Bài giảng y khoa: Cấu tạo nguyên tử

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Đơn chất (Au, Ag, Al, As, O2, O3, N2, He, …C)

bởi cùng loại nguyên tử hay

1.2 Hợp chât́ (H2O, CaCO3, CH3COOH, …) 1.3 Nguyên chất: Chất taọ phân tử.

1.4 Hỗn hợp: nhiều chất không phản ứng được trộn đều, đông̀ cượ bằng phương pháp vật lý. thể, tách rời đ

1.5 Hỗn hống: trạng thái hoà tan một phần kim loại trong thủy ngân. 1.6 Hợp kim: vâṭ liệu thu được khi đun nóng chảy nhiều kim loại, hoặc kim loại và phi kim rồi để nguội.

, gồm

1.7 Nguyên tử: phần rất nhỏ của chất, trung hoà điêṇ nhân và vỏ. Taọ nên Phân tử.

1.8 Nguyên tố : nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.

6C)

1.9 Đồng vị: các nguyên tử co cùng số điện tích hạt nhân, 6C và 12 nhưng khác số notron ( 14

7N)

6C và 14 1.11 Đồng phân: cùng công thức phân tử, tính chất khác nhau, do cấu tạo hoá học khác nhau.

1.10 Đồng khối: các nguyên tử có cùng số khối nhưng khác số điện tích hạt nhân ( 14

1.12 Đồng đẳng: các chất có hoá tính tương tự, do cấu tạo hoá học tương tự, phân tử hơn kém nhau một hay nhiều nhóm methylen.

* MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐỒNG VỊ

1H 99,985% . 2H 0,015%.

35Cl 75,57%. 37Cl 24,43%.

3H nhân tao.

Clor 35 17 Clor 37 17

12C 98,90%. 13C 1,10%. 14C.

16O 99,76%. 17O. 18O.

Proti 1 Deuteri 1 Triti 1

Carbon 12 6 Carbon 13 6 Carbon 14 6 Oxy 16 8 Oxy 17 8 Oxy 18 8

Hầu hết các nguyên tố hoá học là hỗn hợp các đồng vị. Khối lượng nguyên tử sẽ là khối lượng trung bình của các đồng vị

1.13 Khối lượng nguyên tử: rất nhỏ m(C) = 2 x 10-23 g, m(O) = 2,66 x 10-23 g

nguyên tử (đơn vị carbon):

́ ượ

1.14 Đ n vi khôi l ng 1/12 khối lượng cuả 12C, tức là 1,6667 x 10-24 g.

1.15 Khối lượng nguyên tử tương đối: m (O) = 16 đvklnt (hay đvC).

1.16 Mol: đơn vị đo lượng chất. Một mol chất bất kỳ chứa số tiểu phân (nt, pt, ion) bằng số nguyên tử carbon có trong đúng 12 g carbon.

Số Avogadro = 6,0221367 x 1023

̣ ̣

2 CÁC ĐINH LUÂT

CƠ BẢN

2.1 Định luật thành phần không đổi

c đi u ch b ng cách nào đi n a ấ ượ

“M t h p ch t dù đ bao gi cũng có thành ph n xác đ nh và không đ i ộ ợ ờ ề ầ ế ằ ị ữ ổ .”.

Ví dụ: nước khi phân tích gồm nguyên tố H va O,

với m H = 11,1% và m O = 88,9% –NaCl: có 39,34% Na và 60,66% Cl

Mọi hợp chất tương ứng với một công thức phân tử xác định.

2.2 Định luật tỉ lệ bội (John Dalton)

Ví dụ: Nitơ tạo với oxy 5 oxid (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5), nếu ứng với một đ nơ vị khối lượng nitơ thì khôí lượng của oxi trong cać oxid đó lần lượt là: 0,57 : 1,14 : 1,71 : 2,28 : 2,85 = 1 : 2 : 3 : 4 : 5 Hình thành khái niệm hoá trị cuả các nguyên tố.

“nếu hai nguyên tố kết hợp với nhau cho một số hợp chất, thì ứng với cùng một khối lượng nguyên tố này, các khối lượng nguyên tố kia tỉ lệ v iớ nhau như những số nguyên đơn giản”.

2.3 Định luật đương lượng (Richter)

ngượ

Đương lượng của một nguyên tố là khối lượng nguyên oxi tố đó kết hợp (hay thay theá) với 8 phần khối l hay 1 phần khối lượng hydro (tuỳ vào loại phản ứng).

