1. Xây dựng dãy hoạt động hoá học

• Thông qua nhiều thí nghiệm (như cho kim loại phản ứng với nước, dung dịch acid, dung dịch muối), các nhà khoa học có thể sắp xếp các kim loại thành một dãy theo thứ tự khả năng phản ứng giảm dần. Dãy này được gọi là dãy hoạt động hoá học.
• Dãy hoạt động hoá học của một số kim loại phổ biến là: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, H, Cu, Ag, Au.
• Mẹo ghi nhớ vui (dành cho học sinh): Khi Nào Cần May Áo Giáp Sắt Phải Hỏi Cửa Á Phi (Âu).

2. Ý nghĩa của dãy hoạt động hoá học Dãy hoạt động hoá học cho biết 3 tính chất cực kì quan trọng để dự đoán phản ứng:

1. Mức độ hoạt động hoá học giảm dần từ trái sang phải. (K là mạnh nhất, Au là yếu nhất).
2. Tác dụng với acid: Các kim loại đứng trước H mới có thể phản ứng với dung dịch acid (như $H_2SO_4$ loãng, HCl...) để giải phóng khí hydrogen ($H_2$).
3. Tác dụng với dung dịch muối: Kim loại đứng trước (ngoại trừ các kim loại phản ứng với nước như K, Na, Ca,...) có thể đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối của chúng.

3. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Dãy hoạt động hoá học được xây dựng từ thực nghiệm: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, H, Cu, Ag, Au.
• Ý nghĩa của dãy hoạt động hoá học:
  • Từ trái sang phải, mức độ hoạt động hoá học giảm dần.
  • Các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Ca,... tác dụng được với nước ở điều kiện thường, giải phóng khí hydrogen.
  • Kim loại đứng trước H có thể tác dụng với dung dịch acid, giải phóng khí hydrogen.
  • Kim loại đứng trước (trừ K, Na, Ca,...) có thể đẩy kim loại đứng sau ra khỏi dung dịch muối.

4. Em có thể

• Dự đoán được phản ứng hoá học của các kim loại với nước, dung dịch acid, dung dịch muối,....

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao Vàng (Au), Bạc (Ag) lại được dùng làm đồ trang sức và có giá trị cao? Nhìn vào dãy hoạt động hoá học, em sẽ thấy Ag và Au nằm ở tận cùng bên phải, đứng sau H. Điều này có nghĩa là chúng hoạt động hoá học cực kì yếu, không bị oxi hoá bởi không khí, không phản ứng với nước hay các acid thông thường. Nhờ vậy, vàng và bạc luôn giữ được vẻ sáng bóng lấp lánh hàng trăm năm mà không bị gỉ sét.
• Không dùng nồi Nhôm (Al) để đựng canh chua lâu ngày: Nhôm (Al) đứng trước H trong dãy hoạt động hoá học, nên nó có khả năng phản ứng với các acid. Trong canh chua, dưa muối có chứa nhiều acid hữu cơ (như acid lactic, acid acetic). Nếu đựng trong nồi nhôm lâu ngày, nhôm sẽ bị acid hoà tan một phần, vừa làm hỏng nồi vừa ráng trộn nhôm vào thức ăn gây hại cho sức khoẻ.
• Ứng dụng bảo vệ vỏ tàu biển (Mẹo chống ăn mòn kim loại): Vỏ tàu biển thường làm bằng thép (thành phần chính là Sắt - Fe) và rất dễ bị gỉ sét khi ngâm trong nước biển. Để bảo vệ vỏ tàu, các kĩ sư thường gắn những tấm Kẽm (Zn) ở phần vỏ ngập dưới nước. Theo dãy hoạt động, Zn đứng trước Fe nên Zn hoạt động mạnh hơn. Kẽm sẽ bị nước biển ăn mòn thay cho Sắt. Người ta gọi đây là phương pháp "vật hi sinh", thỉnh thoảng chỉ cần thay các tấm kẽm mới là vỏ tàu vẫn nguyên vẹn.

1. Phương pháp tách kim loại

Trong tự nhiên, hầu hết kim loại tồn tại dưới dạng hợp chất (oxide, muối...) trong các loại quặng (như quặng bauxite chứa $Al_2O_3$, quặng hematite chứa $Fe_2O_3$). Để tách kim loại ra khỏi quặng, người ta dùng 3 phương pháp chính:

• Phương pháp điện phân nóng chảy: Dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh (như Na, Ca, Mg, Al...). Ví dụ, sản xuất nhôm từ aluminium oxide: $2Al_2O_3 \xrightarrow{\text{Điện phân nóng chảy, Cryolite}} 4Al + 3O_2$.
• Phương pháp nhiệt luyện: Dùng để tách các kim loại hoạt động trung bình (như Zn, Fe, Cu...) ở nhiệt độ cao, bằng cách dùng các chất khử như C, CO, $H_2$, Al.... Ví dụ, tách sắt: $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$.
• Phương pháp thuỷ luyện: Dùng để tách các kim loại hoạt động yếu (như Ag, Au...).

2. Hợp kim

• Khái niệm: Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
• Ưu điểm: Hợp kim thường có những ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất như: độ cứng cao hơn, bền hơn, khả năng chống ăn mòn tốt hơn và giá thành thường rẻ hơn.
• Một số hợp kim phổ biến:
  • Gang và Thép: Đều là hợp kim của sắt (Fe) và carbon (C) cùng một số nguyên tố khác. Gang chứa 2% - 5% carbon (cứng và giòn). Thép chứa dưới 2% carbon (cứng, dẻo, đàn hồi tốt).
  • Inox (Thép không gỉ): Hợp kim của sắt, carbon và thêm các nguyên tố như chromium, nickel giúp inox cứng và khó bị gỉ.
  • Duy-ra (Duralumin): Hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium... Rất nhẹ và cứng hơn nhôm nguyên chất.

3. Sản xuất gang, thép

• Sản xuất gang: Nguyên liệu gồm quặng hematite ($Fe_2O_3$), than cốc và đá vôi. Quá trình diễn ra trong lò cao: Than cốc cháy tạo khí CO ($C + O_2 \rightarrow CO_2$ và $C + CO_2 \rightarrow 2CO$). Khí CO sẽ khử oxide sắt tạo ra sắt lỏng ($3CO + Fe_2O_3 \rightarrow 2Fe + 3CO_2$). Sắt lỏng hoà tan một lượng nhỏ carbon tạo thành gang. Đá vôi phân huỷ và kết hợp với tạp chất tạo thành xỉ ($CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$) nhẹ hơn nổi lên trên để loại bỏ.
• Sản xuất thép: Nguyên liệu là gang và khí oxygen. Quá trình này thổi khí oxygen vào gang lỏng ở nhiệt độ cao để đốt cháy các tạp chất (C, Si, Mn, P, S...) làm giảm hàm lượng carbon và tạp chất, từ đó thu được thép.

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Các bước cơ bản để tách kim loại từ quặng: Quặng $\xrightarrow{\text{Làm giàu quặng}}$ Hợp chất chứa kim loại $\xrightarrow{\text{Phương pháp hoá học}}$ Kim loại.
• Một số phương pháp hoá học thường dùng để tách kim loại: Điện phân nóng chảy, nhiệt luyện, thuỷ luyện.
• Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại/phi kim khác. Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất (như độ bền, độ cứng cao...).
• Sản xuất gang: Trải qua các giai đoạn tạo khí $CO$, tạo gang từ quặng ($3CO + Fe_2O_3 \rightarrow 2Fe + 3CO_2$), và tạo xỉ ($CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$).
• Sản xuất thép: Làm giảm các tạp chất (C, Si, Mn...) trong gang bằng cách chuyển chúng thành các oxide và loại bỏ chúng để thu được thép.

5. Em có thể

• Giải thích được mối liên hệ giữa tính chất và ứng dụng của hợp kim.
• Trình bày (thuyết trình/viết/vẽ) về các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang và quá trình sản xuất thép.

6. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao vỏ máy bay lại làm từ hợp kim Duy-ra (Duralumin) mà không phải nhôm hay thép? Thép rất cứng nhưng quá nặng, nếu làm vỏ máy bay sẽ không thể bay lên hiệu quả. Nhôm nguyên chất rất nhẹ nhưng lại quá mềm dẻo. Bằng cách pha thêm một lượng nhỏ Đồng (Cu), Manganese (Mn) và Magnesium (Mg) vào Nhôm, các nhà luyện kim tạo ra Duralumin – một hợp kim nhẹ như nhôm nhưng lại cứng cáp gần bằng thép. Đây là vật liệu hoàn hảo cho ngành hàng không vũ trụ.
• Phân biệt Gang và Thép trong đời sống: Dù đều làm từ sắt và carbon, nhưng do tỉ lệ carbon khác nhau nên tính chất của chúng trái ngược nhau. Gang chứa nhiều carbon (2-5%) nên cứng nhưng rất giòn, dễ nứt vỡ khi bị đập mạnh, thường dùng để đúc vỏ động cơ hoặc nắp cống trên đường. Thép chứa ít carbon (< 2%) nên dẻo dai, tính đàn hồi cao, có thể uốn cong thành cốt thép xây dựng nhà cửa, làm lò xo hoặc khung xe máy.
• Cryolite trong sản xuất Nhôm có tác dụng gì? Nhôm oxide ($Al_2O_3$) có nhiệt độ nóng chảy cực kì cao (khoảng 2050 °C). Việc đun nóng chảy nó để điện phân sẽ tốn một lượng điện năng khổng lồ. Để giải quyết bài toán kinh tế, các kĩ sư thêm chất Cryolite vào. Cryolite giúp làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp xuống chỉ còn khoảng 950 °C, giúp tiết kiệm cực kì nhiều nhiên liệu và chi phí cho nhà máy.

1. Ứng dụng của một số phi kim quan trọng

• Carbon (C):
  • Tồn tại ở nhiều dạng như kim cương, than chì, carbon vô định hình (than gỗ, than xương...).
  • Than hoạt tính (một dạng carbon) có tính hấp phụ mạnh, dùng làm mặt nạ phòng độc, chất khử màu, khử mùi.
  • Kim cương làm trang sức, mũi khoan; than chì làm điện cực, ruột bút chì.
• Lưu huỳnh (Sulfur - S): Là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp, đặc biệt dùng để sản xuất sulfuric acid ($H_2SO_4$). Ngoài ra còn dùng sản xuất thuốc diệt nấm, pháo hoa, diêm và lưu hoá cao su (giúp cao su bền, đàn hồi tốt hơn).
• Chlorine (Cl): Dùng nhiều trong khử trùng nước sinh hoạt, sản xuất nước Javel, chất tẩy rửa, tẩy trắng vải sợi, bột giấy và sản xuất chất dẻo.

2. Sự khác nhau về tính chất vật lí giữa phi kim và kim loại

• Tính dẫn điện: Kim loại dẫn điện tốt, trong khi phần lớn phi kim là chất bán dẫn hoặc không dẫn điện.
• Trạng thái và nhiệt độ nóng chảy/sôi: Ở nhiệt độ thường, phi kim có thể tồn tại ở cả 3 thể rắn, lỏng, khí; trong khi kim loại hầu hết ở thể rắn (trừ thuỷ ngân),. Phi kim thường có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp hơn kim loại.
• Khối lượng riêng: Phần lớn phi kim có khối lượng riêng nhỏ hơn (nhẹ hơn) kim loại.

