Cấu tạo nguyên tử 3

Cấu tạo nguye Nguyên tử quang phổ ân tử nguyên tử (1) Nguyên tử đơn vị cấu trúc nhỏ vật chấttạo nguyên tử : (2) Cấu Hạt nhân nguyên tử: tích điện dương (+) Lớp vỏ điện tử: tích điện âm (–) Điện tích dương nhân số điện tích âm chuyển động quanh nhân → nguyên tử trung hòa điện (3) Các hạt nguyên tử: Ký hiệu Tên Khối lượng Điện tích (kg) Điện tử Proton Neutron e p n 9,1095.10-31 1,6726.10-27 1,6745.10-27 ñvklnt (C) 5,4858.10-4 –1,60219.1019 1,007276 1,008665 +1,60219.10- Tương đối đ/v e –1 +1 19 Đvklnt: Đơn vị khối lượng nguyên tử (4) Quang phổ nguyên tử tự trạng thái khí hay không liên tục mà gồm số vạch xác định Mỗi vạch ứng với bước sóng xác định ↔chức độ dài sóng xác định (5) Số vạch cách xếp vạch phụ thuộc vào chất khí hay nguyên tử Thí dụ: phổ khí hydro vùng thấy gồm vạch Phổ kim loại Kali gồm vạch đỏ, vạch tím Phổ kim loại canxi gồm 1vạch đỏ, vạch vàng, vạch lục Quang phổ nguyên tử Hydro Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN Bản chất sóng hạt – Giả thuyết De Broglie (1924)  Phát biểu: Electron hạt vi mô khác có chất sóng h hạt  Biểu thức: λ = Với l: Bước sóng mv (mm,nm, A0) h: Hằng số Planck (6,626.1034J.s) m: Khối lượng hạt (kg) v: Vận tốc hạt (m/s) Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN Nguyên lý bất định Heisenberg (1927)  Phát biểu: Không thể đồng thời xác định xác vị trí lẫn tốc độ hạt vi h mô Với  Biểu thức: h: Hằng số Planck ∆x∆v ≥ (6,626.10-34J.s) 2πm m: Khối lượng hạt (kg) ∆v: Độ bất định vận tốc hạt (m/s) ∆x: Độ bất định vị trí hạt (m) Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN Phương trình sóng Schrodinger δ Ψ δ Ψ δ Ψ 8π m ( E − U )Ψ = + + + 2 δx δy δz h Ψ: Hàm sóng – Biên độ sóng ba chiều E: Năng lượng toàn phần electron nguyên tử (eV) U: Thế electron so với hạt nhân (eV) x,y,z: Tọa độ electron so với nhân Ψ2 : Xác suất tìm thấy hạt/ Mật độ electron vị trí x,y,z không gian Yêu cầu hàm sóng: Hàm sóng Y (x,y,z) phải Chuẩn hoá ∫ ∫Ψ∫( x, y, z ) dx.dy.dz = Liên tục Đơn trị Hữu hạn Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN Phương trình sóng Schrodinger Kết luận chung: Hàm số sóng Y electron chứa số không thứ nguyên gọi số lượng tử Số số lượng tử = số bậc tự electron = Bao gồm số lượng tử n, l, ml, theo chiều không gian số lượng tử ms biểu thị cho tự quay quanh trục Electron có mức lượng gián đoạn, giá trị mức lượng electron đặc trưng số lương tử Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được bằngtử sốchính lượng tử 1.đặc Sốtrưng lượng n n.l, ml, ms a) Giá trị: n = 1, 2, 3, 4… b)Xác định:   2πme Z Z2 hc ( eV ) E = − = − 13 , = h ν = Trạng thái lượng 2 λ h n n Kích thước trung bình đám mây electron c) Khi n tăng E r tăng → Phải tốn lượng để tăng kích thước đám mây electron d) Các mức lượng tương ứng n E E1 < E2 < E3 < E4 < E5 Caáu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được bằngtử sốchính lượng tử 1.đặc Sốtrưng lượng n n.l, ml, ms   Bình thường electron trạng thái bền, ứng với mức lượng thấp : Mức Khi hấp thu lượng electron chuyển sang mức lượng cao hơn: Mức lượng kích thích bền → electron nhanh chóng trở lại mức lượng bền → phát lượng dạng sóng ánh saùng:  1  − 13,6Z  −   n d nc  ∆ E = – Ec = hν = e) Các electron có số lượng tử n giống tạo thành lớp lượng tử hay lớp electron n Kí hiệu lớp lương tử K L M N O P Q Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được bằngtử sốphụ lượng ltử n.l, lượng ml, ms tử 2.đặc Sốtrưng lượng (Số phương vị, orbital) a) Giá trị: phụ thuộc n: l = 0, 1, 2, …, (n – 1) b) Xaùc định moment động lượng electron nguyên tử M = rmv M = c) h 2π l ( l = 1) nh hưởng đến lượng hình dạng mây electron nguyên tử nhiều electron d) Các điện tử n l hợp thành phân lớp lượng tử, phân lớp electron l Kí hiệu phân lớp s p d f g h Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được bằngtử sốtừ lượng n l, ml, ms 3.đặc Sốtrưng lượng mtử l a) Giá trị: phụ thuoäc l: : ml = 0, ±1, ± 2, …±l b) Xác định  Hình chiếu moment động lượng lên trục z h Mz = m 2π  Hướng đám mây electron không gian c) Khi biết n, l, ml: biết toạ độ electron không gian so với nhân → Xác định orbital nguyên tử (ON – OA) Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được đặc trưng số lượng tử n l, ml, ms Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được bằngtử sốspin lượng m tử n l, ml, ms 4.đặc Sốtrưng lượng s a) Giá trị: s = +1/2 : electron quay thuận chiều kim đồng hồ s = –1/2 : electron quay ngược chiều kim đồng hồ b) Xác định: Moment động lượng sinh khả tự quay electron quanh truïc h Ms = 2π s ( s + 1) Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Hàm sóng mô tả orbital nguyên tử – Mây electron Hàm sóng mô tả hệ toạ độ cầu Ψ = ( r, φ ,ϕ) = R(r).Θ( φ ) Φ( ϕ)   Mây electron : Vùng không gian bao quanh hạt nhân mà electron có mặt thời điểm với xác suất có mặt khác Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Trạng thái electron nguyên tử nhiều electron a) Nguyên tắc: Giải phương trình sóng Schrodinger phương pháp gần electron : Giả thiết hàm sóng hệ nhiều electron tổng hàm sóng electron riêng biệt Khi phương trình sóng Schrodinger giải riêng cho electron nguyên tử Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Trạng thái electron nguyên tử nhiều electron b) Được đặc trưng giá trị đại lượng vật lý: 2πmecủa Z ' electron Z ' phụ thuộc hc NăngElượng vào số lượng tử n ( ) =− = − 13 , = h ν = eV 2 vaø l h n n* λ n* Trong Z’ thêm phần n* = Z – ∑δij (xem 3,7 4,0 4,4 sau) M = rmv Độ lớn moment động lượng: phụ thuộc vào số lượng tử h l M = l ( l = 1) 2π Mz = m h 2π Hình chiếu moment động lượng lên phương z: phụ thuộc vào số lượng tử ml h Ms = s ( s + 1) 2π Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Trạng thái electron nguyên tử nhiều electron  Xác định đủ số lượng tử n, l, ml, ms xác định hoàn toàn trạng thái electron nguyên tử nhiều electron  Hình dáng OA đám mây electrongiống nguyên tử electron c) Các lực tác dụng lên electron nguyên tử nhiều electron → * Lực hút nhân – electron * Lực đẩy: electron – electron lớp * Lực đẩy: electron lớp với electron lớp Lực hút thực tế nhân electron nhỏ lực hút lý thuyết → Hiệu ứng chắn: lực đẩy, electron bên chắn làm yếu lực hút hạt nhân với electron bên → Hiệu ứng xâm nhập: electron lớp bên xuyên qua lớp electron bên xâm nhập vào gần hạt nhân Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Trạng thái electron nguyên tử nhiều electron d) Quy tắc Slayter  Điện tích hạt nhân hiệu dụng: Z’ = Z – ∑δ ij Trong δij hiệu ứng chắn điện tử i điện tử j  Cách tính δij  Trình bày lại công thức dạng (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d 4f) (5s 5p) (5d 5f) … trí electron  Tính Vị δij theo bảng chắn ei Lớp (n+1) Giá trị δij Electron bị chắn ej nằm ns hay np Electron bị chắn ej nằm nd hay nf 0 0,35 Nếu 1s δij = 0,30 0,35 (n-1)s, (n-1)p 0,85 1,00 (n-1)d, (n-1)f 1,00 1,00 (n-2) trở vào 1,00 1,00 ns, np Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Sự phân bố electron nguyên tử nhiều electron a) Cách biểu diễn cấu tạo vỏ electron nguyên tư Bằng công thức electron Lớp kí hiệu số: 1, 2, 3, 4, 5, 6, Phân lớp kí hiệu chữ: s, p, d, f Obital nguyên tử : không biểu diễn Số electron phân lớp: ghi dạng số mũ  Trật tự phân lớp từ trái qua phải biểu diễn tăng dần lượng phân lớp Bằng kí hiệu ô lượng tử Electron kí hiệu mũi tên (↑) ms = +1/2 vaø (↓) ms = –1/2 Orbital nguyên tử kí hiệu hình vuông ( ), tròn (Ο) hay dấu (−) Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Sự phân bố electron nguyên b) Các quy luật phân bố electron nguyên tử tử nhiều electron Nguyên lý loại trừ – Nguyên lý Pauli (1925)  Phát biểu: Trong nguyên tử có electron có số lượng tử  Ứng dụng: Tính số electron tối đa OA, phân lớp electron , lớp electron  Một OA chứa tối đa electron ứng với (↑) ms = +1/2 (↓) ms = –1/2 Phân lớp s p d f Số OA phân lớp Số electron tối đa 10 14 phân lớp Lớp (n) Số phân lớp lớp n ( = n) Số OA lớp n (=n2) Số electron tối đa lớp n (=2n2) 1 2 3 4 5 6 7 18 16 32 25 50 36 72 49 98 Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Sự phân bố electron nguyên tử nhiều electron b) Các quy luật phân bố electron nguyên tử Nguyên lý vững bền  Phát biểu: Trạng thái bền vững electron nguyên tử trạng thái tương ứng với giá trị lượng nhỏ lên cao dần  Quy tắc Klechkovsky: Xác định dãy thứ tự tăng dần phân lớp  Electron xếp vào OA có giá trị (n +l) từ thấp đến cao  Nếu OA có giá trị (n + l) electron ưu tiên xếp vào OA có giá trị n nhỏ trước Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Sự phân bố electron nguyên tử nhiều electron b) Các quy luật phân bố electron nguyên tử Nguyên lý vững bền  Dãy thứ tự lượng tăng dần 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f ≅ 5d < 6p < 7s  p dụng nguyên lý vững bền nguyên lý Pauli ta viết công thức electron cho nguyên tử nhiều electron Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Sự phân bố electron nguyên tử nhiều electron b) Các quy luật phân bố electron nguyên tử Quy tắc Hund  Trạng thái bền nguyên tử tương ứng với xếp electron cho phân lớp giá trị tuyệt đối tổng spin electron phải cực đại → tức số electron độc thân lớn ... orbital nguyên tử (ON – OA) Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được đặc trưng số lượng tử n l, ml, ms Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo... (=2n2) 1 2 3 4 5 6 7 18 16 32 25 50 36 72 49 98 Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử Sự phân bố electron nguyên tử nhiều electron b) Các quy luật phân bố electron nguyên tử Nguyên. .. lương tử Cấu tạo nguyên tử Cấu tạo nguyên tử theo học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ Được bằngtử sốchính lượng tử 1.đặc Sốtrưng lượng n n.l, ml, ms a) Giá trị: n = 1, 2, 3, 4… b)Xác