Electron trong nguyên tử đang ở trạng thái d thì momen động có giá trị nào sau đây và có mấy khả năng định hướng trong không gian:.. (a) L = 0, 1 khả năng định hướng.[r]
(1)Nguyên tử nhiều electron,
Từ tính nguyên tử
Lê Quang Nguyên
www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen nguyenquangle59@yahoo.com
I Nguyên tử nhiều electron
1 Trạng thái electron Năng lượng electron Các đại lượng vật lý Cấu hình electron
5 Nguyên tử kim loại kiềm Câu hỏi
1 Trạng thái (hàm sóng) electron
• Trạng thái electron xác định bốnsố lượng tử n, l, m, ms
Số lượng tử n
2 ±½
Số lượng tử spin ms
2l + 0, ±1, … ±l
Số lượng tử từ m
n 0, 1, … (n – 1) Số lượng tử quỹ đạo l
∞ 1, 2, … ∞
Số giá trị Giá trị
Tên gọi
l = l = l = l = l =
n = 1s
n = 2s 2p
n = 3s 3p 3d
n = 4s 4p 4d 4f
n = 5s 5p 5d 5f 5g
2 Mức lượng
• Năng lượng tăng theo tổng (n + l) • Nếu có tổng (n + l) mức cón nhỏ mức thấp
(2)3 Các đại lượng vật lý
• Ở trạng thái xác định bốn số lượng tử n, l, m, ms electron có:
Năng lượng Enl
Momen động
Momen động trục z
Momen spin trục z
( )
1L=ℏ l l+
z
L =ℏm
z S
S =ℏm
4a Lớp phân lớp –
• Ngun lý Pauli: có tối đa electron
mỗi trạng thái
• Lớp tập hợp electron có số lượng tử n.
• Phân lớp tập hợp electron có (n, l),
tức có mức lượng Enl
4a Lớp phân lớp –
• Số e− tối đa phân lớp = số trạng thái
có (n, l)
• Với (n, l) xác định có (2l + 1) giá trị khác m giá trị khác ms
• Số e− tối đa phõn lp = (2l + 1) ì ã Số e− tối đa lớp n = tổng số e− tối đa
trong phân lớp có n:
(
)
1
2
2 2
1
2
n
l
l
n
− =
+ =
∑
4a Lớp phân lớp –
10
6
3d
l = 3p
l = 2p
l =
18
2
2n2
2
2
2 ×
(2l + 1)
3s
l = 2s
l = 1s
l =
Phân lớp
M
n = L
n = K
n =
(3)4b Ví dụ 1
• Mức 2s (n = 2, l = 0) có tối đabao nhiêu electron?
ã (2l + 1) ì = electron
một orbital
• (2, 0, 0, ½) (2, 0, 0, − ½)
n = 2, l = 0, m =0
Orbital nhóm hai trạng thái có ba số lượng tử n, l
m
Hai e−
orbital có spin ngược chiều gọi hai e− “kết
cặp”
4b Ví dụ 2
• Mức 3p (n = 3, l = 1) có tối đa electron?
• (2l + 1) × = electron ba orbital • (3, 1, 0, ẵ), (3, 1, 0, ẵ)
ã (3, 1, 1, ẵ), (3, 1, 1, ẵ) ã (3, 1, − 1, ½), (3, 1, − 1, − ½)
m = 0 m = 1 m = −1
4c Cấu hình electron –
• Cấu hình electron: cách xếp electron vào mức lượng từ thấp đến cao nguyên tử trạng thái khơng kích thích
4c Cấu hình electron –
• Quy tắc Hund: có nhiều orbital có
năng lượng, chúng lấp đầy cho số electron không kết cặp tối đa
Electron kết cặp
(4)4d Cấu hình electron kim loại kiềm
• Cấu hình electron Na (có 11 e−)? • 1s2 2s2 2p6 3s1• Cấu hình electron K (có 19 e−)? • 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
• Nguyên tử kim loại kiềm có electron hóa trị nguyên tử hydrơ
• Minh họa
5a Kim loại kiềm: Electron hóa trị
• Electron hóa trị nguyên tử kim loại kiềm có mức lượng xác định bởi:
• xl phụ thuộc vào số lượng tử quỹ đạo l kim loại kiềm xét
(
)
2nl
l
Rhc
E
n x
= −
+
(
)
2( )
13,6
nl
l
E
eV
n x
= −
+
5b
Phổ kim loại kiềm
Dãy chính
Dãy phụ II
Dãy phụ I
Dãy cơ Li 2s – np 2p – ns
2p – nd 3d – nf
Na 3s – np 3p – ns
Δl = −1 Δl = Δl = −1 Δl = −1
6 Câu hỏi
Ứng với số lượng tử n xác định, có trạng thái xác định ba số lượng tử (n, l, m):
(a) 2n + (b) 2n2
(c) n2
(d) 2n
• Số trạng thái cần tìm =
(
)
1
2
0
2
n
l
l n
− =
+ =
(5)6 Câu hỏi
Lớp M có lớp con, lớp chứa nhiều e− nhất, lớp chứa tối đa bao
nhiêu e−?
