Bài 1: Nhập môn hóa học I. Đối tượng nghiên cứu hóa học - Hóa học là ngành khoa học thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất và sự biến đổi của chất cũng như ứng dụng của chúng. Vai trò của hóa học trong đời sống và sản xuất - Hóa học có vai trò quan trọng trong đời sống, sản xuất và nghiên cứu khoa học. Ví dụ: + Các chất hóa học được sử dụng làm nhiên liệu; nguyên liệu, vật liệu để sản xuất.
+ Điều chế các loại thuốc phòng và chữa bệnh cho con người, thiết bị y tế, mĩ phẩm,. + Sản xuất phân bón, chất dẻo, các chất hóa học được sử dụng trong phòng thí nghiệm,. Phương pháp học tập hóa học - Để học tốt môn Hóa học, chúng ta cần có phương pháp học tập đúng đắn thông qua một số hoạt động được thực hiện trên lớp học cũng như ở nhà: + Ôn tập và nghiên cứu bài học trước khi đến lớp. + Rèn luyện tư duy hóa học.
+ Luyện tập thường xuyên. + Thực hành thí nghiệm. + Sử dụng thẻ ghi nhớ. + Hoạt động tham quan, trải nghiệm.
+ Sử dụng sơ đồ tư duy. - Phương pháp học tập hóa học nhằm phát triển năng lực hóa học, bao gồm: + Phương pháp tìm hiểu lí thuyết. + Phương pháp học tập thông qua thực hành, thí nghiệm. + Phương pháp luyện tập, ôn tập.
+ Phương pháp học tập trải nghiệm. Phương pháp nghiên cứu hóa học 1. Phương pháp nghiên cứu hóa học - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: là sử dụng những định luật, nguyên lí, quy tắc, cơ chế, mô hình, … cũng như các kết quả nghiên cứu đã có để tiếp tục làm rõ những vấn đề của lý thuyết hóa học. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: là nghiên cứu những vấn đề dựa trên kết quả thí nghiệm, khảo sát, thu thập số liệu, phân tích, định lượng… - Phương pháp nghiên cứu ứng dụng: nhằm mục đích giải quyết các vấn đề hóa học được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Các bước nghiên cứu hóa học - Phương pháp nghiên cứu hóa học thường bao gồm một số bước: (1) Xác định vấn đề nghiên cứu; (2) Nêu giả thuyết khoa học; (3) Thực hiện nghiên cứu (lý thuyết, thực nghiệm, ứng dụng) (4) Viết báo cáo: thảo luận kết quả và kết luận vấn đề. - Ví dụ: Các bước để nghiên cứu thành phần hóa học và bước đầu ứng dụng tinh dầu tràm trà trong sản xuất nước súc miệng. Bài 2: Thành phần của nguyên tử I. Thành phần cấu tạo nguyên tử Nguyên tử gồm hạt nhân chứa proton, neutron và vỏ nguyên tử chứa electron.
Sự tìm ra electron - Năm 1897, nhà vật lí người Anh J.J Thomson thực hiện thí nghiệm phóng điện qua một ống thủy tinh gần như chân không (gọi là ống tia âm cực). Ông quan sát thấy màn huỳnh quang trong ống phát sáng do những tia phát ra từ cực âm (gọi là tia âm cực) và những tia này bị hút về cực dương của trường điện, chứng tỏ chúng tích điện âm. Đó chính là chùm các hạt electron. ⇒ Trong nguyên tử tồn tại một loại hạt có khối lượng và mang điện tích âm, được gọi là electron.
- Hạt electron, kí hiệu là e, có: + Điện tích: qe = - 1,602 × 10-19 C (coulomb). + Khối lượng: me = 9,11 × 10-28g. - Người ta chưa phát hiện được điện tích nào nhỏ hơn 1,602 × 10-19 C nên nó được dùng làm điện tích đơn vị, điện tích của electron được quy ước là -1. Sự khám phá ra hạt nhân nguyên tử - Năm 1911, nhà vật lí người New Zealand là E.
Rutherford đã tiến hành bắn phá một chùm hạt alpha lên một lá vàng siêu mỏng và quan sát đường đi của chúng sau khi bắn phá bằng màn huỳnh quang. - Kết quả: + Hầu hết các hạt alpha đều xuyên thẳng qua lá vàng, một số ít bị lệch hướng và một số rất ít hạt bật trở lại. - Giải thích kết quả: + Do nguyên tử có cấu tạo rỗng, ở tâm chứa một hạt nhân mang điện tích dương có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử nên hầu hết các hạt alpha có thể đi xuyên qua lá vàng. - Kết luận: + Nguyên tử có cấu tạo rỗng, gồm hạt nhân ở trung tâm và lớp vỏ là các electron chuyển động xung quanh hạt nhân.
+ Nguyên tử trung hòa về điện: số đơn vị điện tích dương của hạt nhân bằng số đơn vị điện tích âm của các electron trong nguyên tử. Cấu tạo hạt nhân nguyên tử - Vào năm 1918, khi bắn phá hạt nhân nguyên tử nitrogen bằng các hạt α, Rutherford đã nhận thấy sự xuất hiện hạt nhân nguyên tử oxygen và một loại hạt mang một đơn vị điện tích dương (eo hay +1), đó là proton (kí hiệu là p). - Năm 1932, khi dùng các hạt α để bắn phá hạt nhân nguyên tử beryllium, J. Chadwick nhận thấy sự xuất hiện của một loại hạt có khối lượng xấp xỉ hạt proton, nhưng không mang điện.
Ông gọi chúng là neutron (kí hiệu là n). - Kết luận: Hạt nhân nguyên tử gồm hai loại hạt là proton và neutron. + Proton kí hiệu là p, mang điện tích dương (+1) + Neutron kí hiệu là n, không mang điện. + Proton và neutron có khối lượng gần bằng nhau.
Kích thước và khối lượng nguyên tử 1. Kích thước nguyên tử - Đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân khoảng 10 000 lần. o - Đơn vị nanomet (nm) hay angstrom ( A ) thường được sử dụng để biểu thị kích thước nguyên tử. Khối lượng nguyên tử - Để biểu thị khối lượng nguyên tử, các hạt proton, neutron và electron, người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là amu.
1 1 amu bằng khối lượng nguyên tử của carbon – 12 12 1 amu = 1,66 × 10-24g. - Khối lượng của nguyên tử gần bằng khối lượng hạt nhân do khối lượng của các electron (me ≈ 0,00055 amu) không đáng kể so với khối lượng của proton (mp ≈ 1 amu) và neutron (mn ≈ 1 amu). - Cách tính: Khối lượng nguyên tử = số p + số n Ví dụ: Nguyên tử oxygen có 8 proton, 8 neutron và 8 electron. ⇒ Khối lượng nguyên tử oxygen = số p + số n = 8 + 8 = 16 amu.
Bài 3: Nguyên tố hóa học 1. Hạt nhân nguyên tử - Số đơn vị điện tích hạt nhân (Z) = số proton (P) = số electron (E). - Điện tích hạt nhân = + Z. - Số khối (A) = số proton (P) + số neutron (N) Ví dụ: Nguyên tử aluminium (Al) có 13 proton, 14 neutron.
Suy ra: + Nguyên tử aluminium có số đơn vị điện tích hạt nhân = số proton = số electron = 13. + Điện tích hạt nhân nguyên tử aluminium là +13. + Số khối A = số proton (P) + số neutron (N) = 13 + 14 = 27. Nguyên tố hóa học 1.
Số hiệu nguyên tử - Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố được gọi là số hiệu nguyên tử (Z) của nguyên tố đó. - Mỗi nguyên tố hóa học có một số hiệu nguyên tử. - Số hiệu nguyên tử (kí hiệu là Z) cho biết: + Số proton trong hạt nhân nguyên tử. + Số electron trong nguyên tử.
Ví dụ: Nguyên tố carbon có số hiệu nguyên tử là 6. Suy ra: + Số proton trong hạt nhân nguyên tử carbon = 6 + Số electron trong nguyên tử carbon = 6 2. Nguyên tố hóa học - Nguyên tố hóa học là tập hợp những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân. Ví dụ: Protium; deuterium và tritium là các loại nguyên tử của nguyên tố hydrogen.
Kí hiệu nguyên tử - Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử (số hiệu nguyên tử) của một nguyên tố hóa học và số khối được xem là những đặc trưng cơ bản của nguyên tử. - Để kí hiệu nguyên tử, người ta thường ghi các chỉ số đặc trưng ở bên trái kí hiệu nguyên tố với số khối A ở phía trên, số hiệu nguyên tử Z ở phía dưới. Đồng vị - Các đồng vị của một nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng số proton (P), cùng số hiệu nguyên tử (Z), nhưng khác nhau về số neutron (N). Do đó, số khối (A) của chúng khác nhau.
- Ví dụ: Potassium (K) có 3 đồng vị là: 39 40 41 19 K; 19 K; 19 K - Trong tự nhiên, hầu hết các nguyên tố được tìm thấy dưới dạng hỗn hợp của các đồng vị. - Ngoài các đồng vị bền, các nguyên tố hóa học còn có một số đồng vị không bền, gọi là các đồng vị phóng xạ, được sử dụng nhiều trong đời sống, y học, nghiên cứu khoa học… IV. Nguyên tử khối và nguyên tử khối trung bình 1. Nguyên tử khối - Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử.
- Nguyên tử khối của một nguyên tử cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử (1 amu). - Một cách gần đúng, coi nguyên tử khối có giá trị bằng số khối. Ví dụ: Nguyên tử của nguyên tố magnesium (Mg) có 12 proton và 12 neutron. ⇒ Nguyên tử khối của Mg = 12 + 12 = 24 amu 2.
Nguyên tử khối trung bình - Mỗi nguyên tố thường có nhiều đồng vị, do đó trong thực tế người ta thường sử dụng giá trị nguyên tử khối trung bình. - Muốn xác định giá trị nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố, ta cần phải biết được phần trăm số nguyên tử các đồng vị của nguyên tố đó trong tự nhiên. Người ta thường dùng phương pháp phổ khối lượng để xác định phần trăm số nguyên tử các đồng vị tự nhiên của các nguyên tố. - Công thức tính nguyên tử khối trung bình của nguyên tố X: a1 A1 a 2 A 2 .
a i A i AX 100 Trong đó: A X : là nguyên tử khối trung bình của X Ai: là nguyên tử khối đồng vị thứ i ai: là tỉ lệ % số nguyên tử đồng vị thứ i. Ví dụ: Trong tự nhiên, nguyên tố copper có hai đồng vị với phần trăm số nguyên tử tương ứng là 29 63 65 Cu (69,15%) và 29 Cu (30,85%). Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố copper là: 63.30,85 A Cu 63,617 100 Bài 4: Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử I. Sự chuyển động của electron trong nguyên tử 1.
Sự chuyển động của electron trong nguyên tử - Theo mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr (mô hình hành tinh nguyên tử), các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân.