác lân cận gần nhất nằm trên 4 đỉnh của một tứ diện đều (Hình 13.3 SGK). Mỗi phân tử nước ở đỉnh lại có 4 phân tử lân cận khác nằm ở 4 đỉnh của một tứ diện đều khác và cứ tiếp tục như vậy. Một phân tử nước có thể tạo được 4 liên kết hydrogen với các phân tử nước lân cận do nguyên tử O trong $H_2O$ có hai cặp electron chưa liên kết có thể tạo liên kết hydrogen với 2 nguyên tử H của các phân tử nước khác, đồng thời hai nguyên tử H có thể tạo liên kết hydrogen với 2 nguyên tử O của các phân tử nước khác tạo ra các tứ diện. Cấu trúc tứ diện này được lặp lại trong toàn khối nước. Cấu trúc này là một cấu trúc rỗng nên nước đá có khối lượng riêng nhỏ hơn (nhẹ hơn) nước lỏng, vì thế nước đá nổi lên trên bề mặt nước lỏng.
Khi nước đá nóng chảy, liên kết hydrogen bị đứt ra một phần, các phân tử nước xích lại gần nhau hơn nên nước đá đã chảy ở trạng thái lỏng nặng hơn nước đá ở 0 °C. Khi đun nóng tiếp tục, một mặt thể tích nước tăng lên, mặt khác số liên kết hydrogen bị đứt nhiều hơn làm cho thể tích nước giảm. Do sự liên quan giữa hai cách biến đổi thể tích ngược nhau như vậy nên nước có khối lượng riêng lớn nhất ở khoảng 4 °C.
Trong mùa đông, nước đóng băng trên bề mặt nước lỏng đã ngăn cách nước bên dưới khỏi bị đông đặc hoàn toàn, vì vậy các loài thuỷ sản (tôm, cá, rong,...) có thể sống được.
Do có liên kết hydrogen nên $H_2O$ có nhiệt độ sôi cao (100 °C), nếu không có liên kết hydrogen thì trong điều kiện bình thường nước sẽ ở thể hơi và như thế sẽ không có sông, hồ, đại dương,... sẽ không có cả mưa.
Do có liên kết hydrogen nên nước có sức căng bề mặt rất lớn: nước có thể dâng lên trong mao quản của rễ cây để được vận chuyển lên thân và lá cây; con nhện nước có thể chạy trên mặt nước,...
– Liên kết hydrogen tham gia trong cấu trúc của các protein, carbohydrate và nucleic acid là thành phần chủ yếu của các cơ thể sống, các chất dinh dưỡng. Tính chất, chức năng sinh lí của các phân tử đó trong cơ thể sống phụ thuộc nhiều vào sự có mặt của liên kết hydrogen.
Bảng 13.2. Nhiệt độ sôi, nhiệt hoá hơi và khối lượng mol phân tử của một số chất
Chất, M (gam/mol), Nhiệt độ sôi (°C), Nhiệt hoá hơi (kJ/mol)
$CH_4$, 16, $-161,58$, 7,834
$NH_3$, 17, $-33,43$, 22,822
$H_2O$, 18, 100, 40,612
Bảng 13.3. Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt nóng chảy và khối lượng mol phân tử của một số chất
Chất, $H_2O$, $H_2S$, $CH_4$, $NH_3$, HF
M (gam/mol), 18,0, 34,1, 16,0, 17,0, 20,0
Nhiệt độ nóng chảy (°C), 0, $-8,5$, $-18,2$, $-77,76$, $-83$
Nhiệt nóng chảy (kJ/mol), 6,0, 2,4, 0,9, 6,647, 3,9

Tỉ trọng
Ở 4 °C, nước đặc khít hơn so với ở bất kì nhiệt độ nào, khi đó nước lỏng hoá rắn, thể tích nở ra nên tỉ trọng giảm.
Sức căng bề mặt
Lực hút giữa các phân tử mạnh, khuynh hướng co lại thành hình cầu càng lớn và sức căng bề mặt càng lớn.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Sử dụng phương pháp tiên đề: GV đưa ra những bất cập về O$_2$, N$_2$, khí hiếm có thể ở trạng thái lỏng; H$_2$O có nhiệt độ sôi cao bất thường; sau đó GV giúp HS liên hệ thực tiễn để HS thừa nhận kiến thức về khái niệm liên kết hydrogen và khái niệm tương tác van der Waals.
Sử dụng phương pháp hoạt động nhóm: HS đọc SGK, thảo luận trong nhóm và lần lượt nêu ý kiến của nhóm trước lớp, sau đó phản biện của các nhóm khác về cách tạo thành liên kết hydrogen với nguyên tử có độ âm điện lớn (F, O, N). Cuối cùng, GV giúp HS rút ra kết luận.
Trong phần cụ thể, có thể cho HS dựa vào kiến thức về liên kết hydrogen và tương tác van der Waals để đề xuất vai trò, ảnh hưởng của liên kết hydrogen đến tính chất vật lí của nước và ảnh hưởng của tương tác van der Waals đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất.
Hoạt động 1. MỞ ĐẦU
Hướng dẫn HS hứng thú với năng lực NTHH: Sử dụng phương pháp trực quan, sinh động – nêu vấn đề: GV đưa ra hình ảnh hoặc video: keo dán; bong bóng xà phòng; con nhện nước chạy trên mặt nước; oxygen hoá lỏng để duy trì không khí trên tàu ngầm, tàu vũ trụ.
GV hướng dẫn HS rèn luyện năng lực THTN. Qua hoạt động HS tự nêu thêm các ví dụ tương tự mà các em biết.
Hoạt động 2. LIÊN KẾT HYDROGEN
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH bằng cách:
Sử dụng phương pháp đàm thoại, gợi mở, nêu và GQVĐ:
GV nêu vấn đề: Nguyên tử F, O, N có độ âm điện lớn. Nguyên tử H rất linh động, mang một phần điện tích dương. Chúng có hút nhau không?
HS thảo luận và tự vẽ (GV cho HS biết biểu diễn liên kết bằng ba chấm · · ·):
– Nguyên tử F (của phân tử HF) này liên kết với nguyên tử H (của phân tử HF khác).
– Nguyên tử N (của phân tử NH$_3$) liên kết với nguyên tử H (của phân tử HF).
– Nguyên tử O (của phân tử H$_2$O) liên kết với nguyên tử H (của phân tử HF).
Kết luận về khái niệm liên kết hydrogen.

Chú ý: Hướng dẫn HS hoạt động nhóm đề xuất một số cách hình thành liên kết hydrogen (mỗi nhóm một đề xuất) và tiến hành thảo luận, GV xác nhận kết quả.
Để làm rõ vai trò của liên kết hydrogen với tính chất vật lí của nước, GV hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực THTN theo phương pháp hoạt động nhóm:
– Quan sát hình ảnh viên đá nổi trên mặt nước. Giải thích.
– Quan sát hình ảnh nước sôi ở nhiệt độ 100 °C cao hơn CH₄. Giải thích.
– So sánh nhiệt độ sôi của H₂O với H₂S và CH₄. Giải thích.
– Quan sát hình ảnh con nhện nước chạy trên bề mặt nước. Giải thích.
Mỗi nhóm có thể đưa ra đề xuất các ví dụ khác nhau và thảo luận.
Chú ý: GV nên sử dụng video hoặc hình ảnh để minh hoạ cấu trúc đặc biệt của nước.
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu 1, 2 của SGK để luyện tập.
Hoạt động 3. TƯƠNG TÁC VAN DER WAALS
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH theo phương pháp tiên đề:
– Br₂ lỏng, O₂ lỏng, He lỏng và ứng dụng (có thể qua tranh, ảnh, mô hình hoặc video).
– Câu hỏi thảo luận:
Ở nhiệt độ thường, các halogen như F₂, Cl₂ là các chất khí, vì sao Br₂ là chất lỏng?
Ở nhiệt độ thường, O₂ là chất khí, vì sao có thể hoá lỏng O₂ để sử dụng trên tàu du hành vũ trụ?
Chú ý hướng HS đến kiến thức: lực liên kết đã giữ các phân tử lại với nhau.
Kết luận về khái niệm tương tác van der Waals.
Sử dụng một số kiến thức thực tế về nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất để hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực NTHH về ảnh hưởng của tương tác van der Waals đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của các chất theo phương pháp hoạt động nhóm và phương pháp nêu – GQVD:
– Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các halogen biến đổi thế nào khi số electron tăng, khối lượng phân tử tăng?
– Nguyên nhân nào làm cho nhiệt độ sôi của đồng phân hydrocarbon mạch thẳng cao hơn đồng phân hydrocarbon mạch nhánh?
Hướng dẫn HS hoàn thiện năng lực VDKT bằng hoạt động củng cố:
Sử dụng câu hỏi và bài tập tương tự câu 3 của SGK để luyện tập.

