›
›

Giáo trình Hoá đại cương B - Hồ Thị Bích Ngọc

pdf 93 trang ngocly 1090
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hoá đại cương B - Hồ Thị Bích Ngọc", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_hoa_dai_cuong_b_ho_thi_bich_ngoc.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hoá đại cương B - Hồ Thị Bích Ngọc

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT F 7 G GIÁO TRÌNH HOÁ ĐẠI CƯƠNG B ThS. HỒ THỊ BÍCH NGỌC 2005
  2. Hoá đại cương B - 1 - MỤC LỤC MỤC LỤC - 1 - CHƯƠNG I. ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC. - 4 - I ĐINH LUẬT TUẦN HOÀN - 4 - 1 phát biểu: - 4 - 2. Ýnghĩa của định luật tuần hoàn: - 5 - II. HỆ THỐNG TUẦN HOÀN - 6 - 1. Cấu trúc hệ thống tuần hoàn dưới ánh sáng của thuyết cấu tạo nguyên tử: - 6 - 2. Mô tả bảng hệ thống tuần hoàn(110 nguyên tố) : - 7 - III. MỘT SỐ CÁC TÍNH CHẤT TUẦN HOÀN CỦA CÁC NGUYÊN TỐ - 8 - 1. Bán kính nguyên tử: - 9 - 2. Năng lượng Ion hóa: - 10 - 3. Ái lực điện tử: - 12 - 4. Độ âm điện: - 13 - 5. Số oxy hoá: - 15 - CHƯƠNG II. CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT - 16 - I. TRẠNG THÁI KHÍ - 16 - II. TRẠNG THÁI LỎNG - 17 - III. TRẠNG THÁI RẮN - 19 - 1 Đặc trưng của trạng thái rắn : - 19 - 2. Phân loại trạng thái rắn : - 19 - 3. Các kiểu mạng tinh thể : - 20 - CHƯƠNG III. ĐỘNG LỰC – CHIỀU HƯỚNG VÀ TỐC ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH - 22 - I. HIỆU ỨNG NHIỆT - 22 - 1. Các khái niệm : - 22 - 2. Nguyên lý I nhiệt động học – nội năng, entanpy : - 23 - 3. Hiệu ứng nhiệt phản ứng – Phương trình nhiệt hóa học: - 25 - 4. Nhiệt tạo thành và nhiệt đốt cháy: - 26 - 5. Các định luật nhiệt hóa học : - 26 - II. CHIỀU TỰ DIỄN BIẾN CỦA CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC - 28 - 1. Chiều tự diễn biến của các quá trình: - 28 - 2. Entropy và năng lượng tự do Gibbs : - 29 - 3. Sự thay đổi thế đẳng áp và điều kiện diễn biến của quá trình hóa học : - 30 - III. ĐỘNG HÓA HỌC - 31 - 1. Tốc độ phản ứng : - 31 - 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: - 31 - IV. CÂN BẰNG HÓA HỌC - 35 - 1. Một số khái niệm: - 35 - 2. Trạng thái cân bằng hóa học : - 36 - ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  3. Hoá đại cương B - 2 - 3. Hằng số cân bằng : - 36 - 4. Mối liên hệ giữa hằng số cân bằng và thế đẳng áp : - 39 - 5. Sự chuyển dịch cân bằng le Chatelier : - 41 - CHƯƠNG IV. DUNG DỊCH - 44 - I.KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH - 44 - 1.Hệ phân tán: - 44 - 2. Dung dịch: - 45 - II. DUNG DỊCH LỎNG: - 45 - 1. Sự tạo thành dung dịch lỏng - Hiệu ứng nhiệt quá trình hòa tan: - 45 - 2. Quá trình hòa tan và cân bằng hoà tan: - 46 - 3. Nồng độ dung dịch và cách biểu diễn: - 47 - 4. Độ tan và các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan: - 48 - IV. TÍNH CHẤT DUNG DỊCH LỎNG, LOÃNG CHẤT KHÔNG ĐIỆN LY - 50 - 1.Áp suất hơi bão hòa của dung dịch: - 50 - 2. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch - 52 - 3. Áp suất thẩm thấu của dung dịch: - 53 - IV. DUNG DỊCH ĐIỆN LY - 54 - 1. Tính chất bất thường của các dung dịch axit – baz – muối: - 54 - 2. Sự điện ly và thuyết điện ly: - 55 - V. CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY YẾU - 59 - 1.Hằng số điện ly và phương trình hằng số điện ly: - 59 - 2. Liên hệ giữa hằng số điện ly và độ điện ly: - 59 - 3. Sự phân ly của axit và baz yếu đa bậc - 60 - 4. Sự điện ly của các hydroxyt lưỡng tính: - 60 - 5. Sự điện ly của muối: - 60 - VI. CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY MẠNH: - 61 - 1. Đặc điểm của dung dịch chất điện ly mạnh: - 61 - 2. Thuyết chất điện ly mạnh(Debye, Huckel, Onsagel): - 62 - 3. Hoạt độ - Hệ số hoạt độ: - 62 - VII. CÂN BẰNG ION CỦA NƯỚC: - 64 - 1. Sự điện ly của nước và tích số ion của nước: - 64 - 2. Chỉ số hydro pH: - 65 - 3. Chất chỉ thị màu: - 65 - 4. Dung dịch đệm: - 66 - VIII. CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY KHÓ TAN - 68 - 1. Cân bằng dị thể của chất điện ly khó tan và tích số tan: - 69 - 2. Ảnh hưởng của các ion trong dung dịch đến độ tan của chất điện ly: - 69 - IX. PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION - 70 - X. PHẢN ỨNG THỦY PHÂN - 71 - 1. Định nghĩa: - 71 - 2. Điều kiện để cho sự thủy phân muối xảy ra: - 71 - 3. Phản ứng thủy phân của các muối: - 72 - 4. Độ thủy phân và hằng số thủy phân: - 73 - ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  4. Hoá đại cương B - 3 - XI. PHẢN ỨNG TRUNG HÒA - 75 - 1. Phản ứng trung hòa trong dung dịch nước: - 75 - 2. Sự chuẩn độ axit – baz: - 75 - CHƯƠNG V. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ NGUỒN ĐIỆN - 77 - I.KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN HÓA HỌC - 77 - II. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ - 77 - 1.Khái niệm : - 77 - 2. Cân bằng phương trình phản ứng oxy hóa khử : - 79 - III. PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ DÒNG ĐIỆN - NGUYÊN TỐ GANVANIC - 82 - 1.Phản ứng oxy hóa khử và dòng điện: - 82 - 2. Nguyên tố Ganvanic : - 82 - IV. SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUYÊN TỐ GANVANIC - 85 - V. THẾ ĐIỆN CỰC VÀ CHIỀU PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ - 86 - 1. Thế điện cực: - 86 - 2. Chiều của các phản ứng oxy hóa: - 89 - WY TÀI LIỆU THAM KHẢO ZX - 92 - ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  5. Hoá đại cương B - 4 - CHƯƠNG I. ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC. Đến giữa thế kỷ XIX, người ta đã biết được 63 nguyên tố hoá học, nhiều hợp chất hoá học khác nhau đã được nghiên cưú, nhiều tính chất vật lý hóa học đặc trưng của các nguyên tố, hợp chất riêng biệt hay của từng nhóm nguyên tố, hợp chất đã được thiết lập. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghiệp lúc đó đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu về các nguyên tố và hợp chất của chúng một cách mạnh mẽ và có hệ thống. Điều này đặt ra cho các nhà hóa học vấn đề hệ thống hoá các nguyên tố để tìm ra những quy luật chung nói lên mối liên hệ giữa chúng với nhau. Nhiều nhà bác học như Dobereiner (nhóm ba nguyên tố xếp theo thứ tự tiến của khối lượng nguyên tử: Cl – Br – I ), Chancourtoirs, Newlands (xếp các nguyên tố theo khối lượng nguyên tử tăng dần), Mayer (thu được 6 nhóm tương tự) đã nghiên cứu vấn đề này nhưng không thành công vì thiếu cơ sở hệ thống hoá vững chắc, nhất là không nhìn thấy được mối liên quan giữa các nguyên tố không tương tự nhau. Thành công rực rỡ nhất là các cố gắng của Mendeleev đã kiên trì theo dõi vấn đề xếp hạng các nguyên tố trong nhiều năm dài để cho ra một bảng phân loại dựa trên cơ sở cuả định luật tuần hoàn. Bảng phân loại hiện vẫn còn mang tên ông (Mendeleev) mặc dù đã được hiệu chỉnh và bổ túc khá nhiều. I ĐINH LUẬT TUẦN HOÀN 1 phát biểu: Khi nghiên cứu tính chất của các nguyên tố, xét theo chiều điện tích hạt nhân nguyên tử tăng dần, người ta thấy tính chất hóa học của chúng biến đổi nhưng sau một số nguyên tố ta lại gặp một nguyên tố có tính chất tương tự. VD: Từ nguyên tố thứ ba là Li đến nguyên tố thứ 10 là Ne: tính kim loại giảm dần (3Li: kim loại mạnh; 9F: phi kim điển hình, 10Ne: khí trơ). Nguyên tố thứ 11 là Na có tính chất giống Li. Sự biến đổi tính chất các nguyên tố từ 11Na đến 18Ar (khí trơ) nói chung giống các nguyên tố trước. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  6. Hoá đại cương B - 5 - Sở dĩ vậy vì tính chất các nguyên tố phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc điện tử của nguyên tử. Ở trạng thái bình thường, cấu trúc điện tử được xác định bằng số điện tử trong nguyên tử tức bằng điện tích hạt nhân nguyên tử. Thật ra, tính chất hoá học của các nguyên tố phụ thuộc chủ yếu vào cấu tạo lớp vỏ điện tử ngoài cùng (lớp điện tử hóa trị) nên tính chất tuần hoàn của cấu tạo vỏ điện tử đã quyết định tính chất các nguyên tố phải biến đổi tuần hoàn. Định luật tuần hoàn được phát biểu như sau: “Tính chất các đơn chất cũng như tính chất thành phần và dạng các hợp chất của những nguyên tố biến thiên tuần hoàn vào điện tích hạt nhân nguyên tử của những nguyên tố đó”. Định luật này do Mendeleev tìm ra đầu tiên, nhưng ở thời kỳ ông, định luật phát biểu còn chưa chính xác lắm là: ”Tính chất phụ thuộc tuần hoàn vào khối lượng nguyên tử”; do đó có một số sắp xếp không phù hợp. VD: 18Ar 19K 27Co 28Ni 52Te 53I Khối lượng nguyên tử: 39,9 39,0 58,9 58,7 127,6 126,9 2. Ýnghĩa của định luật tuần hoàn: -Định luật tuần hoàn là cơ sở chắc chắn để phân loại các nguyên tố hoá học và hợp chúng lại thành một hệ thống hoàn chỉnh. Chỉ có thể hiểu đầy đủ các tính chất của một nguyên tố riêng rẽ khi nghiên cứu nó trong mối liên hệ với tính chất của các nguyên tố khác và với vị trí của nguyên tố đó trong bảng hệ thống tuần hoàn. VD: Nghiên cứu tính chất của Al phải xét cả tính chất các nguyên tố xung quanh nó B Mg – Al – Si ) Ga -Định luật tuần hoàn cho phép thấy trước được sự tồn tại của những nguyên tố chưa được tìm ra, cho phép mô tả tính chất của các nguyên tố đó và hợp chất của chúng. VD: Sự khám phá ra Ga (1874) có tính chất giống nhôm (do Mendeleev dự đoán). ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  7. Hoá đại cương B - 6 - Sự khám phá ra Sc (1879), Ge (1885) cũng vậy. II. HỆ THỐNG TUẦN HOÀN 1. Cấu trúc hệ thống tuần hoàn dưới ánh sáng của thuyết cấu tạo nguyên tử: Hệ thống tuần hoàn bao gồm các đơn vị cấu trúc: chu kỳ, nhóm, phân nhóm, ô. Những đơn vị cấu trúc này do Medeleev đưa ra từ lúc chưa có khái niệm gì về cấu tạo nguyên tử. Tuy nhiên, giữa chúng và cấu tạo nguyên tử có mối liên quan chặt chẽ. Mối liên quan này cho phép nhanh chóng xác định được cấu trúc điện tử và từ đó biết được những tính chất cơ bản của nguyên tố cũng như hợp chất của chúng. a Chu kỳ Chu kỳ là một dãy các nguyên tố mà các nguyên tử của chúng có cùng số lớp điện tử, chỉ khác nhau ở số điện tử của các lớp bên ngoài. Khi đó: - Số thứ tự của chu kỳ của nguyên tố trùng với giá trị số lượng tử chính đặc trưng cho lớp ngoài cùng. (1,2,3 ). - Khi hình thành một lớp mới lại xuất hiện một chu kỳ mới. - Mỗi chu kỳ gồm một số nguyên tố nhất định ứng với số điện tử điền vào các lớp bên ngoài từ lúc bắt đầu xây dựng phân lớp ns (hydro hay kim loại kiềm) đến khi kết thúc phân lớp np (các khi trơ). VD: Chu kỳ một ứng với lớp vỏ n=1 có hai điện tử điền vào phân lớp 1s nên chu kỳ một gồm hai nguyên tố (H:1s1, He:1s2). Chu kì hai ứng với lớp vỏ n=2 có 8 điện tử điền vào các phân lớp 2s2p (Li:[He]2s1 → Ne :[He]2s22p6) nên chu kỳ hai gồm 8 nguyên tố: Li, Be, B, C, N, O, F, Ne. Chu kỳ 4 có 18 nguyên tố, nguyên tố cuối cùng (36Kr) có 18 điện tử điền vào các phân lớp 4s23d104p6. Chu kỳ 6 có 32 nguyên tố, nguyên tố cuối cùng (86Rn) có 32 điện tử điền vào phân lớp 6s24f145d106p6. b. Nhóm Nhóm gồm các nguyên tố có số điện tử lớp ngoài cùng hay của những phân lớp ngoài cùng giống nhau và bằng số thứ tự của nhóm. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  8. Hoá đại cương B - 7 - c. Phân nhóm Phân nhóm gồm những nguyên tố mà lớp điện tử bên ngoài cùng được xây dựng giống nhau(chỉ khác nhau về chỉ số n). Phân nhóm chính gồm các nguyên tố mà điện tử ứng với mức năng lượng cao nhất trong nguyên tử thuộc phân lớp ns hay np 2 2 6 1 VD: 11Na : 1s 2s 2p 3s : Phân nhóm IA 2 2 6 2 5 17Cl : 1s 2s 2p 3s 3p : Phân nhóm VIIA Phân nhóm phụ gồm các nguyên tố mà điện tử ứng với mức năng lượng cao nhất trong nguyên tử thuộc phân lớp (n-1)d hay (n-2)f. Các nguyên tố này được gọi là các nguyên tố họ d hay họ f. 2 2 6 2 6 5 2 VD: 25Mn: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s : phân nhóm VIIB Nhóm Nguyên tố s và p Nguyên tố d I ns1 (n-1)d10ns1 II ns2 (n-1)d10ns2 III ns2np1 (n-1)d1ns2 IV ns2np2 (n-1)d2ns2 V ns2np3 (n-1)d3ns2 VI ns2np4 (n-1)d5ns1 VII ns2np5 (n-1)d5ns2 VIII (0) ns2np6 (n-1)d6,7,8ns2 d. Ô Ô là vị trí cụ thể của mỗi nguyên tố, chỉ rõ tọa độ nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn (số thứ tự nguyên tố ≡ số điện tích hạt nhân ≡ số điện tử; số thứ tự chu kỳ; số thứ tự nhóm, loại phân nhóm). VD: 28Sr có Z=38, ở chu kỳ 5 phân nhóm IIA. 2. Mô tả bảng hệ thống tuần hoàn(110 nguyên tố) : Hơn 400 kiểu diễn hệ thống tuần hoàn các nguyên tố đã được công bố nhưng thực tế chỉ có 2 kiểu trong số đó được phổ biến và ứng dụng rộng rãi. Đó là các bảng hệ thống tuần hoàn dạng ngắn và dạng dài mà hiện nay chúng ta đang sử dụng và cơ sở của chúng vẫn là cách biểu diễn của Mendeleev. - Bảng tuần hoàn dạng ngắn gồm 8 nhóm nguyên tố, 7 chu kỳ với 10 dãy nguyên tố: Chu kỳ 1 (chu kỳ đặc biệt) gồm hai nguyên tố. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  9. Hoá đại cương B - 8 - Chu kỳ 2,3 (chu kỳ nhỏ) gồm 8 nguyên tố. Chu kỳ 4,5,6,7 (chu kỳ lớn) gồm 18,18,32,26 nguyên tố. Mỗi chu kỳ lớn gồm 2 hàng ngang: hàng trên là hàng chẵn bao giờ cũng mạnh hơn các nguyên tố trong hàng lẻ nên người ta qui ước viết các nguyên tố hàng chẵn dịch sang phải, các nguyên tố hàng lẻ dịch sang trái (các nguyên tố của chu kỳ nhỏ cũng được viết theo quy tắc này). VD: Na, Mg có tính chất kim loại mạnh nên được viết dịch sang phải. Chu kỳ 6 có 32 nguyên tố từ 55 đến 86; trong đó có 14 nguyên tố từ 58 đến 71 được xếp cùng ô thứ 57 với nguyên tố lantan và viết thành một hàng ngang ở cuối bảng, họp thành họ lantanit. Chu kỳ 7 (chu kỳ dở dang) có 20 nguyên tố từ 87 đến 106; trong đó có 14 nguyên tố từ 90 đến 103 được xếp cùng ô thứ 89 với Ac họp thành họ Actinit cũng được viết thành hàng ngang ở cuối bảng. - Bảng hệ thống tuần hoàn dạng dài không gọn và chặt chẽ bằng dạng ngắn, nhưng có ưu điểm là phản ánh được rõ ràng sự phân chia các họ nguyên tố theo đặc điểm cấu trúc điện tử (các họ s,p; d;f). Đặc điểm của cách biểu diễn dạng dài này là hệ thống tuần hoàn được trải dài ra theo hàng ngang: mỗi chu kỳ chỉ có một hàng và nói chung các họ nguyên tố s,p;d;f được sắp xếp liên tục nhau. Vì vậy các phân nhóm nguyên tố được tách hẳn thành những cột riêng, trong đó phân nhóm chính được ký hiệu là A, phân nhóm phụ là B. III. MỘT SỐ CÁC TÍNH CHẤT TUẦN HOÀN CỦA CÁC NGUYÊN TỐ Chúng ta biết tính chất của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn thay đổi một cách có quy luật theo 3 chiều: ngang, dọc, chéo; trong đó quan trọng và đáng lưu ý nhất là theo chiều ngang (chu kỳ và dãy), dọc (nhóm và phân nhóm). Vì tính chất của các nguyên tố chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc lớp vỏ điện tử nguyên tử nên khi dựa vào cấu tạo nguyên tử có thể giải thích được dễ dàng những quy luật thay đổi tính chất của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn. Đó là các tính chất bán kính nguyên tử, bán kính ion; ái lực điện tử, năng lượng ion hoá; âm điện, số oxy hoá dương và âm cực đại, thể tích nguyên tử, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, từ tính, năng lượng phân lý, nhiệt tạo thành ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  10. Hoá đại cương B - 9 - Sau đây chúng ta sẽ xét một số tính chất tuần hoàn quan trọng của các nguyên tố hay được sử dụng để giải thích hoạt tính hoá học của các đơn chất cũng như hợp chất của chúng. 1. Bán kính nguyên tử: a. Khái niệm Vì các đám mây điện tử không có giới hạn rõ nét nên không thểxác định được bán kính nguyên tử và bán kính ion thật chính xác. Vì vậy, người ta thường xác định các đại lượng này dựa trên khoảng cách giữa các hạt nhân nguyên tử tạo nên đơn chất hay hợp chất tương ứng (xem các nguyên tử hay ion như những quả cầu tiếp xúc nhau). Bán kính nguyên tử và ion xác định theo cách này được gọi là bán kính hiệu dụng và phụ thuộc vào bản chất nguyên tử tương tác, đặc trưng liên kết hoá học và trạng thái liên hợp. Tóm lại, bán kính nguyên tử và bán kinh ion chỉ là những đại lượng quy ước. Tuy vậy nó vẫn là tính chất đặc trưng quan trọng của các nguyên tố và có ảnh hưởng nhiều đến tính chất hóa học của các nguyên tố. b. Sự biến đổi bán kính nguyên tử: Trong cùng một chu kỳ: + Nói chung, trong một chu kỳ, bán kính nguyên tử giảm dần từ trái sang phải (theo chiều tăng Z). ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  11. Hoá đại cương B - 10 - VD: Chu kỳ 2 Li Be B C N O F Bán kính nguyên tử (A0) 1,52 1,13 0,88 0,77 0,70 0,66 0,64 Nguyên tử họ Fe Fe Co Ni Bán kính nguyên tử (A0) 1,26 1,25 1,24 + Trong một chu kỳ, số lớp điện tử của các nguyên tử như nhau và điện tích hạt nhân tăng một đơn vị khi đi từ nguyên tố nọ đến nguyên tố kia trong khi điện tử chỉ được thêm vào lớp đang xây dựng dở nên điện tử bị hút vào nhân mạnh hơn làm cho bán kính nguyên tử giảm đi. Đối với các nguyên tố họ d và f, theo chiều tăng dần, sự thay đổi bán kính chậm chạp hơn so với các nguyên tố họ s và p. Vì đối với các nguyên tố này, điện tử tăng thêm được điền vào lớp điện tử đang xây dựng sâu bên trong (lớp thứ hai và thứ ba kể từ ngoài vào) nên ít ảnh hưởng đến kích thước nguyên tử. Đồng thời sự tăng điện tử d ở lớp kề ngoài cùng làm cho hiệu ứng chắn đối với điện tử lớp ngoài cùng tăng lên so với trường hợp s và p. Sự giảm ít và đều đặn bán kính nguyên tử ở các nguyên tố d và f được gọi là sự co d hay co f (sự co lantanit hay actinit). Trong một phân nhóm: Trong một phân nhóm chính, theo chiều từ trên xuống dưới, bán kính nguyên tử tăng lên vì số lớp điện tử tăng lên. VD: Phân nhóm IA Li Na K Rp Cs Fr Bán kính nguyên tử (A0) 1,52 1,86 2,31 2,44 2,62 2,70 Đối với các nguyên tố nhóm phụ, khi chuyển từ nguyên tố đầu phân nhóm đến nguyên tố thứ hai, bán kính có tăng lên, từ nguyên tố thứ 2 đối với nguyên tố thứ ba, bán kính ít thay đổi. Điều này được giải thích chủ yếu do hiện tượng co d, co f. VD: Phân nhóm VIB 24Cr 42Mo 74W Bán kính nguyên tử (A0) 1,25 1,36 1,37 2. Năng lượng Ion hóa: a. Khái niệm ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  12. Hoá đại cương B - 11 - Năng lượng liên kết các điện tử bên ngoài với hạt nhân nguyên tử quyết định tính chất hóa học của các nguyên tố. Năng lượng đó chính là năng lượng ion hóa. Vậy năng lượng ion hóa đặc trưng cho độ bền của liên kết giữa hạt nhân với điện tử bên ngoài tức đặc trưng cho khả năng nhường điện tử của nguyên tử, tức đặc trưng cho tính kim loại của nguyên tố (năng lượng ion hóa càng nhỏ, nguyên tử càng dễ nhường điện tử nên tính kim loại và tính khử của nguyên tố càng mạnh). Định nghĩa: Năng lượng ion hóa của một nguyên tố là năng lượng tối thiểu cần thiết để tách một điện tử ra khỏi nguyên tử tự do ở trạng thái không kích thích. X + I = X+ + e- Đây là năng lượng ion hóa thứ nhất (I1). Ngoài ra còn có năng lượng ion hóa thứ 2,3 (I2, I3, ) là năng lượng cần thiết để tách điện tử thứ hai, thứ 3, ra khỏi ion dương có điện tích +1,+2, Năng lượng ion hóa thường được đo bằng eV hay kcal/ntg (1 eV =23,06 kcal/ntg). Trong hóa học, I1 có ý nghĩa quan trọng nhất vì ở trạng thái tự do, nguyên tử đều được loại trừ hết mọi ảnh hưởng bên ngoài nên năng lượng cần để gây nên sự ion hoá nguyên tử đúng bằng năng lượng đã liên kết điện tử trong nguyên tử. b. Sự biến thiên năng lượng Ion hoá Trong một chu kỳ: VD: Chu kỳ 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar I1 (eV) 5,14 7,64 5,98 8,15 10,48 10,36 13,01 15,76 Trong cùng một chu kỳ, từ trái qua phải, bán kính nguyên tử giảm dần, điện tử hóa trị càng gần nhân càng bị hút mạnh nên càng khó tách rời khỏi nguyên tử nên năng lượng ion hóa càng cao. Tuy nhiên, sự biến đổi đó không xảy ra đơn điệu khi điện tích hạt nhân tăng tuần tự. VD: 13Al có I1 nhỏ hơn 12Mg do cấu hình điện tử Mg : 1s2 2s2 2p63s2 : Phân lớp 3s bảo hoà. Al : 1s22s22p63s23p1 : Điện tử p trong một phân lớp mới ít bị nhân giữ chặt hơn điện tử trong phân lớp kế trước đã bảo hòa. Tương tự 16S có I1 nhỏ hơn 15P P: 1s2 2s2 2p63s23p3 : Phân lớp 3p bán bảo hòa. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  13. Hoá đại cương B - 12 - S: 1s2 2s2 2p63s2 3p4 : Việc tách điện tử thứ 4 để đạt phân lớp 3p bán bảo hòa dễ thực hiện hơn. Trong một phân nhóm: + Phân nhóm chính: VD: Phân nhóm IA Li Na K Rp Cs I1(eV) 5,39 4,15 4,34 4,15 3,89 Trong phân nhóm chính, theo chiều tăng điện tích hạt nhân, số lớp điện tử tăng lên đồng thời hiệu ứng chắn của các lớp điện tử bên trong cũng tăng lên làm giảm lực hút giữa hạt nhân với những điện tử bên ngoài nên I1 giảm. + Phân nhóm phụ: Phân nhóm VB 23V 41Nb 73Ta I1 (eV) 6,74 6,88 7,88 Sự tăng I1 trong phân nhóm phụ được giải thích bằng ưu thế của việc tăng điện tích hạt nhân và hiệu ứng xâm nhập của các điện tử những lớp ngoài cùng. 3. Ái lực điện tử: a. Khái niệm Định nghĩa: Ái lực điện tử của một nguyên tử là năng lượng được phát ra (hay thu vào) khi nguyên tử đó (ở trạng thái tự do) kết hợp thêm một số điện tử để biến thành ion âm. X + e- = X- + F F: Ái lực điện tử, được tính bằng eV hay kcal/ntg. Việc xác định trực tiếp F bằng thực nghiệm khó khăn hơn nhiều so với việc xác định I. Người ta mới xác định được ái lực điện tử của một số ít nguyên tố có độ âm điện lớn. Ái lực điện tử thường được xác định gián tiếp. Aùi lực điện tử càng dương thì nguyên tử càng dễ nhận điện tử, do đó tính phi kim loại và tính oxy hoá của nguyên tố càng mạnh. b. Sự biến đổi ái lực điện tử Nói chung, sự phụ thuộc của ái lực điện tử vào vị trí trong hệ thống tuần hoàn phức tạp hơn so với năng lượng ion hóa. Nếu trong nguyên tử thiếu 1 hay 2 điện tử để bảo hòa lớp ngoài đến 8 điện tử thì ái lực điện tử của nó thường lớn và ngược lại, khi ở lớp ngoài của nguyên tử có 1 hay 2 điện tử thì ái lực điện tử rất bé. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  14. Hoá đại cương B - 13 - Trong bảng hệ thống tuần hoàn, phân nhóm VIIA có ái lực điện tử lớn nhất và giảm dần từ Clor đến iod vì càng đi xuống, bán kính nguyên tử tăng dần, điện tử thêm vào càng ít bị nhân hút nên năng lượng phóng thích ra càng kém dần. Ở Flor do kích thước nhỏ nên điện tử thêm vào chịu tương tác đẩy một phần của những điện tử đang có sẵn nên Flor có ái lực điện tử nhỏ hơn Clor. VD: Phân nhóm VIIA F Cl Br I F (eV) 3,58 3,76 3,54 3,29 4. Độ âm điện: a. Khái niệm Theo khái niệm của mình, các đại lượng năng lượng Ion hoá và ái lực điện tử có thể dùng để đánh giá và giải thích khả năng tạo thành liên kết ion của các nguyên tố khi tương tác vơí nhau. Để đánh giá và giải thích khả năng tạo thành liên kết cộng hoá trị của các nguyên tố khi phản ứng với nhau, người ta dùng độ âm điện vì đại lượng này cho biết khả năng của nguyên tử một nguyên tố hút mật độ điện tử về phía mình khi tạo liên kết với nguyên tử của nguyên tố khác. Độ âm điện cũng là đại lượng đặc trưng quan trọng cho tính chất của nguyên tố. Nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện lớn hơn sẽ hút điện tử về phía mình khi tương tác với nguyên tử của nguyên tố khác có độ âm điện nhỏ hơn. Do đó, độ âm điện có liên quan với năng lượng ion hoá và ái lực điện tử của nguyên tử. - Cách xác định độ âm điện: Độ âm điện được xác định theo nhiều cách dựa trên những tính chất khác nhau của các nguyên tố. Hiện nay có đến 20 thang độ âm điện. Tuy giá trị độ âm điện của các nguyên tố theo những thang này khác nhau nhưng kết quả sắp xếp các nguyên tố theo khả năng hút điện tử dựa trên những thang này nói chung giống nhau. - Cách xác định độ âm điện theo Mullinken: Khi hai nguyên tử của các nguyên tố A và B tương tác với nhau tạo thành hợp chất cộng hoá trị (tức liên kết của hợp chất được thực hiện bằng sự chuyển điện tử từ nguyên tử của nguyên tố này sang nguyên tử của nguyên tố kia) thì khả năng hút điện tử tương ứng của chúng sẽ là (FA- IB) và (FB –IA). Điện tử sẽ chuyển về phía nguyên tử A có khả năng lớn thì: (FA - IB) > (FB – IA) ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  15. Hoá đại cương B - 14 - FA + IA > FB + IB Từ đó, Mullinken đề nghị độ âm điện X của các nguyên tử được xác định bởi: 1 X = (F + I) 2 Vì giá trị ái lực điện tử biết được còn ít nên cách xác định độ âm điện theo phương pháp Mullinken bị hạn chế. - Cách xác định độ âm điện theo Paulling: Độ âm điện được xác định dựa trên năng lượng liên kết của các liên kết tương ứng. VD: Phân tử AB được tạo thành từ các phân tử À2 và B2. Trong đó liên kết của tất cả B phân tử này đều là cộng hoá trị. Nếu liên kết AB không có cực thì: E = A − B E A − A E B − B E: Năng lượng của các liên kết. Hay: ∆E = − = 0 E A− B E A− A E B − B Nếu liên kết A-B có cực thì ∆E ≠0. Như vậy dựa vào đại lượng ∆E có thể đánh giá được độ có cực của liên kết và do đó đánh giá được độ âm điện của nguyên tố. Theo Paulling, mối liên kết giữa độ âm điện X và ∆E được xác định bằng biểu thức: 2 ∆E = const(XA- XB) X tính bằng eV và nếu ∆E cũng tính bằng eV thì const =1. Paulling đã tiến hành tính toán độ âm điện các nguyên tố dựa trên sự so sánh với độ âm điện của Flor (mà Ông nhận bằng 4). Do vậy, độ âm điện xác định theo phương pháp này gọi là độ âm điện tương đối. b.Sự biến đổi độ âm điện - Trong một chu kỳ theo chiều tăng điện tích hạt nhân, độ âm điện tăng. - Trong một phân nhóm: khi đi từ trên xuống dưới, độ âm điện giảm. - Cần chú ý rằng không nên xem độ âm điện là đại lượng cố định của nguyên tố vì nó được xác định trong sự phụ thuộc vào thành phần cụ thể của hợp chất. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  16. Hoá đại cương B - 15 - Chúng ta chỉ nên sử dụng nó làm đại lượng đánh giá khả năng nguyên tử của nguyên tố hút điện tử mà thôi. 5. Số oxy hoá: a. Khái niệm Số oxy hóa là điện tích dương hay âm của nguyên tố trong hợp chất được tính với giả thiết rằng hợp chất tạo thành các ion. + Sự biến đổi số oxy hoá: Sự thay đổi tuần hoàn số oxy hoá xảy ra là do các nguyên tố hoá học có khuynh hướng cho hay nhân điện tử lớp ngoài cùng để có cấu hình điện tử bền là s2p6. Số oxy hóa dương cao nhất của một nguyên tố bằng số e- hoá trị của nó (tức bằng số thứ tự của nhóm), còn số oxy hoá âm bằng số thứ tự nhóm trừ đi 8. VD: S: 1s22s22p63s23p4 Số oxy hoá dươngmax : +6 Số oxy hoá âmmax : -2 Trong một chu kỳ, từ trái qua phải, số oxy hoá dương cao nhất tăng từ +1 đến +8; số oxy hoá âm tăng từ –4 (nhóm IV) đến –1 (nhóm VII). ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  17. Hoá đại cương B - 16 - CHƯƠNG II. CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT Một chất có thể tồn tại ở trạng thái khí, lỏng hay rắn (ở một điều kiện nào đó) là tùy ở tương quan giữa hai yếu tố : - Chuyển động nhiệt của các tiểu phân làm cho chúng phân bổ hỗn độn và có khuynh hướng chiếm toàn bộ thể tích không gian của bình đựng. Yếu tố này được đánh giá bằng động năng chuyển động nhiệt của hạt. - Lực tương tác của các tiểu phân liên kết các tiểu phân thành những tập hợp chặt chẽ có cấu trúc xác định. Yếu tố này được đánh giá bằng thế năng tương tác giữa các tiểu phân. Trong những điều kiện xác định, một chất có thể chuyển từ trạng thái tập hợp này sang trạng thái tập hợp khác(quá trình chuyển pha). Ví dụ : Sự hóa hơi, sự hóa lỏng, sự hóa rắn, nóng chảy, thăng hoa I. TRẠNG THÁI KHÍ - Động năng chuyển động nhiệt vượt xa thế năng tương tác giữa các tiểu phân (phân tử khí). Các phân tử khí chuyển động gần như tự do, chiếm toàn bộ thể tích bình đựng, gây nên áp suất trên thành bình(không có thể tích nhất định, chịu nén và khuếch tán). - Trạng thái của một chất khí được đặc trưng bởi 3 yếu tố : nhiệt độ, áp suất, thể tích. Phương trình biểu diễn mối tương quan giữa các yếu tố này gọi là phương trình trạng thái khí. + Khí lý tưởng : là những khí thỏa mãn các điều kiện * Kích thước phân tử không đáng kể so với thể tích bình đựng(không có thể tích riêng). * Giữa các phân tử không có lực tương tác mà chỉ có va chạm đàn hồi giữa chúng cũng như giữa chúng với thành bình. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  18. Hoá đại cương B - 17 - Tính chất của khí lý tưởng tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng (phương trình Claperon – Mendeleev). PV = mnRT = RT M P : Áp suất của chất khí có thể tích V, khối lượng m ở nhiệt độ tuyệt đối T. n : Số mol khí. R : Hằng số khí, giá trị của R tùy thuộc đơn vị đo P V R = 0 0 T 0 0 P0V0 : Áp suất, thể tích của khí ở T0 = 273 K P V R Atm L 0,082 latm/mol độ MmHg Ml 62.400 ml mmHg/ mol độ dyn/cm2 cm3 8,314 J/mol độ ≈ 2 cal/mol độ (1J = 0,2388 cal 1 cal = 4,142J) Phương trình trạng thái khí lý tưởng có thể áp dụng gần đúng cho các khí thực nếu như áp suất của chúng không quá lớn, nhiệt độ không quá thấp. + Phương trình trạng thái khí thực của Van der Waals đề ra với sự hiệu chỉnh của 2 số hạng : A (P + ). (V – b) = NRT V2 A, b : Hằng số đặc trưng cho mỗi loại khí a : Hệ số hiệu chỉnh có tính đến lực hút tương hổ giữa các phân tử (lực 2 V này làm giảm áp suất khí). b : Biểu thị thể tích riêng của phân tử. II. TRẠNG THÁI LỎNG Sự khác biệt giữa động năng chuyển động nhiệt của phân tử và thế năng tương tác giữa chúng không lớn. Trong chất lỏng, khoảng cách trung bình giữa các phân tử nhỏ hơn so với chất khí, nhưng vẫn còn lớn hơn chất rắn khoảng 3%. Lực tương tác giữa các tiểu phân chất lỏng đã lớn hơn đáng kể nhưng chỉ mới đủ để ngăn cản sự chuyển động hỗn loạn chứ chưa đủ để ngừng hẳn sự chuyển động của chúng đối với nhau (chuyển động quay, giao động và tịnh tiến). Vì vậy, chất lỏng giống chất khí ở chỗ ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  19. Hoá đại cương B - 18 - không có hình dạng nhất định và có cấu trúc xác định (cấu trúc chất lỏng có trật tự gần, còn cấu trúc chất rắn có trật tự xa). - Các chất ở trạng thái lỏng có một số tính chất quan trọng đối với thực tiễn là tính nhớt, sức căng bề mặt. + Tính nhớt là tính chất các lớp chất lỏng cản lại chuyển động của chúng đối với nhau. Nếu gọi F là lực cần thiết để làm chuyển dịch lớp chất lỏng này so với lớp kia thì : ∆v F = η S ∆x S : Diện tích tiếp xúc của 2 lớp chất lỏng ∆v : Hiệu số tốc độ của 2 lớp chất lỏng. ∆x : Khoảng cách giữa 2 lớp chất lỏng. η : Hệ số nhớt (độ nhớt) (đơn vị poirtz) (Thời gian dời chỗ chất lỏng và công tiêu thụ để vận chuyển chất lỏng theo đường ống phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng). Ví dụ : Benzen có η = 0,0065 poirtz ở 200C Nước có η = 0,0010 poirtz ở 200C Khi tăng nhiệt độ, khoảng cách giữa các tiểu phân tăng làm giảm lực tương tác giữa chúng nên độ nhớt tăng. + Sức căng bề mặt : Các phân tử nằm sâu bên trong chất lỏng với các phân tử nằm trên bề mặt của nó chịu các lực hút không giống nhau từ các phân tử lân cận : Phân tử ở sâu được bao bọc bởi các tiểu phân khác từ mọi phía và các lực tác dụng lên nó cân bằng nhau. Các phân tử ở lớp mặt chịu lực tác dụng từ phía các phân tử ở lớp trong và có xu hướng bị hút vào trong. Vì vậy, toàn bộ bề mặt nằm ở trạng thái căng. Sức căng bề mặt được đặc trưng bằng công tiêu tốn để làm tăng diện tích bề mặt 1cm2. Đơn vị của σ là (dyn/cm) hay erg/cm2. Ví dụ : Benzen có σ là 28,9 erg/cm2 ở 200C Nước có σ là 72,6 erg/cm2 ở 200C. Chất lỏng có khuynh hướng tự nhiên làm giảm sức căng bề mặt bằng cách giảm diện tích bề mặt, đó là nguyên nhân làm chất lỏng dễ tạo thành những giọt khối cầu có đường kính khác nhau và các giọt dễ nhập lại thành giọt lớn hơn. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  20. Hoá đại cương B - 19 - III. TRẠNG THÁI RẮN Ở nhiệt độ thấp đa số các chất sẽ tồn tại ở trạng thái rắn. 1 Đặc trưng của trạng thái rắn : - Thế năng trung bình của các tiểu phân lớn hơn động năng trung bình của chúng. - Khoảng cách của các tiểu phân nhỏ, có giá trị gần với kích thước của tiểu phân. - Chuyển động của các tiểu phân rất hạn chế, thường chúng giao động xung quanh một vị trí cân bằng nào đó do lực giữa các tiểu phân ở vị trí tương đối so với nhau đạt đến giá trị cực đại. Vì vậy, chất rắn có hình dạng cố định, có thể tích riêng và có độ cản lớn đối với sự chuyển dịch. 2. Phân loại trạng thái rắn : Gồm 2 loại : Chất tinh thể và chất vô định hình. a. Chất rắn tinh thể + Đa số chất rắn có cấu tạo tinh thể có các đặc điểm sau : - Về phương diện bề mặt : Khi đập vỡ trên bề mặt xuất hiện nhiều cạnh nhỏ, chóp nhỏ và bề mặt nhỏ lấp lánh do phản chiếu ánh sáng khác nhau của tinh thể. - Về phương diện tính chất : Các chất tinh thể có nhiệt độ nóng chảy nhất 0 0 định (ví dụ T nc của Al là 660 C), có tính dị hướng (các tính chất vật lý không giống nhau theo những hướng khác nhau của tinh thể). - Về phương diện cấu tạo bên trong : Các chất tinh thể có các tiểu phân sắp xếp trật tự theo những quy luật lặp đi lặp lại nghiêm ngặt trong toàn bộ tinh thể, tức là chất tinh thể có cấu trúc xác định và mỗi chất rắn có dạng tinh thể nhất định. Ví dụ : Muối ăn có cấu tạo tinh thể dạng khối lập phương. Phèn có cấu tạo tinh thể dạng khối bát diện đều. Tinh thể phèn Tinh thể muối ăn ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  21. Hoá đại cương B - 20 - b. Chấr rắn vô định hình - Bề mặt đập vỡ của chúng rất nhẵn nhưng không phẳng mà hơi cong. - Không có nhiệt độ nóng chảy nhất định vì khi bị đốt nóng chúng mềm dần cho đến trạng thái chảy rồi sau đó mới biến hoàn toàn thành chất lỏng; có tính đẳng hướng (theo mọi hướng, chất vô định hình đều có tính chất vật lý giống nhau). - Cấu trúc của chúng chỉ có trật tự gần nên không có hình thù bên ngoài đặc trưng xác định. Ví dụ : Thủy tinh, cao su Trạng thái tinh thể luôn luôn bền hơn trạng thái vô định hình nên sự chuyển chất từ trạng thái này sang trạng thái kia chỉ tự xảy ra theo chiều vô định hình – tinh thể. Dạng vô định hình hay dạng tinh thể chỉ là những trạng thái tồn tại của chất rắn. Tùy thuộc vào điều kiện mà chất có thể tồn tại ở dạng này hay khác. Ví dụ : Thủy tinh điều chế theo phương pháp thông thường có dạng vô định hình, nhưng khi được kết tinh có hướng dẫn sẽ có dạng tinh thể (xitan). 