Bài giảng Nhiệt động hóa học

8/12/2019 Bài giảng Nhiệt động hóa học

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-nhiet-dong-hoa-hoc 1/149

CH NG IƯƠCH NG IƯƠM T S KHÁI NI M VÀ Đ NHỘ Ố Ệ ỊM T S KHÁI NI M VÀ Đ NHỘ Ố Ệ Ị

LU T C B N C A HOÁ H CẬ Ơ Ả Ủ ỌLU T C B N C A HOÁ H CẬ Ơ Ả Ủ Ọ

1.1- M T S KHÁI NI M C B NỘ Ố Ệ Ơ Ả1.1- M T S KHÁI NI M C B NỘ Ố Ệ Ơ Ả1.2- M T S Đ NH LU T CỘ Ố Ị Ậ Ơ1.2- M T S Đ NH LU T CỘ Ố Ị Ậ Ơ

B NẢB NẢ

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



1.1- M T S KHÁI NI M C B NỘ Ố Ệ Ơ Ả1.1- M T S KHÁI NI M C B NỘ Ố Ệ Ơ Ả

1- Ch t:ấ1- Ch t:ấ là t p h p các ti u phân có thành ph n,c u t o, tínhậ ợ ể ầ ấ ạlà t p h p các ti u phân có thành ph n,c u t o, tínhậ ợ ể ầ ấ ạ

ch t xác đ nh và có th t n t i đ c l p trong nh ng đi u ki nấ ị ể ồ ạ ộ ậ ữ ề ệch t xác đ nh và có th t n t i đ c l p trong nh ng đi u ki nấ ị ể ồ ạ ộ ậ ữ ề ệnh t đ nh.ấ ịnh t đ nh.ấ ị

Ch t mà phân t đ c c u t o b i m t lo i nguyên tấ ử ượ ấ ạ ở ộ ạ ử Ch t mà phân t đ c c u t o b i m t lo i nguyên tấ ử ượ ấ ạ ở ộ ạ ử đ c g i là đ n ch t.ượ ọ ơ ấ đ c g i là đ n ch t.ượ ọ ơ ấ

Ch t mà phân t đ c c u t o b i hai lo i nguyên t trấ ử ượ ấ ạ ở ạ ử ở Ch t mà phân t đ c c u t o b i hai lo i nguyên t trấ ử ượ ấ ạ ở ạ ử ở lên đ c g i là h p ch t.ượ ọ ợ ấ lên đ c g i là h p ch t.ượ ọ ợ ấ

T p h p g m các phân t cùng lo i đ c g i là nguyênậ ợ ồ ử ạ ượ ọT p h p g m các phân t cùng lo i đ c g i là nguyênậ ợ ồ ử ạ ượ ọch t ấ ch t ấ T p h p g m các phân t khác lo i g i là h n h pậ ợ ồ ử ạ ọ ỗ ợ T p h p g m các phân t khác lo i g i là h n h pậ ợ ồ ử ạ ọ ỗ ợ

N N N N N≡ N (đơn chất)

NaCl Na Cl Na-Cl (hợp chất)





2-Nguyên t . Nguyên t . h!n tử ố ử 2-Nguyên t . Nguyên t . h!n tử ố ử

a- Nguyên t ử a- Nguyên t ử

Là h t nh nh t c a nguyên t không th phân chia nh h nạ ỏ ấ ủ ố ể ỏ ơLà h t nh nh t c a nguyên t không th phân chia nh h nạ ỏ ấ ủ ố ể ỏ ơtrong các ph n ng hóa h cả ứ ọtrong các ph n ng hóa h cả ứ ọ

Kh i l ng ngt tính theo đvCố ượ ử Kh i l ng ngt tính theo đvCố ượ ử !"."#

$gt không %ang đi n. Khi ngt % t electron t o ra ion & ngử ệ ử ấ ạ ươ$gt không %ang đi n. Khi ngt % t electron t o ra ion & ngử ệ ử ấ ạ ươ!cation#, ng c l i ngt nh n electron t o ion â% !anion#ượ ạ ử ậ ạ!cation#, ng c l i ngt nh n electron t o ion â% !anion#ượ ạ ử ậ ạ

!g#',()."(

""&vC)*=





c - Phân t :ử c - Phân t :ử Là ph n t !hay h t# nh nh t c a % t ch t có th t n t i đ cầ ử ạ ỏ ấ ủ ộ ấ ể ồ ạ ộLà ph n t !hay h t# nh nh t c a % t ch t có th t n t i đ cầ ử ạ ỏ ấ ủ ộ ấ ể ồ ạ ộl p %à v n gi nguyên tính ch t c a ch t đóậ ẫ ữ ấ ủ ấl p %à v n gi nguyên tính ch t c a ch t đóậ ẫ ữ ấ ủ ấ

+hân t đ c t o ra &o các nguyên t !ion # liên k t v i nhauử ượ ạ ử ế ớ+hân t đ c t o ra &o các nguyên t !ion # liên k t v i nhauử ượ ạ ử ế ớ

rong phân t phân c c t n t i các trung tâ% %ang đi n tíchử ự ồ ạ ệrong phân t phân c c t n t i các trung tâ% %ang đi n tíchử ự ồ ạ ệtrái & u, trong phân t không phân c c không có trung tâ%ấ ử ự trái & u, trong phân t không phân c c không có trung tâ%ấ ử ự %ang đi nệ%ang đi nệ

Kh i l ng phân t tính theo đvCố ượ ử Kh i l ng phân t tính theo đvCố ượ ử

+hân t không %ang đi nử ệ+hân t không %ang đi nử ệ ⇒⇒ t ng - đi n tích các ion trongổ ố ệt ng - đi n tích các ion trongổ ố ệphân t ng (.ử ằphân t ng (.ử ằ

b- Nguyên t :ố b- Nguyên t :ố p h p các lo i nguyên t có c/ng - đi n tích h t nhân !0#ậ ợ ạ ử ố ệ ạ p h p các lo i nguyên t có c/ng - đi n tích h t nhân !0#ậ ợ ạ ử ố ệ ạlà % t ngt hóa h cộ ố ọlà % t ngt hóa h cộ ố ọ1a - các nguyên t hóa h c trong ng 22 đ u là t p h pố ố ọ ả ề ậ ợ1a - các nguyên t hóa h c trong ng 22 đ u là t p h pố ố ọ ả ề ậ ợnhi u nguyên t c/ng lo i.ề ử ạnhi u nguyên t c/ng lo i.ề ử ạ





"- M#$. Kh % $ ng &#$. C'ng th ( $%ên hố ượ ứ ệ"- M#$. Kh % $ ng &#$. C'ng th ( $%ên hố ượ ứ ệg% ) &#$ *+ ,h % $ ng &#$ữ ố ượ g% ) &#$ *+ ,h % $ ng &#$ữ ố ượ

M#$ n: $+ / % $ ng 0ng / (h $ ng h t *% &'3 ng * % 1ạ ượ ể ỉ ố ượ ạ ứ ớ M#$ n: $+ / % $ ng 0ng / (h $ ng h t *% &'3 ng * % 1ạ ượ ể ỉ ố ượ ạ ứ ớ &#$ (h ) 4352.15ứ &#$ (h ) 4352.15ứ 2"2" h t *% &'ạh t *% &'ạ

Kh % $ ng &#$ M: $+ ,h % $ ng ( ) 1 &#$ h t *% &' / (ố ượ ố ượ ủ ạ ượ Kh % $ ng &#$ M: $+ ,h % $ ng ( ) 1 &#$ h t *% &' / (ố ượ ố ượ ủ ạ ượ t6nh 7 ng g)&ằt6nh 7 ng g)&ằ

C'ng th ( $%ên h g% ) n *+ M:ứ ệ ữ C'ng th ( $%ên h g% ) n *+ M:ứ ệ ữ 1.2

M

mn =



WWWDAYKEMQUYNHON UCOZ COM



1.2- M T S Đ NH LU T C B NỘ Ố Ị Ậ Ơ Ả1.2- M T S Đ NH LU T C B NỘ Ố Ị Ậ Ơ Ả

1- Đ nh $u t 7 # t#+n ,h % $ ngị ậ ả ố ượ 1- Đ nh $u t 7 # t#+n ,h % $ ngị ậ ả ố ượ ““Trong ph n ng ha h c t ng kh i l ng các ch t thamả ứ ọ ổ ố ượ ấ Trong ph n ng ha h c t ng kh i l ng các ch t thamả ứ ọ ổ ố ượ ấ gia p b ng t ng kh i l ng ! n ph m t o thành"ư ằ ổ ố ượ ả ẩ ạ gia p b ng t ng kh i l ng ! n ph m t o thành"ư ằ ổ ố ượ ả ẩ ạ

#- $ nh lu t thành ph n kh%ng đ i ị ậ ầ ổ #- $ nh lu t thành ph n kh%ng đ i ị ậ ầ ổ ““& t h p ch t ha h c 'ù đ c đi u ch b ng cách nàoộ ợ ấ ọ ượ ề ế ằ& t h p ch t ha h c 'ù đ c đi u ch b ng cách nàoộ ợ ấ ọ ượ ề ế ằc(ng đ u c thành ph n kh%ng đ i"ề ầ ổ c(ng đ u c thành ph n kh%ng đ i"ề ầ ổ

)-$ nh lu t *+%gađr%ị ậ)-$ nh lu t *+%gađr%ị ậ ““ cùng đi u ki n ,T p nh ng th t/ch kh/ b ng nhauỞ ề ệ ữ ể ằcùng đi u ki n ,T p nh ng th t/ch kh/ b ng nhauỞ ề ệ ữ ể ằđ u ch a cùng ! phân t kh/ nh nhau"ề ứ ố ử ư đ u ch a cùng ! phân t kh/ nh nhau"ề ứ ố ử ư






8 - h ng t9nh t9 ng th;% ,h6 $6 t ngươ ạ ưở 8 - h ng t9nh t9 ng th;% ,h6 $6 t ngươ ạ ưở

1 c đi % c a tr ng thái khí kho ng cách gi a các phân t khíặ ể ủ ạ ả ữ ử 1 c đi % c a tr ng thái khí kho ng cách gi a các phân t khíặ ể ủ ạ ả ữ ử l nớl nớ ⇒⇒ l c t ng tác gi a các phân t khí nhự ươ ữ ử ỏl c t ng tác gi a các phân t khí nhự ươ ữ ử ỏ ⇒⇒ các phân t khíử các phân t khíử chuy n đ ng t &oể ộ ự chuy n đ ng t &oể ộ ự ⇒⇒ ch3ng - va ch % !va ch % gi a cácẽ ạ ạ ữ ch3ng - va ch % !va ch % gi a cácẽ ạ ạ ữ phân t khí v i nhau và va ch % gi a các phân t khí v i thànhử ớ ạ ữ ử ớphân t khí v i nhau và va ch % gi a các phân t khí v i thànhử ớ ạ ữ ử ớ4nh# gây ra áp -u t.ấ4nh# gây ra áp -u t.ấ

Khí lí t ng là khí đ c gi thi t th tích c a nó ng khôngưở ượ ả ế ể ủ ằKhí lí t ng là khí đ c gi thi t th tích c a nó ng khôngưở ượ ả ế ể ủ ằ ⇒⇒ khi đó ch3ng không có l c t ng tác gi a các phân tự ươ ữ ử khi đó ch3ng không có l c t ng tác gi a các phân tự ươ ữ ử ⇒⇒ -ự -ự chuy n đ ng c a khí ch ph thu c vào nhi t đ , áp -u t, thể ộ ủ ! ộ ệ ộ ấ ểchuy n đ ng c a khí ch ph thu c vào nhi t đ , áp -u t, thể ộ ủ ! ộ ệ ộ ấ ểtích và - %ol khí.ốtích và - %ol khí.ố

+h ng tr4nh liên h các đ i l ng trên g i là ph ng tr4nhươ ệ ạ ượ ọ ươ+h ng tr4nh liên h các đ i l ng trên g i là ph ng tr4nhươ ệ ạ ượ ọ ươtr ng thái khí lí t ng. +h ng tr4nh đ c vi t & ng đ n gi nạ ưở ươ ượ ế ạ ơ ảtr ng thái khí lí t ng. +h ng tr4nh đ c vi t & ng đ n gi nạ ưở ươ ượ ế ạ ơ ả-au-au






55 P áp su t khí, V th tích khí, T nhi t đ tuy t đ i (T = t ấ ể ệ ộ ệ ố oc + 273

K).

- R- h ng s khí í t ng, đ c tính th!o c"ng th c#ằ ố ưở ượ ứ

Th$y s # Pố %=&$t', T %=273K, V %=22,ít ⇒

- u đ i đ n * áp su t * th tích, giá t R nhn các giá t s$u#ế ổ ơ ị ấ ể ị ịR=2%% ''/g.'0'o.K = 1,3&0'o.K=&,17 c$0'o.K

p67n8 !".*#

6 n & ng ph ng tr4nh !".*# đ ậ ! ươ ể6 n & ng ph ng tr4nh !".*# đ ậ ! ươ ể

9ác đ nh kh i l ng phân tị ố ượ ử 9ác đ nh kh i l ng phân tị ố ượ ử

:uy ra đ nh lu t ;vôgađrôị ậ:uy ra đ nh lu t ;vôgađrôị ậ

:uy ra đ nh lu t <alton v tính áp -u t riêng ph n c aị ậ ề ấ ầ ủ:uy ra đ nh lu t <alton v tính áp -u t riêng ph n c aị ậ ề ấ ầ ủkhíkhí

=p -u t riêng ph n pi c a khí i trong h n h pấ ầ ủ " ợ=p -u t riêng ph n pi c a khí i trong h n h pấ ầ ủ " ợ

!".>#

.0,082

.

l atm R

mol K =

0

00

T

V P R=

V

RTnp ii =








0- $ nh lu t đ ng l ngị ậ ươ ượ 0- $ nh lu t đ ng l ngị ậ ươ ượ rong các ph n ng hoá h c, các nguyên t ph n ng v i nhauả ứ ọ ố ả ứ ớrong các ph n ng hoá h c, các nguyên t ph n ng v i nhauả ứ ọ ố ả ứ ớ!k t h p ho c thay th # theo nh ng Fuan h kh i l ng hoànế ợ ặ ế ữ ệ ố ượ!k t h p ho c thay th # theo nh ng Fuan h kh i l ng hoànế ợ ặ ế ữ ệ ố ượ

toàn xác đ nh. 6í & trong các ph n ngị ! ả ứ toàn xác đ nh. 6í & trong các ph n ngị ! ả ứ 2iđrô !",((g# G Clo !*A,Ag#2iđrô !",((g# G Clo !*A,Ag# →→ 2iđrô clorua !*',Ag# 2iđrô clorua !*',Ag#$atri !)*g# G Clo !*A,Ag#$atri !)*g# G Clo !*A,Ag# →→ $atri clorua !AD,Ag# $atri clorua !AD,Ag#$atri !)*g# G Exi !Dg#$atri !)*g# G Exi !Dg# →→ $atri oxit !*"g# $atri oxit !*"g#2iđrô !"g# G oxi !Dg#2iđrô !"g# G oxi !Dg# →→ $ c !g#ướ $ c !g#ướ

$atri !)*g# G $ c !"Dg#ướ$atri !)*g# G $ c !"Dg#ướ →→ $atri hiđrôxit !>(g# G 2iđrô !"g#$atri hiđrôxit !>(g# G 2iđrô !"g#

$h v y các kh i l ng "g hiđrô, *A,Ag clo, )*g natri, Dg oxiư ậ ố ượ$h v y các kh i l ng "g hiđrô, *A,Ag clo, )*g natri, Dg oxiư ậ ố ượH làH là t ng đ ngươ ươt ng đ ngươ ươ v i nhau trong các ph n ng hoá h c.ớ ả ứ ọv i nhau trong các ph n ng hoá h c.ớ ả ứ ọ

45 th nh n th y ng các 6u$n h ny kh"ng ph thu c *oể ậ ấ ằ ệ ụ ộ45 th nh n th y ng các 6u$n h ny kh"ng ph thu c *oể ậ ấ ằ ệ ụ ộđ n * kh i ng đ c 8ng, 8 đ5 đ*4, g$', kg, t n,9. V:ơ ị ố ượ ượ ấ đ n * kh i ng đ c 8ng, 8 đ5 đ*4, g$', kg, t n,9. V:ơ ị ố ượ ượ ấ * y t ng 6uát h n c5 th n5i ng tong các ph n ng hoá h c &ậ ổ ơ ể ằ ả ứ ọ* y t ng 6uát h n c5 th n5i ng tong các ph n ng hoá h c &ậ ổ ơ ể ằ ả ứ ọ

ph n kh i ng hiđ" t ng đ ng * i 3;,; ph n kh i ng co,ầ ố ượ ươ ươ ớ ầ ố ượ ph n kh i ng hiđ" t ng đ ng * i 3;,; ph n kh i ng co,ầ ố ượ ươ ươ ớ ầ ố ượ 23 ph n kh i ng n$ti, 1 ph n kh i ng o<i9ầ ố ượ ầ ố ượ 23 ph n kh i ng n$ti, 1 ph n kh i ng o<i9ầ ố ượ ầ ố ượ






đó ng i ta đ a ra % t đ i l ng g i là$ ư# ư ộ ạ ượ ọ đó ng i ta đ a ra % t đ i l ng g i là$ ư# ư ộ ạ ượ ọ đ ng l ngươ ượđ ng l ngươ ượ và đ c đ nh nghIa nh -auượ ị ư và đ c đ nh nghIa nh -auượ ị ư

== $ ng l ng c a m t nguyên t là ! ph n kh iươ ượ ủ ộ ố ố ầ ố $ ng l ng c a m t nguyên t là ! ph n kh iươ ượ ủ ộ ố ố ầ ố l ng c a nguyên t đ k t h p ho c thay th 1 ph n kh iượ ủ ố ế ợ ặ ế ầ ố l ng c a nguyên t đ k t h p ho c thay th 1 ph n kh iượ ủ ố ế ợ ặ ế ầ ố l ng hiđr% trong các ph n ng hoá h cượ ả ứ ọl ng hiđr% trong các ph n ng hoá h cượ ả ứ ọ ==

1 ng l ng là đ i l ngươ ượ ạ ượ1 ng l ng là đ i l ngươ ượ ạ ượ không có th nguyên c đ nhứ ố ịkhông có th nguyên c đ nhứ ố ị ..Kí hi u đ ng l ng là 1.ệ ươ ượKí hi u đ ng l ng là 1.ệ ươ ượ

Q





& t ! h 2uộ ố ệ ả& t ! h 2uộ ố ệ ả

/ ng $ ng ( ) & t nguyên t Đươ ượ ủ ộ ố/ ng $ ng ( ) & t nguyên t Đươ ượ ủ ộ ố

$h v y % t nguyên t đa hoá tr - có các giá trư ậ ộ ố ị ẽ ị$h v y % t nguyên t đa hoá tr - có các giá trư ậ ộ ố ị ẽ ịđ ng l ng khác nhau.ươ ượđ ng l ng khác nhau.ươ ượ

6í & trong JeE th4 1!6í & trong JeE th4 1! JeJe7A') 7)D7A') 7)D

trong Jetrong Je))EE** th4 1th4 1JeJe7 A'* 7 "D,'B.7 A'* 7 "D,'B.