ÑH = 1; ÑO = 8

Ñ A Ñ

m = A m B

Định luật ñöông löôïng : Caùc nguyeân toá keát hôïp(hay thay theá) nhau theo caùc khoái löôïng tæ leä vôùi ñöông löôïng cuûa chuùng

M i quan h c a đ

ng l

ng

ệ ủ

ố

ươ

ượ

ng c a nguyên t A (ho c h p ch t A) có Đ ng l ươ ủ ố ặ ấ ợ

ượ ệ ơ ả

• Trong ph n ng trung hòa: n = s nguyên t ử

liên h đ n gi n sau: ả ứ ử axit (baz ) th c t ơ H (OH) ố tham gia ph n ng ả ứ

ươ ệ ầ

ch t ấ

c a 1 phân t ự ế ủ • Mu i: n = t ng đi n tích d ng ph n kim lo i ạ ổ • Ph n ng oxi hóa kh : n = s e mà 1 phân t ử ố ử i kh cho và ng ố ả ứ ử c l ượ ạ

ứ ổ

Khi đó ta có công th c t ng quát sau ĐA = MA/ n

Ví d v cách tính đ

ng l

ụ ề

ươ

ượ

2SO4 trong hai ph n ng

ng l ng c a axit H ươ ượ ủ ả ứ

1) Tính đ sau

• ĐH2SO4 = 98/1 = 98

• H2SO4 + NaOH ﬁ NaHSO4 + H2O (1)

• Đ H2SO4 = 98/2 = 49

• H2SO4 + 2NaOH ﬁ Na2SO4 + 2H2O (2)

• ĐFe2(SO4)3 = 400/6 = 66,66 M

2 ) Fe2(SO4)3 + 6NaOH ﬁ 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4

FeCl 3

= = = = 5,162 85,94 3) 2FeCl3 + SnCl2 ﬁ Ñ töông Ñtöï

FeCl 3 1

2FeCl2 + SnCl4 SnCl 2 SnCl 2 2

Đ ng l

ng gam

ươ

ượ

ộ ơ ợ

c a m t đ n ch t hay h p ằ ấ c tính b ng gam có tr s ị ố

ượ ượ ươ ượ

ng l ng • Đ ng l ươ ch t là l ấ b ng đ ằ ố ố

ng l ượ ng Đ theo bi u ng gam: ủ ng ch t đó đ ượ ấ ng l ng c a nó. ủ ệ ữ ủ • M i liên h gi a s gam (m) và s đ ố ươ ượ ộ ươ ấ ể

Soá

ñöông

löôïng

gam

)'( n

Soá Ñöông

( ) mgam ( löôïng

) Ñ

gam (n’) c a m t ch t có đ th c sau: ứ

' =

hay

' n

Ñ Ñ

m A Ñ

m B Ñ

m A m B

(cid:222)

Bài t p áp d ng

ụ

ậ 1. Tính ñöông löôïng töøng axít, bazô trong caùc phaûn

öùng:

H3PO4 + NaOH ﬁ H3PO4 + 3NaOH ﬁ 2HCl + Cu(OH)2 ﬁ HCl + Cu(OH)2 ﬁ

NaH2PO4 + H2O Na3PO4 + 3H2O CuCl2 + 2H2O Cu(OH)Cl + H2O

2. Tính ñöông löôïng caùc chaát gaïch döôùi ñaây:

BaSO4 + FeCl2

2AlCl3 + 3H2O NaHCO3

Na2CO3 + H2O

FeSO4 + BaCl2 ﬁ Al2O3 + 6HCl ﬁ CO2 + NaOH ﬁ CO2 + 2NaOH ﬁ Al2O3 + 2NaOH ﬁ

2NaAlO2 + H2O

Cr(OH)3 + 2K2SO4 + 12H2O

2FeCl2 + SnCl4

KCr(SO4)2.12H2O + 3KOH ﬁ 2FeCl3 + SnCl2 ﬁ 2KMnO4+5HNO2+3H2SO4 ﬁ

2MnSO4 + K2SO4 + 5HNO3 +

3H2O

K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 ﬁ

Cr2(SO4)3 +3Sﬂ + K2SO4 + 7H2O

2.4 Định luật Avogadro

Những thể tích bằng nhau trong cùng điều kiện nhiệt độ, áp suât́ cuả các chất khí khác nhau đều ch aứ một số như nhau các phân tử khí.

2.5 Định luật bảo toàn khối lượng

khối

Tổng khối lượng các chất thu được đúng bằng tông̉ lượng các chất ban đầu đã tác dụng.

̀ ̉

BAI 1:

CẤU TẠO NGUYÊN TƯ ĐLTH

Muc tiêu: ̣

c điêm mâu nguyên t ượ c nh ng u nh ữ ư ượ ử ́ ̉ ̃

1. Phân tich đ cua Rutherford va Bohr ̉ ̀

c nh ng luân điêm c ban cua thuyêt ơ ̉ ̀ ̣ ̉ ̉ ́

2. Trinh bay đ ̀ ượ CHLT trong nghiên c u NT ữ ứ

3. Mô ta đ ̉ ượ c nh ng đăc tr ng cua cac AO ư ữ ̣ ̉ ́

c quy luât phân bô e trong NT đê biêu diên ̣ ̣ ̣ ́ ̉ ̉ ̃

4. Vân dung đ ượ câu hinh e cua NT ́ ̀ ̉

c câu truc cua bang HTTH va quy luât biên ́ ́ ̉ ̉ ̀ ̣ ́

5. Mô ta đ ̉ ượ thiên cua cac nguyên tô ̉ ́ ́

THUYEÁT NGUYEÂN TÖÛ VEÀ VAÄT CHAÁT

• John Dalton:

•– Caùc nguyeân toá caáu taïo töø caùc nguyeân töû.

•– Nguyeân töû cuûa moät nguyeân toá hoaøn toaøn gioáng nhau.

•– Nguyeân töû khoâng bò thay ñoåi trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc

•– Hôïp chaát hình thaønh khi caùc nguyeân töû khaùc nhau keát hôïp vôùi nhau. • Nhöõng baùc hoïc coå Hy laïp cho raèng caùc hôïp chaát caáu taïo töø caùc ñôn chaát. • Cuoái theá kyû 19 ngöôøi ta khaùm phaù ra nguyeân töû bao goàm caùc haït mang ñieän tích.

CAÁU TAÏO NGUYEÂN TÖÛ

1897: Thomson vôùi thí nghieäm “tia aâm cöïc” phaùt hieän ra electron mang ñieän tích aâm

SÖÏ TAÙCH CAÙC TIA PHOÙNG XAÏ

- Tia β leäch nhieàu chöùng toû haït mang ñieän tích aâm coù khoái löôïng nhoû. Ñoù chính laø doøng electron.

- Tia γ goàm nhöõng haït khoâng tích ñieän. - Tia α leäch ít, chöùng toû khoái löôïng cuûa caùc haït mang ñieän tích döông raát lôùn.

- Nguyeân töû goàm caùc haït khoâng mang ñieän tích, haït döông vaø haït aâm.

Moâ hình Thomson

• - Nguyeân töû nhö quaû caàu

roãng.

• - Ñieän tích döông phaân boá

• treân maët caàu.

• - Ñieän töû chuyeån ñoäng

phía

• trong.

1911: Rutherford duøng tia α baén qua laù vaøng daùt moûng  söï coù maët cuûa haït nhaân mang ñieän döông

•Thí nghieäm cuûa Rutherford (1908)

Keát quaû thöïc nghieäm

Giaûi thích keát quaû thöïc nghieäm

• - Phaàn lôùn theå tích trong nguyeân töû laø khoaûng troáng

• - Haït nhaân coù kích

+

thöôùc nhoû (caáu truùc chaéc ñaëc) naèm ôû giöõa

• - Caùc haït alpha seõ bò leäch höôùng khi tieáp caän gaàn haït nhaân

+

Moâ hình caáu taïo nguyeân töû cuûa Rutherford

•- Nguyeân töû hình caàu.

•- Ñieän tích döông taäp trung ôû taâm.

•- Ñieän tích aâm phaân taùn xung quanh ñieän tích döông.

• Caùch nhìn môùi veà caáu

taïo nguyeân töû

• Nguyeân töû goàm

caùc haït mang ñieän tích döông, ñieän tích aâm, vaø trung hoaø (proton , electron , vaø neutron ).

• Proton vaø neutron naèm ôû haït nhaân nguyeân töû vaø coù theå tích raát nhoû (r = 10-14 m). Phaàn lôùn khoái löôïng cuûa nguyeân töû taäp

trung ôû haït nhaân.

CAÙC HAÏT CÔ BAÛN TRONG NGUYEÂN TÖÛ

Ñieän tích

Haït

Khoái löôïng (kg)

Khoái löôïng (amu)

- 1.602x10-19 C

Electron

9.1095x10-31

5.486x10-4

+ 1.602x10-19 C

Proton

1.6726x10-27

1.0073

1.6750x10-27

0 neutron

1.0087

Amu (atomic mass unit) = 1.66054x10-24 gam

KYÙ HIEÄU NGUYEÂN TÖÛ

A xz

X: kyù hieâu teân nguyeân toá Z: ñôn vò ñieän tích haït nhaân = soá proton = soá electron cuûa nguyeân töû

A: Soá khoái = soá proton + soá

neutron

ÑOÀNG VÒ

Caùc nguyeân töû coù cuøng soá proton nhöng khaùc soá neutron

Ví du :ïClo coù 2 ñoàng vò Cl-35 vaø Cl-37, coù khoái löôïng laàn löôït laø 34.96885 vaø36.96590 amu. Khoái löôïng nguyeân töû trung bình cuûaClo laø 35.453 amu. Haõy tính phaàn traêm moãi ñoàng vò trong töï nhieân

Goïi x = % Cl-35

y = % Cl-37

x + y = 1 <=> y = 1 - x

(M Cl-35)(% Cl-35) + (M Cl-37)(% Cl-37) = 35.453

34.96885*x + 36.96590*y = 35.453

34.96885*x + 36.96590*(1-x) = 35.453

(34.96885 - 36.96590)x + 36.96590 = 35.453

(34.96885 - 36.96590)x = (35.453 - 36.96590)

- 1.99705x = - 1.5129

1.99705x = 1.5129

x = 0.7553 <=> 75.53% Cl-35

y = 1 - x = 1.0000 - 0.7553 = 0.2447

24.47% Cl-37

Baøi taäp 1 • Tính khoái löôïng nguyeân töû trung bình cuûa

caùc nguyeân toá sau ñaây:

• a) Iridi: 191Ir (37,3%), 193Ir (62,7%). • b) Antimon: 121Sb (57,25%), 123Sb (42,75%). • c) Baïc: 107Ag (51,82%), 109Ag (48,18%). • d) Argon: 36Ar (0,34%), 38Ar (0,07%), 40Ar

(99,59%).

• e) Saét: 54Fe (5,85%), 56Fe (91,68%), 57Fe

(2,17%), 58Fe (0,41%).

• f) Niken: 58Ni (67.76%), 60Ni (26,16%), 61Ni

(2,42%), 62Ni (3,66%).Baøi taäp 2 Ñoàng coù hai ñoàng vò 63Cu vaø 65Cu, khoái löôïng nguyeân töû trung bình cuûa ñoàng laø 63,54. Tìm thaønh phaàn phaàn traêm cuûa moãi loaïi ñoàng vò.

CAÁU TAÏO VOÛ ELECTRON

Moâ hình nguyeân töû do Rutherford ñeà nghò: - Nguyeân töû goàm:

+ Moät haït nhaân tích ñieän döông. + Caùc electron quay xung quanh noù.

- Nguyeân töû trung hoøa ñieän. - Löïc ly taâm caân baèng vôùi löïc huùt tónh

ñieän.

- Kích thöôùc haït nhaân raát nhoû so vôùi

nguyeân töû.

 Electron chuyeån ñoäng quanh haït nhaân seõ phaùt ra E döôùi daïng böùc xaï ñieän töø vaø cho phoå lieân tuïc => e seõ maát daàn E vaø cuoái cuøng rôi vaøo haït nhaân

=> nguyeân töû bò phaù vôõ (ngtöû khoâng

toàn taïi).

Nhöôïc ñieåm thuyeát Rutherford: - Khoâng giaûi thích ñöôïc tính beàn cuûa nguyeân töû. - Khoâng giaûi thích ñöôïc söï coù maët phoå vaïch cuûa noù.

Niels Bohr ́ ̣ ̉

 Câu Tao Vo electron Theo Tieân ñeà 1: e quay quanh haït nhaân chæ theo moät soá quyõ ñaïo troøn, ñoàng taâm vaø coù baùn kính xaùc ñònh (quyõ ñaïo döøng). Tieân ñeà 2: E cuûa e ñöôïc baûo toaøn, nghóa laø caùc ñieän töû khoâng haáp thu hoaëc böùc xaï ñieän töø. Tieân ñeà 3: Söï böùc xaï xaûy ra khi electron nhaûy töø quyõ ñaïo döøng naøy sang quyõ ñaïo

döøng khaùc.

D E = Ecuoái – Eñaàu

iels Bohr * Kêt Qua Rut Ra T Cac Tiên Đê Cua N ừ ́ ̉ ́ ́ ̀ ̉

·= nmvr

h p 2

a) Tính ñöôïc baùn kính quyõ ñaïo beàn, toác ñoä vaø naêng löôïng electron khi chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo ñoù. Theo Borh moment ñoäng löôïng noù (mvr) 1 phaûi baèng boäi soá cuûa h/2p h = n mr 2 => h=6,626.10-34 J.s laø haèng soá Planck m laø khoái löôïng cuûa e v laø toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa e r laø baùn kính quyõ ñaïo

döøng

n laø soá nguyeân.

mv r

Do khi quay treân quyõ ñaïo thì löïc huùt cuûa haït nhaân leân ñieän töû vaø löïc li taâm cuûa ñieän töû phaûi baèng nhau, ta coù: 2 Ze pe 4

n Z

h o em e

Theá giaù trò v ôû bieåu thöùc treân ta ñöôïc: + Baùn kính r cuûa quyõ ñaïo: = ·

5,292.10 11-

n Z

h o o 2 em e Ñaët

ao laø baùn kính Bohr

• Naêng löôïng toaøn phaàn cuûa ñieän töû: Baèng toång ñoäng naêng vaø theá naêng:

mv 2

Ze pe 4

1 Ze pe 42

Ze pe 4

1 Ze pe 42

- -

· Thay vaøo bieåu thöùc treân ta

n r Z ñöôïc: -= E

ua ).(

Z 2 n

pe 4

Z 2 n

a oo

hartree

.1 ua

3598

10.

pe 4

a oo

Khí hidro

Thaáu kính buoàng toái

Ñoû luïc tím

Ñieän aùp cao

Khe saùng

Laêng kính

Kính aûnh

Thaáu kính chuaån tröïc

b) Moâ hình nguyeân töû cuûa Bohr cho pheùp giaûi thích ñöôïc baûn chaát vaät lyù cuûa quang phoå vaïch nguyeân töû vaø tính toaùn ñöôïc vò trí caùc vaïch quang phoå hydro vaø caùc haït coù moät ñieän töû beân ngoaøi.

 Moãi vaïch quang phoå öùng vôùi moät soùng. Ñaïi

löôïng ñaëc tröng cho soùng laø:

- Taàn soá u : soá laàn dao ñoäng soùng thöïc hieän ñöôïc trong moät giaây, ñôn vò: Hz - Ñoä daøi soùng l : quaõng ñöôøng soùng

truyeàn ñi trong moät dao ñoäng, ñôn vò: m, nm, …

- Moái quan heä giöõa taàn soá vaø ñoä daøi

soùng: x l = c (c: toác ñoä truyeàn soùng)

u  Quang phoå vaïch cuûa nguyeân töû hidro coù 3

vuøng :

- Vuøng thuoäc phaàn töû ngoaïi cuûa quang

phoå ñöôïc goïi laø daõy Lyman.

- Vuøng thuoäc phaàn hoàng ngoaïi cuûa quang

phoå ñöôïc goïi laø daõy Paschen.

- Vuøng phaàn lôùn thuoäc phaàn nhìn thaáy

ñöôïc laø daõy Balmer.

̣o gần nhân, phát ra

= hν

= -

)

đvnlnt (1 a.u.)

(

Eđ - Ec

1 nđ

điêỞ ̀u kiện thường, đa số electron tồn tại ở m cứ năng lượng thấp nhất (n = 1). Khi bị kích thích, electron hấp thu xa nhân, có năng lượg năng lượng và chuyển lên quỹ đaọ cao hơn và nhanh chóng quay về quy đã bức xạ tần số ν thoả mãn. Z2

Các vạch dãy Lyman có sự chuyển electron từ quỹ đạo n = 2,3,4, … về n = 1.

Các vạch dãy Balmer có sự chuyển electron từ quỹ đạo n = 3,4,5 .… về n = 2.

Các vạch dãy Paschen có sự chuyển electron từ quỹ đạo n = 4,5,6 … về n = 3.

Caùc giaù trò ñôn vò nlnt

Soá trò

Teân ñôn vò nlnt

Toå hôïp caùc haèng soá vaät lí e

pe4

ooa

pe4

ooa

e pe4

ooa

J (hartree) kJ/mol Hz

4,35981x10-18 2625,5 6,579684x101 5

pe4

ooa

e pe4

ooa

27,21161 41 1,09737318x 107m-1

eV Haèng soá Rydberg, R¥

đvnlnt (1 a.u.)

= hν

= -

)

(

1 nđ

• Söû duïng baûng ñvnlnt khoâng nhöõng tính ñöôïc taàn soá maø coøn tính ñöôïc caû ñoä daøi soùng cuûa caùc vaïch thuoäc daõy 1 Balmer. Eđ - Ec

(cid:246) (cid:230)

2 2 e pe 4

1 2

1 4

(cid:247) (cid:231) - (cid:247) (cid:231)

a oo

1 2 n ñ

ł Ł

(cid:246) (cid:230) (cid:246) (cid:230)

= >

1 l

2 e pe 4

1 4

(cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) - - ¥ (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231)

a oo

1 2 n ñ

ł Ł ł Ł

• Aùp duïng n=3 ta coù vaïch Ha : 656,1 nm • Aùp duïng n=4 ta coù vaïch Hb : 486,1 nm • Aùp duïng n=5 ta coù vaïch Hg : 434,0 nm • Aùp duïng n=6 ta coù vaïch Hd : 410,0 nm • Caùc giaù trò tính toaùn lí thuyeát treân hoaøn

toaøn phuø hôïp vôùi thöïc nghieäm

• Ví duï: Haõy tính naêng löôïng cuûa caùc

3598

10.

(cid:246) (cid:230) - (cid:247) (cid:231) - D (cid:247) (cid:231)

Z 2 n

1 2 n d

1 2 n c

quyõ ñaïo coù n laø 1 vaø 2 cuûa nguyeân töû hydrogen (Töø ñoù, suy ra taàn soá n vaø böôùc soùng l cuûa böùc xaï) caàn thieát ñeå kích thích ñieän töû töø quyõ ñaïo coù n 2 1 = 1 leân quyõ ñaïo coù n = 2. )( J 2 ł Ł

=(cid:247)

10.18,2

10.64,1

(cid:246) (cid:230) - - - (cid:231)

1 2 1

1 2 2

ł Ł

10.48,2

34-

E h

10.64,1 6,626.10

J J.s

- D -

10.3

)s/m( 15 1

m1,12m10.21,1 43

10.48,2

- m - n

Moâ hình Borh khoâng giaûi thích ñöôïc: + Quang phoå cuûa caùc nguyeân töû phöùc taïp coù nhieàu hôn 1 ñieän töû

+ Söï taùch caùc vaïch quang phoå döôùi taùc duïng cuûa ñieän – töø tröôøng (hieäu öùng Zeeman).

- Bôûi vaäy, maãu nguyeân töû Borh caàn ñöôïc thay theá baèng nhöõng quan ñieåm hieän ñaïi cuûa cô hoïc löôïng töû.

SOÙNG VAØ TÍNH CHAÁT CUÛA

SOÙNG

Soùng laø moät daïng truyeàn naêng

löôïng chöù khoâng phaûi truyeàn vaät chaát. (quaû boùng daäp deành)

Tính chaát cuûa soùng  Hieän töôïng giao thoa : moät soùng coù theå laøm taêng cöôøng hoaëc yeáu ñi moät soùng khaùc (bieân ñoä soùng coù tính coäng).

 Hieän töôïng nhieãu xaï: soùng bò

ñoåi höôùng khi chaïm vaøo goùc cuûa vaät chöôùng ngaïi

 Soùng ñieän töø: laø daïng truyeàn

naêng löôïng.

 Aùnh saùng laø soùng ñieän töø.  Toác ñoä soùng ñieän töø : c = 3.108

m/s.

E1 > E2

c = n

 Böôùc soùng λ ; Taàn soá soùng n . λ E = h.n = h.c/ λ

h = 6.63· 10-34 J(cid:215) s

cao λ daøi, n 46

λ ngaén, n thaáp

- Baûn chaát haït cuûa aùnh saùng theå hieän

ôû hieäu öùng quang ñieän (laø söï phaùt ra caùc electron töø kim loaïi döôùi taùc duïng cuûa aùnh saùng chieáu vaøo).

- Trong caùc hieäu öùng naøy, aùnh

= hE

h=l mc

saùng theå hieän tính chaát nhö caùc doøng haït coù khoái löôïng vaø xung löôïng xaùc ñònh vôùi ñoäng naêng tính c = = baèng coâng thöùc: 2mc h l = mc2

n D

QUANG PHOÅ

X- Rays

Ultra- violet

Micro waves

Infrared .

NAÊNG LÖÔÏNG THAÁP Radio waves Taàn soá thaáp Böôùc soùng daøi

Naêng löôïng cao Gamma Rays taàøn soá cao Böôùc soùng ngaén

AS khaû kieán

Ví duï

• CO2 haáp thu böùc xaï coù böôùc

= 1.7· 1013 s-1

soùng 0.018 mm. Haõy xaùc ñònh taàn soá cuûa böùc xaï naøy? 3.00· 108m s 0.018· 10-3 m

1 s-1

Ñôn vò:1 Hertz (Hz) ”

• Haõy tính böôùc soùng cuûa soùng FM coù

= 3.31 m

3.00· 108m s 1 90.7· 106 s

l taàn soá 90.7 MHz. = n

Ví duï

6.63· 10-34 J(cid:215) s

3.00· 108 m s

hc=

(cid:215)

Naêng löôïng toái thieåu ñeå böùt moät electron ra khoûi cesium laø 3.05· 10-19 J. Coù theå duøng aùnh saùng maøu xanh coù l = 505 nm ñeå böùt electron töø cesium hay Ephoton = hn khoâng?

505· 10-9 m

Ñöôïc!

= 3.94· 10-19 J

Moâ hình LÖÔÏNG TÖÛ

Döïa treân baûn chaát nhò nguyeân (soùng – haït) cuûa

vaät chaát

Baûn chaát soùng cuûa vaät chaát Baûn chaát soùng cuûa vaät chaát

Naêm 1925 , theo Debroglie: “ Neáu böùc xaï coù theå ñöôïc coi laø caùc doøng haït photon thì caùc haït vi moâ nhö elctron, proton, neutron cuõng theå hieän tính chaát soùng”

h Vm

· Debroglie cho raèng böôùc soùng cuûa haït vi moâ laø haøm soá cuûa vaän toác vaø khoái löôïng cuûa noù.

vôùi λ : böôùc soùng (m); h: haèng soá Plank (Js); m: khoái löôïng haït (g) ; V vaän

toác haït (m/s)

( 1J = 1 kg m2 /s2)

Ví duï

Tính böôùc soùng chuyeån ñoäng cuûa moät electron chuyeån ñoäng vôùi vaän toác 3.00x106 m/s, vaø moät quaû golf (45,3g) chuyeån ñoäng vôùi vaän toác 62 m/s.

6.63· 10-34 J(cid:215) s

=l e

h p

h= mv

9.11· 10-31 kg

3.00· 108 m s

(cid:215)

= 2.42· 10-12 m

= 2.42· 10-12

(cid:215)

sJ mkg

(cid:215)

= 2.4· 10-34 m

6.63· 10-34 J(cid:215) s 62 m 0.0453 kg (cid:215) s

 Nguyeân lí baát ñònh Heisenberg.

. vx

‡ D D

Veà nguyeân taéc khoâng theå xaùc ñònh ñoàng thôøi chính xaùc caû veà toïa ñoä vaø vaän toác cuûa haït vi moâ, do ñoù khoâng theå veõ hoaøn toaøn chính xaùc quyõ ñaïo h chuyeån ñoäng cuûa haït. p2 m

D x: sai soá cuûa pheùp ño toïa ñoä theo D vx laø sai soá cuûa pheùp ño

truïc x. vaän toác theo truïc x.

h = 6,626.10-27 ec.s = 6,626.10-34 J.s m = 9.10-31 kg, Δx = 10-10 cm, Δvx = 1010

cm/s.

̣ ứ

toïa đô cang chinh

xac thi viêc xac đinh tôc đô cang kem

Hê th c trên cho thây viêc xac đinh ́ ̣ ́ ̣ ̣ ̀ ́

́ ̀ ̣ ́ ̣ ́ ̣ ̀ ́ chính xaùc.

 Tiên đê vê ph

ng trinh song

Schrodinger

̀ ươ

̀ ̀ ́

Ham sô song cua môt hat hay nhiêu hat la nghiêm chrodinger ng trinh vi phân, goi pt song S cua ph

ươ

̀ ́ ́ ̉ ̣ ̣ ̀ ̣ ̀ ̣

8π2m

∂2Ψ

(E – V)Ψ = 0

∂x2

∂y2

∂z2

∂2

8π2m

= ▼2

Toan t

Laplace

(E – V)Ψ = 0

́ ử

▼2Ψ

∂x2

∂y2

∂z2

- h2

▼2Ψ

= EΨ

▼2

VΨ

= H Toan t

Hamilton

́ ử

8π2m

̉ ̀ ̣ ́

ng thê co đôi x ng câu nên đê cho dê tinh toan chuyên ườ ́ ứ ́ ́ ̀ ̉ ̃ ́ ́ ̉

Tr toa đô Decard sang toa đô câu ̣ ̣ ̣ ̣ ̀

̉ ̣ ̣ ̣ ́ ́ ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ̉

Ψ2 biêu thi mât đô xac suât tim thây hat tai môt điêm nhât đinh trong không gian ́ ̣

Ψ2dv biêu thi xac suât tim thây hat tai môt thê tich dv ̉ ̣ ́ ́ ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ́

Ψ phai đ n tri nghia la chi co môt gia tri tai môt điêm xac đinh ̉ ơ ̣ ̃ ̀ ̉ ́ ̣ ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ́ ̣

c ̀ ượ ̉ ́ ̀ ̣ ́ ̣ ̀ ̣

Ψ phai đ ̉ ượ thê hiên ̉ ̣ c chuân hoa. Vê măt toan hoc điêu kiên nay đ ∞ ∫ Ψ2dv = 1

Xac suât tim thây hat trong toan bô không gian la 1. ́ ́ ̀ ́ ̣ ̀ ̣ ̀

ng trinh song Schroedinger đê tim môt sô đai ươ ̉ ̀ ́ ̉ ̀ ̣ ́ ̣

ng đăc tr ng cho môt AO ư Giai ph l ượ ̣ ̣

ng đăc tr ng cho môt AO con đ c goi la cac sô ̀ ượ ư ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ́ ́

Sô đai l ng t l ượ ̣ ượ ử

cượ gọi là một

Một hàm sóng Ψ tương ứng với bộ 4 số lượng tử (n, l, m, ml ) mô tả trạng thái một electron đ orbital nguyên tử AO.

E = -

dvnlnt (1 a.u.)4,3598 x 10-18 J

2n2

Số lượng tử chính n, nhận giá trị nguyên dương, xác định năng lượng electron.

ng ng v i l p K, L, M, ... Va m c năng ươ ứ ớ ớ ̀ ứ

1, E2, E3, ...

ng E n = 1, 2, 3, ... T l ượ

Số lượng tử moment góc orbital l, nhận giá trị nguyên từ 0 đến (n – 1), l xác định hình dạng và tên của orbital.

l(l + 1) M =

2π l = 0, 1, 2, 3 …. Tương ứng với orbital s, p, d, f …..

