Nằm trong dự thảo phổ cập kiến thức đến phần đa các bạn trong cả nước, tản mạn hóa học là một chuỗi series về bài tập hóa học gồm chủ yếu các phần chính trong kì thi học sinh giỏi quốc gia môn hóa học của Việt Nam . Các cuốn sách có thể cung cấp cho các bạn gần như đầy đủ các dạng bài từ hữu cơ đến vô cơ chứa đầy đủ kiến thức giúp các bạn chinh phục kì thi này . Quyển 3 trong chuỗi series này là cuốn Lượng tử Điện . Nó được sinh ra để giúp các bạn hiều và giải quyết được những bài tập lượng tử đang hiện hành ở nước ta. Đây là 1 dạng bài cũng khá dễ xử lí trong đề thi quốc gia. Xử lí dạng bài này với công thức là 1 cách cơ bản để xử lí nó. Nhiều năm trước dạng bài này còn mới, mọi người khá bỡ ngỡ, nhưng giờ đây lại là dạng bài lấy điểm của mọi người. Hiều được định nghĩa và áp dụng nó vào công thức và bài tập . Vẫn nguyên tắc cũ: làm nhiều để bao quát hết dạng của nó để các bạn có thể làm chủ dạng bài này. Chúc các bạn thành công
Nguyễn Bá Hà Tản mạn hóa học Tập LƯỢNG TỬ ĐIỆN VCho tầm tay bạn Nằm dự thảo phổ cập kiến thức đến phần đa bạn nước, tản mạn hóa học chuỗi series tập hóa học gồm chủ yếu phần kì thi học sinh giỏi quốc gia mơn hóa học Việt Nam Các sách cung cấp cho bạn gần đầy đủ dạng từ hữu đến vô chứa đầy đủ kiến thức giúp bạn chinh phục kì thi Quyển chuỗi series Lượng tử -Điện Nó sinh để giúp bạn hiều giải tập lượng tử hành nước ta Đây dạng dễ xử lí đề thi quốc gia Xử lí dạng với công thức cách để xử lí Nhiều năm trước dạng cịn mới, người bỡ ngỡ, lại dạng lấy điểm người Hiều định nghĩa áp dụng vào cơng thức tập Vẫn nguyên tắc cũ: làm nhiều để bao quát hết dạng để bạn làm chủ dạng Chúc bạn thành công! Tản mạn hóa học Nguyễn Bá Hà sđt: 0335626858 Các kiến thức để làm tập A Lượng Tử 1, + phương trình Einstein lượng vật chất E = mc² và Max Planck tính chất sóng là E = hv với v là tần số + Chùm ánh sáng chùm phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phơtơn có lượng xác định (năng lượng phô tôn = hv (J) ~v= λ E=hv=hc ~ v =hc / λ v tần số sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng λ bước song , ~v số sóng h=6,625.10-34 J.s : số Plank; c =3.108 m/s : vận tốc ánh sáng + Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giây + Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn + Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s chân không + Năng lượng phôtôn nhỏ Một chùm sáng dù yếu chứa nhiều phôtôn nhiều nguyên tử, phân tử phát Vì ta nhìn thấy chùm sáng liên tục +Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Khơng có phơtơn đứng n +Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt +Trong tượng quang học, ánh sáng thường thể rỏ hai tính chất Khi tính chất sóng thể rõ tính chất hạt lại mờ nhạt, ngược lại +Sóng điện từ có bước sóng ngắn, phơtơn có lượng lớn tính chất hạt thể rõ, tượng quang điện, khả đâm xuyên, khả phát quang…,cịn tính chất sóng mờ nhạt +Trái lại sóng điện từ có bước sóng dài, phơtơn ứng với có lượng nhỏ, tính chất sóng lại thể rỏ tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, …, cịn tính chất hạt mờ nhạt + hiệu suất lượng tử ứng với số phoooton gây tác dụng ntn ( ví dụ photon gây phản ứng hóa học hiệu suất lượng tử , photon kích thích đc nguyên tử lên trạng thái hiệu suất 1) + De Broglie Các bước sóng de Broglie bước sóng λ, kết hợp với hạt lớn có liên quan đến động lượng nó, p, thơng qua hằng số Planck, h λ = h/p = h/mv 2, Năng lượng Eo (J) electron trường hợp lực hạt nhân tính biểu thức: Hoặc đơn giản hay nhớ E= -13,6.Z2/n2 với hệ electron có khối lượng rút gọn me Trong đó, e điện tích ngun tố; Z điện tích hạt nhân; ε olà số điện môi ; h số Planck; n số lượng tử (n = 1, 2, 3…); μ (kg) khối lượng rút gọn hệ, tính biểu thức μ= (mhạt nhân melectron) : (mhạt nhân + melectron) Mẫu nguyên tử Bo a Mẫu nguyên tử Bo +Tiên đề trạng thái dừng -Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định En, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng, nguyên tử không xạ -Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng -Cơng thức tính quỹ đạo dừng electron ngun tử hyđrô: rn = n2r0, với n số nguyên r0 = 5,3.10-11 m, gọi bán kính Bo (lúc e quỹ đạo K) Bán kính Bohr (a0 hoặc rBohr) một hằng số vật lý, gần với khoảng cách tâm một nuclide và một electron của nguyên tử Hydro trong trạng thái bản của Nó đặt tên theo Niels Bohr, vai trị trong mơ hình Bohr của ngun tử Cơng thức : r = 2 n h 2 4m e π Tản mạn hóa học Nguyễn Bá Hà sđt: 0335626858 Trạng thái dừng n Tên quỹ đạo dừng Bán kính: rn = n2r0 Năng lượng e Hidro: K r0 L 4r0 M 9r0 N 16r0 O 25r0 P 36r0 Năng lượng electron ngun tử hiđrơ Với n N* -Bình thường, nguyên tử trạng thái dừng có lượng thấp gọi trạng thái Khi hấp thụ lượng nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (cỡ 10-8 s) Sau nguyên tử chuyển trạng thái dừng có lượng thấp cuối trạng thái + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử -Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng En sang trạng thái dừng có lượng Em nhỏ nguyên tử phát phơtơn có lượng: = hvnm = En – Em -Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng Em mà hấp thụ phơtơn có lượng hf hiệu En – Em chuyển sang trạng thái dừng có lượng En lớn -Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại En hấp thụ hvmn Em xạ hvnm b Quang phổ phát xạ hấp thụ nguyên tử hidrô -Ngun tử hiđrơ có trạng thái dừng khác EK, EL, EM, Khi electron chuyển động quỹ đạo dừng K, L, M, -Khi electron chuyển từ mức lượng cao (Ecao) xuống mức lượng thấp (Ethấp) phát phơtơn có lượng xác định: hv = Ecao – Ethấp -Mỗi phơtơn có tần số v ứng với sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng = c , tức vạch quang phổ có màu (hay vị trí) định Điều lí v giải quang phổ phát xạ hiđrô quang phổ vạch -Ngược lại nguyên tử hiđrô mức lượng Ethấp mà nằm chùm ánh sáng trắng, có tất phơtơn có lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, ngun tử hấp thụ phơtơn có lượng phù hợp = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức lượng Ecao Như vậy, sóng ánh sáng đơn sắc bị hấp thụ, làm cho quang phổ liên tục xuất vạch tối Do quang phổ hấp thụ nguyên tử hiđrô quang phổ vạch + Quang phổ phát xạ nguyên tử H Tản mạn hóa học Công thức rydberg Nguyễn Bá Hà sđt: 0335626858 ( ) 1 =R H Z 2 − ' với n=1,2,3 , … n' =n+1 ,n+ 2, n+3 … λ n n n số lượng tử , RA số Rydberg 1,097373157.10 (m-1) , Z điện tích hạt nhân Các dải màu ứng với bước sóng nhìn thấy c) Slater Trong hóa học lượng tử, quy tắc Slater cung cấp giá trị số cho khái niệm điện tích hạt nhân hữu hiệu Trong nguyên tử mang nhiều điện tử (electron), điện tử không chịu tác động tồn điện tích dương nhân - chịu tác động phần điện tích nhân do hiệu ứng chắn và sự che lấp điện trường tạo điện tử lại Quy tắc rút phương pháp khoa học bán thực nghiệm bởi John Clarke Slater và xuất tài liệu khoa học vào năm 1930.[1] Quy tắc Slater dùng để ước tính năng lượng ion hóa, bán kính ion và độ âm điện E= a số chắn −13,6 (Z −a) n∗¿ ¿ Trước hết, điện tử xếp thành chuỗi nhóm theo thứ tự tăng dần của số lượng tử chính n, điện tử có giá trị n xếp theo thứ tự tăng dần của số lượng tử xung lượng Tuy nhiên điện tử phân lớp s p xếp chung nhóm với Ví dụ việc xếp nhóm sau: [1s] [2s,2p] [3s,3p] [3d] [4s,4p] [4d] [4f] [5s, 5p] [5d], Như vậy, việc tính tốn số che lấp (và từ suy điện tích hạt hữu hiệu) điện tử nằm lớp n tuân theo quy tắc sau:[2] Sự diện điện tử của nhóm nằm sau nhóm xét gần khơng ảnh hưởng đến số che chắn điện tử nhóm xét Mỗi điện tử khác nằm nhóm với điện tử xem xét đóng góp giá trị 0,35 vào số che lấp điện tử xem xét Nếu điện tử xét nằm phân lớp s hay p: điện tử điện tử nằm lớp (n-1) đóng góp 0,85 vào số che lấp điện tử xem xét; điện tử nằm lớp (n-2) trở xuống đóng góp vào số che lấp Nếu điện tử xét nằm phân lớp d hay f: điện tử điện tử nằm lớp thấp đóng góp vào số che lấp điện tử xem xét Slater định nghĩa n* theo quy tắc n = 1, 2, 3, 4, 5, lần lượt n* = 1, 2, 3, 3.7, 4.0 4.2 Đó tùy chỉnh nhằm mục đích làm mức lượng ngun tử có sau tính tốn ăn khớp với kết thực nghiệm 3, Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện ngồi (gọi tắt tượng quang điện) + Cơng thức Anhxtanh tượng quang điện: hc hv = λ = A + mv0 max + Để có tượng quang điện lượng phơtơn phải lớn cơng thốt: hc hv = λ A =hc / λ o 0; -với 0 giới hạn quang điện kim loại: Tản mạn hóa học Nguyễn Bá Hà sđt: 0335626858 hc 0 = A -Cơng e khỏi kim loại : A h.c 0 -Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : v 0= c λ0 với : V0 vận tốc ban đầu cực đại quang e (Đơn vị V0 m/s) , A Cơng e khỏi kim loại λ olà giới hạn quang điện kim loại làm catot (Đơn vị 0 m; m; nm;pm) m (hay me ) = 9,1.10-31 kg khối lượng e; e = 1,6.10-19 C điện tích nguyên tố ; 1eV=1,6.10-19J -Động cực đại: => 4, tượng quang a Sự phát quang + Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi phát quang + Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho b.Huỳnh quang lân quang- So sánh tượng huỳnh quang lân quang: Hiện tượng huỳnh Hiện tượng lân quang So sánh quang Vật liệu phát Chất khí chất lỏng Chất rắn quang Rất ngắn, tắt nhanh Kéo dài khoảng thời gian Thời gian phát sau tắt as kích thích sau tắt as kích thích (vài quang phần ngàn giây đến vài giờ, tùy chất) Đặc điểm - Ứng As huỳnh quang ln có Biển báo giao thơng, bước sóng dài as kích thích (năng lượng dụng bé - tần số nhỏ hơn) Dùng đèn ống c Định luật Xtốc phát quang( Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang ) Ánh sáng phát quang có bước sóng hq dài bước sóng ánh sáng kích thích kt: hv hq < hvkt => hq > kt d.Ứng dụng tượng phát quang Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình dao động kí điện tử, tivi, máy tính Sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thơng 5, Ngun lí bất định Ngun lý bất định là một nguyên lý quan trọng của cơ học lượng tử, nhà Vật lý lý thuyết người Đức Werner Heisenberg phát triển Nguyên lý phát biểu rằng: "Ta khơng xác định xác cả vị trí lẫn vận tốc (hay động lượng, hoặc xung lượng) hạt vào lúc Nếu ta biết đại lượng xác ta biết đại lượng xác." Về mặt tốn học, hạn chế biểu bằng bất đẳng thức sau: ∆ px ∆ x ≥ h ℏ = với p=mv 4π Trong công thức trên, Δx là sai số của phép đo vị trí, ΔPx là sai số phép đo động lượng và h là hằng số Planck ℏ số Plank rút gọn ℏ= h 2π 6, điện trường điện tích di chuyển dọc theo đường sức từ điện tích điểm M đến N: AMN = q.UMN có biến thiên động năng: Do electron di chuyển điện trường ¿ h /2 (2 mqU )