3. Sự khác nhau về tính chất hoá học

• Phản ứng giữa kim loại và phi kim: Khi tham gia phản ứng, các kim loại có xu hướng nhường electron để tạo ra ion dương, còn các phi kim có xu hướng nhận electron tạo ion âm.
  • Ví dụ tạo muối ăn: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$.
• Phản ứng với oxygen:
  • Kim loại tác dụng với oxygen thường tạo thành oxide base (Ví dụ: $2Mg + O_2 \xrightarrow{t^o} 2MgO$).
  • Phi kim tác dụng với oxygen thường tạo thành oxide acid (Ví dụ: $S + O_2 \xrightarrow{t^o} SO_2$).

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Phi kim có nhiều ứng dụng quan trọng: than hoạt tính có tính hấp phụ được dùng làm mặt nạ phòng độc, khử màu, khử mùi; than cốc là nhiên liệu, chất phản ứng; lưu huỳnh sản xuất sulfuric acid; chlorine khử trùng, tẩy màu,...
• Khác với kim loại, hầu hết các nguyên tố phi kim không dẫn điện; phần lớn phi kim có nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và khối lượng riêng nhỏ hơn so với kim loại.
• Trong các phản ứng giữa kim loại và phi kim, kim loại là chất nhường electron, phi kim là chất nhận electron. Nhiều kim loại tác dụng với oxygen tạo thành oxide base. Phi kim tác dụng với oxygen tạo thành oxide acid.

5. Em có thể

• Biết được ưu điểm của khẩu trang than hoạt tính so với khẩu trang thường.
• Biết được vai trò của than hoạt tính trong các máy lọc nước.

6. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

Dựa vào phần "Em có thể", dưới đây là các ví dụ thực tế em có thể đưa vào bài thuyết trình:

• Tại sao khẩu trang than hoạt tính (màu đen/xám) lại đắt và tốt hơn khẩu trang y tế thường? Khẩu trang y tế thông thường chỉ có lớp vải lọc bụi vật lí (bụi vải, bụi đất lớn). Trong khi đó, khẩu trang than hoạt tính có chứa một lớp bột carbon vô định hình. Nhờ tính hấp phụ rất mạnh của carbon, nó không chỉ cản bụi mà còn "hút" và giữ lại các phân tử khí độc, mùi hôi, khói xăng xe ở mức độ vi mô, giúp bảo vệ hệ hô hấp tốt hơn rất nhiều,.
• Than hoạt tính trong lõi lọc nước: Nếu nhà em dùng máy lọc nước RO, lõi lọc số 2 hoặc số 3 thường là lõi than hoạt tính. Vai trò của nó là hấp phụ (hút) các hoá chất độc hại hoà tan trong nước như thuốc trừ sâu, chlorine dư thừa, mùi tanh mốc, giúp nước trở nên trong vắt và ngọt hơn,.
• Tại sao nước máy thỉnh thoảng có mùi hắc? Các nhà máy nước sạch thường sục khí Chlorine (Clo) vào nước trước khi bơm đến các hộ gia đình. Chlorine là một phi kim có tính oxi hoá mạnh, giúp khử trùng, tiêu diệt vi khuẩn trong nước cực kì hiệu quả. Mùi hắc em ngửi thấy chính là lượng Clo dư thừa, tuy có mùi hơi khó chịu nhưng ở ngưỡng cho phép thì an toàn và cần thiết để bảo vệ nguồn nước khỏi dịch bệnh.

1. Khái niệm hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ

• Hợp chất hữu cơ: Hợp chất của carbon là hợp chất hữu cơ, trừ một số hợp chất vô cơ của carbon như: carbon monoxide (CO), carbon dioxide ($CO_2$), các muối carbonate (như $CaCO_3$, $Na_2CO_3$),....
• Hoá học hữu cơ: Là một chuyên ngành của ngành Hoá học, chuyên nghiên cứu về các hợp chất hữu cơ.

2. Công thức phân tử và công thức cấu tạo

• Công thức phân tử: Cho biết thành phần nguyên tố và số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử. Ví dụ: $C_2H_6O$, $C_2H_4$.
• Công thức cấu tạo: Cho biết trật tự liên kết và cách thức liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.
  • Mỗi cặp electron dùng chung (liên kết cộng hoá trị) được biểu diễn bằng một gạch nối "—" (gọi là liên kết đơn), hai cặp electron dùng chung được biểu diễn bằng hai gạch nối "=" (gọi là liên kết đôi).
  • Công thức cấu tạo có thể viết dưới dạng đầy đủ hoặc dạng thu gọn (bằng cách viết gộp nguyên tử hydrogen vào nguyên tử liên kết với nó).

3. Đặc điểm cấu tạo hợp chất hữu cơ

• Thành phần phân tử nhất thiết phải chứa nguyên tố carbon, thường có thêm các nguyên tố như hydrogen, oxygen, nitrogen, chlorine, sulfur,....
• Trong phân tử hợp chất hữu cơ, carbon luôn có hoá trị IV.
• Các nguyên tử carbon không chỉ liên kết với nguyên tử của nguyên tố khác mà còn có thể liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch carbon. Có 3 loại mạch carbon: mạch hở không phân nhánh, mạch hở phân nhánh và mạch vòng.

4. Phân loại hợp chất hữu cơ

• Dựa vào thành phần nguyên tố, hợp chất hữu cơ được chia làm 2 loại chính:
  • Hydrocarbon: Phân tử chỉ chứa hai nguyên tố là carbon (C) và hydrogen (H). Ví dụ: $CH_4, C_2H_4$.
  • Dẫn xuất của hydrocarbon: Ngoài carbon và hydrogen, trong phân tử còn có các nguyên tố khác như oxygen, nitrogen, chlorine,... Ví dụ: $C_2H_5OH, CH_3COOH$.

5. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Hợp chất của carbon là hợp chất hữu cơ (trừ CO, $CO_2$, muối carbonate,...). Hợp chất hữu cơ được chia thành hai loại: hydrocarbon và dẫn xuất của hydrocarbon.
• Trong phân tử hợp chất hữu cơ, carbon luôn có hoá trị IV, các nguyên tử carbon có thể liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch carbon.
• Công thức phân tử cho biết thành phần nguyên tố và số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố. Công thức cấu tạo cho biết trật tự liên kết và cách thức liên kết giữa các nguyên tử.

6. Em có thể

• Phân biệt được hợp chất hữu cơ và vô cơ.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao lại có hàng chục triệu hợp chất hữu cơ trong khi hợp chất vô cơ chỉ có khoảng vài trăm nghìn? Bí mật nằm ở "mạch carbon". Carbon có hoá trị IV và có khả năng đặc biệt là tự liên kết với nhau tạo thành những chuỗi dài vô tận (thẳng, nhánh, vòng). Giống như trò chơi Lego, chỉ với nguyên tố C và H, chúng ta có thể lắp ráp ra hàng triệu phân tử với hình dáng, kích thước khác nhau. Đó là lí do thế giới hữu cơ vô cùng phong phú: từ khí gas nấu ăn, nhựa, vải vóc cho đến DNA và protein cấu tạo nên cơ thể em đều là hợp chất hữu cơ.
• Nhận biết nhanh chất hữu cơ và vô cơ trong bếp: Trong bếp nhà em có đường (saccharose - $C_{12}H_{22}O_{11}$) và muối ăn (Sodium chloride - NaCl). Nếu em cho cả 2 vào chảo và đun nóng thật mạnh: muối ăn sẽ gần như không thay đổi (vô cơ, rất bền nhiệt), nhưng đường sẽ nhanh chóng cháy khét và hoá thành cục than đen xì (carbon). Đa số các hợp chất hữu cơ đều dễ cháy hoặc kém bền với nhiệt.
• Cẩn thận khi đọc kí hiệu C và CO: Đừng nhầm lẫn! Khí CO (Carbon monoxide) và khí $CO_2$ (Carbon dioxide) dù có chứa Carbon nhưng chúng mang những tính chất đặc trưng của hoá vô cơ (như không có liên kết C-C, không tạo mạch), nên chúng không phải là hợp chất hữu cơ.

1. Khái niệm hydrocarbon, alkane

• Hydrocarbon: Là loại hợp chất hữu cơ mà thành phần phân tử chỉ chứa hai nguyên tố là carbon và hydrogen.
• Alkane: Là những hydrocarbon mạch hở, trong phân tử chỉ chứa các liên kết đơn.
• Công thức chung của alkane: $C_nH_{2n+2}$ (với $n \ge 1$, n là số nguyên, dương).

2. Cấu tạo phân tử và danh pháp của một số alkane

Theo sách giáo khoa, em cần ghi nhớ tên gọi và công thức của 4 alkane đầu tiên trong dãy:

• $CH_4$: Methane (khí đầm lầy/khí bùn ao).
• $C_2H_6$: Ethane.
• $C_3H_8$: Propane.
• $C_4H_{10}$: Butane.
• Thành phần phân tử của các alkane hơn kém nhau một hay nhiều nhóm $-CH_2-$.

3. Phản ứng cháy của alkane

• Alkane khá bền nên ở điều kiện thường không phản ứng với các acid, base và nhiều chất khác.
• Khi đốt cháy, alkane tác dụng với oxygen sinh ra khí carbon dioxide ($CO_2$), hơi nước và toả ra một lượng nhiệt rất lớn.
  • Phương trình tổng quát: $C_nH_{2n+2} + \frac{3n+1}{2}O_2 \xrightarrow{t^o} nCO_2 + (n+1)H_2O$.
  • Lưu ý: Nếu đốt cháy trong điều kiện thiếu oxygen, ngoài $CO_2$ có thể sinh ra muội than (C) và khí độc carbon monoxide (CO).

4. Ứng dụng làm nhiên liệu của alkane

Nhờ đặc tính toả nhiều nhiệt khi cháy, alkane được ứng dụng rộng rãi làm nhiên liệu,:

• Nhiên liệu khí: Khí propane và butane dùng làm nhiên liệu cho bật lửa, bếp gas,....
• Nhiên liệu lỏng: Các alkane ở trạng thái lỏng được dùng làm xăng, dầu hoả, dầu diesel, nhiên liệu phản lực (jet fuel).
• Nhiên liệu rắn: Các alkane ở trạng thái rắn có thể dùng làm nhiên liệu dưới dạng nến paraffin.

5. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Hydrocarbon là hợp chất hữu cơ mà thành phần phân tử chỉ chứa nguyên tố carbon và hydrogen.
• Alkane là những hydrocarbon mạch hở, phân tử chỉ chứa các liên kết đơn, có công thức chung $C_nH_{2n+2}$ ($n \ge 1$, n là số nguyên, dương).
• Phản ứng cháy của alkane trong không khí tạo sản phẩm chủ yếu là carbon dioxide và nước. Phản ứng này toả nhiều nhiệt nên alkane được dùng làm nhiên liệu dưới nhiều hình thức khác nhau như khí hoá lỏng, nhiên liệu lỏng và nhiên liệu rắn.

6. Em có thể

• Nêu được ứng dụng làm nhiên liệu của các alkane.
• Sử dụng nhiên liệu như gas, xăng, dầu hoả tiết kiệm, hiệu quả.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Bật lửa gas chứa gì? Khi em nhìn vào chiếc bật lửa gas trong suốt, em thấy một lớp chất lỏng. Đó chính là khí Butane ($C_4H_{10}$) đã được nén dưới áp suất cao để hoá lỏng nhằm tiết kiệm thể tích. Khi em bấm nút bật lửa, áp suất giảm, butane lập tức hoá hơi thành khí và bắt lửa cháy.
• Tại sao không được dùng bếp than hay máy phát điện chạy xăng trong phòng kín? Các nhiên liệu này (với thành phần chính là các alkane) khi cháy cần rất nhiều oxygen. Trong phòng kín, lượng oxygen sẽ nhanh chóng cạn kiệt. Phản ứng cháy lúc này chuyển sang cháy không hoàn toàn, sinh ra khí Carbon monoxide (CO). Khí CO rất độc, nó cản trở máu hấp thụ oxygen, gây ngạt thở và có nguy cơ tử vong cao.
• "Khí bùn ao" và khí Biogas: Ở các đầm lầy, bùn ao, xác thực vật thối rữa sinh ra một loại khí dễ cháy gọi là Methane ($CH_4$). Ứng dụng điều này, ở nông thôn, người ta xây các hầm Biogas để ủ phân lợn, phân bò. Quá trình phân huỷ này tạo ra lượng lớn khí methane, được dẫn theo đường ống vào bếp làm gas đun nấu miễn phí và rất sạch.

I. Khái niệm Alkene

• Định nghĩa: Alkene là những hydrocarbon mạch hở, trong phân tử có chứa một liên kết đôi $C=C$.
• Công thức chung: $C_nH_{2n}$ (với $n \ge 2$, n là số nguyên, dương).

II. Ethylene ($C_2H_4$) – Alkene tiêu biểu nhất

• Tính chất vật lí: Ở điều kiện thường, ethylene là chất khí không màu, hầu như không tan trong nước nhưng tan ít trong các dung môi hữu cơ.
• Cấu tạo phân tử: Có một liên kết đôi $C=C$. Điểm cốt lõi là trong liên kết đôi này có một liên kết kém bền, rất dễ bị đứt gãy để tham gia vào các phản ứng hoá học.
• Tính chất hoá học: Do có liên kết đôi kém bền, ethylene có các phản ứng đặc trưng:
  • Phản ứng cháy: Tương tự alkane, ethylene cháy toả nhiều nhiệt tạo ra khí carbon dioxide và nước: $C_2H_4 + 3O_2 \xrightarrow{t^o} 2CO_2 + 2H_2O$.
  • Phản ứng cộng (Nhận biết alkene): Khí ethylene có thể cộng gộp với phân tử bromine, làm mất màu vàng cam (nâu đỏ) của nước bromine. Đây là phản ứng dùng để nhận biết alkene: $CH_2=CH_2 + Br-Br \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$ (trong suốt).
  • Phản ứng trùng hợp: Dưới áp suất, nhiệt độ và xúc tác thích hợp, hàng ngàn phân tử ethylene có thể đứt liên kết kém bền để nối tay nhau thành một chuỗi khổng lồ gọi là polymer. Sản phẩm là Polyethylene (nhựa PE): $nCH_2=CH_2 \xrightarrow{t^o, p, xt} -(CH_2-CH_2)_n-$.

III. Ứng dụng của Ethylene

Ethylene là nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghiệp hoá chất. Nó được dùng để: Kích thích quả mau chín, tổng hợp ethylic alcohol (cồn), tổng hợp acetic acid (giấm), sản xuất nhựa PE, PVC....

IV. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các kết luận quan trọng:

• Alkene là hydrocarbon mạch hở, phân tử có một liên kết đôi, công thức chung là $C_nH_{2n}$ ($n \ge 2$).
• Ethylene ($C_2H_4$) là chất khí, không màu, không mùi, ít tan trong nước.
• Ethylene (và các alkene) có tính chất hoá học đặc trưng là phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp, bên cạnh phản ứng cháy.
• Ethylene có vai trò rất lớn trong công nghiệp tổng hợp polymer và hoá chất.

V. Em có thể

• Nhận biết và lựa chọn được các sản phẩm làm từ nhựa PE (polyethylene).
• Sử dụng đúng cách đồ nhựa PE để bảo vệ môi trường, vì nhựa PE rất khó phân huỷ sinh học (tồn tại hàng trăm năm trong môi trường).

VI. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Mẹo dấm hoa quả chín tự nhiên của các bà mẹ: Ethylene là một loại hormone thực vật tự nhiên giúp thúc đẩy quá trình chín của trái cây. Nếu em mua những quả bơ, đu đủ còn xanh và muốn chúng chín nhanh, em chỉ cần bỏ chúng vào chung một túi nilon cùng với một quả chuối đã chín vàng. Quả chuối chín sẽ liên tục giải phóng khí ethylene, lượng khí này bị kẹt trong túi sẽ bao bọc và kích thích bơ/đu đủ chín nhanh hơn bình thường rất nhiều.
• Tại sao lại có quá nhiều túi Nilon trên thế giới? Nhìn vào phản ứng trùng hợp của bài học, hàng ngàn phân tử ethylene ($C_2H_4$) rẻ tiền lấy từ quá trình lọc dầu có thể nối với nhau tạo thành Polyethylene (PE). Nhựa PE có đặc tính chống thấm nước, cực kì dẻo dai và chi phí sản xuất cực rẻ. Do đó, nó trở thành vật liệu số 1 để làm túi nilon (túi xốp), màng bọc thực phẩm hay chai lọ. Tuy nhiên, liên kết carbon dải dài này lại khiến vi khuẩn không thể "ăn" được, gây ra thảm hoạ rác thải nhựa toàn cầu.
• Phân biệt khí gas sinh học và khí sinh ra từ trái cây: Nếu em có một ống nghiệm đựng dung dịch nước Bromine (màu cam đỏ). Sục khí gas (thành phần là alkane như Methane, Butane) vào, dung dịch không đổi màu. Nhưng nếu em sục khí thu được từ buồng dấm chuối chín (chứa alkene là Ethylene) vào, dung dịch sẽ lập tức mất màu thành trong suốt. Đây là cách các nhà hoá học nhận biết liên kết đôi.

I. Dầu mỏ, khí mỏ dầu và khí thiên nhiên

• Đặc điểm: Đều là nhiên liệu hoá thạch nằm sâu dưới lòng đất. Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp gồm nhiều loại hydrocarbon tuỳ thuộc vào vị trí địa lí.
• Cấu tạo của một mỏ dầu: Thường bao gồm 3 lớp phân tách nhau rõ rệt:
  • Lớp trên cùng (Khí mỏ dầu hay khí đồng hành): Thành phần chủ yếu là khí methane (khoảng 75%) và một số hydrocarbon khác.
  • Lớp ở giữa (Dầu lỏng): Là hỗn hợp phức tạp của nhiều hydrocarbon lỏng có hoà tan khí và các hợp chất khác.
  • Lớp dưới cùng: Là một lớp nước mặn.
• Khí thiên nhiên: Tồn tại trong các mỏ khí dưới lòng đất, chứa chủ yếu là khí methane (khoảng 95%) cùng một số hydrocarbon khác (ethane, propane, butane...).

II. Khai thác và chế biến dầu mỏ

• Khai thác: Người ta khoan những lỗ khoan (giếng dầu) sâu xuống mỏ dầu để hút dầu và khí lên, sau đó loại bỏ tạp chất và vận chuyển đến nhà máy lọc dầu.
• Chế biến (Chưng cất phân đoạn): Tại nhà máy lọc dầu, dầu thô được đun nóng. Nhờ sự khác biệt về nhiệt độ sôi, người ta tách dầu thô thành các sản phẩm khác nhau ở các khoảng nhiệt độ khác nhau. Các sản phẩm thu được bao gồm: khí hoá lỏng, xăng, naphtha, dầu hoả, dầu diesel, dầu bôi trơn, sáp paraffin và nhựa đường.

III. Nhiên liệu và cách sử dụng

• Khái niệm: Nhiên liệu là những chất cháy được, khi cháy toả nhiệt và phát sáng.
• Phân loại: Dựa vào trạng thái, nhiên liệu được chia thành 3 loại:
  • Nhiên liệu rắn: Than đá, than củi, gỗ...
  • Nhiên liệu lỏng: Xăng, dầu diesel, cồn (ethanol)...
  • Nhiên liệu khí: Khí hydrogen, methane, propane, butane (gas)...
• Sử dụng an toàn và hiệu quả: Đảm bảo cung cấp đủ lượng oxygen (không khí) để nhiên liệu cháy hoàn toàn; sử dụng các biện pháp phòng chống cháy nổ; ưu tiên sử dụng phương tiện giao thông công cộng và các thiết bị tiết kiệm nhiên liệu để bảo vệ môi trường vì nhiên liệu hoá thạch là hữu hạn.

IV. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Dầu mỏ, khí mỏ dầu và khí thiên nhiên là nhiên liệu hoá thạch nằm dưới bề mặt Trái Đất. Dầu mỏ gồm hỗn hợp hydrocarbon và tạp chất. Khí thiên nhiên và khí mỏ dầu chứa thành phần chính là methane, ethane, propane, butane...
• Khai thác dầu mỏ bằng cách khoan các giếng dầu. Chưng cất phân đoạn dầu mỏ thu được xăng, dầu hoả, dầu diesel, nhựa đường...
• Nhiên liệu là những chất cháy được, khi cháy toả nhiệt và phát sáng. Phân loại gồm: nhiên liệu rắn, lỏng, khí.
• Nhiên liệu hoá thạch có hạn, khi đốt dễ sinh ra khí thải độc hại, do đó cần sử dụng tiết kiệm, hiệu quả và an toàn (phòng chống cháy nổ).

V. Em có thể

• Sử dụng các loại nhiên liệu một cách tiết kiệm, hiệu quả, an toàn.

VI. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao mỏ dầu lại chia thành 3 lớp riêng biệt? Hiện tượng này xảy ra hoàn toàn do sự chênh lệch về khối lượng riêng (tỉ trọng). Lớp dưới cùng là nước mặn vì nước nặng nhất. Dầu mỏ là các hợp chất hữu cơ nhẹ hơn nước và không tan trong nước nên nổi lên trên tạo thành lớp ở giữa. Các chất khí (methane, butane...) nhẹ nhất nên luôn bay lơ lửng và bay lên tích tụ ở lớp trên cùng của vòm hang đá.
• Phép màu của "Chưng cất phân đoạn": Dầu thô khi hút lên đen ngòm và đặc sánh, không thể dùng để chạy xe được. Nhưng nhờ công nghệ chưng cất phân đoạn (dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của từng hydrocarbon), từ một thùng dầu thô ban đầu, người ta thu được rất nhiều "kho báu": khí gas lỏng (bếp gas), xăng (chạy xe máy), dầu diesel (chạy xe tải), dầu nhớt (bôi trơn động cơ), và phần cặn bã cuối cùng chính là nhựa đường đen sì dùng để trải đường nhựa cho em đi học mỗi ngày.
• Quy tắc an toàn sống còn khi ngửi thấy mùi Gas: Khí gas (thường là Butane và Propane) nặng hơn không khí. Do đó, khi bình gas bị rò rỉ, khí gas sẽ không bay lên trần nhà mà chìm xuống và lan là đà trên mặt sàn. Nếu em về nhà và ngửi thấy mùi gas nồng nặc, tuyệt đối KHÔNG được bật quạt, bật công tắc điện hay đánh lửa, vì một tia lửa nhỏ cũng đủ kích nổ lớp khí gas tích tụ dưới chân. Việc cần làm là từ từ mở toang cửa sổ, cửa chính gần mặt đất nhất để gió lùa khí gas ra ngoài.

1. Công thức và đặc điểm cấu tạo

• Công thức phân tử: $C_2H_6O$.
• Công thức cấu tạo: Viết gọn là $CH_3-CH_2-OH$ (hoặc $C_2H_5OH$).
• Đặc điểm nổi bật: Trong phân tử có một nhóm $-OH$ (nhóm hydroxyl) liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon. Chính nhóm nguyên tử này gây nên các tính chất hoá học đặc trưng của ethylic alcohol.

2. Tính chất vật lí và Độ cồn

• Tính chất vật lí: Là chất lỏng, không màu, có mùi đặc trưng, vị cay, sôi ở $78,3 \ ^oC$ và nhẹ hơn nước (khối lượng riêng $0,789 \ g/mL$ ở $20 \ ^oC$). Ethylic alcohol tan vô hạn trong nước và có khả năng hoà tan được nhiều chất khác như iodine, benzene,....
• Độ cồn: Là số mililít ethylic alcohol nguyên chất có trong $100 \ mL$ dung dịch ở $20 \ ^oC$, thường được kí hiệu là $X^o$ hoặc X% vol.

3. Tính chất hoá học

• Phản ứng cháy: Ethylic alcohol cháy trong không khí với ngọn lửa màu xanh mờ, tạo ra khí carbon dioxide ($CO_2$), hơi nước và toả ra rất nhiều nhiệt. Phương trình: $C_2H_5OH + 3O_2 \xrightarrow{t^o} 2CO_2 + 3H_2O$.
• Phản ứng với Natri (Na): Phân tử cồn phản ứng với các kim loại mạnh như K, Na,... giải phóng khí hydrogen ($H_2$). Phương trình: $2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2$.

4. Điều chế và Ứng dụng

• Điều chế:
  • Từ tinh bột/đường: Lên men nông sản (gạo, ngô, trái cây chín) dưới tác dụng của enzyme.
  • Từ ethylene: Trong công nghiệp, người ta cho ethylene cộng nước ở điều kiện nhiệt độ và xúc tác acid ($CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{t^o, H^+} C_2H_5OH$).
• Ứng dụng: Dùng làm dung môi pha mĩ phẩm, dược phẩm; sản xuất dung dịch sát khuẩn, đồ uống có cồn; sản xuất acetic acid và nhiên liệu sinh học.
• Tác hại của lạm dụng: Lạm dụng đồ uống có cồn gây ra các bệnh viêm gan, loét dạ dày, rối loạn tâm thần, và là nguyên nhân hàng đầu gây tai nạn giao thông.

5. Em đã học

• Ethylic alcohol ($C_2H_5OH$) là chất lỏng, không màu, mùi đặc trưng, tan vô hạn trong nước.
• Độ cồn là số mililít cồn nguyên chất có trong $100 \ mL$ dung dịch ở $20 \ ^oC$.
• Nhóm $-OH$ gây nên tính chất đặc trưng của ethylic alcohol: phản ứng với kim loại mạnh (Na, K,...) giải phóng khí hydrogen.
• Phản ứng đốt cháy toả nhiều nhiệt. Nó được điều chế bằng cách lên men carbohydrate hoặc cộng nước vào ethylene.

6. Em có thể

• Nhận biết được một số sản phẩm chứa ethylic alcohol trong đời sống.
• Sử dụng nhiên liệu sinh học có chứa ethylic alcohol góp phần bảo vệ môi trường.
• Tránh lạm dụng các loại đồ uống có chứa cồn để bảo vệ sức khoẻ.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Ý nghĩa của "Cồn y tế $70^o$": Khi đi mua cồn sát khuẩn, em thường thấy nhãn dán $70^o$. Dựa vào định nghĩa độ cồn, điều này có nghĩa là trong $100 \ mL$ dung dịch đó, có $70 \ mL$ là cồn nguyên chất, $30 \ mL$ còn lại là nước. Ở nồng độ từ 60% đến 85%, cồn có khả năng thẩm thấu qua màng tế bào vi khuẩn và tiêu diệt chúng hiệu quả nhất, giúp làm sạch vết thương.
• Xăng E5 là gì? Để giảm phụ thuộc vào năng lượng hoá thạch và bảo vệ môi trường, người ta trộn ethylic alcohol (cồn) vào xăng truyền thống. Xăng E5 chính là xăng chứa 5% thể tích là ethylic alcohol. Cồn dùng pha xăng được làm từ quá trình lên men sắn, ngô... nên được gọi là "nhiên liệu sinh học", cháy rất sạch và giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính.
• Vì sao uống nhiều rượu bia lại làm nóng cơ thể? Ethylic alcohol khi đi vào cơ thể sẽ được hấp thụ thẳng vào máu. Phản ứng oxi hoá (đốt cháy) cồn trong cơ thể toả ra rất nhiều nhiệt. Tuy nhiên, nếu nạp quá mức, cồn sẽ trở thành chất độc phá huỷ các tế bào gan, gây viêm loét dạ dày và làm hệ thần kinh mất kiểm soát, dẫn tới hậu quả tai nạn giao thông.

1. Công thức và đặc điểm cấu tạo

• Công thức phân tử: $C_2H_4O_2$.
• Công thức cấu tạo: Viết gọn là $CH_3-COOH$.
• Đặc điểm nổi bật: Trong phân tử acetic acid có nhóm $-COOH$ (nhóm carboxyl). Chính nhóm nguyên tử này gây nên tính chất acid đặc trưng của hợp chất.

2. Tính chất vật lí

• Acetic acid là chất lỏng, không màu, có vị chua, mùi đặc trưng, sôi ở $118 \ ^oC$ và tan vô hạn trong nước.
• Dung dịch acetic acid có nồng độ từ 2% đến 5% chính là giấm ăn thông dụng trong đời sống.

3. Tính chất hoá học

Acetic acid là một acid yếu nhưng vẫn có đầy đủ tính chất của một acid thông thường. Cụ thể:

• 1. Đổi màu chỉ thị: Làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
• 2. Tác dụng với kim loại: Tác dụng với các kim loại (như Mg, Zn...) giải phóng khí hydrogen.
  • $2CH_3COOH + Mg \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2$
• 3. Tác dụng với oxide base và base: Tạo ra muối và nước.
  • $2CH_3COOH + CuO \rightarrow (CH_3COO)_2Cu + H_2O$
  • $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
• 4. Tác dụng với muối carbonate: Phản ứng sủi bọt khí do giải phóng carbon dioxide ($CO_2$).
  • $2CH_3COOH + CaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + CO_2 + H_2O$
• 5. Phản ứng ester hoá: Khi đun nóng hỗn hợp acetic acid và ethylic alcohol (có $H_2SO_4$ đặc làm xúc tác), tạo ra ethyl acetate. Đây là một chất lỏng, mùi thơm, không tan trong nước và nổi lên trên.
  • $CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightleftharpoons{H_2SO_4 \text{ đặc}, t^o} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$
• 6. Phản ứng cháy: Tương tự các hợp chất hữu cơ khác, acetic acid cháy tạo ra $CO_2$ và $H_2O$.

4. Điều chế và Ứng dụng

• Điều chế: Bằng phương pháp lên men giấm từ dung dịch ethylic alcohol loãng.
  • $C_2H_5OH + O_2 \xrightarrow{\text{men giấm}} CH_3COOH + H_2O$
• Ứng dụng: Là nguyên liệu để sản xuất tơ nhân tạo, chất dẻo, dược phẩm, phẩm nhuộm và dùng làm giấm ăn trong thực phẩm.

5. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ:

• Acetic acid là chất lỏng, không màu, vị chua, mùi đặc trưng, tan vô hạn trong nước.
• Công thức cấu tạo thu gọn: $CH_3COOH$.
• Có đầy đủ tính chất hoá học của một acid (đổi màu quỳ tím, tác dụng với kim loại, oxide base, base, muối).
• Tác dụng với ethylic alcohol tạo ra ester (phản ứng ester hoá).
• Được điều chế bằng cách lên men dung dịch loãng ethylic alcohol và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp/thực phẩm.

6. Em có thể

• Biết cách tạo ra giấm bằng phương pháp lên men để sử dụng trong gia đình.
• Vận dụng tính chất của acetic acid để ứng dụng trong đời sống như: loại bỏ cặn trắng bám trong ấm nước, thiết bị vệ sinh,....

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao rượu để quên mở nắp lâu ngày lại bị chua? Nếu ở bài trước, em học cách điều chế cồn từ đường; thì ở bài này, phản ứng điều chế acetic acid giải thích hiện tượng rượu hoá chua. Khi rượu (chứa ethylic alcohol) tiếp xúc với không khí lâu ngày, dưới tác dụng của vi khuẩn (men giấm), cồn sẽ phản ứng với Oxygen tạo thành Acetic acid và nước. Rượu lúc này đã biến thành giấm.
• Mẹo làm sạch ấm đun nước siêu tốc: Dưới đáy ấm đun nước hoặc vòi hoa sen lâu ngày thường đóng một lớp cặn trắng rất cứng (đó là muối $CaCO_3$ từ nước cứng kết tủa lại),. Em không thể chà rửa bằng xà phòng thông thường. Dựa vào kiến thức hoá học, em chỉ cần đổ một ít giấm ăn (chứa acetic acid) vào và ngâm. Giấm sẽ phản ứng với $CaCO_3$ sủi bọt khí $CO_2$ và hoà tan lớp cặn này thành muối tan, trả lại chiếc ấm sáng bóng.
• Sự hình thành mùi thơm của trái cây (Ester): Phản ứng ester hoá giữa acid và alcohol trong bài học chính là nguồn gốc tạo ra mùi thơm tự nhiên của các loại hoa quả,. Hầu hết các chất tạo mùi (như mùi chuối chín, mùi dứa, mùi táo) dùng trong công nghiệp thực phẩm hay nước hoa thực chất là các Ester sinh ra từ những phản ứng tương tự như phản ứng giữa acetic acid và ethylic alcohol.

1. Khái niệm Lipid

• Định nghĩa: Lipid là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không tan trong nước, nhưng tan được trong một số dung môi hữu cơ như: xăng, dầu hoả,....
• Phân loại: Các loại lipid điển hình thường gặp là chất béo (nguồn dự trữ năng lượng chính của cơ thể, có trong dầu mỡ) và sáp (có trên bề mặt lá, thân cây, lông động vật giúp chống nước).

2. Chất béo

• Cấu tạo: Chất béo là một triester (loại ester chứa 3 nhóm $-COO-$ trong phân tử) của glycerol và acid béo.
  • Glycerol: Là alcohol có công thức thu gọn $C_3H_5(OH)_3$.
  • Acid béo: Là acid hữu cơ mạch dài, không phân nhánh có công thức chung $R-COOH$ (với R thường là $-C_{15}H_{31}, -C_{17}H_{35},...$).
• Công thức chung của chất béo: $(RCOO)_3C_3H_5$.

3. Tính chất vật lí và hoá học của chất béo

• Tính chất vật lí: Ở điều kiện thường, chất béo có thể tồn tại ở trạng thái lỏng (dầu thực vật, dầu cá,...) hoặc trạng thái rắn (mỡ lợn, bơ,...). Chúng nhẹ hơn nước và không tan trong nước.
• Tính chất hoá học (Phản ứng xà phòng hoá): Đặc trưng quan trọng nhất của chất béo là bị thuỷ phân trong dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH) khi đun nóng, sinh ra muối của acid béo (chính là xà phòng) và glycerol.
  • Phương trình: $(RCOO)_3C_3H_5 + 3NaOH \xrightarrow{t^o} 3RCOONa + C_3H_5(OH)_3$.

4. Ứng dụng và sức khoẻ

• Ứng dụng: Là thực phẩm thiết yếu cung cấp năng lượng cho con người. Ngoài ra còn dùng trong mĩ phẩm (chất dưỡng ẩm), dược phẩm, sản xuất xà phòng và sản xuất nhiên liệu sinh học (biodiesel).
• Vấn đề béo phì: Sử dụng quá nhiều chất béo gây ra béo phì và các bệnh tim mạch, huyết áp. Cần ưu tiên dùng chất béo thực vật, chất béo giàu omega-3, hạn chế mỡ động vật và đồ chiên nướng.

5. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ:

• Lipid là những hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không tan trong nước, nhưng tan được trong một số dung môi hữu cơ. Một số loại lipid điển hình là chất béo và sáp.
• Chất béo là triester của glycerol và các acid béo, có công thức chung $(RCOO)_3C_3H_5$.
• Phản ứng hoá học đặc trưng của chất béo là phản ứng xà phòng hoá.
• Chất béo có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, làm nhiên liệu, nguyên liệu sản xuất xà phòng,....

6. Em có thể

• Biết cách lựa chọn, sử dụng chất béo phù hợp trong ăn uống để có lợi cho sức khoẻ.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao lá khoai môn hay lá sen không bao giờ bị ướt? Nếu để ý, khi mưa rơi xuống lá sen, nước sẽ vo viên thành từng giọt tròn lăn lóc và rơi xuống chứ không thấm vào lá. Đó là do trên bề mặt các loại lá này có phủ một lớp Sáp – một dạng của Lipid. Vì lipid có tính chất không tan trong nước, nó đóng vai trò như một chiếc "áo mưa" tự nhiên bảo vệ lá cây khỏi sự xâm nhập của nước và nấm mốc.
• Cách tận dụng dầu ăn thừa làm xà phòng rửa tay: Ở nhiều gia đình hoặc nhà hàng, mỡ động vật hay dầu chiên thừa thường bị đổ đi gây tắc cống và ô nhiễm. Thay vào đó, chúng ta có thể đun lượng mỡ thừa này chung với dung dịch xút (NaOH) đun nóng. Phản ứng xà phòng hoá sẽ xảy ra, biến toàn bộ mỡ thừa thành những bánh xà phòng rửa tay, giặt giũ rất sạch và an toàn cho môi trường. Phần chất lỏng còn lại (glycerol) giúp giữ ẩm da tay.
• Tại sao giặt quần áo dính dầu mỡ bằng nước lã không sạch? Chất béo (dầu mỡ) vốn không tan trong nước, nên nước không thể rửa trôi chúng. Để giặt sạch, em bắt buộc phải dùng xà phòng hoặc nước giặt. Các phân tử xà phòng sẽ đóng vai trò như chất trung gian, một đầu bám vào phân tử nước, một đầu bám chặt vào vết dầu mỡ để kéo chúng bật ra khỏi sợi vải.

1. Khái niệm Carbohydrate

• Định nghĩa: Carbohydrate là loại hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tố carbon, hydrogen, oxygen, thường có công thức chung là $C_n(H_2O)_m$.
• Hai loại carbohydrate phổ biến trong tự nhiên mà chúng ta tìm hiểu trong bài này là Glucose và Saccharose.

2. Trạng thái tự nhiên và Tính chất vật lí

• Glucose ($C_6H_{12}O_6$):
  • Vật lí: Là chất rắn dạng tinh thể không màu, không mùi, có vị ngọt, tan tốt trong nước.
  • Tự nhiên: Có trong nhiều loài thực vật, đặc biệt nhiều trong quả nho chín (nên còn gọi là đường nho). Glucose cũng có trong máu người với nồng độ chuẩn khoảng 0,1%.
• Saccharose ($C_{12}H_{22}O_{11}$):
  • Vật lí: Là chất rắn dạng tinh thể không màu, không mùi, có vị ngọt (ngọt hơn glucose), tan rất tốt trong nước.
  • Tự nhiên: Có nhiều trong cây mía (đường mía), củ cải đường, hoa thốt nốt.

3. Tính chất hoá học

• 1. Tính chất của Glucose:
  • Phản ứng tráng bạc: Khi cho đun nóng nhẹ dung dịch glucose với bạc nitrate ($AgNO_3$) trong dung dịch amonia ($NH_3$), glucose có khả năng khử ra kim loại bạc ($Ag$) bám sáng bóng trên thành ống nghiệm.
    • Phương trình: $C_6H_{12}O_6 + Ag_2O \xrightarrow{\text{Dung dịch } NH_3, t^o} C_6H_{12}O_7 + 2Ag\downarrow$.
  • Phản ứng lên men rượu: Dưới tác dụng của enzyme, glucose lên men tạo thành ethylic alcohol và khí carbon dioxide.
    • Phương trình: $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{\text{Enzyme}} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$.
• 2. Tính chất của Saccharose:
  • Saccharose không có phản ứng tráng bạc.
  • Phản ứng thuỷ phân: Khi đun nóng trong môi trường acid hoặc dưới tác dụng của enzyme, saccharose bị phân cắt thành hai phân tử đường đơn giản hơn là glucose và fructose (có cùng công thức phân tử nhưng khác cấu tạo).
    • Phương trình: $C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{\text{Enzyme hoặc acid, } t^o} C_6H_{12}O_6 \text{ (glucose)} + C_6H_{12}O_6 \text{ (fructose)}$.

4. Vai trò và ứng dụng

• Vai trò: Cung cấp năng lượng chính cho tế bào, hỗ trợ tăng trưởng động thực vật. Tuy nhiên, tiêu thụ quá nhiều đường dễ gây béo phì, bệnh tim mạch và tiểu đường.
• Ứng dụng:
  • Glucose: Dùng làm nguyên liệu tráng gương, tráng ruột phích; làm dịch truyền y tế (thuốc tăng lực); sản xuất cồn.
  • Saccharose: Là chất tạo ngọt chủ yếu trong công nghiệp thực phẩm (làm bánh kẹo, pha chế đồ uống).

5. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Carbohydrate là loại hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tố carbon, hydrogen, oxygen, thường có công thức chung là $C_n(H_2O)_m$.
• Glucose và saccharose đều là chất rắn, không màu, tan trong nước, vị ngọt. Glucose có nhiều trong quả chín, saccharose có nhiều trong mía, thốt nốt.
• Glucose tham gia phản ứng tráng bạc và phản ứng lên men tạo ethylic alcohol.
• Saccharose có phản ứng thuỷ phân tạo thành glucose và fructose. Saccharose chủ yếu được dùng làm chất tạo ngọt cho thực phẩm.

6. Em có thể

• Nêu được vai trò, ứng dụng của glucose; tầm quan trọng của việc sử dụng hợp lí saccharose và ảnh hưởng của chúng đến sức khoẻ.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao người ốm yếu thường được "truyền nước hoa quả"? Túi dịch truyền trong suốt mà em hay thấy ở bệnh viện thực chất là dung dịch Glucose 5%. Khi cơ thể quá mệt mỏi, không thể tiêu hoá thức ăn, dịch truyền glucose được đưa thẳng vào tĩnh mạch. Vì glucose là loại đường đơn giản nhất, nó đi trực tiếp vào tế bào để sản sinh ra năng lượng tức thì (ATP) nuôi cơ thể mà không cần qua hệ tiêu hoá.
• Bí quyết tráng ruột phích nước: Chiếc ruột phích nước (bình thuỷ) giữ nhiệt tốt là nhờ có một lớp màng bạc mỏng lót bên trong giúp phản xạ nhiệt. Thay vì dùng các hóa chất độc hại, các kĩ sư áp dụng ngay phản ứng tráng bạc của glucose. Họ đổ dung dịch glucose và $AgNO_3/NH_3$ vào ruột phích rồi đun nóng, kim loại bạc sẽ tự động bám chặt vào thành kính, rất an toàn và hiệu quả.
• Tại sao ăn quá nhiều kẹo lại gây sâu răng và béo phì? Kẹo chứa hàm lượng lớn saccharose. Dưới tác dụng của vi khuẩn trong miệng, đường bị lên men tạo thành acid ăn mòn men răng. Hơn nữa, nếu nạp quá nhiều carbohydrate mà cơ thể không vận động để tiêu thụ hết, lượng đường thừa sẽ chuyển hoá thành chất béo dự trữ gây béo phì, và bắt tuyến tuỵ làm việc quá tải, lâu dần dẫn đến bệnh tiểu đường.

1. Khái niệm, trạng thái tự nhiên và tính chất vật lí

• Điểm chung: Tinh bột và cellulose đều là những carbohydrate phức tạp (polymer thiên nhiên), có cùng công thức chung là $(C_6H_{10}O_5)_n$.
• Trạng thái tự nhiên: Cả hai đều được hình thành trong cây xanh nhờ quá trình quang hợp: $6nCO_2 + 5nH_2O \xrightarrow{\text{ánh sáng, diệp lục}} (C_6H_{10}O_5)_n + 6nO_2$.
  • Tinh bột: Là nguồn dự trữ năng lượng, tập trung nhiều ở hạt, củ, quả (gạo, ngô, khoai, sắn...).
  • Cellulose: Đóng vai trò tạo nên bộ khung của thực vật, tập trung nhiều ở thân cây, vỏ cây, sợi bông.
• Tính chất vật lí:
  • Tinh bột: Là chất rắn, dạng bột, màu trắng, không tan trong nước lạnh nhưng tan một phần trong nước nóng tạo thành dung dịch keo dính gọi là hồ tinh bột.
  • Cellulose: Là chất rắn, dạng sợi, màu trắng, hoàn toàn không tan trong nước và các dung môi thông thường.

• 

2. Tính chất hoá học

• 1. Phản ứng thuỷ phân (Đặc điểm chung): Khi đun nóng trong môi trường acid hoặc dưới tác dụng của enzyme, cả tinh bột và cellulose đều bị phân cắt đứt gãy thành nhiều phân tử glucose.
  • Phương trình: $(C_6H_{10}O_5)n + nH_2O \xrightarrow{\text{Enzyme hoặc acid, } t^o} nC_6H{12}O_6 \text{ (glucose)}$.
• 2. Phản ứng với Iodine (Đặc trưng của tinh bột): Tinh bột có phản ứng đặc trưng với dung dịch iodine, tạo ra hợp chất có màu xanh tím. Cellulose không có phản ứng này. Đây là phương pháp dùng để nhận biết tinh bột.
• 

3. Ứng dụng

• Tinh bột: Là nguồn lương thực chính của con người (gạo, bột mì...); dùng trong công nghiệp sản xuất hồ dán, làm nguyên liệu sản xuất ethylic alcohol.
• Cellulose: Được dùng làm vật liệu xây dựng và đồ dùng gia đình (gỗ, tre), sản xuất giấy, dệt vải (sợi bông, tơ nhân tạo) và cũng dùng để sản xuất ethylic alcohol.