$V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK 1. Sơ đồ biểu diễn liên kết hydrogen giữa: a) Hai phân tử hydrogen fluoride: $\cdots$ F—H $\cdots$ F—H $\cdots$ b) Phân tử$

V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Sơ đồ biểu diễn liên kết hydrogen giữa:
a) Hai phân tử hydrogen fluoride: $\cdots$ F—H $\cdots$ F—H $\cdots$
b) Phân tử hydrogen fluoride và phân tử ammonia:
$$
\begin{array}{c}
\text{H} \
| \
\cdots \text{N} - \text{H} \cdots \text{F} - \text{H} \cdots \
| \
\text{H}
\end{array}
\quad \text{và} \quad
\begin{array}{c}
\text{H} \
| \
\cdots \text{F} - \text{H} \cdots \text{N} - \text{H} \cdots \
| \
\text{H}
\end{array}
$$
2. Cấu tạo phân tử ethanol:
$$
\begin{array}{ccccc}
& \text{H} & \text{H} & & \
& | & | & & \
\text{H} - & \text{C} - & \text{C} - & \text{O} - & \text{H} \
& | & | & & \
& \text{H} & \text{H} & &
\end{array}
$$
Những nguyên tử H liên kết với nguyên tử C không tham gia liên kết hydrogen, vì độ âm điện của nguyên tử C nhỏ nên sức hút cặp electron chung về phía mình yếu, dẫn đến những nguyên tử H đó mang một phần điện tích dương ($\delta^+$) nhỏ và kém linh động.
3. Butane ($\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3$) có nhiệt độ sôi cao hơn isobutane ($\text{CH}_3-\underset{\substack{|}}{\overset{\substack{\text{CH}_3}}{\text{CH}}}-\text{CH}_3$).
Phân tử của hai hợp chất này có số electron bằng nhau, nhưng các phân tử butane có thể xếp cạnh nhau, số lượng điểm tiếp xúc lớn hơn, tương tác van der Waals lớn hơn, vì vậy nhiệt độ sôi cao hơn. Các phân tử isobutane nhỏ gọn hơn và có tính đối xứng cầu cao hơn, số lượng điểm tiếp xúc nhỏ hơn, tương tác van der Waals nhỏ hơn, vì vậy nhiệt độ sôi thấp hơn (Hình 13.4).
butane, $t_s = -0{,}5\ ^{\circ}\text{C}$
isobutane, $t_s = -11{,}7\ ^{\circ}\text{C}$
Hình 13.4. Mô tả tương tác van der Waals của butane và isobutane
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Đánh giá năng lực NTHH của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "trình bày", "nêu được", "viết được sơ đồ biểu diễn",... khái niệm của sự hình thành liên kết hydrogen và tương tác van der Waals.

$Bài 14. ÔN TẬP CHƯƠNG 3 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Câu 1. Đáp án B. Câu 2. Đáp án D. Câu 3. Công thức cấu tạo và công thức Lewis: $(PH_3)$ $\text{H}-\u$

b) Liên kết ion: Na₂O, MgO, Al₂O₃. Liên kết cộng hoá trị phân cực: SiO₂, P₂O₅, SO. Liên kết cộng hoá trị không phân cực: Cl₂O₇. Câu 6. a) Chất có thể tạo liên k

Chương 4 PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ Bài 15. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: Nêu được khái niệm và xác định được số oxi hoá của nguyên tử các n

$Ví dụ: Phân tử, Cộng hoá trị $\begin{array}{c} \text{H—N—H} \, \ \text{H} \end{array}$ $\begin{array}{c} \text{H—C=C—H} \, \quad 2. Số oxi hoá a) Ý nghĩa Số oxi$

b) Quy tắc xác định số oxi hoá
Chia nhỏ đơn chất thu được các nguyên tử, nguyên tử trung hoà điện nên điện tích bằng 0 ⇒ số oxi hoá bằng 0.
Chia nhỏ hợp chất thu được các phân tử, phân tử trung hoà điện nên điện tích bằng 0 ⇒ tổng số oxi hoá bằng 0.
Đối với một phân tử, GV có thể hướng dẫn HS dùng sơ đồ, trong đó chia phân tử thành các hợp phần, mỗi hợp phần tương ứng với một nguyên tố hoá học.
Ví dụ, xác định số oxi hoá của C trong phân tử CaCO$_3$.
Số oxi hoá của C được xác định dựa trên số oxi hoá của Ca là +2 và O là –2 theo sơ đồ sau.
Số oxi hoá của từng nguyên tử
+2, x, –2
Ca, C, O$_3$
+2, x, –6
Tổng số oxi hoá của các nguyên tử thuộc cùng nguyên tố
Phân tử CaCO$_3$ trung hoà điện nên tổng số oxi hoá của các nguyên tử bằng 0:
$(+2) + x + (-6) = 0 \Rightarrow x = +4$.
GV có thể vận dụng cho HS xác định số oxi hoá của nguyên tử chlorine trong các phân tử HCl, CaCl$_2$, KClO$_3$ theo sơ đồ sau:
+1, ?
H, Cl
+1, –1
+2, ?
Ca, Cl$_2$
+2, –2
+1, ?, –2
K, Cl, O$_3$
+1, ?, –6
Hoạt động 2. CHẤT OXI HOÁ, CHẤT KHỬ, PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ
1. Chất oxi hoá, chất khử
GV có thể sử dụng mô hình nguyên tử với các electron hoá trị để biểu diễn sự nhường và nhận electron.
Tìm quan hệ giữa số electron lớp ngoài cùng và số electron chất khử nhường, chất oxi hoá nhận.
(Gợi ý HS liên hệ với cấu hình lớp electron ngoài cùng của khí hiếm gần nhất để giải thích cho các nhận định trên).
Hướng dẫn HS quan sát chiều hướng biến đổi (tăng, giảm) số oxi hoá và đề nghị HS nêu nhận xét.
Chất khử nhường electron là quá trình oxi hoá, chất oxi hoá nhận electron là quá trình khử.

2. Phản ứng oxi hoá – khử
Dấu hiệu nhận biết: Phản ứng oxi hoá – khử gắn liền với sự thay đổi số oxi hoá của nguyên tử.
Hoạt động 3. LẬP PHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ
GV hướng dẫn HS lập phương trình hoá học theo ví dụ mẫu:
Bước 1: Xác định đúng, đủ các nguyên tử có sự thay đổi số oxi hoá, từ đó xác định chất oxi hoá, chất khử.
Ở bước này HS loại trừ trước các nguyên tử như H, O, kim loại kiềm, kiềm thổ, nhôm nếu chúng chỉ xuất hiện trong hợp chất.
Bước 2: Viết đúng quá trình oxi hoá chất khử và quá trình khử chất oxi hoá.
– Trước hết, viết các nguyên tử kèm số oxi hoá tương ứng ở hai về và viết mũi tên:
$$ \overset{-3}{\text{N}} \longrightarrow \overset{+2}{\text{N}} $$
$$ \overset{0}{\text{O}_2} \longrightarrow 2\overset{-2}{\text{O}} $$
– Sau đó, xác định số electron trao đổi bằng cách lấy số oxi hoá cao trừ số oxi hoá thấp rồi đặt số electron trao đổi ở về có số oxi hoá cao hơn:
$$ \overset{-3}{\text{N}} \longrightarrow \overset{+2}{\text{N}} + 5\text{e} \quad 2 - (-3) = 5 $$
$$ \text{O}_2 + 4\text{e} \longrightarrow 2\overset{-2}{\text{O}} \quad 0 - (-4) = 4 $$
Bước 3: Thăng bằng electron (tìm hệ số thích hợp cho chất khử và chất oxi hoá).
Số electron trao đổi bằng bội chung nhỏ nhất của số electron chất khử nhường và số electron chất oxi hoá nhận. Bội chung nhỏ nhất của 5 và 4 là 20.
Ở quá trình oxi hoá $\overset{-3}{\text{N}}$, lấy 20 chia cho 5 được hệ số là 4; ở quá trình khử $\overset{0}{\text{O}_2}$, lấy 20 chia cho 4 được hệ số là 5.
$$ 4 \times \left| \begin{aligned} \overset{-3}{\text{N}} & \longrightarrow \overset{+2}{\text{N}} + 5\text{e} \ 5 \times \left| \overset{0}{\text{O}_2} + 4\text{e} \right. & \longrightarrow 2\overset{-2}{\text{O}} \end{aligned} \right. $$
Bước 4: Xác định hệ số của chất oxi hoá và chất khử trong sơ đồ phản ứng, từ đó tính ra hệ số của các chất còn lại.
Đặt hệ số 4 vào NH$_3$ và NO, hệ số 5 vào O$_2$.
$$ 4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \longrightarrow 4\text{NO} + \text{H}_2\text{O} $$
(Không đặt hệ số 10 vào $\overset{-2}{\text{O}}$ vì $\overset{-2}{\text{O}}$ có trong hai chất là NO và H$_2$O, tổng số $\overset{-2}{\text{O}}$ ở hai chất này mới bằng 10).
Đặt hệ số cho chất còn lại, đó là H$_2$O theo phương pháp bảo toàn nguyên tố H:

$$4NH_3 + 5O_2 \longrightarrow 4NO + 6H_2O$ Hoạt động 4. PHẢN ỨNG OXI HOÁ – KHỬ TRONG THỰC TIỄN 1. Sự cháy GV yêu cầu HS xác định chất oxi hoá, chất khử của các$

