BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG MÔN HỌC
HÓA ĐẠI CƯƠNG
Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp
(Lưu hành nội bộ)
Người biên soạn: Phạm Thị Thanh
Uông Bí, năm 2010
1
Phần I: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Chương I: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
I. Thành phần cấu tạo của nguyên tử
1. Các hạt cơ bản tạo nên nguyên tử: proton (p), nơtron (n) và electron (e)
2. Cấu tạo nguyên tử:
Nguyªn tö gồm: vá nguyªn tö gåm c¸c e me= 1,67.10-27 = 0,00055u
q
e
=1- (®v®t)
proton
1
1
p
p
q
um
H¹t nh©n nguyªn tö N¬tron
0
1
n
n
q
um
Chú ý: 1u = 1,67.10-27 kg
1đvđt = 1,602.10-19C
3. ĐiÖn tÝch h¹t nh©n và Số khối :
* §THN = Z+
* Sè ®¬n vÞ §THN = Sè proton = sè electron = Z
* Sè khèi (A):Sè khèi lµ tæng sè h¹t proton(Z) vµ n¬tron (N) cña h¹t
nh©n nguyªn tö ®ã.
A = Z + N
-Chó ý: * Sè ®¬n vÞ ®iÖn tÝch h¹t nh©n Z vµ sè khèi A ®Æc trng cho nguyªn tö.
Dùa vµo sè khèi A vµ sè §¬n vÞ §THN, ta biÕt ®îc cÊu t¹o nguyªn tử.
* NÕu nguyªn tö cña nguyªn tè cã Z≤ 82 (trõ H) th× cã tØ sè: 1 ≤ N/Z ≤ 1,52.
* NÕu nguyªn tö cña nguyªn tè cã Z ≥82 th× cã tØ sè: 1 ≤ N / Z ≤ 1,25.
4. Biểu thị nguyên tử:A: sè khèi; Z: sè proton
II. Khảo sát lớp vỏ nguyên tử (Thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại theo cơ
học lượng tử )
1. Các luận điểm cơ bản của cơ học lượng tử
1.1. Tính chất sóng hạt của các hạt vi mô (thuyết De Broglie)
h : là hằng số Planck bằng 6,62.10-27 erg.s = 6,62.10-34 J.s
m: khèi lîng cña vËt (kg)
v: vËn tèc chuyÓn ®éng cña vËt(m/s)
2
Tiªn ®Ò §¬ Br¬i: “Vi h¹t ®îc m« t¶ bëi tÝnh chÊt h¹t th× còng ®îc m« t¶ b»ng
tÝnh chÊt sãng”
NÕu vËt cã khèi lîng nhá (vi m«) kh«ng thÓ bá qua tÝnh chÊt sãng cña chóng.
NÕu vËt cã khèi lîng lín (vÜ m«) th× bíc sãng rÊt nhá cã thÓ bá qua tÝnh chÊt
sãng.
VÝ dô:
a. Mét e cã khèi lîng m = 9,1.10-31(kg) chuyÓn ®éng víi vËn tèc v = 106 (m/s)
b. Mét xe t¶i cã khèi lîng m=103kg chuyÓn ®éng víi vËn tèc v = 10(km/h) .
TÝnh cho e vµ cho xe t¶i?
Gi¶i
Víi e:
)(10.28,7
10.10.1,9
10.625,6
.
10
631
34
m
Vm
h
e
Víi kÝch cì nguyªn tö lµ 1Ao th× =7,3A0 lµ quan träng.
Víi xe t¶i:
02838
53
34 10.4,2)(10.4,2
3600/10.10
10.625,6
.Am
Vm
h
xe t¶i cã thÓ bá qua tÝnh chÊt sãng v× qu¸ nhá.
1.2. Nguyên lý bất định Heisenberg
Néi dung: Kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®ång thêi chÝnh x¸c c¶ täa ®é vµ vËn tèc cña h¹t
vi m«, do ®ã kh«ng thÓ vÏ hoµn toµn chÝnh x¸c quü ®¹o chuyÓn ®éng cña h¹t vi
m«.
HÖ thøc bÊt ®Þnh:
m
h
XVx.2
.
Trong ®ã: Vx: ®é bÊt ®Þnh täa ®é; X: ®é bÊt ®Þnh vÒ vËn tèc
Theo ®ã viÖc x¸c ®Þnh täa ®é cµng chÝnh x¸c (X cµng nhá) th× ®o vËn tèc
cµng kÐm chÝnh x¸c (Vxcµng lín) vµ ngîc l¹i.
2. Hàm sóng
Trạng thái của một hệ vĩ mô sẽ hoàn toàn được xác định nếu biết quĩ đạo và
tốc độ chuyển động của nó. Trong khi đó đối với những hệ vi mô như electron,
do bản chất sóng - hạt và nguyên lí bất định, không thể vẽ được các quĩ đạo
chuyển động của chúng trong nguyên tử.
Thay cho các quĩ đạo, cơ học lượng tử mô tả mỗi trạng thái của electron trong
nguyên tử bằng một hàm số gọi là hàm sóng, kí hiệu là ψ(pơxi).