3. Các kiểu mạng tinh thể : Dựa vào bản chất các tiểu phân ở nút mạng và lực liên kết giữa chúng, người ta chia mạng tinh thể thành 4 kiểu chính : mạng nguyên tử, mạng phân tử, mạng ion, mạng kim loại a. Mạng nguyên tử - Mạng nguyên tử được tạo thành từ những nguyên tử liên kết với nhau bằng lực liên kết công hóa trị. Quy luật phân bố các nguyên tử trong mạng tinh thể được quyết định bởi kiểu lai hóa các orbital của nguyên tử. - Số phối trí (số tiểu phân bao quanh gần nhất đối với ion trung tâm) của nguyên tử bằng số liên kết σ tạo thành bởi các nguyên tử. Vì trong mạng nguyên tử, tất cả các tiểu phân liên kết cộng hóa trị với nhau nên toàn bộ tinh thể có thể xem là 1 phân tử khổng lồ rất bền vững. Do đó, các chất có mạng nguyên tử đều cứng, khó nóng chảy, khó bay hơi và hầu như không tan trong bất cứ dung môi nào. Ví dụ : Kim cương, Si, Ge, ZnS, SiC b. Mạng phân tử ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  22. Hoá đại cương B - 21 - Mạng phân tử có các tiểu phân cấu trúc là những phân tử (đối với khí trơ là những nguyên tử), chúng hút nhau bằng liên kết yếu Vander Waals. Do đó, chất có mạng phân tử dễ nóng chảy, dễ bay hơi, mềm và dễ tan. Ví dụ : H2, O2, N2, Hal2, khí trơ, CO2 rắn. c. Mạng ion - Mạng ion được tạo thành từ những ion ngược dấu luân phiên nằm tại các nút mạng và liên kết với nhau bằng lực hút tĩnh điện. - Có số phối trí cao (do liên kết ion không bão hòa và không định hướng), mỗi ion được bao quanh bởi số lớn ion ngược dấu nên toàn bộ tinh thể ion cũng là 1 phân tử khổng lồ bền vững, có nhiệt độ nóng chảy – nhiệt độ sôi khá cao, độ cứng lớn, một số lớn dễ tan và điện ly mạnh trong nước, có tính dẫn điện ở trạng thái nóng chảy và trong dung dịch. Ví dụ : NaCl, CsI, Halogenua kim loại kiềm d. Mạng kim loại - Mạng kim loại được đặc trưng bằng các ion dương (hay nói là nguyên tử cũng được) nằm tại nút mạng và liên kết giữa chúng là liên kết kim loại. Do đó, kim loại có những tính chất rất đặc trưng như ánh kim, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, dẻo, dễ kéo dài, dễ dát mỏng và toàn bộ khối kim loại cũng có thể xem là một phân tử khổng lồ. - Trong tinh thể kim loại, các nguyên tử có khuynh hướng sắp xếp thế nào cho sát sao nhất (tức là nhiều nguyên tử và ít khoảng trống nhất trong 1 ô cơ bản), do đó các kim loại đều có 1 trong 3 kiểu mạng đặc khít là lục phương, lập phương tâm diện và lập phương tâm khối. - Mạng kim loại cũng có số phối trí cao. Ví dụ : Mạng lục phương và lập phương tâm diện có số phối trí là 12; mạng lập phương tâm khối có số phối trí 8. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  23. Hoá đại cương B - 22 - CHƯƠNG III. ĐỘNG LỰC – CHIỀU HƯỚNG VÀ TỐC ĐỘ CỦA QUÁ TRÌNH Nhiệt động học nhằm nghiên cứu những quy luật về sự trao đổi năng lượng giữa hệ và môi trường cũng như sự chuyển hóa nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác. Nhiệt động học dựa trên 2 nguyên lý: - Nếu trong một quá trình nào đó mà có một dạng năng lượng đã mất đi thì thay cho nó phải có một dạng năng lượng khác xuất hiện với lượng tương đương nghiêm ngặt. - Nhiệt không thể chuyển từ vật thể nguội hơn sang vật thể nóng hơn. Các quá trình hóa học, đặc biệt là các phản ứng hóa học thường xảy ra có kèm theo hiện tượng phát hay thu năng lượng dưới dạng này hay dạng khác (thường là dưới dạng nhiệt). Lượng nhiệt phát ra hay thu vào trong các quá trình hóa học được gọi là hiệu ứng nhiệt. Việc nghiên cứu hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học cho phép xác định năng lượng liên kết, hiểu được cấu tạo và khả năng tương tác của các chất, xác định ở mức độ nào đó chiều hướng của các quá trình hóa học. I. HIỆU ỨNG NHIỆT 1. Các khái niệm : a. Hệ - Hệ là một phần vũ trụ được nghiên cứu, xem xét. Phần còn lại là môi trường. - Hệ kín là hệ không có trao đổi chất nhưng có thể trao đổi năng lượng với môi trường. - Hệ hở là hệ có trao đổi chất và năng lượng với môi trường bên ngoài. b. Năng lượng Năng luợng là thước đo vận động của chất. - Có nhiều dạng năng lượng: + Động năng là năng lượng đặc trưng cho một vật đang chuyển động (Eđ=1/2 mv2). +Thế năng là năng lượng mà hệ có do vị trí của nó trong trường lực (Et=mgh). + Điện năng là năng lượng của các tiểu phân tích điện (eletron, ion ) ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  24. Hoá đại cương B - 23 - + Hóa năng là năng lượng gắn liền với quá trình biến đổi chất. - Năng lượng toàn phần của một hệ gồm : + Động năng của toàn bộ hệ. + Thế năng do vị trí của hệ trong trường lực ngoài. Tổng động năng và thế năng của hệ được gọi là ngoại năng. + Nội năng (năng lượng dự trữ bên trong của hệ) : năng lượng chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của các phân tử; chuển động quay và chuyển động giao động của các nguyên tử bên trong phân tử; chuyển động của điện tử trong nguyên tử; năng lượng bên trong hạt nhân. Tóm lại, nội năng là năng lượng toàn phần của hệ trừ động năng và thế năng toàn hệ. - Có 2 cách chuyển năng lượng : + Nếu sự chuyển năng lượng có liên quan đến sự di chuyển một hệ cơ học thì sự chuyển năng lượng được thực hiện dưới dạng công. Ví dụ : Công nâng một vật lên cao, công giãn nở chất khí chống áp suất ngoài + Nếu sự chuyển năng lượng có liên quan đến việc tăng tốc độ chuyển động của phân tử ở vật nhận năng lượng thì sự chuyển năng lượng được thực hiện dưới dạng nhiệt. Nhiệt và công gắn liền với các quá trình : chúng phụ thuộc vào cách tiến hành. Vì vậy, nhiệt và công là các hàm quá trình. Năng lượng là thuộc tính một hệ, nó có một giá trị xác định đối với mỗi trạng thái của hệ. Sự biến thiên năng lượng chỉ phụ thuộc trạng thái đầu, trạng thái cuối của hệ chứ không phụ thuộc vào cách tiến hành. Vì vậy, năng lượng là hàm trạng thái của hệ. 2 2 Ví dụ : Phản ứng Zn(r) + CuSO4 (d ) = Cu(r) + ZnSO4(d ) Nếu diễn ra trong một bình phản ứng ở 250C, 1atm thì không xảy ra một công nào và tỏa ra một lượng nhiệt là 55,2 kcal/mol. Nếu diễn ra trong nguyên tố Ganvanic thì nó sẽ tạo ra một công điện tương đương 50,4 kcal/mol và chỉ tỏa ra một lượng nhiệt là 4,8 kcal/mol. Trong cả 2 trường hợp, năng lượng đều giảm 55,2 kcal/mol. 2. Nguyên lý I nhiệt động học – nội năng, entanpy : Nhiệt hóa học nghiên cứu sự chuyển hóa tương hỗ giữa nhiệt và công. Cơ sở để nghiên cứu sự chuyển hóa đó là nguyên lý I nhiệt động học : ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  25. Hoá đại cương B - 24 - Khi cung cấp cho hệ một lượng nhiệt là Q thì nhiệt năng này sẽ tiêu tốn để làm tăng nội năng ∆U của hệ và để thực hiện công A chống lại các từ lực từ bên ngoài tác động lên hệ: Q = ∆U + A Quy ước : Hệ nhận nhiệt Q>0; Hệ sinh công A>0. Công A đối với các quá trình hóa học chủ yếu là công chống áp suất bên ngoài. Khi chuyển hệ từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thì công A là : 2 A = pdv ∫1 - Nếu các quá trình hóa học diễn ra ở điều kiện V=const (quá trình đẳng tích) thì : A = 0 Qv = ∆U = U2 - U1 Như vậy, nhiệt mà hệ thu vào trong quá trình đẳng tích dùng để tăng nội năng của hệ. - Nếu các quá trình hóa học diễn ra ở điều kiện p = const (quá trình đẳng áp thì : 2 A = Pdv = p( − ) = p∆v ∫1 v2 v1 ∆V : Sự thay đổi thể tích trong quá trình ∆V = ΣVsp - ΣVcđ Từ đó : Qp = ∆U - P∆V = U2 - U1 + PV2 - PV1 Đặt : H = U + PV Thì : QP = H2 - H1 = ∆H H được gọi là entanpy. Như vậy, nhiệt cung cấp cho hệ trong quá trình hóa học đẳng áp dùng để tăng entanpy. Kết luận : * Nếu phản ứng tiến hành trong điều kiện đẳng tích, sự biến đổi năng lượng là biến đổi nội năng của hệ. - Nếu phản ứng thu nhiệt, nội năng của hệ tăng (∆U > 0); - Nếu phản ứng tỏa nhiệt, nội năng của hệ giảm (∆U < 0). * Nếu phản ứng tiến hành trong điều kiện đẳng áp, sự biến đổi năng lượng là biến đổi entanpy của hệ. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  26. Hoá đại cương B - 25 - - Nếu phản ứng thu nhiệt, entanpy của hệ tăng (∆H > 0); - Nếu phản ứng tỏa nhiệt, entanpy của hệ giảm (∆H < 0); Tóm lại nhiệt lượng mà hệ thu vào (hay phát ra) trong quá trình hóa học được dùng để thay đổi nội năng và entanpy. Vậy hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học được xác định bằng độ thay đổi của U và H. * Trong phản ứng chỉ có mặt chất lỏng và chất rắn (sự thay đổi thể tích không đáng kể) thì : ∆H ≈ ∆U Trong phản ứng có chất khí thì ∆U và ∆H có thể khác nhau nhiều : ∆H = ∆U + ∆nRT ∆n : Biến thiên số mol khí. R : Hằng số khí R = 1,987 cal/mol độ. Trong thực tế hóa học, ta thường gặp các quá trình đẳng áp nên để xác định hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học, chủ yếu ta chỉ xét sự thay đổi entanpy. 3. Hiệu ứng nhiệt phản ứng – Phương trình nhiệt hóa học: - Hiệu ứng nhiệt phản ứng là nhiệt lượng phát ra hay thu vào của một phản ứng hóa học. * Nếu quá trình là phát nhiệt, hiệu ứng nhiệt được ghi với dấu trừ (-) chỉ sự giảm entanpy. * Nếu quá trình là thu nhiệt, hiệu ứng nhiệt được ghi với dấu cộng (+) chỉ sự tăng entanpy. Nhiệt lượng có đơn vị KJ hay kcal (1kcal = 4,184 KJ). - Phương trình nhiệt hóa học là phương trình phản ứng có ghi hiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp của các chất tham gia phản ứng và sản phẩm phản ứng. Để tiện so sánh hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học khác nhau, đại lượng hiệu ứng nhiệt thường được tính với 1 mol hợp chất, ở nhiệt độ 250C và áp 0 suất 1atm. Hiệu ứng nhiệt này được gọi là hiệu ứng nhiệt tiêu chuẩn:∆H 298 2 Ví dụ : Zn(r) + 2HCl(k) = ZnCl2(d ) + H2(k) ; 0 ∆H 298=36,5 kcal 1/2H2(k) + 1/2Cl2(k) = HCl(k) ; 0 ∆H 298=-22,2 kcal + Chú ý : - Hiệu ứng nhiệt tỷ lệ với khối lượng của các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng. Vì vậy, đại lượng hiệu ứng nhiệt không tiêu chuẩn cần được ghi với giá trị tương ứng khối lượng của chúng. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  27. Hoá đại cương B - 26 - Ví dụ : H2(k) + Cl2(k) = 2HCl(k) ; ∆H = -44,4 kcal 4. Nhiệt tạo thành và nhiệt đốt cháy: - Nhiệt tạo thành là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất từ các đơn chất ứng với trạng thái tự do bền vững nhất. 0 Ký hiệu nhiệt tạo thành tiêu chuẩn (∆H 298)tt. 0 Ví dụ : As(r) + 3/2Cl2(k) = AsCl3(l) ; ∆H 298=- 0 8,02kcal=(∆H 298)ttAsCl3 Nhiệt tạo thành của các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn được chấp nhận là 0. 0 Ví dụ : C(gr), Br2(l) có (∆H 298)tt=0 - Nhiệt đốt cháy là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy bằng oxy 1 mol chất hữu cơ để tạo thành khí CO2, nước lỏng và một số sản phẩm khác. 0 Ví dụ : C2H6(k) + 3/2O2(k) =2CO2(k) + 2H2O(l); ∆H 298=-372,82kcal 0 =(∆H 298)đcC6H6 5. Các định luật nhiệt hóa học : Cơ sở của tính toán nhiệt hóa học là các định luật nhiệt hóa học, trong đó chủ yếu là định luật Hess. a. Định luật Lavoisier – Laplace "Lượng nhiệt phân hủy một chất thành các nguyên tố bằng lượng nhiệt tạo thành hợp chất đó từ các nguyên tố". Ví dụ : 1/2H2(k) + 1/2I2(k) = HI(k) ; ∆Htt(HI) = 6,2kcal HI(k) = 1/2H2(k) + 1/2I2(k) ;∆Hph(HI) = -6,2kcal b. Định luật Hess "Nếu có nhiều cách để chuyển những chất ban đầu thành những sản phẩm cuối cùng giống nhau thì hiệu ứng nhiệt tổng cộng theo cách nào cũng như nhau" (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Nói cách khác "Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm chứ không phụ thuộc vào đường đi". ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  28. Hoá đại cương B - 27 - Ví dụ : Giả sử có 1ntg Na; 0,5ptg H2 và 0,5ptg O2. Hãy điều chế 1ptg NaOH và xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng điều chế NaOH. Giải - Phương pháp 1 : Na(r) + 1/2O2 = 1/2Na2O2(r) ; ∆H1 = -60,3 kcal 1/2H2(k) + 1/4O2(k) = 1/2H2O(l) ; ∆H2 = -34,1 kcal 1/2Na2O2(r) + 1/2H2O(l) = NaOH(r) + 1/4O2(k); ∆H3=-7,6 kcal Cộng 3 phương trình trên : Na(r) + 1/2H2(k) + 1/2O2(k) = NaOH(r) ;∆H=∆H1+∆H2 =-102 kcal - Phương pháp 2 : H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k) ; ∆H1 = - 68,3 kcal Na(r) + H2O(l) = NaOH(r)+1/2H2(k) ;∆H2 =-33,7 kcal Cộng 2 phương trình trên : Na(r) + 1/2H2(k) + 1/2O2(k) = NaOH(r) ;∆H=∆H1+∆H2 =-102 kcal Với 2 phương pháp điều chế khác nhau, hiệu ứng nhiệt của phản ứng đều là 0 –102 kcal(∆H 298). * Hệ quả của định luật Hess : - Hiệu ứng nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu. - Hiệu ứng nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy của các chất đầu trừ đi tổng nhiệt đốt cháy của các sản phẩm phản ứng. Phản ứng tổng quát : aA + bB + = cC + dD 0 0 0 ∆H = Σ(∆H tt)sp - Σ(∆H tt)cđ 0 0 0 = (c∆H tt(c) + d(∆H tt(D)) – (a∆H tt(A) + 0 b∆H tt(A)) 0 0 Hay ∆H = Σ(∆H đc)cđ - Σ(∆H0đc)sp 0 0 0 = (a∆H đc(A) + b(∆H đc(B)) – (c∆H đc(C) + 0 d∆H đc(D)) ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  29. Hoá đại cương B - 28 - II. CHIỀU TỰ DIỄN BIẾN CỦA CÁC PHẢN ỨNG HÓA HỌC 1. Chiều tự diễn biến của các quá trình: Cho đến cuối thế kỷ 19, khi khái quát hóa các dữ kiện thực nghiệm về hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học, người ta thấy ở điều kiện nhiệt độ không đổi, chỉ những phản ứng tỏa nhiệt (∆H 0) chỉ xảy ra khi được cung cấp năng lượng từ bên ngoài cho hệ. Từ đó, Marcelin Berthelot phát biểu qui tắc "Các phản ứng hóa học chỉ tự diễn biến theo chiều tỏa nhiệt". Trong thực tế, đa số các phản ứng hóa học tự diễn biến là phản ứng tỏa nhiệt (đốt cháy nguyên liệu, các quá trình hóa học xảy ra trong cơ thể ) Tuy nhiên, cũng có một số quá trình thu nhiệt cũng tự diễn biến. Ví dụ : N2O5 = 2NO2 + 1/2O2 , ∆H = +9,7 kcal Các tinh thể muối NH4Cl, NaNO3 tự tan trong H2O làm dung dịch lạnh đi rõ rệt, chất lỏng lạnh đi khi bay hơi Như vậy, không thể nói rằng tất cả các quá trình tự diễn biến đều tỏa nhiệt. Mặt khác, nhiều quá trình tỏa nhiệt mà không tự diễn biến. Ví dụ : H2O(hơi) → H2O (lỏng) H2(k) + 1/2O2(k) → H2O (l) Lại có những quá trình tự diễn biến mà không kèm theo sự biến đổi năng lượng : các khí trơ tự khuếch tán vào nhau ở nhiệt độ, áp suất không đổi Tóm lại, sự giảm năng lượng của hệ không phải là yếu tố duy nhất quyết định chiều hướng của quá trình. Vậy yếu tố thứ hai cũng ảnh hưởng đến chiều tự diễn biến của quá trình là gì ? Xét các trường hợp sau : - Để dễ hình dung, người ta so sánh một hệ nhiệt động với một cỗ bài. Với một cổ bài có thể có 2 trạng thái vĩ mô khác nhau : * Trạng thái trật tự : Các quân bài được sắp xếp theo trật tự cố định. * Trạng thái mất trật tự : Các quân bài được xếp theo trật tự ngẫu nhiên, có vô số cách xếp bài kiểu này. Khi đánh bài, một cách tự nhiên cỗ bài chuyển từ trạng thái trật tự (là trạng thái có xác suất nhỏ) sang mất trật tự (là trạng thái có xác suất lớn). - Một hệ cô lập gồm hai chất khí không tác dụng với nhau (VD : Ar và He phân cách nhau bởi một vách ngăn) khi bỏ vách ngăn, các khí tự trộn lẫn vào nhau, sau một thời gian cả heli lẫn argon được phân bố trong toàn thể tích. Các khí bị phân Cách có trật tự hơn : trong một thể tích lớn hơn, mỗi phân tử khí có thể chiếm nhiều vị trí hơn ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  30. Hoá đại cương B - 29 - Vậy khuynh hướng tự nhiên của các khí là chuyển từ trạng thái trật tự sang trạng thái mất trật tự. - Trong các quá trình nóng chảy, bay hơi, thăng hoa, phân ly tính trật tự của hệ giảm, tính mất trật tự của hệ tăng lên. Những điều vừa trình bày trên phản ánh một qui luật khác của tự nhiên : Quá trình tự nhiên xảy ra theo chiều từ trạng thái có xác suất nhỏ đến trạng thái có xác suất lớn hơn; Tức là đến trạng thái với độ hỗn độn lớn nhất của sự phân bố các phần từ. Từ đó ta thấy rằng : Chiều tự diễn biến của các phản ứng hóa học được xác định bằng sự tác động tổng hợp của 2 yếu tố : khuynh hướng chuyển hệ đến trạng thái có năng lượng nhỏ nhất và khuynh hướng đạt đến trạng thái có xác suất lớn nhất. Ví dụ : Phản ứng N2 + 3H2 ⇔ 2NH3 ; ∆H = -10,5 kcal Phản ứng diễn ra theo chiều thuận tạo thành NH3 là ứng với năng lượng nhỏ nhất của hệ. Tuy nhiên, trạng thái có xác suất lớn nhất lại ứng với chiều nghịch phân hủy hoàn toàn NH3 (số phân tử khí tăng lên 2 lần). Do tác động của cả 2 yếu tố, cân bằng được thiết lập ứng với tỷ lệ nồng độ xác định của tất cả các chất ở nhiệt độ khảo sát. 2. Entropy và năng lượng tự do Gibbs : a. Entropy Thông thường ứng với một trạng thái vĩ mô của hệ có một số rất lớn các trạng thái vi mô (w). Đó là do trong những lượng vĩ mô chất, số phân tử là vô cùng lớn, vị trí và tốc độ của chúng rất khác nhau. Để đặc trưng cho trạng thái của hệ thuận lợi hơn, người ta dùng đại lượng tỷ lệ thuận với logarit của xác xuất thực hiện trạng thái vi mô nghiên cứu. Đại lượng này gọi là Entropy (S). R S = klnw = lnw N k : Hằng số Boltzmann , k = 1,38.10-33 J/0k R : Hằng số khí , R = 1,987 cal/mol độ N : Số Avogadro , N = 6,023.1023 ptử/mol ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  31. Hoá đại cương B - 30 - w : Xác suất trạng thái của hệ (số trạng thái của các tiểu phân tạo nên trạng thái toàn hệ trong thời điểm đã chọn). b. Năng lượng tự do Gibbs Năng lượng tự do Gibbs (G) liên hệ với Entropy, Entropy và nhiệt độ qua biểu thức : G = H - TS Nếu phản ứng thực hiện ở áp suất và nhiệt độ không đổi thì biến thiên năng lượng tự do Gibbs (thế đẳng nhiệt đẳng áp, thế đẳng áp) sẽ bằng : ∆G = ∆H - T∆S Đây là phương trình cơ bản của nhiệt động học. Phương trình này thể hiện đầy đủ ý nghĩa của nguyên lý II nhiệt động học :"Trong quá trình nhiệt động, không phải tất cả lượng nhiệt (∆H) được chuyển thành công (∆G) mà còn một lượng không thể chuyển thành công được (T∆S)". 3. Sự thay đổi thế đẳng áp và điều kiện diễn biến của quá trình hóa học : Từ các biểu thức của nguyên lý I và nguyên lý II, người ta rút ra : A’ ≤ -∆G A’ : Công có ích mà hệ thực hiện trong quá trình đẳng nhiệt. Như vậy, tiêu chuẩn để xét quá trình có thể tự xảy ra hay không tự xảy ra trong hệ ở điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi là độ thay đổi thế đẳng áp. ∆G 0 : Quá trình không thể tự xảy ra. ∆G = 0 : hay khi ∆H =T∆S thì hệ đạt trạng thái cân bằng (lúc đó năng lượng tự do G đạt giá trị cực tiểu và không thay đổi nữa). Từ phương trình cơ bản của nhiệt động học, ta thấy : + Ở nhiệt độ thấp (T nhỏ), T∆S cũng nhỏ có thể bỏ qua. ∆G ≈ ∆H ; ∆H 0 hay ∆S>0 : phản ứng tự diễn biến theo chiều tăng Entropy. Chú ý rằng giá trị ∆G âm của phản ứng chỉ cho biết phản ứng có khả năng xảy ra. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  32. Hoá đại cương B - 31 - Ví dụ : NO(k) + 1/2O2(k) = NO2(k) ; ∆G = -8.3 kcal (1) H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(k) ; ∆G = -54,63 kcal (2) Mặc dù ∆G của (2) âm hơn (1) rất nhiều, nhưng ở nhiệt độ 250C, thực tế phản ứng (2) không xảy ra, còn phản ứng (1) xảy ra rất dễ dàng. Vậy làm thế nào để những phản ứng về nguyên tắc có khả năng xảy ra có thể xảy ra được ? vấn đề là phải tìm cách tăng tốc độ phản ứng bằng cách tăng nhiệt độ, nộng độ chất tác dụng, sử dụng xúc tác. Động hóa học chính là học thuyết về tốc độ phản ứng hóa học. III. ĐỘNG HÓA HỌC 1. Tốc độ phản ứng : Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm của một phản ứng. Nó được đo bằng độ biến thiên nồng độ của chất phản ứng hay sản phẩm phản ứng trong một đơn vị thời gian. Phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD Ta có tốc độ trung bình : 1 ∆CA 1 ∆CB 1 ∆Cc 1 ∆CD v = - = - = - = a ∆t b ∆t c ∆t d ∆t Tốc độ tức thời của phản ứng được tính bằng vi phân của nồng độ theo thời gian : 1 dCA 1 dCD v =- =+ = a dt c dt 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: Tốc độ phản ứng không những phụ thuộc vào bản chất các chất phản ứng mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như nồng độ các chất phản ứng, áp suất (đối với phản ứng có chất khí tham gia), nhiệt độ, xúc tác, tạp chất, độ mịn (đối với phản ứng có chất rắn tham gia), môi trường (đối với phản ứng trong dung dịch) Trong đó có 3 yếu tố có ảnh hưởng quan trọng nhất đối với mọi quá trình hóa học : nồng độ chất phản ứng, nhiệt độ, xúc tác. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  33. Hoá đại cương B - 32 - a. Ảnh hưởng của nồng độ chất phản ứng - Định luật tác dụng khối lượng (Guildberg – Waage 1864 – 1867) : "Trong hệ đồng thể, ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích số nồng độ các chất phản ứng kèm theo số mũ bằng hệ số tỷ lượng của chúng trong phương trình phản ứng". Phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD v = a b kC AC B CA, CB : Nồng độ chất phản ứng ở thời điểm xác định v. k : Hệ số tỉ lệ (hằng số tốc độ). Ví dụ : H2 + I2 → 2HI v = kCH2CF2 Phản ứng thuận nghịch : aA + bB ⇔ cC + dD v = vt - vn Ở thời điểm cân bằng : vt = vn nên v = 0 - Hằng số tốc độ k : GIá trị của k chỉ phụ thuộc bản chất các chất tác dụng và nhiệt độ : k = Ze-E*/RT eS*/R Z : Hệ số tỷ lệ với tổng số va chạm giữa các tiểu phân trong đơn vị thời gian, đơn vị thể tích. E* : Năng lượng hoạt hóa của phản ứng (năng lượng tối thiểu cần cung cho các tiểu phân để chúng trở thành hoạt động (có khả năng phản ứng) và có thể tương tác với nhau. S* : Entropy hoạt hóa của phản ứng (sự định hướng không gian thuận lợi khi va chạm của các tiểu phân hoạt động). Độ lớn của k bằng tốc độ phản ứng khi nồng độ các chất tác dụng bằng đơn vị. - Giải thích ảnh hưởng của nồng độ đối với tốc độ phản ứng: Theo thuyết hoạt hóa, khi nồng độ các chất phản ứng tăng thì tổng số tiểu phân phản ứng tăng nên số va chạm giữa các tiểu phân và số tiểu phân hoạt động tăng, do đó tốc độ phản ứng tăng. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  34. Hoá đại cương B - 33 - b. Ảnh hưởng của nhiệt độ Từ : k = Ze-E*/RT eS*/R Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng càng tăng do tăng số tiểu phân hoạt động. Ví dụ : 2H2O + O2 = 2H2O Ở 200C phản ứng hầu như không xảy ra nhưng ở 7000C lại xảy ra tức thời. - Quy tắc Van’t Hoff (1884) : "Khi tăng nhiệt độ lên 100 thì tốc độ trung bình của phản ứng tăng từ 2 đến 4 lần". Con số cụ thể cho biết tốc độ phản ứng trung bình tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ tăng thêm 100 được gọi là hệ số nhiệt độ (γ) của phản ứng : kt + 10 γ = = 2 ÷ 4 kt kt + n.10 γn = kt Từ biểu thức này, trong khoảng nhiệt độ không lớn, ta có thể tính được tốc độ tăng bao nhiêu lần và tính được k ở nhiệt độ mong muốn. Ví dụ : Hãy xác định k ở 300C và tính tốc độ phản ứng tăng bao nhiêu lần 0 khi tăng nhiệt độ lên 100 C đối với phản ứng phân hủy N2O5 2N2O5 = 4NO2 + O2 k600 = 2,57.10-3 ; k00 = 7,9.10-7 Giải : -3 6 k0 + 6.10 k60 2,57.10 γ = = = -7 = 3253,2 k0 k0 7,9.10 lg 3253,2 lgγ = = 0,585 6 γ = 100,585 = 3,85 0 3 ⇒ k30 = γ k0 = (3,85)37,9.10-7 = 4,5.10-5 Khi tăng nhiệt độ lên 1000C thì tốc độ sẽ tăng lên : k0+10.10 γ10 = = (3,85)10 k0 c. Ảnh hưởng của chất xúc tác Tác dụng chủ yếu của chất xúc tác là làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng bằng cách thay đổi cơ chế phản ứng làm tăng tốc độ phản ứng. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  35. Hoá đại cương B - 34 - - Chất xúc tác là chất khi thêm vào phản ứng sẽ làm tăng tốc độ phản ứng hay gây nên phản ứng nếu về mặt nguyên tắc phản ứng có thể xảy ra. Ví dụ : Phản ứng giữa Al v à I2 chỉ xảy ra khi có mặt hơi nước : H20(h) 2Al + 3I2 = 2AlI3 + Phân loại : * Chất xúc tác đồng thể : Chất xúc tác cùng pha với hỗn hợp phản ứng. * Chất xúc tác dị thể : Chất xúc tác có pha khác với pha của hỗn hợp phản ứng. + Đặc điểm : * Lượng chất xúc tác sử dụng nhỏ hơn lượng chất phản ứng rất nhiều. Ví dụ : Để oxy hóa 1.000.000 kg NH3 thành NO chỉ cần 1kg Pt + Rh xúc tác. * Chất xúc tác không thay đổi về lượng cũng như về thành phần và tính chất hóa học sau phản ứng. * Mỗi chất xúc tác thường chỉ có tác dụng đối với 1 phản ứng nhất định 0 Ví dụ : C2H5OH Al2O3, 400 C C2H4 + H2O 0 Cu, 200 C CH3CHO + H2O Như vậy, chất xúc tác là chất làm tăng tốc độ phản ứng do tham gia vào tương tác hóa học với các chất phản ứng ở giai đoạn trung gian nhưng sau phản ứng nó được phục hồi lại và giữ nguyên về lượng cũng như về thành phần và tính chất hóa học. - Cơ chế tạo phức chất trung gian hoạt động (xúc tác đồng thể). Chất xúc tác kết hợp với những chất phản ứng tạo thành phức chất hoạt động trung gian mới : phức chất này không bền và tuy lượng bé nhưng đã thay đổi đáng kể năng lượng hoạt hóa của phản ứng. Phản ứng tổng quát : A + B → AB Khi không có xúc tác : A + B → A B → * AB, E 1 Khi có xúc tác k : A + k → A k → * Ak, E 2 Ak + B → AB k → AB + k, * E 3 * * * E2 + E 2 << E 1 nên phản ứng có xúc tác xảy ra dễ hơn. A B A K AB K ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học A+B AK+B Năng lượng A+B+K
