Khái niệm Nguyên tử

Nguyên tử     Nguyên tử là hạt nhỏ nhất không thể phân chia về mặt hoá học, tham gia tạo thành phân tử.     Nguyên tử là một hệ trung hoà điện gồm:     - Hạt nhân tích điện dương ở tâm nguyên tử.     - Các electron mang điện tích dương âm chuyển động xung quanh hạt nhân Nguyên tố hoá học Nguyên tố hoá học là tập hợp các nguyên tử có điện tích hạt nhân bằng nhau. Các dạng nguyên tử của một nguyên tố có khối lượng khác nhau gọi là các đồng vị của nguyên tố đó. Ví dụ: Nguyên tố cacbon có 2 đồng vị là  và  (chỉ số trên là khối lượng nguyên tử, chỉ số dưới là điện tích hạt nhân). Phân tử Phân tử là hạt nhỏ nhất của một chất có khả năng tồn tại độc lập và còn mang những tính chất hoá học cơ bản của chất đó. Đơn chất Đơn chất là chất tạo thành từ một nguyên tố hoá học. Ví dụ: O2, H2, Cl2, ... Một nguyên tố hoá học có thể tạo thành một số dạng đơn chất khác nhau gọi là các dạng thù hình của nguyên tố đó. Ví dụ: - Cacbon tồn tại ở 3 dạng thù hình là cacbon vô định hình, than chì và kim cương. - Oxi tồn tại ở 2 dạng thù hình là oxi (O2) và ozon (O3). Hợp chất Hợp chất là chất cấu tạo từ hai hay nhiều nguyên tử hoá học. Ví dụ: H2O, NaOH, H2SO4,... Nguyên tử khối Nguyên tử khối (NTK) là khối lượng của một nguyên tử biểu diễn bằng đơn vị cacbon (đ.v.C). Chú ý: Khác với nguyên tử khối, khối lượng nguyên tử (KLNT) cũng là khối lượng của một nguyên tử nhưng biểu diễn bằng kg. Ví dụ: KLNT của hiđro bằng 1.67.10-27kg, của cacbon bằng 1,99.10-26. Phân tử khối Phân tử khối (PTK) là khối lượng của một phân tử biểu diễn bằng đơn vị cacbon (đ.v.C). Ví dụ: PTK của H2O = 2 + 16 = 18 đ.v.C, của NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 đ.v.C. Chú ý: Giống như khối lượng nguyên tử, khối lượng phân tử cũng được biểu diễn bằng kg và bằng tổng khối lượng các nguyên tử tạo thành phân tử. Mol Mol là lượng chất chứa 6,02.1023 hạt đơn vị (nguyên tử, phân tử, ion, electron, ...) - Số 6,02.1023 được gọi là số Avôgađrô và ký hiệu là N (N = 6,02.1023). Như vậy: 1 mol nguyên tử Na chứa N nguyên tử Na. 1 mol phân tử H2SO4 chứa N phân tử H2SO4 1 mol ion OH- chứa N ion OH-. - Khối lượng của 1 mol chất tính ra gam được gọi là khối lượng mol của chất đó và ký hiệu là M. Khi nói về mol và khối lượng mol cần chỉ rõ của loại hạt nào, nguyên tử, phân tử, ion, electron... Ví dụ: - Khối lượng mol nguyên tử oxi (O) bằng 16g, nhưng khối lượng mol phân tử oxi (O2) bằng 32g. - Khối lượng mol phân tử H2SO4 bằng 98g, nhưng khối lượng mol ion  bằng 96g. Như vậy khái niệm nguyên tử gam, phân tử gam chỉ là những trường hợp cụ thể của khái niệm khối lượng mol. - Cách tính số mol chất. Số mol n của chất liên hệ với khối lượng a (tính ra gam) và khối lượng mol M của chất đó bằng công thức:n=   + Đối với hỗn hợp các chất, lúc đó n là tổng số mol các chất, a là tổng khối lượng hỗn hợp và M trở thành khối lượng mol trung bình M, (viết tắt là khối lượng mol trung bình).n=  + Đối với chất khí, n được tính bằng công thức:n=  Trong đó, V0 là thể tích của chất khí hay hỗn hợp khí đo ở đktc (00C, 1 atm) Phản ứng hoá học: Quá trình biến đổi các chất này thành các chất khác được gọi là phản ứng hoá học. Trong phản ứng hoá học tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng. Các dạng phản ứng hoá học cơ bản: a) Phản ứng phân tích là phản ứng trong đó một chất bị phân tích thành nhiều chất mới. Ví dụ: CaCO3 = CaO + CO2 ↑ b) Phản ứng kết hợp là phản ứng trong đó hai hay nhiều chất kết hợp với nhau tạo thành một chất mới. Ví dụ. BaO + H2O = Ba(OH)2. c) Phản ứng thế là phản ứng trong đó nguyên tử của ngyên tố này ở dạng đơn chất thay thế nguyên tử của nguyên tố khác trong hợp chất. Ví dụ. Zn + H2SO4 loãng = ZnSO4 + H2 ↑ d) Phản ứng trao đổi là phản ứng trong đó các hợp chất trao đổi nguyên tử hay nhóm nguyên tử với nhau. Ví dụ. BaCl2 + NaSO4 = BaSO4 + 2NaCl. e) Phản ứng oxi hoá - khử Hiệu ứng nhiệt của phản ứng. a) Năng lượng liên kết. Năng lượng liên kết là năng lượng được giải phóng khi hình thành liên kết hoá học từ các nguyên tố cô lập. Năng lượng liên kết được tính bằng kJ/mol và ký hiệu là E1k. Ví dụ năng lượng liên kết của một số mối liên kết như sau. H - H                                  Cl - Cl                         H - Cl E1k = 436                             242                             432 b) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng là nhiệt toả ra hay hấp thụ trong một phản ứng hoá học. Hiệu ứng nhiệt được tính bằng kJ/mol và ký hiệu là Q. Khi Q >0: phản ứng toả nhiệt. Khi Q<0: phản ứng thu nhiệt. Ví dụ: CaCO3 = CaO + CO2 ↑ - 186,19kJ/mol. Phản ứng đốt cháy, phản ứng trung hoà thuộc loại phản ứng toả nhiệt. Phản ứng nhiệp phân thường là phản ứng thu nhiệt. - Muốn tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng tạo thành các hợp chất từ đơn chất hoặc phân huỷ một hợp chất thành các đơn chất ta dựa vào năng lượng liên kết. Ví dụ: Tính năng lượng toả ra trong phản ứng. H2 + Cl2 = 2HCl. Dựa vào năng lượng liên kết (cho ở trên) ta tính được. Q = 2E1k (HCl) - [E1k(H2) + E1k(Cl2)] = 2 . 432 - (436 + 242) = 186kJ/mol. - Đối với phản ứng phức tạp, muốn tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng ta dựa vào nhiệt tạo thành của các chất (từ đơn chất), do đó đơn chất trong phản ứng không tính đến (ở phản ứng trên, nhiệt tạo thành HCl là 186/2 = 93 kJ/mol Ví dụ: Tính khối lượng hỗn hợp gồm Al và Fe3O4 cần phải lấy để khi phản ứng theo phương trình. toả ra 665,25kJ, biết nhiệt tạo thành của Fe3O4 là 1117 kJ/mol, của Al2O3 là 1670 kJ/mol. Giải: Tính Q của phản ứng: 3Fe3O4 + 8Al = 4Al2O3 + 9Fe                        (1)                                     Theo (1), khối lượng hỗn hợp hai chất phản ứng với nhiệt lượng Q là :                                 3 . 232 + 8 . 27 = 912g Để tỏa ra lượng nhiệt 665,25 kJ thì khối lượng hỗn hợp cần lấy :                                Tốc độ phản ứng và cân bằng hoá học. a) Định nghĩa: Tốc độ phản ứng là đại lượng biểu thị mức độ nhanh chậm của phản ứng. Ký hiệu là Vp.