5. Xác định nồng độ một chất bằng phản ứng oxi hoá – khử
Trong phòng thí nghiệm, thuốc tím là chất oxi hoá phổ biến dùng để xác định nồng độ các chất khử do tốc độ phản ứng nhanh, vừa là chất oxi hoá và vừa là chất chỉ thị.
Tuy nhiên, thuốc tím tương đối kém bền dưới tác dụng của ánh sáng hay nhiệt độ nên nồng độ thuốc tím cần được xác định lại sau khi pha chế từ dạng rắn hoặc khi dung dịch đã để lâu. Nồng độ KMnO$_4$ thường được xác định bằng phản ứng với dung dịch H$_2$C$_2$O$_4$ chuẩn:
$$5\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 + 2\text{KMnO}_4 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 10\text{CO}_2 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{MnSO}_4 + 8\text{H}_2\text{O}$$
Dung dịch H$_2$C$_2$O$_4$ chuẩn thường được pha chế từ hoá chất rắn H$_2$C$_2$O$_4$.2H$_2$O.
Ngoài thuốc tím, dung dịch Na$_2$S$_2$O$_3$ chuẩn được sử dụng để xác định hàm lượng iodine:
$$2\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3 + \text{I}_2 \longrightarrow \text{Na}_2\text{S}_4\text{O}_6 + 2\text{NaI}$$
Trong phản ứng này, ở gần điểm phản ứng vừa đủ cần nhỏ thêm vài giọt hồ tinh bột rồi thực hiện phản ứng cho đến khi dung dịch mất màu xanh tím.
GV có thể tổ chức hoạt động cho HS xác định gần đúng nồng độ dung dịch FeSO$_4$ bằng phản ứng với dung dịch KMnO$_4$ thông qua các bước sau:
Bước 1: Sử dụng ống đong lấy 5,0 mL dung dịch FeSO$_4$ (nồng độ khoảng 0,1M) đã pha chế từ mẫu muối ban đầu rồi chuyển vào bình tam giác.
Bước 2: Dùng ống đong lấy khoảng 5,0 mL dung dịch H$_2$SO$_4$ 1M rồi cho vào bình tam giác để tạo môi trường.
Bước 3: Sử dụng ống đong loại 10 mL để lấy 10,0 mL dung dịch KMnO$_4$ 0,02M.
Bước 4: Dùng ống hút nhựa lấy dung dịch KMnO$_4$ trong ống đong, cho từ từ vào bình tam giác, lắc đều, đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng bền trong khoảng 20 giây thì dừng lại.
Bước 5: Đọc thể tích thuốc tím còn lại trong ống đong, từ đó tính được thể tích dung dịch thuốc tím đã dùng.
GV có thể tổ chức hoạt động cho HS: xác định chính xác nồng độ dung dịch FeSO$_4$ bằng phản ứng với dung dịch KMnO$_4$: sử dụng các dụng cụ đo thể tích chính xác.
Sử dụng pipet để lấy 5,00 mL dung dịch FeSO$_4$, sử dụng buret để chứa dung dịch KMnO$_4$ và thực hiện thao tác chuẩn độ.
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. Số oxi hoá của nguyên tử Fe và S trong các chất:
a) $\overset{0}{\text{Fe}}$; $\overset{+2}{\text{FeO}}$; $\overset{+3}{\text{Fe}_2\text{O}_3}$; $\overset{+3}{\text{Fe(OH)}_3}$; $\overset{+2}{\text{FeCl}_2}$; $\overset{+8/3}{\text{Fe}_3\text{O}_4}$
b) $\overset{0}{\text{S}}$; $\overset{-2}{\text{H}_2\text{S}}$; $\overset{+4}{\text{SO}_2}$; $\overset{+6}{\text{SO}_3}$; $\overset{+6}{\text{H}_2\text{SO}_4}$; $\overset{+4}{\text{Na}_2\text{SO}_3}$

$2. a) $\overset{+2}{\text{Fe}}(\text{OH})_2 + \overset{0}{\text{O}_2} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \overset{+3}{\text{Fe}}\overset{-2}{(\text{OH})_3}$ b$

2. a) $\overset{+2}{\text{Fe}}(\text{OH})_2 + \overset{0}{\text{O}_2} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \overset{+3}{\text{Fe}}\overset{-2}{(\text{OH})_3}$
b) Quá trình oxi hoá chất khử và quá trình khử chất oxi hoá như sau:
Quá trình oxi hoá: $\overset{+2}{\text{Fe}} \longrightarrow \overset{+3}{\text{Fe}} + 1\text{e}$
Quá trình khử: $\overset{0}{\text{O}_2} + 4\text{e} \longrightarrow 2\overset{-2}{\text{O}}$
c) $4\text{Fe}(\text{OH})_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\text{Fe}(\text{OH})_3$
3. Phản ứng b) là phản ứng oxi hoá – khử do có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tử, phản ứng a) không phải là phản ứng oxi hoá – khử.
GV hướng dẫn HS cân bằng theo các bước như trong bài học.
4. a) Phản ứng oxi hoá – khử có lợi: đốt cháy nhiên liệu phục vụ hoạt động của con người, oxi hoá dưỡng chất để cung cấp năng lượng cho cơ thể, quang hợp, hoạt động của pin điện tích trữ và cung cấp năng lượng, điện phân, sản xuất hoá chất, dược phẩm,...
Phản ứng oxi hoá – khử có hại: ăn mòn kim loại, ôi thiu thức ăn, tạo ra các khí thải gây ô nhiễm, cháy rừng,...
5. GV hướng dẫn HS cân bằng theo các bước như trong bài học.
Trong phản ứng đốt cháy quặng pyrite, nên viết quá trình oxi hoá gộp cho cả phân tử $\text{FeS}_2$:
Quá trình oxi hoá: $\overset{+2-1}{\text{FeS}_2} \longrightarrow \overset{+3}{\text{Fe}} + 2\overset{+4}{\text{S}} + (1 + 5 \cdot 2)\text{e}$
Quá trình khử: $\overset{0}{\text{O}_2} + 4\text{e} \longrightarrow 2\overset{-2}{\text{O}}$
Sau đó đặt hệ số 4 vào $\text{FeS}_2$ và hệ số 11 vào $\text{O}_2$, từ đó cân bằng được $\text{Fe}_2\text{O}_3$ và $\text{SO}_2$:
$$4\text{FeS}_2 + 11\text{O}_2 \xrightarrow{\text{t}^\circ} 2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 8\text{SO}_2$$
6. GV hướng dẫn HS cân bằng theo các bước như trong bài học, lưu ý số oxi hoá của nguyên tử carbon là số oxi hoá trung bình:
$$\overset{-1}{\text{C}_2\text{H}_2} + \overset{0}{\text{O}_2} \xrightarrow{\text{t}^\circ} \overset{+4-2}{\text{CO}_2} + \overset{-2}{\text{H}_2\text{O}}$$
Quá trình oxi hoá: $2\overset{-1}{\text{C}} \longrightarrow 2\overset{+4}{\text{C}} + 10\text{e}$
Quá trình khử: $\overset{0}{\text{O}_2} + 4\text{e} \longrightarrow 2\overset{-2}{\text{O}}$
Sau đó đặt hệ số 2 vào $\text{C}_2\text{H}_2$ và hệ số 5 vào $\text{O}_2$, từ đó cân bằng được $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$:
$$2\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \xrightarrow{\text{t}^\circ} 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$

Bài 16. ÔN TẬP CHƯƠNG 4 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Câu 1. Đáp án A. Chất oxi hoá là chất nhận electron. Câu 2. Đáp án A. Mỗi nguyên tử Fe đã nhường 2 e

$b) $2\text{ZnS} + 3\text{O}_2 \xrightarrow{\text{t}^0} 2\text{ZnO} + 2\text{SO}_2$ $\text{ZnO} + \text{C} \xrightarrow{\text{t}^0} \text{Zn} + \text{CO}$ c) $2\$

Chương 5 Bài 17. BIẾN THIÊN ENTHALPY TRONG CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: – Trình bày được khái niệm phản ứng toả nhiệt, thu nhiệt; điều kiện

Với các phản ứng thu nhiệt, tổng năng lượng của sản phẩm lớn hơn tổng năng lượng của các chất phản ứng thì cần lấy thêm năng lượng dưới dạng nhiệt từ môi trường để phản ứng hoá học xảy ra: $\sum H_{sp} > \sum H_{cd} \Rightarrow \Delta_rH > 0$.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Khởi động: GV có thể yêu cầu HS trình bày những hiểu biết của mình về năng lượng nhiệt, những nghề nghiệp liên quan đến năng lượng nhiệt. Gợi ý: từ thời tiền sử con người đã biết đốt cháy củi để sưởi ấm, nấu chín thức ăn, xua đuổi thú dữ,... Ngày nay, con người đã biết sử dụng rất nhiều các phản ứng hoá học để chuyển đổi, tích trữ thành các dạng năng lượng như năng lượng nhiệt (nhiên liệu), năng lượng điện (acquy),... Trong đó năng lượng nhiệt sinh ra từ các phản ứng hoá học là rất quan trọng giúp con người thực hiện các hoạt động sống và phục vụ cho các ngành sản xuất khác nhau.
Hoạt động 1. PHẢN ỨNG TOẢ NHIỆT, PHẢN ỨNG THU NHIỆT
GV có thể chiếu các hình ảnh đốt cháy củi, viên sủi tan trong cốc nước và yêu cầu HS trả lời câu hỏi:
Khi đốt cháy than củi, nhiệt độ không khí xung quanh đám củi cháy biến đổi như thế nào?
Khi cho viên sủi vào nước, sau khi viên sủi tan hết, nhiệt độ trong cốc nước biến đổi như thế nào?
GV hướng dẫn HS đưa ra khái niệm về phản ứng thu nhiệt và phản ứng toả nhiệt.
Phản ứng toả nhiệt là các phản ứng truyền nhiệt từ các chất phản ứng ra ngoài môi trường.
Phản ứng thu nhiệt là các phản ứng lấy nhiệt từ môi trường vào các chất phản ứng.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 1 trong SGK.
GV yêu cầu HS lấy ví dụ thực tế.
GV tổ chức cho HS thực hiện thí nghiệm Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng trung hoà.
Dung dịch HCl và dung dịch NaOH cần pha sẵn từ trước, để nhiệt độ ổn định bằng nhau. Sau khi rót dung dịch HCl vào cốc, chỉnh đầu nhiệt kế cách mặt dung dịch 1/3 chiều cao chất lỏng trong cốc. Sau khi rót tiếp dung dịch NaOH thì không cần chỉnh lại nhiệt kế.
Hoạt động 2. BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG
1. Biến thiên enthalpy
Đồng nhất khái niệm biến thiên enthalpy với nhiệt phản ứng (trong điều kiện áp suất không đổi). Lấy ví dụ minh hoạ.
2. Biến thiên enthalpy chuẩn
– Định nghĩa điều kiện chuẩn (nhiệt độ 25 °C, áp suất 1 bar).

– Giải thích: biến thiên enthalpy của mỗi phản ứng đều phụ thuộc điều kiện tiến hành; cần có điều kiện chuẩn để so sánh nhiệt lượng toả ra hay thu vào của các phản ứng là lớn hay nhỏ.
Ý nghĩa của biến thiên enthalpy
– Cho biết phản ứng toả nhiệt (dấu âm) hay thu nhiệt (dấu dương).
– Cho biết, phản ứng càng toả nhiều nhiệt càng dễ xảy ra. Lấy ví dụ.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 3, 4, 5 trong SGK.
Hoạt động 3. TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG THEO NHIỆT TẠO THÀNH
Khái niệm nhiệt tạo thành
Giải thích khái niệm nhiệt tạo thành, cho HS lấy ví dụ.
Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo nhiệt tạo thành
Hướng dẫn HS sử dụng công thức tính biến thiên enthalpy của phản ứng thông qua nhiệt tạo thành các chất.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 6, 7 trong SGK.
Hoạt động 4. TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG THEO NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT
– Giải thích khái niệm năng lượng liên kết, cho HS lấy ví dụ.
– Hướng dẫn HS sử dụng công thức tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết của các chất đầu và các chất sản phẩm.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 8, 9 trong SGK.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
Phản ứng nhiệt phân KMnO$_{4}$ chỉ xảy ra khi đun nóng, nếu ngừng đun thì phản ứng cũng dừng. Vậy đó là phản ứng thu nhiệt.
(1) CaCO${3}$(s) $\longrightarrow$ CaO(s) + CO${2}$(g) $\Delta_{\text{r}}H^{\circ}_{298} = +176,0 \text{ kJ}$
(2) C${2}$H${4}$(g) + H${2}$(g) $\longrightarrow$ C${2}$H${6}$(g) $\Delta{\text{r}}H^{\circ}_{298} = -136,98 \text{ kJ}$
(3) Fe${2}$O${3}$(s) + 2Al(s) $\longrightarrow$ Al${2}$O${3}$(s) + 2Fe(s) $\Delta_{\text{r}}H^{\circ}_{298} = -851,5 \text{ kJ}$
Trong các phản ứng trên, phản ứng (1) thu nhiệt, phản ứng (2) và (3) toả nhiệt.
CO(g) + $\frac{1}{2}$O${2}$(g) $\longrightarrow$ CO${2}$(g) $\Delta_{\text{r}}H^{\circ}_{298} = -283 \text{ kJ}$
Ở điều kiện 1 bar và 25$^{\circ}$C, 1 kg khí CO khi cháy hết thì toả ra nhiệt lượng:
$\Delta H = \frac{2,479}{24,79}.(-283) = -28,3 \text{ (kJ)}$

4. Cần cho từ từ từng viên CaO vào bể nước dư.
5. a) Mức năng lượng của graphite thấp hơn kim cương, graphite bền vững hơn.
b) Trong phản ứng xác định nhiệt tạo thành của CO$_2$, carbon ở dạng graphite.
6. Vậy: $\Delta_r\text{H}^0_{298} = 2 \cdot \Delta_f\text{H}^0_{298}(\text{CO}2) + 3 \cdot \Delta_f\text{H}^0{298}(\text{H}2\text{O}) - \Delta_f\text{H}^0{298}(\text{C}_2\text{H}_6)$
$= 2 \cdot (-393,5) + 3 \cdot (-285,8) - (-84,7) = -1\ 559,7 \text{ (kJ)}$
7. a) Ta có: N$\equiv$N + O=O $\longrightarrow$ 2N + 2O $\longrightarrow$ 2NO
Vậy: $\Delta_r\text{H}^0_{298} = \text{E}_b(\text{N}\equiv\text{N}) + \text{E}_b(\text{O}=\text{O}) - 2 \cdot \text{E}_b(\text{NO})$
$= 945 + 494 - 2 \cdot 607 = + 225 \text{ (kJ)}.$
b) Năng lượng cần cung cấp để phá vỡ liên kết trong phân tử nitrogen và oxygen là rất lớn, trong khi phản ứng trên lại thu nhiệt nên chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hoặc khi có tia lửa điện.
8. $\text{C}4\text{H}{10} + \frac{13}{2}\text{O}_2 \longrightarrow 4\text{CO}_2 + 5\text{H}_2\text{O}$
$\Delta\text{H} = 3\text{E}{\text{C}-\text{C}} + 10\text{E}{\text{C}-\text{H}} + \frac{13}{2}\text{E}{\text{O}=\text{O}} - 8\text{E}{\text{C}=\text{O}} - 10\text{E}_{\text{O}-\text{H}}$
$= 3 \cdot 346 + 10 \cdot 418 + 6,5 \cdot 494 - 8 \cdot 732 - 10 \cdot 459 = -2\ 017 \text{ (kJ)}.$
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Đánh giá năng lực NTHH của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ "trình bày"; "mô tả", "chọn phương án đúng" về các khái niệm phản ứng toả nhiệt, phản ứng thu nhiệt, điều kiện chuẩn, nhiệt tạo thành, năng lượng liên kết.
– Đánh giá năng lực GQVĐ của HS bằng các câu hỏi "tính toán" về biến thiên enthalpy của phản ứng hoá học theo nhiệt tạo thành và theo năng lượng liên kết.
– Đánh giá năng lực THTN của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ “so sánh”, “đánh giá” về mức độ thuận lợi của phản ứng, độ bền vững của các chất dựa theo biến thiên enthalpy (kèm theo giải thích), “đề xuất” về mô hình thiết bị tận dụng nhiệt phản ứng, thiết bị đo nhiệt phản ứng.
– Đánh giá năng lực VDKT của HS bằng các câu hỏi có nội dung kiến thức tương tự bài học về phản ứng hoá học, kèm theo các tính toán biến thiên enthalpy.

$Bài 18. ÔN TẬP CHƯƠNG 5 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Câu 1. $\Delta H > 0$, phản ứng thu nhiệt. Năng lượng thu vào lớn hơn năng lượng toả ra. Vậy nên sản$

$Câu 6. Nhiệt đốt cháy 1 kg cồn: $\frac{-1365 \cdot 1000}{46} = -29,673,9$ (kJ). Nhiệt đốt cháy 1 kg stearin: $\frac{-35807 \cdot 1000}{890} = -40,232,6$ (kJ). M$

Chương 6. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
Bài 19. TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
I MỤC TIÊU
Sau bài học, HS sẽ:
– Trình bày được khái niệm tốc độ phản ứng hoá học và cách tính tốc độ trung bình của phản ứng.
– Viết được biểu thức tốc độ phản ứng theo hằng số tốc độ phản ứng và nồng độ (còn gọi là định luật tác dụng khối lượng, chỉ đúng cho phản ứng đơn giản nên không tuỳ ý áp dụng cho mọi phản ứng). Từ đó nêu được ý nghĩa hằng số tốc độ phản ứng.
– Thực hiện được một số thí nghiệm nghiên cứu và giải thích được các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt, chất xúc tác).
– Nêu được ý nghĩa của hệ số nhiệt độ Van't Hoff.
– Vận dụng được kiến thức tốc độ phản ứng hoá học vào việc giải thích một số vấn đề trong cuộc sống và sản xuất.
II CHUẨN BỊ
– Phiếu học tập.
– Hình ảnh các phản ứng hoá học xảy ra nhanh và chậm như:
Phản ứng nhanh: phản ứng cháy, nổ, phản ứng chuẩn độ.
Phản ứng chậm: phản ứng lên men rượu, men giấm, phản ứng tạo gỉ sắt,...
– Dụng cụ và hoá chất: như mô tả trong các thí nghiệm.
– Các hình ảnh, mô hình liên quan đến ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ, áp suất, nhiệt độ, diện tích bề mặt tiếp xúc, chất xúc tác đến tốc độ phản ứng.
Ví dụ: hệ thống thiết bị phản ứng tổng hợp ammonia, xúc tác rắn dạng bột,...
III THÔNG TIN BỔ SUNG
1. Khái niệm tốc độ phản ứng
Tốc độ phản ứng được định nghĩa là sự biến thiên số phân tử chất trong phản ứng (chất đầu hoặc chất sản phẩm) trong một đơn vị thể tích và đơn vị thời gian.

$Xét phản ứng: $\text{a}_1\text{A}_1 + \text{a}_2\text{A}_2 + ... \longrightarrow \text{b}_1\text{B}_1 + \text{b}_2\text{B}_2 + ...$ Nếu phản ứng xảy ra trong đi$

Xét phản ứng: $\text{a}_1\text{A}_1 + \text{a}_2\text{A}_2 + ... \longrightarrow \text{b}_1\text{B}_1 + \text{b}_2\text{B}_2 + ...$
Nếu phản ứng xảy ra trong điều kiện thể tích không đổi, tốc độ phản ứng thường được tính bằng biến thiên nồng độ chất trong một đơn vị thời gian:
$$v = - \frac{\text{d}C_{A_1}}{a_1\text{dt}} = - \frac{\text{d}C_{A_2}}{a_2\text{dt}} = ... = \frac{\text{d}C_{B_1}}{b_1\text{dt}} = \frac{\text{d}C_{B_2}}{b_2\text{dt}}$$
Khi xét sự biến thiên nồng độ chất trong một khoảng thời gian $\Delta t$, biến thiên nồng độ trong khoảng này sẽ là $\Delta C$. Khi đó, tốc độ phản ứng tính được sẽ là tốc độ phản ứng trung bình.
$$v_{tb} = - \frac{\Delta C_{A_1}}{a_1\Delta t} = - \frac{\Delta C_{A_2}}{a_2\Delta t} = ... = \frac{\Delta C_{B_1}}{b_1\Delta t} = \frac{\Delta C_{B_2}}{b_2\Delta t}$$
Thứ nguyên của tốc độ phản ứng là: lượng chất/(thể tích · thời gian).
Ví dụ: mol/(L·s), mol/(L·h),…
Đối với các phản ứng dị thể rắn – lỏng hoặc rắn – khí, tốc độ phản ứng phụ thuộc diện tích bề mặt tiếp xúc. Khi đó tốc độ phản ứng có thứ nguyên là: lượng chất/(diện tích·thời gian).
Ví dụ: mol/(m²·s), mol/(cm²·h),…
2. Định tính và định lượng tốc độ phản ứng
Để xác định định tính sự nhanh/chậm của một phản ứng, có thể dựa trên tốc độ thoát khí, tốc độ xuất hiện kết tủa, tốc độ thay đổi màu sắc của chất tham gia phản ứng.
Để xác định định lượng tốc độ phản ứng, có thể dùng nhiều cách như:
– Chuẩn độ để xác định sự thay đổi nồng độ theo thời gian (đối với các phản ứng như ester hoá, xà phòng hoá,…).
– Cân để theo dõi sự thay đổi khối lượng theo thời gian (đối với các phản ứng có thoát khí và khối lượng khí đủ lớn để theo dõi bằng cách cân khối lượng).
– Đo thể tích khí thoát ra theo thời gian (đối với phản ứng có thoát khí).
– Xác định sự đổi màu (so độ màu) của dung dịch theo thời gian (đối với phản ứng liên quan đến sự thay đổi màu sắc của dung dịch. Ví dụ, oxalic acid phản ứng với potassium permanganate, khi đó, tốc độ phản ứng còn có thể đo thông qua tốc độ mất màu tím của potassium permanganate).
Đối với CTGDPT 2018 môn Hoá học, chủ yếu đo tốc độ phản ứng thông qua đo thể tích khí thoát ra theo thời gian.

$3. Thuyết va chạm và năng lượng hoạt hoá Giả sử có phản ứng: AB +AB $\longrightarrow$ A$_2$+2B Nếu hai phân tử AB va chạm vào nhau quá nhẹ, chúng sẽ bật trở lại$

4. Định luật tác dụng khối lượng
Định luật tác dụng khối lượng mô tả ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng.
Xét phản ứng ở dạng tổng quát như sau:
$$a_1A_1 + a_2A_2 \longrightarrow b_1B_1 + b_2B_2$$
Tốc độ phản ứng tức thời có thể được xác định bằng biểu thức của định luật tác dụng khối lượng như sau:
$$v = k.C_{A_1}^x.C_{A_2}^y$$
– Các số mũ x và y có thể có giá trị nguyên hoặc không nguyên, được xác định từ thực nghiệm. Nói chung, $x \neq a_1$, $y \neq a_2$. Trong trường hợp một số ít phản ứng đơn giản thì $x = a_1$, $y = a_2$.
Ví dụ:
Phản ứng phân huỷ: $CH_3OCH_3 \longrightarrow CH_4 + CO + H_2$ là phản ứng bậc 1.
Phản ứng este hoá: $CH_3COOH + C_2H_5OH \longrightarrow CH_3COOC_2H_5 + H_2O$ là phản ứng bậc 2.
– Hằng số tốc độ k là đại lượng đặc trưng cho mỗi phản ứng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc vào nồng độ chất phản ứng:
$$k = k_0.e^{-\frac{E_a}{RT}}$$
Trong đó $k_0$ là một hằng số. Có thể thấy: khi phản ứng có $E_a$ càng lớn thì hằng số tốc độ càng nhỏ và tốc độ phản ứng càng nhỏ.
5. Quy tắc thực nghiệm Van't Hoff
Gọi $v_{T_1}$ là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ $T_1$, $v_{T_2}$ là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ $T_2$. Quy tắc thực nghiệm Van't Hoff viết ở dạng tổng quát như sau:
$$\frac{v_{T_2}}{v_{T_1}} = \gamma^{\frac{T_2-T_1}{10}}$$
Trong đó $\gamma$ có giá trị khoảng từ 2 đến 4.
Quy tắc này chỉ đúng trong khoảng nhiệt độ không lớn lắm và nhìn chung chỉ đúng với phản ứng xảy ra trong hệ đồng thể.
Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học nhận ra có nhiều phản ứng không tuân theo quy tắc thực nghiệm Van't Hoff. Ví dụ điển hình là các phản ứng có xúc tác, hệ số nhiệt độ $\gamma < 2$. Trong khi đó nhiều phản ứng cháy, nổ có hệ số nhiệt độ $\gamma > 4$.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
HS dễ dàng phân biệt được sự nhanh chậm của phản ứng hoá học thông qua các hiện tượng: nhanh/chậm xuất hiện kết tủa, nhanh/chậm giải phóng khí, nhanh/chậm mất màu,... HS sẽ dễ dàng phân biệt được sự khác nhau về tốc độ phản ứng của các phản ứng khác

nhau. Từ đó, HS hiểu được khái niệm tốc độ phản ứng. Tuy nhiên, HS sẽ gặp khó khăn trong việc tính toán định lượng tốc độ phản ứng. Tốc độ phản ứng gồm hai loại: tốc độ phản ứng tức thời và tốc độ phản ứng trung bình. Đây đều là những khái niệm mới. GV nên có những liên hệ để HS hiểu rõ 2 khái niệm này. Trong chương trình không yêu cầu nêu khái niệm tốc độ phản ứng tức thời nên GV không cần đi sâu phân tích khái niệm này. GV có thể chỉ nêu khái niệm tốc độ phản ứng tức thời khi phân tích để HS hiểu sâu về tốc độ phản ứng trung bình. Trong mục tiêu cần đạt của bài này, HS chỉ cần biết cách tính tốc độ phản ứng trung bình.
Để phân biệt tốc độ phản ứng tức thời và tốc độ phản ứng trung bình, GV có thể so sánh với vận tốc trong chuyển động (là khái niệm vật lí mà HS đã quen thuộc). Ta có thể liên hệ để thấy có sự tương tự giữa khái niệm tốc độ chuyển động của một vật và tốc độ của một phản ứng hoá học.
Chuyển động, Tốc độ mô tả mức độ nhanh chậm của chuyển động., Tốc độ trung bình của chuyển động mô tả mức độ nhanh chậm của chuyển động trong một khoảng thời gian xác định, được tính bằng quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian., Tốc độ tức thời mô tả mức độ nhanh chậm của một chuyển động tại một thời điểm xác định.
Phản ứng hoá học, Tốc độ phản ứng mô tả mức độ nhanh chậm của một phản ứng hoá học, Tốc độ phản ứng trung bình mô tả mức độ nhanh chậm của phản ứng trong một khoảng thời gian xác định, được tính bằng biến thiên lượng chất trong một đơn vị thời gian., Tốc độ phản ứng tức thời mô tả mức độ nhanh chậm của một phản ứng tại một thời điểm xác định.
Hoạt động 1. KHÁI NIỆM TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HOÁ HỌC
GV gợi ý để HS nhận xét về sự thay đổi lượng chất đầu và chất sản phẩm khi phản ứng xảy ra. Từ đó hiểu rõ đồ thị trong hình 19.1 SGK.
GV yêu cầu HS nêu kết luận về liên hệ giữa tốc độ phản ứng và sự biến đổi nồng độ các chất trong phản ứng, từ đó trả lời câu hỏi trong SGK.
GV có thể nêu các ví dụ trong đời sống và trong kĩ thuật để HS hình thành khái niệm về tốc độ phản ứng. GV yêu cầu HS lấy thêm các ví dụ để minh hoạ cho các phản ứng nhanh, chậm.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 1 trong SGK.
Lưu ý: Đồ thị sự thay đổi lượng chất theo thời gian còn được gọi là đường cong động học của phản ứng. GV nên phân tích kĩ để HS nắm bắt được đồ thị này: theo thời gian, lượng chất đầu giảm (đồ thị đi xuống), lượng chất sản phẩm tăng (đồ thị đi lên).

Hoạt động 2. TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH CỦA PHẢN ỨNG
GV có thể gợi mở, so sánh để HS hiểu được: tốc độ phản ứng thay đổi theo thời gian (có thể liên hệ từ tốc độ tức thời và tốc độ trung bình trong chuyển động). Từ đó suy ra, để đặc trưng cho sự nhanh chậm của phản ứng trong một khoảng thời gian, ta dùng đại lượng tốc độ phản ứng trung bình.
GV hướng dẫn HS tính tốc độ trung bình của phản ứng phân huỷ H${2}$O${2}$ trong các khoảng thời gian theo ví dụ đã có trong SGK. Từ đó HS hình thành kĩ năng tính tốc độ phản ứng trung bình, hiểu được vì sao trong công thức tính có sự xuất hiện của dấu "–" trước biến thiên nồng độ chất đầu.
GV hướng dẫn HS đọc bài để hiểu công thức tính tốc độ phản ứng trung bình theo các chất khác nhau của phản ứng 2CO + O${2}$ → 2CO${2}$. GV có thể lấy số liệu cụ thể để HS xây dựng công thức và tính được tốc độ phản ứng trung bình.
Ví dụ: Thực hiện một thí nghiệm tổng hợp ammonia từ nitrogen và hydrogen. Tại thời điểm ban đầu, nồng độ nitrogen và hydrogen lần lượt là 1,5 mol/L và 3 mol/L, chưa có ammonia. Sau 30 phút, xác định được nồng độ ammonia là 0,036 mol/L.
a) Tính tốc độ trung bình của phản ứng này.
b) Tính nồng độ của nitrogen và hydrogen sau 30 phút.
Hướng dẫn giải:
a) v${tb}$ = $\frac{\Delta C{NH_3}}{2\Delta t} = \frac{0,036}{2 \cdot 30}$ = 0,0006 mol/(L.phút).
b) Ta có: v${tb}$ = $-\frac{\Delta C{N_2}}{\Delta t} = \frac{\Delta C_{H_2}}{3\Delta t}$ = 0,0006 mol/(L.phút).
Vậy: $\Delta C_{N_2}$ = –0,036 mol/L ⇒ C$_{N_2}$ = 1,464 mol/L.
$\Delta C_{H_2}$ = –0,054 mol/L ⇒ C$_{H_2}$ = 2,946 mol/L.
GV có thể lấy thêm các ví dụ khác để HS tính. Chỉ nên dùng các phản ứng đồng thể như phản ứng trong pha khí, phản ứng trong dung dịch. Có thể đưa các câu hỏi này thành phiếu học tập.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 2 trong SGK.
Lưu ý:
– Tốc độ phản ứng được tính theo sự biến thiên của lượng chất (nồng độ mol, khối lượng, hoặc thể tích chất khí), nhưng trong các biểu thức này ta chủ yếu viết theo sự biến thiên nồng độ.
– Đối với HS khá và giỏi, GV có thể yêu cầu viết biểu thức tốc độ phản ứng trung bình đối với phản ứng tổng quát.

