1. Tóm tắt lý thuyết

Trong bài này, chúng ta tìm hiểu về hai cách mắc linh kiện điện tử cơ bản và các đặc điểm về Cường độ dòng điện ($I$), Hiệu điện thế ($U$) và Điện trở tương đương ($R_{tđ}$) của chúng:

A. Đoạn mạch nối tiếp

• Định nghĩa: Là đoạn mạch gồm các điện trở (hoặc thiết bị điện) được mắc nối tiếp nhau thành một dãy liên tiếp, dòng điện chỉ có một đường đi duy nhất.
• Điện trở tương đương ($R_{tđ}$): Bằng tổng các điện trở thành phần. Khi mắc nối tiếp, điện trở tổng của mạch sẽ tăng lên.
  • Công thức: $R_{tđ} = R_1 + R_2 + ... + R_n$.
• Cường độ dòng điện ($I$): Có giá trị như nhau tại mọi điểm trong mạch.
  • Công thức: $I = I_1 = I_2 = ... = I_n$.
• Hiệu điện thế ($U$): Bằng tổng các hiệu điện thế trên mỗi điện trở thành phần.
  • Công thức: $U = U_1 + U_2 + ... + U_n$.

B. Đoạn mạch song song

• Định nghĩa: Là đoạn mạch gồm các điện trở (hoặc thiết bị điện) được mắc song song với nhau, các thiết bị chung nhau hai điểm nối. Dòng điện từ nguồn đi ra sẽ bị chia thành nhiều nhánh.
• Điện trở tương đương ($R_{tđ}$): Nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng các nghịch đảo của các điện trở thành phần. Khi mắc song song, điện trở tổng của mạch sẽ nhỏ hơn điện trở của từng thành phần.
  • Công thức: $\frac{1}{R_{tđ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... + \frac{1}{R_n}$.
• Cường độ dòng điện ($I$): Dòng điện mạch chính bằng tổng cường độ dòng điện trong các mạch nhánh.
  • Công thức: $I = I_1 + I_2 + ... + I_n$.
• Hiệu điện thế ($U$): Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch song song bằng nhau và bằng hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi mạch nhánh.
  • Công thức: $U = U_1 = U_2 = ... = U_n$.

2. Em đã học

Từ bài học này, em ghi nhớ các đặc điểm sau:

• Đoạn mạch nối tiếp:
  • Cường độ dòng điện: $I = I_1 = I_2 = ... = I_n$.
  • Điện trở tương đương: $R_{tđ} = R_1 + R_2 + ... + R_n$.
• Đoạn mạch song song:
  • Cường độ dòng điện mạch chính: $I = I_1 + I_2 + ... + I_n$.
  • Điện trở tương đương: $\frac{1}{R_{tđ}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... + \frac{1}{R_n}$.

3. Em có thể

• Giải thích được vì sao các thiết bị tiêu thụ điện như bóng đèn, tivi, tủ lạnh,... sử dụng trong gia đình lại được mắc song song.
• Thiết kế được sơ đồ mạch điện dùng các bóng đèn để trang trí "cành đào, cành mai ngày Tết".

4. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao mạng điện gia đình (Tivi, quạt, tủ lạnh, đèn) lại phải mắc song song?
  1. Lí do thứ nhất (Về điện áp): Mọi thiết bị điện trong nhà đều được sản xuất để hoạt động tốt nhất ở hiệu điện thế định mức là 220V. Theo nguyên lí mạch song song ($U = U_1 = U_2$), khi mắc song song vào nguồn điện lưới 220V, tất cả các thiết bị sẽ đều nhận được đúng hiệu điện thế 220V này để hoạt động ổn định.
  2. Lí do thứ hai (Về tính độc lập): Trong mạch song song, dòng điện đi theo nhiều nhánh độc lập. Nếu bóng đèn phòng khách bị cháy đứt dây tóc, nó chỉ làm đứt nhánh của bóng đèn đó, trong khi tivi ở nhánh khác vẫn có dòng điện chạy qua nên vẫn hoạt động bình thường. Nếu mắc nối tiếp, chỉ cần một thiết bị hỏng, cả nhà sẽ cúp điện.
• Ứng dụng của mạch nối tiếp - Dây đèn LED chớp nháy trang trí Tết: Dây đèn nháy (đèn tiên) treo cây đào/mai thường gồm hàng chục bóng đèn LED li ti mắc nối tiếp nhau. Lợi ích là cấu tạo dây dẫn rất đơn giản và tiết kiệm chi phí. Hơn nữa, vì mắc nối tiếp nên hiệu điện thế tổng 220V sẽ được chia nhỏ ra cho hàng chục bóng đèn ($U = U_1 + U_2 + ...$), mỗi bóng chỉ phải chịu khoảng vài V, giúp chúng không bị cháy. Tuy nhiên, nhược điểm chí mạng là nếu một bóng đèn LED bị hỏng hoặc lỏng chân, cả đoạn đèn nháy sẽ tắt luôn do đứt mạch. Tới nay, để khắc phục, người ta thường chia dây đèn thành nhiều cụm nối tiếp, và các cụm đó mắc song song với nhau.

I. Năng lượng điện

• Định nghĩa: Dòng điện có năng lượng, gọi là năng lượng điện (hoặc điện năng).
• Sự chuyển hoá năng lượng: Năng lượng điện có thể chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng (khi đun nước, sấy tóc), quang năng (làm sáng bóng đèn), hay cơ năng (làm quay quạt).
• Công thức tính năng lượng điện: Năng lượng điện trên một đoạn mạch được chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác, xác định bởi biểu thức: $W = UIt$.
  • Trong đó: $W$ là năng lượng điện (đơn vị: jun - J); $U$ là hiệu điện thế (V); $I$ là cường độ dòng điện (A); $t$ là thời gian dòng điện chạy qua (s).

I. Công suất điện

• Định nghĩa: Năng lượng của dòng điện chạy qua một đoạn mạch trong một đơn vị thời gian gọi là công suất điện. Đại lượng này đặc trưng cho tốc độ tiêu thụ điện năng của thiết bị.
• Công thức tính công suất điện: $\mathcal{P} = UI$ hoặc $\mathcal{P} = \frac{W}{t}$.
  • Trong đó: $\mathcal{P}$ là công suất điện, đơn vị là oát (W).

III. Công suất điện định mức

• Trên mỗi thiết bị tiêu thụ điện (bóng đèn, bếp điện, bàn là...) thường ghi các trị số hiệu điện thế định mức và công suất điện định mức.
• Ý nghĩa: Công suất điện định mức của một thiết bị cho biết công suất mà thiết bị đó tiêu thụ khi hoạt động bình thường (tức là khi được mắc vào đúng hiệu điện thế định mức).

IV. Tóm Lại

1. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các kiến thức cốt lõi sau:

• Dòng điện có năng lượng. Năng lượng điện có thể chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng,...
• Năng lượng điện trên một đoạn mạch chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác được tính bằng công thức: $W = UIt$.
• Công suất điện có giá trị bằng năng lượng điện chuyển hoá qua một đoạn mạch trong một đơn vị thời gian. Công thức: $\mathcal{P} = UI$.
• Công suất điện định mức của một thiết bị tiêu thụ điện là công suất mà thiết bị tiêu thụ khi hoạt động bình thường.

2. Em có thể

• Tính được năng lượng điện mà thiết bị dùng trong gia đình tiêu thụ hằng tháng và số tiền giá điện phải trả Công ty Điện lực.