Đ ng $ ng ( ) (;( h > (h tươ ượ ủ ợ ấĐ ng $ ng ( ) (;( h > (h tươ ượ ủ ợ ấ $ i + i a3it - ba4ố ớ ơ $ i + i a3it - ba4ố ớ ơ ##

n

AĐngtô =

; ? kh i l ng ngtố ượ ử ; ? kh i l ng ngtố ượ ử

n5 hóa tr c a ngtị ủ ốn5 hóa tr c a ngtị ủ ố!".'#!".'#

ĐĐ)?%t)?%t@ M@ M)?%t)?%t %#n Hố %#n Hố t9)# / %t9)# / %

ĐĐ7)ơ 7)ơ @ M@ M7)ơ 7)ơ %#n OHố %#n OHố -- t9)# / %t9)# / %!".B#!".B#


ố ốố ố




$ i + i mu i ố ớ ố $ i + i mu i ố ớ ố

1 i v i ch t oxi hóa 5 khố ớ ấ ử 1 i v i ch t oxi hóa 5 khố ớ ấ ử

11%u iố%u iố 7M7M%u iố%u iố - đi n tích & ng c a ki% lo i đN pố ệ ươ ủ ạ ư - đi n tích & ng c a ki% lo i đN pố ệ ươ ủ ạ ư !".D#!".D#

11oxhoxh7 M7 Moxhoxh- e nh nố ậ- e nh nố ậ

11khkh

7 M7 Mkhkh

- e nh ngố ư#- e nh ngố ư#!".#!".#

$ nh lu t đ ng l ng.ị ậ ươ ượ $ nh lu t đ n g l ng.ị ậ ươ ượ OOcác ch t tác ' ng + i nhau th5o nh ng ph n kh iấ ụ ớ ữ ầ ố các ch t tác ' ng + i nhau th5o nh ng ph n kh iấ ụ ớ ữ ầ ố

l ng t l + i đ ng l ng c a ch6ngượ ỉ ệ ớ ươ ượ ủl ng t l + i đ ng l ng c a ch6ngượ ỉ ệ ớ ươ ượ ủ PP

Qi - có ph n ng t ng Fuát -au %; G n@ả ử ả ứ ổQi - có ph n ng t ng Fuát -au %; G n@ả ử ả ứ ổ →→ pC G F<pC G F<Kh i l ng và đ ng l ng c a các ch t tha% gia ph n ngố ượ ươ ượ ủ ấ ả ứ Kh i l ng và đ ng l ng c a các ch t tha% gia ph n ngố ượ ươ ượ ủ ấ ả ứ là %là %;;, 1, 1;; % %@@, 1, 1@@ ⇒⇒ i u th c toán h c c a đ nh lu t đ ngể ứ ọ ủ ị ậ ươi u th c toán h c c a đ nh lu t đ ngể ứ ọ ủ ị ậ ươl ng có & ng -auượ ạl ng có & ng -auượ ạ





B

A

B

A

Đ

Đ

m

m=

B

B

A

A

Đ

m

Đ

m= !"."(#!"."(#

1 t !g i là - %ol đ ng l ng#ặ ọ ố ươ ượ1 t !g i là - %ol đ ng l ng#ặ ọ ố ươ ượĐ

mnđ =

nnđ ;đ ;7 n7 nđ @đ @!".""#!".""#

phát bi u đ nh lu t đ ng l ng th5o cách khácể ị ậ ươ ượ phát bi u đ nh lu t đ ng l ng th5o cách khácể ị ậ ươ ượ các ch t tác ng * i nh$u th!o nh ng s 'o đ ngấ ụ ớ ữ ố ươ các ch t tác ng * i nh$u th!o nh ng s 'o đ ngấ ụ ớ ữ ố ươ ng > ng nh$u ượ ằ ng > ng nh$u ượ ằ


t t & ít hịt t & ít hịWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



t$n tong & ít ung ch. ịt$n tong & ít ung ch. ị6í & && 2!6í & && 2! )):E:E>> (,()$(,()$ ⇔⇔ trong "lít && có (,()%oltrong "lít && có (,()%ol

đ ng l ng 2ươ ượđ ng l ng 2ươ ượ )):E:E>> hay (,()xD)7 (,Dga% 2hay (,()xD)7 (,Dga% 2)):E:E>>..

Nồng độ đương lượng tính theo công thứ c:Nồng độ đương lượng tính theo công thứ c:

V

nN đ=

nnđđ5 - %ol đ ng l ngố ươ ượ5 - %ol đ ng l ngố ươ ượ

6 ? th tích &ung & ch !lit#ể ị6 ? th tích &ung & ch !lit#ể ị!".")#!".")#

nnđđ7$.67$.6 hay vào t !".""# ta cóhay vào t !".""# ta có

$$;;66;;7$7$@@66@@ !"."*#!"."*#

B% u th ( 1.1"ể ứ B% u th ( 1.1"ể ứ là i u th c h Fu c a đ nh lu tể ứ ệ ả ủ ị ậlà i u th c h Fu c a đ nh lu tể ứ ệ ả ủ ị ậđ ng l ng, nó đ c - & ng r t nhi u vào vi c phaươ ượ ượ ử ! ấ ề ệđ ng l ng, nó đ c - & ng r t nhi u vào vi c phaươ ượ ượ ử ! ấ ề ệloNng &ung & ch.ịloNng &ung & ch.ị


R %@RS +%WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



@RS +%@RS +%BT 1: B m 6,13lt !" # $%o b&n" !n đ' "(t " t !"ông !". )*n +ong, t"a t" t"ơ ế ế ể

tc" # b ng đ(ng t" tc" !" -ằ ể 2. " i l ng b&n" -ố ượ 2 n ng " n ,0gam.ặ ơT&m !" i l ng mol c a !" #. Bi t t" tc" !" đo 2,3ố ượ ủ ế ể ở 0), 1atm.

Đs: M X =44g

BT2 : cng n"i t đ $% p 45 t, !" i l ng c a cng m t t" tc" !" n ng& ệ ộ ấ ố ượ ủ ộ ể ặ" n !" )ơ 2 2 l n. T&m !" i l ng c a 3,27 lt m i !" t i 1atm $% 30ầ ố ượ ủ " ạ 0)

Đs:mCO2=6,6g; mY =13,2g

BT3: Đ !" 1,8g o+it m t !im lo i ng i ta p" i ng 6ml !" 9ể ử ộ ạ ư# ả 2 đ!tc;. Tn"đ ng l ng c a !im lo iươ ượ ủ ạ

Đs: Đkl=18,6

BT< : = t !im lo i c> đ ng l ng b ng 2,7. Tn" !" i l ng !im lo i c n t"i tộ ạ ươ ượ ằ ố ượ ạ ầ ếđ đ đ c 00ml "iđ?ô ?a !" i a+it đ!tcể ' ượ ỏ ở

Đs: m=1,44g

BT: #c đ n" l ng 4 t t?ong m t " p !im, bi t ? ng 4a5 !"i "@a tan 0,3g " p !imị ượ ( ộ ợ ế ằ ợn% t?ong 92-< lo'ng ng i ta p" i ng 20ml =nư# ả <0,02N đ +c đ n"ể ịl ng -ượ < đ c t o t"%n".ượ ạ

Đs: m !"=#,28gBT6: #c đ n" đ ng l ng c a ngt # t?ong "ai o+it:ị ươ ượ ủ ố

C +it t" n" t c" a 22,23D o+iứ ấ ứ C +it t" "ai c" a 30D o+iứ ứ

Đs: Đ X1=28; Đ X2=18,6

BT: ) 0,2g o+i "o c 3,1g m t t?ong cc "alogn tc ng $ a đ $ i cng m tứ ặ ộ ! $ ủ ớ ộl ng !im lo i. Tn" đ ng l ng c a "alogn đ>.ượ ạ ươ ượ ủWWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Ấ ẤWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



CH NG II C U T O CH TƯƠ Ấ Ạ Ấ

I- C U T O NGUYÊN TẤ Ạ Ử- Khái ni m ngt đã đ c các nhà tri t h c c Hylap đ a raệ ử ượ ế ọ ổ ư cách đây h n hai ngàn năm ( mang tên Hylap “ơ ατoµoσ” nghĩa là

không th phân chia)ể- ăm !"#$ %alton& trên c ' các đ nh l t c n c a h*aơ ở ị ậ ơ ả ủ

h c đã đ a ra gi thy t + ngt & th a nh n ngt là h t nh nh tọ ư ả ế ề ử ừ ậ ử ạ ỏ ấc t o nên các ch t& không th phân chia nh h n ng ph n ngấ ạ ấ ể ỏ ơ ằ ả ứ

h*a h cọ- ăm !"!! ,+ôgađrô trên c ' thy t ngt c a %alton đãơ ở ế ử ủđ a ra gi thy t + phân t +à th a nh n phân t đ c t o thànhư ả ế ề ử ừ ậ ử ượ ạt các ngt & là h t nh nh t c a m t ch t& mang đ y đ tnh ch từ ử ạ ỏ ấ ủ ộ ấ ầ ủ ấc a ch t đ*ủ ấ

- ăm !".! thy t ngt & phân t chnh th c đ c th a nh nế ử ử ứ ượ ừ ậ

t i h i ngh h*a h c th gi i h p /h y 'ĩ0ạ ộ ị ọ ế ớ ọ ở ụ- 1 n c i th k !2 +à đ th k 3# + i nh ng thành t c aế ố ế ỉ ầ ế ỉ ớ ữ ự ủ+ t l& các thành ph n c a ngt l n l t đ c pháp hi nậ ầ ủ ử ầ ượ ượ ệ


ẫ ổ ểWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



1- M t s m u nguyên t c đi nộ ố ẫ ử ổ ể

1.1- M u Rutherfr! "R # f- $nh%. 1&11ẫ ơ ơ 4 ng th nghi m cho 56ngằ ệ ∝ n 7a lá +àng m ng& nămắ ỏ

!2!! nhà ác h c ,nh 8th9r:or5 đã đ a ra gi thy t +ọ ư ả ế ềngt ;ử

- Trong nguyên t có m t h t nhân gi a và cácử ộ ạ ở ữ

electron quay xung quanh gi ng nh các hành tinh quayố ư xung quanh m t tr i.ặ ờ - H t nhân m ng đi n tích d ng, có ích th c r tạ ạ ệ ươ ướ ấ

nh !o v i ích th c c a ngt nh ng l i t " trung h uỏ ớ ướ ủ ử ư ạ ậ ầ nh toàn # h i l ng ngt ư ộ ố ượ ử

< hành tinh ngt 8th9r:or5 c* th i 5i n nh h=nhẫ ử ể ể ư +!





α

H$nh %.&. ' đ thí nghi m c a (uther)ord và m u nguyên t hành tinhơ ồ ệ ủ ẫ ử

< hành tinh ngt 8th9r:or5 đã gi i thch đ c k t 7ẫ ử ả ượ ế ảth nghi m trên +à cho ph>p h=nh 5ng m t cách đ n gi n c t oệ ộ ơ ả ấ ạngt 0 /y nhiên không gi i thch đ c ' t n t i c a ngt +à hi nử ả ượ ự " ạ ủ ử ệt ng phát ? 7ang ph + ch c a ngt 0ượ ạ ổ ạ ủ ử


( h) h ê h " h%ử




1.'- M( h)nh nguyên t *hr "*- +,n m ch%. 1&1ử ạ

% a trên thy t l ng t c a @lanck (@lăng) 4ohr đã đ a raự ế ượ ử ủ ư

hai đ nh đ ;ị ề- Trong nguyên t các electron ch có th chuy n đ ngử ỉ ể ể ộ

trên nh ng qu đ o xác đ nh g i là qu đ o l ng t . ngữ ỹ ạ ị ọ ỹ ạ ượ ử Ứ v i m i qu đ o có m c n*ng l ng xác đ nh.ớ ỗ ỹ ạ ứ ượ ị

Qu đ o l ng t ph i th a mãn đi u ki n sau: ỹ ạ ượ ử ả ỏ ề ệ

h – h ng s Planck (6,62.10ằ ố -27 erg.s= 6,62.10-34 j.s

m – kh i l ng electronố ượ v- v n t c ch! n " ng c a electronậ ố ể ộ ủ

r- #$n k%ch & " o ỹ ạn- s l ng t . n = 1,2,3,4,',.ố ượ ử )%ch mvr g i l* m+men " ng l ngọ ộ ượ

2π

hnmvr = "'.1%





- +hi electron chuy n đ ng t qu đ o này !ang quể ộ ừ ỹ ạ ỹ đ o hác th$ x y ra ! h " th hay gi i "hóng n*ngạ ả ự ấ ả

l ng, n*ng l ng đ c h " th hay gi i "hóng # ngượ ượ ượ ấ ả !hi u gi a % m c n*ng l ngệ ữ ứ ượ hν n/ 0 n.

/hy t 4ohr cho ph>p gi i thch đ c c t o 7ang phế ả ượ ấ ạ ổ+ ch c a ngyên t hi5ro& cho ph>p tnh đ c án knh c aạ ủ ử ượ ủngyên t hi5ro tr ng thái c n r A #&B3 ,ử ở ạ ơ ả #

/y nhiên thy t 4ohr c6n c* nhi h n ch nh ; khôngế ề ạ ế ư gi i thch đ c c t o c a nh ng ngyên t ph c t p& khôngả ượ ấ ạ ủ ữ ử ứ ạgi i thch đ c ' tách + ch 7ang ph 5 i tác 5 ng c aả ượ ự ạ ổ ướ ụ ủđi n tr ng& t tr ng& không c* c ' lC thy t tho đáng màệ ư# ừ ư# ơ ở ế ả

c* tnh ch t gi thy t đ c đoán0 Di c gi i thch c t oấ ả ế ộ ệ ả ấ ạngyên t m t cách nh t 7án ph i nh đ n thy t c h cử ộ ấ ả # ế ế ơ ọl ng t 0ượ ử





K

E

<

r3

rF

E

K

<

G!

G!I

G!2

H$nh %.%. 1ác qu đ o l ng t theo thuy t ngt c a 2ohr và ! t oỹ ạ ượ ử " ử ủ ự ạthành các d3y quang "h v ch c a ngt hyđr4# ạ ủ ử


' Nh ti đ h tữ ề ề ủ ơ ượ ửWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



'- Nh ng ti n đ c , c h c ng tữ ề ề ủ ơ ọ ượ ử '.1- Thuy t ng t /,nc0ế ượ ử (@lăng- 1 c)0!2##ứ

- Jnh 'áng hay các c ? n*i chng không ph i liên t c màứ ạ ả ụ

g m nh ng l ng nh riêng i t g i là nh ng l ng t" ữ ượ ỏ ệ ọ ữ ượ ử - < i l ng t mang m t năng l ng tnh ng i th c;$ ượ ử ộ ượ ằ ể ứ

'.'- Thuy t sng- h t c , h t 2i m(ế ạ ủ ạăm !23I nhà + t lC h c @háp E059 4rogli9 (1 4r i) trên cậ ọ ơ ơ ơ' c a thy t '*ng h t c a ánh 'áng đã đ ra gi thy t;ở ủ ế ạ ủ ề ả ế

m i h t v t ch t chuy n đ ng đ u có th coi nh làọ ạ ậ ấ ể ộ $ ể ư

m t quá tr$nh !óng đ c tr ng # ng # c !óngộ ặ ư ! ướ λ tínhtheo h th cệ ứ

hνE = ν - Eà t n ' c ?ầ ố ứ ạ "'.'%

mv

hλ = "'.%

m: Kh i l ng h t ố ượ ạ

v: t c đ chuy n đ ng c a h t ố ộ ể ộ ủ ạ

h: h ng s Planck (6,62.10ằ ố -2 !"g.s# 6,62.10-$% &.s





ăm !23I ng i ta đã ?ác đ nh đ c kh i l ng c aư# ị ượ ố ượ ủ9l9ctron& nghĩa là th a nh n 9l9ctron c* n ch t h từ ậ ả ấ ạ

ăm !23$ %a+i''on +à 9rm9r đã th c nghi m cho th yự ệ ấhi n t ng nhi ? chLm 9l9ctron0 h + y n ch t '*ng c aệ ượ ạ ư ậ ả ấ ủ9l9ctron cMng đ c th a nh n0ượ ừ ậ

h + y;ư ậ electron v a có # n ch t !óng v a có # nừ ả ấ ừ ả

ch t h t ấ ạ

' i v i nh ng v t th v m) (m c* gi+ t" " t l n nn cố ớ ữ ậ ể ị ấ ớ ướ s*ng λ c* gi+ t" " t nh nn ta c* th /ua n ch t s*ng ị ấ ỏ ể ỏ ả ấ





ví d & l!ct"on kh i l ng ,1.10ố ượ -2g chuy n đ ng v i v n t c 3 p 3ể ộ ớ ậ ố ấ ỉ 10m4s s sinh "a m t s*ng t5nh th!o i u th c (2.$ẽ ộ ể ứ

ví d % t )t) kh i l ng 1000kg chuy n đ ng v i v n t c 2km4hộ ố ượ ể ộ ớ ậ ố s sinh "a m t s*ng t5nh th!o i u th c (2.$ẽ ộ ể ứ

m7.10.109,1.10

6,62.10λ 8

828

27−

−

−

≈=

m3,3.10.2.1010

6,62.10λ 36

36

27−

−

≈=





'.- Nguyên 3 4 t đ nh Heisen4ergấ ị (Hai?9n9c-1 c)0ứ 1&'5

1 i + i m t h t +i mô không th ?ác đ nh chnh ?ác đ ngố ớ ộ ạ ể ị "

th i c t c đ +à + tr# ả ố ộ ị

/h9o h th c này th= +i c ?ác đ nh t a đ càng chnh ?ácệ ứ ệ ị ọ ộao nhiê th= +i c ?ác đ nh t c đ càng k>m chnh ?ác yệ ị ố ộ ấnhiê0

ví d 5 u l y đ # t đ nh c a "h6" đo v trí electron trong ngt " ấ ộ ấ ị ủ ị ử x là &7-&7m

8ngt có đ ng ính c &7ử ườ % -9m: th$ đ # t đ nh c a "h6" đo t c đ ! làộ ấ ị ủ ố ộ &

,m

h

2Δx.Δv ≥ "'.6%

∆ 3: đ t đ nh v v t"5 ộ ấ ị ề ị

∆v : đ t đ nh v t c đ ộ ấ ị ề ố ộ

m: kh i l ng h t ố ượ ạ

m/s10.1006,28.9,1.1

6,62.10Δv 101028

27

≈= −−

−

ghĩa là m c ph i 'ai ' ? p ? ng + n t c ánh 'ángắ ả ố ấ ỉ ằ ậ ố


7h8i ni m c 4 n 2 c h c ng tệ ơ ả ề ơ ọ ượ ửWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



- 7h8i ni m c 4 n 2 c h c ng tệ ơ ả ề ơ ọ ượ ử .1- H9m sng

/r ng thái c a h +ĩ mô ' hoàn toàn đ c ?ác đ nh n i tạ ủ ệ ! ượ ị ế ế7 đ o +à + n t c chy n đ ng c a n*0 /rong khi đ* đ i + i% ạ ậ ố ể ộ ủ ố ớnh ng h +i mô& 5o n ch tữ ệ ả ấ sng : h tạ +à nguyên 3 4 t đ nhấ ị &khái ni m 7 đ o không c6n C nghĩa n a0ệ % ạ ữ

/rong c h c l ng t tr ng thái c a 9l9ctron 7anh nhânơ ọ ượ ử ạ ủngyên t đ c mô t ng m t hàm ?ác đ nh g i làử ượ ả ằ ộ ị ọ h9m sng

hay h9m tr ng th8iạ ψ";<y<#% (đ c là; @ ?i) c a các i n t a đọ ơ ủ ế ọ ộ?&y&N trong t a đ %9car5 hayọ ộ ψ"r<θ < % c a các i n r&ủ ế θ&ϕ trong t aọđ c 0ộ ầ

