Chuyển động của electron trong nguyờn tử Obitan nguyờn tử

PHẦN I : MỞ ĐẦU

b. Hỡnh thức đề thi

2.1. Chuyờn đề 1:Cấu tạo nguyờn tử

2.1.6.2. Chuyển động của electron trong nguyờn tử Obitan nguyờn tử

- Chuyển động của electron trong nguyờn tử. Obitan nguyờn tử

Vào những năm đầu của thế kỉ 20, người ta cho rằng cỏc electron chuyển động xung quanh hạt nhõn nguyờn tử theo những quỹ đạo trũn hay bầu dục như quĩ đạo của cỏc hành tinh quay xung quanh Mặt trời. Đú là mẫu nguyờn tử hành tinh do Rơzơfo và Bo đề xướng.

Mẫu Rơzơfo - Bo đó cú ảnh hưởng rất lớn, thỳc đẩy sự phỏt triển lý thuyết nguyờn tử nhưng nú tỏ ra khụng đầy đủ để giải thớch mọi tớnh chất của nguyờn tử.

Ngày nay, người ta biết rằng chuyển động của cỏc hạt rất nhỏ (hạt vi mụ) như electron, nguyờn tử, phõn tử … khụng giống như chuyển động của cỏc vật thể lớn (cỏc vật thể vĩ mụ) ta thường gặp hàng ngày: Cỏc vật thể lớn chuyển động theo cỏc định luật của cơ học cổ điển (theo cỏc định luật Niutơn) cũn cỏc vi hạt khụng tuõn theo cỏc định luật đú.

Nhờ cụng trỡnh nghiờn cứu của cỏc nhà bỏc học, chủ yếu là Đơ Brơi (De Broglie), Srụđingơ (Schrodinger), Hõyxenbec (Heisenberg) …một mụn cơ học mới được thành lập để nghiờn cứu chuyển động của cỏc vi hạt. Đú là cơ học lượng tử (hay cơ học súng).

Theo cơ học lượng tử thỡ trong nguyờn tử, electron chuyển động rất nhanh (hàng ngàn km trong một giõy) khụng theo một quĩ đạo xỏc định nào. Người ta chỉ xỏc định được xỏc suất tỡm thấy electron trong một khu vực khụng gian quanh hạt nhõn.

Khu vực khụng gian quanh hạt nhõn ở đú xỏc suất tỡm thấy electron lớn nhất (khoảng 90%) gọi là obitan.

Vớ dụ: Đối với nguyờn tử H obitan là vựng khụng gian cú dạng hỡnh cấu, cú đường kớnh là 1 0

A.

- Cỏc số lượng tử

Trạng thỏi của electron trong nguyờn tử được xỏc định bằng một tổ hợp 4 số lượng tử. Cỏc số lượng tử đú phự hợp với những kết luận rỳt ra từ thực nghiệm mà ta đú xột ở phần trờn.

a. Số lượng tử chớnh n. n cú giỏ trị nguyờn = 1, 2, 3, … tương ứng với số thứ tự của lớp electron.

Giỏ trị của n 1 2 3 4 5 6 7 …

Tờn lớp electron K L M N O P Q …

Khi n =1, electron cú mức năng lượng thấp nhất, electron liờn kết với hạt nhõn chặt chẽ nhất; n cú giỏ trị càng lớn, electron cú mức năng lượng càng cao và liờn kết với hạt nhõn càng kộm chặt chẽ.

Giỏ trị của n cũng qui định kớch thước obitan: n cú giỏ trị càng lớn thỡ kớch thước obitan càng lớn, electron càng cú nhiều khả năng ở xa hạt nhõn.

b. Số lượng tử phụ hay số lượng tử obitan, l

 Số lượng tử obitan l qui định hỡnh dạng obitan hay kiểu obitan.

 Ứng với một giỏ trị của n thỡ l nhận cỏc giỏ trị từ 0 đến (n-1).

 Một giỏ trị của l ứng với một kiểu obitan

l = 0 được gọi là phõn mức s và obitan trong phõn mức s gọi là obitan s l = 1 được gọi là phõn mức p và obitan trong phõn mức p gọi là obitan p l =2 được gọi là phõn mức d và obitan trong phõn mức d gọi là obitan d l = 3 được gọi là phõn mức f và obitan trong phõn mức f gọi là obitan f v.v… - Ở lớp thứ nhất (n = 1)l cú 1 giỏ trị ( l= 0)1 kiểu AO: AOs

- Ở lớp thứ hai (n = 2) l cú 2 giỏ trị (0, 1)2 kiểu AO: AOsvà AOp - Ở lớp thứ ba (n = 3)l cú 3 giỏ trị (0, 1, 2)3 kiểu AO: AOs, AOpvà AOd - Ở lớp thứ tư (n=4)l cú 4 giỏ trị(0, 1, 2, 3)4kiểu AO:AOs,AOp,AOd, AOf

 Obitan s cú dạng hỡnh cầu, obitan p cú dạng số 8 nổi, obitan d và f cú dạng phức tạp hơn.

 Trong 1 lớp, năng lượng của cỏc electron tăng dần theo thứ tự ns-np-nd-nf. c. Số lượng tử từ ml

 Số lượng tử từ m xỏc định sự định hướng của cỏc obitan trong khụng gian. Nú qui định số obitan trong cựng một phõn mức năng lượng.

 mlnhận cỏc giỏ trị từ -l …, 0, … +l : tổng cộng cú (2l + 1) giỏ trị, mỗi giỏ trị của m ứng với một obitan.