+ l, kể cả số 0,

Số lượng tử từ m, nhận giá trị từ – l đêń đặc trưng cho sự định hướng của orbital nguyên tử trong từ trường, và quyết định số orbital trong một phân lớp.

z cua electron

ng M ượ ́ ̣ ̀ ́ ̣ ̉

m xac đinh hinh chiêu moment đông l ng z cua trên môt ph ươ ̉ trường ngoaì , trong biêu th c ứ ̣ ̉

m Mz = h 2π

- Khi  = 0 coù 1 giaù trò cuûa m = 0. - Khi  = 1 coù 3 giaù trò cuûa m = -1, 0, +1 - Khi  = 2 coù 5 giaù trò cuûa m = -2, -1, 0, 1, 2 - Khi  = 3 coù 7 giaù trò cuûa m: m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

LÔÙP VAØ PHAÂN LÔÙP

Số lượng tử spin electron ms, nhận giá trị – 1/2 và + 1/2, xác định moment động lượng riêng của electron.

 Moãi orbital ñaëc tröng bôûi

3 soá löôïng töû: n, l, m.

 Moãi ñieän töû ñaëc tröng

bôûi 4 soá löôïng töû n, l, m, s.

Toùm laïi Toùm laïi

Boán soá löôïng töû n, l, ml , ms xaùc ñònh hoaøn toaøn traïng thaùi cuûa electron trong nguyeân töû.

n

Soá orbital ngtöû

ms

l Orbital

ml

e toái ña

1 0

+1/2 , -1/2

2 0 1

2s 2p

+1/2 , -1/2

0 -1, 0, +1

2 6

3 0 1 2

3s 3p 3d

+1/2 , -1/2

0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2

2 6 10

4 0 1 2 3

4s 4p 4d 4f

+1/2 , -1/2

2 6 10 14

0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Nguyeân töû 1 electron

n l ml orbital Naêng löôïng

1 0 0 1s -RH

2 0 0 2s -RH/4

2 1 -1,0,1 2p -RH/4

3 0 0 3s

-RH/9

64 3 2 -2,-1,0,1,2 3d

3 1 -1,0,1 3p -RH/9

-RH/9

Nguyeân töû nhieàu Electron Do coù söï töông taùc giöõa caùc electron, caùc phaân lôùp trong cuøng moät lôùp seõ coù naêng löôïng khaùc nhau:

4d 3d

5p 4p 3p

5s 4s 3s

2p 2p

s < p < d < f

Söï saép xeáp electron trong voû nguyeân töû

Tuaân theo 3 nguyeân taéc: • Nguyeân lyù beàn vöõng • Nguyeân lyù loaïi tröø Pauli • Qui taéc Hund

Nguyeân lyù beàn vöõng • Electron seõ chieám caùc orbital coù naêng löôïng thaáp tröôùc.

• Ví duï:

[He]

Li:

• Caáu hình electron thöôøng ñöôïc vieát

döôùi daïng.

Li: 1s2 2s1

or [He] 2s1 67

Nguyeân lyù loaïi tröø Pauli

• “Trong cuøng moät nguyeân töû , khoâng theå coù 2

electron coù 4 soá löôïng töû gioáng nhau.”

• Trong moät orbital chæ coù toái ña 2 electron vaø 2

electron naøy phaûi coù spin ngöôïc nhau.

• Ví duï: 2 electron trong nguyeân töû Heli coù caùc soá

löôïng töû

n l ml ms

electron 1 1 0 0 +½ electron 2 1 0 0 -½

Qui taéc Hund

Caáu hình electron beàn laø caáu hình coù nhieàu electron chöa gheùp caëp nhaát.

Carbon:

naêng löôïng cao

Naêng löôïng thaáp

Caáu hình Electron Caáu hình Electron

Caáu hình electron

Vieát caáu hình electron cuûa:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

13Al:

[Ne] 3s2 3p1

[Ar] 4s2 3d6

[Ar]

26Fe:

[Kr] 5s2 4d10 5p2

50Sn:

[Xe] 6s2 4f14 5d10

82Pb+2:

[Rn] 7s2 6d1 5f3

92U:

Sô ñoà oâ löôïng töû

• Vieát caáu hình electron cuûa

Phospho

• Löu yù Phospho coù 15 electron

5f 4f

6d 5d 4d

7s 6s 5s

7p 6p 5p 4p

3d • 2 electron ñaàu

ñöôïc ñieàn vaøo orbital 1s

g n ô ö l g n ê a N

• Löu yù 2 spin ngöôïc nhau

• coøn 13 electron

nöõa

7p 6p

7s 6s 5s

• 2 electron tieáp theo ñieàn vaøo orbital 2s

• coøn 11 electron

g n ô ö l g n ê a N

nöõa

7p 6p

7s 6s 5s

g n ô ö l g n ê a N

7p 6p

7s 6s 5s

g n ô ö l g n ê a N

7p 6p

7s 6s 5s

• Caáu hình electron • 1s22s22p63s23p3

g n ô ö l g n ê a N