zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 8: Nguyên tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 8 trình bày những kiến thức về nguyên tử. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Nguyên tử hiđro, nguyên tử kim loại kiềm (biểu thức năng lượng, các dãy vạch quang phổ), mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron, hiệu ứng zeeman, spin của electron. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm những nội dung chi tiết!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 8: Nguyên tử

Chương 8 NGUYÊN TỬ 8.1. Nguyên tử Hiđro 8.2. Nguyên tử kim loại kiềm (biểu thức năng lượng, các dãy vạch quang phổ) 8.3. Mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron. Hiệu ứng Zeeman 8.4. Spin của electron
8.1. Nguyên tử Hiđro 1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong nguyên tử Hiđro Xét chuyển động của electron trong   ( r , , ) z nguyên tử Hiđro. Hàm sóng 𝝍 của electron e là nghiệm của phương trình Schrodinger r -  2me 0   2 ( E  U (r ))  0 + y  x  Với e 2 U  4 0 r 2me e 2   2 ( E  )  0 (*)  4 0 r
8.1. Nguyên tử Hiđro 1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong nguyên tử Hiđro Giải phương trình Schrodinger ta có: * Hàm sóng 𝝍 của electron trong nguyên tử Hiđro:    nlm (r , ,  )  Rnl (r )Ylm ( ,  ) Trong đó n = 1, 2, 3, ...: số lượng tử chính 𝒍 = 0, 1, 2, ..., n-1: số lượng tử quỹ đạo m  0,1,2,...,l : số lượng tử từ
8.1. Nguyên tử Hiđro 1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong nguyên tử Hiđro Ví dụ:  100 (r , ,  )  R10 (r )Y00 ( ,  ) r 1 1 3/ 2   R10  2( ) e a0 ; Y00  (4 ) 2 a0 4 0  2 a0  2  0,53 Å me e
8.1. Nguyên tử Hiđro 1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong nguyên tử Hiđro * Năng lượng của electron trong nguyên tử Hiđro: 1 mee4 En   2 (n = 1, 2, 3, ...: số lượng tử chính) n 2( 4 0 ) 2  2 Rh En   2 n 4 mee 15 1 Với R   3,27.10 s Hằng số Rydberg 4 (4 0 )  2 3
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) * Năng lượng của electron trong ntử H  O n=5 + Năng lượng En  n (n = 1, 2, 3, ...) N n=4 n=3 → Năng lượng biến thiên gián đoạn M → Năng lượng bị lượng tử hóa L n=2 + Năng lượng En < 0, năng lượng tăng theo số lượng tử chính n. + Emin = E1 = - Rh = - 2,185.10-18J n=1 K = - 13,6eV Sơ đồ các mức năng lượng (mức năng lượng cơ bản) + Khi n → ∞ thì En → 0
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) * Năng lượng ion hóa của nguyên tử Hiđro Năng lượng cần thiết để bứt electron ra khỏi nguyên tử (Năng lượng cần thiết để đưa electron từ mức thấp nhất E1 đến mức E∞) E = 0 - E1 = Rh = 2,185.10-18J = 13,6eV * Độ suy biến của mức năng lượng En + Trạng thái lượng tử của e được mô tả bởi hàm sóng  n ,,m ( r, , )  R n ( r ).Ym (, )
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) Nhận thấy: + Ứng với mỗi giá trị của n (ứng với mỗi mức năng lượng En) → l có thể có n giá trị khác nhau (𝒍 = 0, 1, 2, ..., n-1) + Ứng với mỗi giá trị của l → m có thể có 2l + 1 giá trị khác nhau ( m  0,1,2,...,l ) → Với mỗi giá trị của n đã cho, có thể có n 1  (2  1)  1  3  ...  (2n  1)  n  0 2 trạng thái lượng tử 𝝍 𝒏,𝒍,𝒎 khác nhau
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) → Ứng với mỗi mức năng lượng En có n2 trạng thái lượng tử 𝛙 𝐧𝐥𝐦 khác nhau → Mức năng lượng En suy biến bậc n2 + Mức năng lượng E1 có 1 trạng thái 𝛙 𝟏𝟎𝟎 : trạng thái cơ sở (cơ bản) + Mức năng lượng En (𝐧 ≥ 𝟐) suy biến bội n2: trạng thái kích thích l trạng thái 0 s 1 p 2 d 3 f …..
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) * Cấu tạo vạch của quang phổ Hiđro + Khi bị kích thích e chuyển lên mức năng lượng cao hơn En (trạng thái kích thích) → Ở trạng thái kích thích trong thời gian ngắn → e chuyển về mức năng lượng thấp hơn En’ → Phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (photon) → Theo định luật bảo toàn năng lượng: 𝑬 𝒏 − 𝑬 𝒏′ = 𝒉𝝂 𝒏𝒏′ 𝟏 𝟏 𝝂 𝒏𝒏′ = 𝑹( ′𝟐 − 𝟐 ) 𝒏 𝒏
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) 1 1  n5  R( 2  2 ) Perfund 5 n Hồng ngoại  1 1  n 4  R( 2  2 ) Bracket O 4 n 1 1 N n=5 n=4  n 3  R( 2  2 ) Pasen M n=3 3 n L n=2 1 1 n2  R ( 2  2 ) Banme 2 n n=1 K Ánh sáng nhìn thấy 1 1  n1  R( 2  2 ) Liman Tử ngoại 1 n
8.1. Nguyên tử Hiđro 2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm thấy e) * Xác suất tìm thấy electron ở một trạng thái đã cho, trong thể tích V  |  |2 dV   |  nm (r ,  ,  ) |2 r 2 sin drdd d𝝋 dr d𝜽
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm 1. Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm - + • Nguyên tử kim loại kiềm (Li, Na, K…): H + Cấu trúc có nhiều electron hơn nguyên tử hiđro + Có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng (electron hóa trị) - như nguyên tử hiđro - + → Năng lượng của e hóa trị trong nguyên tử kim loại - kiềm gồm: Li + Năng lượng tương tác giữa e hóa trị và hạt nhân - + Năng lượng phụ gây bởi tương tác giữa e hóa trị và - - - các e khác. + - - - - → Năng lượng của e hóa trị trong nguyên tử kim loại - - - kiềm tính tương tự như trong nguyên tử H và thêm phần bổ chính Na
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm 1. Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm Rh E n   (n  x ) 2 (n = 1, 2, 3, ...: số lượng tử chính 4 mee R  3,27.1015 s 1 Hằng số Rydberg 4 (4 0 )  2 3 x : Số hạng bổ chính Rydberg ( x  l - số lượng tử quỹ đạo, loại nguyên tử))
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm 1. Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm Enl  n, l Kí hiệu các mức năng lượng: nX 𝐗≡ 𝑺 khi l = 0 𝐗≡ 𝑷 khi l = 1 𝐗≡ 𝑫 khi l = 2 n l Trạng thái Mức năng lượng Lớp 𝐗≡ 𝑭 khi l = 3 1 0 1s 1S K Ví dụ: 0 2s 2S 2 L Mức năng lượng 1P 1 2p 2P có n = 1, l = 1 0 3s 3S 3 1 3p 3P M 2 3d 3D
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm 2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm + Khi bị kích thích e hóa trị chuyển lên mức năng lượng cao hơn Enl (trạng thái kích thích) → Ở trạng thái kích thích trong thời gian ngắn → e chuyển về mức năng lượng thấp hơn En’l’ → Phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (photon) Tuân theo quy tắc lựa chọn: Điện tử chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn và ∆𝒍 = 𝒍 − 𝒍′ = ±𝟏 * Theo định luật bảo toàn năng lượng: 𝑬 𝒏𝒍 − 𝑬 𝒏′ 𝒍′ = 𝒉𝝂 𝟏 𝟏 𝝂= 𝑹 ′ +𝒙 ′ ) 𝟐 − ∆𝒍 = 𝒍 − 𝒍′ = ±𝟏 (𝒏 𝒍 (𝒏 + 𝒙 𝒍 ) 𝟐
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm Mức năng lượng 1S 2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm Mức năng lượng 2S * Ví dụ: Xét nguyên tử Liti (Li; Z = 3). Cấu hình e: 1s2 2s1 - Theo quy tắc lựa chọn e hóa trị ở mức năng lượng cao hơn chuyển về mức: + 2S (l = 0): mức cao hơn chỉ có thể là mức nP (l = 1; n = 2, 3, 4…) + 2P (l = 1): mức cao hơn chỉ có thể là mức nS (l = 0; n = 3, 4…) hay mức nD (l = 2; n = 3, 4…) - Tần số của bức xạ điện từ phát ra: 𝒉𝝂 = 𝟐𝑺 − 𝒏𝑷 : Dãy chính 𝒉𝝂 = 𝟐𝑷 − 𝒏𝑺 : Dãy phụ II 𝒉𝝂 = 𝟐𝑷 − 𝒏𝑫 : Dãy phụ I 𝒉𝝂 = 𝟑𝑫 − 𝒏𝑭 : Dãy cơ bản
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm 2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm - Sơ đồ các mức năng lượng của Li
8.3. Mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron. Hiệu ứng Zeeman 1. Mô men động lượng quỹ đạo của electron (orbital) • Mô hình bán cổ điển Bohr: Trong nguyên tử Hiđro e coi là chất điểm chuyển động với vận tốc 𝒗 trên quỹ đạo tròn quanh hạt nhân. Mô men động lượng của e: 𝑳 = 𝒓 ∧ 𝒎𝒗 • Cơ học lượng tử: Electron quay quanh hạt nhân không có quỹ đạo xác định → Ở mỗi trạng thái, mô men động lượng 𝑳: + Không có hướng xác định + 𝑳 = 𝑳 xác định và nhận các giá trị gián đoạn 𝑳 = ℏ 𝒍(𝒍 + 𝟏) 𝒍 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … , 𝒏 − 𝟏 : số lượng tử quỹ đạo
8.3. Mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron. Hiệu ứng Zeeman 1. Mô men động lượng quỹ đạo của electron (orbital) + Hình chiếu của 𝑳 lên phương z bất kì (Lz) xác định và nhận các giá trị gián đoạn 𝑳 𝒛 = 𝒎ℏ m  0,1,2,...,l : số lượng tử từ (với mỗi trị số cho trước của l có 2l + 1 trị số của m) → Mômen động lượng 𝑳 và hình chiếu của nó lên phương z bất kì (Lz) đều bị lượng tử hóa. Ví dụ: Khi 𝒍 = 𝟏 𝒕𝒉ì 𝑳 = 𝟐ℏ 𝒗à 𝑳 𝒛 = 𝟎; ±ℏ. Khi l = 2 thì 𝑳 = 𝟔ℏ 𝒗à 𝑳 𝒛 = 𝟎; ±ℏ; ±𝟐ℏ

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.