om ne C Bi giảng Vật lý đại cơng nh Vi en Zo Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Si Trờng ĐH Bách khoa Hμ néi SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn om C Zo ne Ch−¬ng Si nh Vi en VËt lý nguyªn tư SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn ne C om Nguyên tử hydro z Chuyển động điện tử e Ze r nguyên tử hydro θ U=− 4πε r + 1.1 Ph−¬ng tr×nh ϕ Schrodinger x nh Vi en Zo 2m Ze Δψ + ( E + )ψ = 4πε r h x=r.sinθcosϕ y=r.sinθsinϕ ψ = ψ( r , θ, ϕ) z=rcosθ Si ∂ ∂ψ 1 ∂ ∂ψ (sin θ ) + (r )+ 2 ∂r r ∂r r sin θ ∂θ ∂θ ∂ ψ 2m Ze + (E + )ψ = 2 h r sin θ ∂ϕ 4πε r SinhVienZone.com y https://fb.com/sinhvienzonevn ψ = R ( r ) Y ( θ, ϕ) 2 C om d dR 2mr Ze (r ) + (E + )=λ R dr dr 4πε r h 1 ∂Y ∂2Y ∂ (sin θ )+ = −λ 2 Y sin θ ∂θ Y sin θ ∂ϕ ∂θ λ = l(l + 1) nh Vi en Zo ne R = R nl ( r ) Y = Ylm ( θ, ϕ) ψ nlm = R nl ( r ) Ylm ( θ, ϕ) Si n= 1, 2, 3, Sè l−ỵng tư chÝnh l = 0, 1, 2, n-1 Số lợng tử quĩ đạo m = 0,1,2, , l Sè l−ỵng tư tõ R 1,0 Z = 2( ) a0 SinhVienZone.com Zr − a0 3/ e Y0,0 = − ( π) https://fb.com/sinhvienzonevn Si nh Vi en Zo ne C om m ee Rh R = 15 −1 = , 27 10 s En = − 2 4π( 4πε ) h n H»ng sè Ritbe 1.2 C¸c kÕt luËn: a Năng lợng gián đoạn: Lợng tử hoá b Năng lợng Ion hoá E=0-E1=Rh=2,185.10-18J=13,5eV c Trạng thái lợng tử: n ,l ,m ( r , θ, ϕ) = R nl ( r ).Ylm ( , ) l Trạng thái s n, l , m n=1 c¬ së, p n>=2 møc suy biÕn n2 n −1 d ( l + ) = n ∑ f l =0 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn om d MËt ®é xác suất tìm hạt Xác suất tìm hạt theo thể tÝch: 2 ∫ | ψ | dv = ∫ | ψ nlm ( r, θ, ϕ) | r sin θdrdθdϕ C ne dr nh Vi en R ( r ) r dr ∫ nl dϕ Zo Xác suất tìm hạt theo bán kính: d Si Mật độ xác suất theo bán kính 1,0 SinhVienZone.com Zr − a0 Z = R 1,0 r = 4( ) e a0 2 r https://fb.com/sinhvienzonevn dρ1,0 Zr 2r (1 - ) = a0 ρ1,0 ( r ) om Z = 4( ) e a0 dr ne C §èi víi H, Z=1 cã r=0 vμ r=a0 e Gi¶i thÝch quang phỉ H Cùc tÝm r a0=0,53.10-10m B¸n kÝnh Bohr nh Vi en Zo 1 υ = R ( − ) Liman υ = R ( − ) Perfund n 52 n ∞ O N M 1 υ = R ( − ) Bracket n n=6 K n=1 Si L n=5 n=4 n=3 n=2 SinhVienZone.com 1 υ = R ( − ) Pasen n 1 υ = R ( − ) Banme n ¸nh s¸ng nhÝn thÊy https://fb.com/sinhvienzonevn Hång ngo¹i! Zr − a0 - ne + + - Zo - C om Nguyªn tư kim loại kiềm 2.1 Năng lợng điện tử hoá trị nguyên tử kim loại kiềm nh Vi en - - - + - - - - Si H Li Na Điện tử hoá trị tơng tác với hạt nhân v điện lớp (với lõi nguyên tử) Năng lợng tính tơng tự nh H v thêm phần bæ chÝnh Δ l SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Rh Wnl = − (n + Δ l )2 om Δ l phô thuéc vo số lợng tử l v nguyên tố Si nh Vi en Zo ne C Z Nguyªn tè Δs Δp Δd Δf Li -0,412 -0,041 -0,002 11 Na -1,373 -0,883 -0,010 -0,001 37 Rb -3,195 -2,711 -1,233 -0,012 3D n=3 3P 3S 2P n=2 2S n=1 1S SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn SinhVienZone.com C ne 1s 2s 2p 3s 3p 3d Mức lợng 1S 2S 2P 3S 3P 3D Zo 0 1 nh Vi en l Trạng thái Si n om 2.2 Trạng thái v mức lợng bị tách https://fb.com/sinhvienzonevn Lớp K L M D·y phô II: hν = 2P- nS Li hν = 3P-nS Na Zo 3D 3P 3S C 4F 4D 4P 4S ne 5P 5S om 2.3 Quang phæ kim loại kiềm Khi phát xạ photon: Điện tử chun tõ møc cao xng thÊp h¬n Vμ Δl = ±1 nh Vi en Na 2P Si Li 2S D·y chÝnh: hν = 2S- nP Li hν = 3S- nP Na SinhVienZone.com D·y Phô I: hν = 2P- nD D·y Cơ bản: h = 3D-nF h = 3D-nP S, P, D mức lợng https://fb.com/sinhvienzonevn nh Vi en Zo ne C om 2.4 Mômen động lợng v mômen từ điện tử chuyển động quanh hạt nhân Mômen động lợng/orbital: Quĩ đạo không xác định -> véc tơ mômen không xác định Giá trị xác định: L = l( l + 1) h l = 0, 1, 2, , n-1 Số lợng tử quĩ đạo Si Hình chiếu lên phơng bÊt kú: L z = m.h m=0, ±1, ±2 ± l Mômen động lợng v hình chiếu bị lợng tử hoá SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn .C om Mômen từ: Điện tử quay quanh hạt nhân gây dòng điện ngợc chiều với chiều quay -> mômen từ ngợc chiều với mômen động r r e lợng = L ne 2me Zo Hình chiếu mômen từ lên z: nh Vi en eh e = − mμ B μz = − L z = −m 2m e 2m e Si eh −24 = 9,26.10 Am μB = Magneton Bohr: 2me -> Hình chiếu mômen từ lên z đợc lợng tử hoá SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn om 2.5 Hiện tợng Diman/Zeeman: C H ne Nam châm điện B=0 ->1 vạch B0-> vạch Zo Phim ghi QP nh Vi en Năng lợng tơng tác mômen từ điện tử với tõ tr−êng cđa nam ch©m: r Si r ΔW = −μ.B ΔW = −μ z B = mμ B B Mức lợng điện tử W = W + mμ B B SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Bøc x¹ tõ møc W’2 xuèng møc W’1 cã: W2 − W1 Δmμ B B = + h h Δm=0, ±1 nªn cã υ' = v¹ch øng víi Zo ne C υ = − h ' W1 om , ' W2 μ BB υ+ h υ μ BB υ− h Si nh Vi en Spin cđa ®iƯn tư Nhê cã thiÕt bị quang phổ tinh vi phát cấu trúc bội phổ: vạch sít nhau: Của Na 28,90 v 28,96pm Thí nghiệm Anhxtanh-Đơgát e = Đo đợc tỷ sè L me SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn nh Vi en ms = ± Zo ne C r μ e Kh«ng ®óng víi hƯ sè − tõ c¬ lý thut 2m e Giải thích: Do vận động rnội tại, điện tử có mômen spin S Hình chiếu lên S = h = m h z s trôc z lμ: Số lợng tử hình chiếu spin om r L Si S = s(s + 1) h s-Sè l−ỵng tư spin Đúng kết Mômen từ riêng r eh e r thùc μ sz = ±μ B = m ⇒ μs = − S nghiƯm 2m e me SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn M«men từ orbital: Mômen từ riêng r r e r e r (spin): μs = − μL = − L S - - + - • - - - 2m e me ms ↑ Si - nh Vi en Zo ne C om Các điện tử có spin với số lượng tử spin ms↑ ms↓ momen spin Na tạo cỏc momen t spin riêng Momen t orbital gây mômen cảm ứng từ trờng đóng góp vo tính nghịch từ, momen từ spin đóng góp vμo tÝnh thuËn tõ - ms ↑ + => HÖ sè tõ m ↓ s He c¬ lμ e/me H Lẻ điện tử: thuận từ Chẵn số điện tử: nghịch tõ + SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn Si nh Vi en Zo ne C om Trạng thái v lợng điện tử nguyên tử Do tơng tác mômen từ riêng v mômen từ quỹ đạo v mômen từ riêng điện tử nguyên tử, nên: r r r Điện tử có mômen ton phần: J = L+S Giá trị J l J = j( j + 1) h j l số lợng tử mômen ton phần j = l Trạng thái lợng tử điện tử nguyên tử gồm số lợng tử: n,l , m v ms => lợng ton phần điện tử phụ thuộc vo số l−ỵng tư n, l vμ j SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn l = chØ cã møc; l > t¸ch thμnh møc øng víi l − vμ l + nh Vi en Zo ne C om =>CÊu tróc tÕ vi cđa møc; KÝ hiƯu n2Xj sè chØ møc kÐp: n =1, 2, 3, Sè l−ỵng tư chÝnh X=S, P, D, F, øng víi l = 0,1,2,3, Si j= l± Sè tr¹ng th¸i líp n lμ SinhVienZone.com n −1 ∑ 2(2l + 1) = 2n l =0 https://fb.com/sinhvienzonevn Si nh Vi en Zo ne C om Trạng thái đtử hoá trị H v kloại kiềm: n j trạng thái Mức l đtử hoá trị lợng 1/2 1s 1/2 12S1/2 1/2 2s 1/2 22S1/2 1/2 2p 1/2 22P1/2 3/2 2p 3/2 22P3/2 1/2 3s 1/2 32S1/2 1/2 3p 1/2 32P1/2 3/2 3p 3/2 32P3/2 3/2 3d 3/2 32D3/2 5/2 3d 5/2 32D5/2 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn .C om CÊu t¹o béi/tÕ vi/ vạch phổ Qui tắc chuyển mức:Từ mức cao xuèng møc thÊp Δn bÊt kú,Δl = ±1 , Δj= 0, chuyển mức phát xạ h = 2S- 3P 32P3/2 ne 3P nh Vi en 2S Zo hν = 2S- 3P 32P1/2 22S1/2 3D Si béi chuyÓn møc phát xạ h = 2P- 3D bội 2P h2 = 22S1/2 -32P1/2 hν = 2P-3D 32D5/2 hν3 =22P3/2-32D5/2 32D3/2 hν2 =22P3/2-32D3/2 22P3/2 22P1/2 SinhVienZone.com hν1 = 22S1/2 -32P3/2 hν1 = 22P1/2- 32D3/2 https://fb.com/sinhvienzonevn nh Vi en Zo ne C om Khái niệm hệ thống tuần hon Menđêleep Năm 1869 Menđêleep xây dựng hệ thống tuần hon nguyên tố: tính chất hoá, lý nguyên tố mang tính tuần hon Si Nguyên lý Pauli: trạng thái lợng tử gồm số lợng tử n, l, m, ms chØ cã thĨ cã tèi ®a ®iƯn tư SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn 18 N SinhVienZone.com 32 Zo Sè ®iƯn tư 2( 2l + 1) l=0 l=0 l =1 l=0 l =1 10 l=2 l=0 l =1 l = 10 l = 14 om M S S P S P D S P D F C Líp ne K L Sè ®iƯn tư tèi ®a=2n2 nh Vi en n Si Líp https://fb.com/sinhvienzonevn om 3s23p63d10 Zo nh Vi en 1s2 2s22p6 ne C + VÝ dô: Si Al: 1s22s22p63s23p1 Cl: 1s22s22p63s23p5 Ar: 1s22s22p63s23p6 SinhVienZone.com https://fb.com/sinhvienzonevn ... hoá, lý nguyên tố mang tính tu n hon Si Nguyên lý Pauli: trạng thái lợng tử gåm sè l−ỵng tư n, l, m, ms chØ cã thĨ cã tèi ®a ®iƯn tư SinhVienZone. com https://fb .com/ sinhvienzonevn 18 N SinhVienZone. com. .. 22P1/2 SinhVienZone. com hν1 = 22S1/2 -32P3/2 hν1 = 22P1/2- 32D3/2 https://fb .com/ sinhvienzonevn nh Vi en Zo ne C om Kh¸i niƯm hệ thống tu n hon Menđêleep Năm 1869 Menđêleep xây dựng hệ thống tu n... -0,001 37 Rb -3,195 -2,711 -1,233 -0,012 3D n=3 3P 3S 2P n=2 2S n=1 1S SinhVienZone. com https://fb .com/ sinhvienzonevn SinhVienZone. com C ne 1s 2s 2p 3s 3p 3d Mức lợng 1S 2S 2P 3S 3P 3D Zo 0 1 nh Vi