22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
HÓA HỌC
DÀNH CHO SINH VIÊN CHƯƠNG TRÌNH KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO PFIEV
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
About Instructor …
 Current job position:
 Assoc. Prof. NGUYEN Dinh Lam, PhD
 From the University of Da-Nang – University of Science and Technology, Major: Oil and Gas
Engineering
 Chairman of Council
 Formation - Training:
 1984 – 1988: Bachelor of Science, Hue University, Major: Physical Chemistry
 1988 – 1989: Diploma of Engineer, Hanoi University of Science and Technology, Major:
Electrochemistry and Corrosion
 1996 – 1997: Diploma of Engineer and Master Degree, French Institute of Petroleum (IFP),
Major: Oil Refining, Engineering and Gas
 2000 – 2003: Doctor of Philosophy in Chemistry, the Institute of Researches on Catalysis and
Environment in Lyon – the University of Lyon 1, Major: Catalysis and Chemistry of the
Interphase.
 2003 – 2004: Post-doctoral Training, The University of Strasbourg
2
1
1
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
About Instructor …
 Working experiences:
 1988 – Present: Lecturer at the University of Da-Nang, University of Science and Technology.
 2005 – 2010: Head, Chemical Engineering – Petroleum and Gas Department.
 2007 – 2010: Deputy Dean, Faculty of Chemistry
 2010 – 2020: Director, Department of Science, Technology and International Cooperation
 2020 – Present: President, The University Council
 2006 – Present: Visiting Professor at the University of Toulon, France
 2006 – Present: Invited Researcher at the University of Strasbourg, France
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Cấu tạo nguyên tử: Nguyên tử được cấu tạo bởi proton, nơtron (neutron) và electron (é).
Nguyên tử của vật chất được tạo nên từ:
- Hạt nhân (nucleus) ở trung tâm với các proton (protons) mang
điện tích dương và các nơtron (neutrons) không mang điện tích
(trung hòa), bản kính: 10-15 – 10-14m
- Các hạt mang điện tích âm là các electrons (é)tồn tại trên các quỹ
đạo xung quanh trung tâm của hạt nhân nguyên tử (center of the
nucleus)
.
.
4
2
2
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Phổ nguyên tử và Phương trình Rydberg - Atomic Spectra & Rydberg Equation
- Mỗi loại nguyên tử chỉ hấp thụ và phát ra ánh sáng có tần số đặc trưng và được xác định nghiêm ngặt
- Đối với Hydro: Các vạch phổ tạo thành một số dãy, vị trí của dãy này được được biểu diễn chính xác bằng
phương trình Rydberd (Ritz):
= =

h = 6,62606896(33)x10-34 J.s
5
http://laser.chem.olemiss.edu/~nhammer/constants.html
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Phổ nguyên tử và Phương trình Rydberg - Atomic Spectra & Rydberg Equation
RH = 109677,6 cm −1
- Khi n = 1 và n’ = 2, 3, 4,…dãy LYMANN
 Tử ngoại xa
- Khi n = 2
dãy BALMER
 Tử ngoại gần và khả kiến
- Khi n = 3, 4, 5
dãy PASCHEN, BRACKET, PFUND  Hồng ngoại
6
3
3
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các loại bức xạ điện từ (bổ sung)
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Thuyết Bohr giải thích nguyên tử Hydro - The Bohr Model of the Hydrogen Atom
Trạng thái cơ bản của electron của nguyên tử Hydro quay trên quỹ đạo n = 1 ứng với năng lượng thấp nhất
 Trạng thái dừng (Stationary state)
Khi bị kích thích các electron nhảy ra các quỹ đạo xa hơn với n = 2, n = 3, có năng lượng lớn hơn
 Trạng thái kích thích (Excited state - *) không bền
 Năng lượng của electron trên quỹ đạo n tính theo công thức En
h = 6,62606896(33)x10-34 J.s
8
4
4
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Thuyết Bohr giải thích nguyên tử Hydro - The Bohr Model of the Hydrogen Atom
Hằng số Rydberd
Electron ở trạng thái năng lượng En’ trở về trạng thái En sẽ phát xạ một với bức xạ có tần số 
Hệ SI
1 eV = 1.60210-19 Joule
8
=
Hằng số Rydberd
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Thuyết Bohr giải thích nguyên tử Hydro - The Bohr Model of the Hydrogen Atom
GIỚI HẠN CỦA MÔ HÌNH BOHR:
- Không thể mô tả cho các hệ có nhiều electron
- Nguyên cứu electron trong nguyên tử như các phần tử gián đoạn với vị trí và tốc độ
xác định là sai lầm
- Không thể giải thích tính chất sóng của electron tương tự như photon
10
5
5
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bản chất sóng hạt của vật chất và năng lượng - The Wave-Particle Duality of Matter and Energy
Năm 1924: Broglie cho rằng tất cả dạng vật chất đều thể hiện tính chất sóng
momen động lượng
 HỆ THỨC BROGLIE mô tả sự phụ thuộc của bước sóng () với khối lượng (m) và vận tốc (v)
Sau đó, Davisson và Germer đã chứng minh bằng thực nghiệm hệ thức Broglie:
 Hiện tượng nhiễu xạ của các chùm electron và của các phân tử H2, He…
 NGUYÊN LÝ BẤT ĐỊNH HEISENBERG - Heisenberg’s Uncertainty Principle:
Không thể xác định đồng thời cả vị trí và tốc độ của các vi hạt, khi một vi hạt chuyển động theo phương x
với độ bất định về tọa độ x và độ bất định tốc độ vx
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các thực nghiệm và lý thuyết chính yếu cho phép
chuyển từ lý thuyết cổ điển sáng lý thuyết lượng tử
E = mc2
12
6
6
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Hàm sóng, phương trình Schrödinger – Wave function, the Schrödinger Equation (1926)
Theo cơ học lượng tử: Trạng thái của electron trong nguyên tử ở điểm M và
thời điểm t được đặc trưng bằng hàm sóng (x, y, z, t). Các tính chất của
hàm sóng:
 Hàm sóng  chứa tất cả các thông tin liên quan đến electron.
 Xác suất có mặt của electron trong thể tích dv sẽ là 2dv
 Xác suất tìm thấy electron trong toàn bộ không gian phải bằng 1
 Điều kiện để chuẩn hóa hàm sóng:
 Quy ước xác suất có mặt electron xung quanh hạt nhân nguyên tử khoảng
90 – 95% là mây electron (Mây electron của nguyên tử hydro là hình cầu
bán kính 0,0529nm = 0.529A)
 Trong cơ học lượng tử không còn khái niệm quỹ đạo mà thay bằng orbital.
 Một orbital nguyên tử là một hàm  của electron trong nguyên tử.
“hàm sóng của electron trong nguyên tử.”
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Hàm sóng, phương trình Schrödinger – Wave function, the Schrödinger Equation (1926)
 Để xác định hàm sóng , Schrödinger đã đưa ra phương trình Schrödinger ở trạng thái dừng
 Hàm  không phụ thuộc vào thời gian t đối với electron có khối lượng m chuyển động
trong trường thế năng V như sau:
Viết gọn lại như sau:
V: Thế năng của electron
 Giải phương trình Schrödinger sẽ tìm được hàm  của electron và năng lượng E tương ứng với nó
 Chỉ giải được đối với nguyên tử hoặc ion có 1 electron
 Đối với hệ có nhiều hơn 1 electron cần sử dụng phương pháp gần đúng
 Kết quả của phương pháp này giải thích được và thỏa mãn các số liệu thực nghiệm
14
7
7
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Hàm sóng, phương trình Schrödinger – Áp dụng cho nguyên tử 1 electron
 Đối với nguyên tử hydro thế năng giữa electron và proton trong nguyên tử là:
=−
 Phương trình sóng Schrodinger đối với nguyên tử H:
Để giải phương trình, người ta đã chuyển hệ từ hệ tọa độ Descartes (Đề-Các) sang hệ tọa độ cầu (r, , )
(spherical coordinate system)
 Phương trình hàm sóng Schrodinger được hiểu bằng tích các hàm của hai phần:
Với:
R(r)
: Phần bán kính, liên quan đến 2 số lượng tử n và l.
Y(, ) : Phần góc, liên quan đến 2 số lượng tử l và ml
Toán tử Laplace:
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các số lượng tử của Orbital nguyên tử – Quantum Numbers of an Atomic Orbital
Kết quả giải phương trình Schrödinger cho thấy rằng hàm sóng  của electron phụ thuộc vào 3 số lượng tử:
Số lượng tử chính n, số lượng tử phụ l, số lượng tử từ m (ml) , ngoài ra còn có số lượng tử từ spin ms
 Số lượng tử chính n dùng để xác định mức năng lượng của các electron trong nguyên tử :
 Vỏ nguyên tử được chia thành nhiều lớp điện tử, mỗi lớp điện tử được đặc trưng bằng 1 số
lượng tử chính n: 1, 2, 3,4…(n càng lớn, electron càng xa hạt nhân)
 Số lượng tử chính n xác định mức năng lượng trung bình của các điện tử của cùng một lớp.
 Ký hiệu các mức năng lượng theo số lượng tử chính:
Số lượng tử chính n: 1 2
Mức năng lượng En : K L
3 4
M N
5
O
6
P
7
Q
 Đối với ion giống hidro thì năng lượng của eletron được xác định bằng công thức:
16
8
8
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các số lượng tử của Orbital nguyên tử – Quantum Numbers of an Atomic Orbital
 Số lượng tử phụ l: Mỗi lớp điện tử từ n=2 trở lên lại gồm nhiều phân lớp, mỗi phân lớp electron đặc
trưng bằng 1 giá trị số lượng tử phụ l.
 Số lượng tử phụ nhận các giá trị l = 0, 1, 2, 3… (n – 1).
 Số lượng tử phụ l để xác định giá trị của mômen động lượng
biểu thức:
của electron trong nguyên tử theo
 Số lượng tử phụ l xác định hình dạng của các orbital trong nguyên tử.
 Ký hiệu các phân lớp electron theo giá trị số lượng tử phụ l:
Số lượng tử phụ l:
Phân lớp electron:
0
s
1 2
p d
3
f
 Trong 1 lớp electron, năng lượng electron tăng theo thứ tự ns – np – nd – nf;
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các số lượng tử của Orbital nguyên tử – Quantum Numbers of an Atomic Orbital
 Số lượng tử từ m (ml): Momen động lượng của electron là vectơ
định bằng giá trị của số lượng tử phụ l, còn chiều của vectơ
lượng tử từ m (ml),
, giá trị của nó được xác
được xác định bằng số
 Số lượng tử từ m (ml) xác định sự định hướng của các orbital nguyên tử;
 Ứng với một giá trị số lượng tử phụ l sẽ có có 2l+1 giá trị số lượng tử từ m: = 0;±1; ±2;
±3;. ...;
 Giá trị hình chiếu momen động lượng obitan trên trục Z được tính bằng công thức:
18
9
9
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các số lượng tử của Orbital nguyên tử – Quantum Numbers of an Atomic Orbital
 Số lượng tử từ spin (ms): đặc trưng cho momen động lượng nội tại (momentum spin) của
các electron
 Momen của spin có giá trị:
 Số lượng tử spin (ms) mô tả sự chuyển động tự quay của điện tử xung quanh trục riêng
của nó
 Giá trị của số lượng tử từ spin ms = s =  1/2
 Hình chiếu của momen spin trên trục z là:
Từ bốn số lượng tử n, l, m và ms hoàn toàn xác định được trạng thái của
electron trong nguyên tử
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Các số lượng tử của Orbital nguyên tử – Quantum Numbers of an Atomic Orbital
TÓM TẮT
Mối quan hệ giữa số lượng tử chính (n) và số lượng tử phụ (l)
KÝ HIỆU CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON
Số lượng tử chính n:
Mức năng lượng En :
1 2
K L
3 4
M N
5
O
6
P
7
Q
KÝ HIỆU CÁC PHÂN LỚP ELECTRON
Số lượng tử phụ l:
Phân lớp electron:
0
s
1 2
p d
3
f
20
10
10
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Atomic Orbital
 Orbital nguyên tử: Mỗi hàm sóng nlm của electron trong nguyên tử là kết quả của lời giải phương trình
Schrödinger được gọi là 1 orbital nguyên tử (AO).
 Mỗi AO có năng lượng, momen động lượng (hình dạng và định hướng) và spin đặc trưng (không có các AO
có cùng 4 số lượng tử n. l, m, s)
 Mỗi AO được biểu diễn bằng 1 ô vuông và được gọi là ô lượng tử
Hình dạng và sự định hướng của các AO s, p và d
21
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Atomic Orbital
 Orbital nguyên tử: Mỗi hàm sóng nlm của electron trong nguyên tử là kết quả của lời giải phương trình
Schrödinger được gọi là 1 orbital nguyên tử (AO).
22
11
11
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Quy luật phân bố các electron trong nguyên tử
Tuân theo 3 nguyên lý:
1. Nguyên lý loại trừ Pauli
2. Quy tắc Klechkovsky
 Nguyên lý vững bền - Aufbau principle or building-up principle:
 Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần lượt
các orbital có mức năng lượng từ thấp tới cao
3. Quy tắc Hund
23
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Quy luật phân bố các electron trong nguyên tử
1. Nguyên lý Pauli:
 Trong một nguyên tử không thể có hai electron có cùng trị số 4 số lượng tử như nhau.
 Trong một AO chỉ chứa tối đa 2 electron :
 Electron trong cùng một AO có cùng n, l, ml thì ms phải khác nhau, ms có 2 giá trị là ± 1/2
 Trong mỗi phân lớp chỉ chứa tối đa 2(2l+1) electron.
 Trong mỗi lớp chứa tối đa 2n2 electron:
 số electron tối đa trong một lớp là 2n2.
 Lớp thứ nhất n = 1 có 2 electron; Lớp thứ hai n = 2 có 8 electron; Lớp thứ hai n = 3 có 18 electron
2. Quy tắc kinh nghiệm Klechkowsky
 Đối với nguyên tử nhiều electron thì năng lượng không chỉ phụ thuộc vào số lượng tử chính n mà còn phụ
thuộc vào số lượng tử phụ l  Xác định năng lượng của orbital dựa vào số tổng n +l
24
12
12
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Quy luật phân bố các electron trong nguyên tử
2. Quy tắc kinh nghiệm Klechkowsky
 Đối với nguyên tử nhiều electron thì năng lượng không chỉ phụ thuộc vào số lượng tử chính n mà còn phụ
thuộc vào số lượng tử phụ l  Xác định năng lượng của orbital dựa vào số tổng n +l
 Năng lượng của các orbital nguyên tử tăng theo tổng giá trị (n+l).
 Nếu hai orbital nguyên tử có tổng giá trị (n+l) như nhau thì orbital nào có số lượng tử chính n lớn
hơn có năng lượng lớn hơn.
1s < 2s < 2p< 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d
< 5p < 6s < 4f≃5d < 6p < 7s < 5f≃6d <7p
Chênh lệch năng lượng giữa của các AO ns
và AO np càng lớn khi n càng tăng
25
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Quy luật phân bố các electron trong nguyên tử
3. Quy tắc Hund:
 Trong một phân lớp chưa bão hòa, các electron được sắp xếp vào các ô lượng tử sao cho tổng spin là
cực đại.
 Sự ghép đôi 2 electron đòi hỏi một năng lượng lớn hơn.
 Ví dụ: 16C: C (Z=6) cấu hình điện tử sẽ là 1s22s22p2
 Một số trường hợp đặc biệt:
Ví dụ: Cr (Z=24)
Cấu hình dự đoán (BT):
Cấu hình thực tế:
+ Cu (Z=29)
Cấu hình dự đoán (BT):
Cấu hình thực tế là:
1s22s22p63s23p64s23d4
1s22s22p63s23p64s13d5
Cấu hình nửa (bán) bão hoà
1s22s22p63s23p64s23d9
1s22s22p63s23p64s13d10
Cấu hình giả bão hoà
26
13
13
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Orbital nguyên tử – Xác định năng lượng của các Orbital nguyên tử - Hiệu ứng Slater
Hiệu ứng chắn Slater (mô hình gần đúng cho nguyên tử nhiều é)
 Các electron là những hạt mang điện tích âm nên khi chuyển động, chúng sẽ che chắn lẫn nhau khỏi lực hút của hạt nhân.
 Năng lượng của hệ sẽ được tính như sau:
,
=−
.
∗
∗
=−
.
∗
b: hằng số chắn, n: số lượng tử chính, n* : số lượng tử chính hiệu dụng,
Z: số điện tích hạt nhân, Z* : số điện tích hạt nhân hiệu dụng, l: số lượng tử phụ.
 Xác định b:
 Chia các orbital trong cấu hình electron thành các nhóm sau: (1s); (2s2p); (3s3p); (3d); (4s4p); (4d); (4f)...
 Các electron thuộc các nhóm orbital bên ngoài (n+i) orbital đang xét (n) không có hiệu ứng chắn, b=0.
 Mỗi electron trên các orbital thuộc cùng nhóm orbital đang xét (n) có b = 0,35, riêng đối với nhóm 1s có b = 0,3
 Nếu orbital đang xét là orbital s hay p thì mỗi electron trên lớp electron bên trong (n' = n-1) có b = 0,85; mỗi electron trên
các lớp eletron sâu hơn (n” < n-1) có b = 1,00.
 Nếu obital đang xét là d hay f thì mỗi electron thuộc các phân nhóm bên trong (ngay cả khi cùng lớp) đều có b = 1,00.
 n* : số lượng tử chính hiệu dụng xác định theo bảng:
n
1
2
3
4
5
6
n*
1
2
3
3,7
4
4,2
27
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
,
=−
.
∗
∗
=−
.
∗
VIẾT CẤU HÌNH ĐIỆN TỬ CỦA NGUYÊN TỬ CÓ Z = 17 VÀ
XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON CỦA PHÂN LỚP NGOÀI CÙNG.
Cấu hình điện tử:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Hệ số chắn
b = 6*0,35 + 8*0,85 + 2 = 10,9
Năng lượng của electron phân lớp ngoài cùng:
E3,1= - 13,6*(17-10,9)^2/3^2 = - 56,23 eV
VIẾT CẤU HÌNH ĐIỆN TỬ CỦA NGUYÊN TỬ Ti Z = 22 VÀ
XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON CỦA PHÂN LỚP 3d.
Cấu hình điện tử:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2
Hệ số chắn (e phân lớp d)
b = 18*1 + 0.35*1 = 18.35
Năng lượng của electron phân lớp 3d:
E3,2= - 13,6*(22-18,35)^2/3^2 = -20,13 eV
28
14
14
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Định luật tuần hoàn: Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học do Mendeleep đưa ra năm 1869, ngày nay
định luật được phát biểu như sau:
 Tính chất của các nguyên tố và đơn chất cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất tạo nên
từ các nguyên tố đó biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử.
Nguyên tắc xây dựng bảng tuần hoàn
 Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.
 Các nguyên tố có cùng số lớp electron được xếp vào 1 hàng ngang gọi là chu kỳ.
 Các nguyên tố có cùng electron hoá trị được xếp vào một cột dọc gọi là nhóm.
 Sử dụng quy tắc Klechkovsky để điền các electron vào các orbital nguyên tử
1s < 2s < 2p< 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d
< 5p < 6s < 4f≃5d < 6p < 7s < 5f≃6d <7p
29
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
- Chu kỳ:
 Là một dãy các nguyên tố hóa học mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron và được sắp
xếp theo thứ tự tăng dần điện tích hạt nhân. Số lớp electron của nguyên tử nguyên tố bằng số thứ tự
của chu kỳ.
 Mỗi chu kỳ được mở đầu bằng một kim loại điển hình, cuối là một nguyên tố halogen và kết thúc
là một khí hiếm (trừ chu kỳ 1).
30
15
15
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
1s < 2s < 2p< 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d
< 5p < 6s < 4f≃5d < 6p < 7s < 5f≃6d <7p
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
- Chu kỳ:
Các chu kỳ nhỏ (chu kỳ 1, 2, 3)
Chu kỳ 1 (n=1)
Chu kỳ 2 (n=2)
gồm hai nguyên tố :
H,
He
1s1,
1s2
gồm 8 nguyên tố:
2 nguyên tố s
6 nguyên tố p
l =0: Phân lớp 2s có 3Li
Chu kỳ 3 (n=3)
(2s1)
và 4Be
(2s2)
;
l=1: Phân lớp 2p có 5B (2s22p1) đến 10Ne (2s22p6)
gồm 8 nguyên tố: 2 nguyên tố s, 6 nguyên tố p (Hoàn toàn giống chu kỳ 2)
Dãy nguyên tố chu kỳ 3:
Cấu hình electron lớp ngoài cùng:
11Na,
3s1
12Mg,
3s2
13Al,…………..….. 18Ar
3s23p1, ……
3s23p6
[Ne] 3s1
31
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
1s < 2s < 2p< 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
< 6s < 4f≃5d < 6p < 7s < 5f≃6d <7p
- Chu kỳ:
Các chu kỳ lớn (chu kỳ 4, 5, 6, 7)
Chu kỳ 4 (n=4)
gồm 18 nguyên tố (2 nguyên tố s, 10 nguyên tố d và 6 nguyên tố p).
Sc: Scandium
Dãy nguyên tố chuyển tiếp thứ nhất (Orbital
3d)
Chu kỳ 5 (n=5)
giống chu kỳ 4: 18 nguyên tố (2 nguyên tố s, 10 nguyên tố d và 6 nguyên tố p).
Rb: Rubidi, Nb: Niobi, Te: Tecneti
Dãy nguyên tố chuyển tiếp thứ hai
(Orbital 4d)
32
16
16
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
1s < 2s < 2p< 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p
< 6s < 4f≃5d < 6p < 7s < 5f≃6d <7p
- Chu kỳ:
Các chu kỳ lớn (chu kỳ 4, 5, 6, 7)
Chu kỳ 6 (n=6)
gồm 32 nguyên tố
 Tương tự chu kỳ 5 (18 nguyên tố) + 14 nguyên tố họ f bắt đầu từ nguyên tố Ce,
 Các nguyên tố này có tính chất rất giống Lantan nên được xếp ở chung vào một dãy nên gọi là
dãy lantanoit (hay các nguyên tố họ lantan) xếp bên phía dưới Bảng tuần hoàn.
Dãy nguyên tố chuyển tiếp thứ ba (5d và 4f)
14 nguyên tố họ f (họ lantanoit)
33
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
- Chu kỳ:
1s < 2s < 2p< 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p
< 6s < 4f≃5d < 6p < 7s < 5f≃6d <7p
Các chu kỳ lớn (chu kỳ 4, 5, 6, 7)
Chu kỳ 7 (n=7)
gồm 32 nguyên tố nhưng chưa được xây dựng hoàn chỉnh
 Trong 32 nguyên tố có thể có thì bằng thực nghiệm chỉ mới thấy khoảng 30 nguyên tố trong đó
có các Actinoit (5f) nằm phía dưới BTH (giống các lantanoit) và dãy nguyên tố chuyển tiếp (6d).
34
17
17
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
35
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Cấu trúc bảng tuần hoàn: Chu kỳ và Nhóm
- Nhóm (Group):
 Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cấu hình electron tương tự
nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp vào cùng một cột trong Bảng tuần
hoàn theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân từ trên xuống dưới.
Nhóm được chia thành nhóm A và nhóm B.
 Nhóm A: gồm các nguyên tố s và p, được đánh số từ IA đến VIIIA
 Số thứ tự của nhóm bằng với số electron hoá trị và bằng với số electron lớp ngoài cùng.
 Nhóm B: Gồm những nguyên tố d, được đánh số từ IB đến VIIIB
36
18
18
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Cấu trúc bảng tuần hoàn
- Nhóm (Group):
 Nhóm B: Gồm những nguyên tố d, được đánh số từ IB đến VIIIB
 Số thứ tự của nhóm = số electron hoá trị = số electron lớp ngoài cùng + số electron ở lớp sát ngoài cùng.
 Cách xác định Số thứ tự của nhóm: Dựa trên cấu hình electron lớp ngoài cùng (n-1)dxnsy:
 Nếu x+y < 8
Chú ý:
→
Số thứ tự của nhóm =
x+y
 Nếu x + y = 8, 9, 10 →
Số thứ tự của nhóm =
8
 Nếu x + y > 10
Số thứ tự của nhóm =
x+y-10
→
Cấu hình ns2 (n-1)d4 được chuyển thành ns1 (n-1)d5: Cấu hình nửa (bán) bão hoà → cấu hình bền
Cấu hình ns2 (n-1)d9 được chuyển thành ns1 (n-1)d10: Cấu hình giả bão hoà
→ cấu hình bền
37
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
- Bán kính nguyên tử.
 Trong một chu kỳ, từ trái sang phải bán kính nguyên tử giảm dần (đặc biệt đối với các chu kỳ nhỏ).
 Trong các chu kỳ lớn, sự giảm bán kính nguyên tử xảy ra từ từ và thể hiện không rõ ràng như đối
với chu kỳ nhỏ. Đặc biệt đối với các nguyên tố d và f thì bán kính của chúng giảm rất chậm
38
19
19
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
1pm = 10-12m
 Theo nhóm:
 Nhóm A: Trong một nhóm từ trên xuống dưới, bán kính nguyên tử
tăng dần.
Bán kính (pm)
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
- Bán kính nguyên tử.
Số nguyên tử
 Nhóm B: Bán kính nguyên tử của nguyên tố đầu nhóm đến nguyên tố thứ hai có tăng lên
nhưng từ nguyên tố thứ hai đến nguyên tố thứ ba thì ít thay đổi thậm chí có trường hợp không
tăng mà còn giảm chút ít.
 Nguyên nhân là do hiện tượng “co ngót” Lantanoid hay Actinoit
39
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
Năng lượng ion hóa: Là năng lượng tối thiểu cần để tách 1 electron khỏi một nguyên tử tự do ở trạng
thái cơ bản ở thể khí.
 Đối với năng lượng ion hóa thứ nhất:
Na → Na+ + 1e
I1 = 5,14 (eV)
Đối với những nguyên tử nhiều electron ngoài năng lượng ion hóa thứ nhất còn có năng lượng ion hóa
thứ 2, 3  I1 < I2 < I3
Trong một chu kỳ, từ trái sang phải năng lượng ion hóa I1 tăng dần.
Trong một nhóm:
Nhóm A, từ trên xuống dưới năng lượng ion hóa I1 giảm.
Nhóm B, thì năng lượng ion hóa diễn ra theo một quy luật không chặt chẽ.
40
20
20
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
Năng lượng ion hóa: Là năng lượng tối thiểu cần để tách 1 electron khỏi một nguyên tử tự do ở trạng thái
cơ bản ở thể khí.
41
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
Độ âm điện – Electronegativity (): Độ âm điện là đại lượng kinh nghiệm đặc trưng cho khả năng hút
electron một nguyên tử trong phân tử
 Được đề nghị bởi Pauling vào năm 1932  thang Pauling (Pauling scale);
A,  B: Độ âm điện của nguyên tố A và B (đại lượng không có thứ nguyên)
D(AB), D(AA) và D(BB) là năng lượng phân ly các liên kết A-B, A-A, B-B tương ứng (eV)
 Còn các thang khác để đánh giá độ âm điện như Mulliken, Allred–Rochow, Allen nhưng thông dụng
nhất vẫn là Pauling scale.
42
21
21
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
Độ âm điện – Electronegativity: Độ âm điện là đại lượng kinh nghiệm đặc trưng cho khả năng hút electron
một nguyên tử trong phân tử (Pauling in 1932, thang Pauling).
Trong một chu kỳ, độ âm điện tăng khi đi từ trái sang phải.
Trong một nhóm A, đi từ trên xuống dưới, độ âm điện giảm dần.
43
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
Sự biến đổi tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố hóa học.
Tính kim loại và phi kim:
 Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhường electron để trở thành
ion dương (cation).
 Nguyên tử của nguyên tố nào càng dễ nhường electron, tính kim loại của nguyên tố đó càng
mạnh.
Na (1s22s22p63s1) có tính kim loại mạnh hơn Cl (1s22s22p63s23p5)
 Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhận thêm electron để trở thành
ion âm (anion).
 Nguyên tử của nguyên tố nào càng dễ nhận electron, tính phi kim loại của nguyên tố đó càng
mạnh.
F (1s22s22p5) sẽ có tính phi kim mạnh hơn Cl.
 Trong một nhóm A từ trên xuống tính kim loại tăng dần, tính phi kim giảm dần.
44
22
22
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Bảng tuần hoàn và cấu hình electron - The periodic table and electron configurations
https://www.webelements.com/carbon/atoms.html
45
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 1: Mô hình lượng tử của nguyên tử và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
Phụ lục – Giải phương trình Schrodinger
46
23
23
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Các đặc trưng của liên kết hóa học (Chemical Bond)
 Năng lượng liên kết: Năng lượng cần thiết để phá vỡ các liên kết giữa hai nguyên tử trong phân tử ở trạng thái khí,
cơ bản thành các nguyên tử cũng ở trạng thái khí cơ bản:
HCl (k, cb)  H(khí, cb) + Cl(khí, cb), ECl-H = 432 kJ/mol
CH4(k, cb)  C(k, cb) + 4H(k, cb) cần năng lượng là 1649 kJ, do đó EC-H = 1649/4 = 412 kJ/mol
 Độ dài liên kết: Khoảng cách giữa 2 tâm nguyên tử trực tiếp với nhau trong phân tử: (1nm = 10-9m, 1Å = 10-10m)
 Độ dài liên kết giữa 2 nguyên tử Hydro trong phân tử H2 là 0,074nm (0,74Å)
 Độ dài liên kết O-H trong phân tử nước là 0,0957nm (0,957Å)
 Góc liên kết: Góc được tạo thành bởi một nguyên tử liên kết trực tiếp với 2 nguyên tử khác trong phân tử
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Các đặc trưng của liên kết hóa học (Chemical Bond)
 Độ bội của liên kết:
 Chủ yếu áp dụng cho liên kết cộng hóa trị,
 Giữa hai nguyên tử trong phân tử (liên kết hóa trị): là số cặp electron chung để tạo ra liên kết giữa hai
nguyên tử trong phân tử.
 Độ bội liên kết càng lớn, chiều dài liên kết càng nhỏ và năng lượng liên kết càng lớn
 Phân loại liên kết:
 Liên kết ion,
 Liên kết cộng hóa trị,
 Liên kết có năng lượng yếu
2
1
24
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết ion (The Ionic Bonding) theo Kossel
 Sự hình thành liên kết ion:
 Liên kết được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu;
 Liên kết ion là liên kết được hình thành từ hai nguyên tử của hai nguyên tố có độ âm điện rất khác nhau;
 Sự chuyển dịch electron từ một nguyên tử có tính dương điện mạnh (electropositivity) sang một nguyên
tử có tính âm điện mạnh (electronegativity) để tạo thành cation và anion, các ion ngược dấu hút nhau
bằng lực hút tĩnh điện.
 Bản chất của liên kết ion là lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu.
 Trong liên kết ion có sự phân bố lại các ion một cách đều đặn trên các nút mạng lưới tinh thể và
giữa chúng tồn tại lực tương tác tĩnh điện về mọi phía.
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết ion (The Ionic Bonding) theo Kossel
 Điều kiện tạo thành liên kết ion:
 Độ âm điện của 2 nguyên tử tham gia liên kết phải khác nhau nhiều (hiệu số độ âm điện ≥ 2).
4
2
25
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết ion (The Ionic Bonding) theo Kossel
 Đặc điểm của liên kết ion:
 Mỗi ion tạo ra điện trường xung quanh nó, nên liên kết ion xảy ra theo mọi hướng hay liên kết ion
là liên kết không có hướng.
 Không bão hoà, nghĩa là mỗi ion có thể liên kết được nhiều ion xung quanh nó.
 Liên kết rất bền.
 Các ion được sắp xếp theo cấu trúc mạng tinh thể.
 Chất rắn ion là tinh thể tồn tại ở nhiệt độ phòng.
 Liên kết ion là một lực hút tĩnh điện mạnh. Điều này có nghĩa là các hợp chất ion thường
cứng và có điểm nóng chảy và sôi cao.
 Các hợp chất ion dễ vỡ và liên kết bị phá vỡ dọc theo các mặt phẳng khi bị đặt dưới áp lực.
 Tinh thể rắn không dẫn điện, nhưng dung dịch ion thì dẫn điện được.
 Hoá trị của nguyên tố trong hợp chất ion :
 Hoá trị của một nguyên tố trong hợp chất ion được gọi là điện hoá trị, hoá trị ion của nguyên tố đó.
 Na+, Cl- thì Na và Cl đều có hoá trị 1
 Đối với ion đa nguyên tử: Không nói đến hoá trị của từng nguyên tố mà nói đến hoá trị của cả ion.
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị (Covalent Bonding)
Có 2 phương pháp để giải thích bản chất liên kết cộng hóa trị:
 Phương pháp liên kết hóa trị (Valence Bond)
 Phương pháp Orbital Phân tử MO (Molecular Orbital)
Ví dụ: Sự tạo thành của phân tử H2 theo cơ học lượng tử (Heitler và London)
- Liên kết H-H hình thành do sự kết hợp của hai electron của hai nguyên tử H
có giá trị số lượng tử spin ms trái dấu nhau
- Khi hình thành liên kết, các orbital hóa trị của 2 nguyên tử xen phủ nhau, nên
mật độ electron ở khu vực không gian giữa 2 nguyên tử tăng lên và khoảng
cách giữa 2 tâm nguyên tử < 2 lần bán kính của chúng.
6
3
26
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị (Covalent Bonding)
Các luận điểm cơ bản của phương pháp liên kết hóa trị (VB):
 Trong phân tử các electron vẫn chuyển động trên các orbital nguyên tử (AO).
 Mỗi liên kết cộng hoá trị được tạo thành do sự ghép đôi 2 electron độc thân có spin trái dấu của
2 nguyên tử khác nhau, các cặp electron này được xem như chung cho cả 2 nguyên tử.
 Khi đó xảy ra sự xen phủ giữa 2 đám mây electron liên kết, sự xen phủ càng mạnh thì liên kết
càng bền.
 Liên kết được phân bố theo phương mà tại đó sự xen phủ lẫn nhau giữa các AO tham gia liên kết
là lớn nhất, và như vậy sẽ có những phương được ưu tiên trong không gian phù hợp với cấu hình
không gian của phân tử vì vậy liên kết cộng hoá trị có tính định hướng.
 Liên kết cộng hoá trị có tính bão hòa, nghĩa là mỗi liên kết chỉ đảm bảo bởi 2 electron và ở một
nguyên tử tham gia liên kết chỉ có một số giới hạn các liên kết hoá trị.
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị (Covalent Bonding)
Hình dạng và sự định hướng của các AO s, p và d
8
4
27
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị (Covalent Bonding)
Các kiểu liên kết cộng hóa trị:
 Liên kết σ: Được hình thành khi các obitan nguyên tử (AO ) tham gia liên kết xen phủ dọc theo trục liên
kết (theo trục nối giữa hai hạt nhân nguyên tử)  Đối xứng trục và khá bền

