Năng lượng electron hóa trị trong nguyên tử kim lọai kiềm. 5.2.1. Nguyên tử kim lọai kiềm.
Năng lượng electron hóa trị trong nguyên tử kim loại kiềm.
Trong các nguyên tử kim loại kiềm (Li, Na, K…) đều có chung một tính chất là có một electron hóa trị ở ngoài cùng liên kết yếu với lõi nguyên tử gồm hạt nhân và các electron còn lại. Do đó ta có xem electron hóa trị chuyển động trong trường Coulomb của lõi nguyên tử, giống như chuyển động của electron trong nguyên tử hydro. Bởi lẽ đó hàm sóng xác định trạng thái của electron hóa trị trong các nguyên tử kim loại kiềm giống như hàm sóng xác định trạng thái của electron trong nguyên tử hydro. Cho nên tính chất hóa học và quang học của các nguyên tử kim loại kiềm về căn bản giống tính chất của nguyên tử hydro .
Ta xét trường hợp tổng quát hơn, nguyên tử có nhiều electron. Trong nguyên tử có nhiều electron, sự chuyển động của một electron thứ i nào đó là chuyển động trong điện trường của hạt nhân giống như nguyên tử hydro và điện trường của các electron còn lại. Rõ ràng điện trường của các electron còn lại là rất phức tạp. Cho nên đối với nguyên tử nhiều electron phải theo phương pháp gần đúng. Khi đó ta xem electron thứ i được chuyển động trong điện trường hiệu dụng xuyên tâm được tạo bởi hạt nhân và các electron còn lại, tương tự như điện trường xuyên tâm của hạt nhân nguyên tử hydro. Do điện trường của các electron còn lại phụ thuộc vào sự phân bố của electron xung quanh hạt nhân tức hình dạng của các đám mây điện tử. Cho nên trong nguyên tử
n = 000 ∞ Dãy Pfund Dãy Brackett Dãy Paschen Dãy Balmer Dãy Lyman Hình 5.6. Dãy quang phổ
nhiều electron, năng lượng của electron không những phụ thuộc vào số lượng tử chính n như trong nguyên tử hydro mà còn phụ thuộc vào số lượng tử quỹ đạo l: Enl .
– Khi n = 1 thì l = 0 ta có: E10 Ký hiệu 1S – Khi n = 2 thì l = 0, 1 , ta có : E20 Ký hiệu 2S E21 2P – Khi n = 3 thì l = 0, 1, 2, ta có : E30 Ký hiệu 3S E31 3P E32 3D
Như vậy trong nguyên tử kim loại kiềm hay trong nguyên tử có nhiều electron, do có sự tương tác giữa các electron với nhau mà ứng với một mức năng lượng n được tách ra nhiều mức.
5.2.2. Quang phổ nguyên tử kim loại kiềm.
Quang phổ của các nguyên tử kim loại kiềm được tạo ra do electron hóa trị ở mức năng lượng kích thích nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra một photon h . Tuy nhiên sự chuyển mức của hóa trị phải tuân theo quy tắc lựa chọn :
1
l (5.58)
Cần chú ý mức năng lượng thấp nhất của e- hóa trị không phải là mức E10 tức 1S Vì các electron trong lõi nguyên tử có liên kết mạnh với hạt nhân sẽ phân bố từ mức 1S trở lên. Ví dụ mức năng lượng thấp nhất của electron hóa trị của nguyên tử Li là mức 2S, còn nguyên tử Na là mức 3S…
Trong quang phổ của kim loại kiềm có các dãy sau đây. Để đơn giản được viết cho hai kim loại kiềm Li và Na .
a. Dãy chính: gồm các vạch tuân theo công thức :
h = 2S – nP Đối với Li . n = 2,3,4…
Với l 1.
b. Dãy phụ I: gồm các vạch tuân theo công thức :
h = 3P – nD Đối với Na . n = 3,4,5…
Với l 1 .
c. Dãy phụ II: gồm các vạch tuân theo công thức :
Với l = -1
d. Dãy cơ bản: gồm các vạch tuân theo công thức sau : (cã Li và Na)
– Khi n = 4 thì l = 0, 1, 2, 3, ta có: E40 Ký hiệu 4S E41 4P E42 4D E43 4F h = 3P – nS Đối với Na n = 4,5,6… h = 2P – nS Đối với Li . n = 3,4,5… h = 3S – nP Đối với Na . n = 3,4,5… h = 2P – nD Đối với Li . n = 3,4,5…
h = 3D – nF n = 4,5,6 … Với l = +1.
Sự hình thành quang phổ Li được diễn tả bằng hình vẽ sau: Hình 5.7.