Chương 1: Thiết bị phân tích và theo dõi Trang 25 Các nguyên tố trong một nhóm cư xử theo các cách tương tự về mặt hóa học. Ví dụ, natri (Na) và kali (K) là rất giống nhau. Đó là tại sao clorua kali có thể được sử dụng cho người bị huyết áp cao như một thay thế cho clorua natri (bảng muối). Nó có vị và các cư xử giống nhau, nhưng nó không chứa natri.
c Các hợp chất Các nguyên tố kết hợp cùng nhau để tạo thành các chất được biết là các hợp chất hóa học. Một hợp chất có chứa ít nhất 2 loại khác nhau của nguyên tử, nhưng có thể chứa nhiều hơn. Trong khi chỉ có 118 nguyên tố, có tới hàng trăm nghìn các hợp chất được biết. Các nguyên tố kết hợp để tạo thành các hợp chất ở những phần riêng.
Phần lớn những gì các nhà hóa học làm xoay quanh việc tạo ra và phân tích các hợp chất khác nhau. Các nguyên tử cấu thành hợp chất kết hợp và phân tách trong một quá trình được gọi là phản ứng hóa học. Chúng được giữ cùng nhau bởi các tương tác được gọi là liên kết.2 Phản ứng hóa học Một phản ứng hóa học tập trung vào lớp vỏ electron ngoài cùng của nguyên tử, được gọi là lớp vỏ hóa trị. Các nguyên tử hầu hết ổn định khi lớp vỏ hóa trị của chúng chứa số điện tử tối đa cho phép (thường là 8).
Khi các nguyên tử phản ứng, chúng có xu hướng nhận thêm, mất đi hoặc chia sẻ các điện tử với các nguyên tử khác để hoàn chỉnh các vỏ hóa trị của chúng. Một nguyên tử với lớp vỏ hóa trị đầy đủ nhất có xu hướng nhận thêm các điện tử từ các nguyên tử khác, do đó hoàn thành lớp vỏ hóa trị của chính nó. Môt nguyên tử với lớp vỏ hóa trị hầu như trống rỗng có xu hướng nhường các điện tử cho nguyên tử khác. Hành động này làm rỗng vỏ hóa trị ban đầu, khiến vỏ điện tử kế thấp nhất trở thành vỏ hóa trị mới.
Bởi vì nó đã đầy, kết quả là vỏ hóa trị ổn định. Các nguyên tử có lớp vỏ hóa trị gần như trống rỗng hoặc gần như đầy đủ thường chia sẻ nhiều điện tử với các nguyên tử khác. Mục nhập bảng tuần hoàn cho mỗi nguyên tố bao gồm danh sách các số cấu hình điện tử. Số dưới cùng là vỏ hóa trị và cho biết độ đầy của nó.
a Liên kết hóa học Như một ví dụ, natri (Na) có 1 điện tử ở vỏ hóa trị của nó. Khi nó phản ứng với các nguyên từ khác, nó có xu hướng nhường điện tử này. Clo (Cl) có 7 điện tử ở lớp vỏ hóa trị. Khi nó phản ứng với các nguyên từ khác, nó có xu hướng nhận điện tử để hoàn chỉnh vỏ hóa trị của nó.
Nếu natri và clo kết hợp, đây chính là cái gì xảy ra. Quá trình nhận Chương 1: Thiết bị phân tích và theo dõi Trang 26 thêm/bớt đi hình thành một liên kết giữa natri và clo, tạo ra một hợp chất được gọi là clorua natri (NaCl). Khi nguyên tử kim loại phản ứng với nguyên tử phi kim, điện tử được trao đổi từ nguyên tử này sang nguyên tử kia. Quá trình này liên kết các nguyên tử với nhau trong cái được gọi là liên kết ion và tạo thành hợp chất ion.
Đơn vị cơ bản của hợp chất ion được gọi là đơn vị công thức. Muối bảng thông thường (NaCl, hay clorua natri) là một hợp chất ion. Hình 1-6: Liên kết ion Khi 2 nguyên tố phi kim phản ứng, chúng chia sẻ chung các điện tử giữa chúng, về cơ bản chuyển chúng qua lại. Quá trình này hình thành liên kết hóa trị.
Các hợp chất hình thành bởi liên kết hóa trị tồn tại trong các đơn vị gọi là phân tử. Cũng có thể đối với các nguyên tử của cùng một nguyên tố hình thành liên kết hóa trị. Ví dụ, ô xy sẽ liên kết hóa trị với một nguyên tử ô xy nữa (O2). Chương 1: Thiết bị phân tích và theo dõi Trang 27 Hình 1-7: Liên kết hóa trị.
Cuối cùng, các nguyên tử kim loại có thể hình thành các liên kết với nhau trong đó các điện tử hóa trị được chia sẻ trong số lượng lớn các nguyên tử và hình thành một loại điện tử “biển”. Kiểu liên kết này được gọi là liên kết kim loại. Kim loại thường hình thành các tinh thể là kêt quả của liên kết kim loại. b Nguyên tử lượng và các phản ứng hóa học Bởi vì các nguyên tố luôn luôn kết hợp trong các phần riêng, các nhà hóa học cần có thể làm việc với các đại lượng trong một cách thực tế.
Bởi vì các nguyên tử là rất nhỏ và các đại lượng liên quan trong hầu hết các phản ứng là lớn. Nó là dễ dàng hơn để làm việc với các khối lượng hơn là các nguyên tử đơn lẻ. Các nhà hóa học làm điều này bằng cách của một đơn vị được gọi là mole (mol). 1 mole bao gồm 6,02 x 1023 hạt nguyên tử chất.
Đây là các nguyên tử, đơn vị công thức hay phân tử. 1 mole của bất kỳ nguyên tố nào đều có khối lượng (g) tương đương với giá trị nguyên tử lượng của nguyên tố đó. Do đó, 1 mol của nguyên tử natri (nguyên tử lượng 22,9898) có khối lượng 22,9898 g. Tương tự, 1 mol của clo (nguyên tử lượng 35,453) có khối lượng 35,453 g.
Nếu kết hợp 1 mol natri với 1 mol clo, bạn sẽ thu được 1 mol clorua natri (NaCl). Khối lượng của nó tương đương 58,4428 g, tổng của khác khối lượng của các nguyên tố ban đầu. Chương 1: Thiết bị phân tích và theo dõi Trang 28 Lưu ý rằng việc kết hợp 1 mol natri và 1 mol clo không dẫn tới 2 mol clorua LƯU Ý natri. Đó là bởi vì mol là một số cố định của các hạt.
Việc kết hợp 6,02 x 1023 nguyên tử natri với 6,02 x 1023 nguyên tử clo thu được 6,02 x 1023 đơn vị công thức của NaCl – hay nói cách khác là 1 mol. Ví dụ 1: Cần bao nhiêu gam các bon và ô xy để hình thành 1 mol các bon đi-ô-xít (CO2)? Khối lượng các bon đi-ô-xít sẽ là gì khi phản ứng hoàn thành? Bởi vì mỗi một nguyên tử các bon phải phản ứng với 2 nguyên tử ô-xy để tạo thành 1 phân tử các bon đi-ô-xít, 1 mol các bon và 2 mol ô xy sẽ cần đến để tạo ra 1 mol phân tử CO2. Xem bảng tuần hoàn trong hình 2, lưu ý rằng 1 mol các bon (nguyên tử lượng 12,0111) có khối lượng 12,0111 g. Tương tự, 1 mol ô xy (nguyên tử lượng 15,9994) có khối lượng 15,9994 g.
Bởi vì cần 2 mol ô xy, tổng khối lượng là gấp đôi số lượng – 31,9988. Một khi kết hợp, kết quả là 1 mol CO2 có khối lượng 44,0099 g.3 Nồng độ Lý do cơ bản đối với hầu hết các phép đo phân tích là để trả lời câu hỏi cơ bản “bao nhiêu?” Một cách thường xuyên, câu hỏi này được trả lời về diễn đạt nồng độ các dung dịch. Khi các tinh thể muối được khuấy trong một lượng nước đủ, muối sẽ biến mất và hỗn hợp trong suốt của muối và nước sẽ hình thành. Muối được nói là đã hoà tan và chuyển thành dung dịch trong nước.