Vớ dụ: l= 0mlchỉ cú 1 giỏ trị (ml=0)cú 1 AOs l = 1mlcú 3 giỏ trị (-1, 0, +1)cú 3 AOp

l = 2mlcú 5 giỏ trị (-2, -1, 0, +1, +2)cú 5 AOd l =3mlcú 7 giỏ trị (-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)cú 7 AOf

 Mỗi một obitan được đặc trưng bằng một tổ hợp ba số lượng tử n , l, m Vớ dụ: Obitan s của nguyờn tử hiđro đặc trưng bằng cỏc giỏ trị n=1, l=0, m= 0.

d. Số lượng tử từ spin ms

 Để cú thể mụ tả đầy đủ trạng thỏi electron trong nguyờn tử, người ta xột thờm số lượng từ spin ms, đặc trưng cho chuyển động riờng của electron.

 Số lượng tử spin mscú 2 giỏ trị +1

2, -1

2 được kớ hiệu tương ứng bằng mũi tờn lờn () và mũi tờn xuống () trong 1 obitan.

- Cỏch biểu diễn obitan nguyờn tử a. Obitan s.

Khi electron ở phõn mức l = 0, ta núi rằng electron chiếm obitan s.

Tất cả cỏc obitan s đều cú dạng hỡnh cầu. Điều khỏc nhau là ở chỗ khi giỏ trị n tăng lờn thỡ kớch thước của cỏc obitan cũng tăng như vậy obitan 1s dày đặc hơn obitan 2s và obitan 2s dày đặc hơn obitan 3s v.v…

1s 2s 3s

b. Obitan p. Cỏc obitan nguyờn tử ứng với l =1 gọi là obitan p.

 Obitan p cú dạng hỡnh số 8 nổi. Với l = 1, ml cú ba giỏ trị ứng với 3 obitan p. Ba obitan cú hỡnh dạng giống nhau, cú năng lượng bằng nhau nhưng cú hướng khụng gian khỏc nhan: Chỳng vuụng gúc với nhau từng đụi một ứng với ba trục tọa độ x, y, z trong hệ tọa độ vuụng gúc. Vỡ vậy chỳng được kớ hiệu là px, py, pz.

Hỡnh 1 – Obitan s, px, py, pz c. Obitan d và obitan f cú hỡnh dạng phức tạp hơn.

 Số lượng tử spin mscú 2 giỏ trị +1

2, -1

2 được kớ hiệu tương ứng bằng mũi tờn lờn () và mũi tờn xuống () trong 1 obitan.

- Cỏch biểu diễn obitan nguyờn tử a. Obitan s.

Khi electron ở phõn mức l = 0, ta núi rằng electron chiếm obitan s.

Tất cả cỏc obitan s đều cú dạng hỡnh cầu. Điều khỏc nhau là ở chỗ khi giỏ trị n tăng lờn thỡ kớch thước của cỏc obitan cũng tăng như vậy obitan 1s dày đặc hơn obitan 2s và obitan 2s dày đặc hơn obitan 3s v.v…

1s 2s 3s

b. Obitan p. Cỏc obitan nguyờn tử ứng với l =1 gọi là obitan p.

 Obitan p cú dạng hỡnh số 8 nổi. Với l = 1, ml cú ba giỏ trị ứng với 3 obitan p. Ba obitan cú hỡnh dạng giống nhau, cú năng lượng bằng nhau nhưng cú hướng khụng gian khỏc nhan: Chỳng vuụng gúc với nhau từng đụi một ứng với ba trục tọa độ x, y, z trong hệ tọa độ vuụng gúc. Vỡ vậy chỳng được kớ hiệu là px, py, pz.

Hỡnh 1 – Obitan s, px, py, pz c. Obitan d và obitan f cú hỡnh dạng phức tạp hơn.

 Số lượng tử spin mscú 2 giỏ trị +1

2, -1

2 được kớ hiệu tương ứng bằng mũi tờn lờn () và mũi tờn xuống () trong 1 obitan.

- Cỏch biểu diễn obitan nguyờn tử a. Obitan s.

Khi electron ở phõn mức l = 0, ta núi rằng electron chiếm obitan s.

Tất cả cỏc obitan s đều cú dạng hỡnh cầu. Điều khỏc nhau là ở chỗ khi giỏ trị n tăng lờn thỡ kớch thước của cỏc obitan cũng tăng như vậy obitan 1s dày đặc hơn obitan 2s và obitan 2s dày đặc hơn obitan 3s v.v…

1s 2s 3s

b. Obitan p. Cỏc obitan nguyờn tử ứng với l =1 gọi là obitan p.

 Obitan p cú dạng hỡnh số 8 nổi. Với l = 1, ml cú ba giỏ trị ứng với 3 obitan p. Ba obitan cú hỡnh dạng giống nhau, cú năng lượng bằng nhau nhưng cú hướng khụng gian khỏc nhan: Chỳng vuụng gúc với nhau từng đụi một ứng với ba trục tọa độ x, y, z trong hệ tọa độ vuụng gúc. Vỡ vậy chỳng được kớ hiệu là px, py, pz.

Hỡnh 1 – Obitan s, px, py, pz c. Obitan d và obitan f cú hỡnh dạng phức tạp hơn.