Bài 1: Nguyên tử hóa học

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN BÀI CẤU TẠO NGUYÊN TỬ I LỊCH SỬ RA ĐỜI NGUYÊN TỬ  Ai người dùng khái niệm nguyên tử? Từ bao giờ?  Nguyên tử gì?  Cấu trúc nguyên tử đặc hay rỗng? Bốn nguyên tố Aristotle Aristotle thừa nhận vật chất chia vô hạn, thừa nhận có nguyên tố: không khí, (lửa) đất, lửa nước (khí) (đất) (nước)  Platon  Aristotle Khái niệm nguyên tử Democrit 460 TCN  Nếu vật chia nhỏ khôn có điều: lại chia nhỏ  Ông đặt tên hạt nhỏ bé Atoma có nghĩa chia nhỏ John Dalton Thuyết nguyên tử (1808)  Tất vật chất tạo thành từ nguyên tử  Nguyên tử nguyên tố có cấu trúc tính chất  Nguyên tử bị phân chia, sinh  Các nguyên tử nguyên tố khác kết hợp với để tạo hợp chất  Trong phản ứng hoá học, nguyên tử kết hợp, phân tách tái xếp lại J.J Thompson 1897  Ông người phát electron (điện tử) mang điện âm  Mà nguyên tử trung hòa điện, chứng tỏ, phần lại nguyên tử mang điện dương  Thomson tìm thấy tỷ số điện tích/khối lượng số không phụ thuộc vào việc ông dùng vật liệu Mô hình bánh mận “ Plum Pudding” Thompson 1902  Nguyên tử có cấu trúc đặc  Khi điện tử (electron) di chuyển, điện tích dương kéo chúng vị trí cân  Các electron hoàn toàn không chuyển động Ernest Rutherford (1909 – 1911)  Thí nghiệm vàng – Ông sử dụng hạt α mang điện tích dương bắn phá lên màng mỏng vàng Rutherford phát ra… Một số hạt α bị chuyển hướng Một số hạt α bị bật ngược trở lại va Hầu hết hạt α chạm với hạt mang xuyên qua điện tích dương nguyên tử Từ đó, ta rút kết luận gì? Những kết luận Rutherford… - Hầu hết hạt xuyên qua chắn  Như cấu tạo nguyên tử gần trống rỗng - Một số hạt bị bật ngược trở lại chuyển hướng  Như vậy, phải có hạt nhỏ bé, có khối lượng lớn, mang điện dương nằm trung tâm nguyên tử  Ông gọi là: Hạt nhân  Các electron đứng yên mà phải chuyển động để tạo thành lớp vỏ nguyên tử ** Các em thử hình dung cấu tạo ng tử nào** Nguyên lý bất định Heisenberg 1927  Nguyên lý bất định Heisenberg: “Không thể xác định đồng thời cách xác động lượng (p=mv) vị trí hạt Do đó, vẽ hoàn toàn xác quỹ đạo hạt Heise ∆x.∆p ≥  = nberg h 2π Mẫu nguyên tử Bohr vi phạm nguyên lí bất định h h ⇔ ∆x.∆v ≥ = m 2π m mô tả xác vị trí động lượng electron Nguyên lý bất định Heisenberg 1927  Ví dụ: Một viên bi nặng 1g electron chuyển động có độ bất định vị trí 1Å Tính độ bất định cực tiểu vận tốc  Rút nhận xét cần thiết h ∆x.∆p ≥  = 2π ĐS: a Δv = 6,62.10 b Δv = 7,7.10 -21 m/s m/s ∆x.∆v ≥  h = m 2πm Phương trình Shrodinger mô tả phân bố electron quanh hạt nhân Phương trình Shrodinger mô tả phân bố electron quanh hạt nhân ) Hψ = E.ψ h2 ⇔− ∇ ψ + Uψ = Eψ 8π me h2 ⇔ ∇ ψ + ( E − U )ψ = 8π me  Đối với nguyên tử electron H, r khoảng cách từ e đến hạt nhân, điện tích hạt nhân Z Ze Ur = − 4πε r h2 Ze ⇒ ∇ ψ + ( E + )ψ = 8π me 4πε r Số lượng tử : n = 1, 2, 3, 4, … Số lượng tử phụ: Số lượng tử từ: l = 0, 1, 2, …, n-1 m=0, ±1, ±2, ±3, …, ±l Bổ sung kiến thức  Toán tử gì? Hàm sóng gì? 5.1 TOÁN TỬ a MỘT SỐ DẠNG TOÁN TỬ  Toán tử động lượng  Toán tử Laplace pˆ = −i. ∇ ∂ ∂ ∂ ∇= + + ∂x ∂ y ∂ z h = 2π 5.1 MỘT SỐ DẠNG TOÁN TỬ back 5.2 HÀM SÓNG • Đ/n: Trạng thái chuyển động hạt vi mô (ví dụ electron nguyên tử) mô tả hàm số ψ ψ x , y , z ,t x,y,z,t gọi hàm sóng Tính chất hàm sóng: + cho ta xác suất tìm thấy vi hạt thời điểm t không gian nguyên tử không gian nên: + Xác suất tìm hạt toàn ∫ψ =1 +∞ + Ở trạng thái dừng (ko phu thuộc thời gian) hàm sóng phụ thuộc vào tọa độ Giáo viên: Trần Hoàng Phi Các số lượng tử a Số lượng tử n  Sử dụng để xác định lượng En electron nguyên tử  mZ e En = − 2 n 8ε h Hidro) Z=1, tính E Đối với nguyên tử electron (giống ta có En = − 13,6 n2  Ký hiệu: n=1 7…  Mức En= K L M N O P Q…  Càng lên cao lượng lớn lớp sít lại  Các electron lớp có lượng xấp xỉ  Ví dụ: tính lượng lớp 1, 2,4,5 n theo eV b Số lượng tử phụ l Sử dụng để xác định độ lớn momen động lượng  h M = l(l + 1) 2π - Những electron ứng với mức lượng En có nhiều giá trị khác Giá trị: l= Ký hiệu : s p d f Hình dạng cầu Số Hoa thị Phức tạp - Lớp thứ n có n phân lớp - Các electron phân lớp có lượng có hình dạng obitan c Số lượng tử từ m  Để xác định hình chiếu mômen động lượng orbitan lên trục z (Mz ) h M z = m 2π -M cho biết số orbital có phân lớp Phân lớp : m t/ứ: l=0 m= Số AO t/ứ: -1,0,1 - phân lớp thứ l có 2l +1 obitan 3… -2,-1,0,1,2 -3, d Số lượng tử spin + Để xác định mômen động lượng riêng gọi momen động lượng nội hay mômen động lượng Spin M s = s(s + 1) +s cho biết chiều quay electron có giá trị Spin: s= +1/2 Chiều quay tương ứng: -1/2… ↑ ↓ h 2π n l ml 0(s) ms 3d E 0(s) 1(p) -1, 0(s) 1(p) 2(d) 0(s) -1, -2, -1, N 0, E R 0, 0, 1, 4s 3p 3s 2p G Y 2s 1s Movie: periodic table of the elements: t10-20 Chúc em học tốt [...]... proton = Số electron (nguyên tử trung hòa điện)  Khối lượng (đvC) -19 Các thông số của của một nguyên tử:  Khối lượng (g) X Chương I: Cấu tạo nguyên tử và bảng hệ thống tuần hoàn II CẤU TRÚC LỚP VỎ NGUYÊN TỬ THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ  Cơ học lượng tử là gì?  Các hạt electron trong lớp vỏ nguyên tử chuyển động thế nào?  Có thể mô tả chuyển động của electron bằng phương trình toán học không? 1 Lưỡng tính...  Đối với nguyên tử 1 electron như H, r là khoảng cách từ e đến hạt nhân, điện tích hạt nhân là Z Ze 2 Ur = − 4πε 0 r 2 h2 Ze ⇒ 2 ∇ 2 ψ + ( E + )ψ = 0 8π me 4πε 0 r Số lượng tử chính : n = 1, 2, 3, 4, … Số lượng tử phụ: Số lượng tử từ: l = 0, 1, 2, …, n-1 m=0, ±1, ±2, ±3, …, ±l Bổ sung kiến thức  Toán tử là gì? Hàm sóng là gì? 5.1 TOÁN TỬ a MỘT SỐ DẠNG TOÁN TỬ  Toán tử động lượng  Toán tử Laplace...Mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford Khoảng trống Hạt nhân mang điện + Electrons mang điện Những hạn chế trong Mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford - Mô hình trên không thể giải thích được cấu trúc quỹ đạo của electron (tạo thành các đám mây electron - obitan) liên quan đến các quá trình hóa học; - Không giải thích được tại sao nguyên tử tồn tại cân bằng bền và electron... CẤU TẠO NGUYÊN TỬ THEO QUAN NIỆM CỔ ĐIỂN Nguyên tử được cấu tạo bởi:   hạt nhân (proton, nơtron) các electron Tính chất của nguyên tử: Hạt Kí hiệu Điện tích (C) Electron e -1,602 × 10 Proton p +1,602 × 10 Nơtron n Điện tích đơn vị Cách viết kí hiệu : 9,109 × 10 -28 ≈10 -19 +1 1,672 × 10 -24 ≈1 0 1,675 × 10 -24 ≈1 0 Số khối A = Số proton + số nơtron = Z + số nơtron A Z -3 -1 Số hiệu nguyên tử Z = Số... xét 4 Nguyên lý bất định của Heisenberg 1927  Nguyên lý bất định của Heisenberg: “Không thể xác định đồng thời một cách chính xác động lượng (p=mv) và vị trí của một hạt Do đó, không thể vẽ hoàn toàn chính xác quỹ đạo của hạt Heise ∆x.∆p ≥  = nberg h 2π Mẫu nguyên tử Bohr đã vi phạm nguyên lí bất định vì nó đã h h ⇔ ∆x.∆v ≥ = m 2π m mô tả chính xác cùng vị trí và động lượng của electron 4 Nguyên. .. Ở trạng thái dừng (ko phu thuộc thời gian) hàm sóng chỉ phụ thuộc vào tọa độ Giáo viên: Trần Hoàng Phi 6 Các số lượng tử a Số lượng tử chính n  Sử dụng để xác định năng lượng En của electron trong nguyên tử  1 mZ 2 e 4 En = − 2 2 2 n 8ε 0 h Hidro) Z=1, khi tính E Đối với nguyên tử 1 electron (giống ta có En = − 13,6 n2  Ký hiệu: n=1 2 3 4 5 6 7…  Mức En= K L M N O P Q…  Càng lên cao năng lượng... Laplace pˆ = −i. ∇ ∂ ∂ ∂ ∇= + + ∂x ∂ y ∂ z h = 2π 5.1 MỘT SỐ DẠNG TOÁN TỬ back 5.2 HÀM SÓNG • Đ/n: Trạng thái chuyển động của hạt vi mô (ví dụ electron trong nguyên tử) được mô tả bởi một hàm số ψ ψ x , y , z ,t x,y,z,t được gọi là hàm sóng 2 Tính chất hàm sóng: + cho ta xác suất tìm thấy vi hạt tại thời điểm t trong không gian nguyên tử 2 bộ không gian là bằng 1 nên: + Xác suất tìm hạt trong toàn ∫ψ =1... lượng electron khi quay trên quỹ đạo trong nguyên tử H có thể tính được bằng công thức:  En = (1.1) m e e 4 − 2 2 2 8ε 0 h n Những hạn chế trong mô hình của Bohr  Quỹ đạo các electron hoàn toàn xác định ⇒ Vậy quỹ đạo hình gì?  Không thể giải thích được tại sao electron lại không bay về phía hạt nhân ⇒ Vậy lúc nào nguyên tử sẽ chết Cấu trúc lớp vỏ điện tử như thế nào ? 3 Lưỡng tính sóng hạt của... Thí nghiệm Giao thoa khe Young Giáo viên: Trần Hoàng Phi 1 Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng Thí nghiệm của Compton c Lượng tử năng lượng (quatum of energy)  Giả thuyết của Planck  Năng lượng được bức xạ giải phóng ra hoặc hấp thụ dưới dạng những lượng gián đoạn gọi là các lượng tử năng lượng ε = h.ν = h.c/λ Trong đó h là hằng số lanck=6,6256.10 ν là tần số của bức xạ 34 2 Mô hình của Neils Bohr 1913,... theo eV b Số lượng tử phụ l Sử dụng để xác định độ lớn của momen động lượng  h M = l(l + 1) 2π - Những electron ứng với cùng 1 mức năng lượng En có thể có nhiều giá trị khác nhau của Giá trị: l= 0 1 2 Ký hiệu : s p d f Hình dạng cầu 3 Số 8 nổi Hoa thị Phức tạp - Lớp thứ n có n phân lớp - Các electron trong cùng 1 phân lớp có năng lượng bằng nhau và có cùng hình dạng obitan c Số lượng tử từ m  Để xác