2: Nguyên tử, phân tử và ion
- Page ID
- 217699
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Chương này sẽ mô tả một số nguyên tắc hóa học cơ bản liên quan đến thành phần của vật chất, bao gồm cả những nguyên tắc trung tâm của khái niệm nhận dạng phân tử.
- Giới thiệu
- Chương này sẽ mô tả một số nguyên tắc hóa học cơ bản liên quan đến thành phần của vật chất, bao gồm cả những nguyên tắc trung tâm của khái niệm nhận dạng phân tử.
- 2.1: Những ý tưởng ban đầu trong lý thuyết nguyên tử
- Người Hy Lạp cổ đại đề xuất rằng vật chất bao gồm các hạt cực nhỏ được gọi là nguyên tử. Dalton công nhận rằng mỗi nguyên tố có một loại nguyên tử đặc trưng khác nhau về tính chất với nguyên tử của tất cả các nguyên tố khác, và các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau có thể kết hợp theo tỷ lệ cố định, nhỏ, số nguyên để tạo thành các hợp chất. Các mẫu của một hợp chất cụ thể đều có tỷ lệ nguyên tố giống nhau theo khối lượng.
- 2.2: Sự tiến hóa của lý thuyết nguyên tử
- Mặc dù chưa ai thực sự nhìn thấy bên trong nguyên tử, các thí nghiệm đã chứng minh nhiều về cấu trúc nguyên tử. Ống tia âm cực của Thomson cho thấy các nguyên tử chứa các hạt nhỏ, mang điện tích âm gọi là electron. Millikan phát hiện ra rằng có một điện tích cơ bản - điện tích của một electron. Thí nghiệm lá vàng của Rutherford cho thấy các nguyên tử có hạt nhân nhỏ, dày đặc, mang điện tích dương; các hạt mang điện tích dương bên trong hạt nhân được gọi là proton.
- 2.3: Cấu trúc nguyên tử và chủ nghĩa tượng trưng
- Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân nhỏ, mang điện tích dương được bao quanh bởi các electron. Hạt nhân chứa proton và neutron; đường kính của nó nhỏ hơn khoảng 100.000 lần so với nguyên tử. Khối lượng của một nguyên tử thường được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu), được gọi là khối lượng nguyên tử. Một amu được định nghĩa là chính xác khối lượng \(1/12\) của một nguyên tử cacbon-12 và bằng 1,660 \(\times\) 5 10−24 g.
- 2.4: Công thức hóa học
- Một công thức phân tử sử dụng các ký hiệu hóa học và chỉ số con để chỉ ra số lượng chính xác của các nguyên tử khác nhau trong một phân tử hoặc hợp chất. Một công thức thực nghiệm đưa ra tỷ lệ đơn giản nhất, nguyên số của các nguyên tử trong một hợp chất. Một công thức cấu trúc chỉ ra sự sắp xếp liên kết của các nguyên tử trong phân tử. Các mô hình bóng và que và lấp đầy không gian cho thấy sự sắp xếp hình học của các nguyên tử trong một phân tử. Đồng phân là các hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng cách sắp xếp nguyên tử khác nhau.
- 2.5: Bảng tuần hoàn
- Việc phát hiện ra sự lặp lại tuần hoàn của các tính chất tương tự giữa các nguyên tố đã dẫn đến việc xây dựng bảng tuần hoàn, trong đó các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự tăng số nguyên tử trong các hàng được gọi là chu kỳ và cột được gọi là nhóm. Các nguyên tố trong cùng một nhóm của bảng tuần hoàn có tính chất hóa học tương tự nhau. Các nguyên tố có thể được phân loại là kim loại, kim loại và phi kim, hoặc là một nguyên tố nhóm chính, kim loại chuyển tiếp và kim loại chuyển tiếp bên trong.
- 2.6: Hợp chất phân tử và ion
- Kim loại (đặc biệt là những kim loại trong nhóm 1 và 2) có xu hướng mất số electron khiến chúng có cùng số electron như trong khí quý trước đó trong bảng tuần hoàn. Bằng cách này, một ion tích điện dương được hình thành. Tương tự, các phi kim (đặc biệt là các phi kim trong nhóm 16 và 17, và ở mức độ thấp hơn, những phi kim trong Nhóm 15) có thể đạt được số electron cần thiết để cung cấp cho các nguyên tử cùng số electron như trong khí quý tiếp theo trong bảng tuần hoàn.
- 2.7: Danh pháp hóa học
- Các nhà hóa học sử dụng các quy tắc danh pháp để đặt tên rõ ràng cho các hợp chất. Các hợp chất ion và phân tử được đặt tên bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau. Các hợp chất ion nhị phân thường bao gồm một kim loại và một phi kim. Tên của kim loại được viết đầu tiên, tiếp theo là tên của phi kim với phần cuối của nó được đổi thành —ide. Ví dụ, K2O được gọi là oxit kali. Nếu kim loại có thể tạo thành các ion với các điện tích khác nhau, một chữ số La Mã trong ngoặc đơn theo tên của kim loại để chỉ định điện tích của nó.
- Bài tập
- Đây là những bài tập về nhà để đi kèm với Textmap được tạo cho “Hóa học” bởi OpenStax. Các ngân hàng câu hỏi Hóa học đại cương bổ sung có thể được tìm thấy cho các Textmaps khác và có thể được truy cập tại đây. Ngoài những câu hỏi có sẵn công khai này, quyền truy cập vào ngân hàng vấn đề riêng tư để sử dụng trong các kỳ thi và bài tập về nhà chỉ dành cho giảng viên trên cơ sở cá nhân; vui lòng liên hệ với Delmar Larsen để có tài khoản có quyền truy cập.
Hình thu nhỏ: Quay Buckminsterfullerene (). \(\ce{C60}\) (CC-BY-SA 3.0; chưa được chuyển; Spon k).