Giáo trình Hóa vô cơ - Chương 1: Mối liên hệ giữa kiểu liên kết, trạng thái tập hợp và tính chất vật lý của các chất

Chương I. MỐI LIÊN HỆ GIỮA KIỂU LIÊN KẾT, TRẠNG THÁI TẬP HỢP

MỐI LIÊN HỆ GIỮA KIỂU LIÊN KẾT, TRẠNG THÁI TẬP HỢP

VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CÁC CHẤT

I.

CÁC TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA VẬT CHẤT

Nhận xét chung

✓ Các chất có 4 trạng thái tồn tại chính:

• Trạng thái plasma

• Trạng thái khí

• Trạng thái lỏng

• Trạng thái rắn tinh thể

✓ 3 trạng thái giả bền: (tự đọc)

• Trạng thái rắn vô định hình

• Trạng thái lỏng chậm đông

• Trạng thái lỏng chậm sôi

• Một số chất có trạng thái trung gian giữa chất rắn và chất lỏng:

Trạng thái tinh thể lỏng (tự đọc)

1. Trạng thái Plasma:

– Plasma là một trạng thái vật chất trong đó các chất bị ion hóa mạnh.

Phần lớn phân tử, nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân; các electron chuyển

động tương đối tự do giữa các hạt nhân.

2. Trạng thái khí

– Ở trạng thái khí, các phân tử (nguyên tử) ở cách nhau rất xa. Ở áp suất

thường, phân tử chỉ chiếm khoảng 1/1000 thể tích khí. Vì vậy chất khí có

thể nén và chiếm thể tích bình đựng.

– Ở áp suất thấp, nhiệt độ cao, các phân tử khí rất ít và hầu như không

tương tác với nhau. Khí được coi là lý tưởng, tuân theo phương trình:

PV = nRT

Trong đó:

P là áp suất phân tử khí gây ra trên thành bình đựng.

V là thể tích của bình đựng khí.

N là số mol khí có trong bình đựng.

R là hằng số khí

T là nhiệt độ tuyệt đối

– Ở áp suất cao, nhiệt độ thấp, mât độ các hạt khí cao, sự tương tác giữa

các hạt đáng kể, khí này là khí thực, tuân theo phương trình:

푎

푃 +

(푉 ― 푏) = 푅푇

2

푉

푎

Trong đó:

phản ánh lực hút giữa các phân tử

2

푉

b là thể tích riêng của các phân tử

Sự hóa lỏng chất khí

– Ở áp suất thường, chất khí hóa lỏng ở một nhiệt độ xác định. Nhiệt độ đó

gọi là nhiệt độ hóa lỏng. Ngược lại, ở nhiệt độ đó chất lỏng cũng hóa

hơi, vì vậy nhiệt độ đó cũng là nhiệt độ sôi của chất lỏng.

Tuy nhiên, việc nâng cao nhiệt độ hóa lỏng (hay nhiệt độ sôi) nhờ tăng áp suất cũng có

một giới hạn nhất định, qua nhiệt độ đó chất lỏng không thể tồn tại dù dưới áp suất

nào.

1

– Nhiệt độ cực đại đó được gọi là nhiệt độ tới hạn (T_th) và áp suất cần thiết

để chất khí hóa lỏng ở nhiệt độ đó gọi là áp suất tới hạn (P_th). Thể tích

một mol khí ở nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn gọi là thể tích tới hạn.

Ở điều kiện tới hạn, thể tích của chất khí và chất lỏng bằng nhau nên tại

đó chất khí và chất lỏng có tỷ khối như nhau.

The Supercritical Diagram of CO₂

Solid-Liquid

equilibrium

Supercritical

Fluid

Gas-Liquid

equilibrium

2

3. Trạng thái lỏng:

– Là trạng thái trung gian giữa chất rắn và chất khí. Ở nhiệt độ thường, kiến trúc

của chất lỏng gần giống với kiến trúc của chất rắn tinh thể

– Khác với chất rắn, trong kiến trúc của chất lỏng có lỗ trống, do đó các phân tử

chất lỏng di chuyển dễ dàng. Chất lỏng có hình dạng của vật đựng và có đẳng

hướng về các tính chất từ, quang, điện và độ cứng. Chất lỏng ở nhiệt độ thường

hầu như không bị nén.

4. Trạng thái tinh thể và trạng thái vô định hình

a. Chất tinh thể:

✓ Chất tinh thể có các tiểu phân sắp xếp trật tự theo những quy luật lặp đi lặp lại

nghiêm ngặt trong toàn bộ tinh thể.

✓ Do đó chất tinh thể có:

– Cấu trúc và hình dáng xác định.

– Có trật tự xa.

– Có tính bất đẳng hướng: các tính chất (chỉ số khúc xạ , độ cứng, độ dẫn

nhiệt...) theo các hướng khác nhau là khác nhau.

– Có nhiệt độ nóng chảy xác định

Ví dụ:

SiO₂(Cristobalite)

b. Chất vô định hình:

✓ Về mặt cấu tạo: ở trạng thái vô định hình, các tiểu phân được sắp xếp một cách

hỗn độn như trong chất lỏng.

✓ Do đó chất vô định hình có:

– Cấu trúc và hình dáng không xác định.

– Có trật tự gần

– Có tính đẳng hướng

– Có nhiệt độ nóng chảy không xác định.

3

c. So sánh trạng thái tinh thể và trạng thái vô định hình

✓ Giữa trạng thái tinh thể và vô định hình không có ranh giới rõ rệt. Những chất

vô định hình cũng có cấu trúc tinh thể, nhưng những tinh thể này rất nhỏ, không

phát hiện được bằng mắt thường hay kính hiển vi. Có nghĩa là trật tự sắp xếp các

tiểu phân được thực hiện trong một khoảng cách rất nhỏ. Do đó chất vô định

hình có cấu trúc trật tự gần.

✓ Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của chất tinh thể nhỏ hơn của chất vô định hình, do

đó tinh thể bền hơn chất vô định hình.

✓ Nếu thời gian kết tinh nhỏ sẽ tạo thành chất vô định hình (các tiểu phân không

kip sắp xếp). Còn nếu thời gian kết tinh lâu sẽ tạo thành chất tinh thể.

✓ Nếu các tiểu phân có tính đối xứng cao, lực liên kết giữa các tiểu phân ở trạng

thái lỏng nhỏ thì chúng sẽ dễ kết tinh dạng tinh thể. Vì vậy các kim loại, các hợp

chất ion chứa ion đơn giản (NaCl, KCl...) thường tạo thành tinh thể; các phân tử

có khối lượng phân tử lớn, cồng kềnh (nhựa đường) thường tạo dạng vô định

hình.

✓ Muốn tạo tinh thể phải kết tinh từ dung dịch loãng và làm lạnh từ từ.

II.

HỆ TINH THỂ

1. Các yếu tố đối xứng của tinh thể

✓ Tâm đối xứng (hình a) là điểm giữa của tất cả các đoạn thẳng nối từ bất

kỳ điểm nào trên bề mặt này sang bề mặt kia của tinh thể và đi qua nó.

a)

4

✓ Mặt phẳng đối xứng (hình b) là mặt phẳng chia tinh thể ra làm hai phần

bằng nhau, phần này là ảnh của phần kia chiếu qua gương đặt trùng với

mặt phẳng đối xứng.

✓ Trục đối xứng bậc n (hình c) là trục mà khi quay tinh thể xung quanh

trục một góc 360^othì tinh thể trùng với chính nó n lần, n được gọi là bậc

của trục.

– Hình c) có trục đối xứng bậc 4 (L₄)

2. Cấu tạo bên trong tinh thể

✓ Mạng tinh thể được tạo thành từ các mặt mạng. Điểm giao nhau của các mặt

mạng là các nút mạng.

Mặt mạng (a) và mạng thinh thể với ô mạng cơ bản (b)

✓ Ô mạng cơ sở là hình khối nhỏ nhất tạo nên mạng tinh thể.

Mỗi ô mạng cơ sở được đặc trưng bằng giá trị 3 cạnh (a₀,b₀,c₀) theo các trục a, b, c và

3 góc (, , ) được quy định thống nhất như hình dưới, gọi là các thông số của ô

mạng cơ sở của mạng tinh thể.

✓ Các tiểu phần (ion, nguyên tử, phân tử) phân bố tại nút mạng.

CsCl

Ar

CO₂

5

3. Các hệ tinh thể và ô mạng cơ sở của chúng

Mạng tinh thể có tối thiểu một yếu tố đối xứng. Căn cứ vào các yếu tố đối xứng

có 7 hệ tinh thể. Đó là:

1. Hệ tam tà (triclinic) có tâm đối xứng. Không có trục và mặt đối xứng.

– Thông số ô mạng cơ sở: a₀ b₀ c₀;       90^o

– Ví dụ: K₂Cr₂O₇; CuSO₄.5H₂O ...

2. Hệ đơn tà (monoclinic) có 1 trục đối xứng bậc 2 và 1 mặt phẳng đối xứng

hoặc chỉ có một trong hai yếu tố đối xứng này.

– Thông số ô mạng cơ sở: a₀ b₀ c₀;  =  = 90^o;   90^o&120⁰

– Ví dụ: Lưu huỳnh đơn tà (S_), thạch cao (CaSO₄.2H₂O)

3. Hệ trực giao (orthorhombic; hệ tà phương) có vài trục đối xứng bậc 2 và vài

mặt phảng đối xứng hoặc một trong hai yếu tố đối xứng này.

– Thông số ô mạng cơ sở: a₀ b₀ c₀;  =  =  = 90^o

– Ví dụ: Lưu huỳnh trực giao (S_), baritin (BaSO₄) …

4. Hệ tam phương (Hệ mặt thoi; trigonal;) có ít nhất một trục đối xứng bậc 3.

6

– Thông số ô mạng cơ sở: a₀= b₀= c₀;  =  =   90^o

– Ví dụ: Canxit (CaCO₃), NaIO₄.3H₂O …

5. Hệ tứ phương (tetragonal) có một trục đối xứng bậc bốn.

– Thông số ô mạng cơ sở: a₀= b₀ c₀;  =  =  = 90^o

– Ví dụ: SnO₂, CaWO₄...

6. Hệ lục phương (hexagonal) có một trục đối xứng bậc 6.

– Thông số ô mạng cơ sở: a₀= b₀ c₀;  =  = 90^o,  = 120^o

– Ví dụ: thạch anh (sio₂), nephelin (naalsio₄)…

7. Hệ lập phương (cubic) có 3 trục đối xứng bậc bốn.

– thông số ô mạng cơ sở: a₀= b₀= c₀;  =  =  = 90^o

– Ví dụ: NaCl, CaF₂...

7

14 mạng lưới Bravais

III. CÁC DẠNG CẤU TRÚC TINH THỂ CƠ BẢN CỦA HỢP CHẤT VÔ

CƠ

Dựa vào bản chất liên kết và khoảng cách giữa các tiểu phần, người ta phân

chia các tinh thể hợp chất vô cơ thành 4 kiểu cấu trúc tinh thể: cấu trúc đảo,

cấu trúc mạch, cấu trúc lớp và cấu trúc phối trí.

1. Cấu trúc đảo

– Trong cất trúc đảo: mỗi tiểu phân (nguyên tử khí trơ, phân tử hay ion phức tạp)

tạo thành một đảo riêng biệt nằm trên một nút mạng. Liên kết giữa các tiểu

phân là liên kết Van der Waals, lực liên kết hydro hay lực hút tĩnh điện kém bền

8

vững nên các chất có cấu trúc đảo có năng lượng mạng lưới nhỏ, nhiệt độ nóng

chảy, nhiệt độ sôi nhỏ, thường là chất khí hoặc lỏng ở nhiệt độ phòng

– Trong cấu trúc đảo, liên kết cộng hóa trị chỉ tồn tại trong nội bộ một nút mạng.

Mỗi nút mạng có thể là một phân tử hữu hạn, ion phức hoặc một nguyên tử khí

trơ. Ví dụ: các chất H₂, O₂, N₂, Ar, CO₂, halogen ở trạng thái rắn, các hợp chất

hữu cơ, H₂O, K₂[TiCl₆] có cấu trúc tinh thể dạng đảo.

– Thuộc loại cấu trúc này có mạng phân tử và mạng ion có ion phức tạp

2. Cấu trúc mạch

– Cấu trúc mạnh: được tạo thành từ các mạch vô hạn. Giữa các nguyên tử trong

nội bộ một mạch (theo một hướng trong không gian) là liên kết cộng hóa trị.

Các mạch này liên kết với nhau (theo hai hướng còn lại trong không gian) bằng

các lực Van Der Waals, ion, hydro.

9

– Mạch thường có đơn vị cấu trúc bát diện (AB₆), tứ diện hay vuông (AB₂) với

các thành phần hợp thức AB₅, AB₄, AB₃, AB₂nối nhau qua cầu B.

• Mạch có đơn vị cấu trúc tứ diện AB₄với thành phần hợp thức AB₂(ví dụ:

BeCl₂)

BeCl₂

AB₂

• Mạch có đơn vị cấu trúc vuông AB₄với thành phần hợp thức AB₂(ví dụ:

PdCl₂)

PdCl₂

AB₂

• Mạch có đơn vị cấu trúc bát diện AB₆với thành phần hợp thức AB₄(Ví dụ:

MgCl₂.2H₂O)

• Mạch có đơn vị cấu trúc bát diện AB₆với thành phần hợp thức AB₅(ví dụ

CrF₅- trong hợp chất CaCrF₆)

10

CaCrF₆

AB₅

3. Cấu trúc lớp

– Cấu trúc lớp được tạo thành từ các lớp vô hạn. Giữa các nguyên tử trong nội bộ

một lớp (theo hai hướng trong không gian) là kiên kết cộng hóa trị. Giữa các

lớp (theo một hướng trong không gian) là liên kết Van der Waals, ion, hydro.

– Lớp thường có đơn vị cấu trúc bát diện (AB₆) với các thành phần hợp thức

AB₅, AB₄, AB₃, AB₂nối nhau qua cầu B.

• Lớp có đơn vị cấu trúc bát diện AB₆với thành phần hợp thức AB₃, ví dụ:

Al(OH)₃

AB₃

Al(OH)₃

• Lớp có đơn vị cấu trúc bát diện AB₆với thành phần hợp thức AB₂(ví dụ:

CdI₂)

11

AB₂

4. Cấu trúc phối trí

– Trong cấu trúc phối trí, mỗi tiểu phân (trên một nút mạng) được bao quanh bởi

một số xác định tiểu phân đơn bên cạnh (nguyên tử, ion đơn), nằm ở những

khoảng cách bằng nhau và được liên kết bằng cùng một kiểu liên kết mạnh (ion,

cộng hóa trị hay kim loại)

• Liên kết ion và liên kết kim loại có tính không bão hoà, không định

hướng nên tinh thể phối trí ion và kim loại có số phối trí cao. Chúng

được xây dựng theo nguyên lý sắp xếp đặc khít nhất sao cho thể tích

khoảng không gian tự do còn lại giữa chúng là nhỏ nhất.

• Cấu trúc các tinh thể phối trí cộng hóa trị (cấu trúc không gian) được

quyết định bởi tính chất lai hóa của các nguyên tử nên tinh thể cộng hóa

trị thường có số phối trí nhỏ (= 4)

– Thuộc loại cấu trúc này có mạng nguyên tử, mạng ion và mạng kim loại.

– Cấu trúc phối trí thường có thành phần hợp thức A, AB, AB₂, AB₃

• Cấu trúc phối trí có thành phần hợp thức A và có các đơn vị cấu trúc

khác nhau:

12

• Cấu trúc phối trí có thành phần hợp thức AB và có các đơn vị cấu trúc

khác nhau:

NaCl (AB₆)

CsCl (AB₈)

ZnS (AB₄)

• Cấu trúc phối trí có thành phần hợp thức AB₂và có các đơn vị cấu trúc

khác nhau:

TiO₂(AB₆)

SiO₂(AB₄)

• Cấu trúc phối trí có thành phần hợp thức AB₃và đơn vị cấu trúc bát diện

AB₆

ReO₃(AB₆)

13

IV. MỐI LIÊN HỆ GIỮA BẢN CHẤT LIÊN KẾT, CÁC LOẠI MẠNG

LƯỚI TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CÁC CHẤT

MA

M – kim loại

A – phi kim

M – phi kim

A – phi kim

M – kim loại

A – kim loại

_A- _M> 1,7

_A- _M< 1,7

Liên kết Kim loại

Mạng kim loại

Liên kết Cộng hóa trị

Liên kết Ion

Mạng

Mạng ion

nguyên tử

phân tử

Ion đơn

Ion phức

Cấu trúc phối trí

Cấu trúc đảo

Cấu trúc

mạch

Cấu trúc

lớp

1. Các chất với liên kết kim loại và mạng tinh thể kim loại.

a. Cấu trúc mạng tinh thể: trong tinh thể kim loại ở nút mạng là các

cation kim loại (mang điện tích dương) liên kết với nhau bởi liên kết kim

loại và được sắp xếp theo quy tắc đặc khít nhất, còn các e hóa trị chuyển

động tự do trong toàn bộ tinh thể kim loại tạo thành loại liên kết không

định chỗ. Mạng tinh thể kim loại là một hệ đại phân tử. Toàn bộ khối

kim loại được coi là một đại phân tử.

– Các kim loại và hợp kim có loại mạng này.

– Số phối trí tính bằng số nguyên tử kim lọai bao quanh

Na

Cu

Mg

(SPT = 8)

(SPT = 12)

14

b. Năng lượng mạng lưới: được quyết định bởi mật độ e hóa trị (vì chỉ có

các AO hóa trị mới có khả năng xen phủ và làm tăng mật độ e):

-

Năng lượng mạng lưới tinh thể kim loại sẽ càng lớn khi bán kính

nguyên tử càng nhỏ và số e hóa trị càng lớn.

c. Tính chất vật lý: kim loại có những tính chất rất đặc trưng như có ánh

kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, dẻo, dễ kéo dài, dễ dát mỏng…

-

Năng lượng mạng lưới kim loại thường không nhỏ lắm (trừ Hg)

nên tất cả các kim loại đều là chất rắn ở nhiệt độ phòng. Do mật

độ khí electron trong các kim loại là rất khác nhau nên các chất

có liên kết kim loại có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất

khác nhau

-

Ví dụ: kim loại kiềm có bán kính lớn, số e hoá trị = 1  mật độ

e nhỏ  nhiệt độ nóng chảy thấp, mềm.

Chất

K

63

766

2,36

4s¹

Ca

850

1490

1,97

4s²

Na

98

900

1,89

Sc

1539

2700

1,64

3d¹4s²

K

63

766

2,36

Ti

1668

3330

1,46

3d²4s²

Rb

39

700

2,48

Nhiệt độ nóng chảy, ⁰C

Nhiệt độ sôi, ⁰C

Bán kính, Ǻ

Electron hóa trị

Chất

Nhiệt độ nóng chảy, ⁰C

Nhiệt độ sôi, ⁰C

Bán kính, Ǻ

Li

180

1330

1,55

Electron hóa trị

ns¹

2. Các chất với liên kết ion và mạng tinh thể ion.

a. Cấu trúc mạng tinh thể: Tinh thể ion được tạo thành từ những ion

ngược dấu luân phiên nằm tại các nút mạng và liên kết với nhau theo lực

hút tĩnh điện và không thể tách riêng từng phân tử từ tinh thể nên tinh thể

ion được coi là một đại phân tử.

– Số phối trí là số tiểu phần bao quanh tiểu phần trung tâm

• NaCl: Na và Cl có số phối trí 6

• CsCl: Cs và Cl có số phối trí 8

• K₂[TiCl₆]: K có số phối trí 4 (tiểu phần phối trí là ion phức

hexaclorotitanat(IV)).

• Ion [TiCl₆]^2-có số phối trí 8

K₂[TiCl₆]

b. Năng lượng mạng tinh thể ion (U_ml).

15

✓ Định nghĩa: U_ml– là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol tinh

thể của chất và chuyển thành các ion cô lập ở trạng thái khí.

✓ Nhận xét về năng lượng mạng lưới ion:

➢ Trong các hợp chất ion bậc hai, khi chênh lệch độ âm điện giữa

hai nguyên tử tạo ion càng lớn, độ ion của liên kết càng lớn 

năng lượng mạng lưới tinh thể ion càng cao.

➢ Năng lượng mạng lưới ion sẽ càng lớn khi lực hút tĩnh điện giữa

các ion càng lớn, tức là khi điện trường của các ion càng mạnh:

o Đối với các ion cùng điện tích, kích thước ion càng lớn,

điện trường càng nhỏ, năng lượng mạng lưới càng nhỏ.

o Đối với các ion có cùng bán kính, điện tích ion càng lớn,

năng lượng mạng lưới ion càng lớn.

- Một số giá trị năng lượng mạng tinh thể tham khảo:

16

✓ Trên thực tế, năng lượng mạng tinh thể không thể tính trực tiếp, nên

thường dùng các phương pháp tính gián tiếp:

➢ Thực nghiệm: Sử dụng chu trình Born – Haber (Áp dụng định

luật Hess):

Năng lượng mạng tinh thể của NaCl(r) được tính từ phản ứng sau:

Na(s) + ½ Cl₂(g)  NaCl(s)

➢

Trong đó

H_thNaCl: Nhiệt thăng hoa Na = 108 kI/mol

I_Na: Năng lượng ion hóa = 496 kJ/mol

E_pl: năng lượng phân ly Cl₂(k) = 224 kJ/mol

H_tt: Nhiệt tạo thành NaCl (r) = – 411 kJ/mol

E_Cl: Ái lực electron của Cl = – 349 kJ/mol

Áp dụng định luật Hess:

H_tt

U

= H_thNa+ I_Na+ ½ E_pl+ E_Cl+ U

= H_tt– H_thNa– I_Na– ½ E_pl– E_Cl

= – 411 – 108 – 496 – 224/2 + 349

= –788 kJ/mol

➢ Tính toán lý thuyết dựa trên lực tĩnh điện của tinh thể ion tinh khiết:

Lực Coulomb – phương trình Born

• Coulomb đưa ra phương trình tính lực tương tác tĩnh điện trong phân tử ion

e |Z ||Z |

―

2

+

như sau:

F =

4πε r

0

Với:

e: Điện tích của 1 electron = 1,602210^-19C

r: Khoảng cách giữa 2 ion (m).

z₊, z_-: Độ lớn điện tích các ion.

₀: Hằng số điện môi chân không. 4₀=1,1126510^-10C²/(J.m)

• Dựa trên lực tương tác này, Born đưa ra phương trình tính năng lượng cho 1

―

2

+

MN e |Z ||Z |

A

mol tinh thể ion:

E =

ml

4πε r

0

Với N_A: Hằng số Avogadro

= 6.0221415 × 10²³

M - hệ số Madelung, đặc trưng cho ảnh hưởng của các ion cùng và ngược dấu

bao quanh đối với mỗi ion trong tinh thể ( M phụ thuộc vào dạng cấu trúc)

Công thức Số phối trí Dạng cấu trúc

Tỷ số giới hạn về

Hệ số

Mandelung M

17

r^

R^

bán kính x 

MX

8

6

4

8

CsCl

NaCl

x > 0,723

0,414 < x < 0,732

1,763

1,7475

1,638

2,40

ZnS (Sphaqlerit) 0,225 < x < 0,414

CaF₂(Fluorit)

CdI₂

TiO₂(Rutil)

Vuazit

Florit

MX₂

x > 0,732

x < 0,732

2,36

6

2,408

1,641

2,520

Sai số khi tính bằng chu trình Born-Haber so với phương trình Born

Phương trình Born – Mayer

―

2

+

d

N e |Z ||Z |

A

E =

ml

1 ―

M

d

4πε d

0

0 0

với

d_o= r₊+ r_-

d : hằng số (bằng 34.5 pm nếu r tính bằng pm, 10^-12m)

thay các hằng số đã biết, ta có:

―

+

d

1390|Z ||Z |

E =

ml

1 ―

M (kJ/mol)

d

0

Phương trình Born – Lande

Việc tính toán hằng số Madelung tương đối khó khăn, nên Lande đã mở rộng

phương trình Born theo dạng:

―

2 +

1

MN e Z Z

A

E =

ml

1 ―

n

4πε r

0 0

Với: r₀là khoảng cách giữa 2 ion (r₀= r⁺+ r^-)

Chú ý ở đây nếu dùng trị tuyệt đối cho z thì phải thêm dấu – phía trước công

thức.

n là hệ số (còn gọi là hệ số Born).

r₀tính bằng met, e tính bằng j/mol.

n - hệ số đẩy Born, chỉ sự liên hệ giữa anion và cation, có giá trị phụ thuộc vào cấu

hình e của ion (tương ứng với khí trơ):

He

5

Ne

7

Ar

9

Kr

10

Xe

12

18

Nếu cấu hình e của cation và anion là khác nhau thì n nhận giá trị trung bình của hai

cấu hình ion đó.

Một số giá trị n cho các hợp chất và ion khác:

LiF LiCl LiBr NaCl NaBr

5,9 8,0 8,7 9,1 9,5

Cu⁺Ag⁺Au⁺

9

10

12

Ví dụ:

Tính năng lượng tinh thể của NaCl.

MN_AZ^Z^e²

1

E_ml

(1 )

4₀r₀

n

1,756.02310²³(1)(1)(1,60210^19)²

1



(1

)

43,1428.85410^1228210^12

9,1

 766376 J / mol  766.376 kJ / mol

Phương trình Kapustinsky

Z^Z^

E_ml A

n

r^ R^

Trong đó:

A - hằng số = 1071,5 nếu U tính theo kJ/mol

= 256,1 nếu U tính theo kcal/mol

n - số ion có trong công thức hợp chất ion

r – tính bằng Å (10⁻¹⁰m)

• Ví dụ: Với NaCl



11



E_ml1071,5

2  757,24 kJ / mol

NaCl

2,83

• Phương trình này khá chính xác và được sử dụng rộng rãi.

• Phương trình này còn được sử dụng để ước lượng bán kính của những ion phức

tạp, như trong bảng dưới đây

19

c. Độ bền và tính chất vật lý:

✓ Sự phân cực tương hỗ giữa các ion làm tăng độ cộng hóa trị của liên

kết, làm giảm điện tích ion hiệu dụng và dẫn đến giảm độ ion của liên

kết nên nhiệt độ phân ly, nhiệt độ nóng chảy… trong tinh thể ion

giảm.

✓ Ví dụ: CaF₂rất bền, ở 1000⁰C vẫn chưa bị phân hủy, trong khi CuI₂

không tồn tại ở nhiệt độ thường.

Giải thích: r[Cu²⁺] = 0,72 Å < r[Ca²⁺] = 0,99Å.

Trong khi r[I^-] >> r[F^-], vì vậy Cu²⁺sẽ hút e về phía nó, làm giảm độ

ion, Cu²⁺dễ chuyển thành Cu⁺, còn I^-chuyển thành I₂.

Phân tử CaF₂rất ít bị phân cực, nên tính ion rất cao.

Ví dụ:

Xét nhiệt độ nóng chảy của 2 dãy sau để thấy rõ ảnh hưởng của sự phân cực

ion.

Hợp chất: LiF LiCl

LiBr

550

LiI

469

t_nc(⁰C) : 848

607

Hợp chất: MgCO₃CaCO₃SrCO₃BaCO₃

t_nc(⁰C) : 600

897 1100 1400

Độ tan: Khả năng hòa tan của hợp chất ion phụ thuộc 2 yếu tố: Năng lượng

mạng tinh thể E_mlvà năng lượng hydrat hóa E_h.

• Nếu E_ml>> E_hthì muối khó tan, và ngược lại. Khi E_mltăng, E_hgiảm thì tính

tan giảm, ngược lại.

• E_hphụ thuộc vào khả năng phân cực nước của Cation, E_hlớn khi khả năng

phân cực mạnh. Nhận xét bảng sau:

Muối

CaSO₄

SrSO₄

BaSO₄

20