 Liên kết π: Được hình thành khi có sự xen phủ các AO hoá trị về hai phía của trục nối giữa hai hạt
nhân nguyên tử tương tác (hai thùy của một orbital nguyên tử tham gia xen phủ với hai thùy của electron
orbital khác tham gia liên kết)  Đối xứng qua mặt phẳng và kém bền, hoạt tính hóa học cao.
 Liên kết σ bền hơn liên kết π.
 Liên kết π làm thành mặt phẳng đối xứng với trục liên kết.
 Giữa 2 nguyên tử liên kết với nhau trong phân tử bao giờ cũng chỉ tồn tại một liên kết σ, còn số liên
kết π có thể bằng 0, 1, 2.
 Liên kết δ : Liên kết này ít gặp, đó là liên kết xuất hiện do sự xen phủ của các orbital d.
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị (Covalent Bonding)
 Hoá trị của các nguyên tố theo thuyết Liên Kết hóa trị (VB): Hoá trị có thể có của một nguyên tố được
tính bằng số electron độc thân trong nguyên tử của nguyên tố đó (ở trạng thái cơ bản hay kích thích).
Nitơ (Z=7)
Photpho
Photpho bị kích thích 1 é của 3s2 chuyển sang 3d  Hóa trị 5
10
5
28
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị (Covalent Bonding)
 LIÊN KẾT CHO NHẬN:
Là liên kết cộng hóa trị nhưng cặp electron chung để tạo liên kết chỉ do một nguyên tử (hay ion) cung cấp
 Để tạo ra liên kết cho nhận thì một nguyên tử hay ion phải có cặp electron hóa trị chưa liên kết và
nguyên tử hay ion còn lại có orbital trống
 Liên kết cho – nhận được tạo thành có thể do sự sắp xếp lại các electron hóa trị của phân tử nhằm tạo ra
orbital trống để nhận cặp electron liên kết
 Năng lượng cần thiết cho sự sắp xếp lại này được bù bằng năng lượng của phản ứng
Ví dụ: Sự sắp xếp lại electron hóa trị của nguyên tử O để nhận cặp điện tử tự do của N
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Thuyết lai hoá được Pauling đưa ra trong khuôn khổ thuyết Liên kết Hóa trị (VB) để giải thích sự hình
thành liên kết trong phân tử CH4, BeF2 … và các hợp chất tương tự, với các đặc điểm sau:
 Khi tham gia liên kết, các AO hoá trị của các nguyên tử tham gia đồng thời bằng cách trộn lẫn với
nhau trước khi đi vào liên kết.
 Sự lai hoá orbital là sự tổ hợp các AO trong một nguyên tử để tạo thành các AO lai hoá giống nhau
về năng lượng, hình dạng và định hướng rõ rệt trong không gian.
 Ví dụ về lai hóa sp của nguyên tử Be với sự tổ hợp của AO 2s và AO 2pz :
12
6
29
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Thuyết lai hoá
Xét sự hình thành phân tử CH4:
 Độ bền của 1 liên kết C – H do sự xen phủ s – s khác với độ bền của 3 liên kết C – H còn lại
do sự xen phủ p – s.
 Tuy nhiên thực nghiệm xác nhận rằng bốn góc liên kết HCH trong phân tử CH4 đều bằng
109o28’  Tứ diện đều
 Độ bền của 4 liên kết C – H đều như nhau.
 Lai hóa sp3
Trạng thái cơ bản
Trạng thái kích thích
Lai hóa sp3
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Điều kiện để các AO lai hóa:
 Năng lượng của các AO tham gia lai hoá phải xấp xỉ nhau
 Năng lượng của các AO tham gia lai hoá thấp
 Độ xen phủ các AO lai hoá với các AO của các nguyên tử khác tham gia liên kết phải lớn.
 Không đủ các điều kiện trên thì khả năng lai hoá giảm dần hoặc không có sự lai hoá, kết
quả dẫn đến độ bền liên kết giảm dần.
Năng lượng các orbital hoá trị tăng dần từ N đến Sb trong nhóm VA và từ O đến Te trong nhóm VIA
 Năng lượng liên kết giảm từ NH3 đến SbH3 và từ H2O đến H2Te
 Sự giảm độ lớn của góc liên kết:
 Khi số nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm A ít hơn số orbital lai hóa của A
 Do cặp electron hóa trị trên orbital lai hóa chưa tham gia liên kết có tác dụng đẩy mạnh hơn so với
cặp electron trên obitan lai hóa đã tham gia liên kết.
14
7
30
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Các kiểu lai hóa AO ns và np:
 Lai hoá sp: Đó là sự tổ hợp giữa một AOs và một AOp thuộc cùng một lớp nguyên tử, tạo
thành 2 orbital lai hoá có năng lượng tương đương và hình dạng giống nhau, trục đối xứng của
2 AO lai hoá này tạo với nhau một góc 180o (BeF2, BeH2, BeCl2, CO2, C2H2,…)
 Lai hoá sp2: Là sự lai hoá giữa một AO s với 2 AO p tạo ra 3AO lai hoá sp2 nằm trong cùng
một mặt phẳng, trục đối xứng của chúng tạo với nhau một góc là 120o hướng về 3 đỉnh của một
tam giác đều (BH3, BF3, BCl3, SO2, SO3 và giải thích liên kết đôi của các nguyên tử C trong các
hợp chất hữu cơ) .
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Các kiểu lai hóa AO ns và np:
 Lai hoá sp3: Một orbital ns và ba obitan np lai hoá với nhau tạo thành 4 obitan giống hệt nhau sp3 hướng
tới bốn đỉnh của tứ diện đều tạo thành góc giữa các obitan lai hoá bằng 109o28’ hoặc gần với góc đó.
Phân tử tứ diện đều CH4 có góc hóa trị
H – C – H là 109o28’, lai hóa sp3.
Phân tử NH3 lai hóa sp3 nhưng do tướng tác đẩy
của cặp é không chia với 3 cặp é liên kết N-H
làm góc hóa trị giảm từ 109o28’ còn 107o1’.
16
8
31
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
Kiểu lai hóa sp
đường thằng
Kiểu lai hóa sp2
Tam giác
Kiểu lai hóa sp3
Tứ diện
Kiểu lai hóa sp3d
Lưỡng tháp Tam giác
Kiểu lai hóa sp3d2
Bát diện
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
18
9
32
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Dự đoán lai hóa và cấu trúc hình học của phân tử - Thuyết VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsions)
 Xuất phát từ ý tưởng các cặp electron hoá trị của một nguyên tử luôn đẩy lẫn nhau, R.J. Gillespie đã đưa ra
quy tắc tiên đoán sự định hướng các liên kết xung quanh một nguyên tử trung tâm của phân tử hoặc ion gọi là
Thuyết (lực) đẩy của cặp electron (vỏ) hóa trị, viết tắt là VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsions)
 Luận điểm chính:
 Mọi cặp electron liên kết và không liên kết (cặp electron tự do) của lớp ngoài cùng đều cư trú thống kê
ở cùng một khoảng cách đến hạt nhân, trên bề mặt quả cầu mà hạt nhân nằm ở tâm.
 Các electron tương ứng sẽ ở vị trí xa nhau nhất để lực đẩy của chúng giảm đến cực tiểu.
 Xét phân tử AXnEm. (Bỏ qua liên kết  và liên kết  nếu có)
 A: Nguyên tử trung tâm có các cặp electron hóa trị tạo liên kết σ;
 X: Cặp electron liên kết với nguyên tử trung tâm A; n: số cặp electron tạo thành liên kết σ;
 E: Cặp electron tự do của A chưa tham gia liên kết; m: Số lượng cặp electron tự do;
 n + m = q là tổng số cặp electron hóa trị bao quanh A  Dự đoán cấu trúc hình học của phân tử, ion
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
 Dự đoán lai hóa và cấu trúc hình học của phân tử
- Thuyết VSEPR (Valence Shell Electro Pair Repulsions)
 Xét phân tử AXnEm. (Bỏ qua liên kết  và liên
kết  nếu có)
 A: Nguyên tử trung tâm có các cặp electron
hóa trị tạo liên kết σ;
 X: Cặp electron liên kết với nguyên tử
trung tâm A; n: số cặp electron tạo thành
liên kết σ;
 E: Cặp electron tự do của A chưa tham gia
liên kết; m: Số lượng cặp electron tự do;
 n + m = q là tổng số cặp electron hóa trị
bao quanh A  Dự đoán cấu trúc hình học
của phân tử, ion
20
10
33
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết lai hóa
(Valence Bond Theory- Hybridization of Atomic Orbitals)
21
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết Orbital phân tử (MO – Molecular Orbital)
 Tồn tại nhiều sự kiện, hiện tượng thực nghiệm mà thuyết liên kết hóa trị (VB) không giải thích được:
 Tính thuận từ của B2 và O2 (do chứa é độc thân)  Thuyết Orbital Phân tử (MO)
 Luận điểm cơ bản của thuyết Orbital Phân tử (MO)
1. Phương pháp MO dựa trên sự mở rộng khái niệm hàm sóng một electron cho trường hợp phân tử.
 Xem phân tử như một khung do các hạt nhân và electron cấu thành.
 Không xem xét đến từng trạng thái riêng lẻ của electron mà chỉ đề cập đến hàm sóng ψ chính
xác của hệ
 Khó có thể thực hiện được về mặt toán học
 Giả thiết là trong phân tử mỗi electron chuyển động trong một điện trường hiệu dụng
trung bình gây ra bởi bộ khung của electron và hạt nhân còn lại.
 Trạng thái của electron được mô tả bằng hàm sóng ψ gọi là MO.
 MO biểu thị trạng thái chuyển động của từng electron trong phân tử.
22
11
34
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị - Thuyết Orbital phân thử (MO – Molecular Orbital)
 Luận điểm cơ bản của thuyết Orbital Phân tử (MO)
1. Phương pháp MO dựa trên sự mở rộng khái niệm hàm sóng một electron cho trường hợp phân tử.
2. Nếu trong nguyên tử, các electron chuyển động trong trường hiệu dụng đối xứng xuyên tâm, thì
trong phân tử các electron cũng chuyển động trong trường hiệu dụng đối xứng xuyên tâm,
3. Chuyển động của electron có đối xứng phức tạp hơn tùy từng loại phân tử cụ thể.
4. Đối với phân tử có 2 nguyên tử thì khi tổ hợp các AO sẽ được các MO định cư hai tâm.
5. Đối với phân tử nhiều nguyên tử khác nhau, sự tổ hợp các AO sẽ dẫn đến các MO không định cư
nhiều tâm.
6. Phương pháp giải để thu được Orbital Phân tử (Molecular Orbital – MO):
 Sử dụng phương pháp gần đúng;
 Phương pháp “Orbital Phân tử - Tổ hợp Tuyến tính các Orbital Nguyên tử, MO-LCAO”:
(MO – LCAO: Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital)
23
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Giả thuyết “gần đúng” của Phương pháp MO-LCAO
 Trong phân tử, khi một electron chuyển động gần một hạt nhân nguyên tử nào đó, thì lúc đó electron
này sẽ chịu tác dụng chủ yếu của điện trường hạt nhân đó, còn tương tác giữa electron khảo sát đối
với electron và hạt nhân còn lại là không đáng kể.
 Khi đó một cách gần đúng về mặt toán học, ta có:
=
 +
 +⋯
 ,  … à hàm sóng AO mô tả trạng thái chuyển động của từng electron;
C1, C2… là hệ số của hàm AO hay phần đóng góp của từng electron vào quá trình hình thành liên kết.
 Đặt  vào phương trình Schrödinger và giải ta sẽ thu được hàm  và năng lương tương ứng với nó
H = E
 Sự tổ hợp của n Orbital Nguyên tử (AO) sẽ cho ra n Orbital Phân tử (MO)
24
12
35
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Điều kiện tổ hợp có hiệu quả các AO.
 Các AO phải có cùng tính chất đối xứng (dạng đối xứng với trục
liên kết).
 Năng lượng các AO phải xấp xỉ nhau.
 Các AO phải xen phủ nhau rõ rệt.

Về mặt định tính, để biết được các AO có cùng tính chất đối
xứng hay không, có thể dựa vào sự xen phủ dương, âm hoặc
bằng không của các AO.
 Chỉ có sự xen phủ dương mới có thể tạo liên kết: Các AO có
cùng tính chất đối xứng sẽ tổ hợp được với nhau.
 Tuy nhiên việc tổ hợp có hiệu quả hay không còn phụ thuộc
vào hai điều kiện còn lại: Năng lượng các AO gần nhau và
Khả năng xen phủ rõ rệt
25
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
Ví dụ: MO phân tử HCl
 Điều kiện tổ hợp có hiệu quả các AO.
 Các AO phải có cùng tính chất đối xứng.
 Năng lượng các AO phải xấp xỉ nhau.
 Các AO phải xen phủ nhau rõ rệt.
Xen phủ dương của các AO
Xen phủ âm của các AO
Xen phủ bằng không của các AO
Hình thành MO liên kết (BMO)
Hình thành MO phản liên kết (ABMO)
Hình thành các MO không liên kết (NBMO)
26
13
36
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Các đặc trưng của liên kết cộng hoá trị trong phương pháp MO:
 Chỉ số liên kết hay độ bội liên kết (N) được tính theo công thức:
n: số electron nằm ở MO liên kết; n*: số electron nằm ở MO phản liên kết
 Độ dài liên kết bằng khoảng cách giữa tâm của hai hạt nhân, độ dài liên kết
càng nhỏ khi chỉ số liên kết càng lớn.
 Năng lượng liên kết càng lớn khi liên kết càng bền.
 Sự tổ hợp n AO sẽ cho ta n/2 MO liên kết có năng lượng thấp hơn năng
lượng AO đem tổ hợp và cho n/2 MO phản liên kết (kí hiệu MO*) có năng
lượng cao hơn các AO trong tổ hợp.
27
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
Bài toán ion phân tử H2+
Hai nguyên tử trong phân tử giống nhau nên các AO hoá trị giống nhau, nghĩa là chúng có cùng tính chất đối xứng.
H
+
1s1(A)
H+
1s(B)

H2+
MO:  = C1 1s(A) + C2 1s(B): Giải PT Schrodinger ta có:
MO*, ký hiệu s*, có năng lượng E-
MOlk, ký hiệu s, có năng lượng E+
28
14
37
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
Bài toán ion phân tử H2+
Khảo sát đặc điểm liên kết của H2+. H2, He2+ và He2
29
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử hai nguyên tử đồng hạch thuộc chu kỳ 2: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2.
Quy ước chọn trục z là trục nối các nguyên tử
 MO được thiết lập là do sự tổ hợp tuyến tính các AO hoá trị (các electron phân lớp ngoài cùng).
 Sự tổ hợp của nAO sẽ tạo thành nMO.
 Các AO xen phủ lẫn nhau theo các điều kiện:
 Có mức năng lượng xấp xỉ nhau;
 Có khả năng xen phủ nhau ở một mức độ đáng kể;
 Có cùng tính đối xứng với trục liên kết;
 Tùy theo hướng xen phủ các AO, ta sẽ có:
 2AO xen phủ dọc trục liên kết, ta có các MO-σ;
 2AO xen phủ hai bên sườn liên kết, ta có các MO-π.
 Sự hình thành MO liên kết, MO phản liên kết phụ thuộc vào dấu của các AO tham gia tổ hợp tuyến tính.
30
15
38
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử hai nguyên tử đồng hạch thuộc chu kỳ 2: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2.
Tổ hợp thứ nhất giữa 2 AO 2s của hai nguyên tử
Tổ hợp thứ hai ứng với sự xen phủ  giữa 2 AO 2pz
31
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử hai nguyên tử đồng hạch thuộc chu kỳ 2: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2.
Tổ hợp thứ ba là giữa các AO 2px, Tổ hợp thứ tư là giữa các AO 2py
32
16
39
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử hai nguyên tử đồng hạch thuộc chu kỳ 2: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2
 Giản đồ năng lượng của Orbital Phân tử (Giản đồ MO): Đối với các phân tử cuối chu kỳ O2, F2, Ne2
 Đối với O2, F2, Ne2, hiệu số năng lượng Enp – Ens ở các nguyên tử lớn nên không có sự tương tác σs - σz.
Cấu hình electron của các phân tử O2, F2, Ne2 có dạng:
33
Kí hiệu (KK) ở đây chỉ rằng có 4e (1s2) của hai nguyên tử của lớp K không tham gia tạo thành MO.
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử hai nguyên tử đồng hạch thuộc chu kỳ 2: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2
 Giản đồ năng lượng của Orbital Phân tử (Giản đồ MO): Đối các phân tử đầu chu kỳ : Li2, Be2, B2, C2, N2
 Đối với Li2, Be2, B2, C2, N2, hiệu số năng lượng Enp – Ens ở các nguyên tử nhỏ nên khi hình thành phân tử A2 có
sự tương tác σs – σz làm cho các mức năng lượng MO σz và πx , πy thay đổi
Cấu hình electron của các phân tử Li2 , Be2, B2, C2, N2 có dạng:
34
Kí hiệu (KK) ở đây chỉ rằng có 4e (1s2) của hai nguyên tử của lớp K không tham gia tạo thành MO.
17
40
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử hai nguyên tử đồng hạch thuộc chu kỳ 2: Li2, Be2, B2, C2, N2, O2, F2, Ne2.
35
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
Tương tác σs – σz
 Thuyết MO cho phân tử có hai hạt nhân khác nhau AB của chu kỳ 1
và chu kỳ 2 (CO, NO, CN, HF…):
 Về nguyên tắc các xây dựng các MO đối với các phân tử dạng AB
hoàn toàn giống với phân tử dạng A2.
 Do trong phân tử AB, các AO có tính đối xứng khác nhau, nên phần
xen phủ tạo thành MO khác nhau  Chỉ có các AO có cùng tính đối
xứng mới tham gia tạo tính liên kết (MO).
 Trong hai nguyên tử A và B, nguyên tử nào có độ âm điện lớn hơn
sẽ có mức năng lượng AO bền hơn và được biểu diễn thấp hơn trên
bản đồ năng lượng
 Thứ tự mức năng lượng các MO trong phân tử AB tương tự như
mức năng lượng trong phân tử A2 đầu chu kỳ 2 (Li2 – N2)
 Ví dụ: Cấu hình electron của CO và ion CO+
Tương tác σs – σz : Tăng năng lượng MO z, z*
Giảm năng lượng MO s, s*
36
18
41
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết Cộng hóa trị: Phương pháp Orbital Phân tử - Tổ hợp tuyến tính các Orbital Nguyên tử (MO – LCAO)
Molecular Orbital - Linear Combination of Atomic Orbital
 Thuyết MO cho phân tử có hai hạt nhân khác nhau AB của chu kỳ 1
và chu kỳ 2 (CO, NO, CN, HF…):
 Xét phân tử HF: H chu kỳ 1, F chu kỳ 2  Các AO nguyên tử không
giống nhau;
 H có một AO hóa trị 1s;
 F có bốn AO hóa trị 2s và 2p, năng lượng AO 2s của F thấp hơn nhiều
so với AO 1s của H nên không tổ hợp được với nhau;
 AO 1s của H tổ hợp với AO 2pz của F tạo thành 1 MO σ liên kết và
MO σ* phản liên kết;
 Các AO 2s, 2px, 2py của F trong phân tử HF không tham gia liên kết
nên chúng ở trong các MO không liên kết có năng lượng đúng bằng
năng lương trong các AO của F;
 Cấu hình điện tử của phân tử HF: 1s22s2 σ2px2py2;
 Bậc liên kết P = 1/2*(2-0) =1.
E
Giản đồ năng lượng các MO của
phân tử HF
37
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết hóa học trong phức chất – thuyết liên kết hóa trị (Valence Bond – VB) Pauling
 Thuyết VB về phức chất:
 Phức chất là gì:
 Phức chất là hợp chất tạo thành giữa ion hay nguyên tử kim loại M (ion, nguyên tử trung tâm)
với các phối tử A là các phân tử hay ion khác.
 Số liên kết tạo thành giữa M với A nhiều hơn hóa trị thông thường của M.
 Công thức chung của phức chất là: [MAa]z.
Ví dụ: [AgCl2]-; [Ag(NH3)2]+; [Co(NH3)6]3+; [Fe(CO)5]0, [Co(NH3)4Cl2]+, [Pt(NH3)2Cl2]2+…
38
19
42
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết hóa học trong phức chất – thuyết liên kết hóa trị (Valence Bond – VB) Pauling
 Thuyết VB về phức chất:
 Liên kết giữa ion trung tâm và phối tử là liên kết 2 electron được tạo thành do sự xen phủ của
orbital hóa trị chứa cặp điện tử của phối tử với orbital hóa trị trống của ion trung tâm (Thuyết
Heitler – London).
 Liên kết như vậy được gọi là liên kết phối trí (liên kết cho – nhận).
 Số liên kết giữa ion trung tâm và phối tử đúng bằng số phối trí của ion trung tâm.
 Phức chất có các phối tử giống nhau thì năng lượng liên kết giữa ion trung tâm và phối tử phải
giống nhau.
 Trước khi xen phủ với orbital hóa trị của phối tử, các orbital hóa trị trống của ion trung tâm đã
lai hóa.
 Điều kiện để các orbital tham gia lai hóa là năng lượng của chúng phải xấp xỉ nhau và có tính
đối xứng giống nhau.
 Dạng lai hóa của ion trung tâm quyết định cấu trúc hình học của phức chất.
39
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết hóa học trong phức chất – thuyết liên kết hóa trị (Valence Bond – VB) Pauling
 Thuyết VB về phức chất:
 Công thức chung, số phối trí, Cấu trúc hình học và dạng lai hóa của cácphức chất.
 Từ tính của phức chất:
 Chất thuận từ: là chất còn chứa electron
độc thân trong orbital và là chất
 Chất nghịch từ: là chất không còn
electron độc thân trong orbital,
[Ni(Cl)4]2-: Cl- phối tử trường yếu do có r lớn 
Ni2+ lai hóa sp3  Thuận từ (Spin cao)
[Ni(CN)4]2-: CN- phối tử trường mạnh
Ni2+ lai hóa sp2d  Nghịch từ

40
20
43
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết hóa học trong phức chất – thuyết liên kết hóa trị (Valence Bond – VB) Pauling
 Thuyết VB về phức chất:
Ví dụ 2: Xét sự hình thành và cấu trúc hình học của phức [Ag(NH3)2]+ theo thuyết VB.
Cấu hình electron của Ag+ là 4d10:
 Để tạo liên kết phối trí với 2 phối tử NH3, ion Ag+ sử dụng 2 orbital: 5s và 5pz.
 Như vậy, Ag+ ở trạng thái lai hóa sp, 2 orbital lai hóa sp có hình dáng và năng lượng hoàn toàn giống
nhau hướng về 2 phía của đường thẳng.
 Mỗi orbital lai hóa trống của Ag+ sẽ xen phủ với một orbital hóa trị sp3 của phối tử NH3 chứa cặp
electron. Như vậy, phức [Ag(NH3)2]+ có cấu trúc dạng thẳng.
41
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Liên kết hóa học trong phức chất – thuyết liên kết hóa trị (Valence Bond – VB) Pauling
 Thuyết VB về phức chất:
Xét sự hình thành và cấu trúc hình học của phức [Ti(H2O)6]3+
Cấu hình electron của Ti3+ là 3d1:
 Để tạo liên kết phối trí với 6 phối tử H2O, ion Ti3+ sử dụng 6 orbital: 3dz2, 3dx2-y2, 4s, 4px , 4py và 4pz.
 Ti3+ ở trạng thái lai hóa d2sp3, 6 orbital lai hóa d2sp3 có hình dáng và năng lượng hoàn toàn giống nhau hướng
về 6 đỉnh của bát diện đều.
 Mỗi orbital lai hóa trống của Ti3+ sẽ xen phủ với một orbital hóa trị sp3 của phối tử H2O chứa cặp electron.
Như vậy, các phối tử H2O nằm ở 6 đỉnh, ion trung tâm Ti3+, phức [Ti(H2O)6]3+ có cấu trúc bát diện.
Tương tự đối với [Cu(NH3)4]2+, cấu hình é của Cu2+ là 3d9
 Lai hóa sp3
42
21
44
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Phân tử phân cực và phân tử không phân cực
 Liên kết cộng hóa trị phân cực và không phân cực
 Các nguyên tử tham gia liên kết có độ âm điện khác nhau
 Khi chênh lệch độ âm điện lớn (>2)  liên kết ion
 Khi chênh lệch độ âm điện nhỏ (<2) Liên kết cộng hóa trị phân cực hoặc không phân cực
 Phân tử phân cực và không phân cực
 Trọng tâm điện tích dương và trọng tâm điện tích âm của các electron
 Nếu 2 trọng tâm này trùng nhau  Phân tử không phân cực
 Do có cấu trúc hình học hoàn toàn đối xứng
 Nếu 2 trọng tâm không trùng nhau  Phân tử phân cực: Có cấu trúc hình học không đối xứng
43
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Phân tử phân cực và phân tử không phân cực
 Xét một phân tử phân cực điển hình:
 Đại lượng đặc trưng cho độ phân cực của phân tử là momen lưỡng cực , là
đại lượng đo được bằng thực nghiệm (Thứ nguyên là D – Debye)
 Giả thiết liên kết H-F là 100% liên kết ion, ta có:
Hay
 Thực tế, đo được momen lưỡng cực của H-F là 1,83D, do đó mức độ liên kết
ion của H-F là 1,83/4,42 = 0,41, có nghĩa là q =  = 0,41 electron
44
22
45
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Phân tử phân cực và phân tử không phân cực
 Momen lưỡng cực:
 Momen lưỡng cực là đại lượng có hướng và được quy ước từ âm sang dương
 Momen lưỡng cực của phân tử là tổng vectơ momen lưỡng cực của các liên kết
Xét phân tử nước với góc  = 104,5o, lO-H = 0,0957nm,
 Thực nghiệm xác định được momen lưỡng cực của H2O là 1,85D
 Momen lưỡng cực của liên kết O-H:
 Độ ion của liên kết O-H là
45
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Năng lương liên kết yếu – Tương tác Van der Waals, Liên kết Hydro
 Tương tác Van der Waals (Vật lý)
 Không có tính chọn lọc và tính bão hoà.
 Năng lượng tương tác của lực Van der Waals tương đối nhỏ (khoảng 4 kJ/mol).
 Tính chất của tương tác Van der Waals
 Giảm nhanh khi khoảng cách giữa các phân tử tăng lên
 Tỷ lệ nghịch với r-6, trong đó r là khoảng cách giữa tâm điểm 2 phân tử
 Tăng lên khi kích thước và khối lượng phân tử tăng
 Có 3 kiểu tương tác Van der Waals:
 Tương tác định hướng,
 Tương tác cảm ứng
 Tương tác khuếch tán
46
23
46
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Năng lương liên kết yếu – Tương tác Van der Waals, Liên kết Hydro
 Tương tác Van der Waals (Vât lý): Tương tác định hướng, Tương tác cảm ứng, Tương tác khuếch tán
 Tương tác định hướng: là tương tác của các phân tử có momen lưỡng cực:
U: Năng lượng tương tác
 Tương tác cảm ứng: Các phân tử phân cực tương tác định hướng sẽ làm biến dạng phân tử và
dẫn đến tương tác bổ sung là tương tác cảm ứng:
Polarizability  = /E
 Tương tác khuếch tán: Sự chuyển động không ngừng của các electron trong phân tử không phân
cực làm phân tử có momen lưỡng cực tạm thời tạo ra lực hút giữa các phân tử
47
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Năng lương liên kết yếu – Tương tác Van der Waals, Liên kết Hydro
 Tương tác Van der Waals (Vât lý):
 Tương tác Van der Waals lớn đối với các chất cấu tạo từ các phân tử có moment lưỡng cực () lớn,
kích thước lớn, khối lượng lớn
 Các hợp chất có tương tác Van der Waals lớn có nhiệt hóa hơi, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao
Tương tác Van der Waals của một số phân tử ở khoảng cách 0,5 nm và nhiệt độ 298 K (kJ.mol-1)
48
24
47
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Năng lương liên kết yếu – Tương tác Van der Waals, Liên kết Hydro
 Tương tác Van der Waals (Vât lý)
 Khi các phân tử phân cực sẽ có đủ 3 loại tương tác, do đó
 Tương tác Van der Waals làm các phân tử tiến lại gần nhau đạt đến giới hạn khi các MO xen phủ nhau
 Xuất hiện lực đẩy và các phân tử ở trạng thái cân bằng.
 Lực đẩy tỷ lệ với d-12. Như vậy năng lượng tương tác toàn phần U ở khoảng cách d sẽ là:
 Khái niệm: Bán kính Van der Waals ứng với năng lượng tương tác tối thiểu
Ví dụ: Ar có Umin = 1,05 kJ/mol ứng với khoảng cách d là 0,390 nm
 Bán kính Van der Waals của Ar là:
49
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Năng lương liên kết yếu – Tương tác Van der Waals, Liên kết Hydro
 Liên kết hydro
 Nguyên tử H khi liên kết với nguyên tử có độ âm điện lớn như F, O, N có khả năng tạo liên kết phụ
với nguyên tử của nguyên tố khác cũng có độ âm điện lớn trong phân tử hay phân tử khác
 Xuất hiện khái niệm về liên kết hydro (ký hiệu bằng ….)
Liên kết hydro liên phân tử
Liên kết hydro nội phân tử
50
25
48
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 2: Liên kết hoá học
Năng lương liên kết yếu – Tương tác Van der Waals, Liên kết Hydro
 Liên kết hyđro có các đặc điểm sau :
 Thuộc loại liên kết có độ bền thấp ~ 40 kJ/mol
 Làm tăng nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt hoá hơi, nhiệt
dung riêng của các chất hoá học
 Gây ra sự biến đổi bất thường một số tính chất vật lý
 Khối lượng riêng của nước (nước có khối lượng riêng lớn
nhất (1 g/ml ở 4oC)
Nhiệt độ nóng chảy
 Làm giảm tính axit giảm đối với liên kết Hydro liên phân tử;
Tăng tính axit đối với liên kết Hydro nội phân tử
 Ảnh hưởng đến độ hoà tan của các chất tan (rượu etylic tan vô
hạn trong nước)
 Đóng vai trò rất quan trọng trong sự tồn tại và hoạt động của cơ
thể sống
Nhiệt độ sôi
51
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
52
26
49
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Năng lượng ion hóa thứ nhất
53
27
50
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
1
https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/miller_indices/aims.php
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc tinh thể được đánh giá thông qua các đặc tính: Cấu trúc vật chất, Yếu tố đối xứng, Hệ thống tinh thể
 Cấu trúc
 Cấu trúc vi mô:
 Thu được khi làm nguội chậm chất nóng chảy hoặc dung dịch bão hòa, chuyển động nhiệt giảm; các
tiểu phân tập hợp lại, phân bố, sắp xếp tạo thành mạng lưới không gian  Quá trình kết tinh.
 Các đơn vị cấu trúc được phân bố tuần hoàn theo một quy luật xác định tạo thành mạng lưới tinh thể
mà ở nút lưới là các tiểu phân  Vật liệu Tinh thể >< Vật liệu Vô định hình
Vài dạng khác nhau
 Cấu trúc vĩ mô:
của tinh thể thạch anh.
 Tinh thể có dạng da diện giới hạn bởi các mặt phẳng gọi là mặt lưới của tinh thể
• Tinh thể: sắp xếp sít chặc và có trật tự trong khômg gian • Vô định hình: sắp xếp không sít chặc và không có trật tự
E
E
Góc giữa các mặt a và
b, a và c hoặc b và c
trên những tinh thế có
giá trị không đổi.
Khoảng cách giữa
các hạt
Khoảng cách nhỏ nhất
giữa các hạt
r
r
2
https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/miller_indices/aims.php
1
51
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc tinh thể được đánh giá thông qua các đặc tính: Cấu trúc vật chất, Tính chất, Yếu tố đối xứng, Hệ thống tinh thể
 Tính chất
 Tính bất đẳng hướng của tinh thể:
 Các đơn vị cấu trúc liên kết với nhau bằng những liên kết hóa học và được phân bố một cách tuần hoàn theo
những quy luật nhất định tạo thành một mạng lưới không gian đều đặn (có thể đẳng hướng ở một số tính chất)
 Nhiều tính chất vật lý như độ bền cơ học, sự khúc xạ ánh sáng, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, độ cứng, tốc độ hòa
tan,... có giá trị khác nhau theo những hướng khác nhau.
 Lực hút giữa các hạt (nguyên tử, phân tử, ion) trong mọi trạng thái tinh thể luôn là lực hút tĩnh điện
 Tính định vị nhất định trong vùng không gian tinh thể: các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng.
 Mỗi tinh thể trong quá trình kết tinh phụ thuộc vào các yếu tố sau:
 Tính đối xứng: Thông thường một chất có thành phần hóa học càng đơn giản thì mạng lưới tinh thể có tính đối
xứng càng cao.
 Tỷ lệ giữa bán kính các loại hạt trong mạng lưới.
 Lực tương tác giữa các hạt: bao gồm độ mạnh, tính định hướng của các mối liên kết giữa các hạt.
 Điều kiện bên ngoài: nhiệt độ , áp suất…
3
https://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/miller_indices/aims.php
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Cấu trúc tinh thể
 Các yếu tố đối xứng
 Phân loại các tinh thể dựa vào sự đối xứng về hình dạng bên ngoài
 Yếu tố đối xứng quyết định những tính chất vật lý của vật liệu
 Quyết định sắp xếp thực tế giữa các nguyên tử, ion, phân tử tạo nên tinh thể.
 Đối xứng tinh thể: sự trùng lặp theo qui luật các tính chất vật lý của tinh thể cũng như các phần
tử giới hạn nó như mặt (face), cạnh (edge), đỉnh (corner)
 Mô tả chính xác tính đối xứng, mức độ đối xứng của 1 hình hay tinh thể nào đó người ta
dùng những yếu tố đối xứng:
1. Tâm đối xứng [ C ]: Là 1 điểm trong hình mà bất kỳ đường thẳng nào qua nó đều cắt hình tại 2
điểm cách đều 2 bên của nó.
2.
Mặt đối xứng [P] (hoặc [m]) : Mặt đối xứng là 1 mặt phẳng chia hình ra 2 phần bằng nhau ,
phần này đối với phần kia là ảnh của nhau qua gương.
4
2
52
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Cấu trúc tinh thể
 Các yếu tố đối xứng
1. Tâm đối xứng [ C ]
2. Mặt đối xứng [P] (hoặc [m])
3. Trục đối xứng xoay Ln (n là 1 số nguyên ) (n-fold rotational
symmetry)
 Đó là những đường thẳng qua tâm điểm của hình mà khi
xoay hình quanh nó đủ 1 vòng 360o bao giờ hình cũng chiếm
những vị trí tương tự vị trí đầu tiên 1 số nguyên n lần.
 n được gọi là bậc trục, góc xoay bé nhất để hình trở lại vị trí
tương tự vị trí đầu tiên gọi là góc xoay cơ sở của trục. Nếu gọi
góc xoay cơ sở là α = 360o/n.
 Trong tinh thể chỉ có các trục đối xứng bậc 1, 2, 3 ,4 và 6
 Mạng không gian là tính chất tịnh tiến tuần hoàn.
 Giới hạn số trục xoay cho phép có được trong mạng (tinh
thể)  Không có trục đối xứng bậc 5 hay cao hơn 6
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Cấu trúc tinh thể
 Các yếu tố đối xứng
1. Tâm đối xứng [ C ]
2. Mặt đối xứng [P] (hoặc [m])
3. Trục đối xứng xoay Ln ( n là 1 số nguyên ) (n-fold rotational symmetry)
4. Trục đối xứng nghịch đảo (Rotoinversion Axe):
 Trục đối xứng nghịch đảo : Lin (n là 1 số nguyên) hay trục đảo chuyển: là 1 tập hợp gồm
1 trục đối xứng và 1 tâm điểm tác dụng đồng thời .
 Trục đảo chuyển được thiết lập nên sau khi cho hình quay 1 góc α = 360o/n quanh trục đối
xứng rồi cho đối xứng qua tâm điểm của hình thì hình trở lại vị trí tương tự vị trí đầu tiên .
6
3
53
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Cấu trúc tinh thể
 Những yếu tố đối xứng trong hình vô hạn hay các yếu tố đối xứng vị trí
1. Trục tịnh tiến (Lt): là 1 phương trong hình mà khi ta tịnh tiến hình 1 đoạn thẳng nhất định
song song với phương đó thì hình sẽ trở về vị trí tương tự vị trí cũ trong không gian và
đoạn thẳng đó gọi là bước tịnh tiến hay chu kỳ tịnh tiến .
2. Mặt ảnh trượt (Pt): là một tập hợp gồm 1 mặt đối xứng và 1 phép tịnh tiến song song với
mặt đối xứng đó tác dụng đồng thời.
3. Trục xoắn ốc : LXn: là một tập hợp gồm 1 trục đối xứng và 1 phép tịnh tiến song song trục
đối xứng đó tác dụng đồng thời .
LT
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các hệ thống tinh thể
Một số khái niệm:
 Ô mạng cơ sở (Unit cell): Là mạng tinh thể nhỏ nhất mà bằng cách tịnh tiến nó theo hướng của ba trục
tinh thể ta có thể thu được toàn bộ tinh thể.
 Mỗi ô mạng cơ sở được đặc trưng bởi các thông số mạng: a, b, c, α, β, γ.
 Mỗi ô mạng cơ sở chỉ chứa 1 nút mạng.
 Ô mạng cơ sở là ô mạng thể hiện đầy đủ nhất tính đối xứng của mạng, đồng thời là đơn vị tuần
hoàn nhỏ bé nhất của mạng.
 Tịnh tiến hình hộp theo các trục với các chu kỳ a, b, c toàn bộ tinh thể. = × + × + × (
∈ )
8
4
54
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Ô mạng cơ sở và hệ tinh thể
Các hệ thống tinh thể
Có tất cả 7 dạng ô mạng cơ sở tương ứng với 7 hệ tinh thể :
1. Hệ 3 nghiêng (Tam tà) : Mức đối xứng hạng thấp
- Ô mạng cơ sở : hình bình hành lệch
a ≠ b ≠ c ; α ≠β ≠ γ ≠ 90o
- Yếu tố đối xứng trong ô mạng : C
a≠b≠c;
α ≠β ≠ γ ≠ 90o
2. Hệ một nghiêng (Đơn tà): Mức đối xứng hạng thấp
- Ô mạng cơ sở : Lăng trụ đáy hình bình hành hay hình hộp lệch
a≠b ≠ c ; ∝ = γ = 90o ≠ β
- Yếu tố đối xứng của ô mạng : L2PC
a≠b ≠ c ;
∝ = γ = 90o ≠ β
3. Hệ trực thoi : Mức đối xứng hạng trung
- Ô mạng cơ sở : Hình hộp diêm hay lăng trụ đáy chữ nhật
a≠b ≠ c ; ∝ = γ = 90o = β
- Yếu tố đối xứng của ô mạng : 3L23PC
4. Hệ tứ phương: Mức đối xứng hạng trung.
- Ô mạng cơ sở : Lăng trụ đáy vuông hay lăng trụ tứ phương
a = b ≠ c ; α = β = γ = 90o
- Yếu tố đối xứng có trong ô mạng : L44L25PC
a≠b ≠ c ;
∝ = γ = 90o = β
a=b≠c;
α = β = γ = 90o
- Hạng thấp; tinh thể hạng này không chứa trục bậc ba, bậc bốn, bậc sáu.
- Hạng trung; tinh thể chứa trục chính thẳng đứng; trục bậc ba, trục bậc bốn và trục bậc sáu.
- Hạng cao; tinh thể chứa 3 trục trực giao: bậc bốn (xoay hay nghịch đảo) hoặc bậc hai và luôn chứa bốn trục bậc ba.
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các hệ thống tinh thể
Có tất cả 7 dạng ô mạng cơ sở tương ứng với 7 hệ tinh thể :
5. Hệ tam phương : Mức đối xứng hạng trung
- Ô mạng cơ sở : Hình mặt thoi hay đa diện đáy thoi
a = b = c ;  = γ = β ≠ 90o
- Yếu tố đối xứng của ô mạng : L33L23PC
6. Hệ lục phương: Mức đối xứng hạng trung.
Ô mạng cơ sở : Lăng trụ lục phương (lăng trụ đáy thoi
trong lăng trụ lục phương )
a = b ≠ c ; α = β = 90o ; γ = 120o
Yếu tố đối xứng của ô mạng : L66L27PC
7. Hệ lập phương : Mức đối xứng hạng cao.
Ô mạng cơ sở : Lập phương
a = b = c ; α = β = γ = 90o
Yếu tố đối xứng của ô mạng : 3L44L36L29PC.
a=b=c;
 = γ = β ≠ 90o
a=b≠c;
α = β = 90o ;
γ = 120o
a=b=c;
α = β = γ = 90o
- Hạng thấp; tinh thể hạng này không chứa trục bậc ba, bậc bốn, bậc sáu.
- Hạng trung; tinh thể chứa trục chính thẳng đứng; trục bậc ba, trục bậc bốn và trục bậc sáu.
- Hạng cao; tinh thể chứa 3 trục trực giao: bậc bốn (xoay hay nghịch đảo) hoặc bậc hai và luôn chứa bốn trục bậc ba.
10
5
55
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các hệ thống tinh thể
Mười bốn kiểu mạng Bravais
- Tất cả 7 ô cơ sở ở trên cũng là ô
cơ sở của các “mạng Bravais”
thuộc 7 hệ tinh thể khác nhau.
- Nếu các nút mạng chỉ phân bố ở
đỉnh của ô mạng, ta được những
ô cơ sở của mạng Bravais loại
nguyên thủy (P) .
Nếu ngoài vị trí đỉnh, các nút mạng
còn phân bố ở:
- Tâm của 2 đáy nào đó của ô
mạng ta được ô cơ sở loại tâm
đáy (C)
- Tâm của ô mạng ta được ô
mạng cơ sở loại tâm khối (I).
- Tâm của các mặt ta được ô
mạng cơ sở loại tâm diện (F)
Triclinic - anorthic
a≠b≠c;
α ≠β ≠ γ ≠ 90o
a≠b ≠ c ;
 = γ = 90o ≠ β
a≠b ≠ c ;
 = γ = β=90o
a=b≠c;
α = β = γ = 90o
a=b=c;
 = γ = β ≠ 90o
a=b≠c;
α = β = 90o ;
γ = 120o
a=b=c;
α = β = γ = 90o
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các hệ thống tinh thể
Mười bốn kiểu mạng Bravais được phân biệt với các ô cơ sở của mạng Bravais loại nguyên thủy (P), loại tâm đáy (C), loại tâm
khối (I), loại tâm diện (F)
 Áp dụng cho cấu trúc tinh thể của kim loại:
Bán kính nguyên tử và Cấu trúc tinh thể của 16 kim loại
Kim loại
Cấu trúc
tinh thể
Bán kính
nguyên tử
(nm)
Kim loại
Cấu trúc
tinh thể
Bán kính
nguyên tử
(nm)
FCC = Lập phương tâm diện; HCP: Lục phương (giác) xếp chặt; BCC = Lập phương tâm khối
12
6
56
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các tính chất của tính thế
Các tính chất của tinh thể được đánh giá qua các khái niệm: Mắt – Đơn vị cấu trúc, Độ chặt sít, Khối lượng thể tích, Số phối trí
 Mắt tinh thể (Z) – Đơn vị cấu trúc: là thực thể nhỏ nhất có thể phân biệt được và lặp lại 1 cách tuần hoàn trong không gian.
 Đối với tinh thể ở mức độ vi mô, mắt là 1 hạt (nguyên tử, ion, phân tử ).
 Trong kim loại đồng, mắt là 1 nguyên tử đồng.
 Trong CaCO3: Mắt là 1 kết hợp của 1 nguyên tử Ca, 1 nguyên tử C và 3 nguyên tử ôxy .
 Cách xác định số mắt trong ô mạng :
 Hạt nằm ngoài ô mạng:
Mắt tinh thể
không tính
Ô mạng cơ sở
 Hạt nằm ở đỉnh (Corner) :
 Hạt nằm ở cạnh (Edge):
1x1/8 =1/8 mắt.
1x1/4 = 1/4 mắt.
 Hạt nằm ở mặt (Face):
 Hạt nằm bên trong (Interior):
1x1/2=1/2 mắt.
1 mắt
 Ô mạng nguyên thủy (P):
 Ô mạng tâm khối (I)
Z =8x1/8
Z=8x1/8+1
=1mắt
=2 mắt
 Ô mạng tâm đáy (C)
 Ô mạng tâm diện (F)
Z=8x1/8+2x1/2
Z= 8x1/8+6x1/2
=2 mắt
=4 mắt
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các tính chất của tính thế
Các tính chất của tinh thể được đánh giá qua các khái niệm: Mắt – Đơn vị cấu trúc, Độ chặt sít, Khối lượng thể tích, Số phối trí
 Độ chặt sít (Compacity) C – Atomic Packing Factor (APF):
 Mô hình sắp xếp các mắt cầu để tối thiểu không gian trống (tăng độ chặt sít): bắt đầu từ mô hình 2D:
vs.
 Xếp chồng các mô hình 2D ta được các cấu trúc 3D của các tinh thể
14
7
57
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các tính chất của tính thế
Các tính chất của tinh thể được đánh giá qua các khái niệm: Mắt – Đơn vị cấu trúc, Độ chặt sít, Khối lượng thể tích, Số phối trí
 Độ chặt sít (Compacity) C – Atomic Packing Factor (APF):
 Là một đại lượng không thứ nguyên để đo tỷ lệ không gian bị chiếm bởi các nguyên tử hoặc ion đã được coi là dạng cầu
trong ô mạng tinh thể (Mô hình quả cầu cứng)
 Do đó C có giá trị trong khoảng 0 → 1.
 C = Thể tích bị chiếm của các mắt trong ô mạng cơ sở /Thể tích ô mạng cơ sở
Vhình cầu =
ni; vi: số mắt i trong một ô mạng cơ sở và thể tích mắt i tương ứng
hoặc
V: thể tích ô mạng cơ sở Vô mạng =
 Xét ô mạng cơ sở có cấu trúc lập phương đơn giản: C = 0,52
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các tính chất của tính thế
Các tính chất của tinh thể được đánh giá qua các khái niệm: Mắt – Đơn vị cấu trúc, Độ chặt sít, Khối lượng thể tích, Số phối trí
 Khối lượng thể tích (Density) ρV:
 Khối lượng thể tích ρV của 1 chất là tỷ số giữa khối lượng m của vật và thể tích V mà nó chiếm:
 Trong đó : V là thể tích của ô mạng  V=a.b.c hoặc V=a.b.c.sinγ
 M là khối lượng mol của mắt ; Z là số mắt ; NA là số Avogadro bằng 6,02 *10-23
 Tinh thể Po (Polonium) có cấu trúc lập phương và cạnh của ô mạng (unit cell) là 336 pm
16
8
58
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các tính chất của tính thế
Các tính chất của tinh thể được đánh giá qua các khái niệm: Mắt – Đơn vị cấu trúc, Độ chặt sít, Khối lượng thể tích, Số phối trí
 Khối lượng thể tích (Density) ρV:
 ρV,KL > ρV,gốm, sứ, bán dẫn > ρV,chất dẻo
Kim hoại có độ sít chặt cao (close-packing)
• Liên kết kim loại
• Nguyên tử lượng kim loại lớn
Gốm, sứ, chất bán dẫn có độ sít chặt thấp
• Nguyên tử lượng các nguyên tố nhỏ (C, O, Si, Al)
Chất dẻo (Polymers): độ sít chặt rất thấp
• thường là dạng vô định hình (amorphous)
• Nguyên tử lượng các nguyên tố nhỏ (C,H,O)
Composites (Vật liệu tổ hợp)  trung gian
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các tính chất của tính thế
Các tính chất của tinh thể được đánh giá qua các khái niệm: Mắt – Đơn vị cấu trúc, Độ chặt sít, Khối lượng thể tích, Số phối trí
 Số phối trí (Coordination number) :
 Trong một mạng lưới tinh thể, một nguyên tử (hay ion) Ai sẽ
được bao bọc bởi một số vô hạn các nguyên tử hay ion Aj
khác, ở những khoảng cách dj thay đổi.
 Giá trị nhỏ nhất d của dj là khoảng cách giữa Ai với các phần tử
láng giềng gần nhất.
 Trong mô hình cầu cứng, d tương ứng với tổng bán kính 2 quả
cầu tiếp xúc nhau.
 Số phối trí của nguyên tử hay ion Ai biểu thị số láng giềng gần
nhất V, ký hiệu là x  V/A = [x]
 Nối tâm các nguyên tử (ion ) Aj vây quanh nguyên tử (ion) Ai
bằng những đoạn thẳng sẽ nhận được hình phối trí của Ai.
 Hợp chất có công thức chung là AmBn, Các số phối trí của A
hoặc B sẽ so với với chính nó (A/A, B/B ) và với chất khác
(A/B hay B/A), với các khoảng cách dAA , dBB, hay dAB tương
ứng nhỏ nhất.
Một nguyên tử trong mạng lưới tinh thể lập phương đơn
giản, một nguyên tử tiếp xúc với 6 nguyên tử khác nên có sô
phối trí bằng 6
 Các số phối trí và hình phối trí tương ứng
3

Tam giác đều
4

Tứ diện đều
6

Lục phương
8

Lập phương
18
9
59
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các cấu trúc tinh thể
 Cấu trúc lập phương đơn giản - Simple Cubic (SC):
 Cấu trúc lập phương tâm khối – Body Centered Cubic (BCC):
 Hiếm khi xuất hiện do khối lượng thể tích và độ sít chặt thấp
(Po – Polonium)
 Hướng xếp chặt là cạnh của lập phương
 Các nguyên tử tiếp xúc nhau theo đường chéo của lập
phương
 Cr, W, Fe(), Ta, Mo
 Số phối trí = 6
 Số phối trí = 8
2 nguyên tử/ô mạng cơ bản: (1 center) + (8 corners x 1/8)
APF = C = 0.52
APF = C = 0.68
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Các cấu trúc tinh thể
 Cấu trúc lập phương diện tâm – Face Centered Cubic (FCC):  Cấu trúc lục giác xếp chặt– Hexagonal Close-Packed (HCP)
 Các nguyên tử tiếp xúc nhau theo đường chéo của các mặt
 Cd, Mg, Ti, Zn
 Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag
 Số phối trí = 12 với 6 nguyên tử trong một ô mạng cơ sở
 Số phối trí = 12
c/a = 1.633 (lý tưởng)
4 nguyên tử/ô mạng cơ bản: (6 mặt*1/2) + (8 góc*1/8)
APF = C = 0.74
 Ô mạng cơ bản gồm ba ô đơn vị nguyên thủy với:
 Ba nguyên tử ở lớp giữa (bên trong ô mạng)
 Các lớp trên cùng và dưới cùng:
o 2 nguyên tử trung tâm được chia sẻ với ô
mạng bên cạnh
o Sáu nguyên tử ở các đỉnh được chia sẻ với
năm ô liền kề khác.
APF = C = 0.74
o Tổng số nguyên tử trong ô là:
3 + (1/2) × 2 + (1/6) × 6 × 2 = 6
20
10
60
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
Các liên kết có mặt trong tinh thể: Liên kết ion, Liên kết đồng hóa trị, Liên kết kim loại, Liên kết Van der Waals
 Quan hệ giữa hình dáng tinh thể và thành phần hóa học (quy tắc kinh nghiệm):
- Thành phần hóa học của chất mà càng đơn giản thì tinh thể càng có tính đối xứng cao
 50% nguyên tố và gần 70% hợp chất 2 nguyên tố hình thành những tinh thể dạng lập phương;
 74-85% hợp chất có 4-5 nguyên tố trong phân tử hình thành những tinh thể dạng tam phương và lục
phương.
 80% hợp chất hữu cơ phức tạp hình thành tinh thể dạng trực thoi và đơn tà
 Những chất có cấu tạo giống nhau kết tinh thành những dạng tinh thể tương tự nhau:
 Qui luật đồng hình của Mitscherlich.
trực thoi
Đơn tà
Tam tà
Calcite – CaCO3
Tam phương - rhombohedral
21
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Phân loại hóa học của tinh thể: Theo bản chất của các tiểu phân (cấu trúc và dạng liên kết hóa học giữa chúng
có thể phân biệt các loại tinh thể sau: Tinh thể nguyên tử, Tinh thể ion, Tinh thể kim loại, Tinh thể phân tử.
22
11
61
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Phân loại hóa học của tinh thể: Theo bản chất của các tiểu phân (cấu trúc và dạng liên kết hóa học giữa
chúng có thể phân biệt các loại tinh thể sau: Tinh thể nguyên tử, Tinh thể ion, Tinh thể kim loại, Tinh thể
phân tử.
 Tinh thể nguyên tử:
 Tiểu phân cấu tạo là những nguyên tử phân bố thật đều đặn tại những nút của mạng không gian
và liên kết với nhau bằng lực liên kết cộng hóa trị (phân cực hoặc không phân cực).
 Liên kết này tạo ra khi 2 hoặc nhiều nguyên tử góp chung nhau 1 số điện tử để có đủ 8 điện
tử lớp ngoài cùng (điện tử hóa trị )  Liên kết cộng hóa trị là một liên kết mạnh
 Cường độ liên kết phụ thuộc rất mạnh vào đặc tính liên kết giữa các điện tử hóa trị với hạt
nhân
VD: Các bon ở dạng thù hình kim cương có liên kết cộng hóa trị rất mạnh vì 4 điện tử liên kết liên
kết trực tiếp với hạt nhân; Sn cùng nhóm với cacbon thể hiện tính liên kết cộng hóa trị rất yếu vì 4
điện tử hóa trị nằm xa hạt nhân, do đó có lực liên kết yếu với hạt nhân  T nóng chảy của kim
cương > 3550oC , của Sn là 270oC.
 Số phối trí của nguyên tử trong tinh thể nguyên tử thường có giá trị từ 1 – 8  Mỗi nguyên
tử chỉ tạo được một số có hạn các mối liên kết quanh nó
23
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Phân loại hóa học của tinh thể:
 Tinh thể nguyên tử:
 Tính chất:
 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, độ cứng cao.
 Là chất cách điện hay bán dẫn.
 Không luôn luôn tuân theo nguyên lý sắp xếp đặc khít nhất vì các nguyên tử phải
sắp xếp phù hợp với phương liên kết.
 Tính dẫn điện của kim loại, chất bán dẫn và chất cách điện đều có thể được giải
thích trên cơ sở mô hình dải năng lượng.
• Vùng hóa trị: Là vùng có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng, là
vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh động.
• Vùng dẫn: Vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng mà điện tử sẽ linh
động như các điện tử tự do
• Vùng cấm: Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, điện tử không thể
tồn tại trên vùng cấm.
24
12
62
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể ion:
 Tiểu phân cấu tạo là những ion dương và âm phân bố luân phiên đều đặn tại
những nút của mạng không gian và liên kết với nhau bằng lực liên kết ion.
 Liên kết ion tạo ra do lực hút tĩnh điện giữa các ion có điện tích trái dấu và do
lực đẩy ở khoảng cách ngắn. (Ion có thể đơn giản như Cl-, Na+ ... hoặc phức tạp
như NO3-, CO32-…)
 Năng lượng của liên kết ion lớn:
 Ví dụ: NaCl: Uml = -766 kJoule/mol
 Vì liên kết ion là loại liên kết bền không định hướng, không bảo hoà, nên mạng
lưới ion có đặc điểm:
 Có độ bền cao, độ cứng cao.
 Tuân theo nguyên lý sắp xếp đặc khít nhất.
 Tính dẫn điện, dẫn nhiệt kém.
25
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể ion:
 Tính chất: do cấu trúc của tinh thể và lực tương tác giữa các ion trong tinh thể
 Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tương đối cao, độ giãn nở nhiệt cũng
như độ chịu nén tương đối nhỏ.
 Các hợp chất ion là những chất dẫn điện ở trạng thái nóng chảy
 Các ion kích thước lớn chiếm các đỉnh tinh thể, các ion kích thước nhỏ chiếm
hổng tinh thể:  Hổng tứ diện, Hổng bát diện
 Các cation nói chung có bán kính ion nhỏ hơn so với các anion.
Hổng tứ diện, Hổng bát diện
Tetrahedral; Octahedral hole (void)
26
13
63
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể ion:
 Đặc điểm của liên kết ion:
• Không bão hòa , không định hướng trong không gian vì điện trường
ion hay sự đối xứng của mây electron thường là dạng cầu.
• Đặc tính ion càng rõ khi hiệu số độ âm điện giữa A và B càng lớn;
• Liên kết ion càng mạnh khi các nguyên tử chứa ít điện tử
 Hầu hết các florua có liên kết dạng ion
 Phần lớn các ôxyt có liên kết dạng ion, trừ thạch anh (SiO2) và
(MnO2) có liên kết đồng hóa trị vượt trội hơn (54% và 65%)
 Các sulfua chủ yếu là những hợp chất nguyên tử.
 Trong tự nhiên, hợp chất ion thường phổ biến hơn
Hổng tứ diện, Hổng bát diện
Tetrahedral; Octahedral hole (void)
27
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể ion:
 Mối quan hệ giữa tỷ lệ bán kính các ion, số phối trí và cấu trúc hình học của phối trí
rNa+ = 98pm , rCs+ = 168pm, rCl- = 181pm.
NaCl
 r/RNaCl = 0,54  Lục phương (giác)
 r/RCsCl = 0,93  Lập phương tâm khối
CsCl
Lục phương
Lập phương tâm khối
28
14
64
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể kim loại:
 Tiểu phân cấu tạo chiếm vị trí những nút của mạng không gian là
những ion dương kim loại, tức là những nguyên tử kim loại đã mất
bớt 1 số electron liên kết yếu của chúng.
 Những electron này có khả năng di động tương đối tự do trong
mạng lưới kim loại.
 Thường có cấu trúc tinh thể xếp chặt (close-packed structures)
 Liên kết kim loại tạo ra do tương tác tĩnh điện giữa điện tích âm
của đám mây điện tử và điện tích dương của các cation kim loại
 Các electron tự do di chuyển trong tinh thể làm cho kim loại có độ dẫn
điện và dẫn nhiệt cao .
 Về mặt năng lượng, liên kết kim loại được coi là liên kết trung bình
 Về mặt quang học, kim loại thể hiện khả năng phản chiếu đặc trưng do
sự dịch chuyển electron trong miền năng lượng của ánh sáng khả kiến.
29
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể kim loại:
1: Lập phương tâm diện (FCC); 2: Lục giác xếp chặc (HCP); 3: Lập phương tâm khối (BCC);
30
15
65
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể phân tử:
 Tiểu phân cấu tạo chiếm vị trí những nút của
mạng lưới tinh thể là những phân tử nguyên
vẹn có hóa trị đã bão hòa và liên kết với
nhau bằng những lực yếu thường thuộc loại
Van der Waals hoặc liên kết hydro .
 Liên kết Van der Waals là liên kết thuộc loại
yếu, rất dễ bị phá vỡ khi tăng nhiệt độ 
nhiệt độ nóng chảy thấp, độ cứng nhỏ và độ
giãn nở nhiệt lớn.
 Các tinh thể phân tử hòa tan tốt:lựa chọn các
74-85% hợp chất có 4-5 nguyên tố trong phân tử hình thành
những tinh thể dạng tam phương (Rhombohedral) và lục
phương (Hexagonal).
80% hợp chất hữu cơ phức tạp hình thành tinh thể dạng trực
thoi (Orthorhombic) và đơn tà (Monoclinic)
31
dung môi phụ thuộc vào độ phân cực và khả năng
hình thành liên kết hiđro.
 Liên kết hydro là dạng trung gian giữa liên
kết Van der Waals và liên kết ion.
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Liên kết trong tinh thể
 Tinh thể thực
 Bốn kiểu tinh thể với các kiểu liên kết nêu trên thực tế là những trường hợp giới
hạn và là những cấu trúc mô hình .
 Hầu hết các hợp chất có thể tồn tại nhiều kiểu liên kết khác nhau
 Cần xác định loại liên kết nào chiếm ưu thế.
 Các tinh thể thực thường còn gặp các dạng liên kết có tính chất trung gian, có
những mức độ chuyển tiếp khác nhau
 Khuyết tật tinh thể: Các nguyên tử di chuyển tạo khuyết tật, phần lớn các tinh thể
có nồng độ khuyết tật trên 1%
 Theo thành phần hóa học
 Theo thành phần tạp chất
 Theo mạng lưới tinh thể:
 Khuyết tật điểm (0D)
 Khuyết tật đường (1D)
 Khuyết tật mặt (2D)
 Khuyết tật vùng hay khuyết tật khối (3D)
32
16
66
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Mặt mạng tinh thể - Chỉ số Miller
 Chỉ số Miller (William Hallowes Miller) là một
phương pháp mô tả sự định hướng của một mặt
mạng tinh thể (plane) trong mối quan hệ với các ô
mạng cơ bản (unit cell).
 Các chỉ số này rất hữu ích để giải thích nhiều
hiện tượng trong khoa học vật liệu như giải
thích hình dạng của các đơn tinh thể, hình
dạng vi cấu trúc, kết quả nhiễu xạ tia X,
khuyết tật tinh thể của vật liệu….
 Phương pháp xác định:
 Xét mạng tinh thể được tạo nên từ ô mạng cơ
bản với chiều dài a, b, c trên các trục tương
ứng x, y, z
33
Câu 51: Mạng lưới tịnh tiến Bravais của Titan là lập phương tâm khối. Hãy tính cạnh a của ô mạng cơ sở của titan theo bán kính nguyên tử (r) của nó.
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Mặt mạng tinh thể - Chỉ số Miller
 Chỉ số Miller (William Hallowes Miller)
 Phương pháp xác định:
 Xét mạng tinh thể được tạo nên từ ô mạng cơ bản với chiều dài
a, b, c trên các trục tương ứng x, y, z
 Giả sử có một mặt mạng trong ô mạng cơ bản, cắt trục x tại
a/2 (1/2), trục y tại b/1 (1/1) và trục z tại c/2 (1/2)
 Nghich đảo (Reciprocal) các tọa độ giao điểm này, ta được
chỉ số Miller của mặt mạng (212)
 Nếu các điểm cắt trên các trục x, y, z có tọa độ là 1/h, 1/k và
1/l, ta có chỉ số Miller là (hkl)
34
17
67
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Mặt mạng tinh thể - Chỉ số Miller
 Chỉ số Miller (William Hallowes Miller)
 Ví dụ
Hình 2, mặt mạng trong ô mạng cơ bản, cắt
trục x tại a (1/1), trục y tại -b/1 (1/-1) và cắt
trục z tại c/2 (1/2)
 Nghich đảo các điểm cắt này, ta được
chỉ số Miller của mặt mạng (1-12) 
(112)
Hình 1 mặt mạng trong ô mạng cơ bản, cắt trục
x tại a (1/1), trục y tại b/2 (1/2) và không cắt
trục z (cắt tại ) tại c/0 (1/0)
 Nghich đảo các điểm cắt này, ta được
chỉ số Miller của mặt mạng (120)
Hình 2
Hình 1
35
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Mặt mạng tinh thể - Chỉ số Miller
 Các mặt mạng song song
 Xét mặt mạng (a) cắt trục x tại -a/1 (-1/1), trục y tại b/2
(1/2) và trục z tại c/2) (1/2)
 Chỉ số Miller của mặt mạng là ( 22)
 Xét mặt mạng (b) cắt trục x tại -2a (-1/0.5), trục y tại
b/1 (1/1) và trục z tại c/1) (1/1)
 Chỉ số mặt mạng là (0.511)
 Chỉ số Miller phải là các số nguyên  nhân 2
 Chỉ số Miller ( 22)
 (a) // (b)
 Các mặt mạng song song có cùng chỉ số Miller
36
18
68
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Mặt mạng tinh thể - Chỉ số Miller
 Các mặt mạng song song
 Quy ước về cách viết chỉ số Miller. Khi đề cập đến một mặt cụ thể,
người ta sử dụng dấu ( ) (hkl),
 Khi đề cập đến một tập hợp các mặt có liên quan đến tính đối xứng,
thì các dấu ngoặc { } được sử dụng {hkl}
(100)
 Mặt kiểu (100) trong hệ tinh thể lập phương có thể các chỉ số Miller
tương ứng là (100), (010), (001), (100), (010) và (001) do yếu tố đối
xứng của hình lập phương, chỉ phụ thuộc vào cách xác định các trục
của ô mạng cơ bản
(010)
 Tập hợp các mặt (100), (010), (001), (100), (010) và (001) có
thể được viết thành {100}
37
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Mặt mạng tinh thể - Khoảng cách giữa các mặt mạng (plane)
 Các mặt mạng song song – Khoảng cách giữa các mặt mạng (dhkl) (Interplanar spacing - d-spacing)
Lập phương
Tứ phương
Trực thoi
Lục phương
Đơn tà
Tam tà
38
19
69
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Phương pháp nghiên cứu tinh thể - Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)
 Nhiễu xạ tia X:
 Nhiễu xạ do các mặt mạng tinh thể song song tạo ra
 Điều kiện để có tín hiệu nhiễu xạ cực đại  Các tia nhiễu xạ từ các mặt tinh thể liên tiếp phải
cùng pha, giao thoa dương
 Định luật Bragg (Bragg’s Law):
=2 ×
Þ
=

Tia X
2
39
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Phương pháp nghiên cứu tinh thể - Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)
 Nguyên lý thiết bi đo nhiễu xạ tia X:
Anode Mo được bắn phá bằng chùm electron gia tốc 35kV
 Ống phóng tia X (Anode: Mo, Cu)
Nguồn tia X với các
 khác nhau
 Bộ lọc đơn sắc
 Ống chuẩn trực
 Goniometer
 Detector
40
20
70
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học
Phương pháp nghiên cứu tinh thể - Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)
Intensity (relative)
 Kết quả đo: Phổ nhiễu xạ tia X – X-Ray Diffraction Pattern:
Bragg’s Law Equation
=2 ×
Þ
=

2
Phổ nhiễu xạ tia X của Fe với cấu trúc tinh thể lâph phương tâm khối (BCC )
41
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Phần đọc thêm
42
21
71
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể muối ăn NaCl (tinh thể ion điển hình)
Cấu trúc khối lập phương của NaCl thu được khi hai đơn vị cơ bản FCC (Face Centered Cubic)
đan xen dọc theo đường chéo của thân ở khoảng cách bằng 1/4 cạnh khối lập phương.
43
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
Cấu trúc khối lập phương của kim cương thu được khi hai đơn vị cơ bản FCC (Face Centered
Cubic) đan xen dọc theo đường chéo của thân ở khoảng cách bằng 1/4 cạnh khối lập phương.
a
4
⃗+ ⃗+ ⃗
44
22
72
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
Các nhóm không gian của kim cương gồm có:
8 nguyên tử C ở đỉnh tạo nên khối lập phương.
6 nguyên tử C ở mặt tạo nên khối bát diện.
4 nguyên tử C nằm ở ¼ khoảng cách trên
đường chéo của khối lập phương tạo nên khối tứ diện:
Ký hiệu:
C – Nguyên tử ở đỉnh (Corner atom)
F – Nguyên tử ở mặt (Face atom)
I – Nguyên tử bên trong khối lập phương
45
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
Hình chiếu bằng của cấu trúc tinh thể kim cương
46
23
73
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
47
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
48
24
74
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
49
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 3: Tinh thể học – Tinh thể kim cương (tinh thể nguyên tử điển hình)
50
25
75
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học (Nhiệt động hóa học)
Nhiệt động học: Môn khoa học nghiên cứu các quy luật điều khiển sự trao đổi năng lượng,
đặc biệt những quy luật liên quan tới sự biến đổi nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác
Môn khoa học ứng dụng nhiệt động học vào hoá học là Nhiệt động hoá học.
Nhiệt động học cho phép tính được:

Năng lượng trao đổi trong các quá trình biến đổi vật lý, các phản ứng;

Xác định chiều hướng và giới hạn tự diễn biến của các phản ứng hóa học;

Xác định được hiệu suất của phản ứng;

Xác định điều kiện cân bằng và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến cân bằng.
1
https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/entropy.html
l.atm = 8.314/0.082 Joule
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Một số khái niệm cơ bản
Hệ Nhiệt động, Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái, Quá trình – Thông số của Quá trình, Hàm trạng thái
Hệ nhiệt động
 Hệ (nhiệt động) là phần không gian bao gồm một số vật thể phân cách
với các vật thể trong không gian còn lại gọi là môi trường.
 Hệ mở : có cả sự trao đổi chất và trao đổi năng lượng với môi trường
 Hệ kín : không có sự trao đổi chất ; có sự trao đổi năng lượng với môi
trường (các phản ứng hoá học trong phòng thí nghiệm coi như xảy ra
trong hệ kín)
 Hệ cô lập : không có sự trao đổi chất và không có sự trao đổi năng
lượng với môi trường
2
1
76
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Một số khái niệm cơ bản
Hệ Nhiệt động, Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái, Quá trình – Thông số của Quá trình, Hàm trạng thái
Hệ nhiệt động - Pha (Phase):
 Là tập hợp những phần đồng thể của hệ phân cách với các phần đồng nhất khác bằng bề mặt phân
chia pha.
 Giống nhau về thành phần hóa học và tính chất hóa lý.
 Hệ đồng thể: hệ chỉ có một pha duy nhất
 Hệ dị thể: hệ có từ hai pha trở lên
 Hệ phân tán
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Một số khái niệm cơ bản
Hệ Nhiệt động, Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái, Quá trình – Thông số của Quá trình, Hàm trạng thái
Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái của hệ.
 Trạng thái của hệ được xác định thông qua tập hợp các tính chất vật lý, hoá học của hệ. Thông số
khuếch độ tỷ lệ với lượng chất (m, n, V…)
 Những đại lượng vật lí mô tả tính chất của hệ gọi là các thông số trạng thái.
 Thông số cường độ: Thông số nhiệt động không phụ thuộc vào khối lượng, kích thước của hệ,
đặc trưng cho một trạng thái chuyển động nào đó của các phần tử trong hệ được gọi là thông số
cường độ. Nó không có tính chất cộng tính.
Thí dụ: P, T, d, điện thế… (Phệ = P1 = P2 =….= Pi).
 Thông số khuếch độ (dung độ): Thông số phụ thuộc vào khối lượng, kích thước của hệ được gọi
là thông số khuếch độ. Nó có tính chất cộng tính.
Thí dụ: Khối lượng (m), thể tích(v), số mol, diện tích, năng lượng của hệ: mhệ = imi
 Phương trình trạng thái: mô tả tương quan giữa các thông số trạng thái PV = nRT
4
2
77
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Một số khái niệm cơ bản
Hệ Nhiệt động, Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái, Quá trình – Thông số của Quá trình, Hàm trạng thái
Quá trình
Khi 1 trong các thông số trạng thái của hệ bị thay đổi thì trạng thái cũ bị thay
đổi, hệ chuyển sang trạng thái mới . Như vậy, hệ thực hiện một quá trình.
 Quá trình đẳng nhiệt
(T = Const)
 Quá trình đoạn nhiệt: hệ không trao đổi nhiệt với môi trường ( Q = 0 )
 Quá trình đẳng tích
(V = Const)
 Quá trình đẳng áp
(P = Const)
 Quá trình thuận nghịch (reversible) : là quá trình mà khi tiến hành
theo chiều ngược lại hệ đi qua đầy đủ những trạng thái trung gian như
trong quá trình thuận
 Quá trình bất thuận nghịch (irreversible): là quá trình mà khi tiến hành
theo chiều ngược lại hệ không đi qua đầy đủ những trạng thái trung
gian như trong quá trình thuận
A reversible transformation is an idealized transformation processes in which the system is in (very
nearly) thermodynamic equilibrium throughout the transformation
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Một số khái niệm cơ bản
Hệ Nhiệt động, Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái, Quá trình – Thông số của Quá trình, Hàm trạng thái
Thông số của Quá trình
Khi 1 trong các thông số trạng thái của hệ bị thay đổi thì trạng thái cũ bị thay đổi, hệ chuyển sang trạng
thái mới. Như vậy, hệ thực hiện một quá trình.
 Khi hệ thực hiện một quá trình hệ có thể trao đổi năng lượng với môi trường dưới dạng Nhiệt
(Q) và Công (W).
 Nhiệt và Công là các thông số của quá trình, là 2 hình thức truyền năng lượng

Nhiệt là sự trao đổi năng lượng do chuyển động hỗn loạn của các tiểu phân (Q)
•
Công là sự trao đổi năng lượng dưới dạng vĩ mô trật tự theo 1 hướng xác định.
 Công = Công giãn nở + Công hữu ích ( không liên quan tới sự thay đổi V hệ)
 Quy ước dấu : Q > 0; W > 0 khi hệ nhận nhiệt và công từ môi trường ngoài
Q< 0; W < 0 khi hệ cung cấp nhiệt và công ra môi trường ngoài.
6
3
78
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Một số khái niệm cơ bản
Hệ Nhiệt động, Trạng thái của hệ - Thông số trạng thái, Quá trình – Thông số của Quá trình, Hàm trạng thái
Hàm trạng thái
 Hàm trạng thái là hàm số đặc trưng cho tính chất nhiệt động của hệ: F=F(P,V,T...) nếu giá trị
của hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ mà không phụ thuộc vào
cách biến đổi của hệ.
Ví dụ: Nhiệt độ T, áp suất P, Thể tích V, Nội năng U, entanpi H, entropi S, thế đẳng áp
G…là những hàm trạng thái
 Điều kiện toán học : Hàm trạng thái phải là hàm liên tục, đơn trị và hữu hạn
=
, ,
=
,
,
−
,
,
 Tính chất :
 Tồn tại vi phân toàn phần z = f( x,y)
 Hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối; không phụ thuộc
vào con đường tiến hành quá trình.
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
 Nội năng (Internal energy): là phần năng lượng tiềm tàng ở trong hệ bao gồm động
năng chuyển động của các tiểu phân và thế năng tương tác giữa chúng (các vật thể
trong hệ; các phân tử; các nguyên tử; các hạt nhân và các điện tử):
 Nội năng là hàm trạng thái
 Không xác định được giá trị tuyệt đối của nội năng; chỉ xác định được biến thiên
nội năng trong một quá trình
 Trong một phản ứng hóa học
 Biến thiên nội năng bằng tổng nội năng mol các chất cuối trừ tổng nội năng
mol các chất đầu, trong đó nội năng mol nhân với hệ số tỷ lượng tự nhiên
tương ứng
 Biến thiên nội năng được xác định bằng hiệu ứng nhiệt đẳng tích của phản
ứng
Trạng thái chuẩn của một chất là trạng thái bền vững của nó áp suất 1 bar (105 Pa) – 250C (298K)
8
4
79
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
 Nhiệt (Q): là thước đo cường độ chuyển động phân tử của hệ. Kí hiệu: Q
 Ví dụ: Nhiệt lượng Q cần dùng để nâng nhiệt độ của m (g) vật chất từ nhiệt độ T1 đến T2
Đối với trường hợp không có chuyển pha:
Q = mC(T2 – T1)
 Công (W hoặc A): là thước đo sự chuyển dịch những khối lượng vật chất vĩ mô dưới tác
dụng của lực nào đó. Kí hiệu: W (A)
W = -PngoàiV = -Pngoài(V2 – V1)
 Mối quan hệ giữa Nhiệt và Công
Quy ước:
Tỏa nhiệt: Q < 0
Thu nhiệt: Q > 0
Sinh công: W < 0
Nhận công: W > 0
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
Nguyên lý 1 Nhiệt động học:
 Phát biểu: Năng lượng của một hệ được bảo toàn; nó chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác
 Không tồn tại động cơ vĩnh cửu loại 1 là động cơ sinh công mà không tiêu tốn 1 dạng
năng lượng khác.
 Nội năng của hệ cô lập không đổi ( Q = 0 ; W= 0 do đó ∆U = 0 ; U = const )
 Khi thực hiện một quá trình, nội năng U của hệ thay đổi  Biểu thức toán học:
 Dạng vi phân : dU = δQ + δW
trong đó δW = -pdV +δW*
 Dạng tích phân : ∆U = Q + W
Q1, W1; Q2, W2;…; Qi, Wi là nhiệt và
công trao đổi giữa hệ với môi trường
Đối với phản ứng không điện hóa công hữu ích (δW*) bằng không:
ngoài theo các đường biến đổi 1, 2, …, i.
 Trong hóa học
 Tồn tại 1 hàm trạng thái nội năng (U), U có vi phân toàn phần dU
Q1 + W1 = Q2 + W2 = ...= Qi + Wi = const
 Biến thiên nội năng của một quá trình bằng tổng đại số nhiệt và công thực hiện
 Dạng vi phân : dU = δQ + δW
trong đó δW = -PdV +δW*
 Dạng tích phân : ∆U = Q + W  ∆U = Q - P∆V
10
5
80
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
 Nhiệt đẳng tích (V = Const) – Nội năng:
 Nhiệt đẳng tích là nhiệt lượng thoát ra hay thu vào của hệ trong quá trình biến
đổi đẳng tích (V = const)
∆U = QV - P∆V  ∆U = QV
Vậy nhiệt đẳng tích chính là sự biến đổi nội năng.
 Nhiệt đẳng áp (P= Const) – Enthalpy:
 Nhiệt đẳng áp là nhiệt lượng thoát ra hay thu vào của hệ trong quá trình biến đổi
đẳng áp (P = const).
∆U = QP - P∆V  QP = ∆U + P∆V = ∆(UV +PV) = ∆H
với H = U+PV  Enthalpy (Entanpy)
Vậy nhiệt đẳng áp chính bằng sự biến thiên Enthalpy của hệ.
 Enthalpy tiêu chuẩn: Kí hiệu ∆H0298 (∆H0).
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
 Entalpy: Tổng nội năng và tích áp suất với thể tích: H = U + PV
 Không xác định được giá trị tuyệt đối của entalpy
 Chỉ xác định được biến thiên entalpy trong một quá trình
 Trong một phản ứng hóa học: Biến thiên entalpy bằng tổng enthalpy mol các chất cuối trừ tổng
enthalpy mol các chất đầu, trong đó enthalpy mol nhân với hệ số tỷ lượng tương ứng
 Biến thiên enthalpy được xác định bằng hiệu ứng nhiệt đẳng áp của phản ứng
Trạng thái chuẩn của một chất là trạng thái bền vững của nó ở áp suất 1 bar (105 Pa) - ở 250C (298K)
12
6
81
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
 Nhiệt dung: Là nhiệt lượng cần thiết phải cung cấp để nhiệt độ của hệ tăng 1 độ
 Nhiệt dung mol của 1 chất là nhiệt lượng cung cấp cho 1 mol để nhiệt độ tăng 1 độ: C = Q/dT
 Nhiệt dung đẳng tích: là đạo hàm riêng bậc nhất của nội năng theo nhiệt độ khi thể tích không đổi:
CV0= δQV0/dT
δQV0= dUV0
CV0 = (U0/T)V
 Nhiệt dung đẳng áp: là đạo hàm riêng bậc nhất của Enthalpy theo nhiệt độ khi áp suất không đổi:
Cp0= δQp0/dT,
δQP0= dHP0
CP0 = (H0/ T)P
 Đối với các khí lý tưởng: CP – CV = R (Chứng minh)
 Nhiệt dung là hàm trạng thái và phụ thuộc nhiệt độ:
Cp0 = a + bT + cT2 + dT3 +… hoặc Cp0 = a’+ b’T + c’T-1/2 …
với a, b, c… và a’, b’, c’… là các hằng số thực nghiệm
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
 Mối quan hệ giữa QP (H) và QV (U)
- Đối với chất rắn, lỏng, biến thiên thể tích thay đổi không đáng kể  ∆H = ∆U và QP = QV
- Đối với chất khí, xem là khí lý tưởng (áp suất thấp):
∆H = ∆U + ∆nRT

Qp = Qv + ∆nRT
Xét phản ứng aA(k) + bB(k) → cC(k) + dD(k)  ∆n = (c+d) – (a+b)
Ví dụ: C6H6 + 15/2O2(k) → 6CO2(k) + 3H2O
Ở 300K có QP – QV = 1245J. Hỏi C6H6 và H2O trong phản ứng ở trạng thái lỏng hay hơi. Cho R = 8,314J.mol-1.K-1
 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học là nhiệt lượng tỏa ra hay thu
vào khi một mol chất tham gia vào phản ứng (hay một mol sản phẩm được tạo thành).
- Ở điều kiện đẳng tích: ∆U
- Ở điều kiện đẳng áp: ∆H
Phản ứng tỏa nhiệt: ∆H < 0, Phản ứng thu nhiệt: ∆H > 0
14
7
82
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hoá học:
 Hiệu ứng nhiệt: Phân biệt Nhiệt phản ứng và Hiệu ứng nhiệt:
 Nhiệt phản ứng (Q) là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào tương ứng với 1 phản ứng hóa học.
 Hiệu ứng nhiệt của 1 phản ứng hóa học (∆H2980) là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào trong quá
trình phản ứng tương ứng cho 1 mol chất
 Phương trình Nhiệt hóa là phương trình có ghi thêm nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào và kèm
theo trạng thái tập hợp của các chất.
Trạng thái chuẩn của 1 chất là trạng thái bền vững của nó ở áp suất 1atm
( có thể là trạng thái thực tế hoặc là giả định )
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
Nhiệt hoá học: Nhiệt sinh (tạo thành); Nhiệt cháy, Nhiệt chuyển trạng thái
 Nhiệt sinh của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành một mol của chất đó từ các đơn
chất bền vững ở điều kiện khảo sát.
Kí hiệu: ∆H0298,s (∆H0s)
Nhiệt sinh chuẩn của đơn chất bền bằng 0.
 Nhiệt cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng cháy 1 mol chất tạo thành các oxit cao nhất
bền ở điều kiện khảo sát.
Kí hiệu: ∆H0298,c hay ∆H0c
 Lưu ý: Nhiệt cháy của nguyên tố cũng chính là nhiệt sinh của các oxit bền của nó.
16
8
83
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học - Nhiệt hoá học
Nhiệt hoá học: Nhiệt sinh (tạo thành); Nhiệt cháy, Nhiệt chuyển trạng thái
 Nhiệt chuyển trạng thái (chuyển pha):
 Chuyển pha là quá trình trong đó 1 chất chuyển từ trạng thái tập hợp
này sang trạng thái tập hợp khác.
 Nhiệt chuyển pha, nhiệt nóng chảy (nc), nhiệt hóa hơi (hh), nhiệt
thăng hoa (th) là lượng nhiệt mà hệ trao đổi với môi trường khi
chuyển trạng thái R  L, L  H, R  H ở P = Const và T = Const
 Nhiệt chuyển pha còn áp dụng trong biến đổi thù hình
 Nhiệt phân ly: là hiệu ứng nhiệt của quá trình phân ly 1 mol chất thành các
nguyên tử ở trạng thái khí
 Nhiệt phân ly của các chất thường dương và có giá trị lớn.
 Nhiệt hòa tan: là hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan 1 mol chất tan vào
trong dung môi.
 Đa số là thu nhiệt có giá trị tương đối nhỏ (≈ 40kJ).
 Phụ thuộc nhiều vào số lượng và bản chất dung môi.
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học – Định luật Hess
Định luật Hess :
 Phát biểu: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không
phụ thuộc vào con đường tiến hành, không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian
 Nếu 1 phản ứng là tổ hợp tuyến tính của 1 số phản ứng thì hiệu ứng nhiệt là tổ hợp tuyến tính của
các hiệu ứng nhiệt với các hệ số tổ hợp tương ứng
H0= H10 + H20 = -110,5 + (-283,0) = -393,5 kJ
18
9
84
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học – Định luật Hess
Định luật Hess :
 Hệ quả 1: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận bằng hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch nhưng ngược
dấu.
 Hệ quả 2 : Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất sản phẩm trừ đi tổng nhiệt
sinh của các chất tham gia phản ứng, có kể các hệ số tỷ lượng hợp thức của phương trình phản ứng.
Ví dụ:
4NH3(k) + 5O2(k) → 4NO(k) + 6H2O(k) .
Tìm ∆H0 của phản ứng biết: ∆H0s(NH ) = -45,9 kJ/mol, ∆H0s(H O ) = -241,8 kJ/mol,
∆H0s(NO ) = 91,3 kJ/mol
3(k)
2
(k)
(k)
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học – Định luật Hess
Định luật Hess :
 Hệ quả 3: Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của các chất tham gia trừ đi
tổng nhiệt cháy của các chất sản phẩm, có kể các hệ số tỷ lượng (hợp thức) của phương trình phản
ứng.
Ví dụ:
Tính ∆H của phản ứng: C2H2(k) + 2H2(k) →
C2H6(k)
Biết ∆H0c(C2H2(k)) = -1300 kJ.mol-1, ∆H0c(C2H6(k)) = -1560kJ.mol-1, ∆H0c(H2(k)) = -286kJ.mol-1
 Năng lượng liên kết : Độ mạnh của liên kết hóa học được biểu diễn bằng năng lượng liên kết, kí hiệu
∆HB .
Ví dụ:
Xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng: H2(k) + Cl2(k) → 2HCl(k)
Biết: ∆HB(H-H) = 436 kJ.mol-1, ∆HB(Cl-Cl) = 243 kJ.mol-1, ∆HB(H-Cl) = 432 kJ.mol-1
20
10
85
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học – Định luật Hess
Định luật Hess :
 Ứng dụng: Tính hiệu ứng nhiệt của nhiều phản ứng trong thực tế không thể đo được. Cách thức thực hiện:
 Phân tích 1 phản ứng hóa hóa thành nhiều cách biểu diễn cùng xuất phát ở trạng thái đầu: chất phản ứng
và kết thúc ở trạng thái cuối: tạo sản phẩm.
 Những biểu diễn cùng trạng thái đầu và cuối gọi là các chu trình nhiệt động
Ví dụ: Xác định năng lượng mạng lưới tinh thể ion NaCl
+29 kcal/mol(Cl)
-98,23 kcal/mol
+20,64 kcal/mol
-83,17 kcal/mol
https://www.chemeo.com/stats
+119.98 kcal/mol
184,68 kcal/mol
21
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học – Định luật Kirchhoff
Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - định luật Kirchhoff: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau
 Nhiệt dung riêng mol đẳng áp CP: là lượng nhiệt cần thiết để nâng 1 mol chất lên 1K ở áp suất không đổi trong khoảng
nhiệt độ không có sự chuyển pha
 Nhiệt dung riêng mol đẳng tích CV: là lượng nhiệt cần thiết để nâng 1 mol chất lên 1K ở thể tích không đổi trong
khoảng nhiệt độ không có sự chuyển pha
 Xét phản ứng:
aA + bB → cC + dD
 Thực hiện ở nhiệt độ T1, phản ứng có hiệu ứng nhiệt là H1
 Thực hiện ở nhiệt độ T2, phản ứng có hiệu ứng nhiệt là H2
 Biết trong khoảng nhiệt độ từ T1 đến T2, nhiệt dung mol đẳng áp của A,B,C và D là CP,A; CP,B ; CP,C ; CP,D
 Công thức Kirchhoff:
22
11
86
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 1 Nhiệt động học – Định luật Kirchhoff
Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ - định luật Kirchhoff: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau
 Công thức Kirchhoff và áp dụng :
Ví dụ: Cho phương trình nhiệt hoá sau: C(r) + O2(k) → CO2(k) ; H0298 = - 393,5kJ
Tính H0 ở 12270C (xem CP không thay đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát.)
và T2 = 273 + 1227 = 1500K
23
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học - Entropy
Entropy và mức độ hỗn loạn
 Entropy (S) là hàm trạng thái đặc trưng cho mức độ hỗn loạn của hệ là một tập hợp vô cùng lớn các tiểu phân
 Xác suất nhiệt động (W) là số trạng thái vi mô tương ứng với 1 trạng thái vĩ mô của hệ: W2 > W1
 Liên hệ giữa Entropy và xác suất nhiệt động:
 Entropy là một hàm trạng thái của hệ và sự biến thiên entropy chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng
thái cuối mà không phụ thuộc vào dạng đường đi, trạng thái trung gian, (thứ nguyên J.mol-1.K-1)
 Trong tự nhiên biến thiên entropy của bất kỳ hệ nào thì luôn lớn hơn hoặc bằng nhiệt lượng trao đổi ΔQ
chia cho nhiệt độ tuyệt đối.
Dấu = ứng với quá trình thuận ngịch
Dấu > ứng với quá trình bất thuận nghịch
24
12
87
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học - Entropy
Entropy và mức độ hỗn loạn
 Trong tự nhiên biến thiên entropy của bất kỳ hệ nào thì luôn lớn hơn hoặc bằng nhiệt lượng trao đổi
ΔQ chia cho nhiệt độ tuyệt đối.
 Đối với hệ cô lập, Q = 0  S  0: Hệ tự diễn biến sẽ làm tăng Entropy của hệ
 Một số nhận xét:
 Đối với cùng một chất: S(hơi) > S(lỏng) > S(rắn)
 Đối với cùng một chất: T tăng làm tăng S, P tăng làm giảm S
 S của chất vô định hình > S của chất ở dạng tinh thể
 Ở cùng trạng thái vật lý, phân tử, hệ càng phức tạp thì S càng lớn (SO3 > SO2)
Khí lý tưởng
25
dU = Q + W = 0  Q =-W = PdV
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học - Entropy
Entropy và mức độ hỗn loạn
 Entropi tiêu chuẩn.
 Khi xác định entropi của một chất ở điều kiện chuẩn (áp suất P = 1atm, nhiệt độ T =298K),
người ta thu được giá trị entropi tiêu chuẩn, kí hiệu là S0T.
 Entropi tiêu chuẩn cho các chất được lập thành bảng để tiện tra cứu.
Ví dụ: S0298 (C, graphit) = 5,7 J.mol-1.K-1 ; S0298 (oxi) = 205 J.mol-1.K-1
 Sự biến thiên entropi trong quá trình hóa học:
 Cho phản ứng tổng quát: aA + bB + … = cC + dD + …
 Các quá trình chuyển pha: Xảy ra ở nhiệt độ không đổi T = const, thuận nghịch
26
13
88
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học
Nguyên lý 2
 Phát biểu:
 Clausius : Các quá trình không thể là sự truyền nhiệt từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn.
 Thomson: Các quá trình không thể là sự biến đổi nhiệt hoàn toàn thành công
 Ostwald : Không tồn tại động cơ vĩnh cửu loại 2 là động cơ sinh công chỉ lấy nhiệt từ môi trường.
 Nguyên lý 3 của Nhiệt động hoc – Entropy của một nguyên chất (Entropy tuyệt đối) - định đề Planck
 Entropy của một nguyên chất ở trạng thái tinh thể hoàn hảo thì bằng 0
 Tinh thể lí tưởng ở 0K có xác suất nhiệt động bằng 1 do đó có S = 0
 Khi trong khoảng 0K - T không có chuyển pha chất rắn
27
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học
Nguyên lý 2
 Sự phụ thuộc của biến thiên entropy của một quá trình (phản ứng hóa học) vào nhiệt độ
 Trong khoảng T1 – T2 không có sự chuyển pha
 Trong khoảng T1- T2 có ít nhất 1 sự chuyển pha ở Tcf
28
14
89
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Chiều hướng và giới hạn của quá trình
Chiều hướng và giới hạn của quá trình:
 Tác động của Enthalpy và Entropy lên chiều hướng diễn biến của quá trình.
 Xét một hệ gồm các phân tử phân cực chứa trong một bình kín có thể tích xác định  hai khuynh
hướng:
 Khuynh hướng thứ nhất: do tương tác Van ders Waals các phân tử có khuynh hướng chuyển dần
sang trạng thái trật tự hơn
 Hệ có năng lượng thấp hơn và biến thiên enthalpy của hệ H < 0.
 Khuynh hướng thứ hai: là sự tăng độ hỗn loạn của hệ do chuyển động nhiệt của các phân tử kèm
theo sự tăng Entropy của hệ đến giá trị cực đại.
 Biến thiên entropi của hệ tăng S > 0.
 Sự biến thiên của Enthalpy và Entropy sẽ quyết định chiều hướng diễn biến của quá trình.
29
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Chiều hướng và giới hạn của quá trình
Chiều hướng và giới hạn của quá trình – Thế đẳng áp, đẳng nhiệt G(T,P) – Enthalpy tự do
 Thế đẳng áp, đẳng nhiệt và chiều hướng diễn biến của quá trình
 Xét một quá trình thuận nghịch, ta có:
 Trong quá trình đẳng áp, QP chính là biến thiên Enthalpy của hệ: QP = HP, do đó:
 Với hệ kín là hệ không trao đổi chất, chỉ trao đổi năng lượng với môi trường, ta cần xét:
Tổng biến thiên entropi của hệ và của môi trường ngoài:
Ngoài ra:
 Khi đẳng nhiệt: T = Const, ta có:
Đặt G = H – TS: thế đẳng áp, đẳng nhiệt của hệ (Enthalpy tự do của hệ)
dG  -SdT + PdV
G = G2 – G1 = H –TS
30
15
90
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Chiều hướng và giới hạn của quá trình
Chiều hướng và giới hạn của quá trình – Thế đẳng tích, đẳng nhiệt A(T,V) – Năng lượng tự do
 Thế đẳng tích, đẳng nhiệt và chiều hướng diễn biến của quá trình
 Xét một quá trình thuận nghịch, ta có:
 Trong quá trình đẳng tích, QV chính là biến thiên Nội năng của hệ: QV = UV, do đó :
 Với hệ kín là hệ không trao đổi chất, chỉ trao đổi năng lượng với môi trường, ta cần xét:
Tổng biến thiên entropi của hệ và của môi trường ngoài:
Uhệ
-Uhệ
Ngoài ra:
Uhệ
 Khi đẳng nhiệt: T = Const, ta có: U - TS = U2 – U1 – T(S2-S1) = U2 –TS2 – (U1 –TS1)
Đặt A = U – TS: thế đẳng tích, đẳng nhiệt của hệ (Năng lượng tự do của dA
hệ)  -SdT - VdP
A = A2 – A1 = U –TS
31
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Chiều hướng và giới hạn của quá trình
Chiều hướng và giới hạn của quá trình – Thế đẳng áp, đẳng nhiệt G(T,P):
 Chiều hướng diễn biến của quá trình  dựa vào G = G2 – G1 = H –TS
 Quá trình tự diễn biến (xảy ra) theo chiều thuận: G < 0  H –TS < 0
 Quá trình không tự diễn biến (xảy ra) (quá trình xảy ra theo chiều nghịch): G > 0  H –TS > 0
 Quá trình đạt trạng thái cân bằng : G = 0  H –TS = 0
 Tính biến thiên thế đẳng áp, đẳng nhiệt của quá trình:
 Dựa trên việc tính biến thiên entanpi H và biến thiên entropi S của phản ứng rồi thay vào biểu thức:
G = H – TS
 Dựa trên thế đẳng áp, đẳng nhiệt tạo thành chuẩn của các chất:
32
16
91
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Chiều hướng và giới hạn của quá trình
Chiều hướng và giới hạn của quá trình – Thế đẳng áp, đẳng nhiệt G(T,P) - Áp dụng:
 Chiều hướng diễn biến của một phản ứng hóa học:
 Ví dụ: Cho phản ứng : CaCO3( r)  CaO( r) + CO2(k)
Thế đẳng áp, đẳng nhiệt tạo thành chuẩn của các chất là:
G0298(CaCO3) = -1129 kJ/mol;
G0
298(Phản
ứng) =
G0
298(CaO)
+
G0298(CaO) = -604 kJ/mol; G0298(CO2) = -394,38 kJ/mol
G0
298(CO2)
- G0298(CaCO3) = (-604) +(-394,38) – (-1129) = 130,62 kJ/mol
G0298(Phản ứng) > 0  Phản ứng không xảy ra ở nhiệt độ thường
 Xác định nhiệt độ để cho phản ứng sau đây xảy ra: CaCO3( r)  CaO( r) + CO2(k) với H0298 = 178,21kJ
Tra bảng, ta có:
S0
-1 -1
298(J.mol .K )
CaCO3(r)
CaO(r)
CO2(k)
92,9
37,7
213,64
 S0298(Phản ứng) = 37,7 + 213,64 – 92,9 = 158,44 J.mol-1.K-1 = 158,44 10-3 kJ.mol-1.K-1
Phản ứng xảy ra khi G0T(phản ứng) < 0  H – TS < 0
 178,21 - T158,4410-3< 0, ta có: T > 1124,78K (hay 851,78oC)
33
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Các yếu tố ảnh hưởng đến G của quá trình: T, P
Ảnh hưởng của nhiệt độ:
G = H –TS
 Bỏ qua sự thay đổi của H và S theo nhiệt độ (trong pham vị biến thiên nhiệt độ nhỏ), ta có:
 Đạo hàm bậc nhất của (G/T)’ ta có:
PHƯƠNG TRÌNH GIBBS-HELMHOLTZ:
⇒
 Trong khoảng nhiệt độ nhỏ, chấp nhận H = const
Δ
=−
Δ
34
17
92
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Các yếu tố ảnh hưởng đến G của quá trình: T, P
Ảnh hưởng của áp suất:
G = H –TS = (U + P V) –TS
 Lấy đạo hàm của G theo P ở T không đổi, ta có:
với V là biến thiên thể tích trong quá trình biến đổi.
 Trường hợp 1: Nếu hệ chỉ gồm chất rắn, chất lỏng thì V = 0 (hoặc các chất khí mà quá trình biến đổi n = 0).
 G không phụ thuộc vào áp suất.
 Trường hợp 2: Nếu hệ có chất khí tham gia thì V ≠ 0 (n ≠ 0), G phụ thuộc vào áp suất
 V > 0 thì
> 0, G tăng khi áp suất tăng
 V < 0 thì
< 0, G giảm khi áp suất tăng
 Trong vùng áp suất thấp  V = n



 Ở điều kiện tiêu chuẩn P = 1atm: G0 

35
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Nguyên lí 2 Nhiệt động học – Áp dụng G ở trạng thái cân bằng
Cân bằng Lỏng (L) – Hơi (V) – Trạng thái lỏng – hơi bão hòa ():
 Ở trạng thái cân bằng dG = 0
 Ở trạng thái cân bằng d(gV, - gL,) = 0
PHƯƠNG TRÌNH CLAPEYRON
=
ℎ
,
,
−ℎ
−
,
,
=
Δℎ
−
,
,
36
18
93
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Thế hóa học – Hóa thế
Ảnh hưởng của sự thay đổi thành phần hóa học - Thế hoá học (hoá thế)
 Phản ứng xảy ra kèm theo sự biến đổi thành phần của hệ, do đó làm ảnh hưởng đến G của quá trình.
 G = f( T,P, n1, n2, …)
 Vi phân toàn phần của G: dG = (∂G/∂T)P,ni.dT +(∂G/∂P)T,ni.dP +(∂G/∂n1)T,P,nj≠1dn1 +(∂G/∂n2)T,P,nj≠2dn2 +…
 Sự phụ thuộc của G vào thành phần của cấu tử i được biểu diễn bằng đạo hàm riêng của hàm G theo số mol ni
của nó trong điều kiện P, T, và số mol các cấu tử khác (nj) không đổi:
 Giá trị đạo hàm riêng này được gọi là hóa thế của cấu tử i và được kí hiệu là μi :
 là đại lượng biểu thị độ tăng thế đẳng áp của hệ khi thêm 1 mol chất i vào hệ chứa lượng rất lớn các chất
khác (để đảm bảo việc thêm 1 mol chất i vào hệ không làm thay đổi nồng độ các chất khác) ở điều kiện P
và T không đổi.
37
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Thế hóa học – Hóa thế
Ảnh hưởng của sự thay đổi thành phần hóa học - Thế hoá học (hoá thế)
 Ở điều kiện đẳng nhiệt và đẳng áp
 dGT,P = ∑i μi .dni ≤ δW*  dGT,P = ∑i μi.dni ≤ 0 (Đối với quá trình không điện hoá)
 Hóa thế chuẩn của chất i:
 Hóa thế của chất i ở điều kiện chuẩn, kí hiệu là μoi
 μi = μoi + RT ln(Pi/P0)
hoặc
μi = μoi + RT ln(Ci/C0)
μoi: hóa thế chuẩn của cấu tử i ở áp suất chuẩn (1atm) và nồng độ chuẩn 1mol/l
Pi, Ci là áp suất và nồng độ của chất khí i.
 μi = μoi + RT ln(Pi) hoặc
μi = μoi + RT ln(Ci)
 Hoá thế biểu thị theo số phần mol của 1 cấu tử ở trong hệ nhiều cấu tử; μi = μ*i + RT lnxi
với xi= ni/ ∑ ni và μ*i là hoá thế chuẩn, đặc trưng,phụ thuộc T, P(khi i là nguyên chất)
 Tính G của phản ứng theo hóa thế của các chất Đối với một biến đổi hữu hạn (một phản ứng hoá học)
aA + bB → cC + dD
38
19
94
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Thế hóa học – Hóa thế
Ảnh hưởng của sự thay đổi thành phần hóa học - Thế hoá học (hoá thế)
 Ví dụ áp dụng:
μi = μoi + RT ln(Pi/P0)
R = 0,082 L.atm.K-1.mol-1 = 8,314 J.mol-1.K-1
39
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Phụ lục
Gibbs Function
The Gibbs function is also known as the Gibbs free energy and is defined in terms of temperature, T, the
enthalpy, H, and entropy, S, such that :
G = H - TS.
In a thermodynamic process with no composition change, the change in Gibbs function is given by:
dG = dH - TdS - SdT.
Using the combined first and second laws, dU = TdS - PdV and dH = TdS + VdP gives:
dG = VdP –SdT
For a constant pressure process:
and for a constant temperature process:
where V is the volume of the system.
(dG/dT)p = - S,
(dG/dP)T = V,
40
20
95
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Phụ lục
dA  -SdT - PdV
Gibbs Function
The Gibbs function is also known as the Gibbs free energy and is defined in terms of temperature, T, the
enthalpy, H, and entropy, S, such that :
A = U - TS.
In a thermodynamic process with no composition change, the change in Gibbs function is given by:
dA = dU - TdS - SdT.
Using the combined first and second laws, dU = TdS -PdV gives:
dA = -PdV –SdT
For a constant pressure process:
and for a constant temperature process:
where V is the volume of the system.
(dA/dV)T = -P,
(dA/dT)V = -S,
41
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 4: Áp dụng các nguyên lý của Nhiệt động học vào Hóa học
Phụ lục
42
21
96
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Phản ứng thuận nghịch và Cân bằng hóa học:
 Phản ứng hóa học được chia làm 2 loại:
 Phản ứng một chiều (hoàn toàn)
2KNO3(tt)
2KNO2(tt) + O2(k)
 Phản ứng thuận nghịch (không hoàn toàn)
CH3COOH + C2H5OH
CH3COOC2H5 + H2O
 Cân bằng hóa học:
 Cân bằng động: vận tốc phản ứng thuận bằng vận tốc phản ứng nghịch.
 Dấu hiệu của trạng thái cân bằng: Nồng độ (áp suất riêng phần) các chất không
đổi theo thời gian;
 Cũng như các cân bằng nói chung, cân bằng hóa học xảy ra khi biến thiên của G
đạt cực tiểu và DGpư = 0
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Điều kiện Nhiệt động học của cân bằng hóa học:
DGpư = 0
 Tổng hóa thế của các chất đầu và của các chất cuối (nhân với hệ số tỷ lượng tương ứng):
D
ư
=
nm =0
 Hằng số cân bằng và biểu diễn hằng số cân bằng
Với:
Biến thiên Enthalpy tự do chuẩn của phản ứng = Const
 Ở nhiệt độ xác định, khi trạng thái cân bằng được thiết lập thì ΔG = 0:
Do đó:
 Hằng số cân bằng của phản ứng Ka

2
1
97
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Điều kiện Nhiệt động học của cân bằng hóa học:
DGpư = 0
 Hằng số cân bằng và biểu diễn hằng số cân bằng :
 Đối với phản ứng pha khí:
Áp suất riêng phần (pi) tính bằng bar (atm)
 Đối với phản ứng trong dung dịch:
Nồng độ tính bằng mol/l
 Mối quan hệ giữa Kp và Kc:
 Đối với các phản ứng dị thể:
 FeO(r) + CO(k)
Fe(r) + CO2(k)
 Ag2CrO4 (r)
2Ag+ + CrO42-
 Cl2(k) + 2 H2O
HClO + Cl- + H3O+
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Các ảnh hưởng đến hằng số cân bằng K: DG0 = -RTlnKa
 Ảnh hưởng của nhiệt độ:
 Phương trình Gibbs-Helmholtz
 Từ đó suy ra phương trình đẳng áp Van’t Hoff
 Ảnh hưởng của áp suất
 CHỉ áp dụng đối với các phản ứng có sự thay đổi về số phân tử Dn  0
 Xét phản ứng aA + bB
cC + dD, ta có:
 Phương trình Planck:
4
2
98
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Sự dịch chuyển cân bằng:
Ảnh hưởng của nhiệt độ:
 Phương trình đẳng áp Van’t Hoff:
 Phản ứng thu nhiệt: ΔH0 > 0: KP đồng biến theo nhiệt độ
 Phản ứng tỏa nhiệt: ΔH0 < 0; KP nghịch biến theo nhiệt độ
Ảnh hưởng của áp suất
 Phương trình Planck:
 Phản ứng tạo ra ít khí hơn (giảm số mol khí): Δn < 0; Kx đồng biến theo áp suất
 Phản ứng tạo ra nhiều khí hơn (tăng số mol khí): Δn > 0; Kx nghịch biến theo áp suất
Ảnh hưởng của nồng độ:
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Sự dịch chuyển cân bằng:
Ảnh hưởng của nồng độ:
với
Đặt
 Khi Q = Kc  ΔG = 0: Phản ứng đạt trạng thái cân bằng
 Khi tăng nồng độ chất phản ứng hoặc giảm nồng độ sản phẩm thì Q giảm làm cho ΔG < 0; hệ tiến triển theo chiều thuận
 Khi giảm nồng độ chất phản ứng hoặc tăng nồng độ sản phẩm thì Q tăng làm cho ΔG > 0 ; hệ tiến triển theo chiều nghịch
Nguyên lý Le Châtelier
 Nguyên lý chuyển dịch cân bằng, được sử dụng để dự đoán những kết quả của một hay nhiều sự thay đổi của điều
kiện phản ứng (nồng độ, nhiệt độ, áp suất, thể tích...) lên các cân bằng hóa học.
 Phát biểu: Khi bất kỳ hệ thống nào ở trạng thái cân bằng chịu các thay đổi về nồng độ, nhiệt độ, thể tích, hoặc áp suất,
thì hệ thống sẽ tự điều chỉnh theo chiều để chống lại những hiệu ứng của sự thay đổi và thiết lập một trạng thái cân
bằng mới.
6
3
99
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Cân bằng pha – Một số khái niệm:
 Pha:
 Là tập hợp các phần đồng thể tồn tại của hệ. Chúng phải có thành phần hóa học, tính chất hóa lý ở
mọi điểm là như nhau. Pha thường ký hiệu là .
 Hệ đồng thể và hệ dị thể: Hệ đồng thể chỉ gồm một pha, hệ dị thể có từ 2 pha trở lên
 Số hợp phần:
 Là tổng số các chất có mặt trong hệ. Ký hiệu là r.
 Số cấu tử:
 Là số tối thiểu hợp phần đủ để tạo ra hệ. Ký hiệu là k
 Trong một hệ có thể tồn tại nhiều cấu tử (hợp phần) tuy nhiên để tạo thành hệ không nhất thiết
phải có mặt đầy đủ các cấu tử mà chỉ cần một trong số cấu tử đó là có thể tạo nên hệ  k = r – q.
 Trong đó: q là số các phương trình quan hệ về nồng độ của các cấu tử tại điểm cân bằng
 Bậc (Độ) Tự do
 Số điều kiện ít nhất mà khi ta thay đổi chúng một cách độc lập với nhau thì cân bằng pha của hệ
thống không bị phá hủy. Ký hiệu là C.
 Hệ có C = 0 gọi là hệ vô biến; Hệ có C = 1 gọi là hệ nhất biến; Hệ có C = 2 gọi là hệ nhị biến
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Điều kiện cân bằng pha:
 Hệ dị thể bao gồm k cấu tử và f pha nằm cân bằng nhau
 3 điều kiện cân bằng pha như sau:
 Nhiệt độ:
 Áp suất:
 Hóa thế (Hóa học)
Quy tắc pha – Biến độ:
 Qui tắc pha cho phép biết được đối với một hệ có thể thay đổi bao
nhiêu biến số độc lập (điều kiện tồn tại của hệ) mà cân bằng pha
của hệ vẫn không bị phá hủy.
 C: số bậc tự do.
 : số pha của hệ
 k: số cấu tử độc lập của hệ.
 n: số yếu tố bên ngoài ảnh hưởng lên cân bằng của hệ, thông
thường n = 2 (áp suất và nhiệt độ)(*)
 Công thức quy tắc pha: C = k -  + n hoặc là C = k -  + 2
8
(*)
n>2 khi các điều kiện khác như điện trường, từ trường, ... Có ảnh hướng đến cân bằng pha
4
100
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha – Biến độ:
 Công thức quy tắc pha: C = k -  + n hoặc là C = k -  + 2
 Đối với hệ có m cấu tử, số pha là φ  số điều kiện tồn tại của hệ là n
 Trong mỗi pha cần có m-1 thông số về số phần mol.
 Tổng số thông số trạng thái là: n + (m–1)φ
 Số phản ứng (cân bằng) hóa học là r;
 Số hệ thức bổ sung cho quan hệ giữa các cấu tử trong 1 pha q
 Số phương trình liên hệ là m(φ – 1) + r +q
 Biến độ là số thông số độc lập cần phải cố định để xác lập một trạng thái của hệ:

 C = m – φ + n – r -q  C = m – r -q – φ + n
C = n + (m–1)φ – [m( φ – 1) + r + q]
Ví dụ: Xét phản ứng: CaCO3(r) = CaO(r) + CO2(k);
k = m – r -q
m = 3 ; φ = 3 (2 pha rắn); n = 2; r = 1 ; q = 0  C = 3 – 2 + 2 – 1 – 0 = 1
 Cố định nhiệt độ phản ứng thì sẽ xác định được áp suất của hệ.
 Đối với các cân bằng pha không kèm theo phản ứng hóa học và các mối quan hệ giữa các cấu tử thì r=0
và q=0  Công thức quy tắc pha: C = k -  + 2
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha – Biến độ:
 Cân bằng pha trong hệ 1 cấu tử: C = k -  + 2
 Trong hệ một cấu tử, số pha nhiều nhất bằng 3
 Nếu hệ gồm 1 pha: C = 3-1 = 2
 Nếu hệ gồm 2 pha: C = 3-2 = 1
 Nếu hệ gồm 3 pha: C = 3-3 = 0
 Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất đến cân bằng pha
 Áp dụng phương trình Clapayron:
=
Δℎ
D
 Các quá trình bay hơi, nóng chảy hay thăng hoa, đều có Dh > 0 và Dv >0, do đó: dP/dT > 0
 T tăng thì P tăng và ngược lại
 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến áp suất hơi bão hòa:
 Áp dụng phương trình Clapayron, bỏ qua thể tích pha lỏng ta có: Dv = vV =RT/P 
10
5
101
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
=
Quy tắc pha – Áp dụng cho Giản đồ trạng thái của H2O:
Δℎ
D
 Trong mỗi vùng tồn tại 1 pha, khi đó bậc tự do của hệ
 C = k -  + 2 = 1 – 1 +2
A
B
 Cả áp suất và nhiệt độ có thể tha đổi mà không ảnh hưởng đến
sự tồn tại pha của hệ
 Đường OB (gọi là đường hóa hơi):
(CB L-H)
 Biểu diễn sự phụ thuộc áp suất hơi bão hòa của nước lỏng vào
nhiệt độ
 Đường OC (gọi là đường thăng hoa):
O
(CB R-V)
C
 Biểu diễn sự phụ thuộc áp suất hơi bão hòa của nước đá vào
nhiệt độ
 Đường AO (gọi là đường nóng chảy):
(CB R-L)
 Biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc của nước vào áp
suất ngoài  Độ dốc rất lớn
Trên các đường, hệ luôn tồn tại 2 pha cân bằng, bậc tự do của hệ:
 Ba đường OA, OB, OC gặp nhau tại điểm O.
 Điểm ba (Triple point): Tồn tại cân
bằng giữa 3 pha rắn, lỏng, hơi.
 Bậc tự do của hệ: C =1-3+2 = 0
C=k-+2 =1–2+2=1
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Lỏng – Hơi :
 Giản đồ cân bằng lỏng - hơi biểu thị sự phụ thuộc của áp suất hơi (khi T= const) hoặc của nhiệt độ sôi (khi
P = const) vào thành phần dung dịch và thành phần hơi cân bằng với dung dịch.
 Đối với dung dịch lý tưởng:
Định luật Raoult: Áp suất hơi riêng phần Pi của cấu tử i bằng tích số của
áp suất bão hòa của cấu tử i nguyên chất Pi với nồng độ phần mol xi
của nó trong dung dịch.
PA
P = PA + PB
PB
PB = PB.xB
PA = PA.xA
Với hệ 2 cấu tử A và B:
A
PA = PA.xA ; PB = PB.xB  P = PA + PB
xB
B
 Đối với dung dịch thực áp suất hơi riêng phần hoặc áp suất hơi chung sẽ lớn hơn (sai lệch dương)
hoặc nhỏ hơn (sai lệch âm) so với áp suất hơi của dung dịch lí tưởng, theo định luật Raoult.
Hỗn hợp đẳng phí (Azeotropic)
12
6
102
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Lỏng – Hơi :
 Giản đồ cân bằng lỏng - hơi biểu thị sự phụ thuộc của áp suất hơi (khi T= const) hoặc của nhiệt độ sôi
(khi P = const) vào thành phần dung dịch và thành phần hơi cân bằng với dung dịch.
 Trong thực tế thường sử dụng các giản đồ cân bằng lỏng hơi đẳng áp, biểu thị sự phụ thuộc của nhiệt
độ sôi vào thành phần lỏng và thành phần hơi cân bằng, ở áp suất không đổi.
Pha Hơi  Điểm sương  Cân bằng Lỏng Hơi  Điểm sôi  Pha Lỏng
Nhiệt độ
QUY TẮC ĐÒN BẨY: Xác định lượng pha hơi và pha lỏng cân bằng
ượ
ượ
ℎ ℎơ
=
ℎ ỏ
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Chưng cất liên tục
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Lỏng – Hơi :
 Ứng dụng: Chưng cất / Chưng luyện
Chưng cất gián đoạn
14
7
103
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Rắn – Lỏng:
 Sự kết tinh của dung dịch hai cấu tử:
 Hệ không tạo dung dịch rắn, không tạo hợp chất hóa học và các hệ khác
 Giản đồ “nhiệt độ - thành phần” (T - x)

Các điểm a, b tương ứng với nhiệt độ kết tinh của các cấu tử A và B
nguyên chất.

Đường aeb được gọi là đường lỏng cân bằng.

Đường arArBb được gọi là đường rắn.

Vùng nằm trên đường lỏng hệ chỉ có một pha lỏng LA-B

Vùng nằm phía dưới đường rắn, hệ bao gồm hai Pha rắn: rắn A và
rắn B (RA, RB).
1
3
2
4
5
C=k-+1
 Vùng nằm giữa đường lỏng và đường rắn hệ tồn tại cân bằng của hai
pha: RA – L hoặc L - RB.
 Điểm e được gọi là điểm Eutecti (Điểm cùng tinh)
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Rắn – Lỏng:
 Khảo sát quá trình biến đổi của hệ theo nhiệt độ (Quá trình đa nhiệt của hệ Q):
 Tại nhiệt độ T2: Hệ Q2 = lỏng l2 + rắn r2
 Áp dụng quy tắc đòn bẩy:
 Ở áp suất không đổi, hỗn hợp Eutecti sẽ kết tinh
ở nhiệt độ không đổi theo đúng thành phần của nó.
 Hỗn hợp Eutecti có tính chất giống như một hỗn hợp
gồm những tinh thể rất nhỏ, rất mịn của hai pha rắn A
và rắn B nguyên chất kết tinh xen kẽ vào nhau.
 Sự biến thiên nhiệt độ tại các thành phần hỗn hợp khác nhau
16
8
104
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Rắn – Lỏng:
 Một số giản đồ pha hệ hai cấu tử Rắn – Lỏng ứng dụng
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 5: Cân bằng hóa học, cân bằng pha
Quy tắc pha –Giản đồ pha hệ 2 cấu tử: Cân bằng Rắn – Lỏng:
 Một số giản đồ pha hệ hai cấu tử Rắn – Lỏng ứng dụng:
A
B
C
D
E
F
G
H
I
GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT – CACBON
18
9
105
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Quá trình hoà tan, phương diện năng lượng:
 Xét quá trình hoà tan chất rắn tinh thể vào dung môi lỏng / nước:
 Tương tác giữa các phân tử dung môi với các tiểu phân chất tan trên bề mặt tinh thể
 Do chuyển động nhiệt các hạt trên bề mặt tinh thể dần dần tách khỏi tinh thể rồi khuếch
tán vào trong dung môi  Quá trình hoà tan với tốc độ vht.
 Các phân tử chất rắn sau khi đã hoà tan nằm trong dung dịch, chúng chuyển động hỗn
loạn không ngừng, va chạm vào bề mặt tinh thể, một số hạt bị giữ lại bề mặt tinh thể. 
Quá trình này gọi là quá trình kết tinh với tốc độ vkt.
 Trong quá trình hoà tan, vht giảm dần, vkt tăng dần  vht = vkt thì quá trình hoà tan đã đạt
đến trạng thái cân bằng: dung dịch bão hoà.
 Quá trình hoà tan là thuận nghịch: Tinh thể chất tan
Dung dịch chất tan
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Quá trình hoà tan, phương diện năng lượng:
 Các tương tác xảy ra trong quá trình hòa tan
 Giai đoạn 1:
 Quá trình phá vỡ cấu trúc của chất tan để tạo thành các nguyên tử, phân tử hay ion.
 Đây là một quá trình vật lý, thu nhiệt và tiêu tốn một năng lượng Hph.
 Giai đoạn 2:
 Quá trình tương tác giữa phân tử (hoặc nguyên tử hoặc ion) chất tan với các phân tử
dung môi, còn gọi là quá trình solvat hoá (nếu dung môi là nước thì gọi là quá trình
hydrat hoá)
 Đây là một quá trình hoá học, tỏa nhiệt và toả ra một năng lượng là Hsv.
 Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan.
 Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan là lượng nhiệt phát ra hay thu vào khi hoà tan một
mol chất tan vào một lượng đủ lớn dung môi ở nhiệt độ và áp suất xác định.
 Hht = Hph + Hsv  Hoà tan có thể là quá trình thu nhiệt hoặc tỏa nhiệt.
2
1
106
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Thành phần hóa học của dung dịch:
 Dung dịch là một hỗn hợp đồng nhất và chỉ có một pha.
 Một chất tan là một chất hòa tan được trong một chất khác, gọi là dung môi.
 Nước là dung môi phong phú nhất trên trái đất, tinh khiết, và không độc hại.
 Nước được sử dụng phổ biến như một dung môi.
 Ngoài ra còn có các dung môi hữu cơ là những dung môi chứa carbon trong cấu
tạo của nó.
 Trong dung dịch với dung môi là nước thường thu được dung dịch điện ly
 Hầu hết các chất tan là các chất điện ly, là các chất mà tạo thành các ion khi tan
trong nước hoặc trong các dung môi khác và dung dịch có khả năng dẫn điện.
 Chất điện ly thành hai loại đó là chất điện ly mạnh và chất điện ly yếu.

Chất điện ly mạnh thực tế phân ly hoàn toàn.

Các chất điện ly yếu trong dung dịch phân ly không hoàn toàn.
 Arrhenius: Hiện tượng các phân tử phân li thành các ion gọi là sự điện li. Các
chất khi hoà tan vào dung môi các phân tử của chúng phân li thành ion gọi là
chất điện li.
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Thành phần hóa học của dung dịch – Độ điện ly:
 Độ điện li (ký hiệu là ) của một chất điện li là tỉ số giữa số phân tử phân li thành ion (N) và tổng số
phân tử hòa tan của nó trong dung dịch (N0).
 Độ điện li  phụ thuộc vào bản chất của chất điện li, bản chất của dung môi, nồng độ của dung
dịch và nhiệt độ.
 Nguyên lí chuyển dịch Le Chatelier (áp dụng với chất điện li yếu), đa số trường hợp quá trình
điện li là quá trình thu nhiệt (Hpl>0) nên khi tăng nhiệt độ lên thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo
chiều phân tử phân li ra ion tức độ điện li tăng.
 Định luật pha loãng Ostwald khi tăng nồng độ của dung dịch chất điện li thì  giảm, khi pha
loãng dung dịch thì  tăng.
4
2
107
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Thành phần hóa học của dung dịch – Độ điện ly:
 Biểu thức liên hệ giữa  và hệ số Van’t Hoff i
 Xét chất điện li yếu AmBn có độ điện li là , bậc của chất tan là q (số ion thu được từ 1 phân tử chất tan).
 Số phân tử chất hòa tan là N0, tổng số hạt chất tan trong dung dịch hòa tan là N’ thì:

Số phân tử đã phân li ra ion: N0=N

Tổng số ion đã được phân li ra trong dung dịch: qN0

Số phân tử chưa phân li ra ion: N0 – N0

Tổng số hạt chất tan có mặt trong dung dịch (N’): N’ = qNo + No – No

i = N’/N0  i = q + 1 –  
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Trạng thái cân bằng trong dung dịch chất điện li yếu:
 Hằng số điện li (K):
 Trong dung dịch chất điện li yếu có cân bằng giữa các phân tử và các ion: Cân bằng điện li.
 Hằng số cân bằng ứng với sự phân li của chất điện li yếu được gọi là hằng số điện li.
 Xét phản ứng: AmBn
mAn+
=
+
nBm-
.
 Hằng số điện li khác với độ điện li chỉ phụ thuộc vào bản chất chất điện li và vào nhiệt độ. Giá
trị K càng lớn thì chất điện li càng phân li mạnh và ngược lại

Nếu AB là axit thì K  Ka, Nếu AB là bazơ thì K  Kb

Ví dụ: Ka (CH3COOH) = 1,76.10-5 ; Ka (HCN) = 7,2.10-10 ; Ka(HNO2) = 4,6.10-4 ở 25oC

Trong 3 axit này HCN là axit yếu nhất.
6
3
108
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Trạng thái cân bằng trong dung dịch chất điện li yếu:
 Định luật pha loãng Ostwald:
 Xét cân bằng điện li của chất điện ly AB với nồng độ ban đầu là C (mol/l) , ta có:
 Với chất điện ly yếu:  << 1  1 -  = 1 
 Định luật pha loãng Ostwald: Ở nhiệt độ không đổi, độ điện li  của một chất điện li yếu có bậc
của chất là 2 tỉ lệ nghịch với căn bậc 2 của nồng độ hay tỉ lệ thuận với căn bậc 2 của độ pha loãng.
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng axit - bazơ:
 Sự điện ly của nước:
 Hằng số cân bằng với các nồng độ tính bằng mol/l và không chứa H2O gọi là
tích số ion của nước ; ở nhiệt độ 20 – 250C có giá trị bằng 10-14 :
KW = [H3O+].[OH-] = 10-14
 Trong nước nguyên chất hoặc các dung dịch nước trung tính: [H3O+] = [OH-]
= 10-7 mol.l-1
 Trong môi trường axit: [H3O+] > [OH-]: [H3O+] > 10-7 mol.l-1
 Trong môi trường kiềm: [H3O+] < [OH-]: [H3O+] < 10-7 mol.l-1
 Chỉ số hyđro. Chỉ thị màu axit- bazơ.
 Khái niệm chỉ số pH:
pH = - lg [H3O+]
pH + pOH = 14
pOH= - lg[OH-]
 Chỉ thị màu: Chỉ thị màu axit- bazơ là những axit hữu cơ hoặc bazơ hữu cơ
yếu mà dạng phân tử và dạng ion có màu sắc khác nhau
8
4
109
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng axit - bazơ:
 Thuyết axit - bazơ:
 Thuyết Arrhenius:

Axit là chất chứa hyđro và phân li trong nước thành proton (ion hyđro) (H+) và anion;

Bazơ là hợp chất chứa nhóm hyđroxyl, cho ion hyđroxyl và cation khi hoà tan trong nước.

Cơ sở định lượng của thuyết axit – bazơ và đánh giá cường độ axit - bazơ theo mức độ
phân li của chúng trong dung dịch nước.

Thuyết Arrhenius đã không đánh giá được vai trò của dung môi trong quá trình phân li
 Thuyết Bronsted và Lowry (1923)

Một axít được định nghĩa là bất kỳ chất nào (phân tử hoặc ion) có khả năng nhường
proton H+, và một bazơ là chất có khả năng nhận proton.

Axit là chất có khả năng cho proton và chuyển thành bazơ liên hợp với axit ban đầu.

Tính chất axit chỉ thể hiện khi có mặt chất nhận proton và tương tự như vậy, một chất chỉ
thể hiện tính bazơ khi có mặt chất cho proton
H2O + axit
Bazơ liên hợp + H3O+
: Cặp Axit/Bazơ liên hợp
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng axit - bazơ:
 Hằng số axit ; hằng số bazơ và mối quan hệ giữa chúng:
 Do nồng độ của nước rất lớn được coi như không đổi, hằng số axit KA:
Ví dụ:
KA(HClO4) = 1010 ; KA(HCl) =107 ; KA1(H2SO4)= 103 ; KA2(HSO4-) = 1,2.10-2;
KA(CH3COOH) = 1,7.10-5 ; KA(NH4+) = 5,18.10-10
 Hằng số bazơ KB:
Ví dụ:
KB(NH4OH) = 1,76.10-5 ; KB2(Ba(OH)+) = 2,3.10-1 ; KB2(Ca(OH)+) = 4.10-2
 Mối liên hệ giữa các hằng số axit và bazơ: Đối với 1 cặp axit và bazơ liên hợp: KA.KB = [H3O+].[OH-] = 10-14

Đối với một cặp A/B liên hợp A càng mạnh thì B liên hợp càng yếu và ngược lại.
 Với pKA = -lg(KA) và pKB = -lg(KB)  pKA + pKB = 14
10
5
110
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng axit - bazơ:
 Hằng số axit ; hằng số bazơ – Biểu đồ ưu thế:
 pH của dung dịch chứa cặp axit-bazo liên hợp:
 pH = pKA: [A] = [B]
 pH > pKA: [A] < [B]: B chiếm ưu thế trong dung dịch
 pH < pKA: [A] > [B]: A chiếm ưu thế trong dung dịch
 Biểu đồ miền ưu thế
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng axit - bazơ:
 Phản ứng Axit – Bazơ - phương diện định lượng :
 Xét 2 cặp axit – bazơ: A1/B1 và A2/B2 : A1 + B2
B1 + A2
với KCB = 10(pKA1 – pKA2)
 Trường hợp KA1>>KA2; pKA2>> pKA1. KCB rất lớn: Phản ứng được coi là định lượng
nếu KCB> 103
 Phản ứng thuận coi như hoàn toàn, chất thiếu (chất pư giới hạn) coi như tác dụng
hết.
 Quy tắc γ : “B mạnh hơn phản ứng với A mạnh hơn tạo thành A yếu hơn và B yếu hơn”
Phản ứng NH3 + HNO2
NH4+
+ NO2- có KCB = 106
 Là phản ứng hoàn toàn.
 Trường hợp KA1<<KA2 : KCB rất nhỏ (< 10-3): Trường hợp CH3COO- + NH4+ hoặc
CH3COOH + H2O
 Phản ứng bị hạn chế và có thể bỏ qua, tức là không xảy ra, hệ không tiến triển.
12
6
111
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng tạo phức chất:
 Khái niệm về phức chất :
 Phức chất là một cấu trúc đa nguyên tử gồm một nguyên tử hay một cation trung tâm liên kết
với các phân tử hoặc anion gọi là phối tử
 Cấu tạo của phức chất :

Phần cầu nội và cầu ngoại liên kết với nhau bằng liên kết ion;

Phối tử và ion trung tâm liên kết với nhau bằng liên kết cho nhân (phối trí)
 Ion (Kim loại) trung tâm: Các kim loại chuyển tiếp: chứa các orbital d còn trống
 Phối tử: ion, phân tử có chứa các cặp electron không tham gia liên kết:
o Phối tử đơn răng: X-; OH-; CN-; SCN-; NH3; H2O;
o Phối tử đa răng: Etylendiamin: NH2-CH2-CH2-NH2; bipyridin...
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng tạo phức chất:
 Sự phân ly của phức chất:
 Đầu tiên, phức chất phân ly (điện ly) hoàn toàn thành phần cầu nội và cầu ngoại;
 Sau đó, cầu nội phân ly thuận nghịch
Na[Au(CN)4]

[Au(CN)4]-
Na+ + [Au(CN)4]Au3+ + 4CN-
 Khảo sát các phức chất: K2[HgI4], [Ag(NH3)2]Cl; K4[Fe(CN)6]...
 Hằng số tạo phức
M + nL
Ví dụ : K4[Fe(CN)6]  4K+ + [Fe(CN)6]4-
M[(L)n]
 Hằng số bền của phức (n)
[Fe(CN)6]4-
[Fe(CN)5]3- + CN-
]3-
[Fe(CN)4]2- + CN-
[Fe(CN)5
[Fe(CN)4]2 Kf,i: hằng số tạo phức từng nấc 
[Fe(CN)3]- + CN-
….
 Hằng số phân ly hay hằng số không bền của phức:
14
7
112
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng tạo phức chất:
 Phản ứng tạo phức ưu thế :
 Sự cạnh tranh của 2 phối tử khác nhau:
Fe3+
Fe3+
2-
C2O4
+
SCN-
[Fe(SCN)]2+
1I = 1,0103
+
C2O42-
[Fe(C2O4)]+
1II = 2,5109
+
[Fe(SCN)]2+
[Fe(C2O4
)]+
+
SCN- (3)
Phản ứng (3) là hoàn toàn : phối tử của phức bền hơn đẩy được phối tử của phức kém bền hơn
ra khỏi phức này và tạo ra phức bền hơn
 Sự cạnh tranh của 2 cation trung tâm
Fe3+
+
[Cu(SCN)]+
[Fe(SCN)]2+ +
Cu2+
Phức [Fe(SCN)]2+ (β1 = 103) bền hơn phức [Cu(SCN)]+ (β1 = 50): Phản ứng thuận là phản ứng ưu
thế hơn tuy nhiên là phản ứng không hoàn toàn.
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng tạo kết tủa:
 Tích số tan của hợp chất ion :
 Trong dung dịch bão hòa, khi quá trình hòa tan đạt trạng thái cân bằng:
xCp+
CxAy
+
yAq-
(x.p = y.q)
 Hằng số cân bằng gọi là Tích số tan (Ks hoặc là T) của CxAy :
(mol.l-1)
pKs = -lg(Ks)
Một vài giá trị:
Ks(AgCl) =
1,9.10-10;
Ks(Ag2CrO4)= 1,6.10-12;
Ks(PbCl2) =
1,6.10-5;
Ks(PbI2) = 4.10-9
Ks(NaCl) = 37,21
 Tạo kết tủa ưu thế
2KI
+
PbCl2(r) 
Kcb = Ks(PbCl2)/Ks(PbI2) =
PbI2(r) + 2KCl
1,6.10-5/4.10-9
= 4.103
Phản ứng ưu thế là phản ứng tạo kết tủa ít tan hơn (có Ks nhỏ hơn)
16
8
113
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Cân bằng tạo kết tủa:
 Ở nhiệt độ xác định, độ tan của một chất được xác định bằng nồng độ của dung dịch bão hoà của
chất đó, kí hiệu là S.
 Độ tan của một chất được tính bằng số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch.
 Độ tan còn thường được biểu diễn bằng số gam chất tan có trong 100 gam dung môi
 Quy ước:
 S  1: Chất dễ tan
 S < 1: Chất khó tan
 S < 0,01: Chất coi như không tan.
 Độ tan của một chất phụ thuộc vào bản chất của chất tan, bản chất của dung môi, vào nhiệt độ
môi trường và vào áp suất của quá trình hoà tan.
 Dung dịch quá bão hòa
 Hòa tan chất lỏng vào chất lỏng
 Hòa tan chất khí vào chất lỏng:
 Định luật Henry: Skhí, i = k.Pi
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Một số tính chất của dung dịch chứa các chất tan không bay hơi:
 Áp suất hơi bão hòa:
 Đối với dung dịch chứa chất tan không bay hơi thì diện tích bay hơi của nó nhỏ hơn điện tích
bay hơi của dung môi nguyên chất ở cùng điều kiện.
 Các phân tử dung môi có tương tác với các tiểu phân chất tan cho nên khả năng bay hơi của
dung môi trong dung dịch giảm xuống
 Độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của dung dịch
Nct: Nồng độ phần mol của chất tan.
 Định luật Raoult:
 Độ giảm tương đối áp suất hơi bão hòa của dung dịch chứa chất tan không bay hơi bằng nồng
độ phần mol của chất tan trong dung dịch.
 Độ giảm áp suất hơi bão hòa của dung dịch chỉ phụ thuộc vào số mol chất tan, số mol dung
môi mà không phụ thuộc vào bản chất chất tan.
18
9
114
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Một số tính chất của dung dịch chứa các chất tan không bay hơi:
 Nhiệt độ sôi của dung dịch:
 Nhiệt độ sôi của dung dịch bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi.
 Định luật Raoult: Độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch loãng chứa chất tan không bay hơi
không phụ thuộc vào bản chất chất tan, chỉ phụ thuộc vào bản chất dung môi và tỷ lệ thuận
với nồng độ molan của chất tan trong dung dịch (Số mol chất tan/1000 gam dung môi).
Biểu thức: ts = ks.Cm
Cm: Nồng độ molan của chất tan
ks: Hằng số nghiệm sôi của dung môi, chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi.

Nước có ks = 0,52

Benzen có ks = 2,57
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Một số tính chất của dung dịch chứa các chất tan không bay hơi:
 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch:
 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch bao giờ cũng nhỏ hơn nhiệt độ đông đặc của dung môi.
 Định luật Raoult: Độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch chứa chất tan không bay hơi
không phụ thuộc vào bản chất chất tan, chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi và tỉ lệ
thuận với nồng độ molan của dung dịch.
Biểu thức: tđ = kđ.Cm
Cm: Nồng độ molan của chất tan
kd: Hằng số nghiệm đông của dung môi, chỉ phụ thuộc vào bản chất của dung môi.

Nước có kd = 1,86

Benzen có kd = 5,14
20
10
115
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 6: Phản ứng hóa học trong dung dịch nước
Một số tính chất của dung dịch chứa các chất tan không bay hơi:
 Áp suất thẩm thấu:
 Lực gây ra hiện tượng thẩm thấu, tính trên một đơn vị diện tích màng bán thấm được gọi là áp
suất thẩm thấu của dung dịch.
 Áp suất thẩm thấu của dung dịch có giá trị bằng áp suất tác dụng lên dung dịch để hiện tượng
thẩm thấu dừng lại.
 Áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng bằng áp suất của chất tan trong dung dịch đang xét có
được nếu nó ở thể khí, chiếm một thể tích bằng thể tích dung dịch và ở nhiệt độ bằng nhiệt độ
dung dịch.
Ptt: Áp suất thẩm thấu của dung dịch. n: Số mol chất tan, V : Thể tích dung dịch, lít, CM: Nồng độ dung
dịch, mol/lít, m: Khối lượng chất tan, M: Khối lượng phân tử của chất tan, T: Nhiệt độ, K. R: 0,082
lít.atm.mol-1.K-1
Áp suất thẩm thấu của dung dịch không phụ thuộc vào bản chất chất tan, chỉ phụ thuộc
vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch.
21
11
116
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Điện hóa:
 Điện hóa (Điện hóa học) là tên gọi một lĩnh vực nghiên cứu về mối liên hệ giữa các quá trình
hóa học và dòng điện.
 Sự tồn tại của ion trong dung dịch điện ly
 Khả năng các dung dịch trên có thể dẫn điện là các chất hoá học có khả năng phân li hoàn
toàn hay một phần trong dung môi thành những hạt mang điện trái dấu cation và anion.
 Các chất này được gọi là chất điện ly, các dung dịch này gọi là dung dịch điện ly.
 Những nghiên cứu và ứng dụng của Điện hóa học
 Điện phân: Trong sản xuất các kim loại như kali, nhôm,.các halogen clor, fluor,…
 Sản xuất các nguồn điện di động như pin, ắc quy, pin nhiên liệu (Fuel Cell),…
 Trong hóa học phân tích phương pháp cực phổ,đo pH, độ dẫn điện, ion hòa tan…
 Tổng hợp điện hóa vô cơ, hữu cơ
 Điện sinh học: đo điện cơ, điện châm cứu,...
l
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Có 3 loại vật dẫn điện
 Vật dẫn điện loại 1:
 Dẫn điện do electron (vật dẫn electron ): Kim loại, carbua và sulfua kim loại, graphit,…
 Khi ngắt mạch điện, không còn dòng điện trong dây, các nguyên tử kim loại giữ nguyên tính
chất ban đầu không bị biến đổi bản chất hóa học
 Vật dẫn điện loại 2 (dung dịch chất điện ly):
 Dẫn điện do các ion: chất điện ly ở trạng thái nóng chảy hoặc hòa tan
 Chất điện ly chia thành 2 loại: Chất điện ly mạnh và Chất điện ly yếu
 Vật dẫn điện loại bán dẫn (Semiconductor) – Kim loại phân nhóm 4: Silicon (Si), Germani (Ge)
và các hợp chất của gallium (Ga)
 Là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Có thể dẫn
điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.
 Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán
2
dẫn khác nhau.
1
117
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Khái niệm về độ dẫn điện
 Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng vận chuyển hạt mang điện dưới tác dụng của
điện trường ngoài.
 Độ dẫn điện: K = 1/R (Ω-1 hoặc là Siemen - S)
 Các yếu ảnh hưởng đến độ dẫn điện
 Bản chất chất điện ly: chất điện ly mạnh dẫn điện tốt hơn chất điện ly yếu.
 Dung môi hòa tan: Dung môi phân cực dẫn điện tốt hơn dung môi kém phân cực.
 Nhiệt độ môi trường
 Khi nhiệt độ tăng độ nhớt môi trường giảm, các ion chuyển động dễ dàng hơn (tăng 1oC, độ
dẫn điện của dung dịch 2 – 2,5%).
 Điện tích và bán kính ion
 Trạng thái nóng chảy những ion có cùng điện tích ion nào có bán kính nhỏ có độ dẫn lớn.
 Trạng thái dung dịch ion bán kính lớn có lớp solvat nhỏ nên dẫn điện mạnh
 Nồng độ chất điện ly
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Các yếu ảnh hưởng đến độ dẫn điện
 Nồng độ chất điện ly:
 Độ dẫn điện của dung dịch chất điện li phụ thuộc vào số ion có mặt trong dung dịch:
 Độ dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ dung dịch và độ điện li α
 Quy luật này diễn ra phức tạp và không giống nhau ở các chất điện ly khác nhau.
 Mối liên quan định lượng này là cơ sở của phương pháp phân tích hóa học
 Các cách biểu diễn độ dẫn điện: 3 đại lượng
 Độ dẫn điện riêng.
 Độ dẫn điện đương lượng.
 Độ dẫn điện độc lập của ion – Linh độ ion
4
2
118
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Các cách biểu diễn độ dẫn điện: 3 đại lượng
 Độ dẫn điện riêng của dung dịch ():
 Là độ dẫn điện của tất cả các ion chứa trong 1 cm3 dung dịch
có nồng độ đã cho
 Hoặc là độ dẫn điện của khối dung dịch hình lập phương mỗi
chiều 1cm
Biểu thức độ dẫn điện riêng: =1/ρ = ℓ/RS (Ω-1.cm-1) hay S.cm-1
ℓ

Tỷ số ℓ/S: Hằng số bình đo (đặc trưng cho thiết bị đo)
 Nguyên tắc đo: dùng cầu Wheastone với dòng điện xoay chiều
cao tần, điện cực platin và dung dịch chất điện ly chuẩn đã biết
 (để xác định hằng số bình đo ℓ/S )
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Các cách biểu diễn độ dẫn điện: 3 đại lượng
 Độ dẫn điện đương lượng của dung dịch ():
 Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn gây ra bởi tất cả các ion có trong
một thể tích dung dịch chứa đúng một đương lượng chất điện ly hòa tan
 Là độ dẫn điện của một khối dung dịch chứa 1 đương lượng gam chất
nằm giữa 2 điện cực song song cách nhau 1cm.
 Dung dịch chất điện ly có nồng độ đương lượng C (đlg/lit)  thể tích
chứa một đương lượng chất điện ly là v = 1/C (lít).
 1 cm3 dung dịch có độ dẫn điện riêng là  (S.cm-1)
 Độ dẫn điện đương lượng  = 1000/C = v (S.cm-1.cm3.mol-1)
 Khi C → 0 thì:
 → độ dẫn điện đượng lượng giới hạn (độ dẫn điện ở độ pha
loãng vô cùng: ∞
6
3
119
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Các cách biểu diễn độ dẫn điện: 3 đại lượng
 Độ dẫn điện độc lập của ion (Ion conductivity):
 Độ dẫn điện độc lập của ion trong dung dịch điện ly là độ dẫn điện đương lượng ở độ pha loãng vô
cùng
 Độ dẫn điện độc lập do số lượng ion và vận tốc chuyển dịch ion quyết định.
 Gọi vận tốc chuyển dịch của cation và anion tương ứng ở nồng độ C: UC(+) và UC(-) (cm.s-1)
 Điện lượng do dung dịch chứa C đương lượng chất hoà tan trong đơn vị thể tích vận chuyển
trong 1 đơn vị thời gian là độ dẫn điện độc lập của dung dịch = F[UC(+) + UC(-)]C
 Lượng điện do một đương lượng chất điện ly vận chuyển là độ dẫn điện đương lượng của dung dịch
= F[UC(+) + UC(-)] = FUC(+) + FUC(-)
 Khi nồng độ giảm về 0 (pha loãng vô cùng - infinite dilution), vận tốc chuyển dịch giữa các ion
 Max: U(+), U (-)
Đặt (+)=FU(+) và (-)= FU (-)  = (+) + (-): Linh độ ion (Limiting ion conductivity) 7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Một số ứng dụng của độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly:
 Linh độ của ion ( (+),  (-): trong dung dịch nước ở 25oC
 = 1000/C = v (S.cm-1.cm3)
Đinh luật Kohlrausch C =  + KC1/2
Chất điện ly yếu:  = C/




Chuẩn độ bằng đo độ dẫn điện
Xác định độ tan của chất điện ly khó tan
Xác định độ phân ly, hằng số phân ly của chất điện ly yếu
8
Xác định độ tinh khiết của nước…
4
120
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Phản ứng oxi hóa - khử:
 Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó có sự nhường và nhận electron giữa các chất
tham gia phản ứng hay phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxi hóa
của một số nguyên tố.
 Xét phản ứng:
Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu
 Trong phản ứng này có sự chuyển electron từ Zn sang Cu2+
 Zn nhường electron nên Zn là chất khử: Zn0 → Zn2+ + 2e, quá trình Zn nhường
electron gọi là quá trình oxi hóa Zn.
 Ion Cu2+ nhận electron (số oxi hóa của Cu giảm từ +2 đến 0) nên Cu2+ là chất oxi
hóa: Cu2+ + 2e → Cu0, quá trình Cu2+ nhận electron gọi là quá trình khử ion Cu2+.
 Quá trình oxi hóa và quá trình khử bao giờ cũng diễn ra đồng thời trong một phản
ứng oxi hóa khử.
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Phản ứng oxi hóa - khử:
 Cách tính số oxy hóa (nhắc lại)
 Cặp oxi hóa khử (Ox/Kh):
 Mỗi một quá trình (oxi hóa hoặc khử) là một nửa phản ứng, mỗi nửa phản ứng có một cặp oxi hóa
khử:

Zn  Zn2+ + 2e
cặp oxi hóa khử là Zn2+/Zn

Cu2+ + 2e  Cu
cặp oxi hóa khử là Cu2+/Cu
 Mỗi cặp oxi hóa khử gồm các chất có thể biến đổi lẫn nhau trong quá trình oxi hóa khử, được gọi
là cặp oxi hóa khử.

Ox + ne  Kh: kí hiệu cặp oxi hóa khử là Ox/Kh

Mỗi phản ứng oxi hóa khử đều có hai cặp Ox/Kh tham gia phản ứng.
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe0
→ Fe3+ + 3e
2-
SO4 + 2e +
4H+
→ SO2
cặp oxi hóa khử là Fe3+/Fe
+ 2H2O cặp oxi hóa khử là SO42-+4H+/SO2+2H2O
10
5
121
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Nguồn điện hóa học (Pin, ắc-quy):
 Nguồn điện hóa học là dụng cụ sinh ra dòng điện nhờ các quá trình oxi hóa khử xảy ra trên các điện cực
 Nguồn gồm hai nửa ghép với nhau, mỗi nửa gồm một điện cực nhúng vào dung dịch điện li, trong
đó có chứa một cặp oxi hóa khử.
 Ví dụ pin Daniel- Jacobi:
 Cu nhúng vào dung dịch CuSO4 (có cặp Cu2+/Cu) là một nửa pin.
 Zn nhúng vào dung dịch ZnSO4 (có cặp Zn2+/Zn) là một nửa pin.
 Nối hai dung dịch CuSO4 và ZnSO4 bằng một cầu muối KCl bão hòa.
 Nối hai điện cực (Cu, Zn) bằng một dây dẫn sẽ thấy dòng điện chạy
trong dây dẫn từ cực (+) là Cu sang cực (-) là Zn trong một thời gian.
 Hoạt động của pin:
 Cực (-) – Anode :Zn → Zn2+ + 2e
 Cực (+) - Cathode: Cu2+ + 2e → Cu
Phản ứng tổng:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
 Hóa năng của phản ứng này đã biến thành điện năng.
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Nguồn điện hóa học (Pin, ắc-quy):
 Quy ước quốc tế về pin:
 Hiệp hội Quốc tế Hóa học lý thuyết và ứng dụng (International Union of Pure and Applied
Chemistry - IUPAC) qui ước về một hệ điện hóa (pin) như sau:
Điện cực:

Cực dương, bên phải, là điện cực trên đó xảy ra quá trình khử (nhận electron).

Cực âm, là điện cực trên đó có xảy ra quá trình oxi hóa (nhường electron).
Cách viết sơ đồ pin

Bề mặt phân chia hai pha được kí hiệu bằng một gạch thẳng đứng, ví dụ: ZnZnSO4 dd.

Giữa hai dung dịch không có thế khuếch tán thì được kí hiệu bằng hai gạch thẳng đứng  

Điện cực hoặc dung dịch gồm nhiều chất thì giữa các chất có dấu phẩy.
Pin Daniel- Jacobi được kí hiệu như sau: (-) ZnZnSO4 CuSO4Cu (+)
 Suất điện động của pin: E =+ - - với + > Trong đó: + là thế điện cực của cực dương, − là thế điện cực của cực âm
12
6
122
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Thế điện cực:
 Nhúng thanh kim loại và dung dịch thì trên bề mặt phân
chia kim loại và dung dịch xuất hiện lớp điện tích kép
(Electrical double layer)
 Thế điện cực là hiệu số điện thế của lớp điện tích kép
xuất hiện trên ranh giới kim loại – dung dịch điện ly.
 Không đo được do bản chất khác nhau của kim loại là
vật dẫn loại 1 còn dung dịch là vật dẫn loại 2 và
electron trên kim loại không đi vào dung dịch được.
 Sử dụng điện cực so sánh: điện cực hyđro tiêu chuẩn
(SHE) và quy ước thế = 0Volt
 Kí hiệu thế điện cực oxi hóa khử: φox/kh
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Điện cực hyđro tiêu chuẩn (SHE)
Thế điện cực (Electrode potential):
 Kí hiệu thế điện cực oxi hóa khử: φox/kh
 Qui ước: Thế điện cực là Suất điện động của pin gồm điện cực
hydro tiêu chuẩn ghi ở bên phải và điện cực khảo sát ghi ở bên trái:
 E = φtrái – φo2H+/H2 = φox/kh – 0 (Volt)
 Thế điện cực xác định ở điều kiện chuẩn gọi là thế điện cực tiêu
chuẩn và kí hiệu là φoox/kh
 Các điện cực so sánh khác:
calomel bão hòa = 0,241 Volt (SHE)
AgCl bão hòa = 0,197 Volt (SHE)
14
7
123
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Thế điện cực tiêu chuẩn:
 Thế điện cực tiêu chuẩn cân bằng, thường gọi tắt là thế điện cực tiêu chuẩn.

Điện cực chuẩn là điện cực có hoạt độ dạng oxi hóa bằng hoạt độ dạng khử bằng 1 mol.l-1.
Nếu điện cực là khí thì áp suất của khí bằng 1atm.

Thế điện cực chuẩn là thế của điện cực chuẩn được đo ở 25oC và kí hiệu là: φoox/kh

Thế điện cực tiêu chuẩn phụ thuộc vào bản chất của các chất tham gia phản ứng điện cực,
bản chất của dung môi, nhiệt độ.

Thế điện cực còn phụ thuộc vào nồng độ (chính xác hơn là hoạt độ) của chúng.
 Cặp có dạng khử càng mạnh, φoox/kh càng âm.
 Cặp có dạng ôxi hóa càng mạnh, φoox/kh càng dương
 Cấu trúc lắp đặt 1 pin điện hóa để đo thế điện cực:
(-)Pt,H 2 (1bar)H 3 O + (1 mol/l)   Cu 2+ (1mol/l) Cu (+)
E0Cu2+/Cu = +0,34 Volt
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Đo thế điện cực:
Một số điện cực so sánh thường gặp khác:
 Điện cực Calomen bão hòa - SCE:
KCl(bão hòa)Hg2Cl2(r) Hg(l)Pt với Eo = 0,244 Volt (SHE)
 Điện cực Bạc Clorua
16
KCl(bão hòa)AgCl(r) Ag với Eo = 0,197 Volt (SHE)
8
124
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Đo thế điện cực:
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Phương trình NERNST để xác định thế điện cực:
 Giả sử pin làm việc một cách thuận nghịch ở áp suất và nhiệt độ không đổi.
Xét điện cực tại đó xảy ra quá trình khử:
Ox + ne

Kh
 Công cực đại hóa năng để chuyển 1 mol chất oxi hóa thành 1 mol chất khử: Amax = - ΔGT
 Công có ích cực đại (công điện) mà pin có thể thực hiện: Amax = nF φox/kh
Với n: số electron trao đổi, F: 96500 Coulomb, φox/kh: thế điện cực oxi hóa khử
 Trong trường hợp này, công điện năng bằng công hóa năng: ΔGT = - nF φox/kh
 Ở điều kiện chuẩn: ΔGoT = -nF φooxh/kh
 Ta có:
Nếu đo ở 25oC (298K):
18
9
125
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Ứng dụng của phương trình Nernst:
 Tính thế điện cực:
 Điện cực kim loại (điện cực loại I):
Thanh kim loại nhúng vào dung dịch muối chứa ion của kim loại đó: M  Mn+ : M – ne  Mn+
Ở 25oC:
’
 Điện cực khí:
Điện cực khí Hydro: Pt(H2)  2H+ : 2H+ + 2e  H2
Là phản ứng xảy ra trên mặt giới hạn của điện cực Platin và dung dịch H+ với sự có mặt của khí H2
φo2H+/H2 = 0 và PH2 = 1atm
Ở 25oC:
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Ứng dụng của phương trình Nernst:
 Tính thế điện cực:
 Điện cực oxi hóa khử:
 Điện cực oxi hóa khử đơn giản: gồm một dây dẫn kim loại Pt tiếp xúc một dung dịch gồm chất oxi
hóa và chất khử. Ví dụ: Pt  Fe3+, Fe2+, Phản ứng điện cực: Fe3+ + e  Fe2+
Ở 25oC:
Tổng quát: Oxy + ne  Kh
 Điện cực oxi hóa khử trong môi trường nước có sự tham gia của H+ hoặc OH-:
Khác với điện cực oxi hóa khử đơn giản, điện cực loại này có mặt thành phần của axit H+ hoặc bazơ
(OH-) đóng vai trò là môi trường phản ứng.
Ví dụ: Pt │MnO4-, Mn2+, H+ : Phản ứng xảy ra trên điện cực: MnO4- + 5e +8H+  Mn2+ + 4H2O
20
10
126
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Ứng dụng của phương trình Nernst:
 Tính suất điện động của pin:
 Công thức tính suất điện động: Epin = cao - thấp = (+) - (-)
Với: φ(+): Thế điện cực của cặp oxi hóa khử ở cực dương, φ(-): Thế điện cực của cặp oxi hóa khử ở cực âm.
Ví dụ: Cho sơ đồ mạch pin: Sn│Sn2+ ││Sn4+, Sn2+│(Pt), nồng độ các ion là 1M (Mol.l-1). Hãy viết phương trình
phản ứng xảy ra trong pin, chỉ rõ cực (-) và cực (+) của pin. Tính Eo298, pin (φoSn4+/Sn2+ = 0,15V; φoSn2+/Sn = -0,14V)
Phản ứng ở cực (+): Sn4+ + 2e → Sn2+
Phản ứng ở cực (-): Sno – 2e → Sn2+
Phương trình phản ứng xảy ra trong pin: Sn + Sn4+ → 2Sn2+
Eo298, pin = φ(+) - φ(-) = 0,15 – (-0,14) = 0,29V
 Tính pH của dung dịch:
 Muốn đo pH của dung dịch người ta dùng dung dịch đó lập thành điện cực Hydro, điện thế của điện cực:
21
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Thế điện cực (Electrode potential):
 Ứng dụng của phương trình Nernst:
 Pin nồng độ:
 Pin nồng độ được tạo thành từ hai điện cực có cùng dây dẫn loại 1 và loại 2, song chúng có thể khác nhau
về khối lượng của dây dẫn loại 1 hoặc khác nhau về nồng độ của dây dẫn loại 2.
 Xét trường hợp: pin được cấu tạo từ hai điện cực làm bằng cùng một kim loại có khối lượng bằng nhau,
nhúng vào hai dung dịch điện li chứa muối của kim loại đó nhưng có nồng độ khác nhau, khi đó xuất hiện
dòng điện do sự khuếch tán.
Sơ đồ mạch pin như sau: (-) M  Mn+   Mn+  M (+)
Ở 25oC:
và
Pin sẽ ngừng hoạt động khi: C1 = C2 thì E = 0
22
11
127
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Chiều và Trạng thái Cân bằng của Phản ứng Oxy hóa- Khử:
 Theo nhiệt động hóa học, điều kiện để một phản ứng hóa học (Oxy hóa – Khử) tự xảy ra (tự diễn biến): ΔGT<0
 ΔGT= - nFE  Phản ứng oxi hóa khử chỉ có thể tự xảy ra khi: Epin >0.
 Suất điện động: Epin = φ(+) – φ(-) = φcao – φthấp
 Dựa vào thế điện cực của các cặp oxi hóa-khử để xét chiều của phản ứng oxi hóa khử:
 Nếu φox/kh cao tức là dạng oxi hóa có tính oxi hóa mạnh (nhận electron dễ) và ngược lại dạng khử có tính
khử yếu (nhường electron khó).
 Ngược lại φox/kh thấp tức là dạng oxi hóa yếu (nhận electron khó) và ngược lại dạng khử có tính khử mạnh
(nhận electron dễ).
 Cho hai cặp ox1/kh1 và ox2/kh2 tiếp xúc nhau, có thế lần lượt là: φox1/kh1, φox2/kh2 : phản ứng oxi hóa- khử
xảy ra theo chiều:
Khử (mạnh) + Oxh (mạnh)
→
Khử (yếu hơn) + Oxh (yếu hơn)
 Nếu φox2/kh2 < φox1/kh1 thì phản ứng oxi hóa- khử xảy ra theo chiều:
ox1 + kh2
→
kh1 + ox2
Ví dụ: φoCu2+/Cu = +0,337V; φoAg+/Ag = 0,8V
2Ag+ + Cu → Cu2+ + 2Ag↓
23
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Chiều và Trạng thái Cân bằng của Phản ứng Oxy hóa- Khử:
 Trạng thái cân bằng của phản ứng oxy hóa-khử: ΔGT = 0
 Thế của hai cặp tham gia phản ứng oxi hóa khử bằng nhau (Eo = 0).
ΔGT = ΔGoT – RTlnK = 0
và
ΔGoT = -nFEo
RTlnK = nFEo
25oC
với Eo = φo(+) - φo(-)
Ví dụ: Tính hằng số cân bằng của phản ứng: 2Fe3+ + Sn2+  Sn4+ + 2Fe2+ cho biết φoFe3+/Fe2+ = +0,77V; φoSn4+/Sn2+ =+0,15V
 Nhận xét: φoFe3+/Fe2+ > φoSn4+/Sn2+ do đó: Fe3+ là dạng oxi hóa mạnh hơn Sn4+ và Sn2+ là dạng khử mạnh hơn Fe2+
 Phản ứng diễn ra theo chiều: 2Fe3+ + Sn2+  Sn4+ + 2Fe2+
24
12
128
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Ăn mòn điện hóa:
 Ăn mòn kim loại và hợp kim là quá trình tự phá huỷ cấu trúc kim loại và hợp kim dưới tác dụng của môi trường
xung quanh.
 Tuỳ theo cơ chế phá huỷ kim loại: Ăn mòn hoá học, ăn mòn sinh học và ăn mòn điện hoá.
 Sự ăn mòn điện hoá rất phổ biến trong tự nhiên khi kim loại hay hợp kim tiếp xúc với dung dịch điện phân (ăn
mòn trong chất lỏng), tiếp xúc với không khí (ăn mòn trong khí quyển) và tiếp xúc với đất (ăn mòn trong đất)

Ăn mòn kim loại nguyên chất trong axít
 Sự hoà tan của kim loại vào trong axít  một kiểu ăn mòn điện hoá.
Anode
Xét sự hoà tan của kẽm vào axít:
H3
O+:
Chất khử phân cực
Cathode
2
 Ăn mòn điện hoá xảy ra do sự lấy đi các electron kim loại.
 Quá trình này không chỉ xảy ra dưới tác dụng của ion H3O+ mà còn có thể bởi một tác nhân oxi hoá bất kỳ, đặc
biệt là oxi hoà tan trong môi trường ăn mòn. Trong môi trường trung tính hay kiềm:
O2 + 2H2O +4e
O2 + 4H3
O+
+4e

4OH-

6H2O
25
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Ăn mòn kim loại không nguyên chất (kim loại nhiễm)
 Trong thực tế rất ít gặp những kim loại hoàn toàn tinh khiết màcó lẫn một hoặc nhiều các kim loại tạp chất.
 Các kim loại nhiễm tạp chất này rất dễ bị ăn mòn.
 Xét sự ăn mòn sắt có lẫn đồng xảy ra trong môi trường axít HCl :
 Các phản ứng điện hóa và hóa học xảy ra:
Fe – 2e
é
 Fe2+
2H3O+ + 2e  2H2O + H2
é
Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2
é
4Fe(OH)2 + O2 + H2O  4Fe(OH)3  FeOOH + H2O (Fe2O3.H2O)
 Điều kiện dể xuất hiện ăn mòn điện hóa:
Sơ đồ hoạt động cặp nguyên tố gavani
 Kim loại không sạch
 Tiếp xúc với chất điện ly
 Trong chất điện ly chứa các hợp chất khử phân cực (nhận electron – bị khử)
26
13
129
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Phương pháp chống ăn mòn kim loại :
 Tạo lớp phủ kim loại

Phương pháp mạ điện (hoặc mạ hoá học) để phủ lên kim loại nền một lớp phủ kim loại khác.
 Trong sự che phủ anot, kim loại che phủ cần phải có thế cân bằng o âm hơn o của kim loại nền.
 Che phủ catot, kim loại che phủ phải cần có thế cân bằng o dương hơn o của kim loại nền
 Tạo lớp bảo vệ phi kim loại
 Sử dụng một lớp bảo vệ bằng những hợp chất hữu cơ: dầu, mở, vazơlin, parapin... + Chất ức chế ăn mòn
kim loại.
 Sử dụng các hợp chất vô cơ: men, sứ
 Kim loại cũng có thể được bảo vệ bởi các phản ứng hoá học (điện hoá học)  Oxit kim loại
 Thay đổi môi trường ăn mòn
 Giảm hàm lượng chất khử phân cực hoặc dùng các chất ức chế
 Chất ức chế làm giảm tốc độ hoà tan anot kim loại hoặc làm giảm tốc độ giải phóng hydro trên catot:
NaNO2; K2Cr2O7, K2CrO4. các amin hữu cơ
27
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Phương pháp chống ăn mòn kim loại :
 Bảo vệ điện hóa: Phương pháp bảo vệ catot và phương pháp bảo vệ anot

Phương pháp bảo vệ catot: Chuyển điện thế điện cực kim loại bị ăn mòn về phía âm
 Dòng điện ngoài
 Anode hy sinh (Sacrificed anode): Bảo vệ protector, Anode "hi sinh“ thường
đựợc chế tạo từ Mg, Al, Zn

Phương pháp bảo vệ anot được thực hiện bằng cách chuyển kim loại cần bảo vệ vào
trạng thái thụ động,
 Thế của kim loại có thể đạt tới một giá trị xác định ứng với giá trị cực tiểu của
tốc độ hoà tan anot kim loại.
 Kim loại có thể chuyển sang thụ động bằng phương pháp hoá học khi sử dụng
một số tác nhân oxi hoá mạnh: Axít nitric, Axit sulfủic đậm đặc lên thép...
Hoặc bằng điện hoá khi phân cực anot kim loại về phía dương hơn bởi một
dòng phân cực anot từ bên ngoài: Anode hóa nhôm
28
14
130
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Giản đồ Pourbaix:
Giản đồ thế điện cực - pH trình bày sự phụ thuộc của giá trị thế điện
cực cân bằng vào giá trị pH của môi trường ăn mòn (phản ứng).
Giản đồ này được xây dựng trên cơ sở các số liệu nhiệt động học và
cho phép giải thích trạng thái tồn tại, tính chất của đơn chất và hợp
chất, khả năng hòa tan, thụ động của bề mặt kim loại bị ăn mòn.
O2
OH-
 Nhắc lại phương trình Nernst:
⁄
=
⁄
+
0,059
H+
ℎ
ℎ
H2
  > cb  Quá thế anod: a =  - cb) >0  Quá trình oxy hóa
 Dạng oxy hóa chiếm ưu thế:
M - ne  Mn+
<
cb
 Quá thế Cathode: c =  - cb <0  Quá trình khử
 Dạng Khử chiếm ưu thế
2H+ +2e  H2
/
1/2O2 + 2e + H2O  2OH-
29
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Giản đồ Pourbaix:
1. Fe2++ 2e ⟶ Fe(r) (không phụ thuộc vào pH): Chấp nhận [Fe2+] = 10-6M
3
Fe2+/Fe = -0,44 + 0,059/2*lg[Fe2+] = -0.44 + 0.059/2*(-6) = -0,617 Volt
2. Fe3+ +e ⟶ Fe2+ (không phụ thuộc vào pH):
2
O2
Fe3+/Fe2+ = 0,771 + 0,059*lg([Fe3+]/[Fe2+]) = 0,771 Volt
OH-
4
3. 2Fe3++ 3H2O⟶ Fe2O3(r)+6H+ (Phản ứng Axit-Bazơ, không ô-xi hóa khử)
H+
4.
2Fe2++3H
2O⟶
Fe2O3(r)
+6H+ +2e
(Độ dốc = -0,059x6/2 = -0,178 mV/pH)
 Fe2O3, 6H+/2Fe2+,3H2O = oFe2O3, 6H+/2Fe2+,3H2O + 0,059/2*lg[H+]6/[Fe2+]2 =
oFe2O3, 6H+/2Fe2+,3H2O - 0,178pH - 0,059*lg [Fe2+]
H2
5
1
5. 2Fe3O4(s)+H2O ⟶ 3Fe2O3(r) + 2H+ + 2e (Độ dốc = -0.059 x 2/2 = -0,059 mV/pH)
 Fe2O3, 2H+/Fe3O4, H2O = oFe2O3, 2H+/Fe3O4, H2O + 0,059/2*lg[H+]2=
oFe2O3, 2H+/Fe3O4, H2O - 0,059pH
30
15
131
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 7: Cân bằng oxi hóa – khử - Điện hoá
Ăn mòn điện hóa và Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa:
 Giản đồ Pourbaix – Thực hành
1. Ở pH = 2, cor = bề mặt = -0,3 Volt (SHE)
- Quá trình ăn mòn
- Sản phẩm ăn mòn
- Chất khử phân cực
O2O2
- OH
OH
2. Ở pH = 7, cor = bề mặt = 0,4 Volt (SHE)
- Quá trình ăn mòn
H+H+
- Sản phẩm ăn mòn
H2H2
- Chất khử phân cực
3. Ở pH = 7, cor = bề mặt = -0,7 Volt (SHE)
- Quá trình ăn mòn
- Sản phẩm ăn mòn
- Chất khử phân cực
31
16
132
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động hóa học:
 Động hóa học là môn khoa học nghiên cứu về tốc độ phản ứng (Reaction rate), những yếu tố ảnh
hưởng đến tốc độ phản ứng và cơ chế của phản ứng hóa học.
 Tốc độ phản ứng

Năng suất quá trình
 Cơ chế phản ứng

Công nghệ quá trình
 Xét các phản ứng hóa học với các thông tin như sau:
NO2(k)

NO(k) + 1/2O2(k) Go = 150KJ
H2(k) + 1/2O2(k)

H2O(k)
Go = -465KJ
 Nhiệt động học phản ứng cho phép xác định phản ứng có xảy ra hay không?
 Động hóa học cho biết phản ứng xảy ra nhanh hay chậm, cơ chế phản ứng như thế nào.
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Tốc độ phản ứng hóa học:
 Tốc độ phản ứng là đại lượng đặc trưng cho diễn biến nhanh hay chậm của một phản ứng.
 Được xác định bằng độ biến thiên nồng độ của chất phản ứng hoặc là của sản phẩm phản ứng
trong một đơn vị thời gian. Thứ nguyên: mol.l-1.s-1  M.s-1
Xét phản ứng tổng quát:
aA + bB  cC + dD
 Tốc độ phản ứng trung bình:
 Tốc độ phản ứng tức thời:vi phân của nồng độ theo thời gian
 Tiến độ phản ứng:
=
:
ế độ ℎả ứ
=
2
1
133
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
(inhibitor)
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: Nồng độ, Nhiệt độ, Xúc tác (catalyst) <> Chất ức chế
Ảnh hưởng của nồng độ.
 Định luật tác dụng khối lượng (ĐLTDKL) – Rate law: Tốc độ phản ứng tỷ lệ với tich số nồng
độ các chất tham gia phản ứng với số mũ là bậc phản ứng.
aA + bB  cC + dD
Xét phản ứng tổng quát:
 Tốc độ phản ứng:
= .
.
k: hằng số tốc độ phản ứng (phụ thuộc phản ứng và nhiệt độ); x và y là BẬC PHẢN ỨNG
 Bậc phản ứng: Kết quả của nghiên cứu động hóa học, là số mũ trong phương trình của
ĐLTDKL và liên quan đến cơ chế phản ứng
 Nếu phản ứng xảy ra trong pha khí, nồng độ có thể được thay bằng áp suất riêng phần của mỗi
chất khí tham gia phản ứng:
Một số ví dụ
=
.
.
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: Nồng độ, Nhiệt độ, Xúc tác
 Ảnh hưởng của Nhiệt độ.
 Năng lượng hoạt hóa (Activation Energy) Ea (Ea):
 Theo thuyết va chạm: Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tối
thiểu cần cung cấp cho 1 mol chất để các phân tử trở thành các
phân tử hoạt động và va chạm có hiệu quả dẫn đến các biến
đổi hóa học (50 – 200 kJ.mol-1)
 Phương trình Arrhenius
=
Δ
=
−
Δ
 Tuyến tính hóa phương trình Arrhenius  Xác định Ea và A
= −
y =
Δ
1
+
a.x + b
k: Hằng số tốc độ phản ứng; A hệ số đứng trước hàm mũ
4 thấp)
 Quy tắc Van’t Hoff: Khi nhiệt độ tăng 10oC thì vận tốc pứ tăng 2 đến 4 lần (Chỉ đúng cho nhiệt độ
2
134
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: Nồng độ, Nhiệt độ, Xúc tác
 Ảnh hưởng của xúc tác:
 Chất xúc tác:
 Chất xúc tác làm thay đổi cơ chế phản ứng theo khuynh hướng làm
giảm năng lượng hoạt hóa do đó làm tăng vận tốc phản ứng.
 Sau khi phản ứng kết thúc chất xúc tác được khôi phục cả về lượng
và về phương diện hóa học
 Các yếu tố khác
 Ánh sáng:
 Bề mặt phản ứng đối với hản ứng dị thể: Fe + 2HCl  H2 + FeCl2
 Chất khơi mào:
 Chất khơi mào làm cho phản ứng bắt đầu và diễn ra với vận tốc lớn, chất khơi mào bị
biến đổi không được khôi phục khi phản ứng kết thúc
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Xúc tác dị thể: 7 giai đoạn
1. Khuếch tán ngoài: vận chuyển chất
phản ứng đến bề mặt xúc tác (Ea ~
100KJ/mol)
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: Nồng độ, Nhiệt độ, Xúc tác
 Ảnh hưởng của xúc tác:
porous carrier (catalyst support)
Chất mang xốp (Chất mang xúc tác)
 Chất xúc tác dị thể
2. Khuếch tán trong: vận chuyển chất
phản ứng từ bề mặt ngoài vào lỗ xốp
đến tâm xúc tác (Ea ~ 10 KJ/mol)
3. Hấp phụ chất phản ứng trên bề mặt
xúc tác (10 kJ/mol < Ea < 50 KJ/mol )
Reactive / Chất phản ứng
4. Phản ứng hóa học trên bề mặt xúc tác
(Ea > 50 KJ/mol)
bed of
catalyst
particles
5. Khử hấp phụ sản phẩm ra khỏi tâm
xúc tác
Tầng xúc tác
Reactive
Internal diffusion
Khuếch tán trong
reactor
reactor
reaction
Adsorption
product
6. Khuếch tán trong: vận chuyển sản
phẩm phản ứng từ lỗ xốp ra bề mặt
ngoài
7. Khuếch tán ngoài: vận chuyển sản
phẩm phản ứng từ bề mặt ngoài đến pha
Desorption and thể tích
Diffusion
Khử hấp phụ và
khuêch tán
Hấp phụ
active site
Products / Sản phẩm
catalyst support
Chất mang xúc tác
Tâm hoạt động
6
3
135
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: Nồng độ, Nhiệt độ, Xúc tác
 Ảnh hưởng của Nhiệt độ:
 Sự thay đổi cơ chế phản ứng theo
nhiệt độ
 Phản ứng xúc tác dị thể
Ô-xy hóa acetylene trên xúc tác MnO2
o Vùng nhiệt độ thấp: Tốc độ phản ứng hóa học
chậm và quyết định tốc độ phản ứng (Ea = 50
– 200 kJ.mol-1)
Khuếch tán ngoài - Ea ~ 1 kJ.mol-1
Khuếch tán trong (lỗ xốp) - Ea ~ 10 kJ.mol-1
o Vùng nhiệt độ trung bình: Tốc độ khuếch tán
trong lỗ xốp chậm (Ea ~ 10 kJ.mol-1)
o Vùng nhiệt độ cao: Tốc độ khuếch tán ngoài
chậm (Ea ~ 1 kJ.mol-1)
Tốc độ phản ứng hóa học - Ea = 50 – 200 kJ.mol-1
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
 Động học hình thức - Phản ứng bậc nhất:
 Xét phản ứng A  B là phản ứng bậc nhất theo A:
 Tốc độ phản ứng theo định nghĩa:
=−
1
 Tốc độ phản ứng theo định luât tác dụng khối lượng:
 Suy ra:
−
=
= . .
=
Tuyến tính hóa ta có:
.
= .
−
−
= .
[k] = s-1
If  = 1
.
 Mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ và thời gian là ln(nồng độ) theo t
 Thời gian bán phản ứng (t1/2):
Thời gian cần thiêt để nồng độ chất phản ứng ban đầu giảm đi còn một nửa.
Tại t = t1/2: CA = CoA/2 
=
2
 Thời gian bán (t1/2)phản ứng của phản ứng bậc nhất không phụ thuộc
vào nồng độ ban đầu.
8
4
136
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
 Động học hình thức - Phản ứng bậc hai:
 Xét phản ứng A  B là phản ứng bậc hai theo A:
 Tốc độ phản ứng theo định nghĩa:
=−
1
 Tốc độ phản ứng theo định luât tác dụng khối lượng:
 Suy ra:
−
1
= . .
1
=
= .
+
[k] = L.mol-1.s-1
 Mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ và thời gian là 1/(nồng độ) theo t
If  = 1
 Thời gian bán phản ứng (t1/2):
Thời gian cần thiêt để nồng độ chất phản ứng ban đầu giảm đi còn một nửa.
=
Tại t = t1/2: CA = CoA/2 
1
 Thời gian bán phản ứng của phản ứng bậc hai tỷ lệ nghịch với nồng độ ban đầu.
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
 Động học hình thức - Phản ứng bậc hai:
 Xét phản ứng A + B  Sản phẩm, là phản ứng bậc nhất theo A và bậc nhất theo B:
a.
Trường hợp hỗn hợp ban đầu là hợp thức:
=
=
→
=
:
ế độ ℎả ứ
=
 Tốc độ phản ứng theo định nghĩa và theo định luât tác dụng khối lượng:
=−
1
1
= .
−
1
.
= . .
= .
ươ
.
=
ự:
1
−
1
= . .
 Khi  = , và nồng độ ban đầu của A và B bằng nhau và bằng Co
1
−
1
= . .
10
5
137
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
 Động học hình thức - Phản ứng bậc hai:
 Xét phản ứng A + B  Sản phẩm, là phản ứng bậc nhất theo A và bậc nhất theo B:
b.
Trường hợp hỗn hợp ban đầu là không hợp thức:
=
−
;
=
≠
−
 Tốc độ phản ứng theo định nghĩa và theo định luât tác dụng khối lượng:
=−
1
=
−
Với:
=
−
=
−
=
=
à
−
+
−
=
−β
=
−

=
=
−
+
11
t
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
 Xác định bậc phản ứng: Xét phản ứng đơn giản
A  Sản phẩm
 Phương pháp dựa vào mối quan hệ tuyến tính và thời gian bán phản ứng:
 Phản ứng bậc 1:
 Phản ứng bậc 2:
=
1
=
−
1
.
+
và
=
và
=
 Trường hợp bậc phản ứng > 2, ta có:
−
=
=−
1
1
−1
.
=
2
.
2
1
= .
1
−
1
= . .
−1
−1
Thời gian bán phản ứng tỷ lệ nghịch với nồng độ ban đầu của chất phản ứng lũy thừa (n-1)
12
6
138
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
 Xác định bậc phản ứng:
 Phương pháp cô lập Ostwald:
 Xét phản ứng
A + B  Sản phẩm
= .
 Xác định lần lượt bậc phản ứng của các chất tham gia phản ứng
 Xác định n1: Pha nồng độ ban đầu của B lớn hơn nhiều lần nồng độ ban đầu của A:
≫
 Chấp nhận nồng độ của B không ghay đổi trong quá trinhg phản ứng, ta có:
= .
=
.
 Sử dụng mối quan hệ tuyến tính và thời gian bán phản ứng để xác định n1.
 Thực hiện tương tự cho các bậc còn lại
 Phương pháp vận tốc phản ứng ban đầu.
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Động học của một số phản ứng đơn giản:
Ví dụ: Xác định bậc của phản ứng:
S2O82- + 3I-  2SO42- + I3-
 Xác định bậc phản ứng:
 Phương pháp vận tốc phản ứng ban đầu:

Xét phản ứng
= .
( ≡
à
A + B  Sản phẩm
= .
≡
)
Thí
nghiệm
[S2O82-]o
(M)
[I-]o
(M)
Vận tốc
phản ứng
(M/s)

Xác định tốc độ phản ứng ban đầu khi nồng độ các chất phản ứng
thay đổi theo các tỷ lệ xác định
1
0.08
0.034
2.2 x 10-4

Xác định sự thay đổi của nồng độ các chất phản ứng theo thời gian
2
0.08
0.017
1.1 x 10-4

Vẽ tiếp tuyến tại thời điểm t=0 để xác định vận tốc phản ứng ban đầu
3
0.16
0.017
2.2 x 10-4

Lập tỷ lệ vận tốc phản ứng ban đầu của các thí nghiệm để xác định
bậc phản ứng
Xét thí nghiêm 1 và thí nghiệm 2:
vo,1/vo,2 = ([I]o,1/[I]o,2)^n2
 2
= (0.034/0.017)^n2= 2^n2
 n2
=1
Xét thí nghiệm 2 và 3  n1 = 1
14
7
139
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Cơ chế phản ứng: Một số khái niệm
 Tương tác sơ cấp – Phản ứng nguyên tố - Elementary step:
 Phản ứng hóa học có thể chia làm nhiều phản ứng (giai đoạn) nối tiếp hoặc song song và khi
các phản ứng (giai đoạn) này không thể chia nhỏ được nữa thì gọi là Tương tác sơ cấp –
Phản ứng nguyên tố
 Hệ số tỷ lượng, Phân tử số, Bậc phản ứng
 Hệ số tỷ lượng của phản ứng hóa học là số chỉ số nguyên tử, phân tử và ion của các chất
tham gia tương tác được ghi trong phương trình phản ứng hóa học
 Phân tử số là số các tiểu phân (phân tử, nguyên tử, gốc tự do, ion) tham gia vào một tương
tác sơ cấp

Theo thuyết va chạm hoạt động là số phần tử va chạm đồng thời tại 1 điểm dẫn tới biến
đổi hóa học.
 Bậc phản ứng có mối quan hệ với phân tử số của tương tác sơ cấp (phản ứng nguyên tố)
chậm nhất quyết đinh tốc độ phản ứng
 Hợp chất trung gian (Intermediate): xuất hiện trong tiến trình phản ứng và không có mặt trong số
các chất tham gia và sản phẩm
 là trung tâm hoạt động: thời gian tồn tại ngắn; nồng độ thấp.
15
 Trong pha khí: là các phần tử trung hòa về điện, có 1e độc thân, gọi là gốc(radical).
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Cơ chế phản ứng:
 Thuyết va chạm hoạt động – Collision Theory:
Xét một phản ứng nguyên tố: A2(k) + B2(k)  2AB
 Tốc độ phản ứng tỷ lệ với tần số va chạm
Theo thuyết động học phân tử chất khí: tần suất va chạm (Z) là số va chạm trong 1 đơn vị thể tích
trong một đơn vị thời gian:
 Tốc độ phản ứng tỷ lệ với nồng độ các chất tham gia phản ứng (nA2 và nB2) 
~
 Hiệu quả va chạm phụ thuộc vào 2 yếu tố: Năng lượng hoạt hóa Ea và Hiệu ứng không gian

Năng lượng hoạt hóa: Vận tốc phản ứng tỷ lệ với phần va chạm có năng lượng  Ea
~

−
∆
Hiệu ứng không gian: Vận tốc phản ứng tỷ lệ với thừa số không gian hay hệ số sác xuất P:
~
16
8
140
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Cơ chế phản ứng:
 Thuyết va chạm hoạt động – Collision Theory:
Xét một phản ứng nguyên tố: A2(k) + B2(k)  2AB
 Tốc độ phản ứng tỷ lệ với nồng độ các chất tham gia phản ứng (nA2 và nB2) 
~
(1)
 Hiệu quả va chạm phụ thuộc vào 2 yếu tố: Năng lượng hoạt hóa Ea và Hiệu ứng không gian

Năng lượng hoạt hóa: Vận tốc phản ứng tỷ lệ với phần va chạm có năng lượng  Ea
~

−
∆
(2)
~
Hiệu ứng không gian: Vận tốc phản ứng tỷ lệ với thừa số không gian hay hệ số sác xuất P:
(3)
Xét phản ứng:
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
8.
= .
Cơ chế phản ứng:
.
⁄
.
.
.
.
 Thuyết va chạm hoạt động – Collision Theory:
Xét một phản ứng nguyên tố: A2(k) + B2(k)  2AB
~
~
(1)
= .
.
−
−
∆
(2)
~
∆
=
ớ
= . .
−
(3)
Bài tập: Xét phản ứng pha khí
H2 + I2  2HI
Tại 373,15K, hằng số tốc độ của phản ứng
k= 8,7410-15L.mol-1.s-1. Giả sử phản ứng này
chỉ có 1 phản ứng nguyên tố.
Xác định phần va chạm có hiệu quả (f) để
phản ứng xảy ra.
Cho biết: dH2 = 2.27Å, dI2 = 6.53Å
MH2 = 2g.mol-1, MI2=258,3g.mol-1,
NAv=6,0221023 mol-1, kB=1,3810-23J.K-1
Hệ thứ nguyên: m, kg, mol, J, s, K
∆
=
Phương trình Arrhenius
−
∆
=
=
8
−
~1,1 × 10
⁄
18
9
141
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Cơ chế phản ứng:
 Thuyết va chạm hoạt động – Đối với các phản ứng pha lỏng:
Xét một phản ứng pha lỏng: A2(l) + B2(l)  2AB
 Hằng số tốc độ cũng được mô tả bằng phương trình Arrhenius
=
−
 Do pha lỏng có độ nhớt cao nên không thể bỏ qua giai đoạn khuếch tán
 Phản ứng gồm có 2 giai đoạn nối tiếp nhau: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn phản ứng
 Giai đoạn chậm nhất sẽ quyết định vận tốc phản ứng
 Xác định cơ chế phản ứng hay giai đoạn khống chế thông qua giá trị năng lượng hoạt hóa
Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng bị giới hạn bởi giai đoạn khuếch tán (Ea ~ 10kJ.mol-1) nhỏ hơn so
với các phản ứng bị khống chế bởi giai đoạn hoạt hóa hóa học (Ea ~ 50 – 200 kJ.mol-1)
19
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Thiết lập cơ chế phản ứng:
 Nguyên tắc:
 Cơ chế giả định: chấp nhận được nếu quy luật động học thu được từ việc giải hệ
phương trình vi phân phù hợp với quy luật thực nghiệm
 Phương pháp gần đúng: thay hệ phương trình vi phân bằng hệ phương trình đại
số.

=−
Phương pháp gần đúng thứ nhất:
=−
=
 Vận tốc tạo thành một sản phẩm theo một loạt các phản ứng nguyên tố
nối tiếp và được quyết định bởi giai đoạn chậm nhất. Đây là giai đoạn
quyết định động học

Phương pháp gần đúng thứ hai:
 Trạng thái gần dừng: Một chất trung gian I được tạo ra bằng một phản
ứng có hằng số vận tốc kf và được tiêu thụ bởi các phản ứng có hằng
số vận tốc kd.
→
=−
 Điều kiện ổn định = Nguyên lý Bodenstein.
=
=
=
;
=
=
;
−
 Một trạng thái ổn định (dừng) nhanh chóng được thiết lập khi vf = vd.
 Nồng độ chất trung gian I không thay đổi và gọi là nồng độ dừng
;
=
=
= ;
;
=
20
10
142
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Thiết lập cơ chế phản ứng:
 Các loại cơ chế:
 Cơ chế theo các giai đoạn (cơ chế chuỗi mở):

Các phản ứng nguyên tố khác nhau;

Áp dụng phương pháp gần đúng “Giai đoạn chậm nhất quyết định động học” khi các hằng số vận tốc khác
nhau nhiều
k
2NO + O2

2NO2
Phản ứng tổng quát
Cơ chế: NO + NO

N2O2
Phản ứng nguyên tố 1  xảy ra chậm (k2 >> k1): v = k1[NO]2
N2O2 + O2

2NO2
Phản ứng nguyên tố 2
Ví dụ:
k1
k2
Giai đoạn 1 (phản ứng nguyên tố 1) quyết định vận tốc phản ứng:
 Phản ứng bậc 2 theo NO và bậc 0 theo O2
 N2O2: Hợp chất trung gian (hoạt động)
21
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Thiết lập cơ chế phản ứng:
 Các loại cơ chế:
 Cơ chế theo các giai đoạn (cơ chế chuỗi mở):

Các phản ứng nguyên tố khác nhau;

Áp dụng phương pháp gần đúng “Giai đoạn chậm nhất quyết định động học” khi các hằng số vận tốc khác
nhau nhiều
Ví dụ: 2NO + 2H2  2H2O + N2
Cơ chế: 2NO
k1
k2
k3
N2O2 + H2

H2O2 + H2

N2O2
Phản ứng xảy ra nhanh k1[NO]2 = k2[N2O2]  [N2O2] = k1.k2-1[NO]2
N2 + H2O2 Phản ứng xảy ra chậm k3 nhỏ
k4
H2O
Phản ứng xảy ra nhanh k4 lớn
Giai đoạn 3 quyết định vận tốc phản ứng:
v = k3.[N2O2][H2]=k3. k1.k2-1[NO] 2[H2]
v = k [NO] 2[H2]
Phản ứng bậc 2 theo NO và bậc 1 theo H2
22
11
143
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Thiết lập cơ chế phản ứng:
 Các loại cơ chế:
 Cơ chế dây chuyền (chuỗi đóng)

Một số phản ứng nguyên tố được lặp đi lặp lại, các gốc được tạo thành; được tiêu thụ và được tái tạo

Áp dụng phương pháp gần đúng “Trạng thái gần dừng”
Ví dụ: H2 + Br2  2HBr
Cơ chế dây chuyền:
h, k1
 2Br
Br2
k2
v1 = k1[Br2]
Br + H2  HBr + H
v2 = k2[Br ][H2]
H + Br2  HBr + Br
v3 = k3[H ][Br2]
H + HBr  H2 + Br
v4 = k4[H ][HBr]
k3
k4
k5
 Br2
2Br
v5 = k5[Br ]2
23
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 8: Động hóa học
Thiết lập cơ chế phản ứng:
 Các loại cơ chế:
 Cơ chế dây chuyền (chuỗi đóng)

Một số phản ứng nguyên tố được lặp đi lặp lại, các gốc được tạo thành; được tiêu thụ và được tái tạo

Áp dụng phương pháp gần đúng “Trạng thái gần dừng”
Ví dụ: H2 + Br2  2HBr
PT (4) và v2, v3, v4 
PT(6) và v1, v5

Vân tốc tiêu hao Br2: -d[Br2]/dt = v1 + v3 – v5
(1)
(3) và (4): v = 1/2*d[HBr]/dt  v = v3
Vận tốc tiêu hao H2: -d[H2]/dt = v2 – v4
(2)
Vận tốc tạo thành HBr: d[HBr]/dt = v2 + v3 – v4 (3)
Áp dụng phương pháp gần đúng trạng thái dừng cho H và Br:
d[H ]/dt = v2 – v3 - v4
=0
(4)
Kết hợp các hằng số, ta có:
d[Br ]/dt = 2v1 – v2 + v3 + v4 – 2v5 = 0
(5)
Từ (4) và (5)  v1 = v5
(6)
Tại t = 0, [HBr]=0  v = k’’’.[H2].[Br2]1/2
24
12
144
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Ý nghĩa và ứng dụng của giản đồ Ellingham:
 Áp dụng cho các phản ứng pha rắn – khí ở nhiệt độ cao, các quá trình luyện kim

Xác định điều kiện cho một quá trình khử một oxit kim loại thành kim loại;

Xác định áp suất riêng phần của oxi ở trạng thái cân bằng với một oxit kim loại tại nhiệt độ xác định;
xM + y/2O2  MxOy

Xác định tỉ lệ của CO/CO2 (hoặc H2/H2O) có khả năng khử oxit kim loại thành kim loại ở một nhiệt độ
xác định:
yCO + MxOy  xM + yCO2
H2 + MxOy  xM + yH2O
 Cơ sở của phương pháp xây dựng giản đồ Ellingham:
 Dựa trên biến thiên Enthalpy tự do Gibbs (∆G) của phản ứng: G = H - TS
 Giá trị âm của ∆G chỉ ra rằng một phản ứng có thể tiến hành một cách tự phát (tự diễn biến)
 Giá trị dương của ∆G chỉ ra rằng một phản ứng không thể tự diễn biến

∆H là Nhiệt của phản ứng (Heat of reaction): ∆H <0 phản ứng tỏa nhiệt, và ngược lại.

∆S xác định mức độ hỗn loạn trong sản phẩm so với các chất phản ứng.
 Ví dụ: Chất rắn (trạng thái có trật tự) phản ứng với chất lỏng (trạng thái có trật tự hơi ít hơn) để tạo
thành khí (trạng thái có mất trật tự cao) kéo theo sự tăng Entropy của phản ứng S > 0.
1
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Cơ sở của phương pháp xây dựng giản đồ Elligham:
 Dựa trên biến thiên Enthalpy tự do Gibbs (∆G) của phản ứng: G = H - TS
aA + bB  cC + dD
∆Go = -RTlnK
=
=
.
.
.
.
 Enthalpy tự do và cân bằng hóa học:
 Enthalpy tự do ở trạng thái tiêu chuẩn (∆Go):
 ∆Go = -RTlnK
 Ở trạng thái (điều kiện) không tiêu chuẩn:
 ∆G = ∆Go + RTlnQ = -RTlnK + RTlnQ
 ∆G = RTlnQ/K
 Nếu: Q < K: ∆G < 0  Phản ứng thuận

Q > K: ∆G > 0  Phản ứng nghịch

Q = K: ∆G = 0  Phản ứng đạt cân bằng
=
.
2
1
145
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Xây dựng giản đồ Ellingham:
 Giản đồ Ellingham là giản đồ biểu diễn sự biến thiên của Enthalpy tự do tạo thành của các ôxit
(sulfua) khác nhau sử dụng 1 mol oxy theo nhiệt độ:
 Ellingham thấy rằng, biến thiên Enthalpy và biến thiên Entropy tiêu chuẩn của sự hình
thành hợp chất thay đổi không đáng kể theo nhiệt độ, khi không có sự thay đổi trạng thái.

Khi không có sự chuyển pha, thì ∆H và ∆S là không đổi theo nhiệt độ (gần đúng)

Giản đồ Enthalpy tự do theo nhiệt độ là các đường thẳng, trong đó -∆S là hệ số góc và ∆H
là giao điểm của đường thằng và trục tung. Độ dốc sẽ thay đổi khi có các quá trình nóng
chảy hoặc hóa hơi.

Mối quan hệ giữa GoT – T là gần tuyến tính
3
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Xây dựng giản đồ Ellingham:
Go (KJ/mol of oxygen
 Giản đồ Ellingham là giản đồ biểu diễn sự biến
thiên Enthalpy tự do tạo thành của các ôxit
(sulfua) khác nhau sử dụng 1 mol oxy theo
nhiệt độ: 2y/xM + O2  2/yMxOy
4
2
146
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với
các oxit:
1. Đường thẳng Go(T) trong giản đồ đại diện cho độ
bền tương đối của các oxit: 2y/xM + O2  2/yMxOy
2. Thông tin về ái lực trực tiếp của kim loại đối với
oxy trong điều kiện tiêu chuẩn bằng cách quan sát
vị trí tương đối của các đường trong biểu đồ
3. Có thể xác định khả năng dễ bị khử của Au, Ag, Hg,
một số oxit có độ bền lớn hơn như FeO, P2O5,
MnO… và các oxit rất khó bị khử như ZnO2, Al2O3,
CaO, MgO…
5
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với
các oxit:
4. Xác định khả năng khử một oxit đến trạng thái kim
loại bằng một kim loại khác có đường Go(T) nằm
dưới đường của oxit bị khử.

-475
Khoảng cách giữa 2 đường tại một nhiệt độ
nào đó thể hiện biến thiên năng lượng tự do
tiêu chuẩn đi kèm với quá trình khử tại nhiệt
độ xem xét
Do Go âm nên sự khử Cr2O3 bằng Al là có thể xảy ra
6
3
147
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với
các oxit:
4. Xác định khả năng khử một oxit đến trạng thái kim
loại bằng một kim loại khác có đường Go(T) nằm
dưới đường của oxit bị khử.
-475
Do Go dương nên sự khử Cr2O3 bằng Ni là không thể xảy ra
7
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với các oxit:
4. Xác định khả năng khử một oxit khi hai đường thẳng Go(T) cắt nhau:
 T<TE: A và BO2 là bền vững nhất
 T>TE: B và AO là bền vững nhất
 Tại T=TE A, B, AO, BO2 đạt trạng thái cân bằng
 Khi T > TE thì A có thể khử BO2 để tạo ra B và AO
A + BO2  B + AO2
 Khi T < TE thì B có thể khử AO để tạo ra BO2 và A
B + AO2  A + BO2
8
4
148
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với
các oxit:
5. Độ dốc (hệ số góc) của các đường thẳng là một hàm
của Entropy của sản phẩm và chất phản ứng:
So = So(sản phẩm) - So(Chất phản ứng)
Xét phản ứng: M + O2 = MO2
 So = So(oxit ,r) - So(kim loại,r) - So(O2, k)
So  -So(O2, k)
Như vậy, hệ số góc của đường thẳng (-So ) trở nên
dương
9
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với các
oxit:
6. Thuộc tính của CO2 và CO:
C + O2 = CO2
So = So(1 mol CO2) - So(1 mol Cacbon rắn) - So(1 mol O2, khí)
So  0  Đường thẳng song song với trục hoành
2C + O2 = 2CO
So = So(2 mol CO, k) - So(2 mol Cacbon) - So(1 mol O2, k)
So  dương
Như vậy, hệ số góc của đường thẳng (-So ) trở nên âm
10
5
149
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với các
oxit:
6. Thuộc tính của CO2 và CO:
 Đường CO cắt với các đường của hầu hết các KL

C được xem là tác nhân khử mạnh ở nhiệt độ
cao
 Các đường Go(T) của CO và CO2 cắt nhau tại
nhiệt độ  700oC.

CO là ổn định hơn CO2 ở nhiệt độ cao hơn
700oC
 Sự khử Cu2O và FeO bằng C là khả thi ở trên
100oC và 720oC tương ứng
 Tuy nhiên sự khử các oxit như TiO2, Al2O3, MgO
bằng Cacbon là rất khó khăn vì yêu cầu nhiệt độ
rất cao
11
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các tính chất đặc trưng của giản đồ Ellingham đối với các
oxit:
7. Sự thay đổi Entropy trong quá trình nóng chảy và bay
hơi và do đó độ dốc của các đường Go(T) cũng trong
quá trình nóng chảy hay bay hơi
 Độ dốc tăng nếu chất phản ứng thay đổi
trạng thái khi nhiệt độ tăng và giảm khi sản
phẩm thay đổi trạng thái
 Do sự thay đổi lớn của Entropy của quá trình
bay hơi, sự thay đổi độ dốc là lớn hơn so với
quá trình nóng chảy
12
6
150
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các thang bổ sung trên giản đồ Ellingham:
 Thang theo áp suất riêng phần của O2
 Từ phương trình Go = -RTlnK= (-RlnK).T
 Y = -mX
 Bất kỳ một sự kết hợp nào của các giá trị (Go – T) trên
giản đồ cũng mô tả một giá trị riêng biệt của K
 Quỹ tích các điểm trong không gian (Go – T) có cùng
giá trị K là đường thẳng qua gốc tọa độ với độ dốc
bằng -RlnK
13
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các thang bổ sung trên giản đồ Ellingham:
 Thang theo áp suất riêng phần của O2
 Để tránh việc tính toán áp suất riêng phần cân bằng cho mỗi
giá trị của Go, Richardson đã bổ sung một thang đồ thị liên
quan đến PO2 vào giản đồ Ellingham
 Đối với phản ứng oxy hóa kim loại:
2M(r) + O2,(k) = 2MO(r)
Hằng số cân bằng có dạng: K = 1/PO2
G = RTln(PO2)
14
7
151
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các thang bổ sung trên giản đồ Ellingham:
 Thang theo áp suất riêng phần của O2 - Đọc PO2
từ giản đồ Ellingham
1. Xác định một điểm tương ứng với nhiệt độ trên
đường thẳng Fe + O = FeO, trên M
2. Sử dụng điểm này cùng với điểm gốc O trên
đỉnh bên trái vẽ một đường thẳng ngang qua
giản đồ
3. Đọc PO2 từ trục bên tay phải của giản đồ
Ellingham
 Ở áp suất Oxy lớn hơn khoảng 10-8,5, Fe sẽ bị
oxy hóa tại nhiệt độ 1600oC
15
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các thang bổ sung trên giản đồ Ellingham:
 Tỷ lệ CO / CO2 cần thiết để khử các oxit kim loại
 Khi sử dụng cacbon làm chất khử sẽ cần có một tỷ lệ tối
thiểu của CO so với CO2 để có thể khử được các oxit.
 Oxit càng khó khử thì tỉ lệ CO cần thiết trong các chất
khí càng lớn.
 Để xác định tỷ lệ CO / CO2 để khử một oxit kim loại ở
một nhiệt độ cụ thể, sử dụng quy trình tương tự như đã
xác định áp suất cân bằng của oxy.
 Sử dụng điểm đánh dấu “C” trên trục bên trái của giản
đồ, và đọc tỷ lệ trên thang đo được đánh dấu "CO/CO2".
 Tương tự cho thang tỷ lệ H2/H2O
Ví dụ: Khử FeO bằng CO và H2 ở 1000oC
16
8
152
22/08/2023
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
Chương 9: Giản đồ Ellingham
Giản đồ Ellingham:
 Các giới hạn khi sử dụng giản đồ Ellingham:
 Không đề cập đến thông tin về động học của quá trình oxy hóa - khử.
 Dựa trên ∆Go có giá trị được tính từ hằng số cân bằng ‘K’ theo quan hệ: ∆Go = - RT ln K, cho
rằng tất cả các chất phản ứng và sản phẩm đều ở trạng thái cân bằng. Điều này không phải lúc
nào cũng có thể đáp ứng.
 Các chất tham gia phản ứng và sản phẩm phản ứng có thể ở thể rắn. Vì vậy ở nhiệt độ phòng
năng lượng hoạt hóa của phản ứng cao và phản ứng có thể không xảy ra ngay cả khi ∆Go rất
âm.
 Sử dụng Go là biên thiên năng lượng tự do tiêu chuẩn và không tính đến nồng độ (hoạt độ)
của chất phản ứng và sản phẩm nếu các giá trị này khác nhiều so với đơn vị
Ví dụ:
2MgO + Si = 2Mg + SiO2 với Go1473 = +273kJ
G1473 = Go1473 + RTln
(PMg)2.(CSiO2)
(CMgO)2.(CSi)
 Nếu PMg và CSiO2 đủ nhỏ thì G có thể âm mặc dầu Go có thể dương
17
Khoa Khoa học và Công nghệ Tiên tiến – Chương trình PFIEV
PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm
18
9
153