4 n thân hàmả ψ không c* C nghĩa + t l g=& nh ngậ ư ψ 3 l i c* Cạnghĩa + t l 7an tr ng0ậ ọ

- ψ 3 i thể ị m t đ ;8c su tậ ộ ấ t=m th y h t t i m t đi m nh tấ ạ ạ ộ ể ấđ nh trong không gianị

- ψ 3 5+ i th ?ác ' t t=m th y h t t i m t th tch 5+0ể ị ấ ấ ạ ạ ộ ểHàm '*ng ψ nh n đ c khi gi i ph ng tr=nh '*ng0ậ ượ ả ươ


'- /h ng tr)nh sngươ




.'- /h ng tr)nh sngươ

Eà ph ng tr=nh mô t tr ng thái chy n đ ng c a h t +i môươ ả ạ ể ộ ủ ạtrong không gian0 1* là ph ng tr=nh '*ng 5o nhà ác h c Joươ ọ

Ochro5ing9r đ a ra năm !23.0 @h ng tr=nh c* 5 ng nh 'a;ư ươ ạ ư

1 i + i ài toán c th & thay P ng i th c tnh th năng c aố ớ ụ ể ằ ể ứ ế ủh t +à gi i ph ng tr=nh nh n đ c các nghi mạ ả ươ ậ ượ ệ ψ !& ψ 3& ψ FQ0 ψ n đ c&tr ng cho các tr ng thái khác nha c a h t +i mô +à các giá tr năngư ạ ủ ạ ịl ng ng + i m i tr ng thái đ*ượ ứ ớ $ ạ

7: 8h n9ng c a h t ế ủ ạ

: 9ng l ng to;n ph n c a h t ượ ầ ủ ạ

m: Kh i l ng c a h t ố ượ ủ ạ

0)(8

2

2

2

2

2

2

2

2

=Ψ−+∂

Ψ∂+

∂

Ψ∂+

∂

Ψ∂- .

h

m

/ ! 0

π "'.=%


6- Nguyên t Hyđr( 29 nh ng in gi ng Hyđr(ử ữ ố (H9R& Ei3R)




6 Nguyên t Hyđr( 29 nh ng in gi ng Hyđr(ử ữ ố (H9 & Ei )

6.1- /h ng tr)nh sng >chr!inger đ i 2 i ngt hyđr(ươ ố ớ ử

1 i + i tr ng h p Eiố ớ ư# ợ 3R+à H9R i th c th năng ' làể ứ ế !

i i ph ng tr=nh Ochro5ing9r trên t a đ c ta đ cả ươ ọ ộ ầ ượcác hàm ψ 8r,θ ,ϕ : , t đó t$m đ cừ ượ ψ %8r,θ ,ϕ : ; 5*ng l ng toànượ

"h n ; <4 men đ ng l ng <, H$nh chi u m4 men đ ngầ ộ ượ " ộ

l ng < ượ = c a 9l9ctron0 /rong các i th c tnh các đ i l ng nàyủ ể ứ ạ ượ? t hi n nh ng con ' ngyên t ng ng g i làấ ệ ữ ố ươ ứ ọ nh ng ! l ngữ ố ượ t ử

": kho ng c+ch t l!ct"on đ n h tả ừ ế ạ

nh<n

: 9ng l ng to;n ph n c a h t ượ ầ ủ ạ

m: Kh i l ng c a h t ố ượ ủ ạ

0)(8 2

2

2

2

2

2

2

2

2

=Ψ++∂Ψ∂+

∂Ψ∂+

∂Ψ∂

re .

hm

/ ! 0π "'.=%

r

Ze

U

2

−= S là đi n tch h t nhânệ ạ


6 ' O 4i ê M? ử




6.'- Or4it, nguyên t . M?y eectrnử

@h ng tr=nh '*ng Ochro5ing9r c* +ô ' nghi m0 1* làươ ố ệnh ng hàmữ ψ (r&θ&ϕ) & đ c g i là các orital ngyên t (atomicượ ọ ử orital)& +i t t t là ,T0 h + y;ế ắ ư ậ

>r#ital ngt là nh ng hàm !óng m4 t các tr ng tháiử ữ ả ạc a electron trong ngt .ủ ử

< i hàm '*ng là tch c a 3 hàm; 8$ ủ nl(r) g i là hàm ánọ

knh& ph th c +ào kho ng cách rU +à hàm Vụ ộ ả lm(θ&ϕ) g i là hàmọg*c& ph th c +ào các g*cụ ộ θ&ϕ0

ψ (r&θ&ϕ) # 8nl(r)0 Vlm(θ&ϕ) "'.@%


2 ng % & < t ! or#ital chính c a ngt hiđr4ả ộ ố ủ ử




2 ng %.&. < t ! or#ital chính c a ngt hiđr4ả ộ ố ủ ử

K hi ,Tệ 8nl(r) Vlm(θ&ϕ)

!'

3'

3pN

3py

3p?

2/r)e(2

22

1 r−

−

r/2-.r.e62

1 π2

1

π2

1

θ π cos

3

ϕ θ

π

s!ns!n

3

ϕ θ π

coss!n

3

r/2-.r.e62

1

r/2-.r.e

62

1

r2e−


?í d nghi m đ n gi n nh t mô t tr ng thái c n c a 9l9ctron trong ngtệ ơ ả ấ ả ạ ơ ả ủ ử




?í d nghi m đ n gi n nh t mô t tr ng thái c n c a 9l9ctron trong ngtệ ơ ả ấ ả ạ ơ ả ủ ử hyđrô c* 5 ng;ạ

Hàm này ch ph th c +ào i n ' t a đ r0 / hàm này ta i tỉ ụ ộ ế ố ọ ộ ừ ếđ cượ ψ 3(r ) i th ?ác ' t c* m t 9l9ctron t i + tr t ng ngể ị ấ & ạ ị ươ ứ

4i 5i n ' ph th c c a hàmể ự ụ ộ ủ ψ 3 th9o kho ng cách r ta đ cả ượđ ng cong phân m t đ ?ác ' t c* m t 9l9ctron tr ng thái c nư# ố ậ ộ ấ & ở ạ ơ ả(h=nh 2.$.0 /h9o đ*;

- < t đ ?ác ' t c* m t 9l9ctron gi m 5 n t h t nhân ra ngoàiậ ộ ấ & ả ầ ừ ạ

- kho ng cách ?a h t nhân' ả ạ ψ 3 c* giá tr nh nh ng không ng #0ị ỏ ư ằ(1 ng i 5i n không c t tr c hoành mà ch ti m c n + i tr c này)ư# ể ắ ụ ỉ ệ ậ ớ ụ

< t cách h=nh nh ng i ta c* th i 5i n ' phân m t đ ?ácộ ả ư# ể ể ự ố ậ ộ' t t=m th y 9l9ctron trong ngt ng nh ng 5 ch m0 < t đ c a cácấ ấ ử ằ ữ ấ ấ ậ ộ ủch m ' l n g n nhân +à th a 5 n khi ?a nhân0 Khi đ* ,T gi ng nh m tấ ! ớ ở ầ ư ầ ố ư ộđám mây 9l9ctron0 h + y;ư ậ

<ây electron là v@ng h4ng gian chung quanh h t nhân ngt ,ạ ử t i đó có m t electron chuy n đ ngạ ặ ể ộ

==Ψ −

π2

1.2e

r re

π

1 −





r

ψ 3

r

ψ 3

H$nh nh mây &! 8a: và mây %! 8#:ả

a


6.- C8c s ng tố ượ ử




gợh đã n*i trên các ' l ng t ? t hi n trong 7á tr=như ở ố ượ ử ấ ệ

gi i ph ng tr=nh Ochro5ing9r đ t=m m t ' đ i l ng đ c tr ngả ươ ể ộ ố ạ ượ & ư

cho m t ,T0ộ/ đ* ta rWt ra; m i hàm '*ngừ $ ψ (hay ,T) đ c đ c tr ngượ & ư

(đ c ?ác đ nh) i I tham ' ;ượ ị ở ố n< < m< 29 ms g i làọ các ' l ngố ượt 0ử

a- ' l ng t chính n.ố ượ ử - O l ng t chinh n ?ác đ nh năng l ng c a 9l9ctronố ượ ử ị ượ ủtrong ngt th9o i th c;ử ể ứ

2

2

2n h

me2π

.n

1

E −=X9rgY

"'.5%

8"ong đ*:

-m l; kh i l ng c a đi n t , m # ,10.10ố ượ ủ ệ ử -2 (g.- ! l; đi n t5ch c a đi n t ng , ! # -1,6.10ệ ủ ệ ử ằ

-1

> - h l; h ng s Planck, h # 6,62.10ằ ố -2 !"g.s.


năng l ng đ c tnh ra Zn ([) th= i th c (30$) c* 5 ng;ế ượ ượ ể ứ ạ




g g Z ( ) ( ) gợ ợ ạ

năng l ng đ c tnh ra 9l9ctron +ol (9D) +à + i ngyên t !9 (SA!)&ế ượ ượ ớ ử i th c (30$) đ c +i t g n 5 i 5 ng đ n gi n;ể ứ ượ ế ọ ướ ạ ơ ả

h + y năng l ng c a 9l9ctron ch ph th c +ào ' l ng t chnh n0ư ậ ượ ủ ỉ ụ ộ ố ượ ử - O l ng t chnh n nh n các giá tr t !&3&F&Q&n0ố ượ ử ậ ị ừ

- \ác ,T c* cLng n ' c* cLng m c năng l ng +à t o ra m t! ứ ượ ạ ộl p ,Tớ

2

22

2

n #hn

m.e2πE −= k-h ng s c<n ng đi n t5chằ ố ằ ệ

k#.10 ?.m4c 2"'.A%

2n n

13,6E −= "'.&%X9+Y (!9D A !&.0!#-!2 [ )0

n ! 3 F I BQQ0 nK hi l pệ ớ K E < TQQ0

< c năng l ngứ ượ G! G3 GF GI GBQ00 Gn


Nh n ;Btậ




' i v i ion gi ng @ (@!ố ớ ố A(B#2C D!$A(B#%C Ei 2A(B#$.. i uể th c t5nh n9ng l ng c* F ng:ứ ượ ạ

8 i u th c t5nh n9ng l ng ta th y: n9ng l ng kh)ngừ ể ứ ượ ấ ượ

ph i l; lin t c m; gi+n đo n.ả ụ ạ n # 1 ng v i m c l p K, l; t" ng th+i c nứ ớ ứ ở ớ ạ ơ ản G 1 ng v i m c n9ng l ng t" ng th+i k5ch th5chứ ớ ứ ượ ở ạ

8 i u th c t5nh n9ng l ng ta 3+c đ nh đ c cừ ể ứ ượ ị ượ ướ s*ng /uang ph ph+t 3 c a nguyn t @ổ ạ ủ ử

Gcao

Gth pấ

phát ?ạ h p thấ ụ

)(hn

emZ2π22

22

erg .n −= Ho c& )(n

13,6.Z2

2

e1 .n −=


∆G A Gcao - Gth pấWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



2

22

$

222

22

c

22

#hn

emZ2π#

hn

emZ2πΔE +−= ⇔ h.c

λ

1)

n

1

n

1.(#

h

emZ2πΔE

2

c

2

$

2

2

22

=−=

⇒ )n

1

n

1(.%)

n

1

n

1.(#

h.c.h

emZ2π

λ

12

c

2

$

&2

c

2

$

2

2

22

−=−= (H ≈ &7AB77cm-& 8 h ng ! (yd#erg:! ố

Eyman(PD)

4arman(D]O)

@a'ch9n (]8)

I0###,# "0###,#

Eyman(PD)

@a'ch9n (]8)

4arman(D]O)

∞

nA.

nABnAI

nAF

nA3

nA!


#- ' l ng t "h l.ố ượ ử WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



O l ng t ph l ?ác đ nh môm9n đ ng l ng c a 9l9ctronố ượ ử ụ ị ộ ượ ủtrong i th c;ể ứ

h=n +ào i th c (30!#) ta th y l đ c tr ng cho môm9n đ ngể ứ ấ & ư ộl ng c a 9 trong ngyên t 0 Khi l càng nh th= ?ác ' t t g p 9ượ ủ ử ỏ ấ ắ &g n nhân càng l n0 g c l i& khi l càng l n th= ?ác ' t t g p 9ầ ớ ượ ạ ớ ấ ắ & ở?a nhân càng l n0ớ

O l ng t ph l ?ác đ nh phân m c năng l ng c a phân l pố ượ ử ụ ị ứ ượ ủ ớđi n t trong l p n& l A #&!&3000& n-!ệ ử ớ

1 ti n ' 5 ng ng i ta 5Lng các ch cái th ng đ k hi ể ệ ử ụ ư# ữ ư# ể ệcác phân l p 9 trong ngyên t 0ớ ử

/h 5 ;ụ Khi l A # kC hi phân l p 9 ; 'ệ ớ

Khi l A ! kC hi phân l p 9 ; pệ ớ Khi l A 3 kC hi phân l p 9 ; 5ệ ớ Khi l A F kC hi phân l p 9 ; :ệ ớ

1 phân i t các phân l p cLng tên trong các l p khác nha&ể ệ ớ ớng i ta đ t tr c các ch đ* ng ' l ng t chnh0ư# & ướ ữ ằ ố ượ ử

2πh.1)'(' += (30!#)


8h5 F :ụ




8h5 F :ụ iá tr nị iá tri l (t #ừ → n-!) /ên phân l pớ

! lA# !'

3 lA# 3'lA! 3p

F lA# F'

lA! F p

lA3 F 5

\ác ,T c* cLng ! ' l ng t ph l ' c* h=nh 5 ng gi ngố ượ ử ụ ! ạ ốnha& không k th c ! l p nào0 \ác ,T th c phân l p ' (lA#) c*ể ộ ớ ộ ớ5 ng h=nh c U th c phân l p p (lA!) c* 5 ng h=nh ' " n i hayạ ầ ộ ớ ạ ố ổ

h=nh 7 t U phân l p 5 +à : c* h=nh 5 ng ph c t p h n0ả ạ ớ ạ ứ ạ ơ


c- ' l ng t t m.ố ượ ử ừ WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM



- m nh n giá tr t -l đ n Rl k c #0 h + y& ng + i m t giá tr c a l c*ậ ị ừ ế ể ả ư ậ ứ ớ ộ ị ủ(3lR!) giá tr c a mị ủ

- O l ng t t mố ượ ử ừ ?ác đ nh h=nh chi c a môm9n đ ng l ng <ị ế ủ ộ ượ N c a 9l9ctron trên m t ph ng N c a tr ng ngoài trong i th củ ộ ươ ủ ư# ể ứ

h + y& các ,T c* <ư ậ N khác nha (c* m khác nha) ' đ nh! ịh ng khác nha tronh không gian0 m 7y t đ nh h ng c a ,T hayướ ế ị ướ ủh ng c a mây0ướ ủ@hân l p '; lA#U mA#ớ ch c* m t cách đ nh h ngỉ ộ ị ướ

@hân l p p; lA!U mA-!&#&R!ớ \* F cách đ nh h ng t ng ng;ị ướ ươ ứ p?& py& pN

@hân l p 5; lA3U mA -3&-!&#&R!&R3 \* B cách đ nh h ng t ng ng;ớ ị ướ ươ ứ 5?y& 5yN& 5N3& 5?3-y3& 5N?

2π

hm. = (30!!)


N y




H=nh 5 ng m t ' ,Tạ ộ ố

?

@?ψ (n&!&-!)ψ (n&!&#)

ψ (n&!&!)@y

y

?

5?y

ψ (n&3&-3)

?

N

5?N

ψ (n&3&-!)

N

ψ (n&3&#)

y

N

ψ (n&3&!)

?

y

ψ (n&3&3)

ψ (n&#&#)


d- ' l ng t '"in mố ượ ử !.




ghiên c 7ang ph c a các ngt ng i taứ ổ ủ ố ư#

th y r ng& 9l9ctron ngoài chy n đ ng 7anhấ ằ ể ộnhân c6n t 7ay 7anh tr c riêng c a n*0ự ụ ủ\hy n đ ng này g i là chy nể ộ ọ ể đ ng Opin0ộ

O l ng t đ c tr ng cho chy n đ ng Opinố ượ ử & ư ể ộđ c g i làượ ọ ' l ng t Opin (mố ượ ử ')0

O l ng t Opin nh n 3 giá tr làố ượ ử ậ ị R!3 +à-!3

h + y&ư ậ tr ng thái c a m i 9l9ctron trongạ ủ $ngt đ cử ượ đ c tr ng i I ' l ng t n&l&m&m& ư ở ố ượ ử '0Hàm ψ n l m m' đ c g i là ,T toàn ph n0ượ ọ ầ

Hàm ψ n l m đ c g i ,T không gianượ ọWWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON




--------------------------------------------------------------------------------------------

=- NGUYÊN T NHI U DDCTRONỬ Ề

=.1. M( h)nh 2 c8c h t đ c Eề ạ ộ ậ

Khác + i ngt hyđro& trong ngt nhi 9l9ctron ngoài nh ngớ ử ử ề ữ t ng tác gi a các 9l9ctron +à h t nhân c6n c* nh ng t ng tác gi aươ ữ ạ ữ ươ ữ các 9l9tron + i nha0 /rong tr ng h p này ph ng tr=nh Ochro5ing9rớ ư# ợ ươ

ch a 7á nhi i n ' nên không gi i đ c chnh ?ác0 D= + y ng iứ ề ế ố ả ượ ậ ư#ta ph i ' 5 ng m t ph ng pháp gi i g n đWng 5 a trên mô h=nhả ử ụ ộ ươ ả ầ ự g n đWng thch h p g i là mô h=nh + các h t đ c l p0ầ ợ ọ ề ạ ộ ậ

“Trong ngt nhi u e, m i e chuy n đ ng đ c l " v i cácử $ ỗ ể ộ ộ ậ ớ e hác trong m t tr ng trung #$nh đ i x ng c u t o # i h tộ ườ ố ứ ầ ạ ở ạnhân và các e hác “

h +ây& ài toánư 9l9ctron đã chy n thành ài toán đ nể ơ9l9ctron gi ng nh tr ng h p ngt hyđro0ố ư ư# ợ ử


=.'. Fuy u t Eh?n 4 c8c eectrn trng nguyên t .ậ ố ử

a 5guyên lC ngo i tr Dauliạ ừ




a - 5guyên lC ngo i tr Dauli ạ ừ 0

^a th c nghi m & @ali đã nê lên ngyên lC;ự ệ

H Trong m t h ngt # t E, h4ng th có % electron cóộ ệ ử ấ ể c@ng F ! l ng t ố ượ ử I.

