2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
3.2.3. Các nguyên lý và quy tắc phân bố e trong nguyên tử
3.2.3.1. Nguyên lý vững bền
Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các e chiếm lần lượt các mức năng lượng từ thấp đến cao.
Quy tắc Klechkowki cho biết sự sắp xếp e theo các mức năng lượng từ thấp đến cao.
3.2.3.1.1. SGK 10
Quy tắc Klechkowki phát biểu dựa trên thực nghiệm và đưa ra theo sơ đồ đã chỉ ra cho học sinh biết các mức năng lượng AO tăng dần theo trình tự sau: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d...
Từ trình tự mức năng lượng AO trên cho thấy khi điện tích Z tăng có sự chèn mức năng lượng, mức 4s thấp hơn 3d, 5s thấp hơn 4d,…
Hình 3.17. a. Qui tắc Klechkowski b. Giản đồ năng lượng
3.2.3.1.2. Cơ học lượng tử
Quy tắc Klechkowki được phát biểu như sau: Sự lấp đầy các lớp và phân lớp được thực hiện theo một thứ tự đơn giản tăng dần tổng (n + l). Tổng (n+l) là như nhau tuân theo thứ tự tăng dần của n.
n+l 1 2 3 3 4 4 5 5 …
n 1 2 2 3 3 4 3 4 …
l 0 0 1 0 1 0 2 1 …
AO 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p …
Dãy thứ tự tăng dần của các AO phù hợp với kết quả kiểm nghiệm quang phổ: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d...
Nhận xét: SGK 10 mới chỉ phát biểu quy tắc Klechkowki cho học sinh dưới dạng nêu để học sinh biết là do có sự chèn mức năng lượng, và vận dụng quy tắc ấy để làm bài tập nguyên tử chứ không giải thích tại sao, vì nguyên nhân nào mà có sự phân bố năng lượng như trên. Còn quan điểm hiện đại đã nêu bật được bản chất vấn đề là dựa vào tổng (n+l). Chính vì học sinh phổ thông chưa được cung cấp kiến thức về các số lượng tử nên việc áp dụng quy tắc này vào phổ thông chỉ mang tính giới thiệu và chấp nhận là hoàn toàn hợp lý.
3.2.3.2. Nguyên lý Pauli 3.2.3.2.1. SGK 10
Trên một AO chỉ có thể có nhiều nhất là 2e và 2e này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi e.
Người ta biểu diễn chiều tự quay khác nhau quanh trục riêng của 2e bằng 2 mũi tên nhỏ: một mũi tên có chiều đi lên và một mũi tên có chiều đi xuống
Trên một AO đã có 2e, thì 2e đó gọi là e ghép đôi. Khi AO chỉ có 1e thì e đó gọi là e độc thân.
3.2.3.2.2. Quan điểm hiện đại
Trong một nguyên tử, không thể có hai (hay nhiều) điện tử mà trạng thái của chúng được đặc trưng bởi cùng một bộ bốn số lượng tử n, l, ml, ms như nhau.
Nhận xét: Để học sinh có thể hiểu và áp dụng nguyên lý Pauli thì SGK
10 đã diễn giải số lượng tử spin S: Trong một AO có 3 số lượng tử n, l, ml giống nhau. Điều đó dẫn đến ms phải khác nhau. Mà ms có 2 giá trị là ± 1/2.
Nếu ms = - 1/2 khi ấy hàm sóng được kí hiệu là α và electron ở mức năng lượng thấp hơn. Khi đó e được kí hiệu bằng mũi tên đi lên ↑ và ngược lại.
Cách phát biểu ấy hoàn toàn phù hợp với học sinh phổ thông.
3.2.3.3. Quy tắc Hund 3.2.3.3.1. SGK 10
Trong cùng một phân lớp, các e sẽ phân bố trên các AO sao cho số e độc thân là tối đa và các e này phải có chiều tự quay giống nhau.
3.2.3.3.2. Quan điểm hiện đại
Trong cùng một phân lớp, ứng với cùng một mức năng lượng xác định, các điện tử sẽ được phân bố thế nào để tổng spin của chúng là cực đại.
Vì khi mỗi đôi điện tử được ghép vào cùng một AO không gian thì spin của chúng phải ngược dấu nhau (ms = 1 / 2 ) và triệt tiêu lẫn nhau nên quy tắc Hund cũng có nghĩa là trong cùng một phân lớp các điện tử sẽ được phân bố thế nào để số điện tử độc thân là tối đa và các điện tử độc thân phải có spin cùng dấu.
Như vây, SGK 10 tuy phát biểu khác nhưng hoàn toàn đúng với nội dung mà quan điểm hiện đại muốn truyền tải.