3. Ví dụ thực tế

• Hiểu thông số trên thiết bị điện khi đi mua sắm: Khi đi siêu thị mua một chiếc ấm siêu tốc, em sẽ thấy trên vỏ hộp ghi "220V - 1500W". Nhờ học Bài 13, em hiểu rằng: Để ấm hoạt động bình thường đun nước sôi nhanh nhất, phải cắm vào điện lưới 220V. Khi cắm đúng 220V, công suất tiêu thụ của ấm sẽ là 1500W (nghĩa là mỗi giây ấm chuyển hoá 1500 Jun điện năng thành nhiệt năng để đun nước).
• Cách tính tiền điện gia đình (Ứng dụng kWh): Trong đời sống, người ta không dùng đơn vị Jun (J) để tính tiền điện vì nó quá nhỏ, mà dùng đơn vị Kilôoát giờ (kWh) - dân gian hay gọi là "1 số điện". Ví dụ, một máy lạnh có công suất 1000W (tức 1kW). Nếu em bật máy lạnh này liên tục trong 8 giờ, năng lượng điện tiêu thụ sẽ là $W = \mathcal{P}.t = 1\text{kW} \times 8\text{h} = 8 \text{ kWh}$ (8 số điện). Từ số điện này nhân với đơn giá nhà nước (khoảng 2.000 VNĐ/số) em sẽ tính ra được số tiền điện phải trả.
• Thiết bị đo điện năng trong nhà: Cái hộp đen (hoặc trắng) treo ngoài cột điện trước cửa nhà em chính là "Công tơ điện". Nó được thiết kế dựa trên nguyên lí tác dụng của dòng điện. Khi dòng điện chạy vào nhà em càng nhiều (bật nhiều thiết bị), đĩa nhôm bên trong công tơ sẽ quay càng nhanh, làm các bánh răng nhảy số, từ đó đo lường chính xác lượng điện năng (kWh) gia đình đã sử dụng để tính tiền.

1. Dòng điện cảm ứng và Hiện tượng cảm ứng điện từ

• Dòng điện cảm ứng: Là dòng điện xuất hiện trong một cuộn dây dẫn kín khi ta đưa một cực của nam châm vĩnh cửu lại gần hoặc ra xa cuộn dây đó (hoặc ngược lại, cho cuộn dây chuyển động lại gần/ra xa nam châm).
• Nguyên nhân: Dòng điện cảm ứng xuất hiện khi có sự biến thiên (tăng hoặc giảm) số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín.
• Hiện tượng cảm ứng điện từ: Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

2. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

• Khái niệm dòng điện xoay chiều: Là dòng điện có cường độ và chiều luân phiên thay đổi theo thời gian. Tần số của dòng điện xoay chiều dùng trong mạng điện gia đình ở Việt Nam thường là 50 Hz (chiều dòng điện thay đổi 100 lần trong 1 giây).
• Nguyên tắc tạo ra: Dòng điện xoay chiều được tạo ra dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Có hai cách cơ bản để tạo ra sự biến thiên đường sức từ liên tục:
  1. Cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn.
  2. Cho cuộn dây dẫn quay trong từ trường của nam châm.

3. Em đã học

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

• Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi có sự biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây.
• Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
• Dòng điện xoay chiều có cường độ và chiều luân phiên thay đổi theo thời gian.
• Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (từ thông qua tiết diện cuộn dây luân phiên biến thiên).

4. Em có thể

• Nêu được tên các thiết bị sử dụng dòng điện xoay chiều trong đời sống như máy giặt, tủ lạnh, bếp điện, bếp từ,....
• Giải thích được cách tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây dẫn.

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Đinamô (Dynamo) xe đạp: Ngày xưa, xe đạp thường gắn một "cục" nhỏ cọ xát vào lốp xe để thắp sáng đèn. Đó chính là một máy phát điện xoay chiều mini. Khi bánh xe lăn, nó làm quay một lõi nam châm nhỏ nằm bên trong một cuộn dây đồng. Sự quay của nam châm tạo ra sự biến thiên đường sức từ (hiện tượng cảm ứng điện từ), sinh ra dòng điện xoay chiều làm đèn xe sáng.
• Hoạt động của nhà máy thuỷ điện/điện gió: Dù là tua-bin gió khổng lồ hay dòng nước xả từ đập thuỷ điện, mục đích cơ học duy nhất của chúng là làm quay một nam châm điện khổng lồ (hoặc cuộn dây) bên trong máy phát điện. Sự chuyển động quay liên tục này tạo ra dòng điện xoay chiều công suất lớn hoà vào lưới điện quốc gia truyền đến nhà em.
• Sạc không dây điện thoại: Sạc không dây hoạt động dựa trên cảm ứng điện từ. Trong đế sạc có một cuộn dây sinh ra từ trường biến thiên liên tục. Khi em đặt điện thoại (cũng có một cuộn dây tương tự ở mặt lưng) lên đế sạc, từ trường biến thiên này xuyên qua cuộn dây trong điện thoại, tạo ra một dòng điện cảm ứng sạc đầy cho pin.
• 

1. Tóm tắt lý thuyết

Tương tự như dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều (dùng trong mạng điện gia đình và công nghiệp) cũng có 4 tác dụng chính sau đây:

A. Tác dụng nhiệt

• Dòng điện xoay chiều khi chạy qua các vật dẫn sẽ làm vật đó nóng lên.
• Ứng dụng: Đây là nguyên lí hoạt động của máy sấy tóc, bàn là (bàn ủi), ấm đun nước bằng điện, bình nóng lạnh.

B. Tác dụng phát sáng

• Dòng điện xoay chiều chạy qua các loại đèn làm chúng phát sáng.
• Ứng dụng: Làm sáng bóng đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang (đèn tuýp), đèn LED để chiếu sáng trong sinh hoạt.

C. Tác dụng từ

• Dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn (đặc biệt là khi được quấn thành cuộn dây dẫn) sẽ sinh ra từ trường xung quanh nó.
• Ứng dụng: Dùng để chế tạo nam châm điện xoay chiều. Nam châm điện này được ứng dụng rộng rãi làm cần cẩu từ tính chuyên bốc dỡ sắt thép phế liệu, chế tạo rơ-le điện từ, động cơ điện,....

D. Tác dụng sinh lí

• Khi dòng điện xoay chiều đi qua cơ thể người hoặc động vật, nó sẽ gây ra các cơ co giật, có thể làm tim ngừng đập, ngạt thở, hoặc làm thần kinh bị tê liệt. Mạng điện gia đình (220V) rất nguy hiểm tới tính mạng nên cần phải cẩn thận tuyệt đối.
• Ứng dụng trong y học: Tuy nguy hiểm, nhưng nếu được kiểm soát ở cường độ dòng điện và tần số thích hợp, tác dụng sinh lí được dùng để chữa bệnh (như châm cứu điện) hoặc chế tạo máy khử rung tim (dùng xung điện đặc biệt để kích thích tim đập lại bình thường trong cấp cứu).

2. Em đã học

Từ Bài 15, em cần ghi nhớ 4 tác dụng của dòng điện xoay chiều:

• Tác dụng nhiệt: Dòng điện xoay chiều chạy qua bình nước nóng, ấm đun nước, máy sấy tóc,... làm các thiết bị điện đó nóng lên.
• Tác dụng phát sáng: Dòng điện xoay chiều chạy qua đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang,... làm các đèn phát sáng.
• Tác dụng từ: Dòng điện xoay chiều chạy trong dây dẫn (thẳng hay cuộn dây) sinh ra từ trường.
• Tác dụng sinh lí: Dòng điện xoay chiều đi qua cơ thể sẽ làm các cơ co giật, có thể tim ngừng đập, ngạt thở, thần kinh bị tê liệt,....

4. Em có thể

• Nhận biết được các tác dụng của dòng điện xoay chiều chạy qua các thiết bị điện như quạt điện, bếp từ, bình nước nóng, máy sấy tóc, nến điện, đệm điện,....
• Nêu được một số ví dụ về tác dụng phát sáng, tác dụng nhiệt, tác dụng từ của dòng điện xoay chiều được ứng dụng trong thực tế đời sống.

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Nhận diện "sát thủ vô hình" (Tác dụng sinh lí): Rất nhiều vụ tai nạn giật điện thương tâm trong nhà tắm bắt nguồn từ việc bình nóng lạnh bị rò rỉ điện. Khi đó, dòng điện xoay chiều 220V truyền qua nước vào cơ thể người, lập tức gây co giật cơ bắp khiến người bị nạn không thể tự rút tay ra, dẫn đến tê liệt và ngạt thở. Do đó, hiện nay các bình nóng lạnh đều phải bắt buộc gắn bộ ELCB (Aptomat chống giật) để ngắt mạch ngay lập tức khi phát hiện dòng rò.
• Quạt điện có phải là tác dụng nhiệt không? Khi em cắm quạt điện, động cơ quạt quay tạo ra gió. Động cơ này hoạt động được là nhờ tác dụng từ của dòng điện xoay chiều (dòng điện sinh ra từ trường làm quay rotor). Tuy nhiên, nếu sờ vào bầu quạt sau một lúc, em sẽ thấy nó nóng lên, đó là sự hao phí dưới dạng tác dụng nhiệt. Do vậy, trên một thiết bị có thể đồng thời xảy ra nhiều tác dụng của dòng điện.
• Bếp điện từ (Induction Cooker): Đây là thiết bị rất thú vị. Dòng điện xoay chiều chạy trong mâm từ của bếp sinh ra một từ trường biến thiên cực mạnh (tác dụng từ). Từ trường này đi qua đáy nồi làm bằng kim loại nhiễm từ, sinh ra các dòng điện Fu-cô ngay tại đáy nồi, khiến đáy nồi tự nóng lên để nấu chín thức ăn (tác dụng nhiệt). Mặt kính của bếp thì lại không hề nóng.

1. Các khái niệm

A. Vòng năng lượng trên Trái Đất Năng lượng mặt trời là nguồn gốc của hầu hết các dạng năng lượng trên Trái Đất, duy trì sự sống và các vòng tuần hoàn tự nhiên.

• Vòng năng lượng giữa các vật sống: Năng lượng mặt trời được thực vật hấp thụ qua quang hợp để tạo ra chất hữu cơ. Động vật ăn thực vật (hoặc ăn động vật khác) để lấy năng lượng sinh trưởng. Khi sinh vật chết đi, bị phân huỷ thành các chất vô cơ, một phần nhỏ tích tụ hàng triệu năm biến thành nhiên liệu hoá thạch.
• Vòng năng lượng theo vòng tuần hoàn của nước: Năng lượng mặt trời làm nước bốc hơi tạo thành mây, gây ra mưa, cung cấp nước cho các dòng sông. Sự chênh lệch nhiệt độ do mặt trời chiếu sáng cũng tạo ra gió và các dòng hải lưu. Do đó, năng lượng gió, năng lượng thuỷ điện, dòng chảy đều bắt nguồn từ Mặt Trời.

B. Năng lượng hoá thạch

• Nguồn gốc: Bao gồm than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên, được hình thành từ việc phân huỷ xác các sinh vật (động thực vật) bị chôn vùi dưới lớp trầm tích qua hàng triệu năm dưới áp suất và nhiệt độ cao.
• Ưu điểm: Có khả năng khai thác với khối lượng lớn, dễ vận chuyển, công nghệ chuyển hoá thành điện năng hay nhiệt năng đã rất phát triển với chi phí rẻ.
• Nhược điểm: Là nguồn năng lượng không tái tạo (đang cạn kiệt nhanh chóng). Việc đốt nhiên liệu hoá thạch thải ra nhiều khí độc hại (CO2, NO2, SO2) gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu và mưa acid.

C. Yếu tố ảnh hưởng đến giá nhiên liệu hoá thạch Giá nhiên liệu hoá thạch (như giá xăng, dầu) bị chi phối bởi nhiều yếu tố: chi phí thăm dò, khai thác, vận chuyển, lọc hoá dầu, chi phí bảo vệ môi trường (thuế môi trường), cung cầu thị trường và chính sách của các quốc gia.

2. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ:

• Vòng năng lượng giữa các vật sống và vòng năng lượng theo vòng tuần hoàn của nước... chứng tỏ các dạng năng lượng này đều bắt nguồn từ Mặt Trời.
• Ưu điểm của năng lượng hoá thạch là dễ khai thác lượng lớn, vận chuyển dễ, công nghệ dùng chi phí rẻ.
• Nhược điểm là gây ô nhiễm môi trường nặng nề (phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính) và đang cạn kiệt.
• Giá nhiên liệu phụ thuộc vào: chi phí khai thác, vận chuyển, lưu kho, thuế môi trường,...

3. Em có thể

• Giải thích được năng lượng từ gió, dòng chảy (thuỷ điện) trong vòng tuần hoàn nước thực chất đến từ Mặt Trời.
• Lấy được ví dụ về việc đốt than, xăng, dầu gây ô nhiễm môi trường trong cuộc sống hằng ngày (khói xe cộ, khói nhà máy nhiệt điện...).

4. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao năng lượng Gió và Thuỷ điện thực chất là Năng lượng Mặt Trời? Đôi khi ta nghĩ sức gió và sức nước là tự nhiên, nhưng thực tế, nếu không có sức nóng của Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất làm chênh lệch nhiệt độ thì không khí sẽ không chuyển động (không có gió). Tương tự, nếu Mặt Trời không làm nước bốc hơi lên cao tạo thành mây và mưa dội xuống các vùng núi cao, thì sẽ không có dòng chảy của các con sông đổ về chỗ thấp để làm quay tuabin thuỷ điện.
• Vì sao gọi là "Năng lượng Hoá thạch"? Từ "hoá thạch" thường làm ta nghĩ đến xương khủng long. Thực chất, dầu mỏ hay than đá chính là "xác" của những cánh rừng cổ đại, những loài sinh vật phù du, động vật biển khổng lồ tồn tại trước cả thời khủng long. Khi chúng ta đổ xăng để chạy xe, về mặt bản chất, ta đang sử dụng "năng lượng mặt trời" đã được thực vật/động vật hấp thụ và lưu trữ từ hàng trăm triệu năm trước.
• Xu hướng xe điện (EV) hiện nay: Việc đốt nhiên liệu hoá thạch (như xăng xe máy, ô tô) thải ra rất nhiều khí nhà kính (CO2, NO2). Đây là nguyên nhân chính khiến Trái Đất nóng lên và thời tiết cực đoan. Đó là lí do vì sao các quốc gia và các hãng xe (như VinFast, Tesla) đang chuyển dịch mạnh mẽ sang sản xuất xe điện, nhằm giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hoá thạch và bảo vệ môi trường sinh thái.

1. Khái niệm và Đặc điểm chung của năng lượng tái tạo

• Định nghĩa: Năng lượng tái tạo là năng lượng đến từ các nguồn có sẵn trong thiên nhiên, liên tục được bổ sung thông qua các quá trình tự nhiên (như mặt trời, gió, nước chảy, sóng biển, địa nhiệt, sinh khối).
• Ưu điểm chung: Nguồn cung dồi dào, liên tục được bổ sung; sạch, không phát thải khí nhà kính, giúp bảo vệ môi trường và giảm thiểu biến đổi khí hậu.
• Nhược điểm chung: Công nghệ khai thác hiện nay đa số có hiệu suất thấp, chi phí đầu tư ban đầu rất cao và phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, tự nhiên.

2. Các dạng năng lượng tái tạo phổ biến

• Năng lượng mặt trời: Luôn có sẵn, không ồn, không phát thải trực tiếp. Tuy nhiên, hiệu suất thu nhiệt/quang còn thấp, tấm pin đắt tiền và rác thải từ tấm pin hết hạn (sau khoảng 25 năm) rất khó xử lí, gây ô nhiễm. Ngoài ra, các nhà máy điện mặt trời chiếm diện tích đất rất lớn.
• Năng lượng từ gió: Không phát thải khí nhà kính. Thường được xây dựng ở vùng ven biển hoặc biển khơi (nơi có tốc độ gió ổn định). Nhược điểm là gây tiếng ồn, ảnh hưởng đến cảnh quan và môi trường sống của các loài chim (đặc biệt là chim di cư).
• Năng lượng từ sóng biển: Được hình thành từ tác động của gió. Nguồn năng lượng dồi dào, ổn định hơn gió. Tuy nhiên, đòi hỏi thiết bị phức tạp, chịu được môi trường nước mặn khắc nghiệt, bão tố và chi phí đầu tư vô cùng đắt đỏ.
• Năng lượng từ dòng sông (Thuỷ điện): Xây đập ngăn nước để làm quay tuabin. Có độ ổn định cao. Nhược điểm: Việc xây đập làm thay đổi hệ sinh thái dòng sông, chặn đường di cư của cá, gây ngập lụt diện tích rừng lớn và tiềm ẩn rủi ro vỡ đập, động đất.

3. Biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường

• Sử dụng năng lượng hiệu quả là dùng ít năng lượng hơn để thực hiện cùng một công việc (ví dụ: dùng đèn LED thay đèn sợi đốt).
• Các biện pháp: Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo; sử dụng thiết bị tiết kiệm điện (tủ lạnh, điều hoà Inverter); tăng cường phương tiện giao thông công cộng; áp dụng nguyên tắc 5R đối với vật liệu sinh hoạt.

3. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ:

• Ưu điểm của năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng có sẵn, liên tục được bổ sung. Việc khai thác giúp giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường.
• Nhược điểm là công nghệ khai thác hiện nay có hiệu suất thấp, chi phí đầu tư ban đầu cao.
• Sử dụng một số biện pháp tiết kiệm năng lượng, tận dụng ánh sáng và gió tự nhiên, sử dụng thiết bị điện đúng cách giúp giảm lượng điện tiêu thụ, giảm khí thải và bảo vệ môi trường.

4. Em có thể

• Khai thác và sử dụng được một số dạng năng lượng tái tạo trong cuộc sống.
• Thảo luận để nêu được một số biện pháp sử dụng hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường.

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Bình nước nóng năng lượng mặt trời (Thái dương năng): Rất nhiều gia đình hiện nay lắp đặt hệ thống ống thuỷ tinh chân không trên mái nhà để đun nước nóng tắm. Nước được làm nóng hoàn toàn bằng bức xạ mặt trời mà không tốn một đồng tiền điện nào, đây là một ví dụ tuyệt vời về việc ứng dụng năng lượng tái tạo vào quy mô hộ gia đình.
• Cột đèn chiếu sáng bằng gió và mặt trời: Nếu đi trên các tuyến đường cao tốc mới hoặc ở các vùng hải đảo, em sẽ thấy những cột đèn đường không cần nối dây điện. Trên đỉnh cột có gắn một tấm pin mặt trời nhỏ và một tuabin gió mini. Ban ngày, chúng sạc điện vào bình ắc quy ở thân cột, ban đêm dùng điện đó để thắp sáng đèn LED.
• Hành động nhỏ, lợi ích lớn: Việc em mở cửa sổ để đón gió và ánh sáng tự nhiên thay vì bật quạt và đèn mọc vào ban ngày; hay việc tắt điều hoà khi ra khỏi phòng... chính là em đang thực hành "sử dụng năng lượng hiệu quả", góp phần trực tiếp vào việc bảo vệ môi trường và giảm chi phí hoá đơn tiền điện cho gia đình.

1. Tính chất vật lí của kim loại Kim loại có 4 tính chất vật lí chung rất đặc trưng:

• Tính dẻo: Kim loại có thể dễ dàng dát mỏng hoặc kéo sợi (như nhôm làm vỏ lon, đồng làm lõi dây). Vàng là kim loại có tính dẻo cao nhất.
• Tính dẫn điện: Kim loại dẫn điện tốt (tốt nhất là bạc, sau đó đến đồng, vàng, nhôm).
• Tính dẫn nhiệt: Kim loại cũng dẫn nhiệt rất tốt. Các kim loại dẫn điện tốt thường cũng dẫn nhiệt tốt.
• Có ánh kim: Bề mặt kim loại nhẵn, sạch có vẻ sáng lấp lánh đặc trưng (dùng làm đồ trang sức).

2. Tính chất hoá học của kim loại

• 1. Tác dụng với phi kim:
  • Với oxygen: Hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt,...) tác dụng với oxygen ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao tạo thành oxide base. Ví dụ: Sắt cháy trong oxygen tạo gỉ sắt từ: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t^o} Fe_3O_4$.
  • Với phi kim khác (chlorine, sulfur...): Phản ứng tạo thành muối. Ví dụ: Natri cháy trong khí chlorine tạo muối ăn: $2Na + Cl_2 \xrightarrow{t^o} 2NaCl$.
• 2. Tác dụng với nước:
  • Một số kim loại hoạt động hoá học mạnh (K, Na, Ca,...) phản ứng mãnh liệt với nước ở nhiệt độ thường, tạo thành dung dịch hydroxide và giải phóng khí hydrogen. Ví dụ: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2$.
  • Một số kim loại như Zn, Fe,... tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao; các kim loại như Cu, Ag, Au,... không phản ứng.
• 3. Tác dụng với dung dịch acid:
  • Nhiều kim loại phản ứng với các dung dịch acid loãng (như HCl, $H_2SO_4$ loãng) tạo thành muối và giải phóng khí hydrogen. Ví dụ: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2$. Các kim loại như Cu, Ag, Au không có phản ứng này.
• 4. Tác dụng với dung dịch muối:
  • Kim loại hoạt động mạnh hơn (trừ K, Na, Ca,...) có thể đẩy kim loại yếu hơn ra khỏi dung dịch muối của chúng, tạo thành muối mới và kim loại mới. Ví dụ: Sắt đẩy đồng ra khỏi dung dịch: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$.

3. Em đã học

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

• Kim loại có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo và ánh kim.
• Hầu hết kim loại tác dụng với oxygen tạo thành oxide và với các phi kim khác tạo thành muối.
• Một số kim loại hoạt động hoá học mạnh (Na, K, Ca...) phản ứng với nước ở nhiệt độ thường tạo thành hydroxide và khí hydrogen. Một số tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao (Zn, Fe...) và một số không phản ứng.
• Một số kim loại phản ứng với dung dịch acid loãng giải phóng khí hydrogen.
• Khi xảy ra phản ứng hoá học giữa dung dịch muối và kim loại (trừ Na, K, Ca...), thường sản phẩm tạo thành là muối mới và kim loại mới.

4. Em có thể

• Dựa vào tính chất của kim loại để giải thích việc lựa chọn kim loại phù hợp với mục đích sử dụng như: làm dây dẫn điện, đồ dùng nấu ăn, đồ trang sức,...

5. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Tại sao xoong nồi được làm bằng nhôm/inox nhưng tay cầm lại bằng nhựa/gỗ? Nhôm, inox (thép không gỉ) là các hợp kim/kim loại có tính dẫn nhiệt rất tốt, giúp truyền nhiệt nhanh từ ngọn lửa đến thức ăn làm thức ăn mau chín. Tuy nhiên, để người sử dụng không bị bỏng khi nhấc nồi xuống, phần tay cầm lại được bọc bằng nhựa hoặc gỗ – những chất không phải kim loại và cách nhiệt tốt.
• Tại sao Vàng (Au) luôn được ưu tiên làm đồ trang sức quý giá? Vàng có vẻ đẹp lấp lánh tự nhiên (tính ánh kim), đồng thời lại có tính dẻo cực kì cao, giúp thợ kim hoàn có thể kéo thành sợi mảnh như tơ hoặc dát mỏng để chạm khắc tinh xảo. Quan trọng nhất, vàng là kim loại hoạt động hoá học rất yếu, nó hoàn toàn không phản ứng với oxygen trong không khí hay với nước, do đó trang sức bằng vàng không bao giờ bị gỉ sét hay xỉn màu theo thời gian.
• Mẹo tẩy gỉ sét bằng giấm (Ứng dụng phản ứng acid): Các dụng cụ bằng sắt (cờ lê, ốc vít) để lâu ngoài không khí dễ bị oxi hoá tạo lớp gỉ sét (oxide sắt). Do kim loại và oxide kim loại có thể tác dụng với dung dịch acid, người ta thường ngâm các dụng cụ bị gỉ này vào dung dịch giấm ăn (chứa acetic acid). Acid sẽ phản ứng làm tan lớp gỉ, trả lại bề mặt kim loại sáng bóng.

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.