/ ngyên lC cho th yừ ấ t"ong 1 o"ital, ch c* th ch aỉ ể ứ đ c t i đa 2 ! c* Jpin ng c nhau, kh)ng th c* thm 1 ! th $ượ ố ượ ể ứ 0

/h 5 ; O ' p ? p 9 trong ! ,T& ch c* 3 tr ng h p;ụ ự ắ ế ỉ ư# ợ

Gl9ctron

đ c thânộ

Gl9ctron

c p đôi&


Tính ! đi n t t i đa có trong các "hân l " vàố ệ ử ố ớ

ộ ớ ệ ử




trong m t l " đi n t ộ ớ ệ ử / ngyên lC ngo i tr @ali giWp ta tnh đ c ' 9 t i đa c* trongừ ạ ừ ượ ố ố

! phân l p 90ớ- /rong m i orital c* chng F ' l ng t n& l& m gi ng nha ' c* t i$ ố ượ ử ố ! ốđa là 3 90

- /rong m i phân l p ng + i ' l ng t ph l c* (3lR!) orital nên c*$ ớ ứ ớ ố ượ ử ụt i đa là 3(3lR!)90ố

\h ng h n phân l p '&(l A #) c* ! ,T ' 9 A 3( ạ ở ớ ố@hân l p p(l A !) ' 9 t i đa là . (c* F ,T l ng t )ớ ố ố ượ ử @hân l p 5(l A 3) ' 9 t đa là !#(c* B ,T l ng t )ớ ố ố ượ ử

- /rong m t l p n c* n phân l p + i l nh n các giá tr ; #& !&3& F&Q&(n-!)0ộ ớ ớ ớ ậ ị

D y ' 9 t i đa O c* trong ! l p th n làậ ố ố ớ ứ ;

∑−=

=

=+=1)(n'

0'

22n1)2(2'* "'.1'%


4 - Nguyên 2 ng 4 nữ ề

GTrong m t ngt các e "hân # theo nh ng m c n*ngộ ử ố ữ ứ




GTrong m t ngt , các e "hân # theo nh ng m c n*ngộ ử ố ữ ứ l ng t th " đ n caoượ ừ ấ "

4 ng ph ng pháp 7ang ph +à tnh toán l thy t ng i ta đã ?ácằ ươ ổ ế ư#đ nh đ c th t tăng 5 n năng l ng c a các ,T th9o 5ãy 'a;ị ượ ứ ự ầ ượ ủ1s 's 'E s E 6s ! 6E =s 6! =E @s 6f =! @E 5s =f @!5E..

c - Fuy t c Hun!ắ

“8"ong m t ph<n l p, c+c đi n t c* khuynh h ng ph<n đ u v;oộ ớ ệ ử ướ ố ềc+c L sao cho t ng s Jpin c a chMng l; c c đ i (t c l; s !l!ct"onổ ố ủ ự ạ ứ ố đ c th<n l; nhi u nh tộ ề ấ “

!- Gi i thi u uy t c 4 h9 29 48n 4 h9ớ ệ ắ

ngyên t c* c trWc n'ế ố ấ 3(n-!) 5I th= chWng chy n 'angể5 ng án ão hoà n'ạ !(n-!) 5B+à n'3(n-!) 52 → n'!(n-!) 5!#0


@- Fu,n h gi , c u trJc E 2 đi n t c , nguyên t 2 iệ ữ ấ ớ ỏ ệ ử ủ ử ớ

2 tr3 c , c8c nguyên t đ trng 4 ng HTTH ">G7%ị ủ ố ả




2 tr3 c , c8c nguyên t đ trng 4 ng HTTH ">G7%.ị ủ ố ả


II : KIÊN 7 T HL$ H C C U T O /HN TẾ Ọ Ấ Ạ Ử

1.CPC + C TR NG C * N C $ KIÊN 7 T HOP H C Ư Ơ ! " Ế Ọ




Ọ1.1- NQng ng iên 0 tượ ế

5*ng l ng liên t là n*ng l ng c n thi t đ "há v liên t t o raượ " ượ ầ " ể % " ạ

các nguyên t th hí.ử ở ể ăng l ng liên k t th ng k hi là G (Kcalmol ho c KZmol)0ượ ế ư# ệ &(!calAI&!"Z)

D 5 ; ăng l ng liên k t H-H trong phân t Hụ ượ ế ử 3;GH-HA!#IKcalmol

ăng l ng liên k t càng l n& liên k t càng n0ượ ế ớ ế ề

1 i + i các phân t c* ' liên k t gi ng nha _ 3& ng i ta 5Lng đ i l ngố ớ ử ố ế ố ư# ạ ượnăng l ng trng =nh c a liên k t0ượ ủ ế

D 5 ; /rong phân t Hụ ử 3T c* 3 liên k t T-HếGT-H th nh t ng !!"Kcalmolứ ấ ằGT-H th hai ng !#3Kcalmol0ứ ằ

D= + y& năng l ng trng =nh c a liên k t T-H là; Gậ ượ ủ ế T-HA!!#Kcalmol

ăng l ng liên k t c a liên k t i cao h n năng l ng liên k t đ nượ ế ủ ế ộ ơ ượ ế ơD 5 ; Gụ \-\A"FkcalmolU G\A\ A !IFkcalmolU G\≡ \ A !2Ikcalmol


1.'- + !9i iên 0 tộ ế




I dài liên t là ho ng cách gi a % h t nhân nguyên tộ " ả ữ ạ ử hi h$nh thành liên t."

1 5ài liên k t càng l n th= liên k t càng k>m n0ộ ế ớ ế ề1 5ài liên k t ph th c +ào n ch t c a các ngyên tộ ế ụ ộ ả ấ ủ ử

tham gia liên k t +à n ch t m i liên k t0ế ả ấ ố ếD%; 1 5ài m t ' m i liên k t 'a;ộ ộ ố ố ế

H ` H ; #&$I,o

H ` T ; #&2.,o

\ A \ ; ∼ !&FI ,o

\ ≡ \ ; ∼ !&3#,o


1.- Gc h8 tr "gc iên 0 t%ị ế




"g %ị*c liên k t là g*c t o i hai m i liên k t gi a m tế ạ ở ố ế ữ ộ

ngt + i m t ngt khác0ử ớ ộ ử Khi m t nguyn t đ ng th i lin k t v i nhi uộ ử ! ế ớ ề

nguyn t kh+c đ t o th;nh nhi u m i lin k t th= c+cử ể ạ ề ố ế m i lin k t n;y t o th;nh c+c g*c kh+c nhau.ố ế ạ

4i t đ c đ 5ài liên k t +à g*c hoá tr ta ' ?ácế ượ ộ ế ị !đ nh đ c h=nh 5 ng c a phân t 0ị ượ ạ ủ ử


'. CPC NG KIÊN 7 T HOP H CẠ Ế Ọ (SGK)

1 Kiên 0 t inế




1. Kiên 0 t in.ế

'. Kiên 0 t c ng h8 trế ộ ị . Kiên 0 t 0im iế ạ

6. Kiên 0 t hyđr(ế






.'- Nh ng u n đi m c 4 n c , thuy t *ữ ậ ể ơ ả ủ ế

/ nghiên c c a Hail9r +à Eon5on + phân t Hừ ứ ủ ề ử 3&




/ nghiên c c a Hail9r +à Eon5on + phân t Hừ ứ ủ ề ử 3&

@aling +à Ol9it9r đã phát tri n thành thy t c ng h*a tr ;ể ế ộ ị

- Jiên t 1HT đ c h$nh thành do ! gh6" đ4i hai e" ượ ự đ c thân có '"in ng c d u c a % ngt liên t, hi đóộ ượ ấ ủ ử " có ! xen "h K>.ự ủ

- < c đ xen "h c a các K> càng l n th$ J+ càngứ ộ ủ ủ ớ # n, J+ đ c h$nh thành theo "h ng t i đó ! xen "h$ ượ ươ ạ ự ủ

là l n nh t.ớ ấ

/hy t D4 cho i t; H*a tr c a m t ngt ng ' 9 đ c thânế ế ị ủ ộ ố ằ ố ộc a ngt tr ng thái c n hay tr ng thái kch thch0ủ ử ở ạ ơ ả ạ


.- > đ nh h ng iên 0 t. Kiên 0 t% ị ướ ế ế σ ";3ch m,% 29 iên 0 tế π "Ei%

/Ly th9o cách th c ?9n ph các ,T& g i ta phân i t; EKứ ủ ư# ệ σ +à EK π




σ'-' σ '-p σ p-p

< t ! d ng liên tộ ố ạ " σ

p-p 5-p 5-5

< t ! d ng liên tộ ố ạ " π .

y p g p ệ- Kiên 0 tế σ Eà liên k t c ng hoá tr đ c h=nh thành 5o ' ?9n ph l n nhaế ộ ị ượ ự ủ ẫc a các oritan 5 c th9o tr c n i tâm các ngyên t 0ủ ọ ụ ố ử

- Kiên 0 tế π Eà liên k t c ng hoá tr đ c h=nh thành 5o ' ?9n ph c aế ộ ị ượ ự ủ ủcác oritan 5 c th9o ph ng +ông g*c + i tr c n i tâm các ngyên t thamọ ươ ớ ụ ố ử gia liên k t0ế


6. > K$I HL$ CPC OR*IT$K KIÊN 7 T& Ế ">G7%




I0!- Khái ni m lai h*aệI03- < t ' ki lai h*aộ ố ể

- Eai h*a 'p

- Eai h*a 'p3

- Eai h*a 'pF0


6. > K$I HL$ CPC OR*IT$K KIÊN 7 T& Ế

6.1- 7h8i ni m ,i h,ệ




6.1 7h8i ni m ,i h, ệKhi nghiên c ' t o thành các liên k t trong phân t \Hứ ự ạ ế ử I& các

nhà h*a h c Ol9it9r +à @aling (< ) đã đ a ra thy t lai hoá0ọ % ư ế/a i t r ng trong phân t \Hế ằ ử I c* I liên k t \-H đ c t oế ượ ạ

thành i các orital hoá tr c a cácon là 3'ở ị ủ !& 3pF + i I orital !'ớc a I ngyên t H0 h + y trong phân t \Hủ ử ư ậ ử I ph i c* ! lk '-' +à Fảlk '-p0 h ng th c nghi m cho th y r ng c I lk trong \Hư ự ệ ấ ằ ả I đ ề

gi ng nha +à đ c đ nh h ng th9o h=nh t 5i n đ (tâm làố ượ ị ướ ứ ệ ềngyên t \& I đ nh là I ngyên t H)0ử ỉ ử /hy t lai hoá cho r ng khi tham gia liên kêt&! orital 3' +à Fế ằ

orital 3p c a \ t h p + i nha đ t o ra I orital 7 lai hoá gi ngủ ổ ợ ớ ể ạ ốh t nha + h=nh 5áng +à ng nha + năng l ng0 /hy t lai hoáệ ề ằ ề ượ ếc* th phát i nh 'a;ể ể ư

' t h " các or#itan hác nhau đ t o thành cácự # ợ ể ạor#itan đ ng nh t v h$nh d ng và n*ng l ng hi tham giaồ ấ $ ạ ượ liên t g i là ! lai hoá các or#itan liên t." ọ ự "




\ác orital lai hoá ch tham gia t oỉ ạliên k tế σ th ng g p trong các ngyênư# &




liên k tế σ& th ng g p trong các ngyênư# &t T& & \ c a các phân t Hử ủ ử

3TU H

FU

HIRU \HI +à các ankan (\nH3nR3) ho c&

ngyên t các on c* I liên k t đ nử ế ơ


4. K,i h8 sE'

< t ,T-' t h p + i 3 ,T- p đ t o thành F ,T lai hoá c* h=nhộ ổ ợ ớ ể ạớ ố ị ớ ừ




5 ng& kch th c +à năng l ng hoàn toàn gi ng nha đ nh h ng tạ ướ ượ ố ị ướ ừ

tâm t i F đ nh tam giác đ g i là lai hoá 'pớ ỉ ề ọ3

(lai h*a tam giác)/r c các ,T lai h*a t o + i nha ! g*c !3#ụ ạ ớ #0 !3##

1ác or#itan !, " x , " y trong

ngtử tr c hi lai hoáướ 1ác K> lai hóa !" %

O lai hoá Opự 3 th ng g p trong các h p ch t hyđrô các on c* ! n iư# & ợ ấ ố

đôi 5 ng \ạ nH3n; \3HI &\FH. &Q& 4HF& 4bF


1h ng h n' ạ /rong \3HI (êtil9n)& m i ngyên t \ đ c* lai hoá Op$ ử ề 3 t o ra F ,Tạlai h*a ; < i ngyên t \ liên k t + i nha ng m t ,T lai h*a h=nh thành nên !$ ử ế ớ ằ ộliên k tế σ0

Hai ,T lai h*a c6n l i liên k t + i 3 ,T-!' c a 3 ngyên t hiđrô hạ ế ớ ủ ử ư




Hai ,T lai h*a c6n l i& liên k t + i 3 ,T !' c a 3 ngyên t hiđrô0 hạ ế ớ ủ ử ư + y m i ngyên t \ ch c6n l i ! ,T- 3pậ $ ử ỉ ạ N ch a lai hoá0 \ác ,T- 3pư ị N c a 3ủ

ngyên t \ ' liên k t + i nha đ t o ra liên k tử ! ế ớ ể ạ ế π 0

!3##

\ác ,T 3'& 3p?& 3py & 3pN

trong ngt \ử tr c khi lai hoáướF ,T lai h*a 'p3 +à ,T-3pN

ch a lai h*a trong ngt \ư ử \ác ,T lai h*a 'p3 +à ,T-3pN

đã

tham gia liên k t trong phân t \ế ử 3HI

!3##

3pN

!3##

3pN

π

σ σ

σσ

σ

H

H H

H

H

HH

H\ \

O đ c trWc phân t \ơ " ấ ử 3HI

h + y toàn phân t \ư ậ ộ ử 3H

I c* B liên

k tế σ+à ! liên k tế π.

π


c. K,i h8 sE< t ,T-' t h p + i !,T-p& t o ra 3 ,T lai hoá c* h=nh 5 ng& kchộ ổ ợ ớ ạ ạ

th c +à năng l ng hoàn toàn gi ng nha g i là ' lai hoá 'pướ ượ ố ọ ự




th c +à năng l ng hoàn toàn gi ng nha g i là ' lai hoá 'p0ướ ượ ố ọ ự /r c c a 3 ,T lai h*a t o + i nha m t g*c !"#ụ ủ ạ ớ ộ # (nhi khi lai h*a 'pề

g i là lai h*a đ ng th ng)ọ ư# (

\ác oritan ' +à p?

tr c khi lai hoáướ\ác ,T lai h*a 'p

O lai hoá 'p th ng g p các ngyên t \ c* EK F ho c liên k t đôiự ư# & ở ử & ếliên h p0 h trong phân t \ợ ư ử 3H3&\T3Q

\h ng h n trong phân t \( ạ ử 3H3; < i ngyên t \ c* ' lai hoá 'p0 i a 3$ ử ự ữ ngyên t \ c* ! liên k tử ế σ đ c t o i 3 ,T lai hoá0ượ ạ ở Tritan lai hoá c6n l i ' liên k t + i ,T-!' c a ngyên t Hyđrô t o lkạ ! ế ớ ủ ử ạ

σ 0 < i ngyên t \ c6n 3 ,T 3p$ ử y +à 3pN0 /r c c a chWng +ông g*c + iụ ủ ớnha +à +ông g*c + i tr c c a các ,T lai hoá +à ' ?9n ph + i nha t o lkớ ụ ủ ! ủ ớ ạ π0

h + y trong phân t \ư ậ ử 3H3 c* F liên k tế σ +à 3 liên k tế π0


π

π




σ σ

O đ c trWc phân t \ơ " ấ ử 3H3

σ


goài các ki lai hoá trên c6n c* các ki lai hoá liên 7an đ nể ể ếcác ,T-5& hay g p các kim lo i 5 trong ph c ch t nê ng 'a;& ở ạ ộ ứ ấ ở ả




+! h.n $ể ử +! '/! ho ể ở &nh n4 h.n $ử 5c ho $rị 7h ụ

2

3

:

6

ss2

s3

s2

s3s32

; n4 $h n4ư# ($/m 4!c$ ! nứ ệv<n4

' n4 chư*=$ ! nệ

1800

1200

109028>900

900v?1200

900

Zn@'2, @A

2,e@'

2

*A3,B

3,'@'

3

C&D,@&

,@@'

EF$@'G2,E@(C&

3)

G2D

F@':

*B6,

*!B62-

4 ng; \ác ki lai hoá +à h=nh 5 ng phân tả ể ạ ử


HF




HF

HF

HF

HF

HF

\ác ,T lai h*a 53'pFc a \rủ FR +à' t o thành ion ph c X\r(Hự ạ ứ F).Y

FR

\-\-

\- \-

\ác ,T lai h*a 5'p3 c a iủ 3R +à' t o thành ion ph c Xi(\ự ạ ứ -)IY

3-




=.' : 7h8i ni m MO iên 0 t 29 MO Eh n iên 0 tệ ế ả ế \ác <T là t h p ty n tnh các ,T;ổ ợ ế

Ψ<TA \!Ψ,R \3Ψ4R Q00

/h 5 ; 1 i + i phân t Hụ ố ớ ử các Ψ đ c t h p t hai ,Tượ ổ ợ ừ Ψ +à Ψ c a haiủ




/h 5 ; 1 i + i phân t Hụ ố ớ ử 3 các Ψ<T đ c t h p t hai ,Tượ ổ ợ ừ Ψ, +à Ψ4 c a haiủ

ngt hiđro là Hử a +à H

Ψ<TA \!Ψ,R \3Ψ4

\!& \3 là nh ng h ' cho i t ' đ*ng g*p c a các ,T +ào <T0ữ ệ ố ế ự ủ/rong tr ng h p các phân t đ ng h ch ( các phân t t o t nh ng ngtư# ợ ử " ạ ử ạ ừ ữ ử c a cLng m t ngt )& nh pht Hủ ộ ố ư ử 3 th= \!

3 A \33 ⇒ \! A d \30

h + y& khi t h p 3 ,Tư ậ ổ ợ Ψ, +à Ψ

4 c a 3 ngt H ta th đ c 3 <T;ủ ử ượ

ΨR A \!Ψ, R \3Ψ4

Ψ- A \!Ψ, - \3Ψ4

Khi tr ng thái 9 trong phân t đ c mô t ngạ ử ượ ả ằ ΨR th= ?ác ' t c* m t 9 t pấ & ậtrng +Lng gi a 3 h t nhân ngt l n& t o ra ' hWt hai h t nhân + i nhaở ữ ạ ử ớ ạ ự ạ ớ+à lk đ c h=nh thành0 <T đ c mô t ng hàmượ ượ ả ằ ΨR g i là <T liênọk t(<Tế lk)0g c l i& đ i + i hàmượ ạ ố ớ Ψ- th= ?ác ' t c* m t 9 gi a 3 h t nhân ng #& lkấ & ữ ạ ằkhông đ c h=nh thành0 D= + y <T đ c mô t ng hàmượ ậ ượ ả ằ Ψ- đ c g i làượ ọ<T ph n liên k t (<Te)0ả ế


=. : C u h)nh eectrn trng Eh?n t .ấ ử a- 1ác <> hi t h " t K>-!# ợ ừ

Gσ S

1s




!' !'

MOS"σ S%

MO0"σ 0%

ΨR- Ψ-

ΨRR Ψ-

,T ,T<T

1ác <> liên t, "h n liên t và gi n đ n*ng l ng "hân t hi t h " % K>-&!" ả " ả ồ ượ ử # ợ

σ1s

D m t năng l ng các <T th=ề & ượ σ1s σS1s

1hM C Khi t h p các ,T-3'U F'Q ta cMng th đ cổ ợ ượ σ3' f σe3'Q0

h + y&+ m t năng l ng ta c*;ư ậ ề & ượ σ!' f σe!'f σ3' f σe3'Q0

!' !'




c- 1ác <> hi t h " t K>-"# ợ ừ x hay " y

MOS"π S; %

G σ S#




1ác <> liên t, "h n liên t và gi n đ n*ng l ng "hân t hi t h " % K>-"" ả " ả ồ ượ ử # ợ x ho c "ặ y

p? p?

MO "π;%

ΨR- Ψ-

ΨRR Ψ-

,T ,T<T

σ #

p? py pN pN py p?π; πy

π S; π Sy

% a +ào gi n đ năng l ng& ta c* th i t đ c tr t t năng l ngự ả " ượ ể ế ượ ậ ự ượ

1 i + i các phân t t o thành t 3 ngt c i ch k= 3 nh Tố ớ ử ạ ừ ử ố ư 3U b3Q

/r t t năng l ng nh 'a;ậ ự ượ ư σ1s σS1s σ's σS's σ# π; πy πS; πSy σS#

1 i + i các phân t t o thành t 3 ngt đ ch k= 3 nh ố ớ ử ạ ừ ử ầ ư 3

/r t t năng l ng nh 'a;ậ ự ượ ư σ1s σS1s σ's σS's π; πy σ# πS; πSy σS#


@. C U T O /HN T "t đ c%Ấ Ạ Ử % ọ

O.&. I c đi m "hân t ặ ể ử @hân t g m m t ' c* gi i h n các h t nhânử " ộ ố ớ ạ ạ




@hân t g m m t ' c* gi i h n các h t nhânử " ộ ố ớ ạ ạ

ngyên t +à các đi n t t ng tác + i nha +à đ cử ệ ử ươ ớ ượphân m t cách ?ác đ nh trong không gian t o thànhố ộ ị ạm t c trWc n + ng0ộ ấ ề ữ

goài liên k t n i phân t & gi a các phân t cMngế ộ ử ữ ử c* m t t ng tác y g i là t ng tác Dan 59r aal'0 D=ộ ươ ế ọ ươ+ y& t th9o các đi ki n + nhi t đ & áp ' t mà cácậ ề ệ ề ệ ộ ấphân t c* th t n t i tr ng thái kh& phân tán hayử ể " ạ ở ạtr ng thái ng ng t (l ng& r n)0ạ ư ụ ỏ ắ


O. %. Dhân t "hân c c và "hân t h4ng "hân c cử ự ử ự

- u t"ong 1 ph<n t c* 2 t"ung t<m t5ch đi n <m v; F ng t"ngế ử ệ ươ nhau th= ph<n t đ* l; ph<n t kh)ng ph<n c c.ử ử ự




p p g p ự

\ác phân t không phân c c th ng c* c t o đ i ? ngử ự ư# ấ ạ ố ứ 8h5 F ụ; \l3& \T3&\HIQ

- u t"ong 1 ph<n t 2 t" ng t<m đi n t5ch <m v; F ng kh)ngế ử ọ ệ ươ t"ng nhau th= ph<n t đ* l; ph<n t ph<n c c.ử ử ự

\ác phân t phân c c th ng c* c t o không đ i ? ng;ử ự ư# ấ ạ ố ứ

H3T& H\l& \3HBTHQg i ta th ng k hi các 5 ng phân t ;ư# ư# ệ ạ ử

(Ph<n t kh)ng ph<n c c (Ph<n t ph<n c c (Ph<n t Ronử ự ử ự ử )


O. L. <4men l ng c c 8'P+:ư% ự

Kho ng cách gi a 3 tr ng tâm đi n tch trong phân t g i là đ 5àiả ữ ọ ệ ử ọ ộl ng c c(kC hi ; l)0 /ch ' gi a l +à đi n tch c a 9 g i là <ôư* ự ệ ố ữ ệ ủ ọ

l (* )




m9n l ng c c(ư* ự µ)

µ A 90 l

h + y đ i + i phân t không phân c c th=ư ậ ố ớ ử ự µ A # (+= lA #)

@hân t phân c c th=ử ự µ ≠ # 0µ càng l n th= phân t càng phân c cớ ử ự

h v y ư ậ ; 1 i l ng đ c tr ng cho ' phân c c c a phân t là <ôạ ượ & ư ự ự ủ ử m9n l ng c c0ư* ự


O. F. J c t ng tác gi a các "hân t ự ươ ữ ử

a-J c đ nh h ng8Q ự ị ướ đh :.




Eà l c phát 'inh gi a các phân t phân c c + i nha0 i ' hự ữ ử ự ớ ả ử ệch a các phân t phân c c0 \ác c c c a chWng ' t ng tác + iứ ử ự ự ủ ! ươ ớnha ng m t l c hWt tĩnh đi n0 \ác phân t ' ' p ? p l i th9o !ằ ộ ự ệ ử ! ắ ế ạtr t t đ c* năng l ng nh nh t0 i mô m9n l ng c c c a 3ậ ự ể ượ ỏ ấ ọ ư* ự ủphân t phân c c t ng ng là ;ử ự ươ ứ µ!+à µ3 0 Khi đ* năng l ng t ngượ ươtác đ nh h ng gi a chWng là ;ị ướ ữ

3

21;h

r

.HHU =

8"ong đ* " l; kho ng c+ch gi a 2 t<m ph<n t ả ữ ử


#. J c c m ng 8Q ự ả ứ c :.




1* là l c t ng tác gi a phân t phân c c + i phân t khôngự ươ ữ ử ự ớ ử phân c c0ự Khi phân t không phân c c ti p ?Wc + i phân t phân c c0 %oử ự ế ớ ử ự

hi n t ng c m ng phân t không phân c c ' ? t hi n l ngệ ượ ả ứ ở ử ự ! ấ ệ ư*c c c m ng t c th i +à tr thành ! phân t phân c c0ự ả ứ ứ # ở ử ự

\ác phân t phân c c t ng tác + i nha ng năng l ngử ự ươ ớ ằ ượt ng tác c m ng;ươ ả ứ

6cr

2.I.U

µ =

α : đ ph<n c c c m ng c a ph<n t kh)ng ph<n c cộ ự ả ứ ủ ử ự

µ : m) m!n l ng c c c a ph<n t ph<n c c.ư# ự ủ ử ự


c. J c hu ch tán8Q ự " t :.

%o ' chy n đ ng c a các 9 trên các oritan gây ra ' thăngự ể ộ ủ ự giáng m t đ đi n tch âm 7anh h t nhân ngyên tậ ộ ệ ạ ử




giáng m t đ đi n tch âm 7anh h t nhân ngyên t 0ậ ộ ệ ạ ử < t khác& h t nhân ngyên t cMng 5ao đ ng 7anh + tr cân& ạ ử ộ ị

ng c a chWng0 %o đ*& chWng cMng ? t hi n nh ng mô m9n l ngằ ủ ấ ệ ữ ư*c c nh t th i0ự ấ #

\ác l ng c c này t ng tác + i nha ng ! l c kh ch tán0ư* ự ươ ớ ằ ự ếE c đ* đ c ?ác đ nh ng ! l c kh ch tán 0ự ượ ị ằ ự ế

21

21216#$

νν

.νν.II

r

h

2

3U

+−=

h l; h ng s pl9ng.ằ ố ∝ 1 ,∝ 2 l; đ ph<n c c c a c+c ph<n t .ộ ự ủ ử

ν 1, ν 2 l; t n s Fao đ ng c a c+c Faoầ ố ộ ủ

đ ng t"ong ph<n t .ộ ử

3 phân t cLng lo iế ử ạ ∝! A ∝3& ν! A ν3 th=; 2

6#$ Ir

hν

3U −=


*I T / "c u t ch t%.( ấ ạ ấ 2.!o n T+iênạ

*9i 10 @hát i 3 đ nh đ c a 4ohr0 Hãy nê nh ng đi m +à h n ch c a thy tể ị ề ủ ữ ư ể ạ ế ủ ế4ohr + c t o ngt 0ề ấ ạ ử

*9i '0 i 5ng +à i th c c a ngyên l t đ nh H9i'9n9rg0 Jp 5 ng i th cộ ể ứ ủ ấ ị ụ ể ứ H i hã t h h & t á t h à đ h h# ữ ậ




H9i'9n9rg hãy tnh∆

? ho c& ∆

+ trong các tr ng h p 'a +à đ a ra nh ng nh nư# ợ ư ữ ậ?>t0

a0 ^ *ng àn ay& i t mA!#g&ả ế ∆? A #&#!mm0

0Gl9ctron trong ngt & i tử ế ∆+ A !#.m'

*9i 0 i 5ng c a thy t '*ng + t ch t +à h th c %9 rogli90 /nh c '*ngộ ủ ế ậ ấ ệ ứ ướ λ 'inhra c a;ủ

a0 \hy n đ ng c a m t ôtô& kh i l ng m A ! t n& t c đ +A!##kmhể ộ ủ ộ ố ượ ấ ố ộ0 \hy n đ ng c a 9l9ctron trong ngt + i t c đ + A !#ể ộ ủ ử ớ ố ộ .m'

*9i 60/ i 'ao ng i ta n*i ph ng tr=nh Ochro5ing9r là ph ng tr=nh c n c a c h cạ ư# ươ ươ ơ ả ủ ơ ọl ng t 0Hãy cho i t khái ni m + hàm '*ngượ ử ế ệ ề ψ +à C nghĩa + t l c aậ ủ ψ 30

*9i =0Di t ph ng tr=nh Ochro5ing9r đ i + i ngt hiđrô0 i i thch các k t trong ph ngế ươ ố ớ ử ả ự ươtr=nh0 Trital ngyên t là g=ử

*9i @0Di t i th c toán h c c a hàm '*ng mô t tr ng thái c n c a 9l9ctron trongế ể ứ ọ ủ ả ạ ơ ả ủngt hyđrô0ử

/ hàm đ* 'y ra ' phân m t đ ?ác ' t c* m t c a 9l9ctron nh thừ ự ố ậ ộ ấ & ủ ư ếnào0 /h nào là mây 9l9ctronế


*9i 50Hãy +i t i th c tnh năng l ng& môm9n đ ng l ng& h=nh chi môm9n đ ng l ngế ể ứ ượ ộ ượ ế ộ ược a 9l9ctron trong ngt hyđro +à cho i t C nghĩa các ' l ng t 0ủ ử ế ố ượ ử

*9i A0/nh năng l ng mà ngt hyđro h p th khi 9l9ctron chy n t tr ng thái nA! đ n tr ngượ ử ấ ụ ể ừ ạ ế ạthái nA30

*9i &0\ho các orital ngyên t !'U 3'U 3pử ?U 3pyU 3pN0 Hãy +i t các k hi orital t ng ng + iế ệ ươ ứ ớ




các ' l ng tố ượ ử ψ n0l&m0*9i 1V0j>t các ,T 'a đây trong ngt hyđro;ử ψ !0#&#U ψ 30!&!U ψ F03&#0 Hãy + h=nh 5 ng các ,T đ*0! ạ

*9i 110/nh ' 9l9ctron t i đa c* trong m t phân l p c* lA!U lAF +à trong m t l p th FU IU B0ố ố ộ ớ ộ ớ ứ *9i 1'0a0 /nh đ 5ài liên k t c a phân t H\l0 4i t môm9n l ng c c c a n* là F&IF0!#ộ ế ủ ử ế ư* ự ủ -F#\0mU

9A!&.0!#-!2\0

0 @hân t n c c* đ 5ài l ng c c là #&F"0!#ử ướ ộ ư* ự -!#m0 Hãy tnh môm9n l ng c c c aư* ự ủphân t ra đ n + đ ai (%)0 4i t !%AF&F0!#ử ơ ị ơ ế -F# \0m0


CHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HOÁ HỌCCHƯƠNG 3: NHIỆT ĐỘNG HOÁ HỌCMỞ ĐẦU




MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN- Hệ và môi trường- Các thông số nhiệt động

- Hàm tr ạng thái. Hàm quá trình. Quá trình nhi ệt động

- N ội n ăng- Công - Nhi ệt NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH).

NỘI DUNG CƠ BẢN-BiỂU THỨC TOÁN-PHÁT BiỂU NGLÍ I NĐH

ÁP D NG NGUYÊN LÍ I NĐH VÀO HÓA H C

- Hiệu ứng nhiệt phản ứng.

- Hiệu ứng nhiệt đẳng áp, hiệu ứng nhiệt đẳng tích- Định luật Hess và những hệ quả- Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ

NGUYÊN LÍ II NHIỆT ĐỘNG HỌC

- Nội dung cơ bản- Biểu thức toán- Cách phát biểu nglí II theo hàm entropi-Chiều hướng giới hạn xảy ra trong hệ cô lập

- Hàm năng lượng tự do- Chiều hướng và giới hạn xảy ra trong hệ kín- Chiều hướng, giới hạn xảy ra trong hệ mở


MỞ ĐẦUMỞ ĐẦU




- Nhiệt động học là một môn khoa học nghiêncứu các quy luật điều khiển sự trao đổi nănglượng, đặc biệt là những quy luật có liên quan tớicác biến đổi nhiệt năng thành các dạng nănglượng khác và những biến đổi qua lại giữa nhữngdạng năng lượng đó.

-

cứu những ứng dụng của nhiệt động học vào hoáhọc để tính toán thăng bằng về năng lượng và rútra một số đại lượng làm tiêu chuẩn để xét đoánchiều hướng của một quá trình hóa học, hóa lí.


II--Một số khái niệm cơ bản về nhiệt động họcMột số khái niệm cơ bản về nhiệt động học




1.1 Hệ và môi trườngHệ thống Nhiệt động (gọi tắt là Hệ): là một vật hay một

nhóm vật gồm số lớn nguyên tử phân tử(một phần của vũtrụ) lấy ra để nghiên cứu. Phần còn lại gọi là môi trường.

Ranh giới giữa hệ và môi trường có thể là thực và cũngcó thể là tưởng tượng.Hệ cô lập: là hệ không trao đổi chất và năng lượng với môi

trườn n oài.Thí dụ: Nước đựng trong phích kín (với giả thiết phích

kín hoàn toàn).Hệ đóng (hệ kín): là hệ không trao đổi chất nhưng có traođổi năng lượng với môi trường ngoài.

Thí dụ: Phản ứng trung hoà xảy ra trong 1 bình thuỷtinh, coi như nước không bay hơi.

Hệ mở (hệ hở) : là hệ có trao đổi cả chất và năng lượng vớimôi trường ngoài qua ranh giới.

Thí dụ : Cơ thể sinh vật là một hệ hở.


1.21.2--Các thông số nhiệt độngCác thông số nhiệt động




Các yếu tố như áp suất (P), nhiệt độ (T), thể tích (V), số mol (n) xác định 1 trạngthái nhiệt động được gọi là các thông số

nhiệt động (Thông số nhiệt động là các đạilượng v ĩ mô).

Có 2 loại thông số nhiệt động:thông s ố

c ườ ng độ và thông s ố khu ế ch độ


a. Thông s ố c ườ ng độThông số nhiệt động không phụ thuộc vào khối




lượng, kích thước của hệ, đặc trưng cho một trạngthái chuyển động nào đó của các phần tử trong hệ được gọi là thông số cường độ. Nó không có tínhchất cộng tính.

Thí dụ: P, To, điện thế… (Phệ = P1 = P2 =….= Pi).

Chú ý: Riêng đối với hệ khí lý tưởng thì Ph = Σi Pi.Khi đó P tr thành thông s khu ch độ.(Theo ĐAN

TƠN).b.Thông s ố khu ế ch đ ô

Thông s ố ph ụ thu ộc vào kh ối l ượ ng, kích th ướ c c ủah ệ đượ c g ọi là thông s ố khu ếch độ. Nó có tính ch ất

c ộng tính.Thí d ụ: Kh ối l ượ ng (m), th ể tích(v), s ố mol, di ện tích .

m h ệ = ∑ i mi


1.3. Hàm tr ạng thái. Hàm quá trình. Quá trình nhi ệt động 1.3. Hàm tr ạng thái. Hàm quá trình. Quá trình nhi ệt động




Hàm tr ạng thái: Một hàm số nhiệt động mà sự biến đổi của nó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vàocác diễn biến trung gian được gọi là hàm trạng thái.

Về mặt toán học, hàm trạng thái X có biến thiên vô cùng nhỏ là

một vi phân toàn phần, kí hiệu là dX. Trong quá trình từ trạng thái 1đến trạng thái 2, biến thiên của hàm được tính theo công thức:

(3.1)

X X X dX ∆=−=∫ 12

2

1

rong một c u tr n , n t n ng ng.

Hàm quá trình: là đại lượng xuất hiện trong quá trình. Vì vậy, nó phụ thuộc vào quá trình. Cùng đi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 nhưngtheo những quá trình khác nhau thì hàm quá trình có các giá trị khácnhau.

Trong nhiệt động học hai hàm quá trình quan trọng là công (W, A)

và nhiệt (Q).





Quá trình nhi ệt động.

Quá trình chuyển hệ từ trạng thái này đến trạng thái khác ta nóihệ đã thực hiện một quá trình.

• Quá trình đẳng tích: là quá trình xảy ra ở thể tích không đổi.• Quá trình đẳng áp : là quá trình xảy ra ở áp suất không đổi.

• Quá trình đẳng nhi ệt : là quá trình xảy ra ở nhiệt độ không đổi.

• Quá trình đ o ạn nhi ệt : là quá trình xảy ra không có sự trao đ i

nhiệt với môi trường.




b-Nhi ệt (Q) - Công (A hay W): Khá i i hi à ô khô h i là




Khác với nội năng, nhiệt và công không phải lànăng lượng mà chỉ là hình thức khác nhau của sự truyềnnăng lượng từ hệ này sang hệ khác hoặc giữa hệ vớimôi trường bên ngoài.

Nếu sự truyền năng lượng từ hệ này sang hệ khácgắn liền với sự chuyển động định hướng của hệ thì sự truyền đó được thực hiện dưới dạng công .Như vậy,công là hình thức truyền năng lượng v ĩ mô.

u sự ruy n n ng ượng c n quan sự ngcường độ chuyển động hỗn loạn của các phần tử tronghệ nhận năng lượng thì sự truyền đó được thực hiệndưới dạng nhiệt.

Nhiệt là 1 hình thức truyền năng lượng vi mô.

Công và nhi ệt là hàm c ủ a quá trình .


Khi khí iã t il h là ittô h ể




Thí d ụ 1: Khi khí giãn nở trong xilanh làm pittông chuyểnđộng, khi đó khí đã truyền năng lượng cho pittông dướidạng công.

Thí d ụ 2: Khi cho vật lạnh tiếp xúc với vật nóng, các phântử chuyển động nhanh của vật nóng va chạm với cácphân tử chuyển động chậm hơn của vật lạnh và truyềncho chún m t hần đ n năn của mình, làm tăn mứcđộ chuyển động hỗn loạn của các phân tử trong vật

lạnh. Sự truyền năng lượng như vậy thực hiện dướidạng nhiệt.




IIII-- NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH).NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH).

1 NỘI DUNG CƠ BẢN BIỂU THỨC TOÁN PHÁT BIỂU NGLÍ I NĐH




1- NỘI DUNG CƠ BẢN-BIỂU THỨC TOÁN-PHÁT BIỂU NGLÍ I NĐH1.1- N ội dung c ơ b ản: là định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng

“N ăng l ượ ng luôn luôn đựơ c b ảo toàn. Trong 1 quá trình n ếu nh ư n ăngl ượ ng ở d ạng này m ất đ i bao nhiêu thì n ăng l ượ ng ở d ạng kia đượ c sinh

ra b ấy nhiêu”.

1.2- Bi ểu th ứ c toán h ọc:

1 thái 2(có nội năng U2)

Trạng thái 1U1

Trạng thái 2U2

Khi đó hệ trao đổi với môi trường nhiệt năng Q và công A.

Theo nguyên lí I NĐH, tổng lượng nhiệt trao đổi với môi trườngxung quanh bằng biến thiên nội năng.


∆∆∆∆U = Q +A hayhay ∆∆∆∆E = Q +w (3.2)

Đối với s biế đổi ô ù hỏ biểu thức của nguyên lí:




dU là vi phân toàn ph ần c ủa n ội n ăng.δ Q và δ Alà vi phân riêng ph ần c ủa công vànhi ệt.

Đối với sự bi ế n đổi vô cùng nh ỏ, biểu thức của nguyên lí:dU =δQ + δA

Công A bao gồm 2 loại công:- Công giãn nở (chống lại áp suất bên ngoài): Adn =-p∆V- Công có ích A’ gồm tất cả các loại công khác mà hệ trao đổi với

môi trường như công điện, công hóa học, công cơ học…Khi đó

(3.3)

1.3- Phát bi ểu nguyên lí I N ĐH

bi u thức của nglí I NĐH có dạng:

∆∆∆∆U = Q + A’-p∆∆∆∆V (3.4)

Biểu thức (3.2), (3.3), (3.4) là biểu thức toán học của nguyên lí I NĐH.

Bi ến thiên n ội n ăng khi chuy ển h ệ t ừ m ột tr ạng thái này sang tr ạngthái khác ( ∆U) b ằng t ổng đại s ố n ăng l ượ ng đ ã trao đổi v ớ i môi tr ườ ngtrong quá trình bi ến đổi này.

N ội n ăng c ủa m ột h ệ cô l ập luôn luôn đượ c b ảo toàn

(trong 1 hệ cô lập Q = A = 0 thì ∆U= 0⇒ U = const )




2.2 2.2- - Hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng tích( Q Hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng tích( Q v v ) ) – – Hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng áp (Q Hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng áp (Q p p ) )

a. Hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng tích( Q v ) Theo nglí I ta có:




∆U = Q + A’-p∆V ⇒ Q = ∆U –A’ + p∆V

Trong quá trình đẳng tích thì ∆V=0. Nếu hệ không thực hiện công cóích (A’=0), khi đó:

Qv= ∆∆∆∆U (3.5)

Như vậy, hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng tích b ằng bi ế n thiên n ội n ăng c ủ ah ệ

b. Hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng áp rong m t qu tr n ng p, n u ng s n c ng c c = ta c :

Qp=∆

U + p∆

V.Thay ∆U == U2-U1; ∆V= V2-V1 ta có:Qp= U2-U1+p(V2-V1) ⇔ Qp=U2+ pV2-(U1+ pV1).Đặt U + pV = H gọi là Enthalpy . Khi đó:

Qp= H

2-H

1= ∆∆∆∆H

(3.6)Như vậy, hi ệu ứ ng nhi ệt đẳng áp b ằng bi ế n thiên enthalpy c ủ ah ệ

Các pưhh thường được thực hiện trong đk áp suất kq không đổi nênđk đẳng áp được sử dụng rất phổ biến


Hàm enthalpyHàm enthalpy




Từ biểu thức H = U + pV ta thấy: Enthalpy chính lànăng lượng dự trữ của hệ gồm nội năng và phần nănglượng sinh công chống lại áp suất bên ngoài. Năng lượng

dự trữ pV trao đổi với môi trường trong quá trình đẳng ápdưới dạng công biến thiên thể tích.

Vì U, p, V là hàm trạng thái nên H cũng là hàm trạng.

Biến thiên enthalpy của hệ được tính theo công thức:∆∆∆∆H= ∆∆∆∆U + p ∆∆∆∆V (3.7)


c. Sự liên hệ giữa Qv và Qp

Ta có Qp= H

2-H

1= ∆H ⇔ Q

p= ∆U + p∆V .

Mặt khác ∆U Q Qp= Qv + p∆V (3 8)




p pMặt khác, ∆U= Qv . Qp= Qv + p∆V (3.8)

- Với những pư xảy ra giữa các chất ở trạng thái lỏng hoặc rắn thì ∆V =0.Khi đó:

- Với các pư có chất khí tham gia. Từ pt trạng thái khí ta có:

Qp= Qv (3.9)

p == n , ay v o u c . a c :

+ Đối với các pư mà ∆n > 0 ( số phân tử khí tăng trong pư) thì Qp > Qv.

+ Đối với các pư mà ∆n = 0 ( số phân tử khí không thay đổi) thì Qp = Qv.

+ Đối với các pư mà ∆n < 0 ( số phân tử khí giảm trong pư) thì Qp < Qv.

Qp= Qv + ∆nRT (3.10)


- Đối với các phản ứng mà ∆n > 0 ( số phân tử khí tăng

trong phản ứng ) thì Qp>QvThí d CaC H 0(l) Ca(OH) (l) C H (k)




trong phản ứng ) thì Qp>QvThí dụ: CaC2(rắn) + H20(l) = Ca(OH)2(l) + C2H2(k)

∆ n = 1- 0 = 1- Đối với phản ứng khi ∆ n = 0(số phân tử khí không

thayđổi) thì Qp = QvThí dụ: H2(k) + Cl2(k ) = 2HCl(k)

∆ n = 2- 2 = 0 -Đối với phản ứng khi ∆ n < 0(số phân tử khí giảm trong

phản ứng) thì Qp < Qv.Thí dụ : NH3(k) + H2O(l) = NH4OH(l)

∆ n = 0 -1 = -1.


2.3 2.3- - Đị nh lu ật Hess Đị nh lu ật Hess a- Điều kiện áp dụng định luật Hess

Để áp dụng đluật Hess thì hệ thực hiện ở một trong 2 trường hợp sau:Hệ th hiệ ở đk đẳ á à hỉ th hiệ ô iã ở ( A ∆V)




Để áp dụng đluật Hess thì hệ thực hiện ở một trong 2 trường hợp sau:- Hệ thực hiện ở đk đẳng áp và chỉ thực hiện công giãn nở ( A=-p∆V).

- Hệ thực hiện ở đk đẳng tích và chỉ thực hiện công giãn nở ( A=-p∆V).

b- Phát biểu định luật Hess (Gext -Nga) , 1836

”Hi ệu ứ ng nhi ệt c ủ a ph ản ứ ng hoá h ọc ch ỉ ph ụ thu ộc vào tr ạng thái đầuv tr ạng th i cu i c a c c ch t tham gia v c c ch t t ạo th nh sau ph nứ ng mà không ph ụ thu ộc vào cách ti ế n hành ph ản ứ ng”.

TG1 TG2

TG3

∆∆∆∆ HH

∆∆∆∆ HH2

A+B(chất đầu)

C+D(chất cuối)

∆∆∆∆ HH1

∆∆∆∆ HH3

∆∆∆∆ HH44 ∆∆∆∆ HH55

Theo định luật Hess ta có: ∆∆∆∆ HH = ∆∆∆∆ HH1

+ ∆∆∆∆ HH2

+ ∆∆∆∆ HH3

= ∆∆∆∆ HH4

+ ∆∆∆∆ HH5

S ơ đồ Hess có th ể bi ểu di ễ n nh ư sau:


cc-- Hệ quả định luật HessHệ quả định luật Hess Hệ quả 1:

“ H ư nhi ệt c ủ a ph ản ứ ng thu ận b ằng h ư nhi ệt c ủ a p ư ngh ị ch nh ư ng ng ượ c d ấ u”

∆∆∆∆Hth= - ∆∆∆∆Hng (3.11)




Hệ quả 2: Xác định hiệu ứng nhiệt pư dựa vào sinh nhiệt (nhiệt tạo thành) của chất

- Sinh nhiệt của chất:“Sinh nhi ệt hay nhi ệt t ạo thành c ủ a m ột ch ấ t là hi ệu ứ ng nhi ệt c ủ a ph ản

ứ ng t ạo thành 1 mol ch ấ t đ ó t ừ các đơ n ch ấ t ở d ạng b ền v ữ ng nh ấ t c ủ a cácnguyên t ố t ươ ng ứ ng, trong đ i ều ki ện đ ã cho v ề nhi ệt độ và áp su ấ t”

∆∆∆∆Hth= ∆∆∆∆Hng (3.11)

Ở điều kiện chuẩn (250C, 1atm) được gọi là sinh nhiệt tiêu chuẩn và được kí hiệu là

Thí dụ: sinh nhiệt tiêu chuẩn của CaCO3 là hiệu ứng nhiệt của phản ứnghình thành CaCO3 từ canxi kim loại, than chì và khí oxi phân tử ở điều kiện tiêuchuẩn:

Ca + Ctc + O2 = CaCO3 ;

sn,298∆H

1207,68kj∆H0

sn,298 −=


- Phát biểu hệ quả 2 của định luật Hess

“Hi ệu ứ ng nhi ệt c ủa m ột ph ản ứ ng hoá h ọc b ằng t ổng sinh nhi ệt

c ủa các ch ất cu ối tr ừ đi t ổng sinh nhi ệt c ủa các ch ất đầu (có nhân




ủ ấ ố ừ đ ổ g ệ ủ ấ đầ (v ớ i h ệ s ố c ủa m ỗi ch ất trong ptp ư )”

- Công thức của hệ quả 2:Giả sử có pư: mA + nB = pC + qD ; ∆Hx=?

Trong đó: A, B, C, D là các chất tham gia và chất tạo thành; m,n,p,qlà hệ số tỉ lượng.

∆∆∆∆Hx = (p∆∆∆∆Hsn,C+q∆∆∆∆Hsn,D)- (m∆∆∆∆Hsn,A+n∆∆∆∆Hsn,B)= ΣΣΣΣ ∆∆∆∆Hsn, cuối- ΣΣΣΣ ∆∆∆∆Hsn, đầu

(3.12)


Hệ quả 3:Hệ quả 3: Xác định hiệu ứng nhiệt pư dựa vào thiêu nhiệt (nhiệt đốt cháy) của chấtXác định hiệu ứng nhiệt pư dựa vào thiêu nhiệt (nhiệt đốt cháy) của chất

- Thiêu nhiệt của một chất:

“Thiêu nhi ệt (hay nhi ệt đốt cháy) c ủa m ột ch ất là hi ệu ứ ng nhi ệt c ủa ph ảnứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng ôxi phân tử để tạo thành các dạng oxit cao




ệ ( y ệ y) ộ ệ g ệ pứ ng đốt cháy 1 mol ch ất đ ó b ằng ôxi phân t ử để t ạo thành các d ạng oxit caonh ất b ền ở đ i ều ki ện đ ó”

Ở điều kiện chuẩn (250C, 1atm) được gọi là thiêu nhiệt tiêu chuẩn và đượckí hiệu là

0

tn,298∆H

, 2 và H2O (l)

Thí dụ: thiêu nhiệt tiêu chuẩn của mêtan, của piridin là hiệu ứngnhiệt của các phản ứng sau tiến hành ở điều kiện tiêu chuẩn:

CH4 + 2O2 = CO2(k) + H2O (l) , 890,34kJ∆H0

tn,298 −=


Phát biểu hệ quả 3 của định luật Hess

“Hi ệu ứ ng nhi ệt c ủa m ột ph ản ứ ng hoá h ọc b ằng t ổng thiêu nhi ệt

c ủa các ch ất đầu tr ừ đ i t ổng thiêu nhi ệt c ủa các ch ất cu ối (có nhânvới hệ số của mỗi chất trong ptpư)”




g ệ (v ớ i h ệ s ố c ủa m ỗi ch ất trong ptp ư )

- Công thức của hệ quả 3:

Giả sử có pư: mA + nB = pC + qD ; ∆Hx=?

Trong đó: A, B, C, D là các chất tham gia và chất tạo thành; m,n,p,qlà hệ số tỉ lượng.

Khi đó hi u ứn nhi t ư đư c tính theo côn thức:

∆∆∆∆Hx = (m∆∆∆∆Htn,A+n∆∆∆∆Htn,B)- (p∆∆∆∆Htn,C+q∆∆∆∆Htn,D)= ΣΣΣΣ ∆∆∆∆Htn, đầu - ΣΣΣΣ ∆∆∆∆Htn, cuối

(3.13)


- Trong sinh h ọc: Định luật Hess giúp ta tính được năng lượng giảiphóng ra khí CO2 khi ôxy hoá các chất dinh dưỡng trong cơ thể.




p g 2 y g g

Chẳng hạn khi ôxy hoá 1 mol glucôza:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 675,8KCal

Dù quá trình ôxy hoá diễn ra trong cơ thể có phức tạp đến đâuđi chăng nữa thì sản phẩm cuối cùng vẫn là CO2, H2O và giải phóngra 1 lượng năng lượng là 675,8 Kcal. Năng lượng đó giúp cho cơ

, .

- Định luật Hess cũng áp dụng cho cả các quá trình hoà tan , h ấ pph ụ , nóng ch ảy, hoá h ơ i, th ăng hoa…

- Định luật Hess và các hệ quả của nó có một ứng dụng rất lớn tronghoá học, nó cho phép tính hiệu ứng nhiệt của nhiều phản ứng trong

thực tế không thể đo được. ( ví dụ pư tạo CO từ Cgr và O2…)


Tính hi ệu ứ ng nhi ệt ph ản ứ ng d ự a và n ăng l ượ ngTính hi ệu ứ ng nhi ệt ph ản ứ ng d ự a và n ăng l ượ ngliên k ế t và nhi ệt ngt ử hóa liên k ế t và nhi ệt ngt ử hóa

Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol lk




+ Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol lkthành các ngtử ở thể khí

+ Nhiệt ngtử hóa của một chất là nhiệt lượng cần thiết để phân hủy

1mol chất ở thể khí thành các ngtử ở thể khí.Khi đó:

“ Hi ệu ứ ng nhi ệt c ủ a ph ản ứ ng b ằng t ổng n ăng l ượ ng liênk ế t trong các ch ấ t tham gia tr ừ đ i t ổng n ăng l ượ ng liên k ế t

trong các ch ấ t s ản ph ẩm c ủ a ph ản ứ ng”




Nhi ệt dung đẳng tíchNhi ệt dung đẳng tích (C(Cvv):):

“Là nhi ệt l ượ ng c ần thi ế t để nâng nhi ệt độ c ủ a 1 mol ch ấ t nguyênch ấ t lên 1 K ở đ i ều ki ện th ể tích không đổi và trong kho ảng nhi ệt độ đ ókhông có s ự chuy ển pha”

Bi ểu th ứ c tính C v :




vv )T

U)((C

∂

∆∂=

Từ biểu thức (3.16) ta suy ra:

(3.16)

dTU

2

1∫=∆=

T

T

vv C Q (3.17)

Nếu biết được Cp và Cv có thể tính được sự biến đổi nội năng ∆U vàentanpi ∆H theo nhiệt độ


b. Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độb. Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độTheo định luật Kirchhoff:

dT∆C∆H∆H2T

pTT ∫+= (3.18)




1

12

T

pTT ∫

Hoặc

dT∆C∆U∆U2

1

12

T

T

vTT ∫+=

(3.18)

(3.19)

Chú ý:Chú ý: 1∆H1T >>Chú ý 1:Chú ý 1: Thường sự biến đổi của Cp theo T không nhiều do đó, nếu

(như đối với các phản ứng cháy) và trong khoảng nhiệt độ khảo sátkhông có sự chuyển pha thì:

1

2

1

12 T

T

T

pTT ∆HdT∆C∆H∆H ≈+=

∫Chú ý 2:Chú ý 2: Nếu khoảng nhiệt độ T1÷T2 khá hẹp, ta có thể coi ∆Cp = const, khi đó:∆HT2= ∆HT1+ ∆Cp(T2-T1)


IIIIII-- NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH).NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC (NĐH).

1- NỘI DUNG CƠ BẢN

Các quá trình hoạt động trong tự nhiên thường tự xảy ra theomột chiều nhất định. Chiều hướng của một số quá trình có thể biếtđ hờ à ki h hiệ ò đ ố khô á đị h đ hiề




được nhờ vào kinh nghiệm còn đa số không xác định được chiềuhướng của nó.

Ví dụ: 1 pưhh tiến hành trong bình kín xảy ra theo chiều nào ?Như vậy cần phải có 1 lí thuyết tổng quát để xét chiều hướng

và giới hạn của quá trình trong tự nhiên. Lí thuyết đó là nguyên lí IINĐH

Để nghiên cứu khả năng, chiều hướng và giới hạn của quátrình. Nguyên lí II NĐH c n tr lời ba câu h i:

+ Quá trình đó có khả năng tự xảy ra không ?+ Quá trình đó xảy ra theo chiều nào ?+ Quá trình đó diễn ra đến đâu và khi nào thì dựng lại ?Trong hoá học việc biết những tiêu chuẩn cho phép tiên đoán

được chiều của phản ứng hoá học và giới hạn tự diễn biến của

chúng (do đó xác định được hiệu suất của phản ứng) là điều rấtquan trọng.Trong hoá h ọc, bi ểu di ễn nguyên lí II N ĐH d ướ i d ạng hàm

tr ạng thái entropi là thuân l ợ i nh ất.


22 -- H M ENTROPYH M ENTROPY -- BIỂU THỨC TO NBIỂU THỨC TO N – – C CH PH T BiỂU NGL IIC CH PH T BiỂU NGL IINĐH THEO HÀM ENTROPINĐH THEO HÀM ENTROPI

2.1 Khái niệm hàm entropi

Công bao giờ cũng bằng tích của 1 thừa số cường độ với biến thiêncủa 1 thừa số khuếch độ tương ứng




của 1 thừa số khuếch độ tương ứng.

Thí dụ: Công dãn nở khí A =- P∆V (với quá trình nhỏ: δA=-PdV)

Nhiệt và công có sự chuyển hoá lẫn nhau. Nhiệt lượng Q là 1 hình thứctruyền năng lượng nên nó cũng phải có những đặc điểm tương tự như công(cũng được biểu thị bằng tích của 1 thừa số cường độ và biến thiên 1 thừa

.

Thừa số cường độ của chuyển động nhiệt là nhiệt độ (T). Người ta đã đưara 1 thừa số khuyếch độ của chuyển động nhiệt đó là Entrôpi và kí hiệu là S.

Entropi là một hàm trạng thái, ngh ĩ a là biến thiên entropi ∆S của phảnứng bằng tổng entropi của các sản phẩm trừ đi tổng entropi của các chấttham gia (∆S= Ssản phẩm-Stham gia).




2.3 Phát biểu nguyên lí II NĐH theo hàm entropi2.3 Phát biểu nguyên lí II NĐH theo hàm entropi

Đối với hệ cô lập Q = 0 nên từ (3.22) ta có:

1212 SS0SS∆S ≥⇔≥−= (3.22)




1212 SS 0SS∆S ≥⇔≥ (3 )

“Trong h ệ cô l ập, quá trình t ự di ễn theo chi ều t ừ tr ạng thái có entropi nh ỏ sang tr ạng thái có entropi l ớ n và d ừ ng l ại khi Entrôpi c ủa h ệ đạt giá tr ị c ự c đại”.

Từ biểu thức (3.22) ta phát biểu nguyên lí II theo hàm entropi như sau:

Như vậy, dựa vào nguyên lí II đã tìm được 1 tiêu chuẩn để xét chiềuư ng v qu r n x y ra rong c p, m en rop


2.4 Ý ngh ĩ a hàm entropi2.4 Ý ngh ĩ a hàm entropi

Có thể nhận thấy trong một hệ cô lập các quá trình đều tự xảy ratheo chiều tăng mức độ hỗn loạn của hệ. Entrôpi là thước đo mức độ hỗn loạn

của hệ.




Thí dụ: Khi một chất khí tự động giãn nở vào chân không, các phân tử khí trước đây chỉ được chuyển động trong một thể tích nhỏ, nay được chuyểnđộng tự do trong một thể tích rộng hơn, với nhiều trạng thái chuyển động hơn,

ngh ĩ a là chúng hỗn loạn hơn.

S1 S2S2S1

Khóa K




3.2 3.2- -N ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt,đẳng áp (th ế đẳngN ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt,đẳng áp (th ế đẳngnhi ệt,đ

ẳng áp ho ặc n ăng l ượ ng Gibbs).nhi ệt,đẳng áp ho ặc n ăng l ượ ng Gibbs).

