Tài liệu: Chương 2. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN

Chia sẻ: giangduongykhoa

Vì nguyên tử trung hòa về điện nên điện tích dương hạt nhân nguyên tử...

Bạn đang xem 7 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Tài liệu: Chương 2. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN

Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương

Chương 2: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - ĐỊNH LUẬT TUẦN
HOÀN
2.1. Mở đầu cấu tạo nguyên tử
- Nguyên tử là một hệ trung hòa gồm: +
+

ELECTRON
- Khối lượng nguyên tử tập trung ở nhân.

- Vì nguyên tử trung hòa về điện nên điện tích
dương hạt nhân nguyên tử
1 0 -8 c m = 1 A 0




NHAÂ
N
VD: STT của Clo= 17
     ⇒
VOÛ

• Khối lượng electron = 9,109.10-28gam
• Điện tích electron =1,6.10-19coulumb (Điện
tích nhỏ nhất, được chọn làm đơn vị điện
tích = 1-)

2.2. Hạt nhân nguyên tử

- Hạt nhân gồm:


⇒ Điện tích dương của hạt nhân (Z) =


- Số khối A = Z + N
Z : Số proton ; N : Số nơtron
(Tổng khối lượng proton và nơtron có giá trị gần bằng khối lượng nguyên tử)
Ký hiệu nguyên tử : ZA X
35
VD : Clo ( 17 Cl )

* Đồng vị :
Là những nguyên tử của cùng một nguyên tố có :
35
VD: Nguyên tố Clo trong thiên nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị Cl (75,53%) và
17
37
17 Cl (24,47%)

     ⇒ Khối lượng nguyên tử trung bình của nguyên tố Clo là :


Vậy có thể định nghĩa : « Nguyên tố là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân »

Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 1
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương


2.3. Lớp vỏ electron
Năm 1913, nhà vật lý Đan Mạch là Niels Bohr đã giải thích được mô hình cấu tạo của các
nguyên tử có lớp vỏ electron tương tự Hyđro (tức là có 1 electron ở lớp vỏ như H, He+, Li2+…)
. Còn các nguyên tử khác thì thuyết Bohr tỏ ra chưa đúng đắn, và cuối cùng mô hình nguyên tử
( đặc biệt là lớp vỏ electron) đã được giải thích khá đầy đủ dựa trên quan điểm thuyết cơ học
lượng tử.

2.3.1. Tính chất sóng của hạt vi mô
Năm 1924, Nhà vật lý Pháp Louis De Broglie (Đơ Brơi) đưa ra giả thuyết là:


Chuyển động của các hạt vi mô có thể xem là chuyển động sóng, bước sóng c ủa hệ th ức đó
tuân theo hệ thức Đơbrơi:

v: tốc độ chuyển động của hạt
h: Hằng số Plank ( h = 6,626.10-27erg.s
= 6,626.10-34J.s)
2.3.2. Hệ thức bất định Heisenberg
- Năm 1927, nhà vật lý người Đức Werner Heisenberg rút ra nguyên lý:


Hệ thức: Một hạt vi mô khối lượng m, tốc độ v đang ở tọa độ x, trên trục Ox
Gọi ∆ x: Sai số về vị trí ( theo hướng x)
∆ vx: Sai số vận tốc theo trục x
h
Ta có: ∆ x ⋅ ∆p x ≥

h
Hay ∆ x ⋅ ∆v x ≥
2πm
+ ∆ x = 0 ⇒ ∆ vx → ∞ :

+ ∆ vx = 0 ⇒ ∆ x→ ∞ :

- Áp dụng nguyên lý bất định vào trường hợp hạt là nguyên tử, Heisenberg cho rằng : ta
không thể nói một cách toán học rằng electron chuyển động trên một quỹ đạo nào đó mà
ta hoàn toàn xác định được vị trí và vận tốc của nó mà chỉ có thể nói đến xác xuất tìm
thấy electron tại một vị trí nào đó vào một thời điểm nào đó . Cho nên theo nguyên lý bất
định của Heisenberg thì khái niệm về quỹ đạo của electron trong nguyên tử của Borh tr ở
thành vô nghĩa.

