Bài 1: Nhập môn hóa học Hóa học là ngành khoa học thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất, sự biến đổi của các đơn chất, hợp chất và năng lượng đi kèm những quá trình biến đổi đó. Hóa học có năm ngành chính, bao gồm: hóa lí thuyết và hóa lí, hóa vô cơ, hóa hữu cơ, hóa phân tích, hóa sinh. Năm nhánh chính của hóa học I. Đối tượng nghiên cứu của hóa học 1.
Chất - Tất cả những chất xung quanh ta đều được tạo nên từ các nguyên tử của các nguyên tố hóa học. Ví dụ: Kim cương được tạo nên từ nguyên tử của nguyên tố carbon (C). - Cấu tạo quyết định đến tính chất vật lí và hóa học của chất. Ví dụ: Kim cương và than chì đều được tạo nên từ nguyên tử của nguyên tố carbon nhưng kim cương thì cứng, không màu, dẫn điện kém còn than chì lại mềm, màu xám đen và dẫn điện tốt.
Điều này được giải thích là do sự khác nhau về cấu tạo của than chì và kim cương. Cấu trúc của kim cương và than chì - Hiểu biết về cấu tạo hóa học góp phần dự đoán và giải thích tính chất của các chất. Sự biến đổi của chất - Hóa học nghiên cứu về các phản ứng xảy ra trong tự nhiên, chẳng hạn như trong khí quyển, trong các nguồn nước, trong cơ thể động vật và thực vật, trong sản xuất hóa học,. Ví dụ: Sắt bị gỉ do tiếp xúc với oxygen và hơi nước trong không khí.
Thanh sắt bị gỉ do tiếp xúc với không khí ẩm II. Phương pháp học tập và nghiên cứu hóa học Một số điều cốt lõi cần thiết trong quá trình học tập môn Hóa học: - Nắm vững nội dung chính của các vấn đề lí thuyết hóa học. Các nội dung đó bao gồm: cấu tạo của chất, sự biến đổi vật lí và hóa học của chất, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến đổi chất, ứng dụng của chất, hóa học trong đời sống và sản xuất. - Chủ động tìm hiểu thế giới tự nhiên thông qua các hoạt động khám phá.
Hoạt động khám phá trong môn Hóa học bao gồm: + Quan sát hoặc tiến hành quá trình thực nghiệm nghiên cứu, thu thập thông tin. + Phân tích, xử lí số liệu. + Giải thích, dự đoán được kết quả nghiên cứu một số sự vật hiện tượng trong tự nhiên và đời sống. Hình thức của hoạt động khám phá bao gồm: + Tìm hiểu trên mạng internet.
+ Tham gia hoạt động trong lớp, trong phòng thí nghiệm. + Tham gia hoạt động ngoài lớp học do giáo viên, nhà trường tổ chức. - Liên hệ, gắn kết những nội dung kiến thức đã học và kinh nghiệm đã được tích lũy trong quá trình tìm hiểu, khám phá để phát hiện, giải thích các hiện tượng tự nhiên, vận dụng vào các tình huống thực tiễn,. Vai trò của hóa học trong thực tiễn 1.
Trong đời sống Hóa học luôn ở xung quanh ta và có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống. - Hóa học về lương thực - thực phẩm: Con người cần sử dụng các loại lương thực – thực phẩm chứa các chất đường, tinh bột, chất đạm, chất béo, vitamin và khoáng chất để hoạt động và phát triển. Ví dụ: Thịt, cá, trứng, sữa cung cấp chất đạm; trái cây cung cấp vitamin. + Trong cơ thể người, luôn diễn ra rất nhiều phản ứng hóa học, như phản ứng chuyển hóa thức ăn thành các dạng các dạng mà cơ thể có thể hấp thu, phản ứng oxi hóa – khử cung cấp năng lượng cho cơ thể.
- Hóa học về thuốc: Hóa học giúp tìm và sản xuất được những loại thuốc có hiệu quả điều trị cao, an toàn cùng như rẻ tiền. Ví dụ: Cisplatin [PtCl2(NH3)2] thường được sử dụng để điều trị nhiều bệnh ung thư như: ung thư tinh hoàn, ung thư buồng trứng,. - Hóa học về mĩ phẩm: Nghiên cứu về hóa học giúp biết cách lựa chọn hoặc tạo ra những chất có màu sắc đẹp và an toàn, có mùi hương thích hợp và tồn tại lâu hơn,. Ví dụ: Son môi từ dầu gấc (chứa chủ yếu - carotene) giúp môi hồng hào, không bị thâm môi mà còn mềm mại, không bị khô nứt môi.
- Hóa học về chất tẩy rửa: Xà phòng, bột giặt, nước rửa bát,. là những ví dụ về việc sử dụng các chất hóa học với mục đích tẩy rửa trong gia đình. Trong sản xuất Con người đã chủ động tạo ra các quá trình hóa học phục vụ mục đích tồn tại và phát triển. - Hóa học về năng lượng: Có rất nhiều phản ứng hóa học xảy ra kèm theo sự giải phóng năng lượng.
Ví dụ: Các quá trình đốt cháy nhiên liệu như xăng, dầu, than, củi,. Nhiên liệu cần cho tất cả các quá trình sản xuất, các nhà máy nhiệt điện, ô tô, máy bay, tên lửa,. + Hiểu biết về hóa học giúp lựa chọn được nhiên liệu phù hợp với từng quá trình sản xuất, đặc biệt là xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch, nhiên liệu tái tạo trong tương lai. - Hóa học về sản xuất hóa chất: Các hóa chất cơ bản như NH3, H2SO4, HCl, HNO3,.
có vai trò đặc biệt quan trọng, là nguyên liệu cho các ngành sản xuất khác, được sản xuất với lượng lớn trong các nhà máy sản xuất hóa chất. Ví dụ: Một lượng lớn NH3 tổng hợp từ N2 và H2 được sử dụng để sản xuất phân đạm. - Hóa học về vật liệu: + Các loại vật liệu mới, tiên tiến như vật liệu chịu nhiệt, chịu áp suất; vật liệu xúc tác nhằm đẩy nhanh tốc độ các phản ứng hóa học,. Ví dụ: Tantalum carbide (TaC) và hafnium carbide (HfC) là những vật liệu có thể được nhiệt độ tới 4000oC.
Chúng là các vật liệu tiềm năng cho phần vỏ chịu nhiệt của những con tàu vũ trụ. + Các vật liệu thông thường như sắt, thép, xi măng, nhựa,. đều được tạo ra từ các quá trình hóa học. - Hóa học về mội trường: Nước thải, khí thải nhà máy trước khi xả ra môi trường phải được xử lí bằng các biện pháp thích hợp; khí thải động cơ ô tô, xe máy cũng cần phải được xử lí để đạt đến tiêu chuẩn cho phép.
Ví dụ: Khí thải chứa CO2, SO2,. cũng như nước thải chứa ion kim loại nặng như Fe3+, Cu2+,. ở một số nhà máy thường được xử lí bằng cách cho tác dụng với sữa vôi Ca(OH)2. Bài 2: Thành phần của nguyên tử I.
Thành phần và cấu trúc của nguyên tử 1. Thành phần nguyên tử - Mọi vật thể đều được tạo nên từ các chất và mọi chất đều được tạo nên từ các nguyên tử. - Nguyên tử được tạo nên từ 3 loại hạt cơ bản là: + Hạt electron, kí hiệu là e + Hạt proton, kí hiệu là p + Hạt neutron, kí hiệu là n - Khối lượng và điện tích các hạt cơ bản này được thể hiện trong Bảng 2. Khối lượng và điện tích của các hạt cấu tạo nên nguyên tử Loại hạt Electron Proton Neutron Khối lượng (amu) 0,00055 1 1 Điện tích (e0) -1 +1 0 - Trong một nguyên tử, số proton và số electron luôn bằng nhau.
- Trong tất cả các nguyên tố, chỉ có duy nhất một loại nguyên tử của hydrogen (H) được tạo nên bởi proton và electron (không có neutron). Chú ý: + Đơn vị của khối lượng nguyên tử là amu (atomic mass unit) 1 amu = 1,6605.10-27 kg + Đơn vị của điện tích các hạt cơ bản là e0 (điện tích nguyên tố) 1 e0 = 1,602. Cấu trúc của nguyên tử Nguyên tử bao gồm: + Lớp vỏ: được tạo nên bởi các hạt electron + Hạt nhân: được tạo nên bởi các hạt proton và hạt neutron Ví dụ: Mô hình cấu tạo nguyên tử hydrogen và beryllium II. Khối lượng và kích thước của nguyên tử Nguyên tử của các nguyên tố khác nhau có khối lượng và kích thước khác nhau 1.
Khối lượng của nguyên tử - Khối lượng của nguyên tử vô cùng nhỏ. - Khối lượng nguyên tử thường được biểu thị theo đơn vị amu - Nguyên tử có khối lượng nhỏ nhất là nguyên tử của nguyên tố hydrogen (H), có khối lượng là 1 amu - Nguyên tử có khối lượng lớn nhất là nguyên tử của nguyên tố uranium (U), có khối lượng là 238 amu - Do khối lượng của các electron (0,00055 amu) rất nhỏ so với khối lượng của proton (1 amu) hay neutron (1 amu) nên khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân nguyên tử. Một cách gần đúng, có thể coi khối lượng của nguyên tử bằng khối lượng của hạt nhân. Kích thước của nguyên tử - Kích thước của nguyên tử là vô cùng nhỏ - Coi nguyên tử có dạng hình cầu, khi đó, đường kính của nó chỉ khoảng 10-10 m o - Nguyên tử có đường kính nhỏ nhất là helium (0,62 A ), nguyên tử có đường o kính lớn nhất là francium (7,0 A ) o Chú ý: Angstrom là đơn vị đo độ dài, kí hiệu là A o 1 A = 102 pm = 10-10 m - Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử.
Kích thước hạt nhân bằng khoảng 10-5 đến 10-4 lần kích thước nguyên tử. Như vậy, phần không gian rỗng chiếm chủ yếu trong nguyên tử. Bài 3: Nguyên tố hóa học I. Nguyên tố hóa học 1.
Khái niệm nguyên tố hóa học - Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng số hạt proton. Ví dụ: Ba loại nguyên tử trong hình dưới đây đều có một proton (hạt màu xanh) trong hạt nhân nên thuộc cùng một nguyên tố hóa học, nguyên tố hydrogen (H). Minh họa cấu tạo một số loại nguyên tử của nguyên tố hydrogen 2. Số hiệu nguyên tử, số khối, kí hiệu nguyên tử - Số proton trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử, kí hiệu là Z.
Ví dụ: Hạt nhân nguyên tử lithium (Li) có 3 proton, vậy số hiệu nguyên tử của Li là 3 (ZLi = 3). - Tổng số proton (Z) và neutron (N) trong một hạt nhân nguyên tử được gọi là số khối, kí hiệu là A. A=Z+N Như vậy, số khối chính bằng tổng số hạt có trong hạt nhân nguyên tử. Giá trị này xấp xỉ bằng giá trị khối lượng nguyên tử (tính theo đơn vị amu).
Ví dụ: Một loại nguyên tử sodium (Na) có 11 hạt proton, 11 electron và 12 hạt neutron. Số khối của nguyên tử Na = Z + N = P + N = 11 + 12 = 23 (amu) - Kí hiệu nguyên tử AZ Z cho biết kí hiệu hóa học của nguyên tố (X), số hiệu nguyên tử (Z) và số khối (A). Kí hiệu nguyên tử của helium Lưu ý: Đôi khi, người ta viết tắt kí hiệu nguyên tử.