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Tinh bột và cellulose đều là những carbohydrate, công thức phân tử có dạng $(C_6H_{10}O_5)_n$.
• Tinh bột và cellulose đều là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước lạnh. Vai trò chính của tinh bột là dự trữ năng lượng của thực vật, trong khi vai trò chính của cellulose là tạo nên bộ khung thực vật.
• Cả hai đều bị thuỷ phân hoàn toàn tạo thành sản phẩm là glucose.
• Tinh bột có phản ứng đặc trưng với dung dịch iodine tạo hợp chất có màu xanh tím.
• Chúng có vai trò rất quan trọng trong đời sống và sản xuất công nghiệp (thực phẩm, xây dựng, may mặc...).

5. Em có thể

• Tìm hiểu các sản phẩm chứa tinh bột và cellulose trong gia đình (như thực phẩm, quần áo, đồ gia dụng,...) để hiểu rõ hơn về sự phổ biến cũng như cách sử dụng hiệu quả chúng trong cuộc sống hằng ngày.

6. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao nhai cơm lâu lại thấy có vị ngọt? Cơm chứa rất nhiều tinh bột, mà tinh bột bản chất thì không có vị ngọt. Tuy nhiên, khi em nhai cơm kĩ, tuyến nước bọt sẽ tiết ra một loại enzyme tên là amylase. Enzyme này đóng vai trò xúc tác cho phản ứng thuỷ phân, cắt đứt các chuỗi $(C_6H_{10}O_5)_n$ dài của tinh bột thành những phân tử đường đơn giản hơn (như maltose và glucose). Lượng đường này chính là nguyên nhân khiến em cảm nhận được vị ngọt trong miệng.
• Tại sao bò ăn được cỏ còn con người thì không? Cỏ và rau xanh chứa rất nhiều cellulose (chất xơ). Dù cellulose cũng được cấu tạo từ các phân tử glucose giống tinh bột, nhưng hệ tiêu hoá của con người không có enzyme để thuỷ phân cellulose. Do đó, chúng ta ăn rau chủ yếu để lấy vitamin và chất xơ giúp nhuận tràng chứ không sinh ra năng lượng. Ngược lại, trong dạ dày của trâu bò có chứa các vi sinh vật cộng sinh tiết ra được enzyme phân giải cellulose thành glucose, giúp chúng dùng cỏ làm nguồn năng lượng chính để sống.
• Mẹo kiểm tra mật ong/giò chả pha tạp: Người ta thường dùng dung dịch cồn i-ốt sát trùng (có bán ở hiệu thuốc) để kiểm tra độ nguyên chất của một số thực phẩm. Nếu nghi ngờ giò chả bị pha nhiều bột mì, hoặc mật ong bị pha tinh bột cho đặc, em chỉ cần nhỏ một giọt i-ốt vào. Nếu vết nhỏ xuất hiện màu xanh tím, chắc chắn thực phẩm đó đã bị trộn thêm tinh bột.

1. Khái niệm và cấu tạo

• Khái niệm: Protein là những hợp chất hữu cơ phức tạp có khối lượng phân tử rất lớn (thường từ khoảng vài chục nghìn đến hàng triệu amu).
• Cấu tạo: Phân tử protein được cấu tạo từ nhiều amino acid liên kết với nhau bởi các liên kết peptide.

2. Tính chất hoá học

• 1. Sự đông tụ: Dưới tác dụng của nhiệt độ (đun nóng) hoặc các tác nhân khác như acid, base, protein sẽ bị thay đổi tính chất và đông tụ lại (vón cục).
• 2. Phản ứng thuỷ phân: Khi đun nóng protein trong môi trường acid, base hoặc dưới tác dụng của enzyme, quá trình thuỷ phân hoàn toàn sẽ phá vỡ các liên kết peptide, biến protein thành các amino acid ban đầu.
  • Phương trình: $\text{Protein} + H_2O \xrightarrow{\text{Acid/base/enzyme}} \text{Amino acid}$.
• 3. Phản ứng cháy: Khi đốt cháy, protein bị phân huỷ tạo ra các chất bay hơi và có mùi khét đặc trưng (giống mùi tóc cháy).

3. Vai trò và ứng dụng

• Vai trò sinh học: Protein đóng vai trò vô cùng đặc biệt quan trọng trong cơ thể sinh vật như: cấu tạo nên tế bào, vận chuyển chất, xúc tác cho các phản ứng (enzyme), điều tiết sinh lí (hormone), tham gia bảo vệ cơ thể (kháng thể),....
• Ứng dụng:
  • Là nguồn thực phẩm dinh dưỡng không thể thiếu của con người (có nhiều trong thịt, cá, trứng, sữa).
  • Một số protein được dùng làm nguyên liệu để sản xuất tơ sợi tự nhiên (ví dụ như tơ tằm).

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Protein là những hợp chất hữu cơ phức tạp có khối lượng phân tử rất lớn, gồm nhiều amino acid liên kết với nhau bởi liên kết peptide.
• Protein bị thuỷ phân trong môi trường acid, base hoặc dưới tác dụng của enzyme, bị đông tụ dưới tác dụng của acid, base hoặc nhiệt độ khi đun nóng.
• Protein là một trong các nguồn thực phẩm quan trọng. Một số protein là nguồn nguyên liệu để sản xuất tơ sợi tự nhiên.
• Khi đốt cháy, protein bị phân huỷ tạo ra mùi khét.

5. Em có thể

• Lựa chọn thực phẩm giàu protein cho chế độ ăn uống hằng ngày nhằm cung cấp đủ lượng protein cần thiết, giúp cơ thể phát triển khoẻ mạnh.
• Vận dụng tính chất của protein trong chế biến thực phẩm.

6. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Bí quyết phân biệt Tơ tằm thật và Tơ nilon (Tơ nhân tạo): Dựa vào tính chất đốt cháy của protein, khi em rút một sợi vải và đốt, nếu sợi vải cháy sun lại thành cục cứng và có mùi khét lẹt như mùi tóc cháy, đó chắc chắn là tơ tằm thật (vì tơ tằm có bản chất là protein). Nếu sợi vải cháy có mùi khét của nhựa, đó là sợi nilon tổng hợp.
• Hiện tượng "gạch cua" nổi lên khi nấu canh: Khi em nấu canh cua, lúc nước bắt đầu sôi, các mảng "gạch cua" và "thịt cua" sẽ đông kết lại thành từng tảng nổi lên mặt nước. Đây chính là hiện tượng sự đông tụ protein dưới tác dụng của nhiệt độ cao.
• Tại sao vắt chanh vào sữa nóng lại làm sữa kết tủa? Sữa chứa rất nhiều protein. Khi em vắt chanh (chứa citric acid) vào sữa, môi trường acid làm thay đổi cấu trúc của protein trong sữa, khiến chúng bị đông tụ và tách lớp (vón cục trắng). Nguyên lí đông tụ bằng acid hoặc nhiệt này cũng chính là cách người ta làm ra đậu phụ từ sữa đậu nành hay làm phô mai từ sữa bò tươi.

1. Khái niệm, đặc điểm cấu tạo và phân loại

• Khái niệm: Polymer là những chất có khối lượng phân tử rất lớn do nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau tạo nên. Phân tử nhỏ kết hợp với nhau tạo nên polymer được gọi là monomer.
• Cấu tạo mạch: Mạch polymer có 3 dạng cơ bản: mạch không phân nhánh (như PE, amylose), mạch phân nhánh (như amylopectin, glycogen) và mạng không gian (như cao su lưu hoá).
• Phân loại: Dựa vào nguồn gốc, polymer được chia thành:
  • Polymer thiên nhiên: Có sẵn trong tự nhiên như tinh bột, cellulose, tơ tằm, bông....
  • Polymer tổng hợp: Được tổng hợp bằng phương pháp hoá học như nhựa PE, PP....

2. Tính chất vật lí

• Hầu hết polymer là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi xác định. Đa số không tan trong nước và các dung môi thông thường.
• Nhiều polymer tổng hợp khi đun nóng sẽ chảy mềm (nhựa nhiệt dẻo), được ứng dụng để đúc, ép thành các đồ vật.
•  

3. Một số vật liệu polymer phổ biến

• Chất dẻo: Là vật liệu polymer có tính dẻo (bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực và giữ nguyên sự biến dạng đó khi thôi tác dụng).
• Tơ: Là vật liệu polymer có cấu tạo mạch không phân nhánh và có thể kéo dài thành sợi (tơ thiên nhiên và tơ tổng hợp).
• Cao su: Là vật liệu polymer có tính đàn hồi (biến dạng khi chịu lực và trở lại hình dáng ban đầu khi thôi tác dụng). Cao su không thấm nước, cách nhiệt, cách điện, chịu mài mòn tốt.
• Vật liệu composite: Là vật liệu tổ hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau, gồm vật liệu nền (thường là polymer) và vật liệu cốt (sợi thuỷ tinh, sợi carbon) giúp tăng độ bền cơ học.

4. Vấn đề ô nhiễm môi trường và cách khắc phục

• Ô nhiễm trắng: Sự lạm dụng chất dẻo (như túi nilon PE, đồ nhựa dùng một lần) gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì chúng rất khó bị phân huỷ sinh học. Đốt rác thải nhựa sinh ra nhiều khí độc hại.
• Giải pháp (Quy tắc 5R): Để bảo vệ môi trường, cần áp dụng 5R: Renew (Đổi mới công nghệ sinh học), Refuse (Từ chối đồ nhựa không phân huỷ), Reduce (Giảm thiểu), Reuse (Tái sử dụng) và Recycle (Tái chế).

3. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Polymer là những chất có khối lượng phân tử rất lớn do nhiều mắt xích liên kết với nhau. Phân tử nhỏ kết hợp với nhau tạo nên polymer được gọi là monomer.
• Polymer thường là chất rắn, không tan trong nước, không có nhiệt độ nóng chảy xác định.
• Ứng dụng cực kì rộng rãi với các loại vật liệu: chất dẻo, tơ, cao su, vật liệu composite,.
• Việc sử dụng quá nhiều vật liệu polymer khó phân huỷ gây ô nhiễm môi trường. Cần áp dụng quy tắc 5R để giảm thiểu rác thải nhựa.

4. Em có thể

• Nhận biết được các vật dụng làm từ polymer và biết cách sử dụng, bảo quản một số vật dụng làm bằng chất dẻo, tơ, cao su trong gia đình an toàn, hiệu quả.
• Phân loại được các rác thải sinh hoạt để dễ dàng tái chế.
• Nhận thức được tác hại của rác thải nhựa và thực hành các biện pháp giảm thiểu rác thải nhựa.

