Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Group 2 · ⁨Nhóm 2⁩

A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · Topic 27 · ⁨Chủ đề 27⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
8:06

Nhóm 2 (A2)

Đây là một bài đố. Đi xuống Nhóm 2, từ magnesium đến barium, hydroxide trở nên tan nhiều hơn. Đi xuống cùng nhóm đó, sunfat trở nên tan ít hơn.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

27.1

Thermal stability of the nitrates and carbonates · ⁨Độ bền nhiệt của nitrat và cacbonat⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. describe and explain qualitatively the trend in the thermal stability of the nitrates and carbonates including the effect of ionic radius on the polarisation of the large anion
  2. describe and explain qualitatively the variation in solubility and of enthalpy change of solution, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, of the hydroxides and sulfates in terms of relative magnitudes of the enthalpy change of hydration and the lattice energy
Tiếng Việt
  1. mô tả và giải thích định tính xu hướng về độ bền nhiệt của nitrat và cacbonat bao gồm ảnh hưởng của bán kính ion lên sự phân cực anion lớn
  2. mô tả và giải thích định tính sự biến thiên độ tan và enthalpy hòa tan, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, của hydroxit và sunfat dựa trên độ tương đối giữa enthalpy hydrat hóa và năng lượng mạng tinh thể

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

The thermal stability 热稳定性 of the Group 2 nitrates 硝酸盐 and carbonates 碳酸盐 increases down the group. Here is the reason, in terms of how the ions affect each other.

A small cation 阳离子 with a small ionic radius 离子半径 has a high charge density. It pulls on the electrons of the nearby anion and distorts its shape — this is polarisation 极化. Distorting the large anion 阴离子 (the carbonate or nitrate ion) weakens a bond inside it, so the compound breaks down more easily.

Going down the group, the cation gets larger. Its charge density drops, so it polarises the anion less. The anion is less distorted, so the compound is harder to break down — it is more thermally stable and needs a higher temperature to decompose.

Worked example. Down Group 2 the hydroxides become more soluble while the sulfates become less soluble. Explain why the two trends run in opposite directions. Solubility is a contest between the lattice energy holding the solid together and the hydration energy rewarding the ions for dissolving. Both get less exothermic as the cation grows, so whichever falls faster decides the trend. With the small hydroxide ion, the lattice energy depends strongly on the cation's size, so it falls faster than the hydration energy: the lattice gets relatively easier to break and solubility rises. With the large sulfate ion, the lattice energy is already dominated by that big anion and barely changes down the group, while the cation's hydration energy still falls - so solubility falls. Name both energies and say which one falls faster; simply restating the trends earns no explanation marks.

Tiếng Việt

Độ bền nhiệt của nitrat và cacbonat thuộc Nhóm 2 tăng dần xuống dưới trong nhóm. Dưới đây là lời giải thích dựa trên cách các ion ảnh hưởng lẫn nhau.

Lò quay trong nhà máy sản xuất vôi
Nung đá vôi (calcium carbonate) trong lò sẽ phân hủy nó thành canxi oxide — đây là phản ứng phân hủy nhiệt

Một cation nhỏ có bán kính ion nhỏ sẽ có mật độ điện tích cao. Nó kéo các electron của anion lân cận và làm biến dạng hình dạng của nó — đây là sự phân cực. Việc làm biến dạng anion lớn (ion cacbonat hoặc nitrat) làm yếu một liên kết bên trong, do đó hợp chất dễ bị phân hủy hơn.

Di chuyển xuống nhóm, cation trở nên lớn hơn. Mật độ điện tích của nó giảm, nên nó phân cực anion ít hơn. Anion ít bị biến dạng hơn, nên hợp chất khó bị phá vỡ hơn — ổn định nhiệt hơn và cần nhiệt độ cao hơn để phân hủy.

Hai tình huống: một cation magnesi nhỏ mạnh mẽ làm biến dạng đám mây electron của anion cacbonat thành hình giọt nước, trong khi một cation barium lớn gần như không làm biến dạng
Một cation nhỏ có mật độ điện tích cao, nên làm biến dạng (phân cực) anion lớn hơn — làm yếu liên kết, nên hợp chất kém bền hơn

Ví dụ minh họa. Dọc nhóm 2, các hydroxide trở nên tan nhiều hơn trong khi các sulfat trở nên tan ít hơn. Giải thích tại sao hai xu hướng này đi ngược chiều nhau. Độ tan là cuộc cạnh tranh giữa năng lượng mạng tinh thể giữ cho chất rắn kết dính với nhau và năng lượng hydrat hóa thưởng cho các ion khi hòa tan. Cả hai đều giảm độ tỏa nhiệt khi cation tăng kích thước, vì vậy cái nào giảm nhanh hơn sẽ quyết định xu hướng. Với ion hydroxide nhỏ, năng lượng mạng tinh thể phụ thuộc mạnh vào kích thước cation, do đó nó giảm nhanh hơn năng lượng hydrat hóa: mạng tinh thể tương đối dễ bị phá vỡ hơn và độ tan tăng. Với ion sulfat lớn, năng lượng mạng tinh thể đã bị chi phối bởi anion lớn này và gần như không thay đổi dọc theo nhóm, trong khi năng lượng hydrat hóa của cation vẫn giảm - nên độ tan giảm. Hãy nêu tên cả hai loại năng lượng và chỉ ra loại nào giảm nhanh hơn; chỉ lặp lại các xu hướng mà không giải thích sẽ không được điểm giải thích.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Group 2 thermal stability ladder · ⁨Thang độ bền nhiệt nhóm 2⁩

Move down Group 2 and see why carbonates become harder to decompose. · ⁨Di chuyển xuống nhóm 2 và xem tại sao cacbonat trở nên khó phân hủy hơn.⁩

Explore · ⁨Khám phá⁩

Group 2 solubility lab · ⁨Phòng thí nghiệm độ tan nhóm 2⁩

Classify Group 2 compounds by solubility trend. · ⁨Phân loại hợp chất nhóm 2 theo xu hướng độ tan.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ độ bền nhiệt
nitrate/ˈnaɪtreɪt/ nitrat
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ cacbonat
cation/ˈkætaɪən/ cation
ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ bán kính ion
polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ phân cực
anion/ˈænaɪən/ anion
enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/ biến thiên enthalpy hòa tan
lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/ năng lượng mạng tinh thể
enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/ biến thiên enthalpy hydrat hóa
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ hydroxide
27.1

Solubility of the hydroxides and sulfates · ⁨Độ tan của hydroxide và sunfat⁩

English

When an ionic solid dissolves, two energy changes compete. The enthalpy change of solution 溶解焓变 is the sum of them:

$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
  • you must first pull the lattice apart (this needs the lattice energy 晶格能).
  • then water surrounds the ions (this releases the enthalpy change of hydration 水合焓变).

If the energy released on hydration roughly matches (or beats) the energy needed to break the lattice, the solid dissolves easily.

Going down the group, both the lattice energy and the hydration enthalpy get smaller (less negative), because the cation is larger. But they shrink at different rates, and this explains the opposite trends:

Compound Trend in solubility 溶解度 down the group Why
hydroxides 氢氧化物 increases the $\text{OH}^-$ ion is small, so the lattice energy falls a lot down the group; this change outweighs the fall in hydration energy
sulfates 硫酸盐 decreases the $\text{SO}_4^{2-}$ ion is large, so the lattice energy stays almost the same; the fall in hydration energy then dominates, so dissolving becomes less favourable
Tiếng Việt

Khi một chất rắn ion tan, hai thay đổi năng lượng cạnh tranh với nhau. Biến thiên enthalpy hòa tan là tổng của chúng:

Dọc nhóm 2 hydroxide tan nhiều hơn nhưng sulfat tan ít hơn
Dọc Nhóm 2, hydroxide tan tốt hơn nhưng sulfat kém tan hơn
$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
  • bạn phải tách mạng tinh thể ra trước (cần năng lượng mạng),
  • sau đó nước bao quanh các ion (thông qua biến thiên enthalpy hydrat hóa).

Nếu năng lượng giải phóng khi hydrat hóa xấp xỉ (hoặc vượt qua) năng lượng cần thiết để phá vỡ mạng tinh thể, chất rắn sẽ tan dễ dàng.

Một kết tủa gelatinous đồng(II) hydroxide màu xanh nhạt
Một hydroxide kim loại không tan tạo thành kết tủa gelatinous khi năng lượng mạng của nó quá lớn để được bù đắp bởi hydrat hóa

Di chuyển xuống nhóm, cả năng lượng mạng và enthalpy hydrat hóa đều trở nên nhỏ hơn (ít âm hơn), vì cation lớn hơn. Nhưng chúng thu hẹp với tốc độ khác nhau, và điều này giải thích các xu hướng ngược chiều:

Hai hộp so sánh hydroxide và sunfat: đối với hydroxide, năng lượng mạng giảm mạnh, đối với sunfat thì giữ nguyên, tạo ra các xu hướng độ tan ngược chiều
Tại sao các xu hướng lại ngược nhau: năng lượng mạng OH$^-$ nhỏ giảm mạnh xuống nhóm (hydroxide tan nhiều hơn), nhưng năng lượng mạng SO$_4^{2-}$ lớn gần như không thay đổi (sunfat tan ít hơn)
Hợp chất Xu hướng độ tan xuống nhóm Tại sao
hydroxides tăng lên ion $\text{OH}^-$ nhỏ, nên năng lượng mạng giảm mạnh xuống nhóm; sự thay đổi này áp đảo sự giảm của năng lượng hydrat hóa
sulfates giảm đi ion $\text{SO}_4^{2-}$ lớn, nên năng lượng mạng gần như không đổi; sự giảm của năng lượng hydrat hóa sau đó chi phối, nên việc tan trở nên kém thuận lợi hơn
Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ độ tan
sulfate/ˈsʌlfeɪt/ sunfat
27.1

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • Thermal stability of carbonates and nitrates increases down the group — larger cations polarise the anion less.
  • Give the decomposition products: carbonates → oxide + $\text{CO}_2$; nitrates → oxide + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (brown gas).
  • Hydroxides get more soluble and sulfates less soluble down the group.
  • Explain trends with cation charge density (polarising power), not just size.
Tiếng Việt
  • Độ bền nhiệt của cacbonat và nitrat tăng xuống nhóm — các cation lớn hơn phân cực anion ít hơn.
  • Đưa ra sản phẩm phân hủy: cacbonat → oxide + $\text{CO}_2$; nitrat → oxide + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (khí màu nâu).
  • Hydroxide tan nhiều hơn và sunfat tan ít hơn xuống nhóm.
  • Giải thích các xu hướng bằng mật độ điện tích cation (lực phân cực), không chỉ kích thước.

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP