Bài giảng Hóa học đại cương 1 - Lê Thị Sở Như

Bài giảng Hóa học đại cương 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguyên tử – nguyên tố hóa học – đồng vị; Cấu trúc electron trong nguyên tử; Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học sự biến thiên tuần hoàn một số tính chất của nguyên tử;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hóa học đại cương 1 - Lê Thị Sở Như BÀI GIẢNG HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG 1 LÊ THỊ SỞ NHƯ Khoa HÓA HỌCĐại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia tp HCM 2016 1Chương 1 GIỚI THIỆU1.1. Đối tượng nghiên cứu của hóa học Thế giới vật chất chung quanh chúng ta luôn luôn vận động và biến đổi. Hóa họcngày nay là khoa học nghiên cứu những quy luật liên quan tới các biến đổi của vật chấtgắn liền với các sự thay đổi tính chất, thành phần, và cấu tạo của chúng. Do đó mộttrong các vấn đề các nhà hóa học quan tâm là giải thích mối quan hệ giữa tính chất,thành phần, và cấu tạo của vật chất. Ví dụ, điều gì làm cho kim cương cứng còn than chìmềm, tại sao nước hòa tan được đường mà không hòa tan được dầu, tại sao khi đốtcháy than thì khí CO2 được tạo thành đồng thời với sự phát nhiệt, v.v... Ngoài ra, chúngta phải nhớ rằng tất cả vật chất quanh ta, các chất sống (từ tế bào tới động vật bậc cao)và không sống (đất đá, sông núi...) đều tạo thành từ các hoá chất, do đó đối tượng quantâm của các nhà hóa học không chỉ là các vấn đề liên quan tới thế giới vô tri như cáccâu hỏi ví dụ trên, mà cả thế giới các chất “sống” quanh ta. Không chỉ vậy, công việc quan trọng của các nhà hóa học còn là nghiên cứu đểtìm ra các phương pháp và điều kiện để tạo ra các chất mới, hoặc cải tiến phương phápđiều chế các chất đã biết. Trong lĩnh vực này, hóa học liên quan rất mật thiết với cuộcsống của chúng ta. Nhờ các công nghệ liên quan với hóa học mà chúng ta có vải sợi,thuốc men, thực phẩm chế biến, phân bón, thuốc trừ sâu…với vô số chủng loại thay đổitheo nhu cầu của cuộc sống. Hóa học hiện đại còn nghiên cứu để lắp ráp các phân tửnhỏ theo cách nào đó, tạo thành những cấu trúc mới chưa từng biết tới trong tự nhiên, vídụ, các hợp chất với các lỗ xốp có kích thước nhất định để dùng trong các ngành côngnghiệp khác nhau. Hóa học hiện đại cũng tìm ra những phương pháp mới để điều chếhóa chất sao cho thân thiện với môi trường hơn, hướng nghiên cứu này đưa tới một lĩnhvực mới với tên gọi là Hóa học xanh (Green Chemistry)... Trong quá trình nghiên cứu tìm ra những chất mới, có không ít các chất được tạothành mà không có giá trị thiết thực nào đối với cuộc sống, tuy nhiên điều đó không phảilà hoàn toàn vô ích. Chính việc nghiên cứu dẫn tới những chất “không thiết thực” đó gópphần giúp các nhà hóa học hiểu rõ hơn những yếu tố liên quan tới sự biến đổi của vậtchất, hoàn thiện hơn các kiến thức hóa học. Các kiến thức đó không chỉ cho phép cácnhà hóa học cải tiến, điều khiển các biến đổi hóa học để hy vọng tạo ra được nhữngchất mới đáp ứng ngày càng tốt hơn nhu cầu cuộc sống của chúng ta, mà còn giúp cácnhà khoa học nghiên cứu thế giới theo cách ngày càng hiệu quả hơn. 2 Nhiều kiến thức hóa học trước thế kỷ XVII được rút ra từ các thí nghiệm theo kiểu“thử và sai”. Tuy nhiên, nếu tiến hành nghiên cứu theo cách “thử và sai” không địnhhướng thì vừa tốn kém thời gian và công sức, vừa phung phí tiền bạc. Ngày nay, kiếnthức hóa học dựa trên các nguyên lý, các thuyết được rút ra từ sự khám phá thế giớimột cách có phương pháp và hệ thống, gọi là phương pháp nghiên cứu khoa học, sẽđược giới thiệu trong phần tiếp theo sau đây.1.2. Phương pháp nghiên cứu khoa học Galieo, Francis Bacon, Robert Boyle, và Isaac Newton là những người đầu tiênkhai sinh phương pháp nghiên cứu khoa học vào thế kỷ XVII. Các nghiên cứu theophương pháp khoa học luôn được bắt đầu bằng quan sát khách quan, không dựa trênbất cứ định kiến nào. Khi số lượng quan sát đủ lớn, người ta có thể rút ra được các quiluật chung để mô tả các hiện tượng quan sát được – gọi là các định luật (natural law).Nhiều định luật có thể được phát biểu dưới dạng các biểu thức toán học. Ví dụ, đầu thếkỷ XVI, Nicolas Copernicus quan sát cẩn thận sự di chuyển của các hành tinh và kếtluận rằng trái đất và các hành tinh quay quanh mặt trời theo những quỹ đạo tròn vớiphương trình nhất định. Kết luận của ông là ngược lại hẳn với những điều người ta tintưởng thời đó, rằng trái đất là trung tâm của vũ trụ, mặt trời và các hành tinh khác quayquanh trái đất. Giá trị của định luật là cho phép chúng ta dự đoán hiện tượng sắp xảy ra.Ví dụ, các phương trình của Copernicus cho phép dự đoán được vị trí của trái đất trongtương lai chính xác hơn các quan niệm thời bấy giờ, nên có thể coi định luật Copernicuslà một thành công. Tuy nhiên, ta cần nhớ rằng không phải các định luật luôn tuyệt đốiđúng. Đôi khi kết quả từ các quan sát mới buộc chúng ta phải điều chỉnh định luật. Ví dụ,các qui luật của Copernicus sau đó đã được điều chỉnh bởi Johannes Kepler, người chorằng các hành tinh chuyển động quanh mặt trời trên những quỹ đạo hình elip. Để điềuchỉnh định luật – tức là điều chỉnh kiến thức – các nhà khoa học phải thiết kế các thínghiệm để kiểm tra xem các kết luận trước có luôn đúng với kết quả thực nghiệm không. Bên cạnh các qui luật chung được đưa ra ở dạng định luật, các nhà khoa họccũng tìm cách giải thích tại sao các hiện tượng lại xảy ra theo qui luật như vậy. Các lờigiải thích sơ khởi cho qui luật được gọi là “giả thiết” (hypothesis). Khi có giả thiết, cácnhà khoa học sẽ thiết kế các thí nghiệm để kiểm tra giả thiết. Nếu kết quả thực nghiệmphù hợp với giả thiết, tức là giả thiết đúng, giả thiết sẽ được phát triển thành thuyết, haylý thuyết (model, theory). Như vậy, thuyết chính là các lời giải thích tại sao các hiệntượng tự nhiên xảy ra theo qui luật nào đó. Nếu kết quả thực nghiệm mâu thuẫn với giảthiết, người ta phải điều chỉnh giả thuyết, và tiến hành kiểm tra lại giả thuyết mới. Đôi khi 3không có qui luật và lời giải thích đúng cho tất cả các hiện tượng, khi đó giả thuyết phùhợp nhất sẽ được giữ lại. Qua thời g ...