CẤU tạo NGUYÊN tử

7/1/2016 www.hoahoc.edu.vn- www.luuhuynhvanlong.com CHƯƠNG CẤU TẠO NGUN TỬ Atomic Structure CẤU TẠO NGUN TỬ HẠT NHÂN VỎ ĐIỆN TỬ 7/1/2016 www.hoahoc.edu.vn- www.luuhuynhvanlong.com KHỐI LƯỢNG VÀ ĐIỆN TÍCH CÁC HẠT Tên Kí hiệu Điện tử Proton Neutron e p n Khối lượng (kg) đvklnt Điện tích (C) 9,11.10-31 5,49.10-4 -1,60.10-19 1,67.10-27 1,01 +1,60.10-19 1,67.10-27 1,01 Hydro nhẹ khơng có nơ tron 1 H Tương đối đ/v e -1 +1 NHẬN XÉT Số electron số proton Khối lượng ngun tử tập trung hạt nhân R(ngun tử) ≈ 105 R(nhân) 7/1/2016 Z A hai đặc trưng ngun tử Z - Điện tích hạt nhân = số proton Bậc ngun tử Z • A – số khối lượng ngun tử A = số proton+ số neutron ỨNG DỤNG Hồn thành số liệu bảng Ngun tử A Z N Ca 40 20 20 I 127 53 74 1,40 Tl 204 81 123 N/Z 1,52 7/1/2016 NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC • Được tạo thành từ ngun tử có Z • Ký hiệu X – ngun tố hóa học A A- số khối Z Z – điện tích hạt nhân X ĐỒNG VỊ Có số proton (cùng ng tố hóa học) Khác số khối hay số nơ tron Ví dụ - Các đồng vị Hydro (Z = 1) Hydro hay Hydro nhẹ ( 99,98%) 1 Đơteri ( 0,016 % ) H Triti ( 0,001%) H H 7/1/2016 ỨNG DỤNG Tính ngun tử khối trung bình Argon 36Ar (0,34%) ; M 38Ar (0,06%) ; 40Ar (99,6%) 36.0,34  38.0,06  40.99,6  39,87 100 Mol (hệ SI) mol chất chứa 6,022.1023 tiểu phân cấu trúc chất (ngun tử, phân tử, ion, electron….) Ví dụ mol ion H+ chứa: 6,022.1023 ion H+ mol electron chứa: 6,022.1023 electron 10 7/1/2016 PHỔ BỨC XẠ ĐIỆN TỪ  = c E = h = hc/ 11 QUANG PHỔ LIÊN TỤC 12 7/1/2016 QUANG PHỔ NGUN TỬ - QUANG PHỔ VẠCH H H  H H Hydro He Ne 13 THUYẾT CẤU TẠO NGUN TỬ Thuyết cấu tạo ngun tử Thomson.(1898) Mẫu hành tinh Rutherford (1911) Mẫu ngun tử theo Bohr (1913) 14 7/1/2016 J J Thomson – Atomic Model MƠ HÌNH NGUN TỬ Ngun tử cầu bao gồm phần tử tích điện dương điện tử phân tán đồng tồn khối cầu 15 Rutherford’s Model (1911) 16 7/1/2016 NHẬN XÉT  ƯU ĐIỂM Chứng minh tồn hạt nhân ngun tử chiếm phần lớn khối lượng ngun tử  NHƯỢC ĐIỂM - Khơng giải thích tính bền ngun tử -Khơng giải thích quang phổ ngun tử quang phổ vạch 17 The Bohr Model MẪU NGUN TỬ THEO BOHR (1913) 18 7/1/2016 BA TIÊN ĐỀ CỦA BOHR  mvr = nh/2 Khi quay quỹ đạo bền electron khơng xạ (khơng lượng) Năng lượng phát hay hấp thụ electron chuyển từ quỹ đạo bền sang quỹ đạo bền khác  E = | E t - E c | = h 19 ƯU ĐIỂM CỦA THUYẾT BORH Áp dụng cho hệ ngun tử có 1electron Tính bán kính quỹ đạo,năng lượng, tốc độ electron quỹ đạo bền Xác minh tính lượng tử hóa lượng electron En = –13,6Z2 /n2 [eV] E  h  h c 2 me  1     Z  n2 n   h2  t c  Giải thích quang phổ vạch ng tử 20 10 7/1/2016 KẾT QUẢ  n ,  , m  ( r , ,  )  R n ,  ( r ).Y , m  ( ,  ) En = -13,6/n2 [eV ] En = -13,6Z2/n2 [eV] (ng tử Hydro ) (ion dạng Hydro) n = 1, 2, ; ℓ =0,1, 2, (n-1); mℓ = - ℓ,…,0,.,+ ℓ Orbital ngun tử xác định tập họp ba số lượng tử 35 Khái niệm đám mây electron Đám mây electron vùng khơng gian quanh hạt nhân xác suất có mặt electron lớn 90% (ORBITAL NGUN TỬ) 36 18 7/1/2016 Ý nghĩa số lượng tử n n = 1, 2, 3, …,  Xác đònh trạng thái lượng electron Xác đònh kích thước trung bình đám mây electron me4 Z2 18 Z E   2 Z  2,18.10 J  13.6 eV 8 n h n2 n a0n r  Z   l l      1      n   37 Các electron có giá trị n thuộc lớp lượng tử (lớp electron) n Lớp e K L M N O P Q 38 19 7/1/2016 Ý nghĩa số lượng tử orbital ℓ ℓ = 0, 1, (n – 1) giá trị n có n giá trị ℓ Các electron có giá trị n ℓ tạo thành phân lớp electron (phân lớp lượng tử) ℓ Phân lớp electron s p d f → Ký hiệu phân lớp: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d… 39 Xác định tên hình dạng AO ℓ =  orbital S , Y(, ) = 1/2  hình cầu ℓ =  orbital p , dạng hai cầu tiếp xúc ℓ =  orbital d , dạng bốn cầu ℓ =3  orbital f 40 20 7/1/2016 Ý nghĩa số lượng tử từ mℓ mℓ = - ℓ, …0,….+ ℓ Cứ giá trị ℓ có (2ℓ + 1) giá trị mℓ Xác định định hướng khác AO khơng gian tác dụng từ trường ngồi 41 ℓ =  mℓ= 1 Orbital S 42 21 7/1/2016 ℓ =  mℓ= 0, ±  orbital p mℓ = ± mℓ= 43 ℓ =  mℓ= ± 1, ± 2,  orbital d mℓ =1 mℓ = 2 mℓ=0 44 22 7/1/2016 ℓ =  mℓ= ±1, ±2, ±3,  orbital f 45 Ý nghĩa số lượng tử từ spin ms  Xác định trạng thái chuyển động riêng electron, tức tự quay quanh trục electron Giá trị ms= ± ½ ứng với hai chiều quay thuận nghịch với chiều quay kim đồng hồ 46 23 7/1/2016 n mℓ ms ℓ Lớp e Phân lớp e AO e 47 NHẬN XÉT Bộ ba số lượng tử (n, ℓ,mℓ) xác định hàm orbital ngun tử AO n, ℓ, mℓ = hàm orbital Tập họp bốn số lượng tử (n,ℓ, mℓ , ms ) xác định đầy đủ trạng thái electron ngun tử (chuyển động spin chuyển động orbital) n, ℓ, mℓ, ms = hàm sóng tồn phần = hàm orbital-spin 48 24 7/1/2016 Trạng thái lượng electron ngun tử nhiều electron Trạng thái electron xác định số lượng tử n, ℓ, ml, ms Hình dạng AO tương tự hình dạng ngun tử Hydro Xuất hiệu ứng chắn hiệu ứng xâm nhập Trạng thái lượng electron phụ thuộc vào n ℓ 49 Z S Z Z’ = Z - S 50 25 7/1/2016 Hiệu ứng chắn • Các electron có số lượng tử n ℓ nhỏ có tác dụng chắn mạnh bị chắn yếu Ngược lại electron có số lượng tử n ℓ lớn có tác dụng chắn yếu bị chắn mạnh 51 Các electron lớp bên có tác dụng chắn mạnh lớp bên ngồi Các electron có số lượng tử ℓ giống n tăng có tác dụng chắn yếu, bị chắn nhiều Tác dụng chắn lớp ngồi với lớp khơng đáng kể Các electron có n giống electron có ℓ lớn tác dụng chắn yếu bị chắn nhiều 52 26 7/1/2016  Trong lớp chắn khơng mạnh so với khác lớp  Trong phân lớp, electron chắn yếu  Theo chiều ns, np , nd, nf tác dụng chắn yếu dần, bị chắn tăng lên Vì tăng điện tích hạt nhân (Z), điện tích hạt nhân hiệu dụng tăng mạnh electron s, tăng yếu electron p, d, f 53  Một phân lớp bão hòa hòan tòan electron hay bán bão hòa có tác dụng chắn mạnh lớp bên ngòai Hai electron thuộc lượng tử chắn yếu lại đẩy mạnh 54 27 7/1/2016 HIỆU ỨNG XÂM NHẬP Hiệu ứng xâm nhập làm tăng độ bền liên kết electron với hạt nhân nên làm giảm lượng electron Hiệu ứng xâm nhập mạnh số lượng tử n ℓ electron nhỏ 55 CÁC QUY LUẬT PHÂN BỐ ELECTRON VÀO NGUN TỬ NHIỀU ELECTRON  Ngun lý vững bền Quy tắc Klechcowski  Ngun lý ngoại trừ Pauli  Quy tắc Hund 56 28 7/1/2016 Ngun lý vững bền Trong ngun tử điện tử phân bố vào orbital ngun tử cho tổng lượng ngun tử thấp 57 Quy tắc Klechcowski  Điền e vào phân lớp có (n + ℓ) tăng dần  Khi (n + ℓ) điền e vào phân mức có n tăng dần 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 3 4 5 6 7 7 8 58 29 7/1/2016 59 Quy tắc Klechcowski Quy tắc Klechcowski quy tắc gần mang tính khái qt nghiệm nhiều trường hợp, có trường hợp quy tắc khơng nghiệm 60 30 7/1/2016 Ngun lý ngoại trừ Pauli Trong phạm vi ngun tử khơng thể có hai electron mà trạng thái chúng đặc trưng số lượng tử  Một AO Chỉ chứa tối đa electron có spin ngược dấu ms= +1/2   ms= - 1/2  61 Trong phân lớp (n, ℓ) ta có: (2ℓ + 1) số orbital Số điện tử tối đa = 2(2ℓ + 1) •phân lớp s •phân lớp p •phân lớp d •phân lớp f - có tối đa điện tử - có tối đa điện tử - có tối đa 10 điện tử - có tối đa 14 điện tử 62 31 7/1/2016 • Trong lớp lượng tử n, ta có:  n phân lớp (0,1,2…,(n-1))  số orbital lớp n2  số electron tối đa lớp 2n2 Lớp : K, L, M, N, O, P, Q Số electron: 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98 tối đa 63 QUY TẮC HUND Trong phân lớp với nhiều AO có mức lượng nhau, electron có khuynh hướng phân bố vào lượng tử cho tổng spin chúng cực đại (tổng số electron độc thân tối đa) 64 32 ... 7/1/2016 QUANG PHỔ NGUN TỬ - QUANG PHỔ VẠCH H H  H H Hydro He Ne 13 THUYẾT CẤU TẠO NGUN TỬ Thuyết cấu tạo ngun tử Thomson.(1898) Mẫu hành tinh Rutherford (1911) Mẫu ngun tử theo Bohr (1913)... thích lượng tử hóa lượng • Áp dụng cho ng tử phức tạp cho kết định tính 26 13 7/1/2016 CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ  Ba luận điểm học lượng tử  Trạng thái electron ngun tử Hydro... HÌNH NGUN TỬ Ngun tử cầu bao gồm phần tử tích điện dương điện tử phân tán đồng tồn khối cầu 15 Rutherford’s Model (1911) 16 7/1/2016 NHẬN XÉT  ƯU ĐIỂM Chứng minh tồn hạt nhân ngun tử chiếm phần