(a) lớp con, lớp p, tối đa e−
(b) lớp con, lớp d, tối đa 10 e−
(c) lớp con, lớp f, tối đa 14 e−
(d) Chưa thể trả lời chưa biết có để ý đến spin hay không
6 Câu hỏi
Electron nguyên tử trạng thái d momen động có giá trị sau có khả định hướng không gian:
(a) L = 0, khả định hướng (b) L = 21/2ħ, khả định hướng
(c) L = 61/2ħ, khả định hướng
(d) L = 2(3)1/2ħ, khả định hướng
6 Trả lời câu hỏi
• l = →• m có (2l + 1) = giá trị → Lz = ħm có giá trị
( )
1L=ℏ l l+ =ℏ
z
m =
m =
m =
m = –1
m = –2
ħ
2ħ
–ħ
–2ħ
6 Câu hỏi
Electron hóa trị nguyên tử Li, chuyển từ mức nD xuống mức thấp hơn, phát vạch quang phổ có tần số thỏa cơng thức:
(a) hν = 2S − nD (b) hν = 2P − nD (c) hν = 3F − nD (d) hν = 2F − nD
(6)II Từ tính nguyên tử
1 Từ tính electron Hiệu ứng Zeeman
3 Tương tác spin-quỹ đạo Câu hỏi
1a Momen từ quỹ đạo
• Electron quay quanh nhân tạo nên dòng điện, momen từ dòng điện gọi
momen từ quỹ đạo
• Giữa momen từ quỹ đạo momen động quỹ đạo có mối liên hệ sau:
• Dấu trừ cho thấy momen từ ngược chiều momen động
2 e
e L m
µ
= −1a Momen từ quỹ đạo – Minh họa
L
μ
1a Hình chiếu momen từ quỹ đạo
• Hình chiếu momen từ quỹ đạo trục bị lượng tử hóa:
• hay:
• với μB magneton Bohr:
2
z z
e e
e e
L m
m m
µ
= − = − ℏ0, 1, 2, ,
z
m
Bm
l
µ
= −
µ
= ± ±
±
2
B
e
e m
(7)1b Momen từ spin
• Electron tự quay tạo nên dịng điện, momen từ dòng điện gọi
momen từ spin
• Giữa momen từ spin momen động spin có mối liên hệ sau:
• Minh họa
s
e
e S m
µ
= −1b Hình chiếu momen từ spin
• Hình chiếu momen từ spin trục bị lượng tử hóa:
• hay:
2
sz z s
e e
e e
S m
m m
µ
= − = − ℏ1 2
sz ms B ms
µ
= −µ
= ±1c Năng lượng từ
• Momen từ μ đặt từ trường B hướng theo trục z có thêm năng lượng từU:
z
U
B
U
B
µ
µ
= − ⋅
= −
2 Hiệu ứng Zeeman –
• Trong từ trường ngồi, lượng electron trở thành:
• với Enl lượng B =
• Khi B ≠ lượng electron phụ thuộc vào ba số lượng tử n, l m.
• Trong từ trường mức lượng Enl tách thành (2l + 1) mức
nl z nl B