Bình phương của hàm sóng ψ2 có ý nghĩa vật lí rất quan trọng:
ψ2 biểu thị xác suất có mặt của electron tại một điểm nhất định trong vùng
không gian quanh hạt nhân nguyên tử.
Hàm sóng ψnhận được khi giải phương trình sóng đối với nguyên tử.
+ Hµm sãng ®îc t×m thÊy tõ viÖc gi¶i ph¬ng tr×nh sóng Schrodinger.
+ B¶n th©n hµm sãng kh«ng cã ý nghÜa vËt lÝ g× nhng b×nh ph¬ng cña nã:
2 dv cho biÕt x¸c suÊt ph¸t hiÖn e trong thÓ tÝch dv.
2 x¸c ®Þnh mËt ®é x¸c suÊt hay x¸c suÊt t×m thÊy e t¹i 1 ®iÓm trong kh«ng
gian.
3
* Phương trình sóng Schrodinger
3. Obitan nguyên tử. Mây electron
Các hàm sóng ψ1, ψ2, ψ3... - nghiệm của phương trình sóng, được gọi là
các obitan nguyên tử (viết tắt là AO) và kí hiệu lần lượt là 1s, 2s, 2p... 3d...
Trong đó các con số dùng để chỉ lớp obitan, còn các chữ s, p, d dùng để chỉ các
phân lớp.
Ví dụ: 2s chỉ electron (hay AO) thuộc lớp 2, phân lớp s
2p chỉ electron (hay AO) thuộc lớp 2, phân lớp p
3d chỉ electron (hay AO) thuộc lớp 3, phân lớp d
Như vậy: Obitan nguyên tử là những hàm sóng mô tả trạng thái khác nhau của
electron trong nguyên tử.
Nếu biểu diễn sự phụ thuộc của hàm ψ2 theo khoảng cách r, ta được đường
cong phân bố xác suất có mặt của electron ở trạng thái cơ bản.
Ví dụ: Khi biểu diễn hàm số đơn giản nhất ψ1 (1s) mô tả trạng thái cơ bản của
electron (trạng thái e có năng lượng thấp nhất) trong nguyên tử H, ta có hình 3.
Hình 3
Xác suất có mặt của electron ở gần hạt nhân rất lớn và nó giảm dần khi càng
xa hạt nhân.
Một cách hình ảnh, người ta có thể biểu diễn sự phân bố xác suất có mặt
electron trong nguyên tử bằng những dấu chấm. Mật độ của các chấm sẽ lớn ở
gần hạt nhân và thưa dần khi càng xa hạt nhân. Khi đó obitan nguyên tử giống
như một đám mây, vì vậy gọi là mây electron. Để dễ hình dung, người ta thường
coi: Mây electron là vùng không gian chung quanh hạt nhân, trong đó tập trung
phần lớn xác suất có mặt electron (khoảng 90 - 95% xác suất).
Như vậy, mây electron có thể coi là hình ảnh không gian của obitan nguyên tử.
4. Hình dạng của các mây electron
Nếu biểu diễn các hàm sóng (các AO) trong không gian, ta được hình dạng của
các obitan hay các mây electron (hình 4).
4
Mây s có dạng hình cầu. Các mây p có hình số 8 nổi hướng theo 3 trục tọa độ
Ox, Oy, Oz được kí hiệu là px, py,
5. Bốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử
Ngêi ta gäi c¸c hµm sãng lµ c¸c obitan( khu vùc bao xung quah h¹t nh©n t¹i
®ã sù cã mÆt cña c¸c electron lµ lín nhÊt).
Khi tån t¹i trong kh«ng gian 3 chiÒu, electron cã 3 bËc tù do.Trong phÐp gi¶I
hµm sãng ®iÒu nµy lµm xuÊt hiÖn 3 trÞ sè nguyªn, ®ã lµ c¸c sè lîng tö
5.1. Số lượng tử chính n ( lớp electron hay năng lượng electron)
- Gi¸ trÞ: n=1,2,…, (nguyªn d¬ng)
1
2
3
4
……
K
L
M
N
…...
1
2
3
4
……
Sè lîng tö chÝnh cho biÕt:
+ sè líp e trong nguyªn tö
+ KÝch thíc m©y electron ( n cµng lín, kÝch thíc m©y e cµng lín mËt ®é
m©y e cµng lo·ng)
+ Møc n¨ng lîng trung b×nh cña c¸c electron trong cïng mét líp ®èi víi
nguyªn tö nhiÒu electron:
)(.6,13 2
2'
eV
n
z
E
C
+ Møc n¨ng lîng cña nguyªn tö H vµ ion cã 1 electron
)(.6,13 2
2
eV
n
z
EC
Trong ®ã: Z’ = Z - A; Z’: §iÖn tÝch h¹t nh©n hiÖu dông ®èi víi e ®ang xÐt.
A: HÖ sè ch¾n
5.2. Số lượng tử phụ l (phân lớp electron, hình dạng obitan )
Sè lîng tö phô nhËn c¸c gi¸ trÞ l = 0 n-1. Mỗi giá trị của số lượng tử phụ ứng
với một kiểu obitan.
l
0
1
2
3
Phân lớp
s
p
d
f
Sè lîng tö phô cho biÕt: