Tính toán năng lượng electron bằng phần mềm mathematica và áp dụng trong giảng dạy hóa học lớp 10

Tính toán năng lượng electron bằng phần mềm mathematica và áp dụng trong giảng dạy hóa học lớp 10

1 M CL C Trang Trang ph bìa L i cam ñoan L i c m ơn M c l c M ð U CHƯƠNG CƠ S LÝ THUY T 1.1 H m t electron, m t h t nhân (nguyên t hidro) 1.1.1 Mơ hình h 1.1.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i 1.1.3 M t s k t qu thu ñư c 1.1.3.1 Năng lư ng c a h 1.1.3.2 Hàm bán kính 1.1.3.3 Hàm c u Yl,m (θ, φ) 1.2 Nguyên t nhi u electron: 1.2.1 Mơ hình h 1.2.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i 1.2.3 M t s k t qu thu ñư c 1.2.3.1 S g n ñúng Slater 10 1.2.3.2 Hàm sóng 11 1.3 C u hình electron 11 1.3.1 Khái ni m 11 1.3.2 Nh ng s ñ vi t c u hình electron 11 1.3.2.1 Nguyên lý v ng b n hay nguyên lý lư ng c c ti u 11 1.3.2.2 Quy t c Klechkovxki 12 1.3.2.3 Nguyên lí Pauli 12 1.3.2.4 Qui t c Hund 13 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 1.4 C u hình eletron qui t c g n ñúng Slater 13 1.5 Năng lư ng ion hóa qui t c g n ñúng Slater 14 Chương L P TRÌNH TÍNH TỐN 2.1 Tính t ng lư ng electron c a nguyên t 16 2.1.1 Mơ hình tính 16 2.1.2 Chương trình tính 17 2.1.2.1 Chương trình tính t ng lư ng electron cho c u hình 17 2.1.2.2 Chương trình tính t ng lư ng electron cho c u hình 21 2.2 Tính lư ng ion hóa c a nguyên t 25 2.2.1 Mơ hình tính 25 2.2.2 Chương trình tính 25 2.2.2.1 Tính lư ng ion hóa th nh t 25 2.2.2.2 Tính tr lư ng ion hóa có th c a C 29 Chương K T QU VÀ TH O LU N 3.1.C u hình electron c a nguyên t h d chu kì 34 3.1.1 Các nguyên t h d chu kì3 (ngo i tr Cr Cu) 34 3.1.2 Các nguyên t Cr Cu 34 3.2 Năng lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t chu kì 35 3.3 Các tr lư ng ion hóa có th có c a C 35 3.4 M t s nh n xét 35 K T LU N 37 TÀI LI U THAM KH O 38 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com M ð U Lý ch n ñ tài C u hình electron c a ngun t tr thành m t nhi u khái ni m trung tâm c a hóa h c hi n đ i T c u hình electron c a nguyên t , có th thu đư c r t nhi u thơng tin h u ích v trí c a nguyên t b ng h th ng tu n hồn, s electron hóa tr , s electron đ c thân, s AO tr ng,… nh ng thông tin g n không th thi u kh o sát s hình thành liên k t hóa h c gi a nguyên t , s hóa tr có th có c a m t nguyên t s bi n thiên tu n hồn tính ch t hóa h c c a th gi i v t ch t Trong d y h c hóa h c c u hình electron có vai trị quy t ñ nh ñ n vi c mu n nghiên c u hay xác đ nh thơng tin v m t nguyên t Vì v y khái ni m v c u hình electron đư c đưa vào gi ng d y chương trình hóa h c l p 10 ph thông trung h c Trên s này, h c sinh có th ti p t c lĩnh h i khái ni m hóa h c ti p theo chương trình hóa h c ph thơng Hi n vi t c u hình electron m t s giáo viên, h c sinh v n lúng túng m t s tranh cãi như: Cách vi t c u hình c a ngun t h d t chu kì tr (n+1)s nd hay nd (n+1)s? T i l i xu t hi n c u hình electron theo ki u 3d54s1, 3d 104s1? Khi tách electron kh i ngun t lương ion hóa s đư c tính th nào? Có th tách t t c electron kh i nguyên t hay khơng lư ng ion hóa đư c tính th nào? ðây nguyên nhân ch y u làm cho vi c vi t c u hình khơng xác, làm gi m s hi u bi t, nh hư ng ñ n ch t lư ng d y h c hóa h c ph thơng T t c nh ng v n đ có th đư c gi i thích c s hóa h c lư ng t k t h p v i ph n m m toán h c máy tính n t PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com V i nh ng lí nêu trên, em quy t đ nh ch n đ tài cho khóa lu n là: “Tính toán lư ng electron b ng ph n m m Mathematica áp d ng gi ng d y hóa h c l p 10” M c tiêu Xác l p cách vi t c u hình electron h p lí cho nguyên t Tính tr lư ng ion hóa c a nguyên t Nhi m v Tìm hi u n i dung liên quan ñ n vi c vi t c u hình electron cho ngun t , cách tính m c lư ng electron lư ng ion hóa th nh t S d ng ph n m m Mathematica l p trình tính lư ng electron ðưa cách vi t c u hình electron h p lí So sánh k t qu lư ng ion hóa tính đư c v i th c nghi m Phương pháp nghiên c u Nghiên c u lí thuy t hóa h c lu ng t , vi t chương trình tính s ph n m m Mathematica so sánh k t qu tính đư c v i th c nghi m ð i tư ng ph m vi nghiên c u 5.1 ð i tư ng Cách vi t c u hình electron cho nguyên t l n Năng lư ng ion hóa cho nguyên t nh 5.2 Ph m vi L p phương trình tính tốn ph n m m Mathematica Tính lư ng ion hố th nh t cho ngun t chu kì Tìm cách vi t c u hình electron h p lí cho ngun t h d PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com N I DUNG CHƯƠNG : CƠ S LÝ THUY T 1.1 H m t electron, m t h t nhân (nguyên t hidro) Nguyên t hidro mơ hình h đơn gi n nh t c a hóa h c lư ng t mà phương trình Schrodinger có th gi i xác Vi c gi i phương trình Schrodinger cho h lư ng t s ñưa ñ n nh ng khái ni m b n nh t c a hóa h c lư ng t 1.1.1 Mơ hình h H lư ng t bao g m h t nhân nguyên t hidro v i n tích +1 m t electron chuy n ñ ng xung quanh h t nhân Xem h t nhân g c c a h t a đ , v trí c a electron so v i g c đư c xác đ nh b ng vectơ v trí r Hình I.1 Mơ hình h m t electron – m t h t nhân h t a ñ c u 1.1.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i Tốn t Hamilton mơ t tr ng thái c a h có d ng: ℏ  ∂2 ∂2 ∂2  Ze2 ˆ ˆ ˆ  H = T+U =− + + −   2m e  ∂x2 ∂y ∂z  r   Hàm sóng mô t tr ng thái c a h Ψ(r) ð đơn gi n tốn ta chuy n h t a ñ ðecac sang h t a ñ c u: z = r cos θ y = r sin θ sin φ x = r sin θ cos φ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Hàm sóng c a h đư c vi t l i sau: Ψ(r) = Ψ(r, θ, φ) = R(r)Y(θ, φ) R(r) ñư c g i hàm bán kính Y(θ, φ) đư c g i hàm góc hay hàm c u Phương trình Schrodinger c a h có d ng: ˆ HΨ = EΨ Gi i phương trình Schodinger cho h m t lectron, m t h t nhân thu ñư c hàm riêng ψ n,l ,ml - nói chung hàm ph c – tr riêng tương ng lư ng En b ba s lư ng t ˆ Dùng phép phân li bi n s thích h p (d a vào ñ c ñi m c a toán t H hàm sóng Ψ(r, θ, φ) ), phương trình Schrodinger s ñư c tách thành phương trình riêng r phương trình góc phương trình bán kính 1.1.3 M t s k t qu thu ñư c Ti n hành gi i riêng l phương trình góc phương trình bán kính, thu đư c m t s k t qu sau: 1.1.3.1 Năng lư ng c a h Năng lư ng c a h gi i hàm bán kính đư c tính theo bi u th c sau: m eZ2e En = − 2 2n ℏ (4πε )2 n : s lư ng t ε : đ th m t chân khơng Hàm bán kính R n,l (r) : ð đơn gi n vi c mơ t hàm sóng, h đơn v ngun t đư c s d ng: e0 = ℏ =1 me = 4πε = a0 = 1.1.3.2 Hàm bán kính Bi u th c c a m t s hàm bán kính sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com ρ= 2Zr n Orbital 1s R1,0 (r) = Z3 e−ρ / Orbital 2s R 2,0 (r) = Z3 (2 − ρ)e−ρ / Orbital 2p R 2,1(r) = Z3 ρe−ρ / 24 Orbital 3s R 3,0 (r) = Z3 (6 − 6ρ + ρ2 )e−ρ / 243 Orbital 3p R 3,1(r) = Z3 (4 − ρ)ρe−ρ / 486 Orbital 3d R 3,2 (r) = Z3 ρ2e−ρ / 2430 1.1.3.3 Hàm c u Yl,m (θ, φ) Electron chuy n ñ ng nguyên t m t h th c, c n ph i chuy n obitan nguyên t ph c obitan ngun t th c đ mơ t chuy n ñ ng c a h K t qu gi i phương trình Schrodinger cho ph n góc s thu ñư c hàm c u th c ho c ph c: Y0,0 (θ, φ) = 4π Y1,0 (θ, φ) = cos θ 4π Y1,1(θ, φ) = sin θeiφ 8π ð mơ t chuy n đ ng th c c a electron ta ph i chuy n hàm c u ph c thành hàm c u th c K t qu thu ñư c hàm c u th c sau: s= pz = 4π cos θ 4π PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com px = sin θ cos φ 4π py = sin θ sin φ 4π dz2 = (3 cos2 θ − 1) 16π dxz = 15 sin θ cos θ cos φ 4π dyz = 15 sin θ cos θ sin φ 4π dx2 −y2 = dxy = 15 sin2 θ(cos2 φ − sin2 φ) 16π 15 sin2 θ cos φs in φ 4π 1.2 Nguyên t nhi u electron ð i v i nguyên t nhi u electron, v nguyên t c hàm sóng ψ lư ng En tương ng c a c v nguyên t ñư c t o b i electron có th thu đư c t vi c gi i phương trình Schrodinger 1.2.1 Mơ hình h H lư ng t g m có h t nhân ngun t mang n tích +Z t electron tr lên Trong h này, h t nhân ñư c coi ñ ng yên (vì kh i lư ng h t nhân r t l n so v i electron) M t ví d đơn gi n nh t c a lo i mơ hình h h t nhân ngun t heli: Hình I.2 Mơ hình h ngun t heli PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 1.2.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i Tốn t Hamilton mơ t tr ng thái c a h có d ng: ℏ2 ˆ H=− 2me n n ∑ ∇2i − ∑ i=1 i=1 n n Ze2 e2 +∑∑ ri i i< j rij S h ng cu i bi u th c bi u th th tương tác tĩnh ñi n gi a electron Vì electron khơng th phân bi t ñư c nên s h ng ch có th xác đ nh m t cách g n phương trình Schrodinger ch có th gi i m t cách g n ñúng Theo nguyên lí ph n ñ i x ng, hàm sóng mơ t tr ng thái c a fermion có spin bán nguyên (1/2) ph i hàm ph n ñ i x ng Khái ni m ph n đ i x ng có nghĩa hàm ph i đ i d u ta hốn v h t b t kì h ð i v i h có s ch n electron (2n, n: ngun dương) u ki n ph n ñ i x ng có th th c hi n ñư c b ng cách s d ng hàm sóng d ng ñ nh th c Slater: χ1(x1 ) χ2 (x1 ) χ2n (x1 ) Ψ= χ1(x ) χ2 (x ) χ2n (x ) χ1(x 2n ) χ2(x2n ) χ2n (x 2n ) Hàm sóng tồn ph n hay hàm ASO χi (x i ) tích c a hàm sóng khơng gian ki u hidro (s, p, d, f, …) thu ñư c gi i phương trình Schrodinger cho nguyên t hidro hàm spin ( α, β ) mô t chuy n đ ng spin c a electron Phương trình Schrodinger c a h có d ng: ˆ HΨ = EΨ 1.2.3 M t s k t qu thu ñư c Khi gi i phương trình Schrodinger cho h nhi u electron thu ñư c hai k t qu hàm riêng hàm sóng tr riêng lư ng Hàm riêng tích c a hàm c u hàm bán kính Ph n hàm c u gi ng nguyên t m t electron PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 10 Hàm bán kính ñư c xác ñ nh b ng phương pháp l p trư ng t h p (SCF- self consistent field) d ng ñ nh th c Slater Tuy nhiên, công vi c vô ph c t p nên ñ th c hi n c n ph i có s h tr c a ph n m m máy tính Lu n văn s khơng s d ng phương pháp l p trư ng t h p ph n m m hóa h c tính tốn cao c p mà s d ng nh ng mơ hình g n đ gi i quy t v n ñ 1.2.3.1 S g n ñúng Slater Các electron nh ng h t mang ñi n tích âm nên chuy n đ ng, chúng s che ch n l n kh i l c hút c a h t nhân nguyên t Khi lư ng c a h s đư c tính sau: E n,l = −13.6 (Z* )2 (Z − b)2 = −13.6 (n* )2 (n* )2 b: h ng s ch n n: s lư ng t n *: s lư ng t hi u d ng n= n * = 3.7 4.2 Z: s n tích h t nhân Z*: s ñi n tích h t nhân hi u d ng l: s lư ng t ph ð tính h ng s ch n, hàm AO ñư c chia thành nhóm sau: 1s / 2s2p / 3s3p / 3d / 4s4b / 4d / 4f / Tr s h ng s ch n ñ i v i