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao không nên bọc ni lông, đồ nhựa vào lò vi sóng? Nhiều loại túi ni lông hay hộp nhựa xốp làm từ chất dẻo (như PVC, PS) không chịu được nhiệt độ cao. Dưới tác dụng của nhiệt trong lò vi sóng, polymer có thể bị nóng chảy hoặc giải phóng ra các chất độc hại ngấm trực tiếp vào thức ăn. Em chỉ nên dùng các hộp nhựa có dán nhãn "An toàn cho lò vi sóng" (Microwave safe).
• Lưu ý khi ủi/là quần áo bằng tơ tổng hợp: Trên mác quần áo lụa nilon hay polyester thường có kí hiệu chiếc bàn là có dấu gạch chéo hoặc chỉ để nhiệt độ rất thấp. Nguyên nhân là do tơ tổng hợp có bản chất là polymer nhiệt dẻo, chúng cực kì kém chịu nhiệt. Nếu em ủi ở nhiệt độ cao, sợi vải sẽ bị chảy sun lại và làm hỏng quần áo ngay lập tức.
• Vật liệu Composite - Bí mật của xe đua và cần câu cá: Tại sao một chiếc cần câu mỏng mảnh lại câu được con cá nặng hàng chục kg mà không gãy? Đó là nhờ vật liệu composite. Lõi của nó là các sợi carbon (vật liệu cốt) siêu cứng và dai, được bọc bên ngoài bởi một lớp nhựa polymer (vật liệu nền) giúp liên kết các sợi lại. Sự kết hợp này tạo ra một vật liệu "nhẹ hơn nhôm nhưng cứng hơn thép", thường dùng làm siêu xe hoặc thiết bị thể thao cao cấp.

1. Hàm lượng các nguyên tố hoá học chủ yếu trong vỏ Trái Đất

• Vỏ Trái Đất là phần cứng (đất, đá) ở ngoài cùng của Trái Đất.
• Hầu hết các nguyên tố hoá học đều được tìm thấy ở vỏ Trái Đất. Trong đó, 8 nguyên tố chiếm tỉ lệ khối lượng lớn nhất (chiếm hơn 98%) là: Oxygen (O) chiếm nhiều nhất với 46,10%, tiếp theo là Silicon (Si - 28,20%), Aluminium (Al - 8,23%), Iron (Fe - 5,63%), Calcium (Ca), Sodium (Na), Potassium (K) và Magnesium (Mg).

2. Các dạng chất chủ yếu trong vỏ Trái Đất

Các nguyên tố hoá học trong vỏ Trái Đất chủ yếu tồn tại ở dạng hợp chất (như oxide, muối) tạo nên các loại đất, đá, khoáng chất:

• Các oxide phổ biến: $SiO_2$ (thành phần chính của cát trắng, thạch anh), $Al_2O_3$ (có nhiều trong quặng bauxite).
• Các muối silicate: Có trong mica, đất sét, đá hoa cương (granite)....
• Các muối carbonate: Phổ biến nhất là calcium carbonate ($CaCO_3$), có trong đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạch (marble), dolomite.

3. Khai thác tài nguyên từ vỏ Trái Đất

• Nguồn tài nguyên: Vỏ Trái Đất cung cấp nhiên liệu (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên), quặng kim loại (sắt, nhôm, đồng...), quặng phi kim (lưu huỳnh, phosphorus...) và vật liệu xây dựng (đá vôi, đất sét, cát...).
• Vấn đề môi trường: Hoạt động khai thác mang lại lợi ích kinh tế nhưng cũng gây ra nhiều hệ luỵ như ô nhiễm môi trường, phá huỷ cảnh quan, sạt lở đất.
• Giải pháp: Cần phải khai thác hợp lí, tiết kiệm, bảo vệ nguồn tài nguyên và tăng cường sử dụng vật liệu tái chế để hướng tới sự phát triển bền vững.

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các kết luận quan trọng:

• Các nguyên tố hoá học chủ yếu trong vỏ Trái Đất là O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K,...
• Lớp đất, đá tạo thành vỏ Trái Đất chứa thành phần hoá học chủ yếu là các oxide ($SiO_2, Al_2O_3$,...), các muối (silicate, carbonate,...), các loại quặng giàu kim loại/phi kim, nhiên liệu hoá thạch.
• Khai thác tài nguyên đem lại lợi ích kinh tế - xã hội nhưng cần tiết kiệm, bảo vệ môi trường và sử dụng vật liệu tái chế phục vụ phát triển bền vững.

5. Em có thể

• Nêu được thành phần hoá học và công dụng của một số loại đất, đá, quặng dùng trong cuộc sống.
• Giải thích được vì sao cần sử dụng tiết kiệm các nguyên liệu, vật liệu và nhiên liệu khai thác từ tài nguyên thiên nhiên, ưu tiên sử dụng vật liệu tái chế.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao Oxygen là chất khí mà lại chiếm nhiều nhất trong "vỏ cứng" của Trái Đất? Khi nhắc đến Oxygen, chúng ta thường nghĩ đến khí $O_2$ để hít thở trong không khí. Tuy nhiên, trong vỏ Trái Đất, nguyên tố Oxygen không đứng một mình ở thể khí mà liên kết chặt chẽ với các nguyên tố khác (như Si, Al, Fe) để tạo thành các phân tử rắn (Oxide và Muối). Ví dụ, trong mỗi hạt cát ($SiO_2$) đã có chứa đến 2 nguyên tử Oxygen. Vì Trái Đất có vô vàn cát đá, nên tổng khối lượng nguyên tố Oxygen cộng lại trở nên lớn nhất (46,1%).
• Câu chuyện về Đá vôi và Đá cẩm thạch: Dù có ngoại hình hoàn toàn khác nhau, ngọn núi đá vôi thô ráp và phiến đá cẩm thạch sang trọng đắt tiền lại có cùng chung một thành phần hoá học là Calcium carbonate ($CaCO_3$). Đá cẩm thạch thực chất chính là đá vôi đã bị vùi sâu dưới lòng đất, chịu sức ép và nhiệt độ khổng lồ của vỏ Trái Đất trong hàng triệu năm, khiến cấu trúc kết tinh lại và trở nên cứng, bóng và có vân đẹp mắt.
• Sức mạnh của việc thu gom vỏ lon bò húc/bia (Nhôm): Nhôm (Al) là kim loại có nhiều nhất trong vỏ Trái Đất (đứng thứ 3 tổng thể), tồn tại chủ yếu trong quặng Bauxite ($Al_2O_3$). Tuy nhiên, việc tinh luyện nhôm từ quặng tiêu tốn một lượng điện năng khổng lồ và gây ô nhiễm cao. Việc em gom vỏ lon nhôm để đem đi tái chế chỉ tiêu tốn khoảng 5% năng lượng so với việc khai thác nhôm mới, vừa bảo vệ cảnh quan mỏ, vừa tiết kiệm năng lượng quốc gia đúng như mục tiêu của bài học.

1. Khai thác đá vôi

• Nguồn gốc và thành phần: Ở vỏ Trái Đất, đá vôi được tìm thấy ở những dãy núi đá, vỏ sò, vỏ ngao, san hô,.... Thành phần chính của đá vôi là calcium carbonate ($CaCO_3$). Đây là chất rắn màu trắng, không tan trong nước, nhưng trong tự nhiên thường lẫn tạp chất nên có nhiều màu sắc khác nhau.
• Quy trình khai thác: Các bước chính bao gồm khoan lỗ và nổ mìn để phá vỡ đá, sau đó bốc xếp, vận chuyển và đập nhỏ, phân loại đá để cung cấp cho các ngành công nghiệp.
• Ứng dụng của đá vôi:
  • Dùng làm vật liệu xây dựng (đá tảng, đá phiến), chất độn trong sản xuất cao su, xà phòng, thuỷ tinh.
  • Nung đá vôi ở nhiệt độ cao thu được vôi sống (Calcium oxide - $CaO$) và khí carbon dioxide ($CO_2$). Vôi sống được dùng xử lí nước thải, khử chua đất liền.
  • Khi cho vôi sống tác dụng với nước sẽ tạo ra Calcium hydroxide ($Ca(OH)_2$) dùng làm chất tẩy trắng, khử trùng.

2. Công nghiệp silicate

• Silicon và hợp chất: Silicon là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ Trái Đất (chiếm 28,2% khối lượng). Silicon chủ yếu tồn tại ở dạng hợp chất như $SiO_2$ (có trong cát, thạch anh) hoặc muối silicate (có trong đất sét, cao lanh, mica). Silicon tinh khiết là vật liệu bán dẫn, ứng dụng chế tạo mạch điện tử, pin mặt trời.
• Ngành công nghiệp silicate: Bao gồm các ngành sản xuất sử dụng nguyên liệu chính từ hợp chất của silicon:
  • Sản xuất gốm sứ: Trộn đất sét, nước thành khối dẻo, tạo hình, phơi sấy và nung ở nhiệt độ cao để tạo ra gạch ngói, đồ sứ.
  • Sản xuất thuỷ tinh: Nung hỗn hợp cát thạch anh ($SiO_2$), đá vôi ($CaCO_3$) và soda ($Na_2CO_3$) ở $1400 - 1600 \ ^oC$ tạo ra thuỷ tinh dẻo, rồi thổi/ép thành hình các vật dụng.
  • Sản xuất xi măng: Nghiền nhỏ quặng vôi, đất sét và nung nóng tạo thành các hạt clanhke (clinker). Sau đó nghiền clanhke cùng với một ít thạch cao ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$) sẽ thu được xi măng.

3. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Thành phần chính của đá vôi là $CaCO_3$. Đá vôi được dùng để làm vật liệu xây dựng, sản xuất vôi, xi măng, cao su, chất độn, gang,....
• Các hợp chất của silicon có trong cát, cao lanh, đất sét,... là nguyên liệu cho các ngành sản xuất gốm, sứ, thuỷ tinh, xi măng,....
• Silicon là vật liệu bán dẫn được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử.

4. Em có thể

• Đưa ra các ví dụ minh hoạ cho các ứng dụng quan trọng của silicon và các hợp chất của nó trong đời sống.
• Kể tên các ngành sản xuất sử dụng nguyên liệu là đá vôi, đất sét, cát.

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao lại hình thành thạch nhũ tuyệt đẹp trong các hang động? Ở Vịnh Hạ Long hay Phong Nha - Kẻ Bàng, các hang động có những cột thạch nhũ mọc từ dưới lên hay rủ từ trên xuống rất lộng lẫy. Điều này được giải thích bằng phản ứng hoá học: Calcium carbonate ($CaCO_3$) trong đá vôi tan dần trong nước mưa có chứa khí $CO_2$ tạo ra muối tan $Ca(HCO_3)_2$. Khi dung dịch này chảy rỉ xuống, nước bay hơi và khí $CO_2$ thoát ra, để lại kết tủa $CaCO_3$ chất đống qua hàng ngàn năm tạo thành thạch nhũ.
• "Thung lũng Silicon" (Silicon Valley) lấy tên từ đâu? Silicon Valley ở Mỹ là cái nôi của công nghệ thế giới (nơi đặt trụ sở của Apple, Google, Intel). Chữ "Silicon" được đặt tên cho thung lũng này chính là vì Silicon (Si) là vật liệu bán dẫn nền tảng để chế tạo ra mọi linh kiện điện tử, vi mạch và con chip máy tính trong thời đại số.
• Khử chua đất trồng trọt: Sau nhiều mùa vụ hoặc do mưa acid, đất nông nghiệp thường bị "chua" (độ acid cao) khiến cây trồng không thể hút dinh dưỡng. Bà con nông dân thường mua vôi bột ($CaO$) rắc lên mặt ruộng. Vôi bột phản ứng với nước tạo thành base mạnh $Ca(OH)_2$, giúp trung hoà lượng acid dư thừa, làm đất tơi xốp và cải thiện năng suất cây trồng.

