Hóa học các Nguyên tố, Ấn bản thứ hai - Greenwood & Earnshaw, Trường Đại học Leeds

Greenwood & Earnshaw 2ed cung cấp kiến thức chuyên sâu về hóa học các nguyên tố, bao gồm tính chất, cấu trúc electron và ứng dụng của từng nguyên tố hóa học.

• Tác giả: N. N. Greenwood
• Trường học: University of Leeds
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Chemistry of the Elements
• Loại tài liệu: Sách giáo khoa
• Năm xuất bản: 1997
• Địa điểm: Oxford

Tóm tắt

I. Tổng quan về Chemistry of Elements 2nd Edition

Chemistry of Elements 2nd Edition là giáo trình hóa học vô cơ kinh điển do hai tác giả N.N. Greenwood và A. Earnshaw biên soạn. Ấn bản thứ hai được xuất bản năm 1997 bởi nhà xuất bản Butterworth-Heinemann, thuộc Reed Educational and Professional Publishing Ltd. Cuốn sách này được coi là tài liệu tham khảo hàng đầu trong lĩnh vực hóa học vô cơ hiện đại. Ấn bản đầu tiên ra mắt năm 1984 và đã được tái bản nhiều lần với các đính chính quan trọng. Nội dung sách bao gồm toàn diện các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, từ nguyên tử hydro đến các nguyên tố nặng. Mỗi chương trình bày chi tiết tính chất nguyên tử, tính chất vật lý, phương pháp điều chế và ứng dụng của từng nhóm nguyên tố. Tác giả Greenwood và Earnshaw đã tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn nghiên cứu để tạo nên một tác phẩm toàn diện. Cuốn sách phù hợp cho sinh viên đại học, nghiên cứu sinh và các nhà hóa học chuyên nghiệp. Với hơn 1500 trang nội dung, đây là nguồn tài liệu không thể thiếu cho bất kỳ ai nghiên cứu hóa học vô cơ chuyên sâu.

1.1. Lịch sử xuất bản và tác giả

N.N. Greenwood là giáo sư hóa học tại Đại học Leeds, Vương quốc Anh. Ông nổi tiếng với các nghiên cứu về hóa học vô cơ và quang phổ học. A. Earnshaw là đồng tác giả, cũng công tác tại Trường Hóa học thuộc Đại học Leeds. Ấn bản đầu tiên được xuất bản năm 1984 bởi Pergamon Press plc. Sau đó sách được tái bản nhiều lần vào các năm 1985, 1986, 1989, 1990, 1993, 1994 và 1995. Ấn bản thứ hai ra đời năm 1997 với nhiều cập nhật và bổ sung quan trọng. Cuốn sách được phân phối toàn cầu thông qua các văn phòng tại Oxford, Boston, Auckland, Johannesburg, Melbourne và New Delhi.

1.2. Cấu trúc tổng thể của giáo trình

Cuốn sách được tổ chức theo trình tự logic dựa trên bảng tuần hoàn các nguyên tố. Chương đầu tiên giới thiệu về nguồn gốc các nguyên tố, đồng vị và khối lượng nguyên tử. Chương hai trình bày tính chất tuần hoàn và bảng tuần hoàn. Các chương tiếp theo đi sâu vào từng nhóm nguyên tố cụ thể. Mỗi chương bao gồm phần tính chất nguyên tử, tính chất vật lý, phương pháp điều chế và ứng dụng. Sách cũng đề cập đến các phản ứng nhiệt hạch trong ngôi sao, quá trình tổng hợp nguyên tố. Cấu trúc này giúp người đọc dễ dàng tra cứu thông tin theo nhóm nguyên tố cần tìm hiểu.

II. Phân tích nội dung hóa học các nguyên tố

Nội dung Chemistry of Elements 2nd Edition bao quát toàn diện hóa học của tất cả nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Phần đầu tiên trình bày nguồn gốc vũ trụ và sự hình thành các nguyên tố thông qua quá trình nhiệt hạch trong ngôi sao. Quá trình đốt hydro chuyển đổi bốn proton thành hạt nhân heli, giải phóng năng lượng lớn tương đương 26.72 MeV. Quá trình đốt heli và đốt carbon tạo ra các nguyên tố nặng hơn như carbon, neon, oxy và silic. Các quá trình s và r liên quan đến hấp thụ neutron chậm và nhanh trong ngôi sao. Sách giải thích sự bất thường trong hóa học các nguyên tố sau chuyển tiếp liên quan đến hiệu ứng co d-block. Hiệu ứng co lanthanide cũng được phân tích chi tiết, ảnh hưởng đến tính chất của các nguyên tố đất hiếm. Mối quan hệ đối xứng chéo giữa lithium-magiê, berili-nhôm, bo-silic được trình bày rõ ràng. Hiệu ứng cặp trơ giải thích sự biến đổi trạng thái oxy hóa theo bước hai đơn vị.

2.1. Quá trình tổng hợp nguyên tố trong ngôi sao

Quá trình tổng hợp nguyên tố bắt đầu khi khối khí hydro co lại đạt nhiệt độ khoảng mười triệu Kelvin. Chuỗi phản ứng nhiệt hạch chuyển đổi bốn proton thành một hạt nhân heli cùng hai positron và hai neutrino. Trong Mặt Trời, mỗi giây khoảng sáu trăm triệu tấn hydro được xử lý. Kết quả tạo ra 595.5 triệu tấn heli và 4.5 triệu tấn vật chất chuyển thành năng lượng. Năng lượng giải phóng dưới dạng tia gamma tương tác với vật chất sao. Quá trình đốt heli tạo ra carbon và oxy thông qua phản ứng ba alpha. Quá trình đốt carbon ở nhiệt độ cao hơn tạo ra neon, natri, magiê và silic.

2.2. Tính chất tuần hoàn và trạng thái oxy hóa

Sách trình bày chi tiết các xu hướng tuần hoàn trong tính chất nguyên tử và tính chất vật lý. Trạng thái oxy hóa được định nghĩa là điện tích hình thức còn lại trên nguyên tố khi tất cả nguyên tử khác bị loại bỏ dưới dạng ion thông thường. Ví dụ, nitơ có trạng thái oxy hóa -3 trong amoni clorua. Mangan thể hiện sự biến đổi trạng thái oxy hóa theo bước đơn vị. Các nguyên tố nhóm chính cho thấy sự biến đổi trạng thái oxy hóa theo bước hai, như iốt với IF, IF3, IF5 và IF7. Tính chất bazơ và tính chất điện dương cũng thay đổi theo xu hướng dọc và ngang trong bảng tuần hoàn. Các hợp chất hydride có công thức MH tuân theo quy luật liên quan đến số nhóm.

III. Phương pháp học tập hiệu quả với giáo trình

Để học tập hiệu quả với Chemistry of Elements 2nd Edition, người đọc cần có chiến lược tiếp cận phù hợp. Trước tiên, nên nắm vững các nguyên tắc cơ bản về cấu hình electron và tính chất tuần hoàn. Chương một và chương hai cung cấp nền tảng kiến thức cần thiết cho toàn bộ nội dung còn lại. Người học nên đọc theo nhóm nguyên tố có liên quan để hiểu mối quan hệ giữa chúng. Việc ghi chú các phản ứng hóa học quan trọng giúp củng cố kiến thức hiệu quả. Nên tập trung vào các xu hướng chính như hiệu ứng co d-block, co lanthanide và cặp trơ. Thực hành giải bài tập sau mỗi chương giúp đánh giá mức độ hiểu bài. Sử dụng bảng tuần hoàn làm công cụ tham chiếu liên tục khi đọc sách. Kết hợp với các tài liệu bổ sung như bài báo khoa học để cập nhật kiến thức mới. Việc học nhóm và thảo luận với bạn bè cũng hỗ trợ hiểu sâu hơn nội dung phức tạp.

3.1. Chiến lược đọc và ghi chép

Chiến lược đọc sách hóa học vô cơ cần có phương pháp rõ ràng. Đọc lướt toàn bộ chương trước để nắm cấu trúc tổng thể. Đánh dấu các khái niệm quan trọng và công thức hóa học chính. Tạo bảng tổng hợp tính chất cho từng nhóm nguyên tố. Ghi chú các phản ứng điều chế và ứng dụng thực tế. So sánh tính chất giữa các nguyên tố trong cùng nhóm và cùng chu kỳ. Sử dụng sơ đồ tư duy để liên kết kiến thức giữa các chương. Ôn tập thường xuyên để tránh quên kiến thức đã học. Hệ thống hóa kiến thức theo từng chủ đề cụ thể.

3.2. Ứng dụng thực hành và thí nghiệm

Kiến thức từ Chemistry of Elements có thể áp dụng trực tiếp vào thực hành phòng thí nghiệm. Hiểu biết về tính chất nguyên tố giúp dự đoán kết quả phản ứng hóa học. Phương pháp điều chế trong sách cung cấp hướng dẫn cho các thí nghiệm thực tế. An toàn phòng thí nghiệm là yếu tố quan trọng cần lưu ý khi thực hành. Các hợp chất nguy hiểm như hydride và oxide cần được xử lý cẩn thận. Nghiên cứu về tính chất acid-base hỗ trợ hiểu biết về độ pH và điều kiện phản ứng. Kiến thức về trạng thái oxy hóa giúp cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa khử. Ứng dụng trong công nghiệp như sản xuất kim loại, chất bán dẫn và vật liệu mới.

IV. Kết luận và ứng dụng của giáo trình trong nghiên cứu

Chemistry of Elements 2nd Edition đóng vai trò quan trọng trong nền giáo dục hóa học vô cơ toàn cầu. Cuốn sách cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho sinh viên và nhà nghiên cứu. Nội dung toàn diện bao gồm tất cả nguyên tố trong bảng tuần hoàn với độ chi tiết cao. Phương pháp trình bày khoa học giúp người đọc dễ dàng tiếp cận thông tin phức tạp. Giáo trình này được sử dụng rộng rãi tại các trường đại học trên toàn thế giới. Ứng dụng trong nghiên cứu bao gồm tổng hợp hợp chất mới, phát triển vật liệu và công nghệ xanh. Kiến thức về tính chất nguyên tố hỗ trợ nghiên cứu về chất xúc tác và năng lượng tái tạo. Cuốn sách cũng là tài liệu tham khảo quý giá cho ngành dược phẩm và khoa học vật liệu. Giá trị của tác phẩm nằm ở sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Với sự phát triển không ngừng của khoa học, cuốn sách vẫn giữ nguyên giá trị tham khảo cho nhiều thế hệ nhà hóa học.

4.1. Giá trị trong nghiên cứu hiện đại

4.2. Tầm ảnh hưởng đối với ngành hóa học

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Chemistry of the Elements (Tái bản lần thứ hai, 1997) do hai nhà hóa học N. N. Greenwood và A. Earnshaw thuộc Khoa Hóa học, Đại học Leeds (Vương quốc Anh) biên soạn, được xuất bản bởi nhà xuất bản học thuật Butterworth-Heinemann (thuộc tập đoàn Reed Elsevier, ISBN 0 7506 3365 4). Trong chương trình đào tạo đại học và sau đại học ngành Hóa học, tài liệu này giữ vị trí giáo trình chuyên khảo trung tâm về hóa học vô cơ, hóa học nguyên tố, phức chất và hóa học cơ kim.

Mục tiêu học tập của giáo trình là cung cấp cho người học hệ thống dữ liệu thực nghiệm toàn diện cùng khung lý thuyết nền tảng để giải thích tính chất hóa học, cấu trúc và khả năng phản ứng của 112 nguyên tố hóa học đã biết (từ nguyên tố $Z = 1$ Hydro đến $Z = 112$ thuộc nhóm siêu nặng transactinide). Sau khi hoàn thành nội dung, người học có khả năng phân tích sự biến đổi tuần hoàn về tính chất vật lý và hóa học, thiết lập mối liên hệ giữa cấu hình electron nguyên tử với cấu trúc phân tử, hiểu rõ cơ chế tổng hợp hạt nhân trong vũ trụ, cũng như nắm bắt quy trình điều chế và ứng dụng thực tế của đơn chất và hợp chất trong công nghiệp.

Cấu trúc giáo trình gồm 31 chương chuyên khảo và 7 phụ lục tra cứu. Cách tiếp cận của tác giả tập trung vào tính xác thực của hóa học thực nghiệm ("chemical chemistry"), phân biệt ranh giới giữa các sự kiện quan sát thực tế và các mô hình lý thuyết có tính chất tạm thời. Điểm đặc sắc của công trình là sự tích hợp dữ liệu sản xuất quy mô công nghiệp từ hơn 500 doanh nghiệp hóa chất trên thế giới, kết hợp khảo sát nguồn gốc vật lý thiên văn của các nguyên tố với số liệu chuẩn hóa của Ủy ban Trọng lượng Nguyên tử và Độ phổ biến Đồng vị thuộc IUPAC.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình phân bố nội dung qua 31 chương có tính hệ thống cao:

• Chương 1: Nguồn gốc các nguyên tố, Đồng vị và Trọng lượng nguyên tử (Origin of the Elements. Isotopes and Atomic Weights): Khảo sát nguồn gốc vũ trụ học theo thuyết Big Bang, bức xạ phông vi sóng vũ trụ (2,726 K), quá trình tiến hóa sao trên biểu đồ Hertzsprung-Russell (HR diagram) và các cơ chế tổng hợp hạt nhân sao (stellar nucleosynthesis) như chu trình C-N-O, quá trình đốt cháy helium, phản ứng hạt nhân $\alpha$-process, quá trình bắt neutron chậm ($s$-process), bắt neutron nhanh ($r$-process), quá trình bắt proton ($p$-process) và phản ứng vỡ hạt nhân do tia vũ trụ ($x$-process/spallation). Phân tích sự biến thiên nguyên tử khối tự nhiên và các chú thích phân loại $r$, $m$, $g$ theo bảng danh mục IUPAC.
• Chương 2: Tính tuần hoàn hóa học và Bảng tuần hoàn (Chemical Periodicity and the Periodic Table): Phân tích cấu trúc vỏ electron thông qua bốn số lượng tử ($n, l, m_l, m_s$) và nguyên lý loại trừ Pauli; giải thích các xu hướng biến thiên tuần hoàn: đường cong thể tích nguyên tử Lothar Meyer, năng lượng ion hóa thứ nhất, thang độ âm điện Pauling, biến thiên trạng thái oxy hóa và các dị thường do co d-block, co lanthanide.
• Chương 6: Bo (Boron): Trình bày cấu trúc tinh thể của bo, hóa học các hợp chất boride kim loại, cấu trúc và topo liên kết của các borane đa diện (hệ thống cụm $B_1 - B_4$, $B_5 - B_9$, nido-$B_{10}H_{14}$, closo-$B_n H_n^{2-}$), cùng các dẫn xuất boron-nitrogen.
• Chương 8: Cacbon (Carbon): Khảo sát các dạng thù hình phân tử fullerene ($C_{60}, C_{70}$), phản ứng tạo fulleride, cluster dị nguyên tố, phức chất bao kim loại endohedral metallofullerene, hợp chất xen kẽ than chì (Graphite Intercalation Compounds) và các hợp chất vô cơ của cacbon.
• Chương 19: Hợp chất phối trí và hợp chất cơ kim (Coordination and Organometallic Compounds): Khái quát các loại phối tử, độ bền tạo phức, các dạng số phối trí từ 1 đến 12, các kiểu đồng phân (hình học, quang học, ion hóa, liên kết, phối trí, polyme hóa), lý thuyết liên kết phối trí và các phối tử có độ tiếp xúc cao ($\eta^7, \eta^8$).
• Chương 25: Sắt, Rutheni và Osmi (Iron, Ruthenium and Osmium): Phân tích trạng thái oxy hóa từ $d^0$ đến $d^8$, hóa học sinh học của sắt trong hemoglobin, myoglobin, cytochrome, protein sắt-lưu huỳnh; hóa học cơ kim của phức carbonyl và hợp chất ferrocene.
• Chương 31: Các nguyên tố Actinide và Transactinide ($Z = 90 - 112$): Khảo sát công nghệ lò phản ứng hạt nhân, quá trình tái chế nhiên liệu hạt nhân, hóa học phức chất của actinide theo các mức oxy hóa từ II đến VII và các phương pháp tổng hợp nguyên tố siêu nặng 110, 111, 112.

Logic phát triển nội dung đi từ nền tảng hạt nhân và quy luật tuần hoàn tổng quát (Chương 1–2), chuyển tiếp qua khảo sát chi tiết các nguyên tố phân nhóm chính khối $s$ và $p$ (Chương 3–18), thiết lập khung lý thuyết về phức chất và cơ kim (Chương 19), sau đó mở rộng sang các khối kim loại chuyển tiếp $d$ (Chương 20–29) và các dãy nguyên tố khối $f$ cùng transactinide (Chương 30–31).

                 [Chương 1 & 2]
     Nguồn gốc hạt nhân & Định luật tuần hoàn
                 [Chương 3 - 18]
      Hóa học các nguyên tố nhóm chính (s, p)
                  [Chương 19]
      Khung lý thuyết Phức chất & Hợp chất cơ kim
                 [Chương 20 - 31]
  Kim loại chuyển tiếp (d), Lanthanide & Actinide (f)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết tổng hợp hạt nhân và vật lý thiên văn: Cơ chế tạo thành các nguyên tố nhẹ ($H, He, Li, Be, B$) trong giai đoạn Big Bang và tương tác tia vũ trụ; cơ chế đốt cháy nhiên liệu hydro, heli, cacbon trong các pha tiến hóa sao (sao dãy chính, sao khổng lồ đỏ, siêu tân tinh supernova).
• Lý thuyết cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học: Trạng thái lượng tử của electron qua bốn số lượng tử ($n, l, m_l, m_s$); cấu trúc orbital nguyên tử (Phụ lục 1); quy luật năng lượng phân mức $n+l$; mô hình liên kết ion và liên kết cộng hóa trị đa tâm thiếu electron trong cluster borane.
• Khung phân loại và đối xứng phân tử: Hệ thống phân loại các yếu tố đối xứng, phép đối xứng và nhóm điểm đối xứng phân tử (Phụ lục 2); lý thuyết trường phối tử và hóa học lập thể của các số phối trí mở rộng.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Tra cứu và áp dụng bán kính ion hiệu dụng (Phụ lục 5); xác định nhóm điểm đối xứng phân tử; tính toán hiệu ứng năng lượng phản ứng hạt nhân ($Q$-value); phân tích cấu trúc tinh thể qua dữ liệu nhiễu xạ và thông số ô mạng.
• Kỹ năng phân tích: Đánh giá độ tin cậy của dữ liệu phân tích hóa học dựa trên độ không đảm bảo đo của nguyên tử khối theo tiêu chuẩn IUPAC; phân tích giản đồ nhiệt động lực học và biểu đồ thế oxy hóa - khử; xác định các hiện tượng dị thường cấu trúc do hiệu ứng cặp trơ (inert pair effect) hoặc do độ co lanthanide gây ra.
• Năng lực thực hành chuyên môn: Khả năng phân biệt quy mô tổng hợp phòng thí nghiệm (milligram) và quy mô sản xuất công nghiệp (tấn); hiểu rõ quy trình vận hành và kiểm soát hóa học trong xử lý vật liệu hạt nhân, tổng hợp vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao và hợp chất xúc tác kim loại.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm của giáo trình được xây dựng trên nguyên tắc tôn trọng dữ liệu thực nghiệm ("factual basis of the subject"). Giáo trình không đặt lý thuyết làm tiên đề cố định để diễn dịch kết quả, mà sử dụng lý thuyết như công cụ có tính biến đổi để hệ thống hóa và giải thích các quan sát thực nghiệm. Lịch sử khám phá khoa học được lồng ghép xuyên suốt từng chương (như bảng niên biểu phát triển bảng tuần hoàn từ Lavoisier, Döbereiner, Newlands, Meyer, Mendeleev đến Seaborg) nhằm giúp sinh viên hiểu rõ tính chất động của tri thức hóa học.

Yếu tố đào tạo	Quy cách triển khai trong giáo trình	Dữ liệu dẫn chứng từ tài liệu
Case Studies	Phân tích các hiện tượng địa chất, hạt nhân và công nghệ đặc biệt	Lò phản ứng hạt nhân tiền sử Oklo; sự biến thiên đồng vị $^{40}\text{K}, ^{87}\text{Rb}, ^{187}\text{Re}$; cơ chế liên kết trong protein sắt-lưu huỳnh
Bài tập thực hành	Bài tập phân loại cấu trúc, tính toán trạng thái oxy hóa và xác định đối xứng	Bài toán phân loại nhóm điểm đối xứng (Phụ lục 2); tính toán nguyên tử khối từ tỷ lệ đồng vị; phân tích cấu trúc cụm borane
Phương pháp đánh giá	Đánh giá năng lực phân tích nguyên nhân bất thường hóa lý	Giải thích bước nhảy năng lượng ion hóa thứ nhất; giải thích năng lượng phân ly dị thường của phân tử $\text{F}_2$
Hướng dẫn tự học	Nghiên cứu theo cấu trúc logic độc lập từng chương nguyên tố	Kết hợp đọc lý thuyết orbital (Phụ lục 1) và tra cứu hơn 2000 tài liệu tham khảo chuyên ngành dưới chân trang

---

Điểm nổi bật và cập nhật

So với ấn bản đầu tiên (1984), ấn bản thứ hai (1997) được tái cấu trúc toàn diện với việc tích hợp hơn 2000 trích dẫn tài liệu khoa học mới. Toàn bộ các trang nội dung đều được rà soát và cập nhật những thành tựu nghiên cứu thực nghiệm mới nhất trong giai đoạn 15 năm giữa hai lần xuất bản.

• Tái cấu trúc khung nội dung: Phần hóa học cơ kim đại cương trước đây nằm tại Chương 8 (Cacbon) đã được chuyển đổi và hợp nhất với lý thuyết phức chất để tạo thành Chương 19 chuyên sâu, giúp người học có cái nhìn tổng hợp về liên kết phối trí và cơ kim.
• Mở rộng các lĩnh vực nghiên cứu mới:
  • Hợp chất phối trí của phân tử dihydro dạng dihapto ($\eta^2-\text{H}_2$).
  • Hóa học các dạng thù hình fullerene ($C_{60}$, $C_{70}$), fulleride và các cụm cacbit kim loại (metcars).
  • Vật liệu oxit siêu dẫn nhiệt độ cao (High-temperature oxide superconductors - Chương 28).
  • Hóa học phối trí đa dạng của kim loại kiềm: làm rõ hơn 20 dạng hình học phối trí của lithium với số phối trí từ 1 đến 12, các hợp chất chứa anion kim loại kiềm (alkalide) và hợp chất electride.
  • Hợp chất cơ kim của các nguyên tố kim loại kiềm thổ nặng với các phối tử cồng kềnh.
  • Khám phá và đặc trưng hóa các nguyên tố transactinide siêu nặng đến $Z = 112$.
• Kết nối ứng dụng công nghiệp: Số liệu kỹ thuật được thu thập trực tiếp từ hơn 500 công ty sản xuất hóa chất toàn cầu, bổ sung thông tin chính xác về quy mô sản lượng hàng năm, quy trình công nghệ quy mô tấn, ứng dụng của các hợp chất polyphosphazene, gốm $\beta$-alumina và các chu trình hóa học trong công nghiệp hạt nhân.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên và học viên chuyên ngành: Phù hợp cho sinh viên chuyên ngành Hóa học, Kỹ thuật Hóa học, Khoa học Vật liệu, Hóa sinh và Địa hóa học từ năm thứ hai, năm ba đến năm cuối; học viên cao học và nghiên cứu sinh đang thực hiện đề tài liên quan đến hóa học vô cơ, xúc tác và vật liệu.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần Hóa học đại cương, Hóa lý cơ sở (nhiệt động lực học hóa học, động hóa học), Nguyên lý lượng tử cơ bản và Toán học cao cấp dùng cho hóa học.
• Giảng viên và phương thức khai thác: Giảng viên sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính cho các học phần Hóa học vô cơ nâng cao, Hóa học phức chất, Hóa học các nguyên tố và Hóa học chất rắn; khai thác hệ thống dữ liệu bảng biểu chuẩn xác, giản đồ cấu trúc và lược sử khoa học để xây dựng bài giảng chuyên sâu.
• Tự học và tra cứu chuyên nghiệp: Đóng vai trò là sách tra cứu chuyên ngành dành cho cán bộ nghiên cứu tại các viện hàn lâm, kỹ sư quy trình tại các nhà máy hóa chất cần kiểm chứng tính chất lý hóa, phương pháp tổng hợp và thông số cấu trúc của 112 nguyên tố cùng hàng nghìn hợp chất đại diện.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Tài liệu được biên soạn phục vụ sinh viên đại học chuyên ngành Hóa học, học viên sau đại học, nghiên cứu sinh, giảng viên và các nhà nghiên cứu chuyên sâu trong các lĩnh vực hóa vô cơ, hóa cơ kim, hóa vật liệu và hóa sinh.

2. Cần kiến thức nền nào để học?
Người học cần nắm vững kiến thức hóa học đại cương, cấu trúc nguyên tử, các loại liên kết hóa học cơ bản, nhiệt động lực học và các khái niệm đại số/đối xứng phân tử cơ bản.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?
Giáo trình bao quát toàn bộ 112 nguyên tố hóa học dựa trên dữ liệu thực nghiệm thuần túy; tích hợp số liệu sản xuất thực tế từ 500 nhà sản xuất công nghiệp; giải thích nguồn gốc vũ trụ học của nguyên tố và phân tích chi tiết biến thiên nguyên tử khối theo tiêu chuẩn của IUPAC thay vì chỉ liệt kê phản ứng hóa học thông thường.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?
Người học nên nắm vững Chương 1–2 cùng Phụ lục 1 (Orbital nguyên tử) và Phụ lục 2 (Đối xứng phân tử), sau đó nghiên cứu độc lập từng chương nguyên tố cụ thể dựa trên bố cục chuẩn: phân bố tự nhiên $\rightarrow$ điều chế/sản xuất $\rightarrow$ tính chất nguyên tố $\rightarrow$ hợp chất vô cơ $\rightarrow$ hợp chất cơ kim $\rightarrow$ vai trò sinh học.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?
Giáo trình tích hợp sẵn 7 phụ lục tra cứu chuyên sâu (Orbital nguyên tử, Nhóm điểm đối xứng, Đơn vị ngoài hệ SI, Độ phổ biến nguyên tố trong vỏ Trái Đất, Bán kính ion hiệu dụng, Danh sách giải Nobel Hóa học và Vật lý) cùng hơn 2000 tài liệu trích dẫn từ các tạp chí khoa học quốc tế được ghi nhận chi tiết tại từng trang sách.

---

Kết luận

Giáo trình Chemistry of the Elements (Second Edition) của N. N. Greenwood và A. Earnshaw cung cấp một hệ thống tri thức thực nghiệm chuẩn xác và bao quát về toàn bộ 112 nguyên tố hóa học cùng các dạng hợp chất vô cơ, phức chất, cơ kim và sinh học vô cơ.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học bao gồm việc thiết lập nền tảng từ lý thuyết hạt nhân vũ trụ và tính tuần hoàn hóa học (Chương 1–2), làm chủ lý thuyết phức chất và liên kết cơ kim (Chương 19), sau đó đi sâu vào tính chất chuyên biệt của các nguyên tố nhóm chính khối $s, p$ (Chương 3–18) cùng các phân nhóm chuyển tiếp khối $d, f$ (Chương 20–31). Các phụ lục tra cứu chuẩn hóa và hệ thống tài liệu trích dẫn khoa học phong phú trong giáo trình là nguồn tư liệu phục vụ hiệu quả cho công tác học tập, giảng dạy và nghiên cứu học thuật chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

net Chemistry of the Elements Second Edition N. EARNSHAW School of Chemistry University of Leeds, U. : E I N E M A N N OXFORD AUCKIAND BOSTON JOHANNESBURG MELBOURNE NEW DELHl www.net Butterworth-Heinemann Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP 225 Wildwood Avenue, Woburn, MA 01801-2041 A division of Reed Educational and Professional Publishing Ltd A member of the Reed Elsevier plc group First published by Pergamon Press plc 1984 Reprinted with corrections 1985, 1986 Reprinted 1989, 1990, 1993, 1994, 1995 Second edition 1997 Reprinted with corrections 1998 0 Reed Educational and Professional Publishing Ltd 1984, 1997 All rights reserved. No part of this publication may be reproduced in any material form (including photocopying or storing in any medium by electronic means and whether or not transiently or incidentally to some other use of this publication) without the written permission of the copyright holder except in accordance with the provisions of the Copyright, Designs and Patents Act 1988 or under the terms of a licence issued by the Copyright Licensing Agency Ltd, 90 Tottenham Court Road, London, England W1P 9HE.

Applications for the copyright holder’s written permission to reproduce any part of this publication should be addressed to the publishers British Library Cataloguing in Publication Data A catalogue record for this book is available from the British Library ISBN 0 7506 3365 4 Library of Congress Cataloguing in Publication Data A catalogue record for this book is available from the Library of Congress Typeset in 10/12pt Times by Laser Words, Madras, India Printed in Great Britain www.net Related Titles Brethencks Reactive Chemical Hazards, Fifth edition Urben Colloid and Surface Chemistry, Fourth edition Shaw Crystallization, Third edition Mullin Precipitation Sohnel and Garside Purification of Laboratory Chemicals, Fourth edition Armarego and Perrin Molecular Geometry Rodger and Rodger Radiochemistry and Nuclear Chemistry, Second edition Rydborg, Chopin and Liljentzen www.net Contents Preface to the second edition xix Preface to the first edition xxi Chapter 1 Origin of the Elements. Isotopes and Atomic Weights 1 1.2 Origin of the Universe 1 1.3 Abundances of the Elements in the Universe 3 1.4 Stellar Evolution and the Spectral Classes of Stars 5 1.5 Synthesis of the Elements 9 1.2 Helium burning and carbon burning 10 1.5 The s- and r-processes (slow and rapid neutron absorption) 12 1.1 Uncertainty in atomic weights 16 1.2 The problem of radioactive elements 18 Chapter 2 Chemical Periodicity and the Periodic Table 20 2.2 The Electronic Structure of Atoms 21 2.3 Periodic Trends in Properties 23 2.1 Trends in atomic and physical properties 23 2.2 Trends in chemical properties 27 2.4 Prediction of New Elements and Compounds 29 Chapter 3 Hydrogen 32 3.2 Atomic and Physical Properties of Hydrogen 34 3.1 Isotopes of hydrogen 34 3.2 Ortho- and para-hydrogen 35 3.3 Ionized forms of hydrogen 36 3.3 Preparation, Production and Uses 38 3.4 Chemical Properties and Trends 43 3.1 The coordination chemistry of hydrogen 44 V www.net Vi Contents 3.5 Protonic Acids and Bases 48 3.6 The Hydrogen Bond 52 3.1 Influence on properties 53 3.2 Influence on structure 59 3.3 Strength of hydrogen bonds and theoretical description 61 3.7 Hydrides of the Elements 64 Chapter 4 Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Caesium and 68 Francium 4.1 Discovery and isolation 68 4.2 Terrestrial abundance and distribution 69 4.3 Production and uses of the metals 71 4.4 Properties of the alkali metals 74 4.5 Chemical reactivity and trends 16 4.6 Solutions in liquid ammonia and other solvents 77 4.1 Introduction: the ionic-bond model 79 4.2 Halides and hydrides 82 4.3 Oxides, peroxides, superoxides and suboxides 84 4.5 Oxoacid salts and other compounds 87 4.7 Imides, amides and related compounds 99 4.8 Organometallic compounds 102 Chapter 5 Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium and 107 Radium 5.1 Terrestrial abundance and distribution 108 5.2 Production and uses of the metals 110 5.3 Properties of the elements 111 5.4 Chemical reactivity and trends 112 5.2 Hydrides and halides 115 5.3 Oxides and hydroxides 119 5.4 Oxoacid salts and coordination complexes 122 5.5 Organometallic compounds 127 Beryllium 127 Magnesium 131 Calcium, strontium and barium 136 Chapter 6 Boron 139 6.1 Isolation and purification of the element 140 6.2 Structure of cjstalline boron 141 6.3 Atomic and physical properties of boron 144 6.2 Preparation and stoichiometry 146 6.3 Structures of borides 147 www.net Contents Vii 6.2 Bonding and topology 157 6.3 Preparation and properties of boranes 162 6.4 The chemistry of small boranes and their anions (BI -B4) 164 6.5 Intermediate-sized boranes and their anions (B5 -B9) 170 6.6 Chemistry of nido-decaborane, B10H14 173 6.7 Chemistry of ~loso-B,H,~- 178 6.2 Lower halides of boron 200 6.8 Boron -Oxygen Compounds 203 6.1 Boron oxides and oxoacids 203 6.3 Organic compounds containing boron-oxygen bonds 207 6.9 Boron - Nitrogen Compounds 207 6.10 Other Compounds of Boron 21 1 6.1 Compounds with bonds to P, As or Sb 21 1 6.2 Compounds with bonds to S , Se and Te 213 Chapter 7 Aluminium, Gallium, Indium and Thallium 216 7.1 Terrestrial abundance and distribution 217 7.2 Preparation and uses of the metals 219 7.3 Properties of the elements 222 7.4 Chemical reactivity and trends 224 7.1 Hydrides and related complexes 227 7.2 Halides and halide complexes 233 Aluminium trihalides 233 Trihalides of gallium, indium and thallium 237 Lower halides of gallium, indium and thallium 240 7.3 Oxides and hydroxides 242 7.4 Ternary and more complex oxide phases 241 Spinels and related compounds 247 Sodium-B-alumina and related phases 249 Tricalcium aluminate, Ca3A1206 25 1 7.5 Other inorganic compounds 252 Chalcogenides 252 Compounds with bonds to N, P, As, Sb or Bi 255 Some unusual stereochemistries 256 7.6 Organometallic compounds 257 Organoaluminium compounds 25 8 organometallic compounds of Ga, In and T1 262 AI-N heterocycles and clusters 265 Chapter 8 Carbon 268 8.1 Terrestrial abundance and distribution 269 8.3 Atomic and physical properties 276 8.4 Fullerenes 278 Structure of the fullerenes 280 Other molecular allotropes of carbon 282 Chemistry of the fullerenes 282 Reduction of fullerenes to fullerides 285 www.net viii Contents Addition reactions 286 Heteroatom fullerene-type clusters 287 Encapsulation of metal atoms by fullerene clusters 288 8.5 Chemical properties of carbon 289 8.3 Graphite Intercalation Compounds 293 8.5 Hydrides, Halides and Oxohalides 301 8.6 Oxides and Carbonates 305 8.7 Chalcogenides and Related Compounds 313 8.8 Cyanides and Other Carbon-Nitrogen Compounds 319 8.9 Organometallic Compounds 326 Chapter 9 Silicon 328 9.1 Occurrence and distribution 329 9.2 Isolation, production and industrial uses 330 9.3 Atomic and physical properties 330 9.3 Silicon halides and related complexes 340 9.4 Silica and silicic acids 342 9.5 Silicate minerals 347 Silicates with discrete units 347 Silicates with chain or ribbon structures 349 Silicates with layer structures 349 Silicates with framework structures 354 9.6 Other inorganic compounds of silicon 359 9.7 Organosilicon compounds and silicones 361 Chapter 10 Germanium, Tin and Lead 367 10.1 Terrestrial abundance and distribution 368 10.2 Production and uses of the elements 369 10.3 Properties of the elements 37 1 10.4 Chemical reactivity and group trends 373 10.1 Hydrides and hydrohalides 374 10.2 Halides and related complexes 375 Germanium halides 376 Tin halides 377 Lead halides 381 10.3 Oxides and hydroxides 382 10.4 Derivatives of oxoacids 387 10.5 Other inorganic compounds 389 10.6 Metal-metal bonds and clusters 39 1 10.7 Organometallic compounds 396 Germanium 396 Tin 399 Lead 404 Chapter 11 Nitrogen 406 11.net Contents ix 11.1 Abundance and distribution 407 11.2 Production and uses of nitrogen 409 11.3 Atomic and physical properties 41 1 11.1 Nitrides, azides and nitrido complexes 417 11.2 Ammonia and ammonium salts 420 Liquid ammonia as a solvent 424 11.3 Other hydrides of nitrogen 426 Hydrazine 427 Hydroxylamine 43 1 Hydrogen azide 432 11.4 Thermodynamic relations between N-containing species 434 11.5 Nitrogen halides and related compounds 438 11.6 Oxides of nitrogen 443 Nitrous oxide, N20 443 Nitric oxide, NO 445 Dinitrogen trioxide, N203 454 Nitrogen dioxide, NO2, and dinitrogen tetroxide, N204 455 Dinitrogen pentoxide, N205, and nitrogen trioxide, No3 458 11.7 Oxoacids, oxoanions and oxoacid salts of nitrogen 459 Hyponitrous acid and hyponitrites 459 Nitrous acid and nitrites 46 1 Nitric acid and nitrates 465 Orthonitrates, MiN04 47 1 Chapter 12 Phosphorus 473 12.1 Abundance and distribution 475 12.2 Production and uses of elemental phosphorus 479 12.3 Allotropes of phosphorus 479 12.4 Atomic and physical properties 482 12.5 Chemical reactivity and stereochemistry 483 12.2 Phosphine and related compounds 492 12.3 Phosphorus halides 495 Phosphorus trihalides 495 Diphosphorus tetrahalides and other lower halides of phosphorus 497 Phosphorus pentahalides 498 Pseudohalides of phosphorus(II1) 501 12.4 Oxohalides and thiohalides of phosphorus 50 1 12.5 Phosphorus oxides, sulfides, selenides and related compounds 503 Oxides 503 Sulfides 506 Oxosulfides 510 12.6 Oxoacids of phosphorus and their salts 510 Hypophosphorous acid and hypophosphites [H2PO(OH) and HzP02-] 513 Phosphorous acid and phosphites [HPO(OH)2 and HP032-l 514 Hypophosphoric acid (&P206) and hypophosphates 515 Other lower oxoacids of phosphorus 516 The phosphoric acids 516 Orthophosphates 523 Chain polyphosphates 526 Cyclo-polyphosphoric acids and cyclo-polyphosphates 529 12.7 Phosphorus-nitrogen compounds 53 1 Cyclophosphazanes 533 Phosphazenes 534 www.net X Contents Pol yphosphazenes 536 Applications 542 12.8 Organophosphorus compounds 542 Chapter 13 Arsenic, Antimony and Bismuth 547 13.1 Abundance, distribution and extraction 548 13.2 Atomic and physical properties 550 13.3 Chemical reactivity and group trends 552 13.3 Compounds of Arsenic, Antimony and Bismuth 554 13.1 Intermetallic compounds-and alloys 554 13.2 Hydrides of arsenic, antimony and bismuth 557 13.3 Halides and related complexes 558 Trihalides, MX3 558 Pentahalides, MXs 56 1 Mixed halides and lower halides 563 Halide complexes of M"' and MV 564 Oxide halides 570 13.4 Oxides and oxo compounds 572 Oxo compounds of M"' 573 Mixed-valence oxides 576 Oxo compounds of MV 576 13.5 Sulfides and related compounds 578 13.6 Metal-metal bonds and clusters 583 13.7 Other inorganic compounds 59 1 13.8 Organometallic compounds 592 Organoarsenic(II1) compounds 593 Organoarsenic(V) compounds 594 Physiological activity of arsenicals 596 Organoantimony and organobismuth compounds 596 Chapter 14 Oxygen 600 14.4 Atomic and physical properties 604 14.5 Other forms of oxygen 607 Ozone 607 Atomic oxygen 61 1 14.6 Chemical properties of dioxygen, 0 2 612 14.2 Compounds of Oxygen 615 14.1 Coordination chemistry: dioxygen as a ligand 615 14.2 Water 620 Introduction 620 Distribution and availability 62 1 Physical properties and structure 623 Water of crystallization, aquo complexes and solid hydrates 625 Chemical properties 627 Polywater 632 14.3 Hydrogen peroxide 633 Physical properties 633 Chemical properties 634 14.5 Oxides 640 Various methods of classification 640 Nonstoichiometry 642 www.net Contents Xi Chapter 15 Sulfur 645 15.2 Abundance and distribution 647 15.3 Production and uses of elemental sulfur 649 15.4 Allotropes of sulfur 652 15.5 Atomic and physical properties 66 1 15.6 Chemical reactivity 662 Polyatomic sulfur cations 664 Sulfur as a ligand 665 Other ligands containing sulfur as donor atom 673 15.2 Compounds of Sulfur 676 15.1 Sulfides of the metallic elements 676 General considerations 676 Structural chemistry of metal sulfides 679 Anionic polysulfides 68 1 15.2 Hydrides of sulfur (sulfanes) 682 15.3 Halides of sulfur 683 Sulfur fluorides 683 Chlorides, bromides and iodides of sulfur 689 15.4 Oxohalides of sulfur 693 15.5 Oxides of sulfur 695 Lower oxides 695 Sulfur dioxide, SO2 698 Sulfur dioxide as a ligand 701 Sulfur trioxide 703 Higher oxides 704 15.6 Oxoacids of sulfur 706 Sulfuric acid, H2S04 710 Peroxosulfuric acids, HzSOs and H2S208 712 Thiosulfuric acid, H2S2O3 714 Dithionic acid, H2S206 715 Polythionic acids, H2Sn06 716 Sulfurous acid, HzS03 717 Disulfurous acid, H2S2O5 720 Dithionous acid, H2S204 720 15.7 Sulfur-nitrogen compounds 72 1 Binary sulfur nitrides 722 Sulfur-nitrogen cations and anions 730 Sulfur imides, SsPn(NH), 735 Other cyclic sulfur-nitrogen compounds 736 Sulfur-nitrogen-halogen compounds 736 Sulfur-nitrogen-oxygen compounds 740 Chapter 16 Selenium, Tellurium and Polonium 747 16.1 Introduction: history, abundance, distribution 747 16.2 Production and uses of the elements 748 16.4 Atomic and physical properties 753 16.5 Chemical reactivity and trends 754 16.7 Polyatomic anions, Mx2- 762 16.2 Compounds of Selenium, Tellurium and Polonium 765 16.1 Selenides, tellurides and polonides 765 16.3 Halides 767 Lower halides 768 Tetrahalides 772 www.net Xii Contents Hexahalides 775 Halide complexes 776 16.4 Oxohalides and pseudohalides 777 16.