Giả sử ở điều kiện p =const và T= const hệ trao đổi với môi trường mộtlượng nhiệt Qp= ∆H. Như vậy môi trường sẽ nhận một lượng nhiệt là Qp= -∆H .

Khi đó theo nguyên lí hai:




Khi đó theo nguyên lí hai:

T

∆H

T

Q∆S

p

môitruong −==

Như vậy:∆Scô lập=∆Shệ+∆Smôi trường= ∆Shệ -

T

∆H

+ Khi ∆Scô lập >0 ⇔ ∆Shệ - >0 hay ∆H-T∆Shệ < 0 quá trình tự xảy ra.T

∆H

+ Khi ∆Scô lập =0 ⇔ ∆Shệ -T

∆H=0 hay ∆H-T∆Shệ = 0 hệ ở trạng thái cân b ng.

Vì T=const nên ta có: ∆H-T∆S = ∆(H-TS).

G=H-TS (3.23)Người ta đặt:

G được gọi là năng lượng tự do đẳng nhiệt đẳng áp (thế đẳng nhiệtđẳng áp hoặc năng lượng Gibbs).

Vì các đại lượng H, T, S đều là những hàm trạng thái nên G cũng làhàm trạng thái.


Như vậy ở điều kiện P và T không đổi ta có:

0∆G ≤ (3.24)

+ Khi∆

G <0 quá trình tự xảy ra.+ Khi ∆G = 0 hệ ở trạng thái cân bằng.




Ta có thể phát biểu nguyên lý II theo năng lượng tự do đẳng nhiệt, đẳngáp (G) như sau:

“ trong h ệ kín, ở nhi ệt độ và áp su ấ t không đổi, ch ỉ có nh ữ ng quá trình cókèm theo s ự gi ảm n ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt, đẳng áp m ớ i có kh ả n ăngự n. u r n ng ạ n ng ượ ng ự o ng n , ng p ạ

giá tr ị c ự c ti ểu”.


- - Ý ngh ĩ a c ủ a hàm G.Ý ngh ĩ a c ủ a hàm G.Từ biểu thức (3.23) ta có: ∆G = ∆H-T∆S-S∆T (*)

Mặt khác: H = U + PV⇒ ∆H = ∆U + P ∆V + V ∆P(**).

Từ (*) và (**) ta có: ∆G = ∆U + P∆V + V∆P -T ∆S - S∆TTheo nglí I và II NĐH, đối vớ i quá trình thuận nghịch ta có T∆S = Q= ∆U+ P∆V- A’




⇒ ∆G = V∆P - S∆T+ A’ (***)

- P = const⇒ ∆G = -S ∆T + A’

- T = const⇒ ∆G = V∆P + A’Từ biểu thức (***)⇒

Nếu T, P=const, khi đó: ∆G = A’ (3.25)

u cu c = - v u c . a y: ng ượng ự omột phần năng lượng toàn phần của hệ, phần đó trong biến đổi có thể sinh

công có ích (A’ =∆

G ), phần còn lại(), phần còn lại(T∆

S=Q) không thể sinh công, tồn tại dướidạng nhiệt, làm tăng độ hỗn loạn của hệ

Ở đktc (298K, 1atm) ta có:

∆G0 = ∆H0 - T∆S0(3.26)


--Vai trò c ủ aVai trò c ủ a ∆∆∆∆∆∆∆∆H,H, ∆∆∆∆∆∆∆∆S đối v ớ i d ấ u c ủ aS đối v ớ i d ấ u c ủ a ∆∆∆∆∆∆∆∆G và chi ều c ủ aG và chi ều c ủ aquá trình ( đọc sách).quá trình ( đọc sách).

3.3 3.3- -N ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt,đẳng tích( đọc sách) N ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt,đẳng tích( đọc sách) Ề Ớ À Á Ì Ả Ệ Ở áỀ Ớ À Á Ì Ả Ệ Ở á




44– –CHIỀU HƯỚNG VÀ QUÁ TRÌNH XẢY RA TRONG HỆ MỞ (đọc sách)CHIỀU HƯỚNG VÀ QUÁ TRÌNH XẢY RA TRONG HỆ MỞ (đọc sách)


55– –CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG TỰ DO CỦA PHẢN ỨNGCÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NĂNG LƯỢNG TỰ DO CỦA PHẢN ỨNG

5.1 TÍNH THEO ENTHALPY VÀ ENTROPI5.1 TÍNH THEO ENTHALPY VÀ ENTROPI

∆G0 = ∆H0 - T∆S0Sử dụng công thức (3.26)

Các thí dụ trang 64




Các thí dụ trang 64

5.2 TÍNH THEO BiẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO SINH RA CỦA CÁC CHẤT5.2 TÍNH THEO BiẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO SINH RA CỦA CÁC CHẤT

∆G

0

pư =Σ ∆

G

0

S (sản phẩm) - Σ ∆

G

0

S (tham gia) (3.27)

Thí dụ trang 64

.. --

∆G

0

= -n.F.∆

E0

(3.29)

n: số e trao đổi trong pư

∆E0: suât điện động tiêu chuẩn. ∆E0 = E0+- E0

-

F: hằng số Faraday; F =96 500C = 23 061 caloThí dụ trang 65

5.3 TÍNH THEO HẰNG SỐ CÂN BẰNG5.3 TÍNH THEO HẰNG SỐ CÂN BẰNG

∆G0 = -2,303RTlgK

Hoặc

∆G0 = -RTlnK

K: hằng số cân bằng

T: nhiệt độ kelvin

R: hằng số khí lí tưởng R= 1,987cal/mol.K=8,314 j/oml.K

(3.28)

Thí dụ trang 65


5.3 TÍNH THEO BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO CỦA CÁC PƯ NỐI TIẾP5.3 TÍNH THEO BIẾN THIÊN NĂNG LƯỢNG TỰ DO CỦA CÁC PƯ NỐI TIẾP

Giả sử có các pư nối tiếp A → B ∆G01

B → C ∆G02

C → D ∆G03

Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng tổng cộng A → D sẽ là:




Thí dụ trang 65

g ợ g ự p g g ộ g

∆G0pư= ∆G0

1 ++ ∆G02 + ∆G0

3 (3.30)

66– – SỰ PHỤ THUỘC CỦASỰ PHỤ THUỘC CỦA ∆∆∆∆G VÀO NỒNG ĐỘVÀO NỒNG ĐỘ 0

[ ] [ ]

[ ] [ ]nm

qp

0

B.A

D.CRTln∆G∆G +=

[ ] [ ]

[ ] [ ]nm

qp

cB.A

D.CRTlnRTlnK∆G +−=

.

Biến thiên ∆G trong các điều kiện khác với nồng độ chuẩn được tính bằng biểu thức:

Giả sử có phản ứng: mA + nB → pC + qD

Khi đó:

Ở điều kiện cân bằng: ∆G = 0. Khi đó:= 0. Khi đó:

Khi đó:

[ ] [ ]

[ ] [ ] cnm

qp

0 RTlnKB.A

D.CRTln-∆G −==

Thí dụ trang 66

(3.32)

(3.31)


--Vai trò củaVai trò của ∆∆∆∆∆∆∆∆H,H, ∆∆∆∆∆∆∆∆S đối với dấu củaS đối với dấu của ∆∆∆∆∆∆∆∆G và chiều củaG và chiều củaquá trình (đọc tài liệu).quá trình (đọc tài liệu).

3.3 3.3- -N ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt,đẳng tích( t ự tìm hi ểu) N ăng l ượ ng t ự do đẳng nhi ệt,đẳng tích( t ự tìm hi ểu)




44– –CHIỀU HƯỚNG VÀ QUÁ TRÌNH XẢY RA TRONG HỆ MỞ CHIỀU HƯỚNG VÀ QUÁ TRÌNH XẢY RA TRONG HỆ MỞ

Đối với các hệ hở (mở) các hàm trạng thái U, H, S, G, A không những phụ

thuộc vào nhiệt độ, áp suất, mà còn phụ thuộc vào thành phần của hệ

Giả sử tron h có n mol chất A n mol chất A … n mol chất A .

Khi đó G = G(p, T, n1, n2, …, ni)




CHƯƠNG 4: ĐỘNG HÓA HỌC

- Tốc độ phản ứng




ộ p g+ Khái niệm

+ Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng- Cân bằng hóa học

+ Hằng số cân bằng+ Sự chuyển dịch cân bằng

- Bài tập


I – TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG1.- KHÁI NIỆM TỐC ĐỘ PƯ

T ốc độ ph ản ứ ng đượ c bi ểu di ễn b ằng bi ến thiên n ồng độ c ủa 1 trongcác chất tham gia phản ứng hoặc chất taọ thành sau phản ứng trong 1




các ch ất tham gia ph ản ứ ng ho ặc ch ất ta ọ thành sau ph ản ứ ng trong 1đơ n v ị th ờ i gian ở đ i ều ki ện xác đị nh.

Giả sử ta có phản ứng :A+ B → C + D

−− ,Ở thời điểm t2, nồng độ chất phản ứng A là C2 ∆ttttt

V12

12

12

21−=

−−=

−=

Nếu khảo sát biến thiên nồng độ theo chất sản phẩm phản ứng thì:

∆t

∆C

tt

CCV

12

12=

−

−=

Biểu thức tổng quát về tốc độ trung bình của phản ứng:∆t

∆CV ±= (4.1)(4.1)

dt

dC

∆t

∆Climv

0∆t±=±=

→

Nếu xét trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ thì vận tốc tức thời củaphản ứng là:

(4.2)(4.2)


2 – CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI TỐC ĐỘ PƯ

2.1- Ảnh hưởng của nồng độ chất tham gia phản ứnga- Định tính




Để các chất tương tác hoá học với nhau tạo

thành sản phẩm thì các phần tử tham gia (phân tử,nguyên tử, ion…) phải va chạm với nhau. Va chạm gây

độ các chất tham gia tăng thì số va chạm giữa các phần

tử phản ứng tăng làm cho số va chạm có hiệu quả tăng,do đó tốc độ phản ứng tăng lên.

Nh ư v ậy, v ề m ặt đị nh tính: Khi n ồng độ các ch ất tham gia

ph ản ứ ng t ăng thì t ốc độ ph ản ứ ng t ăng lên


b- Định lượngGiải thích theo định luật tác dụng khối lượng

- Ph ản ứ ng đồng th ể.Phản ứng đồng thể ngh ĩ a l àphản ứng giữa các chất ở cùng một pha.thí dụ phản ứng giữa các chất khí, các chất hoà tan trong dung dịch…




ụ p g g , g g ịĐịnh luật tác dụng khối lượng: (nhà bác học Na-uy C. Guldbert và P.Waage đưara năm 1864), được phát biểu như sau:

“ ở m ột nhi ệt độ xác đị nh, t ốc độ c ủa ph ản ứ ng hoá h ọc t ỷ l ệ thu ận v ớ itích n ồng độ c ủa các ch ất tham gia ph ản ứ ng v ớ i lu ỹ th ừ a thích h ợ p”.

Giả sử có phản ứng: mA + nB = pC + qD.

Tại 1 nhiệt độ xác định thì biểu thức toán của đinh luật này có dạng:v = k.CA

m.CBn (4.3)(4.3)

Trong đ ó:- C A,C B : là n ồng độ ch ất A và ch ất B.- m, n: là nh ữ ng s ố t ỉ l ệ trong ph ươ ng trình ph ản ứ ng.- k: là h ằng s ố t ốc độ ph ản ứ ng có giá tr ị ch ỉ ph ụ thu ộc vào b ản ch ất c ủa ch ất ph ản ứng vànhiệt độ phản ứng (không phụ thuộc vào nồng độ C). k được xác định bằng thực nghiệm.

Khi CA=CB=1 mol/l thì v = k (được gọi là t ốc độ riêng c ủa ph ản ứ ng )Phương trình (4.3) là phương trình động học của phản ứng hoá học.


N ế u ph ản ứ ng x ảy ra gi ữ a các ch ấ t khí . Theo phương trình trạng tháikhí lí tưởng: nồng độ của chất khí tỉ lệ với áp suất riêng phần của khí đótrong hỗn hợp.

Áp suất riêng phần của một khí là áp suất gây ra do chính khí đó tronghỗn hợp. Áp suất riêng phần của khí i được tính theo công thức:

p áp s ất ch ng của hệ




Pn

nP

i

ii

∑= (4.4)(4.4)

p - áp suất chung của hệ.ni -số mol của khí i.∑ in là tổng số khí có trong hệ.

Lúc đó phương trình động học của phản ứng có thể viết:n

B

m

A .PkPv = (4.5)(4.5)

Thí dụ: trong phản ứng: 2SO2 + O2 → 52OV

2SO3.

22 O2SOcc .C.Ck v =

Nếu tính theo áp suất: 22 O

2

SOpp .P.Pk v =


- Phản ứng dị thể.Trong trường hợp này phản ứng chỉ xảy ra trên bề mặt chất rắn nênngoài sự phụ thuộc vào nồng độ khí hoặc chất hoà tan ra, vận tốc củaphản ứng còn phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha.

Thí dụ 1: đối với phản ứng:




dụ đố ớ p ả ứ gCgr + O2 (k) → CO2 (k)

Vận tốc phản ứng sẽ tỷ lệ với nồng độ của O2 và diện tích tiếpxúc (S) giữa Cgr và O2. Ở thời điểm khảo sát diện tích tiếp xúc

co n ư ng , o v n c c a p n ng r n vnồng độ (áp suất) của O

2:

2Oc .Ck v = 2Op .Pk v =Hoặc

Vậy: Trong tr ườ ng h ợ p có ch ất r ắn tham gia ph ản ứ ng thì “n ồng độ” c ủa nó

không có m ặ

t trong bi ể

u th ư

c toán h ọc c

ủa

đị nh lu

ật tác d

ụng kh

ối l

ượ ng.

- Bậc phản ứng (đọc sách).


Để phân biệt các phản ứng người ta dùng một đại lượng gọi là bậc phản ứngB ậc ph ản ứ ng là t ổng các s ố m ũ c ủa các th ừ a s ố n ồng độ trong ph ươ ng trình t ốc độ ph ản ứ ng.

v = k.CAm.CBnThí dụ, trong phương trình tổng quát ở trên, tốc độ phản ứng là:Khi đó bậc phản ứng là: m +n, ngh ĩ a là bằng tổng các hệ số phân tử của các chấttham gia phản ứng trong phương trình phản ứng của nó




tham gia phản ứng trong phương trình phản ứng của nó.Chú ý: Cách xác định bậc phản ứng như trên chỉ đúng với phản ứng đơn giản

(phản ứng xảy ra một giai đoạn). Còn trong phản ứng phức tạp (phản ứng xảy ranhiều giai đoạn) thì bậc phản ứng tính theo cách trên không còn chính xác nữa.Thí dụ:

Phản ứng đơn giảnCH

3 – N = N – CH

3→ CH

3 – CH

3+ N

2.

Phản ứng bậc 1H2 + I2 → 2HI Phản ứng bậc 2

2NO + O2 → 2NO2 Phản ứng bậc 3


Phản ứng bậc 3Phản ứng phức tạp

2NO + 2H2 → N2 + 2H2OCác giai đoạn phản ứng:

NO + H2 → NOH2.NOH2 + NO → N2 + H2O2.




H2O2 + H2 → 2H2O

CO + Cl2 → COCl2 Phản ứng bậc 5/2

Bậc phản ứng được xác định bằng thực nghiệm dựa vào phương trình động học của các

phản ứng có thể xác định một số thông số, trong đó có bậc phản ứng (xem trang 71)


2.2- Ảnh hưởng của nhiệt độQuy t ắ c Van’t Hoff.

Thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng lên thì vận tốc của phản ứng tăng rất nhanhvà cứ tăng lên 100Ct h ì vận tốc của phản ứng tăng lên 2 đến 4 lần.S ố ch ỉ v ận t ốc c ủa ph ản ứ ng t ăng lên bao nhiêu l ần khi nhi ệt độ t ăng lên 10 0 g ọi là

ố




h ệ s ố nhi ệt độ và kí hi ệu γ .

Ta có: γT10T

V

V

=+

Nếu ở nhiệt độ T1 vận tốc của phản ứng là V1 thì ở nhiệt độ T2 vận tốc

110

TT

2 .VγV

12 −

=

c a p n ng s :

(4.6)(4.6)

(4.6) là biểu thức toán học của quy tắc kinh nghiệm của Van’t Hoff. Nó chỉ là gầnđúng trong khoảng nhiệt độ không cao.

Thí dụ:a)Tính xem vận tốc của phản ứng tăng lên bao nhiêu lần khi tăng nhiệt độ từ 00C đến 3000C? Cho hệ số nhiệt độ bằng 2.

b)Nếu ở 00C phản ứng sẽ kết thúc trong 1024 ngày thì ở 3000C phản ứng kếtthúc trong bao nhiêu lâu?


3010

0300

0

300 22

V

V==

−

aa--Vậy khi nhiệt độ tăng từ 00Cđến 3000C vận tốc phản ứngtăng 230 lần

b ) V ì vận tốc phản ứng tỉ lệ nghịch với thời gian nên ở 3000C phản ứng sẽkết thúc trong:

GiảiGiải




kết thúc trong:

302

1024ngày

10

1606024

2

1024

30

= x x x, hay S


N ăng l ượ ng ho ạt động hoá – Ph ươ ng trình Arrhenius

E

Khái ni ệm v ề n ăng l ượ ng ho ạt động hoáđượ c mô t ả ở hình v ẽ bên.

Các chất tham gia phản ứng có mức

N ăng l ượ ng ho ạt động hoá




EM

M

Eh E

h

’

đầu

Ec

E

đ

∆H

Các ch ất tham gia ph ản ứ ng có m ứ cn ăng l ượ ng trung bình E đ . Các phân t ử có

m ứ c n ăng l ượ ng b ằng ho ặc l ớ n h ơ n m ứ c E M

s ẽ t ươ ng tác hoá h ọc v ớ i nhau để t ạo ra ch ấts ản h ẩm có m ứ c n ăn l ư n trun bình Ec.

Ti ến trìnhph ản ứ ng 0

cu

(P/ ứng toả nhiệt theo chiều thuận: ∆∆∆∆H<0)(p/ ứ thuận dễ xảy ra hơn vì Eh < E’h)

Hi ệu s ố E đ - E c = ∆H là hi ệu ứ ng nhi ệt c ủa

ph ản

ứ ng.Hi ệu s ố E M – E đ = E h là n ăng l ượ ng ho ạt

động hoá c ủa ph ản ứ ng thu ận.Hi ệu s ố E M – E c = E h ’ là n ăng l ượ ng ho ạt

động hoá c ủa ph ản ứ ng ngh ị ch.

M ứ c n ăng l ượ ng E M đượ c g ọi là hàngrào n ăng l ượ ng c ủa ph ản ứ ng.

N ăng l ượ ng E h chính là m ứ c n ăng l ượ ng c ần thi ết cung c ấp để cho t ất c ả các ph ần t ử tronh h ệ tr ở nên ho ạt động.


•Ph ươ ng trình Arrhenius.

Năm 1889 Arrhenius đã đưa ra thuyết va chạm hoạt động trên, đồng thờ i dẫn ra

một phươ ng trình thực nghiệm về sự phụ thuộc của hằng số tốc độ phản ứng vàonhiệt độ có dạng sau:

Eh

trong đ ó : k là h ằng s ố t ốc độ ph ản ứ ng, k 0 là h ằng s ố đặc tr ư ng cho m ỗi ph ản ứ ng (h ầu nh ư




RT0 .ek k

−

=(4.7)(4.7)

g g p g (không ph ụ thu ộc vào nhi ệt độ ), R là h ằng s ốkhí lí t ưở ng, T là nhi ệt độ (K), E h là n ăng l ượ ng

ho ạt động hoá.

Từ phương trình Arrhenius (4.7) ta thấy: khi nhiệt độ tăng thì hằng số tốc độ phản

Ở 2 nhiệt độ T1 và T2 , hằng số tốc độ k1 và k2 có mối liên hệ qua biểu thức:

)T

1

T

1(

R

E

k

k ln

12

h

1

2−−= (R=8,314J hoăcR=1,987cal)(4.8)(4.8)

Thí dụ: trang 79

Dựa vào biểu thức (4.8) ta có thể xác định Eh ( các hằng số tốc độ phản ứng

thường xác định được bằng thực nghiệm)


2.3- Ảnh hưởng của chất xúc táca- Khái niệm - phân loại xúc tác.

Khái niệm“Ch ất xúc tác là nh ữ ng ch ất có kh ả n ăng làm thay đổi t ốc độ ph ản ứ ng hoáh ọc và sau khi ph ản ứ ng k ết thúc, nó v ẫn gi ữ nguyên v ề kh ối l ượ ng c ũng

ề ả ấ




nh ư v ề b ản ch ất hoá h ọc”.

Phân loại xúc tác.- C ăn c ứ vào t ốc độ ph ản ứ ng, ng ườ i ta phân ch ấ t xúc tác thành 2 lo ại

.Thí dụ: KClO3 bị phân huỷ chậm khi đun nóng chảy:

2KClO3 = 2KCl + 3O2nếu cho thêm bột MnO2(xúc tác) vào thì phản ứng xảy ra rất nhanh.

Ch ấ t xúc tác âm : là chất xúc tác làm giảm tốc độ phản ứng (Hay còn gọi làchất ức chế hoặc chất kìm hãm phản ứng).

Thí dụ: đường và rượu là những chất xúc tác âm của phản ứng:2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4


- C ăn c ứ vào tr ạng thái t ập h ợ p gi ữ a ch ấ t xúc tác và ch ấ t ph ản ứ ng, ng ườ i tachia thành các lo ại

Ch ấ t xúc tác đồng th ể : là chất xúc tác ở cùng 1 thể với chất phản ứng.

Thí dụ phản ứng giữa SO2 và O2, chất xúc tác là khí NO.Ch ấ t xúc tác d ị th ể: là chất xúc tác và các chất tham gia phản ứng ở các pha

khác nhau




khác nhau.Thí dụ phản ứng tổng hợp NH3 từ N2 và H2 dùng bột sắt làm xúc tác.

(Các ch ất xúc tác d ị th ể th ườ ng là các ôxýt kim lo ại chuy ển ti ếp (ho ặc các ôxýt kim lo ại thu ộc phânnhóm ph ụ h ọ d). Chúng gi ữ vai trò v ận chuy ển đ i ện t ử khi làm xúc tác – còn g ọi là xúc tác ôxy hoá kh ử ).

Xúc tác enzym ( xúc tác men):

Thí dụ: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2.

Enzym là chất xúc tác sinh học, có bản chất protein

zymase

Ph ản ứ ng t ự xúc tác: là những phản ứng mà chất xúc tác được tạo ra ngay trongquá trình phản ứng .


Thí dụ: 2KMn04 + 5 H2C204 + 3 H2S04 = 2MnS04 + K2S04 +10C02+8H20 (1)(Tím) (Không màu)

Lúc đầu: Phản ứng xảy ra chậm ( Thuốc tím mất mầu chậm). Sau đó phản ứngxảy ra rất nhanh ( Tốc độ mất màu tím diễn ra nhanh, qua giai đoạn tạo Mn02 cómàu hạt dẻ).

Sở dĩ như vậy là do: Lúc đầu trong hệ phản ứng chưa có MnS0 Sau khi




Sở d ĩ như vậy là do: Lúc đầu trong hệ phản ứng chưa có MnS04. Sau khiphản ứng diễn ra, tạo MnS04 và chính MnS04 đã quay lại làm xúc tác cho phản

ứng. Có thể diễn giải bằng phương trình sau:2KMn04+ 3MnS04 + 2H20 = 5Mn02 + K2S04 + 2H2S04 (2)(Tím) (Màu hạt dẻ)

Sau đó: Mn02+ H2C204 + H2S04 = MnS04 + 2C02+ 2H20 (3)(màu vàng,hạt dẻ) ( không màu)


b- C ơ ch ế c ủ a xúc tác Năng lượng

Ngày nay có nhiều thuyết về cơ chế tác dụng của xúc tác. Các thuyết nàytuy khác nhau nhưng đều thống nhất ở một điểm là: trong quá trình ph ảnứng các chất tham gia tương tác




Tiến trình phản ứng

Hình v ẽ: S ơ đồ ti ến trình c ủa ph ản ứ ng đồng

ứ ng, các ch ấ t tham gia t ươ ng tácv ớ i ch ấ t xúc tác để chuy ển thành

tr ạng thái trung gian không b ền

ch ất xúc tác ( đườ ng đứ t nét).

phản ứng khi không có mặt, có mặt

chất xúc tác.Khi có mặt chất xúc tác làm cho phản ứng diễn ra qua một số phản ứngtrung gian có năng lượng hóa thấp hơn so với phản ứng không có xúc tácvà do đó làm tăng tốc độ phản ứng.

Thí dụ: phản ứng phân hủy H2O2.

Nếu có xúc tác Pt thì E’h= 24,02Kcal/mol

Nếu không có xúc tác thì Eh = 35,96Kcal/mol


- C ơ ch ế c ủ a ph ản ứ ng có ch ấ t xúc tác đồng th ể :

Thường được giải thích bằng thuy ết h ợ p ch ất trung gian. Theo thuyết này,nếu phản ứng giữa chất A và B xảy ra rất chậm nhưng khi có mặt chất xúc

tác X phản ứng xảy ra rất nhanh thì cơ chế của xúc tác như sau:A + B →

X AB

Lúc đầu: A + X AX

Phản ứng tổng quát:




Lúc đầu: A + X AX

Sau đó:AX + B (AXB)* AB +X

(K)NO 2(K) 2(K) 3 (K)

Ta có thể viết cơ chế

02(K) + 2N0(K) → 2N02Lúc đầu:

N02+ S02 = S03 + N0Sau đó:

Vì tạo thành các hợp chất trung gian hoặc phức chất trung gian nên phảnứng xảy ra theo các giai đoạn có Eh nhỏ hơn Eh trong trường hợp không cóchất xúc tác nên vận tốc phản ứng khi có chất xúc tác luôn luôn lớn hơnvận tốc phản ứng khi không có chất xúc tác.


- C ơ ch ế c ủ a ph ản ứ ng có ch ấ t xúc tác d ị th ể :

Cơ chế của phản ứng có chất xúc tác dị thể là cơ chế hấp phụ các chấtphản ứng lên trên bề mặt của chất xúc tác nhằm mục đích:

-Tăng nồng độ các chất tham gia trên bề mặt chất xúc tác- Giảm năng lượng liên kết giữa các ngtử trong phân tử chất tham gia- Tạo hợp chất trung gian kém bền ngay trên bề mặt chất xúc tác




Sau đó hợp chất trung gian bị phân huỷ tạo ra sản phẩm phản ứng và hoànlại chất xúc tác.Thí dụ: Phản ứn tổn hợ NH từ N và H , với xúc tác là bột

Tạo hợp chất trung gian kém bền ngay trên bề mặt chất xúc tác

sắt.N2 + 3H2 →

Fe 2NH3

Khi có bột sắt, các phân tử N2 và H2 khuếch tán đến bề mặt của sắt, tạothành các phản ứng trung gian như sau:

N N

Fe → +

2H

N N

Fe → +2H Fe

2HN - NH2

→ +

2H Fe

2NH3

Fe2NH3 +




1- KHÁI NIỆM VỀ CÂN BẰNG HÓA HỌC1.1- KHÁI NIỆM

Theo động học thì hầu hết các phản ứng hoá học đều là phản ứng thuậnnghịch. (Trong thực tế ta coi phản ứng này hoặc phản ứng kia là hoàntoàn vì lúc đó tốc độ phản ứng thuận chiếm ưu thế, tốc độ phản ứngnghịch là rất bé so với phản ứng thuận)




nghịch là rất bé so với phản ứng thuận).

“Tr ạng thái c ủa m ột ph ản ứ ng hoá h ọc thu ận ngh ị ch mà t ại đ ó t ốc độ ph ảnứ ng thu ận b ằng t ốc độ ph ản ứ ng ngh ị ch g ọi là tr ạng thái cân b ằng hoá

” .

1.2- HẰNG SỐ CÂN BẰNG

Cho một phản ứng thuận nghịch tổng quát:kt

mA + nB pC + qDkn

Theo định luật tác dụng khối lượng có:n

B

m

Att CCk v =

q

D

p

Cnn CCk v =

Trong đó:vt, vn Tốc độ phản ứng theo chiều thuận và chiều nghịchCA,CB, CC, CD là nồng độ của các chất A, B, C, Dkt, kn là hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch.


Tại trạng thái cân bằng thì vt = vn. Khi đó người ta thay kí hiệu nồng độ CA,CB, CC, CD bằng [A] , [B] , [C] , [D].

kt . [A]m. [B]n = kn [C]p [D]q.Tức là:

Suy ra[ ] [ ]

[ ] [ ]nm

qp

n

t

BA

DC

k

k = (4.9)(4.9)




Tại 1 nhiệt độ xác định (T = const) thì tỷ số

C

n

t Kk

k = (Kc: được gọi là h ằng s ố cân b ằng c ủa ph ản ứ ng )

[ ] [ ]

[ ] [ ]nm

qp

C

BA

DCK =Khi đó:

+ Nếu các chất phản ứng là các chất khí thì hằng số cân bằng được tínhtheo áp suất riêng phần của các khí trong hệ:

n

B

m

A

q

D

p

CpPP

PPK =

Giữa Kc và Kp có mối liên hệ

Kp = KC (RT)∆n ∆∆∆∆n là biến thiên số mol khí theo phương trình phản ứng

(4.10)(4.10)

(4.11)(4.11)

(4.12)(4.12)




1.3- ĐẶC ĐIỂM CỦA TRẠNG THÁI CÂN BẰNG

+ Cân bằng hoá học là một trạng thái cân bằng động

Khi hệ đạt trạng thái cân bằng hoá học, thì nhìn bề ngoài lúc đó tưởngchừng mọi phản ứng trong hệ đã ngừng lại (∆G=0), nhưng thực tế vẫn luônluôn diễn ra các phản ứng thuận và nghịch với các tốc độ bằng nhau.

Nồ độ ủ á hất ở t thái â bằ khô th đổi th thời i




+ Nồng độ của các chất ở trạng thái cân bằng không thay đổi theo thời gian.

1.4- CÂN BẰNG HÓA HỌC DƯỚI GÓC ĐỘ NHIỆT ĐỘNG HỌC

.Qua nghiên cứu người ta đưa ra biểu thức liên hệ giữa ∆G0 với hằng số

cân bằng như sau:∆∆∆∆G0= -RTlnKC hoặc ∆∆∆∆G0 = -RTlnKp (4.13)(4.13)

Hằng số cân bằng K1, K2 ở 2 nhiệt độ T1 và T2 có mối liên hệ qua biểu thức:

)T

1

T

1(R∆H

K

Kln121

2−−= (4.14)(4.14)


2- SỰ CHUYỂN DỊCH CÂN BẰNG

Hệ đang ở trạng thái cân bằng (cbI), nếu ta làm thay đổi các yếu tố như :nồng độ, nhiệt độ , áp xuất … thì trạng thái cân bằng bị phá vỡ. Đến 1 lúcnào đó, hệ lại thiết lập 1 trạng thái cân bằng mới (cbII)

Việc chuyển hệ từ trạng thái cân bằng (I) đến trạng thái cân bằng (II) gọi làsự chuyển dịch cân bằng




sự chuyển dịch cân bằng.

S ự chuy ển d ị ch đ ó tuân theo nguyên lý Le Chatelier :

“H đ an ở tr n thái cân b n , n u tha đổi 1 tron các u t nh ư n nđộ, nhi ệt độ , áp su ất … thì cân b ằng c ủa h ệ s ẽ chuy ển d ị ch theo chi ềuch ống l ại tác động đ ó.”


Thí d ụ 1: có cân bằng N2O4(K) 2NO2(K) ,∆H>0(Không màu) (màu nâu)

Nếu ta tăng nhiệt độ (đun) cho hệ thì cân bằng sẽ chuyển dịch

Nếu giảm nhiệt độ (nhúng vào nước lạnh) thì cân bằng sẽ chuyển dịch

theo chiều thu nhiệt (chiều thuận) làm cho màu nâu tăng lên

theo chiều toả nhiệt (chiều nghịch) làm cho màu của hệ khí nhạt đi




Thí d ụ 2: N2(K) + 3H2(K) 2 NH3(K) , ∆H<0Khi tăng áp suất hoặc giảm nhiệt độ (hoặc vừa tăng áp suất vừa giảm

theo chiều toả nhiệt (chiều nghịch) làm cho màu của hệ khí nhạt đi.

nhiệt độ)

Khi giảm áp suất, tăng nhiệt độ (hoặc vừa giảm áp suất vừa tăng nhiệt độ)cân bằng sẽ

Thí d ụ 3: FeCl3(l) + 3KCNS(l) Fe(CNS)3(l) + 3 KCl(l)dd màu

vàng

dd màuđỏ máu

Khi thêm chất phản ứng ( FeCl3 hoặc KCNS) vào hệ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiềuKhi thêm KCl vào hệ làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều

thì cân b ng sẽ chuy n dịch theo chi u thuận

chuyển dịch theo chiều nghịch

thuận làm cho màu đỏ máu tăng lên.

nghịch làm cho màu đỏ của hệ giảm đi.


III – PHẢN ỨNG QUANG HÓA1- PHẢN ỨNG QUANG HÓA – ĐỊNH LUẬT QUANG HÓA- HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ

1.1 PHẢN ỨNG QUANG HÓA

Ph ản ứ ng hoá h ọc mà n ăng l ượ ng c ần thi ết để gây ra ph ản ứ ng ph ải cungc ấp d ướ i d ạng b ứ c x ạ g ọi là ph ản ứ ng quang hoá

H2(k) + Cl2(k) = 2HClh ν

Thí dụ




2(k) 2(k)ụ

1.2 ĐỊNH LUẬT QUANG HÓAKhi nghiên cứu phản ứng quang hoá, Einstein (Anhxtanh-1912) đã nêu ra

.“ Để ph ản ứ ng x ảy ra thì m ỗi m ột phân t ử c ủa các ch ất tham gia ph ản ứ ng

ph ải h ấp th ụ 1 l ượ ng t ử b ứ c x ạ” Năng lượng của 1 lượng tử bức xạ của 1 photon: ε = h ν

Do vậy, năng lượng hấp thụ bởi 1 mol chất phản ứng bằng:

E = N. ε =N.h ν (4.15)(4.15)N: là s ố Avôga đ rô (N = 6,02 .10 23 ).h: là h ằng s ố pl ăng = 6,625.10 -34 j.s

ν νν ν : là t ần s ố chuy ển động c ủ a photon.

Mặt khác:λ

C ν = v ớ i C = 3.10 8 m/s: T ốc độ ánh sáng

Thay vào biểu thức (4.15) ta có:λ

CN.hE = (4.16)(4.16)


Khi thay các giá trị cụ thể vào biểu thức (4.16) rút ra :

λ

2,859E = (4.17)(4.17)[cal/mol.cm] (Nếu λ tính bằng cm)

Từ biểu thức (4.17)(4.17) ta thấy: khi λ nhỏ thì E lớn.Ngh ĩ a là, n ăng l ượ ng h ấp th ụ b ở i 1 mol ch ất ph ản ứ ng s ẽ l ớ n nh ất v ớ i ánh sáng tím, nh ỏ nh ất v ớ iánh sáng đỏ (trong vùng ánh sáng nhìn th ấy đượ c).

1 3 HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ ( )




1.3 HIỆU SUẤT LƯỢNG TỬ (ϕϕϕϕ)

Để kiểm tra định luật đương lượng quang hóa người ta đưa ra khái niệmhiệu suất lượng tử (ϕ) Số phân tử chất phản ứng

ϕ=Số phôtôn đã bị hấp thụ

Như vậy ϕ có thể nhận các giá trị: ϕ >1; ϕ = 1 ; ϕ <1.ới ϕ = 1 t hực tế thường không xảy ra.Đối với phản ứng bức xạ thuận nghịch thì ϕ < 1 như phản ứng phân hủy NH3:

h ν

2NH 3 , N 2 +3H 2 ϕ ≈ 0,15 ( ≈ 0,20).Đối với những phản ứng có ϕ >1 , trường hợp này thường xảy ra phản ứngdây truyền.

..

Chẳng hạn phản ứng:h ν

H 2 + Cl 2 2HCl , có ϕ = 10 4 đến 10 6


2- CÁC LOẠI PHẢN ỨNG QUANG HÓA

2.1 PHẢN ỨNG QUANG HÓA XÚC TÁCĐây là loại phản ứng có khả năng tự diễn(∆G <0). Năng lượng bức xạ mà các chất

phản ứng hấp thu được chỉ có tác dụng như 1 chất xúc tác, khơi mào cho phản ứng.Thí dụ:

Lúc đầu

H2 + Cl2 2HClh ν

Cl Cl• + Cl•h ν




Lúc đầu Cl2 Cl + Cl

Cl• + H2 HCl + H•

H• + Cl2 HCl + Cl• …

Sau đó

2.2 PHẢN ỨNG QUANG HÓA CƯỠNG BỨC

Đó là loại phản ứng mà tự nó không thể xảy ra được ( ∆G > 0). Phần năng lượng bứcxạ mà các chất phản ứng hấp thụ chỉ được dùng 1 phần để tiến hành phản ứng, phầncòn lại được tích luỹ ở sản phẩm.

Vì vậy thời gian chiếu sáng càng nhiều thì sản phẩm càng tăngThí dụ: năng suất lúa chiêm xuân những năm nắng nhiều cao hơn những năm nắng ít

Phần lớn năng lượng mà cây xanh hấp thụ được sẽ chuyển thành đường và tinh bộtđược tích luỹ ở sản phẩm : Thân, củ, quả…


2.3 PHẢN ỨNG CẢM QUANG

Chất tăng nhạy: Chất có vai trò giúp cho các chất tham gia pư hấp thụ được bức xạ

Ph ản ứ ng quang hoá có s ự tham gia c ủa ch ất t ăng nh ạy g ọi là ph ản ứ ng c ảm quang

Thí dụ: Phản ứng quang hợp ở cây xanh là phản ứng cảm quangChất Clorophil (có trong chất diệp lục) là chất tăng nhạy

Cơ chế của phản ứng quang hợph ν

6C02 + 6H20 C6 H1206 + 602 ↑X(Clorophil)




( p )

X + h ν X*

X* + H20 HX* + •0H* Chất hoạt động

Gốc tự do

24 HX* +6 C02 C6H1206 + 6H20 + 24X

•OH + •OH H2O2

2H2O2 2H2O + O2 ↑

Chính nhờ có phản ứng cảm quang đó mà lượng ôxy trong không khí không bị thay

đổi, nó đảm bảo cho sự sống của người và động vật.Nên việc giữ gìn môi trường xanh, sạch, đẹp là 1 việc làm rất cần thiết, đặc biệt làviệc đảm bảo màu xanh cho đất: Trồng cây lương thực, thực phẩm và gây rừngphải nên tiến hành thường xuyên, toàn diện.


Documents

Bài giảng Nhiệt động hóa học