1. Khái niệm nhiên liệu hoá thạch và khí Methane

• Nhiên liệu hoá thạch: Được tạo thành từ quá trình phân huỷ các sinh vật bị chôn vùi dưới lòng đất hàng triệu năm, chứa thành phần chủ yếu là các hydrocarbon. Tồn tại ở cả 3 thể: rắn (than đá, than bùn...), lỏng (dầu mỏ) và khí (khí thiên nhiên, khí mỏ dầu).
• Khí methane ($CH_4$): Là thành phần chính của khí thiên nhiên. Trong thực tế, một lượng lớn methane còn được sinh ra từ các hoạt động của con người như phân huỷ rác thải, tiêu hoá thức ăn của gia súc (đặc biệt là trâu, bò), hoạt động khai thác mỏ....

2. Khai thác và sử dụng nhiên liệu hoá thạch

• Thực trạng và hệ luỵ: Nhiên liệu hoá thạch mang lại nhiều lợi ích kinh tế và là nguồn năng lượng trọng yếu của thế giới. Tuy nhiên, việc khai thác quá mức làm cạn kiệt tài nguyên. Đặc biệt, quá trình đốt cháy sinh ra khối lượng khổng lồ khí carbon dioxide ($CO_2$), carbon monoxide ($CO$), oxide của nitrogen, lưu huỳnh... gây ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.
• Giải pháp: Cần tích cực và liên tục tiết kiệm năng lượng, sử dụng năng lượng tái tạo (ethanol, sinh khối, biodiesel), dùng phương tiện giao thông công cộng và xe điện.

3. Nguồn carbon và Chu trình carbon trong tự nhiên

• Nguồn carbon: Trong tự nhiên, carbon tồn tại ở dạng đơn chất (như kim cương, than chì) và hợp chất vô cơ (khí $CO_2$, muối carbonate) lẫn hợp chất hữu cơ (carbohydrate, protein...).
• Chu trình carbon: Là sự chuyển hoá của nguyên tố carbon từ dạng này sang dạng khác một cách liên tục, tạo thành một chu trình khép kín.
  • Quá trình phát thải: Hô hấp của động thực vật, phân huỷ xác sinh vật, đốt cháy nhiên liệu chuyển hoá carbon thành $CO_2$ đưa vào khí quyển.
  • Quá trình hấp thụ: Cây xanh quang hợp lấy $CO_2$ từ khí quyển để tạo ra chất hữu cơ. Ngoài ra, $CO_2$ còn được hoà tan vào nước biển, sông, hồ.

4. Sự ấm lên toàn cầu và Hiệu ứng nhà kính

• Nguyên nhân: Khí $CO_2$ và methane ($CH_4$) tuy chiếm hàm lượng rất nhỏ trong khí quyển nhưng lại là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Do hoạt động công nghiệp và phá rừng, lượng khí này tăng vọt làm nhiệt độ Trái Đất tăng lên.
• Hệ quả: Gây ra thời tiết cực đoan (bão lớn, lũ lụt, hạn hán), băng tan ở hai cực làm nước biển dâng cao nhấn chìm vùng ven biển, acid hoá nước biển (do $CO_2$ tan vào nước) làm suy giảm sinh vật biển và thu hẹp thảm thực vật.

5. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Nhiên liệu hoá thạch chứa hàm lượng lớn nguyên tố carbon, khi đốt cháy sinh ra lượng lớn khí $CO_2$.
• Đây là nguồn năng lượng có hạn, việc khai thác và sử dụng quá mức đang đe dọa làm cạn kiệt tài nguyên, gây biến đổi khí hậu trên Trái Đất.
• Methane ($CH_4$) có trong khí thiên nhiên, sinh ra từ bãi rác, quá trình tiêu hóa của gia súc... và cùng với $CO_2$ là các khí nhà kính chính.
• Nguyên tố carbon luân chuyển liên tục giữa các dạng hợp chất và môi trường sống, tạo thành chu trình khép kín trong tự nhiên.

6. Em có thể

• Vận động mọi người xung quanh hạn chế sử dụng nhiên liệu hoá thạch (như tắt máy xe khi dừng đèn đỏ lâu, dùng bếp từ thay bếp than/gas, đi xe đạp/xe buýt...).
• Tham gia trồng rừng và bảo vệ cây xanh để tăng cường khả năng hấp thụ $CO_2$ của sinh quyển.

7. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Bí ẩn của Kim cương và Than chì: Em có biết than chì (mềm đến mức dùng làm ruột bút chì để viết) và kim cương (vật liệu cứng nhất hành tinh) đều được tạo ra hoàn toàn từ 100% nguyên tố Carbon? Sự khác biệt nằm ở cấu trúc liên kết. Dưới áp suất và nhiệt độ khổng lồ sâu trong lòng Trái Đất, các nguyên tử carbon ép chặt lại với nhau theo khối tứ diện tạo ra kim cương lấp lánh.
• Tại sao ăn nhiều thịt bò lại gián tiếp gây biến đổi khí hậu? Nghe có vẻ vô lí nhưng lại hoàn toàn khoa học. Dạ dày của các loài động vật nhai lại như trâu, bò có hệ vi sinh vật đặc biệt giúp phân giải cỏ. Quá trình này sinh ra một lượng khổng lồ khí methane ($CH_4$) qua đường ợ hơi và đánh rắm của chúng. Methane là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh gấp 25 lần $CO_2$. Do đó, việc chăn nuôi gia súc công nghiệp quy mô lớn đang đóng góp không nhỏ vào sự ấm lên toàn cầu.
• "Acid hoá đại dương" - Kẻ thù của san hô: Khí $CO_2$ trong khí quyển không chỉ làm nóng Trái Đất mà khi tan vào nước biển, nó tạo ra môi trường acid nhẹ. Sự thay đổi pH dù rất nhỏ này lại làm tan chảy lớp vỏ $CaCO_3$ của các rặng san hô và các loài động vật có vỏ (ngao, sò, tôm, cua), gây phá huỷ nghiêm trọng hệ sinh thái đại dương.

1. Khái niệm di truyền và biến dị

• Di truyền: Là sự truyền đạt các tính trạng từ bố mẹ đến các thế hệ con cháu. (Ví dụ: bố mẹ tóc xoăn sinh con tóc xoăn).
• Biến dị: Là sự khác biệt giữa các cá thể cùng loài và sự khác biệt của con cái so với bố mẹ. (Ví dụ: bố mẹ tóc xoăn nhưng sinh con tóc thẳng).
• Di truyền học: Là khoa học nghiên cứu về tính di truyền và biến dị. Hiện tượng này do thông tin di truyền nằm trong tế bào (sau này gọi là gene) quy định, do đó gene được xem là trung tâm của di truyền học.

2. Mendel – Người đặt nền móng cho di truyền học

• Thí nghiệm của Mendel: Grego Johann Mendel (1822 – 1884) là người đầu tiên vận dụng phương pháp khoa học vào nghiên cứu di truyền bằng cách tiến hành lai các giống đậu Hà Lan (Pisum sativum). Ông tập trung vào các tính trạng tương phản (ví dụ: hoa tím và hoa trắng, hạt vàng và hạt xanh). Khi lai cây hoa tím với cây hoa trắng (thế hệ P), ông nhận thấy thế hệ con ($F_1$) 100% ra hoa tím, nhưng đến thế hệ cháu ($F_2$) lại xuất hiện cả hoa tím và hoa trắng.
• Ý tưởng về nhân tố di truyền: Từ kết quả trên, Mendel bác bỏ quan điểm đương thời cho rằng "tính trạng của bố mẹ hoà trộn vào nhau ở con". Ông chỉ ra rằng tính trạng do các nhân tố di truyền (sau này gọi là gene/allele) quy định và chúng không hoà trộn vào nhau.

3. Một số thuật ngữ và kí hiệu cơ bản

• Thuật ngữ:
  • Tính trạng: Là đặc điểm về hình thái, cấu tạo, sinh lí của cơ thể.
  • Tính trạng tương phản: Là hai trạng thái biểu hiện ngược nhau của cùng một loại tính trạng.
  • Gene và Allele: Gene quy định tính trạng. Allele là các trạng thái biểu hiện khác nhau của cùng một gene.
  • Kiểu hình: Là tổ hợp toàn bộ tính trạng của cơ thể (Ví dụ: Mắt đen, tóc thẳng).
  • Kiểu gene: Là tổ hợp toàn bộ gene trong tế bào cơ thể (Ví dụ: AA, Aa, aa).
  • Dòng thuần (cơ thể thuần chủng): Cơ thể có kiểu gene quy định tính trạng đồng hợp (chứa các allele giống nhau, ví dụ: AA hoặc aa).
• Kí hiệu: P (cặp bố mẹ), x (phép lai), G (giao tử), ♂ (con đực), ♀ (con cái), F (thế hệ con: $F_1$, $F_2$...).

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Di truyền là hiện tượng truyền đạt các tính trạng của bố mẹ, tổ tiên cho các thế hệ con cháu. Biến dị là hiện tượng con sinh ra có các đặc điểm khác nhau và khác bố mẹ.
• Hiện tượng di truyền và biến dị là do nhân tố di truyền (gene) nằm trong tế bào quy định, do đó, gene được xem là trung tâm của di truyền học.
• Ý tưởng về nhân tố di truyền của Mendel là cơ sở cho những nghiên cứu về gene sau này.

5. Em có thể

• Nhận biết đặc điểm di truyền, biến dị ở truyền trong gia đình em.
• Sử dụng được một số thuật ngữ, kí hiệu để xây dựng sơ đồ lai.

6. Ví dụ thực tế

• Tại sao em có nét giống bố, nét giống mẹ nhưng không giống hệt ai? Đây là ví dụ hoàn hảo để giải thích hai khái niệm trọng tâm của bài. Em thừa hưởng hình dáng mũi cao của bố và nước da sáng của mẹ, đó chính là hiện tượng di truyền. Tuy nhiên, em lại có lúm đồng tiền trong khi cả bố và mẹ đều không có, hoặc em cao hơn hẳn bố mẹ, đó chính là hiện tượng biến dị. Di truyền giữ lại đặc trưng nòi giống, còn biến dị giúp tạo ra sự đa dạng.
• Tại sao Mendel lại chọn đậu Hà Lan? Việc chọn đúng đối tượng nghiên cứu đã giúp Mendel thành công rực rỡ. Đậu Hà Lan có vòng đời ngắn (chỉ vài tháng là thu hoạch), sinh sản nhiều, tự thụ phấn nghiêm ngặt và đặc biệt là có các tính trạng tương phản cực kì rõ rệt (hạt chỉ có màu vàng hoặc xanh, hoa chỉ có màu tím hoặc trắng) chứ không có màu pha trộn lai tạp, giúp ông dễ dàng đếm và thống kê kết quả.
• "Chó cỏ" và "Chó thuần chủng" dưới góc nhìn di truyền học: Trong đời sống, những chú chó đắt tiền như Corgi, Husky thường được gọi là chó "thuần chủng". Trong di truyền học, cơ thể thuần chủng (dòng thuần) nghĩa là chúng có kiểu gene đồng hợp (chứa các allele giống hệt nhau). Nếu cho hai con chó thuần chủng cùng giống giao phối, thế hệ con ($F_1$) sẽ mang 100% đặc điểm ngoại hình (kiểu hình) đặc trưng của giống chó đó mà không bị tạp lẫn các đặc điểm của giống khác.