chuong-2-chau2

Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ NỘI DUNG 2.1 Lịch sử thuyết cấu tạo nguyên tử 2.1.1 Mơ hình Thomson (1903) 2.1.2 Mơ hình Rutherfor (1911) 2.1.3 Mơ hình Borh (1913) 2.2 Thuyết cấu tạo ngun tử đại 2.2.1 Những luận điểm học lượng tử 2.2.2 Giải thích cấu tạo nguyên tử điện tử học lượng tử 2.2.3 Nguyên tử nhiều điện tử Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.1 Lịch sử thuyết cấu tạo ngun tử (Mơ hình Thomson, Rutherfor, Borh) 2.1.1 Mơ hình Thomson (1903) - Năm 1903, Thomson nhà vật lý người Anh đưa mẫu nguyên tử Theo ông nguyên tử gồm từ điện tích dương phân bố tồn thể tích ngun tử electron chuyển động điện tích dương Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.1.2 Mô hình Rutherfor (1911) - Khi cho xạ α qua kim loại mỏng đa số hạt α qua kim loại không bị lệch hướng có số hạt bị bật trở lại - Thí nghiệm cho thấy ngun tử có độ rỗng lớn, hạt tích điện dương có kích thước nhỏ va chạm với hạt tích điện dương hạt α bị bật trở lại Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ * Nội dung thuyết Rutherfor: - Mỗi ngtử gồm hạt nhân mang điện tích dương có kích thước nhỏ (bán kính khoảng 10-15 m) so với kích thước ngtử (bán kính khoảng 10-10m) - Khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu hạt nhân Xung quanh hạt nhân điện tử chuyển động quỹ đạo khác - Nguyên tử trung hòa điện nên số điện tử có ngtử với điện tích hạt nhân nguyên tố Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUN TỬ 2.1.3 Mơ hình Borh (1913) - Sự xuất thuyết lượng tử ánh sáng Plank, nhà bác học Bohr đưa lý thuyết cấu tạo nguyên tử dựa phối hợp mẫu hành tinh thuyết lượng tử ánh sáng Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ * Nội dung thuyết gồm ba tiên đề: - Electron quay xung quanh hạt nhân quỹ đạo mà quỹ đạo trịn, đồng tâm có bán kính định gọi quỹ đạo bền - Khi quay quỹ đạo bền electron không phát lượng điện từ (không lượng) - Nguyên tử phát hay hấp thụ lượng (E) electron chuyển từ quỹ đạo bền sang quỹ đạo bền khác hiệu số lượng electron trạng thái đầu (Eđ) trạng thái cuối (Ec) Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.2 Thuyết cấu tạo nguyên tử đại 2.2.1 Những luận điểm học lượng tử - Cơ học lượng tử quan niệm vật vi mơ có tính chất hạt tính chất sóng, nghĩa chúng thể đồng thời hạt sóng - Ánh sáng sóng điện từ có tần số dao động n (hoặc bước sóng l) xác định lan truyền với tốc độ c Tính chất sóng thể biểu thức: λν = c Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - Plănk đề xuất: ánh sáng dòng vật chất phân chia gọi lượng tử ánh sáng hay phôtôn, chúng có khối lượng m chuyển động với tốc độ c - Tính chất hạt ánh sáng thể E = hν phtrình Plănk: - Từ phương trình Plănk, Ensten (E = mc2), rút phương trình thể chất sóng hạt ánh sáng: h λ= mc Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ * Louis De Broglie (1924): Electron vật chất vi mô có chất sóng - hạt chúng hệ thức sau phải thỏa mãn: h λ= mv Với: v: vận tốc hạt (cm.s-1) λ: bước sóng (cm) m: khối lượng hạt (g) h: số Plank có giá trị 6,626.10-34 J.s Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - Bản chất sóng - hạt vật vi mô đưa đến hệ quan trọng chuyển động nó, thể nguyên tắc Heisenberg đưa vào năm 1927: đồng thời xác định xác vị trí lẫn tốc độ hạt vi mô h ∆x.∆v ≥ m - Heisenberg: Hạt vi mơ biết xác tốc độ chuyển động chúng, ta khơng thể nói đến đường xác nó, mà nói đến xác suất có mặt chỗ khơng gian Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.2.2 Giải thích cấu tạo nguyên tử điện tử học lượng tử - Phân tích phương trình sóng Schrodinger mơ hình ngun tử đơn giản hóa lại thấy hàm số sóng gắn liền với đại lượng đặc trưng số lượng tử - Như rõ ràng trạng thái electron nguyên tử xác định số lượng tử Số lượng tử (n), slt orbitan (l), slt từ (ml) slt spin (ms) Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ (1) Số lượng tử n mức lượng - Trong nguyên tử electron trạng thái lượng xác định tuân theo điều kiện lượng tử hóa - Điều kiện lượng tử hóa thể có mặt số lượng tử n biểu thức xác định giá trị lượng - Chẳng hạn nguyên tử hydro biểu thức lượng có dạng: 2π 2me E= = −13,6 ⋅ 2 nh n Số lượng tử n: Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ (2) Số lượng tử orbitan l hình dạng đám mây electron - Số lượng tử orbitan (hay gọi số lượng tử phụ) có giá trị nguyên, dương Tuy nhiên, số giá trị bị ràng buộc số lượng tử n - Đối với giá n, số lượng tử orbitan có giá trị từ đến (n-1): l = 0, 1, 2, 3,…., (n – 1) - Các e lớp e có giá trị l tạo thành phân lớp e Các phân mức lượng (phân lớp lượng tử) ký hiệu sau: Số lượng tử orbitan l: Ký hiệu phân lớp lượng s p d tử: f g h Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ * Hình dạng đám mây electron - Theo kết tính tốn học lượng tử, đám mây electron tương ứng trạng thái s (l=0) có dạng khối cầu, trạng thái p (l=1) có dạng khối cầu biến dạng tiếp xúc (hình tạ đơi, số nổi), trạng thái d (l=2) có dạng khối cầu biến dạng tiếp xúc Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUN TỬ (3) Số lượng tử từ ml - Đặc trưng cho định hướng orbital ngtử từ trường định số orbital có phân lớp - Ứng với giá trị l, ml có giá trị: ml = 0, ±1, ±2, , ±l Như ứng với phân mức lượng l có (2l +1) kiểu định hướng khác đám mây electron không gian -Trạng thái e nguyên tử đặc trưng giá trị định n, l ml , nghĩa là: kích thước, hình dạng định hướng không gian đám mây e, gọi orbital e ngun tử Ví dụ: * l = thì: m có giá trị ml = tức orbitan s * l = thì: m có giá trị ml = -1, ,+1 tức orbitan p: px,py pz * l = thì: m có giá trị ml = -2, -1, 0, +1, +2 tức orbitan d: dxy, dxz, dyz, dz2 vaø dx2-y2 Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ (4) Soá lượng tử spin ms - Đặc trưng cho tự quay e xung quanh trục theo chiều thuận hay chiều nghịch với chiều quay kim đồng hồ nhận hai giá trị từ +1/2 ÷ -1/2 (Nếu e độc thân có ms=+1/2 ; Nếu e ghép đơi có ms= -1/2) Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUN TỬ * Bốn số lượng tử n, l, ml , ms xác định hoàn toàn trạng thái electron nguyên tử (Bảng 2.2 / tr.49) Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.2.3 Nguyên tử nhiều điện tử (1) Trạng thái lượng electron ntử nhiều điện tử - Ngoaøi tương tác hạt nhân với e, có tương tác e với nhau, tương tác tạo nên hai hiệu ứng hiệu ứng xâm nhập hiệu ứng chắn * Hiệu ứng chắn: + Do lớp e bên làm giảm lực hút hạt nhân với e lớp + E bên bị hút điện tích Z* < Z + S = Z – Z* số chắn * Hiệu ứng xâm nhập: - Các e bên ngồi xâm nhập vào gần hạt nhân - Khả xâm nhập e giảm dần theo chiều tăng n l Ch ương : (5ti ết) CẤU TẠO NGUYÊN TỬ (2) Sự xếp electron ngtử nhiều electron - Dựa vào nguyên lý Pauli, nglý vững bền, quy tắc Hund, quy tắc Kleshkowski a Nguyên lý Pauli: Trong ngun tử khơng thể có Electron có số lượng tử Mỗi orbitan chứa tối đa electron có spin khác (Xem bảng 2.3 trang 53) Lưu ý: Số electron tối đa lớp = 2n2 (n: slt chính) b Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái bản, nguyên tử, electron chiếm mức lượng thấp trước (tức trạng thái bền vững trước) đến trạng thái cao hơn” 1s