Hoạt động 3. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
HS quan sát thí nghiệm: ảnh hưởng của nồng độ $Na_2S_2O_3$ đến tốc độ phản ứng (cách tiến hành đã được trình bày trong SGK).
$$Na_2S_2O_3 + H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + S + SO_2 + H_2O$$
HS nhận xét: khi nồng độ $Na_2S_2O_3$ càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh (thể hiện thông qua thời gian để không còn nhìn thấy vạch chữ X càng ngắn). Từ đó kết luận về ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng.
GV nêu vấn đề: Thực nghiệm đã chứng minh ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng, vậy biểu thức liên hệ sẽ như thế nào? Từ đó, GV hướng dẫn HS đọc hiểu và trình bày được phương trình tốc độ của phản ứng, ý nghĩa của hằng số tốc độ phản ứng.
Để giải thích ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng: GV hướng dẫn HS tìm hiểu khái niệm va chạm hiệu quả (va chạm đúng hướng và có năng lượng đủ mạnh), liên hệ giữa số va chạm hiệu quả và tốc độ phản ứng.
Có thể nêu thêm một số ví dụ thực tế về ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng: để điều chế chlorine từ $KMnO_4$ và HCl cần dùng HCl đặc, nếu nồng độ HCl chỉ khoảng 1 M thì phản ứng vô cùng chậm, hầu như không có khí thoát ra.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 3 trong SGK.
Lưu ý:
– Khi tiến hành thí nghiệm: cần đặt mắt quan sát theo phương thẳng đứng, vuông góc với đáy bình tam giác.
– Phương trình tốc độ của phản ứng còn được gọi là biểu thức của định luật tác dụng khối lượng.
– Chỉ một số phản ứng đơn giản, tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ của các chất tham gia phản ứng với số mũ là hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình hoá học. GV có thể mở rộng: với các phản ứng phức tạp, số mũ khác với hệ số tỉ lượng và được xác định dựa vào thực nghiệm.
Hoạt động 4. ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
GV gợi mở để HS nhận thấy mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất chất khí. Từ đó nêu ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ phản ứng.
GV yêu cầu HS nhận xét: Khi tăng áp suất thì chất lỏng hoặc chất rắn có bị nén không? Từ đó kết luận áp suất không ảnh hưởng tới phản ứng chỉ có chất lỏng hoặc chất rắn.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 4, 5 trong SGK.
Hoạt động 5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
HS quan sát thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng (cách tiến hành đã được trình bày trong SGK):
$$Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2$$

HS nhận xét: khi nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng nhanh (thể hiện thông qua phản ứng thoát khí mãnh liệt). Từ đó kết luận về ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng.
GV nêu vấn đề: thực nghiệm đã chứng minh ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng. Vậy, muốn tính toán định lượng ảnh hưởng của nhiệt độ thì ta có thể áp dụng biểu thức nào? Từ đó, GV hướng dẫn HS đọc hiểu và trình bày được biểu thức Van't Hoff, ý nghĩa của hệ số nhiệt độ.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 6, 7, 8 trong SGK.
Lưu ý:
– Quy tắc Van't Hoff hoàn toàn xác định từ thực nghiệm. Quy tắc này đúng với khoảng nhiệt độ không lớn lắm (thường dưới $100\ ^\circ\text{C}$).
– Biểu thức của quy tắc Van't Hoff trình bày trong SGK là dạng đơn giản của biểu thức tổng quát (đã trình bày trong phần III của bài này).
Hoạt động 6. ẢNH HƯỞNG CỦA DIỆN TÍCH BỀ MẶT ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
HS quan sát thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến tốc độ phản ứng (cách tiến hành đã được trình bày trong SGK):
$$CaCO_3 + 2HCl \longrightarrow CaCl_2 + CO_2 + H_2O$$
HS nhận xét: khi diện tích bề mặt tiếp xúc càng lớn, tốc độ phản ứng càng nhanh (thể hiện thông qua phản ứng thoát khí mãnh liệt). Từ đó kết luận về ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.
GV yêu cầu HS giải thích ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.
GV có thể yêu cầu HS nêu thêm một số ví dụ thực tế về ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng. GV gợi mở để HS thảo luận cách để làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc.
Lưu ý: Chỉ trong phản ứng của sự tham gia của pha rắn mới xét đến ảnh hưởng diện tích bề mặt tiếp xúc đến tốc độ phản ứng.
Hoạt động 7. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XÚC TÁC ĐẾN TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
HS quan sát thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của xúc tác đến tốc độ phản ứng (cách tiến hành đã được trình bày trong SGK):
$$H_2O_2 \longrightarrow H_2O + O_2$$
HS nhận xét: khi có xúc tác, tốc độ phản ứng tăng (thể hiện thông qua phản ứng thoát khí mãnh liệt).
GV gợi ý để HS nhận xét: với cùng một lượng xúc tác, nếu viên xúc tác $MnO_2$ càng nhỏ, tốc độ phản ứng càng nhanh (liên hệ giữa diện tích bề mặt tiếp xúc của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng); sau phản ứng, khối lượng chất xúc tác không thay đổi.
GV gợi mở để HS thảo luận: chất xúc tác làm phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn có năng lượng hoạt hoá thấp nên xảy ra dễ dàng hơn.

GV có thể yêu cầu HS nêu thêm một số ví dụ thực tế về ảnh hưởng của chất xúc tác đến tốc độ phản ứng.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 9 trong SGK.
Lưu ý:
– Xúc tác thường được chia làm hai loại là xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể. Diện tích bề mặt tiếp xúc của xúc tác dị thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Nồng độ xúc tác đồng thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.
– Xúc tác chỉ làm tăng tốc độ phản ứng chứ không gây ra phản ứng.
– Một số chất có khả năng làm chậm tốc độ phản ứng, được gọi là chất ức chế.
Hoạt động 8. ỨNG DỤNG CỦA VIỆC THAY ĐỔI TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG
GV gợi mở để HS nêu các ví dụ về ứng dụng tăng, giảm tốc độ phản ứng trong đời sống hằng ngày và trong kĩ thuật công nghệ. Từ đó, HS rút ra kết luận: việc hiểu biết về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng có ý nghĩa quan trọng trong cuộc sống.
GV có thể cho HS chia nhóm thảo luận, tìm ví dụ về việc điều khiển tốc độ phản ứng.
GV hướng dẫn HS trả lời câu hỏi 10, 11 trong SGK.
V HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK
1. a) Từ đồ thị ta thấy: theo thời gian, nồng độ chất tăng lên. Vậy đồ thị mô tả sự thay đổi theo thời gian của chất sản phẩm, tức là HCl.
b) Đơn vị của tốc độ phản ứng: mol/(L.min).
2. Biểu thức tính tốc độ trung bình của phản ứng $2\text{NO} + 2\text{H}2 \longrightarrow \text{N}2 + 2\text{H}2\text{O}$ theo sự biến đổi nồng độ chất đầu và chất sản phẩm của phản ứng:
$$v{tb} = -\frac{\Delta C{\text{NO}}}{2\Delta t} = -\frac{\Delta C{\text{H}2}}{2\Delta t} = \frac{\Delta C{\text{N}2}}{\Delta t} = \frac{\Delta C{\text{H}_2\text{O}}}{2\Delta t}$$
3. a) Phương trình tốc độ của phản ứng đơn giản $\text{X} + \text{Y} \longrightarrow 2\text{XY}$
$$v = k \cdot C_X \cdot C_Y$$
b) Tại thời điểm đầu, tốc độ phản ứng là:
$$v = 2,5 \cdot 10^{-4} \cdot 0,02 \cdot 0,03 = 1,5 \cdot 10^{-7} \text{ (mol/(L.s))}$$
Tại thời điểm lượng X đã hết một nửa:
Nồng độ X là: 0,01 M.
Nồng độ Y là: 0,02 M.
Tốc độ phản ứng: $v = 2,5 \cdot 10^{-4} \cdot 0,01 \cdot 0,02 = 5 \cdot 10^{-8} \text{ (mol/(L.s))}$.

Mối liên hệ giữa nồng độ và áp suất của khí trong hỗn hợp: khi áp suất tăng, nồng độ chất khí tăng.
Áp suất ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (1), (2) (là các phản ứng có chất khí tham gia).
Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng vì các hạt (phân tử, nguyên tử hoặc ion) sẽ chuyển động nhanh hơn, số va chạm tăng lên làm số va chạm hiệu quả cũng tăng.
Hệ số nhiệt độ cho biết khi nhiệt độ tăng lên 10 °C thì tốc độ phản ứng thường tăng 2 đến 4 lần. Giá trị $\gamma$ càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng càng mạnh.
a) Hệ số nhiệt độ của phản ứng: $\gamma = 3$.
b) Tốc độ phản ứng ở 40 °C: 0,45 mol/(L·min).
Đường cong (b) nằm cao hơn (a), nghĩa là trong cùng một khoảng thời gian, thể tích khí oxygen thoát ra trong trường hợp (b) nhiều hơn (a). Như vậy, tốc độ thoát khí oxygen trong trường hợp (b) nhanh hơn, tương ứng với phản ứng có xúc tác.
a) Tăng nồng độ oxygen làm tăng tốc độ phản ứng đốt cháy acetylene.
b) Giảm nhiệt độ làm giảm tốc độ phản ứng phân huỷ gây ôi thiu thức ăn.
c) Thêm xúc tác (nước dưa chua) để làm tăng tốc độ phản ứng lên men khi muối dưa.
Một số cách để tăng tốc độ phản ứng:
– Tăng áp suất (tăng nồng độ) các chất tham gia phản ứng.
– Tăng nhiệt độ.
– Sử dụng xúc tác (Pt). Xúc tác Pt được chế tạo để có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn.
VI GỢI Ý KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ
– Đánh giá năng lực NTHH của HS bằng các câu hỏi có cụm từ “hãy nêu”; câu hỏi lựa chọn “yếu tố nào”, “phản ứng nào”… về khái niệm tốc độ phản ứng.
– Đánh giá năng lực GQVD của HS bằng các câu hỏi yêu cầu tính toán, áp dụng công thức để tính tốc độ trung bình của phản ứng và tốc độ phản ứng theo định luật tác dụng khối lượng.
– Đánh giá năng lực THTN của HS thông qua các câu hỏi về thực hiện thí nghiệm, quan sát hiện tượng, giải thích kết quả.
– Đánh giá năng lực VDKT của HS bằng các câu hỏi có các cụm từ “hãy giải thích”, “hãy so sánh” khi giải thích ảnh hưởng của các yếu tố đến tốc độ phản ứng.

Bài 20. ÔN TẬP CHƯƠNG 6 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SÁCH GIÁO KHOA Câu 1. Phản ứng có tốc độ nhanh: (a) đốt nhiên liệu, (c) trung hoà acid – base; phản ứng

Thiết kế thí nghiệm để đo tốc độ thoát khí như Hình 20.1a: Hình 20.1. Thí nghiệm đo tốc độ thoát khí $H_2$ trong phản ứng Zn với HCl loãng Thí nghiệm thứ 2 thiế

Chương 7 NGUYÊN TỐ NHÓM HALOGEN Bài 21. NHÓM HALOGEN I MỤC TIÊU Sau bài học, HS sẽ: Nêu được trạng thái tự nhiên của các nguyên tố halogen. Mô tả được trạng thá

$Bảng 21.1. Đồng vị bền và phần trăm số nguyên tử của các nguyên tố halogen trong vỏ Trái Đất F, Cl, Br, I $^{19}$F (100%), $^{35}$Cl (75,4%) $^{37}$Cl (24,6%),$

Bảng 21.1. Đồng vị bền và phần trăm số nguyên tử của các nguyên tố halogen trong vỏ Trái Đất
F, Cl, Br, I
$^{19}$F (100%), $^{35}$Cl (75,4%) $^{37}$Cl (24,6%), $^{79}$Br (50,5%) $^{81}$Br (49,5%), $^{127}$I (100%)
2. Cấu tạo nguyên tử, phân tử
a) Số oxi hoá trong hợp chất thường là số lẻ: –1, +1, +3, +5, +7.
Fluorine chỉ có số oxi hoá –1 do F có độ âm điện lớn nhất và chỉ thể hiện khuynh hướng nhận 1 electron hoặc góp chung 1 electron.
Chlorine ngoài số oxi hoá –1 còn có số oxi hoá +1, +3, +5, +7 trong hợp chất với fluorine và oxygen. Số oxi hoá lẻ ở đây do chlorine có khuynh hướng sử dụng số lẻ electron tham gia liên kết, bao gồm 1 electron độc thân và 1 cặp, 2 cặp hoặc toàn bộ 3 cặp electron trên orbital 3p và 3s.
Ví dụ 1: Số oxi hoá của nguyên tử Cl trong phân tử HClO$_4$ là +7.
Giải thích: nguyên tử Cl ở trạng thái lai hoá sp$^3$, tạo 1 liên kết cộng hoá trị và 3 liên kết cho – nhận với 4 nguyên tử O.
Ngoài ra, phân tử HClO$_4$ còn được làm bền nhờ tạo 2 liên kết $\pi$ cho – nhận giữa orbital 2p của O và orbital 3d của Cl:
$(2p - 3d_{x^2-y^2}, 2p - 3d_{z^2})$.
Ví dụ 2: Số oxi hoá của nguyên tử Cl trong phân tử ClF$_3$ là +3.
Giải thích: nguyên tử Cl ở trạng thái lai hoá sp$^3$d, tạo 3 liên kết cộng hoá trị với 3 nguyên tử F, 2 cặp electron lai hoá không tham gia liên kết.
b) Ứng dụng của đồng vị phóng xạ trong y học
Fludeoxyglucose[$^{18}$F] (viết tắt là $^{18}$F–FDG hoặc FDG) là dược phẩm phóng xạ trong y học. $^{18}$F–FDG được tạo ra từ glucose khi thế nhóm hydroxyl ở carbon số 2 bằng nguyên tử $^{18}$F phóng xạ positron.
Sau khi bệnh nhân được tiêm $^{18}$F–FDG, máy chụp PET tạo ra hình ảnh hai chiều hoặc ba chiều về sự phân bố của $^{18}$F–FDG trong cơ thể. Sự tập trung của $^{18}$F–FDG ở vị trí có khối u là dấu hiệu lâm sàng giúp chẩn đoán ung thư.
Đồng vị phóng xạ $^{131}$I dùng cho điều trị thường ở dạng hợp chất hợp chất vô cơ (sodium iodide, Na$^{131}$I) hoặc hợp chất hữu cơ ($^{131}$I–Lipiodol).

$c) Năng lượng liên kết trong phân tử halogen từ F${2}$ đến I${2}$ không biến đổi một chiều Trong phân tử F${2}$ chỉ có liên kết $\sigma$ tạo bởi sự xen phủ orbi$

c) Năng lượng liên kết trong phân tử halogen từ F${2}$ đến I${2}$ không biến đổi một chiều
Trong phân tử F${2}$ chỉ có liên kết $\sigma$ tạo bởi sự xen phủ orbital 2p–2p. Từ Cl${2}$ đến I$_{2}$, ngoài liên kết $\sigma$ còn có 2 hai liên kết $\pi$ cho–nhận (giữa hai orbital np và 2 orbital nd).
3. Tính chất vật lí
Lực van der Waals là lực tương tác giữa các phân tử, đặt theo tên nhà khoa học Hà Lan J. D van der Waals. Lực van der Waals có bản chất là lực tương tác tĩnh điện tương đối yếu và không đi kèm với sự hình thành liên kết hoá học.
Lực van der Waals có vai trò quan trọng xác định nhiều tính chất tập hợp của chất như: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, màu sắc, độ tan,...
Lực van der Waals bao gồm 3 loại lực: lực định hướng, lực cảm ứng và lực khuếch tán.
Lực định hướng là lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực xuất hiện giữa hai phân tử có cực ($\mu > 0$) ở khoảng cách đủ gần, khi đó các cực trái dấu của chúng sẽ hút nhau.
Lực định hướng còn gọi là lực Keesom và phụ thuộc chủ yếu vào moment lưỡng cực $\mu$ của các phân tử. Ví dụ, lực định hướng giữa các phân tử H–Cl được biểu diễn như ở bên.
Lực Keesom
Lực cảm ứng là lực tương tác lưỡng cực – lưỡng cực cảm ứng xuất hiện giữa một phân tử có cực ($\mu > 0$) và một phân tử không có cực ($\mu = 0$) ở khoảng cách đủ gần. Dưới tác dụng của điện trường phân tử có cực, phân tử không có cực bị phân cực hoá, tức là xuất hiện một lưỡng cực gọi là lưỡng cực cảm ứng, sau đó các cực trái dấu của chúng sẽ hút nhau.
Lực cảm ứng còn gọi là lực Debye và phụ thuộc chủ yếu vào moment lưỡng cực $\mu$ của phân tử có cực và độ phân cực hoá của phân tử không có cực.
Độ phân cực hoá của một phân tử hoặc ion là mức độ bị biến dạng và chuyển dịch điện tích của phân tử hoặc ion đó dưới tác dụng của điện trường gây ra bởi phân tử hoặc ion khác. Ví dụ lực cảm ứng phân tử H–Cl và phân tử Cl–Cl.
Lực Debye