  36. Hoá đại cương B - 35 - IV. CÂN BẰNG HÓA HỌC 1. Một số khái niệm: a. Phản ứng một chiều(phản ứng hoàn toàn) - Là phản ứng hóa học xảy ra mà kết quả là toàn bộ hay một trong các chất phản ứng tác dụng hết và biến hoàn toàn thành sản phẩm phản ứng Ví dụ : 2KClO3 → 2KCl + 3O2 Phản ứng xảy ra cho đến khi toàn bộ KCLO3 phân hủy mà không có hiện tượng ngược lại, tức là KCl và O2 kết hợp với nhau cho KClO3. - Viết phản ứng 1 chiều, ta dùng dấu = b. Phản ứng thuận nghịch - Phản ứng thuận nghịch là phản ứng ở cùng những điều kiện như nhau có thể xảy ra theo hai chiều ngược nhau. - Khi viết phản ứng thuận nghịch ta dùng dấu →← → : Phản ứng thuận. ← : Phản ứng nghịch. Đa số các phản ứng hóa học là các phản ứng thuận nghịch. - Đặc điểm của phản ứng thuận nghịch là không bao giờ hết được các chất phản ứng ban đầu tức là chúng không thể biến hoàn toàn thành sản phẩm (vì các sản phẩm sinh ra lại tác dụng với nhau để tạo lại các chất ban đầu). Vì vậy có thể nói phản ứng thuận nghịch là phản ứng không hoàn toàn. ← Ví dụ : Phản ứng H2 + →I2 2HI xảy ra theo 2 chiều Thật ra, phản ứng 1 chiều cũng có thể xem là phản ứng thuận nghịch mà trong đó có 1 chiều nào đó chiếm ưu thế hầu như hoàn toàn. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  37. Hoá đại cương B - 36 - 2. Trạng thái cân bằng hóa học : Tất cả các phản ứng thuận nghịch đều diễn ra không đến cùng mà chỉ diễn ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng. Ở thời điểm ban đầu, tốc độ phản ứng thuận (vt) có giá trị cực đại sau đó giảm xuống do nồng độ các chất đầu giảm vì chúng tạo thành các sản phẩm phản ứng. Ngược lại, đầu tiên tốc độ phản ứng nghịch (vn) có giá trị cực tiểu, tốc độ này tăng lên khi tăng nồng độ các sản phẩm phản ứng. Như vậy vt giảm và vn tăng đến khi nào đạt được vt =vn, lúc đó tỷ lệ khối lượng giữa các chất phản ứng với sản phẩm phản ứng không thảy đổi nữa ở những điều kiện bênngoài (T0, P ) nhất định. Trạng thái này gọi là trạng thái cân bằng hóa học. Cân bằng hóa học là cân bằng động vì khi đạt được trạng thái cân bằng thì phản ứng hóa học không dừng lại mà các quá trình thuận và nghịch vẫn diễn ra. - Về phương diện nhiệt động thì trạng thái cân bằng hóa học ứng với ∆G=0. - Đặc trưng của trạng thái cân bằng hóa học. + Không thay đổi theo thời gian nếu không có điều kiện bên ngoài nào thay đổi. + Khi thay đổi các điều kiện bên ngoài thì trạng thái này thay đổi nhưng khi các điều kiện bên ngoài được tái lập thì trạng thái ban đầu cũng được thiết lập lại. + Dù đi từ phía nào lại để đạt trạng thái cân bằng thì trạng thái này cũng chỉ là 1 mà thôi. ← Ví dụ : H2 + →I 2 2HI 0 Nếu lấy 1mol H2 và 1 mol I2 cho vào bình phản ứng và đốt nóng ở 356 C thì phản ứng xảy ra cho đến khi tạo được 80%HI (1,6 mol) và còn lại 20% H2 và I2 (0,2 mol). Nếu lấy 2 mol HI cho vào bình phản ứng và đốt nóng ở 3560C thì phản ứng phân ly HI xảy ra cho đến khi còn 1,6 mol HI và tạo thành 0,2 mol H2; 0,2 mol I2 mà thôi. 3. Hằng số cân bằng : Trạng thái cân bằng của quá trình thuận nghịch được đặc trưng bằng hằng số cân bằng. Phản ứng tổng quát : aA + bB ← cC + dD : phản ứng đồng thể → xảy ra trong dung dịch. Theo định luật tác dụng khối lượng ta có : a b vt = ktC AC B ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  38. Hoá đại cương B - 37 - c d vn = knC CC D kt, kn : Hằng số tốc độ phản ứng thuận nghịch; chỉ phụ thuộc bản chất chất phản ứng và T0. Khi cân bằng được thiết lập thì : vt = vn a b c d ktC AC B = knC CC D c d kt C CC D K = = a b = const kn C AC B 0 Kc : Hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc bản chất hệ phản ứng và T . Nếu phản ứng xảy ra trong hệ đồng thể khí thì hằng số cân bằng được ký hệu là kb. c d P CP D Kp = a b P AP B C : Nồng độ các chất lúc cân bằng. P : Áp suất riêng phần của các chất lúc cân bằng. Nếu trong phản ứng có cả chất khí và chất rắn thì ta chỉ chú ý đến áp suất riêng phần của chất khí (vì áp suất riêng phân của chất rắn ở t0 nhất định là đại lượng không đổi, không phụ thuộc vào lượng chất, đã được thể hiện trong k ← Ví dụ : CaCO3(r) → CaO(r) + CO2(k) Kp = PCO2 - Mối liên hệ giữa kp và kc Theo phương trình Clayperon – Mendeleev đối với khí lý tưởng PV = nRT N P = RT = CRT V Thay C=P/RT vào biểu thức kc, ta có c d Pc PD ( ) ( ) c d RT RT PC PD Kc = = a b RT[(a+b)-(c+d)] → 1 PA a PB b PA PB ( ) ( ) RT RT -∆n Kc = Kp(RT) ∆n Hay : Kp = KcRT Với : ∆n = (c+d) – (a+b); hiệu số giữa các hệ số tỷ lượng của các sản phẩm phản ứng và các chất phản ứng. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  39. Hoá đại cương B - 38 - - Như vậy đối với mỗi phản ứng hóa học, hằng số cân bằng là đại lượng không đổi ở t0 nhất định, không phụ thuộc vào nồng độ và áp suất của các chất phản ứng. Hằng số cân bằng cho biết phản ứng diễn ra với mức độ như thế nào và cho phép tính hiệu suất của nó. K càng lớn thì phản ứng diễn ra càng sâu, hiệu suất càng lớn. K càng bé thì phản ứng diễn ra càng bé, hiệu suất càng thấp. - Các biểu thức hằng cân bằng nói trên là các biểu thức định lượng do Guildberg và Waage đề ra năm 1864 : "Khi một hệ đồng thể đạt đến trạng thái cân bằng thì tích nồng độ của các sản phẩm phản ứng chia cho tích nồng độ của các chất đầu (với hệ số tỷ lượng tương ứng) là 1 hằng số ở t0 nhất định". Ví dụ : Phản ứng CO(k) + H O ← CO (k) + H (k) có k = 7 ở nhiệt 2 → 2 2 t0. Hãy tính nồng độ các chất lúc cân bằng biết nồng độ ban đầu của H2O là 2, của CO là 1 mol/l. Nếu sau khi cân bằng thêm vào hỗn hợp lượng H2O tương ứng 2 mol/l thì nồng độ các chất sẽ thay đổi như thế nào ? Giải : ← CO(k) + H2O→ (k) CO2(k) + H2(k) Nồng độ ban đầu 1 2 0 0 Phản ứng x x x x Nồng độ cân bằng 1-x 2 – x x x X2 K = = 7 (1-x)(2-x) 6x2 - 21x + 14 = 0 Giải ra ta được x1 = 2,6 và x2 = 0,9 Theo điều kiện đề bài đã cho, ta chọn x2 = 0,9; nồng độ các chất lúc cân bằng : CCO2 = CH2 = 0,9 mol/l CH2O = 1,1 mol/l CCO = 0,1 mol/l. Khi thêm H2O vào thì có y mol H2O đã phản ứng với y mol CO nên nồng độ cân bằng trong trường hợp này : CCO2 = CH2 = 0,9 + y CH2O = 1,1 + 2 – y ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  40. Hoá đại cương B - 39 - CCO = 0,1 – y Vì nhiệt độ không thay đổi nên k không thay đổi, ta có : (0,9 + y)2 K = = 7 (3,1 – y)(0,1 – y) 6y2 + 24,2y + 1,36 = 0 Giải ra, ta có : y1 = 3,9 và y2 = 0,06; chọn y2 = 0,06. Nồng độ cân bằng của các chất khi thêm 2 mol H2O là : CCO2 = CH2 = 0,96 mol/l CH2O = 3,04 mol/l CCO = 0,04 mol/l 4. Mối liên hệ giữa hằng số cân bằng và thế đẳng áp : ← Phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD Theo phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff 0 c d ∆G = ∆G + P CP D a b RTln P AP B 0 Khi áp suất riêng phần của các chất PA = PB = Pc = Pd = 1 atm thì ∆G=∆G Vậy ∆G0 là biến thiên thế đẳng áp của phản ứng trong điều kiện áp suất riêng phần của các chất khí tham gia đều bằng 1atm. Khi đạt trạng thái cân bằng thì : ∆G = 0 0 c d ⇒ ∆G = - [Pc] [PD] a b = -RTlnKp RTln [PA] [PB] 0 ∆G = RTlnKp = -2,3030RTlgKp = -4,576 TlgKp c d Tổng quát : ∆G = -RTlnKp + Pc PD a b RTln PA PB P : Áp suất riêng phần ở điều kiện bất kỳ. [P] : Áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng. Biểu thức trên áp dụng chính xác đối với Kp, còn đối với Kc chỉ áp dụng trong trường hợp ∆n = 0 hay phản ứng diễn ra trong dung dịch (có thể áp dụng gần đúng với Kc trong các trường hợp khác). ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  41. Hoá đại cương B - 40 - ← Ví dụ : Phản ứng 2NO2(k) → N2O4(k) 0 0 ∆H 298(NO2) = 8091 cal/mol ; S 298(NO2) = 57,46 cal/mol 0 0 ∆H 298(NO2) = 2309 cal/mol ; S 298(N2O4)= 72,73 cal/mol Hãy xem thử ở t0 phg`(2980k), phản ứng có diễn ra không ? Nếu xảy ra thì hiệu suất phản ứng là bao nhiêu ? tính hằng số cân bằng Kp. Giải : 0 ∆H 298 = 2309 – (2 x 8091) = -13873 cal/mol 0 ∆S 298 = 72,73 – (2 x 57,46) = -42,19 cal/mol độ 0 ⇒ ∆G 298 = -13873 + (298 x 42,19) = -1300 cal/mol 0 Vậy ở t phg` và PNO2 = PN2O4 = 1at, phản ứng diễn ra theo chiều thuận. Hỗn hợp khí cân bằng được đặc trưng bằng hằng số cân bằng Kp. 0 ∆G 298 = -RTlnKp = -4,576 TlgKp - 1300 lgKp = = 0,95 - 4,576 x 298 0,95 PN2O4 Kp = 10 = 8,9 = 2 P NO2 2 ⇒ PN2O4 = 8,9 P NO2 Trong hỗn hợp khí cân bằng, lượng N2O4 nhiều hơn lượng NO2. - Tính hiệu suất : Giả sử áp suất riêng phần của khí N2O4 tăng 1 lượng là x thì : PN2O4 = x + 1 và PNO2 = 1 - 2x 1 + x Kp = 8,9 = (1 – 2x)2 35,6x2 – 36x + 7,9 = 0 ⇒ x1 = 0,3 và x2 = 0,7; chọn x1 = 0,3 - Áp suất riêng phần của khí lúc cân bằng: PNO2 = 1 – 0,6 = 0,4 atm PN2O4 = 1 + 0,3 = 1,3 atm Hiệu suất phản ứng được tính theo độ chuyển hóa của NO2. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  42. Hoá đại cương B - 41 - 1 – [PNO2] 0,6 H = x 100% = x 100% = 60% 1 1 5. Sự chuyển dịch cân bằng le Chatelier : a. Nguyên lý chuyển dịch cân bằng le Chatelier Trạng thái cân bằng hóa học sẽ không thay đổi nếu các điều kiện bên ngoài vẫn giữ nguyên. Khi thay đổi 1 trong các điều kiện đó (t0, P, nồng độ) thì trạng thái cân bằng sẽ bị thay đổi do vt và vn dưới tác dụng của sự thay đổi đó sẽ biến đổi khác nhau. Sau một thời gian hệ sẽ đạt đến trạng thái cân bằng mới ứng với những điều kiện mới. Sự thay đổi trạng thái cân bằng khi thay đổi điều kiện bên ngoài được gọi là sự chuyển dịch cân bằng, tuân theo nguyên lý le Chatelier. - Nguyên lý le Chatelier "Khi tác dụng từ ngoài vào hệ cân bằng bằng cách thay đổi một điều kiện nào đó quyết định vị trí cân bằng thì vị trí cân bằng của hệ sẽ dịch chuyển về phía làm giảm hiệu quả tác dụng". b. Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng hóa học + Ảnh hưởng của nồng độ : - Đối với hệ cân bằng, nếu tăng (hay giảm) nồng độ của 1 chất thì cân bằng sẽ chuyển dịch về phía làm giảm(hay tăng) nồng độ chất đó. ← - Xét phản ứng : aA + bB → cC + dD Theo phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff 0 c d ∆G = ∆G + C CC D a b RTln CA CB Khi cân bằng ∆G = 0 c d 0 [Cc] [CD] ∆G = -RTln a b = -RTlnKc [CA] [CB] c d ∆G = RTlnKc + C CC D a b RTln CA CB Tăng nồng độ của A (chất phản ứng) thì ∆G 0 :P.ứng nghịch xảy ra. + Ảnh hưởng của áp suất : - Đối với hệ cân bằng của các chất khí, khi tăng áp suất của hệ thì cân bằng chuyển dịch về phía làm giảm áp suất (phía tạo ít phân tử khí hơn), ngược lại nếu ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  43. Hoá đại cương B - 42 - làm giảm áp suất của hệ thì cân bằng chuyển dịch về phía tăng áp suất (phía tạo thành nhiều phân tử khí hơn). Nếu phản ứng có ∆n = 0 thì sự thay đổi áp suất của hệ không gây nên sự chuyển dịch cân bằng. ← - Xét phản ứng : aA + bB → cC + dD Giả sử : a + b > c + d Ta có : 0 c d c d ∆G = ∆G + P CP D P CP D a b = -RTlnKp +Rln a b RTln PA PB PA PB Tăng áp suất lên n lần (n > 1) : áp suất riêng của các khí đều tăng n lần nên ∆G 0 : phản ứng theo chiều nghịch (chiều tăng số phân từ khí). + Ảnh hưởng của nhiệt độ : - Đối với hệ cân bằng, nếu tăng nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch về phía thu nhiệt. Ngược lại nếu giảm nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch về phía phát nhiệt. - Dựa vào biểu thức : ∆G0 = -4,576 TlgK = ∆H0 - T∆S0 K = 10-∆H/4,576T.10∆S/4,576 Đặc trưng thay đổi cân bằng theo t0 được quyết định bởi thừa số (1). + ∆H0 0 (phản ứng thu nhiệt). * Khi T0 tăng → thừa số (1) tăng ⇒ K tăng : Phản ứng thuận xảy ra (chiều thu nhiệt). * Khi T0 giảm ⇒ K tăng :Phản ứng theo chiều nghịch (chiều phát nhiệt). ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  44. Hoá đại cương B - 43 - ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  45. Hoá đại cương B - 44 - CHƯƠNG IV. DUNG DỊCH I.KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH Dung dịch là một trạng thái của các chất có cấu trúc và tính chất đặc trưng riêng. Dung dịch là hệ phân tán nhưng không phải hệ phân tán nào cũng là dung dịch. 1.Hệ phân tán: a. Định nghĩa Hệ phân tán là hệ trong đó có ít nhất một chất phân bố (chất phân tán) vào một chất khác (môi trường phân tán) dưới dạng những hạt có kích thước nhỏ bé. b. Phân loại Có thể phân loại các hệ phân tán dựa vào: - Trạng thái tập hợp của chất phân tán và môi trường phân tán: VD: Hệ K-K, L-K, K-R, R-L, R-R K: khí; L:lỏng; R: rắn. - Kích thước hạt phân tán: + Hệ phân tán thô: các hệ phân tán có kích thước cỡ 10-5÷10-2cm. Hệ này không bền vì kích thước hạt lớn nên dễ lắng xuống. * Huyền phù: chất phân tán là chất rắn phân bố trong chất lỏng. VD: Hệ đất sét trong nước. * Nhũ tương: chất phân tán là chất lỏng phân bố trong chất lỏng. VD: Sữa gồm các hạt mỡ lơ lững trong chất lỏng. + Hệ phân tán cao (hệ keo): các hạt phân tán có kích thước 10-7 ÷ 10-5cm. Hệ này cũng không bền vì các hạt keo dễ liên hợp nhau tạo thành những hạt có kích thước lớn hơn và lắng xuống. VD: Sương mù (L-K), khói (R-K), gelatin, keo dán + Hệ phân tán phân tử ion (dung dịch phân tử ion, dung dịch): các hạt phân tán có kích thước nhỏ hơn 10-7 cm (kích thước cỡ phân tử ion) nên hệ phân tán trở thành đồng nhất về thành phần, cấu tạo và tính chất trong toàn bộ thể tích của hệ cũng như làm cho hệ rất bền, không bị phá hủy khi để yên theo thời gian. VD: Dung dịch muối, dung dịch đường ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  46. Hoá đại cương B - 45 - 2. Dung dịch: a.Định nghĩa Dung dịch là hệ đồng thể gồm hai hay nhiều chất mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng. Trong dung dịch, chất phân tán được gọi là chất tan, môi trường phân tán được gọi là dung môi. Việc phân biệt chất tan, dung môi trong dung dịch dựa vào các tiêu chuẩn: Dung môi có trạng thái tập hợp như trạng thái tập hợp của dung dịch. VD: Dung dịch NaCl: NaCl là chất tan; H2O là dung môi. - Dung môi và chất tan cùng trạng thái tập hợp: dung môi được xem là chất có lượng nhiều hơn. Phân loại: Tùy theo trạng thái tập hợp của chất tan và dung môi mà dung dịch có ba loại: - Dung dịch khí: chất tan và dung mội là chất khí. VD: không khí: 78%N2, 20%O2, 1%khí trơ - Dung dịch rắn: chất tan là chất lỏng, rắn hay khí và dung môi là chất rắn. VD: Hợp kim Au-Ag, thép không rỉ (18% Cr, 9% Ni, 0,1% C trong Fe7) - Dung dịch lỏng: chất tan là chất khí, lỏng, rắn va dung môi là chất lỏng. VD: Nước biển. Có ý nghĩa và vai trò quan trọng hơn cả là các dung dịch lỏng (đặc biệt với dung môi là nước). Do đó, chúng ta sẽ khảo sát chủ yếu dung dịch lỏng. II. DUNG DỊCH LỎNG: 1. Sự tạo thành dung dịch lỏng - Hiệu ứng nhiệt quá trình hòa tan: Có thể xem sự tạo thành dung dịch lỏng gồm hai quá trình chính: - Quá trình vật lý: bao gồm sự phá vỡ mạng lưới tinh thể của chất tan (hay cắt đứt liên kết giữa các phân tử trong chất lỏng và chất khí), sự khuếch tán vào dung môi của chất tan và được gọi chung là sự chuyển pha. Quá trình này cần tốn năng lượng (∆Hcp) để phá vỡ mạng lưới tinh thể. - Quá trình hóa học: sự tương tác giữa tiểu phân chất tan và các phân tử dung môi. Tương tác này được gọi là sự solvat hóa hay hydrat hóa (nếu dung môi là nước). Quá trình này tỏa ra một lượng nhiệt ∆Hs. Các hợp chất đuợc tạo thành trong quá trình solvat hóa hay hydrat hóa gọi là solvat hay hydrat. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  47. Hoá đại cương B - 46 - Nhiệt quá trình hòa tan bằng tổng đại số hiệu ứng nhiệt của hai quá trình trên: ∆Hht = ∆Hcp + ∆Hs Tùy theo giá trị của ∆Hcpvà ∆Hs mà nhiệt hòa tan của một chất có thể là dương hay âm. VD: ∆Hht(NH4NO3) = 6,32 kcal/mol ∆Hht(KOH) = -13,3kcal/mol Nhiệt lượng thoát ra hay thu vào khi hòa tan một mol chất được gọi là nhiệt hòa tan của chất đó. 2. Quá trình hòa tan và cân bằng hoà tan: Xét sự hòa tan của chất rắn trong dung môi lỏng (nước). - Khi cho tinh thể chất rắn A vào nước thì các tiểu phân ở lớp bề mặt tinh thể do sự chuyển động nhiệt của bản thân và lớp dưới tác động tương tác của các phân tử nước phân cực sẽ tách khỏi bề mặt tinh thể, khuếch tán vào nước và được phân bố đều trong toàn bộ thể tích dung môi. Sự hòa tan cứ thế tiếp diễn. - Ngược lại với quá trình hòa tan là quá trình kết tủa xảy ra do trong dung dịch, các tiểu phân chất A khi chuyển động nhiệt hỗn loạn có thể va chạm vào bề mặt tinh thể và bị giữ lại do lực hút của những tiểu phân ở lớp bề mặt tinh thể. Theo thời gian, tốc độ của quá trình hoà tan ngày càng giảm dần, tốc độ của quá trình kết tủa ngày càng tăng dần. Khi tốc độ của hai quá trình này ngang nhau thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng hòa tan. hoà tan Tinh thể chất A ⇔ Dung dịch chất A Kết tủa Cân bằng hòa tan cũng là cân bằng động và được đặc trưng bằng tỷ lệ nhất định giữa lượng chất tan và lượng dung môi ở những điều kiện bên ngoài xác định. Khi cân bằng hòa tan được thiết lập thì chất tan thực tế không tan thêm được nữa. Dung dịch ứng với trạng thái này gọi dung dịch bão hòa. Dung dịch bão hòa là một hệ bền (cân bằng thực: ∆Ght=0): dung dịch có thể tồn tại bao lâu tùy ý mà nồng độ vẫn không đổi (ở T0 và p của hệ được duy trì không đổi). Dung dịch có lượng chất tan thấp hơn lượng chất tan trong dung dịch bão hòa gọi là dung dịch chưa bão hòa. Dung dịch này có thể hòa tan thêm một lượng chất tan nữa mà không cần phải thay đổi điều kiện bên ngoài (∆Ght<0). Khi hạ nhiệt độ trong dung dịch bão hòa của một số chất (Na2S2O3, Na2B4O7, ), lượng chất tan có dư không kết tinh ngay, dung dịch như vậy gọi là dung dịch quá bão hòa. Dung dịch quá bão hòa là một hệ thống không bền (cân ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  48. Hoá đại cương B - 47 - bằng giả: ∆Ght>0), chỉ cần khuấy trộn dung dịch hay thêm một vài tinh thể nhỏ chất tan vào thì lượng chất tan có dư bắt đầu kết tinh lại, quá trình này tiếp tục cho đến khi nồng độ dung dịch đạt nồng độ bão hòa ở nhiệt độ đó. 3. Nồng độ dung dịch và cách biểu diễn: a. Định nghĩa Nồng độ dung dịch là lượng chất tan trong một lượng hay một thể tích nhất định của dung dịch hay dung môi. b. Cách biểu diễn nồng độ - Nồng độ % khối lượng: chỉ số phần khối lượng chất tan trong 100 phần khối lượng dung dịch. a C% = x 100 a+b Trong đó: a : khối lượng chất tan (g) B : Khối lượng dung môi (g) - Nồng độ phân tử gam (nồng độ mol) (M): chỉ số phân tử gam chất tan trong 1l dung dịch. a x1000 CM = M.V Trong đó: a : khối lượng chất tan (g) M : Phân tử lượng chất tan V : Thể tích dung dịch (ml) Liên hệ giữa CM và C% CM.M C% = x100 10d Trong đó: d: khối lượng riêng của dung dịch (g/cm3) - Nồng độ molan (m): số phân tử gam chất tan trong 1000g dung môi. a x 1000 Cm = M.b Trong đó: a : số (g) chất tan hòa trong b (g) dung môi M : phân tử gam chất tan - Nồng độ phân tử (nồng độ phần mol) (Ni ): cho biết tỉ số giữa số phân tử gam của một chất (ni ) trên tổng số phân tử gam (Σni ) của các chất tạo thành dung dịch. NI = ni ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  49. Hoá đại cương B - 48 - ΣnI Σni = 1 VD: Dung dịch gồm hai cấu tử: chất tan A và dung môi B. nA nB NA = ; NB = ; NA +NB=1 Na+nB nA+nB - Nồng độ đương lượng (N): số đương luợng gam chất tan trong 1l dung dịch. a x 1000 CN = Đ.V Đ : đương lượng gam chất tan. CNĐ C% = 10d 4. Độ tan và các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan: a.Độ tan Độ tan của một chất là nồng độ của chất đó trong dung dịch bão hòa ở những điều kiện nhất định. - Đơn vị của độ tan: giống đơn vị của nồng độ ( C%, CM, ). Thường trong thực tế biểu diễn bằng số gam chất tan trong 100g dung môi. - Phân loại: + Chất dễ tan: có độ tan >10g/100g dung môi. + Chất khó tan: có độ tan <1g/100g dung môi. + Chất hầu như không tan: có độ tan <0,01g/100g dung môi. b. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan - Ảnh hưởng của bản chất chất tan và dung môi: Theo qui tắc kinh nghiệm: “Chất tương tự tan trong chất tương tự tức là các chất có khuynh hướng tan trong dung môi có bản chất giống mình”. + Những dung môi là hợp chất cộng hóa trị không cực hay có cực yếu sẽ hòa tan mạnh các hợp chất không cực hay phân cực yếu, không hòa tan các hợp chất ion. + Những dung môi có cực mạnh sẽ hòa tan các hợp chất có cực hay ion và ít hòa tan các hợp chất không cực. VD: Muối ăn (NaCl) tan tốt trong nước. Các halogen dễ tan trong các dung môi hữu cơ không cực: C6H6, CHCl3 nhưng ít tan trong nước. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  50. Hoá đại cương B - 49 - - Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất: + Quá trình hòa tan chất khí trong chất lỏng: * Ảnh hưởng của nhiệt độ 2 A (k) +D(d) ⇔ A(d ) , ∆Hht<0 Khi tăng nhiệt độ, cân bằng chuyển dời theo chiều nghịch nên độ tăng giảm. * Ảnh hưởng của áp suất Khi hòa tan, thể tích của hệ giảm nên khi tăng áp suất của khí thì độ tan của khí tăng lên. + Quá trình hòa tan chất lỏng trong chất lỏng: Tuỳ theo bản chất của các chất lỏng, có thể xảy ra ba trường hợp: * Hòa tan vô hạn: đặc trưng cho các dung dịch lý tưởng(tolen- benzen), các dung dịch có tạo thành hợp chất hóa học (rượu, nước). * Hòa tan có hạn. * Không hòa tan vào nhau: các chất có bản chất hoàn toàn khác nhau (mỡ - nước, benzen- nước, ). Ta xét ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đối với trường hợp hòa tan có hạn (phổ biến nhất): * Ảnh hưởng của áp suất: không phụ thuộc vào áp suất. * Ảnh hưởng của nhiệt độ: trong đa số trường hợp, khi tăng nhiệt độ thì độ hoà tan lẫn nhau giữa hai chất lỏng tăng lên (do quá trình thu nhiệt). + Quá trình hòa tan của chất rắn trong chất lỏng: * Ảnh hưởng của áp suất: hầu như không ảnh hưởng. * Ảnh hưởng của nhiệt độ: phần lớn chất rắn có độ tan tăng theo nhiệt độ nhưng với mức độ khác nhau. Có một số ít chất rắn khi tăng nhiệt độ thì độ tan trong nước giảm xuống (quá trình hòa tan phát nhiệt). VD: Ca(OH)2 ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  51. Hoá đại cương B - 50 - 0 0 : Trường hợp Na2SO4 là trường hợp đặc biệt: từ 0 C đến 32 C độ tan nhanh theo nhiệt độ, nhưng trên 320C thì độ tan giảm theo nhiệt độ. C 10 20 30 40 T(0C) 0 Do từ 0-32 C : tinh thể chất tan là Na2SO4.10H2O (∆Hht>0). Trên 320C : các tinh thể hydrat mất nước biến thành muối khan Na2SO4(∆Hht 0 ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  52. Hoá đại cương B - 51 - L H Ngưng tụ, ∆H<0 Hơi tạo thành trên bề mặt chất lỏng gây ra áp suất hơi và khi quá trình thuận nghịch trên đạt trạng thái cân bằng (∆Gbh=0) thì áp suất hơi được gọi là áp suất hơi bão hòa của chất lỏng. Vậy áp suất hơi bão hòa là đại lượng đặc trưng cho sự bay hơi của các chất lỏng, nó là đại lượng không đổi tại nhiệt độ nhất định. b. Áp suất hơi bão hòa của dung dịch chứa chất tan không bay hơi 0 0 (Chất tan được xem là không bay hơi khi T s của nó lớn hơn T s của dung môi 1500). Thực nghiệm chứng tỏ rằng tại nhiệt độ nhất định, khi thêm vào dung môi lỏng một chất tan không bay hơi, không điện ly thì áp suất hơi bão hòa của dung môi trong dung dịch sẽ giảm xuống. - Giải thích : việc thêm chất tan làm cho nồng độ tiểu phân tự do của dung môi (nồng độ dung môi) giảm xuống; ở trạng thái nguyên chất, nồng độ phần mol của dung môi N0=1nhưng ở trạng thái dung dịch N1<1. - Theo nguyên lý Le Chelitelier, sự giảm nồng độ dung môi làm cho cân bằng L ⇔ H chuyển dịch về trái (phía ngưng tụ hơi để tạo thêm dung môi bù lại sự giảm nồng độ dung môi) nên lượng hơi dung môi trên bề mặt dung dịch giảm, tức là áp suất hơi bão hòa của dung dịch giảm. Tóm lại, ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của dung dịch (P1) luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất (P0). - Định luật Raoult I: Áp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất nhân với phần mol của dung môi trong dung dịch. P1 = P0N1 N1: Phần mol của dung môi trong dung dịch. N2: Phần mol của một chất tan trong dung dịch. Ta có: N1 = 1-N2 ⇒ P1 = P0 (1-N2) ⇒ P0 - P1 ∆P = N2 = P0 P0 Độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của dung dịch bằng phần mol của chất tan trong dung dịch. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  53. Hoá đại cương B - 52 - 2. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch a.Khái niệm Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc là những đại lượng đặc trưng cho cân bằng bay hơi và hóa rắn của chất lỏng nguyên chất. Ngưng tụ, ∆H 0 Bay hơi,R H > 0 Nhiệt độ sôi của chất lỏng là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất bên ngoài. Nhiệt độ đông đặc của chất lỏng là nhiệt độ ở đó áp suất hơi bão hòa của pha lỏng bằng của pha rắn. 0 0 Ví dụ: H2O(l) : T s = 100 C (ứng với áp suất bên ngoài 1at). T0đ = 00C ( ứng với áp suất hơi bão hòa của nước lỏng và nước đá là 0,006 at). b. Nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông đặc của dung dịch: - Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn luôn cao hơn của dung môi nguyên chất. Nhiệt độ đông đặc của dung dịch luôn luôn thấp hơn của dung môi nguyên chất. - Giải thích: * Dung dịch có áp suất hơi bão hòa nhỏ hơn của dung môi nguyên chất nên muốn cho áp suất hơi của nó bằng áp suất bên ngoài cần phải tăng nhiệt độ đun sôi dung dịch lên nên dung dịch có nhiệt độ sôi cao hơn dung môi nguyên chất. Khi dung dịch sôi, dung môi bay hơi, nồng độ chất tan càng tăng nên nhiệt độ sôi tăng dần. Nhiệt độ bắt đầu sôi được gọi là nhiệt độ sôi của dung dịch. * Đối với quá trình hóa rắn, do áp suất hơi bão hòa của dung dịch nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất, nên muốn cho áp suất hơi bão hòa của pha rắn (dung môi rắn) bằng áp suất hơi bão hòa của pha lỏng (dung dịch) thì hơi trên pha rắn phải ngưng tụ, do đó phải hạ nhiệt độ của hệ xuống tức là dung dịch có nhiệt độ đông đặc thấp hơn của dung môi nguyên chất. Trong quá trình hóa rắn, các tinh thể dung môi càng được tách ra nhiều thì nồng độ dung dịch càng tăng, áp suất hơi bão hòa của dung môi càng giảm nên ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  54. Hoá đại cương B - 53 - nhiệt độ hóa rắn của dung dịch càng thấp. Nhiệt độ bắt đầu hóa rắn được gọi là nhiệt độ đông đặc của dung dịch. - Định luật Raoult II: “Độ tăng nhiệt độ sôi và độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ chất tan trong dung dịch”. ∆ Ts = ksCm ∆ Tđ = kđCm Cm : nồng độ molan của dung dịch Ks, kđ : Hằng số nghiệm sôi, nghiệm đông (hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào bản chất dung môi). Ví dụ: Nước có kđ = 1,68 ks = 0,52 3. Áp suất thẩm thấu của dung dịch: a. Hiện tượng thẩm thấu - Hiện tượng thẩm thấu là sự khuếch tán các phân tử dung môi qua màng bán thấm ngăn cách dung dịch và dung môi tinh khiết hay 2 dung dịch có nồng độ khác nhau. - Màng bán thấm là màng chỉ cho các phân tử dung môi đi qua mà không cho các tiểu phân chất tan đi qua (màng tạo ra sự khuếch tán 1 chiều). b. Áp suất thẩm thấu Cho vào cốc nước nguyên chất 1 cylent chứa dung dịch nước đường có đáy bịt bằng màn thấm và 1 piston có thể di chuyển tự do. p Pittong Xi lanh Dung dịch đường h a b c Nước Màng thẩm thấu Thí nghiệm vầ sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  55. Hoá đại cương B - 54 - Hiện tượng thẩm thấu xảy ra: nước từ cốc chuyển vào cylent và đẩy piston lên. Cột nước hình thành tạo ra áp suất thủy tĩnh có tác dụng ngược lại với áp suất thẩm thấu: nó gây nên sự khuếch tán các phân tử từ trong cylent ra cốc. Khi cốc nước đạt độ cao h nhất định thì tốc độ nước ra và vào cylent bằng nhau. Nếu ngay từ đầu khi hiện tượng thẩm thấu mới xảy ra, ta đặt một trọng lượng p nào đó lên piston để vừa cân bằng với áp suất thẩm thấu thì khi đó hiện tượng thẩm thấu thực tế không xảy ra. Vậy “Áp suất thẩm thấu của dung dịch bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên dung dịch để cho hiện tượng thẩm thấu không xảy ra”. Nhà thực vật Đức Pfeffer đã phát hiện và đo áp suất thẩm thấu các dung dịch loãng, từ đó kết luận: - Áp suất thẩm thấu của dung dịch không phụ thuộc vào bản chất tan và dung môi mà chỉ phụ thuộc vào số lượng tiểu phân chất tan. - Áp suất thẩm thấu của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ tuyệt đối của dung dịch: π = RCT π : áp suất thẩm thấu (atm) C : nồng độ mol chất tan T : nhiệt độ tuyệt đối. R : hằng số khí (R = 0,082 latm/mol độ) Từ đó Van’t Hoff phát biểu định luật: “Áp suất thẩm thấu của dung dịch có độ lớn bằng áp suất gây bởi chất tan nếu như ở cùng nhiệt độ đó nó ở trạng thái khí và chiếm thể tích bằng thể tích dung dịch”. IV. DUNG DỊCH ĐIỆN LY 1. Tính chất bất thường của các dung dịch axit – baz – muối: Khi nghiên cứu các dung dịch loãng của những chất tan khác nhau trong nước, người ta nhận thấy các dung dịch axit, baz và muối có 2 đặc điểm khác biệt so với dung dịch của chất tan phân bố dưới dạng phân tử như đường, glyce’rin a. Đặc điểm 1 Các dung dịch axit, baz, muối trong nước không tuân theo các định luật Raoult, Van’t Hoff về áp suất thẩm thấu (π), độ giảm áp suất hơi bão hòa (∆P) độ tăng ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  56. Hoá đại cương B - 55 - nhiệt độ sôi và độ hạ nhiệt nhiệt độ đông đặc (∆Ts, ∆Tđ) như dung dịch lỏng, loãng, chất không điện ly. Các đại lượng π, ∆P, ∆T của những dung dịch này có giá trị xác định bằng thực nghiệm luôn luôn lớn hơn só với tính toán theo các định luật đó. Ví dụ: Độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch chứa 10g NaCl trong 100g nước tính theo công thức của Raoult: m 10 0 ∆tđ = kđ = 1,86 = 0,318 M 58,5 Nhưng giá trị thực tế đo được là 0,6170; tức là lớn hơn gần gấp 2 lần so với tính theo lý thuyết Van’t Hoff thấy rằng muốn áp dụng được những định luật nói trên vào dung dịch axit, baz, muối trong nước thì phải thêm vào công thức của chúng 1 hệ số điều chỉnh i nào đó: π’ = iRCT = iπ ∆P’ = iP0NB = i∆P ∆T’ = ikCm = i∆T π’, ∆P’, ∆T’ : Đại lượng đo bằng thực nghiệm. π, ∆P, ∆T : Đại lượng tính theo các định luật Raoult, Van’t Hoff. i : Hệ số đẳng trương hay hệ số Van’t Hoff. π ∆P’ ∆T’ i = ’ = = π ∆P ∆T b. Đặc điểm 2 Các dung dịch axit, baz, muối trong nước có tính dẫn điện mặc dù bản thân muối rắn nguyên chất, baz rắn nguyên chất, axit nguyên chất, nước nguyên chất không dẫn điện. 2. Sự điện ly và thuyết điện ly: + Để giải thích các tính chất đặc biệt trên, năm 1887 Arrhe’nius đề ra thuyết điện ly có nội dung như sau: - “Khi hòa tan axit, baz, muối trong nước thì xảy ra sự phân ly các chất này, tạo thành các tiểu phân tích điện gọi là ion; ion mang điện tích dương gọi là cation, ion mang điện tích âm gọi là anion. - Độ dẫn điện của các dung dịch axit, baz, muối trong nước tỷ lệ với nồng độ chung các ion trong dung dịch”. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học
  57. Hoá đại cương B - 56 - Sự phân ly thành ion của các chất tan trong dung dịch được gọi là sự điện ly. Chất phân ly thành ion trong dung dịch (hay khi nóng chảy) được gọi là chất điện ly. + Thuyết điện ly Arrte’nius giải thích các tính chất của dung dịch điện ly. +Sự bất thường của các định luật Raoult – Van’t Hoff: Do sự phân ly thành ion của chất điện ly mà số tiểu phân thực có trong dung dịch tăng lên so với số phân tử đã hòa tan. Các đại lượng π, ∆P, ∆T tỉ lệ thuận với số tiểu phân chất tan nên trong dung dịch điện ly, số tiểu phân này tăng, do đó π, ∆P, ∆T tăng. Hệ số i cho biết số tiểu phân thực có so với số phân tử đã hòa tan trong dung dịch: dung dịch chất tan không phân ly i =1, dung dịch chất tan phân ly I>1; khi pha loãng dung dịch thì i có thể tiến đến những giá trị nguyên 2,3,4 chí số ion có trong phân tử chất điện ly. Ví dụ: Dung dịch Ca(NO3)2 trong nước có i =1,81; nếu pha loãng vô cùng thì i≈3. - Tính dẫn điện: Cũng do sự có mặt của các ion trái dấu mà khi đặt dung dịch vào điện trường thì các ion chuyển dời có hướng về các điện cực, vì vậy dung dịch điện ly có khả năng dẫn điện. + Hạn chế của thuyết điện ly Arrhe’nius: - Xem quá trình điện ly của mọi chất điện ly (kể cả chất điện ly mạnh) đơn giãn như một quá trình thuận nghịch; xảy ra không hoàn toàn và bỏ qua tương tác tĩnh điện cũng như tương tác lý hoá giữa các ion với dung môi. - Không đề cập đến nguyên nhân gây ra hiện tượng điện ly và cơ chế của quá trình điện ly. b. Thuyết điện ly hiện đại – cơ chế điện ly Theo Kablukov :”Nguyên nhân cơ bản của sự điện ly là tác dụng tương hỗ giữa chất điện ly và các phân tử dung môi để tạo thành các ion bị solvat hóa” (nếu dung môi là nước thì tạo thành ion hydrat hóa). Ta khảo sát quá trình điện ly một số chất : - Sự điện ly của hợp chất ion : Các hợp chất ion có mạng lưới tinh thể cấu tạo từ những ion dương và âm sắp xếp luân chuyển nhau ở các nút mạng. Quá trình điện ly hợp chất ion thực thất là quá trình phân ly các ion có sẵn trong mạng tinh thể hợp chất. ThS. Hồ Thị Bích Ngọc Khoa Hoá học