electron ñang xét s b ng t ng tr s góp c a electron khác M i electron nhóm AO ngồi nhóm AO xét khơng đóng góp vào h ng s ch n M i electron n m m t AO (nhóm AO) xét đóng góp vào h ng s ch n lư ng 0.35, riêng electron AO-1s ch đóng góp 0.3 M i electron n m bên nhóm AO xét: l p n có tr s nh l p xét đơn v , đóng góp 0.85 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 23 Out[634]= 25 Out[635]= Cau hinh 4: la 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d\[Beta]: Out[636]= Gia tri cac hang so chan: Out[637]= b1s= Out[638]= 0.3 Out[639]= b2s2p= Out[640]= 4.15 Out[641]= b3s3p= Out[642]= 11.25 Out[643]= b4s= Out[644]= 16.8 Out[645]= b3d= Out[646]= 20.4 Out[647]= Nang luong cac nhom phan lop Out[648]= E1s=eV Out[649]= -8297.22 Out[650]= E2s2p=eV Out[651]= -1478.06 Out[652]= E3s3p=eV Out[653]= -285.694 Out[654]= E4s=eV Out[655]= -66.798 Out[656]= E3d=eV Out[657]= -31.9751 Out[658]= Tong nang luong electron cua cau hinh 4: Out[659]= E4=eV Out[660]= -30931.1 Out[661]= Cau hinh 3: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d\[Beta] 4s1: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 24 Out[662]= Gia tri cac hang so chan: Out[663]= b3d'= Out[664]= 19.4 Out[665]= b4s' Out[666]= 21.05 Out[667]= Nang luong cac nhom phan lop Out[668]= E4s'=eV Out[669]= -15.4999 Out[670]= E3d'=eV Out[671]= -47.3884 Out[672]= Tong nang luong electron cua cau hinh 3: Out[673]= E3=eV Out[674]= -30956.9 Chương trình ch y t t nên s đư c s d ng đ tính tốn t ng lư ng electron c a nguyên t h d thu c chu kì t Sc đ n Zn 2.2 Tính lư ng ion hóa c a ngun t 2.2.1 Mơ hình tính ð tính lư ng ion hóa c a nguyên t nhi u electron, cơng vi c đ u tiên tính t ng lư ng electron c a nguyên t ion V n ñ ñã ñư c gi i quy t ph n mơ hình tính t ng lư ng electron Khi lư ng ion hóa s đư c tính sau: I1 = E(M+ ) − E(M) I2 = E(M2+ ) − E(M+ ) I3 = E(M3+ ) − E(M2+ ) ð ñơn gi n cho vi c l p trình, khóa lu n s ti n hành tính lư ng ion hóa th nh t cho nguyên t chu kì b ng h th ng tu n hoàn ð i v i cacbon, tơi s ti n hành tính t t c tr lư ng có th có ngun t Các k t qu sau s ñư c so sánh v i th c nghi m 2.2.2 Chương trình tính PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 25 2.2.2.1 Tính lư ng ion hóa th nh t ð tăng m c đ khái qt cho chương trình, tơi ch đưa bi n Z (s n tích h t nhân) chương trình có th th c thi đư c N i dung c a chương trình lư ng ion hóa cho He(Z=2) sau: "TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO He" "So dien tich hat nhan cua nguyen tu" Z=2 "Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu" "b1s" b1s=0.3 "Cac muc nang luong electron cua nguyen tu" "E1s" E1s=-13.6 (Z-b1s)2/12 "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E0=2*E1s "Tong nang luong electron cua ion" 2 E1=-13.6 (Z) /1 "Nang luong ion hoa thu nhat" I1=E1-E0 Chương trình đư c ch y th v i k t qu sau: Out[201]= TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO He Out[202]= So dien tich hat nhan cua nguyen tu Out[203]= Out[204]= Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu Out[205]= b1s Out[206]= 0.3 Out[207]= Cac muc nang luong electron cua nguyen tu Out[208]= E1s Out[209]= -39.304 Out[210]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[211]= -78.608 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 26 Out[212]= Tong nang luong electron cua ion Out[213]= -54.4 