ư. Trong đó : C1 là nồng độ đầu của chất tham gia phản ứng (mol/l). C2 là nồng độ của chất đó sau t giây phản ứng (mol/l). b) Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: - Phụ thuộc bản chất của các chất phản ứng. - Tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ các chất tham gia phản ứng. Ví dụ, có phản ứng. A + B = AB. Vp.ư = k . CA . CB. Trong đó, k là hằng số tốc độ đặc trưng cho mỗi phản ứng. - Nhiệt độ càng cao thì tốc độ phản ứng càng lớn. - Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhưng bản thân nó không bị thay đổi về số lượng và bản chất hoá học sau phản ứng. c) Phản ứng thuận nghịch và trạng thái cân bằng hoá học. - Phản ứng một chiều (không thuận nghịch) là phản ứng chỉ xảy ra một chiều và có thể xảy ra đến mức hoàn toàn. Ví dụ: - Phản ứng thuận nghịch là phản ứng đồng thời xảy ra theo hai chiều ngược nhau. Ví dụ: CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O - Trong hệ thuận nghịch, khi tốc độ phản ứng thuận (vt) bằng tốc độ phản ứng nghịch (vn) thì hệ đạt tới trạng thái cân bằng. Nghĩa là trong hệ, phản ứng thuận và phản ứng nghịch vẫn xảy ra nhưng nồng độ các chất trong hệ thống không thay đổi. Ta nói hệ ở trạng thái cân bằng động. - Trạng thái cân bằng hoá học này sẽ bị phá vỡ khi thay đổi các điều kiện bên ngoài như nồng độ, nhiệt độ, áp suất (đối với phản ứng của chất khí). Hiệu suất phản ứng. Có phản ứng: A + B = C + D Tính hiệu suất phản ứng theo sản phẩm C hoặc D: Trong đó: qt là lượng thực tế tạo thành C hoặc D. qlt là lượng tính theo lý thuyết, nghĩa là lượng C hoặc D tính được với giả thiết hiệu suất 100%. Chú ý: - Khi tính hiệu suất phản ứng phải tính theo chất sản phẩm nào tạo thành từ chất đầu thiếu, vì khi kết thúc phản ứng chất đầu đó phản ứng hết. - Có thể tính hiệu suất phản ứng theo chất phản ứng A hoặc B tuỳ thuộc vào chất nào thiếu. - Cần phân biệt giữa % chất đã tham gia phản ứng và hiệu suất phản ứng. Ví dụ: Cho 0,5 mol H2 tác dụng với 0,45 mol Cl2, sau phản ứng thu được 0.6 mol HCl. Tính hiệu suất phản ứng và % các chất đã tham gia phản ứng. Giải: Phương trình phản ứng: H2 + Cl2 = 2HCl Theo phương trình phản ứng và theo đầu bài, Cl2 là chất thiếu, nên tính hiệu suất phản ứng theo Cl2: h==66,7% Còn % Cl2 đã tham gia phản ứng: h = =66,7% % H2 đã tham gia phản ứng = =60% Như vậy % chất thiếu đã tham gia phản ứng bằng hiệu suất phản ứng. - Đối với trường hợp có nhiều phản ứng xảy ra song song, ví dụ phản ứng crackinh butan: C10H4 → CH4 + C3H6 (1) C10H4 → C2H4 + C2H6 (2) C10H4 → H2 + C4H8 (3) Cần chú ý phân biệt: + Nếu nói "hiệu suất phản ứng crackinh", tức chỉ nói phản ứng (1) và (2) vìphản ứng (3)không phải phản ứng crackinh. + Nếu nói "% butan đã tham gia phản ứng", tức là nói đến cả 3 phản ứng. + Nếu nói "% butan bị crackinh thành etilen" tức là chỉ nói phản ứng (2).