BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Chương 10: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ Chương 10 VẬT LÝ NGUYÊN TỬ NỘI DUNG 10.1 NGUYÊN TỬ HYDRO 10.2 NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM 10.3 MÔ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔ MEN TỪ CỦA ELECTRON CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂN 10.4 SPIN CỦA ELECTRON 10.5 BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MEDELEEV 10.1 Nguyên tử Hydro Các nghiên cứu nguyên tử trước có học lượng tử:  Sự gián đoạn điện tích  Điện tích nguyên tố  Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford  Tính qui luật phân bố phổ vạch phát xạ: R R  2  n1 n  Mẫu nguyên tử Bohr: Lượng tử hóa (gián đoạn) mức lượng electron nguyên tử Hydro 10.1 Nguyên tử Hydro Các nghiên cứu nguyên tử trước có học lượng tử: R R  2  n1 n 10.1 Nguyên tử Hydro Các nghiên cứu nguyên tử trước có học lượng tử:  Mẫu Bohr mang tính chất bán lượng tử  Mẫu Bohr khơng tính đến xác suất q trình dịch chuyển  Cường độ vạch khác  Mẫu Bohr khơng giải thích lưỡng tính sóng - hạt electron  Mẫu Bohr không đưa chứng minh chặt chẽ chuyển động electron trạng thái dừng 10.1 Nguyên tử Hydro Mẫu học lượng tử nguyên tử Hydro:  Sử dụng phương trình Schrodinger để xét chuyển động electron nguyên tử Hydro:  Điện tử chuyển động trường hạt nhân: e2 U 40 r  Phương trình Schrodinger: 2m  e2     E    40 r   10.1 Nguyên tử Hydro Mẫu học lượng tử nguyên tử Hydro:  Tính chất nguyên tử Hydro phụ thuộc vào số lượng tử (hàm sóng phụ thuộc vào số lượng tử - bậc tự do: Số lượng tử chính: n = 1, 2, 3,… Số lượng tử quĩ đạo: l = 0, 1, 2,… , (n-1) Số lượng tử từ quĩ đạo: ml = -l, …-1, 0, 1,…, l 10.1 Nguyên tử Hydro Một số kết luận nguyên tử Hydro:  Năng lượng Hydro nhận giá trị gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tử chính: En   me4  40  13,6eV  n n2 Ứng với số lượng tử lớp: n = lớp K n = lớp L n = lớp M… 10.1 Nguyên tử Hydro Một số kết luận nguyên tử Hydro: 10.1 Nguyên tử Hydro Một số kết luận nguyên tử Hydro:  Mức lượng suy biến bậc n2: Ứng với giá trị n, số lượng tử l nhận n giá trị khác nhau; Ứng với giá trị l, số lượng tử ml nhận (2l+1) giá trị khác nhau;  Ứng với giá trị số lượng tử n, có tổng cộng n2 trạng thái lượng tử Ký hiệu: l = trạng thái s; l = trạng thái p; l = trạng thái d; l = trạng thái f 10.4 Spin electron Các đặc trưng spin:  Số lượng tử spin: s   Mơ men động lượng spin có giá trị nhất: S  s(s  1)   Hình chiếu mơ men động lượng spin lên phương (phương z): Sz  ms ms   số lượng tử từ spin 10.4 Spin electron Các đặc trưng spin:  Electron có mơ men từ spin s  Hình chiếu mơ men từ spin lên phương phương z: e sz  B  2me  Tỉ số từ - spin: e s   S me 10.4 Spin electron Mơ men tồn phần electron:  Electron có mơ men động lượng tồn phần tổng mô men động lượng orbital mô men động lượng spin: J  LS  Giá trị mơ men tồn phần: J  j( j  1) Với số lượng tử toàn phần: j l 10.4 Spin electron Trạng thái lượng electron nguyên tử:  Trạng thái lượng tử electron nguyên tử xác định số lượng tử: n, l, ml, ms  Tương tác spin – quĩ đạo dẫn đến electron có thêm lượng phụ (phụ thuộc vào định hướng spin)  Năng lượng toàn phần electron nguyên tử phụ thuộc vào ba số lượng tử n, l, j  Có tách mức lượng nhỏ (cấu trúc tinh tế mức lượng) j nhận giá trị khác Ký hiệu mức lượng: n2Xj 10.4 Spin electron Cấu tạo bội vạch quang phổ:  Do cấu trúc tinh tế mức lượng nên dẫn đến cấu tạo bội vạch phổ phát xạ  Qui tắc lựa chọn chuyển mức lượng  Mức lượng cao xuống mức lượng thấp  Số lượng tử quĩ đạo: l  1  Số lượng tử toàn phần: j  0, 1 10.4 Spin electron Cấu tạo bội vạch quang phổ: Ví dụ: Xét vạch vàng đặc trưng Na  Nếu không xét tương tác spin – quĩ đạo có vạch phổ ứng với chuyển mức 3S – 3P  Khi có tương tác spin - quĩ đạo:  Mức 3S (j = 1/2) không tách mức 32S1/2  Mức 3P (j = 1±1/2) tách thành mức 32P1/2 32P3/2  Chuyển mức cho phép: 32S1/2 - 32P1/2 32S1/2 - 32P3/2 10.4 Spin electron Cấu tạo bội vạch quang phổ: 32D5/2 3D 32D3/2 22P3/2 2P 22P1/2 l  1 j  0, 1 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev Khái niệm bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev:  Bảng hệ thống tuần hồn ngun tố hóa học cho phép rút tính chất vật lý hóa học  Cho phép tiên đoán nguyên tố chưa tìm thấy nhờ qui luật tuần hồn  Xuất trước học lượng tử (1869) 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev Nguyên tắc xếp electron nguyên tử:  Nguyên lý cực tiểu lượng: Các electron nguyên tử xếp theo thứ tự tăng dần mức lượng  Nguyên lý loại trừ Pauli: Ở trạng thái lượng tử xác định (được đặc trưng bốn số lượng tử n, l, ml, ms) có khơng q electron 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev Nguyên tắc xếp electron nguyên tử:  Nguyên lý cực tiểu lượng: 1s 2s, 2p 3s, 3p 4s, 3d, 4p 5s, 4d,5p 6s, 4f, 5d, 6p… 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev Nguyên tắc xếp electron nguyên tử:  Nguyên lý loại trừ Pauli: Trạng thái s (l = 0): ml = 0; ms = ±½  Chứa tối đa e Trạng thái p (l = 1): ml = 0, ±1; ms = ±½  Chứa tối đa e Trạng thái d (l = 2): ml = 0, ±1, ±2; ms = ±½  Chứa tối đa 10 e Trạng thái f (l = 3): ml = 0, ±1, ±2, ±3; ms = ±½  Chứa tối đa 14e 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev Nguyên tắc xếp electron nguyên tử:  Nguyên lý loại trừ Pauli: Lớp K (n = 1): 1s  Có tối đa e Lớp L (n = 2): 2s, 2p  Có tối đa e Lớp M (n = 3): 3s, 3p, 3d  Có tối đa 18 e Lớp N (n = 4): 4s, 4p, 4d, 4f  Có tối đa 32 e 10.5 Bảng hệ thống tuần hoàn Medeleev Nguyên tắc xếp electron nguyên tử:  Cấu hình electron: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d,5p, 6s, 4f, 5d, 6p… Một số tập cần làm Chương 6, sách tập VLĐC tập 3: 2, 3, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 19, 20