Out[214]= Nang luong ion hoa thu nhat Out[215]= 24.208 Chương trình tính lư ng ion hóa cho ngun t chu kì sau: "CHUONG TRINH TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO CAC NGUYEN TO CHU KI 2" "So dien tich hat nhan cua nguyen tu" Z=6 "Gia tri cac hang so chan" "b2s2p" b2s2p=(Z-3)*0.35 +2*0.85 "b1s" b1s=0.3 "Cac muc nang luong electron cua nguyen tu" "E2s2p" E2s2p=-13.6 (Z-b2s2p)2/22 "E1s" 2 E1s=-13.6 (Z-b1s) /1 "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E0=2*E1s+(Z-2)*(E2s2p) "Gia tri cac hang so chan cua ion" "b2s2p'" b2s2p'=(Z-4)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion" "E2s2p'" 2 E2s2p'=-13.6 (Z-b2s2p') /2 "Tong nang luong electron cua ion" E1=2*E1s+(Z-3)*(E2s2p') "Nang luong ion hoa thu nhat" I1=E1-E0 Chương trình đư c ch y th đ tính lư ng ion hóa th nh t cho nguyên t C, k t qu sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 27 Out[765]= CHUONG TRINH TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO CAC NGUYEN TO CHU KI Out[766]= So dien tich hat nhan cua nguyen tu Out[767]= Out[768]= Gia tri cac hang so chan Out[769]= b2s2p Out[770]= 2.75 Out[771]= b1s Out[772]= 0.3 Out[773]= Cac muc nang luong electron cua nguyen tu Out[774]= E2s2p Out[775]= -35.9125 Out[776]= E1s Out[777]= -441.864 Out[778]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[779]= -1027.38 Out[780]= Gia tri cac hang so chan cua ion Out[781]= b2s2p' Out[782]= 2.4 Out[783]= Cac muc nang luong electron cua ion Out[784]= E2s2p' Out[785]= -44.064 Out[786]= Tong nang luong electron cua ion Out[787]= -1015.92 Out[788]= Nang luong ion hoa thu nhat Out[789]= 11.458 Như v y, giá tr lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t C tính đư c 11.458 eV Chương trình th c thi nên có th s d ng cho ngun t cịn l i chu kì c a b ng h th ng tu n hoàn 2.2.2.2 Tính tr lư ng ion hóa có th có c a C PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 28 Vi c tính t t c tr lư ng ion hóa c a m t nguyên t công vi c vô khó khăn v m t l p trình Do đó, cơng vi c ch có th ti n hành riêng r cho t ng nguyên t riêng bi t Chương trình sau đư c vi t ñ tính t t c giá tr lư ng ion hóa có th có c a nguyên t C (Z=6): "TINH NANG LUONG ION HOA CUA CACBON" "So dien tich hat nhan cua nguyen tu" Z=6 "Tinh tong nang luong cua nguyen tu" "Cau hinh electron cua nguyen tu: 1s2 2s2 2p2" "Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu" "b2s2p" b2s2p=(Z-3)*0.35 +2*0.85 "b1s" b1s=0.3 "Cac muc nang luong electron cua nguyen tu" "E2s2p" E2s2p=-13.6 (Z-b2s2p)2/22 "E1s" E1s=-13.6 (Z-b1s)2/12 "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E0=2*E1s+(Z-2)*(E2s2p) "Tinh tong nang luong cua ion 1+" "Cau hinh electron cua ion 1+: 1s2 2s2 2p1" "Gia tri cac hang so chan cua ion 1+" "b2s2p'" b2s2p'=(Z-4)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion 1+" "E2s2p'" E2s2p'=-13.6 (Z-b2s2p')2/22 "Tong nang luong electron cua ion 1+" PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 29 E1=2*E1s+(Z-3)*(E2s2p') "Nang luong ion hoa thu nhat" I1=E1-E0 "Tinh tong nang luong electron cua ion 2+" "Cau hinh electron cua ion 2+: 1s2 2s2 2p0" "Gia tri cac hang so chan cua ion 2+" "b2s2p''" b2s2p''=(Z-5)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion 2+" "E2s2p''" E2s2p''=-13.6 (Z-b2s2p'')2/22 "Tong nang luong electron cua ion 2+" E2=2*E1s+(Z-4)*(E2s2p'') "Nang