2.3.3. Phương trình Schrodinger
- Với mỗi hạt electron có khối lượng me có một hàm sóng Ψ ( x, y, z )
+ Trong đó ψ 2 có một ý nghĩa quan trọng, đó là:

    ⇒ ψ ( x, y, z ) dxdydz : cho biết
2




Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 2
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương

- Vì electron chuyển động xung quanh hạt nhân nên hàm sóng thường được biểu diễn bằng
hàm tọa độ cầu mà gốc là hạt nhân nguyên tử. Khi đó mỗi hàm sóng là tích của hai phần :
ψ ( r ,θ ,φ ) = Rn ,l (r )θ l , ml ( θ Φml (φ )
)
= Rn ,l (r ) × , ml (θ , φ )
Yl
+ R(r) : Phần bán kính
⇒liên quan đến 2 số lượng tử n và l.

+Y( θ , ϕ ): Phần góc
⇒ liên quan đến 2 số lượng tử l và ml

Z
Một hàm sóng ψ tương ứng với một bộ 3
số lượng tử (ψ n, l , ml ) miêu tả trạng thái
của một electron như thế được gọi là :
M

r



X




Y




Quan hệ giữa tọa độ cầu và tọa độ Đêcac:
x = rsin θ cos ϕ
y = rsin θ sin ϕ
z = rcos θ

2.3.3.1. Phần bán kính của hàm sóng R(r)
- Khi ta giữ θ và ϕ không đổi thì ta khảo sát được phần xuyên tâm R(r) là xác suất hiện diện
của electron tính theo khoảng cách r từ nhân đến điện tử ( xác suất hiện diện điện tử của 2 vị
y trí đối xứng qua nhân là giống nhau trường đối xứng cầu hay trường xuyên tâm)

* Mật độ xác xuất có mặt electron (ψ 2 ) theo khoảng cách r đến hạt nhân đối với các
orbitan nguyên tử :
Orbitan s


Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 3
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương




Orbitan p

2p
3p

r
r r




2.3.3.2. Phần góc của hàm sóng : Y( θ , ϕ )
- Người ta vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của phần góc của hàm sóng vào các góc θ và ϕ
khi r không đổi. Ở đây Ở đây r được chọn như thế nào để bề mặt được biểu diễn sẽ giới
hạn một thể tích bao gồm 90-95% xác xuất tìm thấy electron.

- Các kết quả cho thấy sự phân bố xác xuất tìm thấy electron và các mặt giới hạn thu được
cũng chính là hình dạng của các orbitan nguyên tử:

+ Hàm sóng của orbitan nguyên tử s không phụ thuộc vào góc (không có hướng) nên các
orbitan s có dạng hình cầu, tâm là hạt nhân của nguyên tử, nghĩa là gốc của tọa độ.




2s

+ Các orbitan p đều có dạng hai quả cầu tiếp giáp với nhau ở gốc tọa độ của chúng lần lượt
nằm trên các trục x, y, z. Orbitan px nằm dọc theo trục x, orbitan py nằm dọc theo trục y và
orbitan pz nằm dọc theo trục z.



Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 4
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương




+ Trong 5 orbitan d ba orbitan dxy, dxz và dyz giống với nhau h ơn còn hai rrbitan dz2 và dx2-y2
thì hơi khác. Ba orbitan dxy, dxz và dyz đều gồm 4 quả cầu tiếp giáp với nhau ở gốc t ọa đ ộ
trong đó cứ hai quả cầu một có tâm nằm trên đường phân giác c ủa các góc t ạo nên b ởi hai
trục tọa độ.
VD: Tâm của bốn quả cầu của orbitan dxy nằm trên hai đường phân giác của các góc tạo
nên bởi trục x và trục y. Orbitan dx2-y2 cũng gồm có bốn quả cầu tiếp giáp với nhau ở gốc
tọa độ, nhưng tâm của chúng nằm ngay trên trục x và trục y. Còn orbitan z 2 gồm có hai
quả cầu tiếp giáp với nhau ở gốc tọa độ, tâm nằm trên trục z và một vành tròn nằm trong
mặt phẳng xy.