Dung dịch gồm 2 thành phần, chất hòa tan (muối tan) và dung môi (nước). Trong dung dịch, chất hoà tan được phân bố đều trong các phân tử dung môi. Dung dịch chứa một lượng nhỏ chất hòa tan so với số lượng dung dịch được nói là pha loãng. Khi thêm nhiều chất hòa tan vào dung dịch, dung dịch trở nên đặc hơn.
2 thuật ngữ được sử dụng thường xuyên để mô tả nồng độ của dung dịch là nồng độ (M) và phần triệu (ppm). Nồng độ là tỷ số của số các mol của chất hòa tan trên lít dung dịch (do vậy, 1 mol/L bằng 1 M). Nhiều nồng độ dung dịch hóa học khác nhau được diễn đạt theo nồng độ, các hóa chất công nghiệp khác nhau chẳng hạn như a xít và kiềm. Một cách ngẫu nhiên, đơn vị cho nồng độ, M được phát âm là molar.
Do đó, một chai 14 M a xít sun phua ríc sẽ được mô tả là “a xít sun phua ríc 14 molar”. Ví dụ 2: Nồng độ của dung dịch nước muối gồm 2 L nước và 50 g muối là bao nhiêu? Bước 1. Bắt đầu bằng việc tính toán bao nhiêu gam trong 1 mol muối. Như đã thảo luận trước đây, 1 mol của bất kỳ nguyên tố nào theo gam là bằng với giá trị nguyên tử lượng của nguyên tố đó (có thể tìm thấy trong bảng tuần hoàn các Chương 1: Thiết bị phân tích và theo dõi Trang 29 nguyên tố).
Bởi vì 1 mol natri (Na) bằng 22,9898 g, và 2 mol clo = 35,453 g, các giá trị này có thể được kết hợp để xác định rằng 1 mol muối (NaCl) = 58,4428 g. Điều này được minh họa như sau: 22,9898 g/mol natri + 35,453 g/mol clo = 58,4428 g/mol muối. Tính toán số mol muối có trong dung dịch. Điều này được thực hiện bằng cách chia số gam muối trong dung dịch cho số gam trong 1 mol muối như sau: 𝑠𝑠ố 𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖 𝑐𝑐ó 𝑚𝑚ặ𝑡𝑡 𝑠𝑠ố 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖 = 𝑔𝑔/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖 50𝑔𝑔 𝑠𝑠ố 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖 = 58,4428 𝑔𝑔/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖 𝑠𝑠ố 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚ố𝑖𝑖 = 0,8555 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Bước 3.
Bởi vì nồng độ là tỷ số của số mol chất hòa tan trên lít dung dịch và có 0,8555 mol muối trong 2 lít nước trong ví dụ này, nồng độ được tính như sau: 𝑠𝑠ố 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑐𝑐ℎấ𝑡𝑡 ℎò𝑎𝑎 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑛𝑛ồ𝑛𝑛𝑛𝑛 độ = 𝑠𝑠ố 𝑙𝑙í𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑ị𝑐𝑐ℎ 0,8555 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑛𝑛ồ𝑛𝑛𝑛𝑛 độ = 2 𝐿𝐿 𝑛𝑛ồ𝑛𝑛𝑛𝑛 độ = 0,4278 𝑀𝑀 Thuật ngữ phần triệu (ppm) thường xuyên được sử dụng để báo cáo các nồng độ nhỏ các chất không tinh khiết trong các dung dịch. Phần triệu (ppm) là tỉ số của chất hòa tan so với dung dịch. Như với hầu hết các tỉ số, cả chất hòa tan và dung dịch đều được diễn đạt ở cùng đơn vị đo giống nhau. Kích cỡ của thuật ngữ dung dịch trong tỷ lệ phải lớn hơn một phần triệu so với thuật ngữ chất tan.
Ví dụ, nồng độ của 10 ppm clo có nghĩa là đối với mỗi 10 g clo có 1 x 106 g dung dịch.4 A xít, kiềm và độ pH Các a xít và kiềm xuất hiện nổi bật trong các quy trình công nghiệp, vì vậy điều quan trọng là bạn phải hiểu chúng là gì và sự hiện diện của chúng được đo lường và phân loại như thế nào. a Các i-on Khi những chất nhất định hòa tan trong nước, chúng phân ly sang các thành phần, mỗi thành phần đều có điện tích. Các hạt điện tích được gọi là các ion.