Lực khuếch tán là lực tương tác giữa các lưỡng cực tạm thời hoặc cảm ứng xuất hiện giữa hai phân tử bất kì ở khoảng cách đủ gần. Do đám mây electron liên tục chuyển động, tại một thời điểm, trọng tâm điện tích âm và trọng tâm điện tích dương của nguyên tử, phân tử lệch nhau, tức là xuất hiện một lưỡng cực tạm thời, sau đó các cực trái dấu của chúng sẽ hút nhau.
Lực cảm ứng còn gọi là lực London và phụ thuộc chủ yếu vào độ phân cực hoá của các phân tử. Lực cảm ứng đóng vai trò chủ yếu trong tương tác giữa các phân tử không có cực như các phân tử halogen, oxygen, khí hiếm,... Ví dụ, lực cảm ứng giữa các phân tử Cl—Cl.
Lực London
Lực van der Waals trong trường hợp chung là tổng của ba loại lực: lực định hướng, lực cảm ứng và lực khuếch tán. Lực van der Waals là loại lực tương tác yếu và mang dấu âm (lực hút chiếm ưu thế).
Các phân tử halogen là các phân tử không phân cực, tương tác van der Waals chỉ có thành phần lực khuếch tán. Từ F$_2$ đến I$_2$, khả năng bị phân cực hoá của các phân tử tăng, lực tương tác khuếch tán tăng. Kết quả này dẫn tới nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng dần trong dãy halogen.
Trong tinh thể I$_2$, tương tác giữa các phân tử I$_2$ là tương tác khuếch tán yếu nên phân tử I$_2$ dễ tách ra khỏi tinh thể, chuyển từ thể rắn sang thể khí, tức có tính chất thăng hoa.
4. Tính chất hoá học
a) Tác dụng với kim loại
Khi đốt cháy dây iron trong khí chlorine, hình thành khói màu nâu là tập hợp các phân tử dimer Fe$_2$Cl$_6$.
Ở nhiệt độ cao của phản ứng, các phân tử dimer bay hơi khỏi bề mặt dây iron, tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng tiếp diễn với lớp iron bên trong.
Ở nhiệt độ cao, Al, Fe tác dụng với halogen từ Cl$_2$ đến I$_2$ thì ban đầu đều tạo sản phẩm dạng dimer.
b) Tác dụng với hydrogen
Flourine tác dụng với hydrogen ngay cả ở trong bóng tối và nhiệt độ rất thấp (–250 °C), tức F$_2$ ở thể rắn và H$_2$ ở thể lỏng, phản ứng rất mãnh liệt.
Trong công nghiệp, phản ứng giữa chlorine và hydrogen cung cấp một lượng nhỏ hydrogen chloride dùng sản xuất hydrochloric acid (phần lớn hydrogen chloride tận dụng từ sản phẩm các phản ứng tổng hợp hữu cơ).
Phản ứng giữa hơi iodine và hydrogen thuộc loại phản ứng đơn giản, được sử dụng như một ví dụ điển hình khi nghiên cứu về tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học.

$c) Tác dụng với nước Cặp oxi hoá – khử, $\text{F}_2/2\text{F}^-$, $\text{Cl}_2/2\text{Cl}^-$, $\text{B}_2/2\text{Br}^-$, $\text{I}_2/2\text{I}^-$, $\text{O}_2,$

c) Tác dụng với nước
Cặp oxi hoá – khử, $\text{F}_2/2\text{F}^-$, $\text{Cl}_2/2\text{Cl}^-$, $\text{B}_2/2\text{Br}^-$, $\text{I}_2/2\text{I}^-$, $\text{O}_2, \text{H}^+/\text{H}_2\text{O}$
$\text{E}^0, (\text{V})$, 2,77, 1,36, 1,09, 0,54, 1,23
Flourine có thế điện cực chuẩn lớn hơn nhiều so với oxygen nên ở điều kiện thường, flourine oxi hoá được nước giải phóng oxygen.
Chlorine cũng có thế điện cực chuẩn lớn hơn oxygen nhưng ở điều kiện thường chlorine không oxi hoá được nước vì nồng độ $\text{Cl}_2$ thấp ($\text{Cl}_2$ tan ít trong nước) và sự chênh lệch thế điện cực nhỏ. Phản ứng thực tế xảy ra theo hướng chlorine tự oxi hoá, tự khử.
d) Tác dụng với dung dịch kiềm
Ở điều kiện thường, flourine tác dụng với dung dịch kiềm loãng tạo ra $\text{OF}_2$, với kiềm đặc tạo ra $\text{O}_2$:
$$2\text{F}_2 + 2\text{NaOH (2%)} \longrightarrow \text{OF}_2 + 2\text{NaF} + \text{H}_2\text{O}$$
$$2\text{F}_2 + 4\text{NaOH (đặc)} \longrightarrow \text{O}_2 + 4\text{NaF} + 2\text{H}_2\text{O}$$
Khi sục khí chlorine vào dung dịch kiềm xảy ra các phản ứng: (1) chlorine tác dụng với nước, (2) hai acid sinh ra tác dụng với kiềm.
Trong môi trường kiềm, ion $\text{ClO}^-$ bị phân huỷ khi đun nóng:
$$3\text{ClO}^- \xrightarrow{\text{t}^o} \text{ClO}_3^- + 2\text{Cl}^-$$
Do vậy, chlorine tác dụng với dung dịch kiềm đặc, nóng tạo thành muối chlorate.
Ở điều kiện thường, bromine và iodine tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra muối bromate và iodate.
IV GỢI Ý TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY, HỌC
Hoạt động 1. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
GV hướng dẫn HS tiến hành hoạt động nhóm để rèn luyện năng lực GTHT: tập trung rèn luyện khả năng tìm kiếm thông tin về các dạng tồn tại của halogen trong tự nhiên và các ứng dụng của chúng.
Hoạt động 2. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ
GV hướng dẫn HS vẽ trên khổ giấy to mô hình nguyên tử dạng hình tròn theo đúng tỉ lệ bán kính và ghi kèm các thông số tương ứng về nguyên tử.
Gợi ý HS vẽ biểu đồ hình cột để so sánh độ âm điện của các halogen. Hướng dẫn HS quan sát chiều hướng biến đổi (tăng, giảm) độ âm điện, từ đó đưa ra dự đoán về chiều biến đổi tính oxi hoá của các nguyên tử halogen.
Nhấn mạnh liên kết trong phân tử halogen $\text{X}_2$ là liên kết cộng hoá trị không có cực.

Hoạt động 3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ GV hướng dẫn HS tìm hình ảnh về màu sắc các đơn chất halogen. Hướng dẫn HS đưa ra nhận xét chiều hướng biến đổi nhiệt độ nóng chảy

GV hướng dẫn HS tính biến thiên enthalpy của từng phản ứng dựa vào năng lượng liên kết. GV có thể giao cho các nhóm trình bày trên khổ giấy to (dạng bảng, giản

KClO₃: sản xuất thuốc nổ, pháo hoa, ngòi nổ, thuốc ở đầu que diêm. HCl: dùng trong nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, phân bón,…
Br, AgBr: dùng tráng phim trong nhiếp ảnh.
I, KI hoặc KIO₃: bổ sung nguyên tố iodine trong muối iodised (hay iodized)
3. GV hướng dẫn HS mô tả sự hình thành liên kết cộng hoá trị, liên kết ion theo các bước đã học ở bài 11 và bài 12.
4. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của các đơn chất halogen tăng dần từ fluorine đến iodine.
Giải thích: Từ fluorine đến iodine, tương tác van der Waals giữa các phân tử đơn chất tăng do kích thước phân tử tăng và số electron tăng.
5. $\overset{0}{\text{Na}} \longrightarrow \overset{+1}{\text{Na}} + 1e$ Na là chất khử
$\overset{0}{\text{Fe}} \longrightarrow \overset{+3}{\text{Fe}} + 3e$ Fe là chất khử
$\overset{0}{\text{Cl}_2} + 2e \longrightarrow 2\overset{-1}{\text{Cl}}$ Cl₂ là chất oxi hoá
$\overset{0}{\text{Cl}_2} + 2e \longrightarrow 2\overset{-1}{\text{Cl}}$ Cl₂ là chất oxi hoá
Biểu diễn sự nhường, nhận electron bằng mũi tên:
6. Đổi đơn vị: $80\ 000\ \text{m}^3 = 80\ 000\ 000\ \text{L}$.
$m_{\text{Cl}_2} = \frac{5\ \text{mg}}{\text{L}} \cdot 80\ 000\ 000\ \text{L} = 4 \cdot 10^8\ \text{mg} = 400\ \text{kg}.$
7. GV hướng dẫn HS viết quá trình oxi hoá chất khử và quá trình khử chất oxi hoá.
$\overset{0}{\text{Cl}_2} + \text{NaOH} \xrightarrow{t^\circ} \text{Na}\overset{-1}{\text{Cl}} + \text{Na}\overset{+5}{\text{ClO}_3} + \text{H}_2\text{O}$
Quá trình oxi hoá: $\overset{0}{\text{Cl}_2} \longrightarrow 2\overset{+5}{\text{Cl}} + 10e$ | × 1
Quá trình khử: $\overset{0}{\text{Cl}_2} + 2e \longrightarrow 2\overset{-1}{\text{Cl}}$ | × 5
Sau đó đặt hệ số 6 vào Cl₂ (tổng số phân tử Cl₂ tham gia quá trình oxi hoá và quá trình khử), hệ số 10 vào NaCl, hệ số 2 vào NaClO₃:
$6\text{Cl}_2 + 12\text{NaOH} \xrightarrow{t^\circ} 10\text{NaCl} + 2\text{NaClO}_3 + 6\text{H}_2\text{O}$
Giản ước hệ số:
$3\text{Cl}_2 + 6\text{NaOH} \xrightarrow{t^\circ} 5\text{NaCl} + \text{NaClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$

$$\text{Cl}_2 + 2\text{NaBr} \longrightarrow 2\text{NaCl} + \text{Br}_2$ chứng tỏ tính oxi hoá $\text{Cl}_2 > \text{Br}_2$. $\text{Br}_2 + 2\text{NaI} \longright$

Bài 23. ÔN TẬP CHƯƠNG 7 HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK Câu 1. Đáp án A. Liên kết có độ phân cực lớn nhất là H–F. Câu 2. Đáp án C. Bán kính nguyên tử biến đ

Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam xin trân trọng cảm ơn các tác giả có tác phẩm, tư liệu được sử dụng, trích dẫn trong cuốn sách này. Chịu trách nhiệm xuất bản: Ch

Báo lỗi

Giao bài

Đang tải dữ liệu câu hỏi