luong ion hoa thu hai" I2=E2-E1 "Tinh tong nang luong electron cua ion 3+" "Cau hinh electron cua ion 3+: 1s2 2s1 2p0" "Gia tri cac hang so chan cua ion 3+" "b2s2p'''" b2s2p'''=(Z-6)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion 3+" "E2s2p'''" E2s2p'''=-13.6 (Z-b2s2p''')2/2 "Tong nang luong electron cua ion 3+" E3=2*E1s+(Z-5)*(E2s2p''') "Nang luong ion hoa thu ba" I3=E3-E2 "Tinh tong nang luong cua ion 4+" "Cau hinh electron cua ion 4+: 1s2 2s0 2p0" "Tong nang luong electron cua nguyen tu" PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 30 E4=2*E1s "Nang luong ion hoa thu tu" I4=E4-E3 "Tinh tong nang luong cua ion 5+" "Cau hinh electron cua ion 4+: 1s1 2s0 2p0" "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E5=-13.6 (Z)2/12 "Nang luong ion hoa thu nam" I5=E5-E4 "Nang luong ion hoa thu 6" I6=-E5 K t qu thu ñư c tr lư ng ion hóa c a C t I1 đ n I6: Out[613]= TINH NANG LUONG ION HOA CUA CACBON Out[614]= So dien tich hat nhan cua nguyen tu Out[615]= Out[616]= Tinh tong nang luong cua nguyen tu Out[617]= Cau hinh electron cua nguyen tu: 1s2 2s2 2p2 Out[618]= Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu Out[619]= b2s2p Out[620]= 2.75 Out[621]= b1s Out[622]= 0.3 Out[623]= Cac muc nang luong electron cua nguyen tu Out[624]= E2s2p Out[625]= -35.9125 Out[626]= E1s Out[627]= -441.864 Out[628]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[629]= -1027.38 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 31 Out[630]= Tinh tong nang luong cua ion 1+ Out[631]= Cau hinh electron cua ion 1+: 1s2 2s2 2p1 Out[632]= Gia tri cac hang so chan cua ion 1+ Out[633]= b2s2p' Out[634]= 2.4 Out[635]= Cac muc nang luong electron cua ion 1+ Out[636]= E2s2p' Out[637]= -44.064 Out[638]= Tong nang luong electron cua ion 1+ Out[639]= -1015.92 Out[640]= Nang luong ion hoa thu nhat Out[641]= 11.458 Out[642]= Tinh tong nang luong electron cua ion 2+ Out[643]= Cau hinh electron cua ion 2+: 1s2 2s2 2p0 Out[644]= Gia tri cac hang so chan cua ion 2+ Out[645]= b2s2p'' Out[646]= 2.05 Out[647]= Cac muc nang luong electron cua ion 2+ Out[648]= E2s2p'' Out[649]= -53.0485 Out[650]= Tong nang luong electron cua ion 2+ Out[651]= -989.825 Out[652]= Nang luong ion hoa thu hai Out[653]= 26.095 Out[654]= Tinh tong nang luong electron cua ion 3+ Out[655]= Cau hinh electron cua ion 3+: 1s2 2s1 2p0 Out[656]= Gia tri cac hang so chan cua ion 3+ Out[657]= b2s2p''' Out[658]= 1.7 Out[659]= Cac muc nang luong electron cua ion 3+ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 32 Out[660]= E2s2p''' Out[661]= -62.866 Out[662]= Tong nang luong electron cua ion 3+ Out[663]= -946.594 Out[664]= Nang luong ion hoa thu ba Out[665]= 43.231 Out[666]= Tinh tong nang luong cua ion 4+ Out[667]= Cau hinh electron cua ion 4+: 1s2 2s0 2p0 Out[668]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[669]= -883.728 Out[670]= Nang luong ion hoa thu tu Out[671]= 62.866 Out[672]= Tinh tong nang luong cua ion 5+ Out[673]= Cau hinh electron cua ion 4+: 1s1 2s0 2p0 Out[674]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[675]= -489.6 Out[676]= Nang luong ion hoa thu nam Out[677]= 394.128 Out[678]= Nang luong ion hoa thu Out[679]= 489.6 Các k t qu thu ñư c ch y chương trình tính s đư c t ng k t ñánh giá chương sau Chương 3: K T QU VÀ TH O LU N 3.1.C u hình electron c a nguyên t h d chu kì 3.1.1 Các nguyên t h d chu kì (ngo i tr Cr Cu) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 33 Các k t qu thu ñư c sau th c hi n phép tính t ng lư ng electron c a nguyên t ñư c t ng k t sau: Nguyên t Năng lư ng Sc V Mn .ndα (n + 1)s2 -20558.3 -22931.7 -25455.1 -30967.1 (n + 1)s2ndα -20557.8 -22926.7 -25441.7 -30924.8 Nguyên t Năng lư ng Ti Fe Co Ni Zn .ndα (n + 1)s2 -33963.4 -37125.0 -40455.6 -47639.6 (n + 1)s2ndα -33900.7 -37037.9 -40340.2 -47455.6 Phân tích s li u t b ng cho th y c nguyên t này, cách vi t c u hình electron theo cách ndα (n + 1)s2 s có lư ng th p cách vi t (n + 1)s2ndα nên c u hình electron vi t theo cách s h p lí 3.1.2 Các nguyên t Cr Cu Các k t qu thu ñư c sau th c hi n phép tính t ng lư ng electron c a nguyên t ñư c t ng k t sau: C u hình .ndα (n + 1)s2 .(n + 1)s2ndα ndβ (n + 1)s1 .(n + 1)s1nd β Năng Cr -28132.3 -28106.4 -30956.9 -30931.1 lư ng Cu -43959.2 -43811.5 -47624.0 -47522.8 T s li u có th th y r ng ch có cách vi t s có lư ng th p nh t nên vi t theo cách h p lí h ơn c 3.2 Năng lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t chu kì Vi c th c thi chương trình tính lư ng ion hóa cho nguyên t khác c a chu kì thu đư c k t qu sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 34 Ngun t I1(eV) Tính đư c Li Be B C N O F Ne 5.75 7.87 9.78 11.46 12.92 14.16 15.18 15.98 Th c nghi m 5.39 9.32 8.30 11.26 14.53 13.62 17.42 21.56 Các d li u b ng cho th y ngo i tr Ne có sai s gi a tr lư ng ion hóa gi a lí thuy t tính đư c th c nghi m r t l n (5.58eV), trư ng h p l i sai bi t khơng q l n có th ch p nh n ñư c 3.3 Các tr lư ng ion hóa có th có c a C Các k t qu thu ñư c t vi c ch y chương trình tính tr lư ng ion hóa có th có c a ngun t C đư c t ng k t b ng sau: Năng lư ng ion hóa (eV) I1 I2 I3 I4 I5 I6 Lí thuy t 11.46 26.10 43.23 62.87 394.13 489.60 Th c nghi m 11.26 24.39 47.89 64.50 392.14 490.05 Các d li u b ng cho th y giá tr lư ng ion hóa gi a lí thuy t tính đư c th c nghi m sai khác khơng q l n có th ch p nh n ñư c Các tr lư ng tính đư c cho th y lư ng ion hóa tăng r t nhanh theo s electron b tách kh i nguyên t ði u hồn tồn d hi u tách m t electron kh i m t cation bao gi khó vi c tách electron kh i m t ngun t trung hịa n tích 3.4 M t s nh n xét Qua k t qu đư c t ng h p phân tích trên, có th rút m t s nh n xét sau đây: V cách vi t c u hình electron cho nguyên t h d chu kì 3, có th th y r ng cách vi t ndα (n + 1)s2 ndβ (n + 1)s1 có t ng lư ng electron nh nh t nên ñây nh ng cách vi t c u hình electron h p lí nh t ði u khơng có m i m đ i v i nh ng nhà hóa h c tơi mu n mang ñ n m t cách ti p c n khác v cách vi t c u hình electron cho nguyên t nhi u electron PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 35 V tính tốn lư ng ion hóa cho ngun t nhi u electron chu kì c a b ng h th ng tu n hoàn, tr lư ng ion hóa th nh t tính đư c cho th y khơng có sai khác nhi u gi a giá tr tính đư c t lí thuy t giá tr th c nghi m ngo i tr m t s ngo i l Ne Vi c sai khác t t nhiên n u lưu ý r ng s g n ñúng Slater m t s g n ñúng kinh nghi m nên tính tốn mà mang l i ch mang tính ch t đ nh tính N u c n k t qu xác hơn, s d ng ph n m m hóa h c lư ng t thương m i hi n ñ i d a s hóa h c lư ng t Các tr lư ng ion hóa có th có c a nguyên t C đư c ti n hành tính tốn s ph n m m Mathematica K t qu tính đư c cho th y lư ng ion hóa s tăng d n s electron b b t kh i nguyên t l n Hóa h c hi n đ i ngày khơng ch m t khoa h c th c nghi m mà cịn có m t s lí thuy t v ng ch c Hi u rõ b n ch t v c u t o electron c a nguyên t liên h gi a c u t o electron ñ i lư ng khác c a hóa h c lư ng ion hóa s mang l i nhi u l i ích cho vi c gi ng d y hóa h c sau Hơn n a, qua khóa lu n ch ng t ñư c r ng Mathematica m t cơng c l p trình tốn h c khơng th thi u gi i quy t toán hóa h c S k t h p hồn h o gi a ph n m m, máy tính, phịng thí nghi m b não ngư i t o nên ngành hóa h c hi n đ i ngày nư c ta, m t xu hư ng hi n ñ i ngày ng d ng công ngh thông tin vào d y h c ñang bùng phát m nh m n n giáo d c nư c nhà Hy v ng r ng v i khóa lu n này, tơi s góp ph n nh vào phong trào K T LU N PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 36 Qua th i gian tìm hi u th c hi n khóa lu n này, tơi th c hi n đư c nh ng cơng vi c sau đây: Tìm hi u v lí thuy t hóa h c lư ng t Tìm hi u v cách s d ng ph n m m Mathematica phiên b n 6.0 Vi t chương trình tính t ng lư ng electron c a nguyên t b ng qui t c g n ñúng Slater s ph n m m Mathematica đ tìm cách vi t c u hình electron h p lí c a nguyên t h d chu kì tính lư ng ion hóa c a nguyên t nhi u electron chu kì Các k t qu tính đư c cho th y ñ i v i nguyên t h d chu kì 3, cách vi t c u hình electron h p lí ndα (n + 1)s2 ch khơng ph i (n + 1)s2ndα Riêng ñ i v i Cr Cu cách vi t c u hình electron h p lí ndβ (n + 1)s1 v i β = 5, 10 Các tr lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t nhi u electron chu kì tính đư c khơng sai khác nhi u so v i tr lư ng ion hóa th c nghi m ðây m t thành công l n c a s g n ñúng Slater n u ý ñ n m c ñ g n ñúng ban ñ u c a s g n ñúng Các tr lư ng ion hóa có th có c a C đư c tính tốn T t nhiên, vi c tính tốn s khơng t đ i xác mang l i m t đánh giá đ nh tính v qui lu t thay ñ i c a giá tr lư ng ion hóa có th m t nguyên t TÀI LI U THAM KH O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 37 Nguy n ð c Chuy, (1998), Hóa H c ð i Cương, Nhà Xu t B n Giáo D c Nguy n ðình Hu , Nguy n ð c Chuy, (2003), Nhà Xu t B n Giáo D c Tr n Thành Hu , (2004), Hóa H c ð i Cương C u T o Ch t, Nhà Xu t b n ð i H c Sư Ph m Tr n Thành Hu , (2006), Tư Li u Hóa H c 10, Nhà Xu t B n Giáo D c Lâm Ng c Th m, Ph m Văn Nhiêu, Lê Kim Long, Cơ S Hóa H c Lư ng T , Nhà Xu t B n Khoa H c Và Kĩ Thu t Lê Xuân Tr ng (T ng Ch biên kiêm Ch Biên), T Ng c Ánh – Lê M u Quy n – Phan Quang Thái (2006), Hóa H c 10 nâng cao Nhà Xu t B n Giáo D c Nguy n Xuân Trư ng (T ng Ch biên kiêm Ch Biên), Nguy n ð c Chuy – Lê M u Quy n – Lê Xuân Tr ng (2006), Hóa H c 10, Nhà Xu t B n Giáo D c http://vi.wikipedia.org/wiki/Cacbon PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com ... cho khóa lu n là: ? ?Tính tốn lư ng electron b ng ph n m m Mathematica áp d ng gi ng d y hóa h c l p 10? ?? M c tiêu Xác l p cách vi t c u hình electron h p lí cho nguyên t Tính tr lư ng ion hóa c... vi c vi t c u hình electron cho ngun t , cách tính m c lư ng electron lư ng ion hóa th nh t S d ng ph n m m Mathematica l p trình tính lư ng electron ðưa cách vi t c u hình electron h p lí So... phép toán ph c t p ð thu n ti n, vi c tính tốn s đư c ti n hành máy tính thơng qua ph n m m Mathematica V n đ cịn l i vi t chương trình tính tốn máy tính Mơ hình tính tốn chi ti t chương trình tính