Ba orbitan dxy, dxz và dyz :





Orbitan dx2-y2 :





Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 5
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương




Orbitan dz2 :


z




x



y
dz2
2.3.4. Ý nghĩa các số lượng tử
* Số lượng tử chính n
+
+

+ Những electron có cùng giá trị n lập nên một lớp electron :

n 1 2 3 4 5 6 7
Lớp K L M N O P Q

* Số lượng tử orbitan l ( Số lượng tử phụ)
+
+
+
Dạng orbitan
n l
1 0 s
0 s
2
1 p
0 s
3 1 p
2 d
0 s
1 p
4
2 d
3 f
* Số lượng tử từ ml
+ Có thể nhận các giá trị từ


Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 6
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương

ml =
⇒Ứng với một trị số của l, ta có (2l +1) trị số của ml
+ Số lượng tử từ đặc trưng cho sự định hướng các orbitan nguyên tử trong từ trường, do đó
quyết định số orbitan có trong một phân lớp và số hướng vân đạo

n l ml
có 1 đơn vị orbitan
1 0 (s) 0
0 (s) 0 có 4 đơn vị orbitan
2
1 (p) -1, 0, +1
0 (s) 0
có 9 đơn vị orbitan
3 1 (p) -1, 0, +1
2 (d) -2, -1, 0, +1, +2
0 (s) 0
1 (p) -1, 0, +1 có16 đơn vị orbitan
4
2 (d) -2, -1, 0, +1, +2
3 (f) -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
+
+ Ứng với một trị số của l có
+ Ứng với một giá trị của n có
* Số lượng tử spin ms (đơn giản gọi là spin)
+
+

Vậy trạng thái electron trong nguyên tử được hoàn toàn xác định bằng 4 s ố lượng t ử
n,l,ml,ms

2.3.5. Nguyên tử nhiều electron - Cấu hình electron nguyên tử
Sự phân bố electron của các nguyên tử nhiều electron tuân theo 3 nguyên lý sau:
* Nguyên lý ngoại trừ Pouli:
“ Trong một nguyên tử không thể có hai electron có cùng 4 số lượng tử như nhau”
Hệ quả:

VD: Hai electron của Heli có 3 số lượng tử n,m,l giống nhau thì phải có số spin khác nhau:
1s2
He :


Electron thứ nhất: n= , l= , ml= , ms=
Electron thứ hai: n= , l= , ml= , ms=

+ Orbitan nguyên tử không có electron nào chiếm: được gọi là orbitan trống
+ Electron duy nhất chứa trong một orbitan nào đó: được gọi là electron độc thân
+ Cặp electron spin trái dấu của một orbitan nào đó: được gọi là cặp electron ghép đôi

-
- Mỗi lớp (ứng với một giá trị của ) có orbitan nên




Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG Trang: 7
Khoa: XÂY DỰNG GV. Lê Thị Xuân Hương




- Mỗi phân lớp (ứng với một giá trị của ) có tối đa trị số m tức là orbitan nguyên
tử. Vì thế số electron tối đa có trong mỗi phân lớp là electron.

Phân lớp s p d f
Số electron tối đa 2 6 10 14



* Nguyên lý vững bền
“Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử, các electron sẽ chiếm những mức năng lượng
thấp trước (tức là trạng thái vững bền) trước rồi mới đến những trạng thái năng lượng
cao hơn”

- Trong hệ nhiều electron năng lượng của các AO không những phụ thuộc
chủ yếu vào n mà còn phụ thuộc một ít vào số lượng tử phụ l. Trong
nguyên tử nhiều electron thì năng lượng của các orbitan trong cùng một lớp
tăng theo giá trị l của nó (khác với năng lượng tính theo công thức Bohr là
cùng n sẽ cùng mức năng lượng)
VD: Năng lượng của AO 2s
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản