Ch ng ươ II: C u T o Nguyên T ấ ạ ử ThS Lê Minh Tâm
Ch ng II. C U T O NGUYÊN Tươ Ấ Ạ Ử
I. NGUYÊN T VÀ QUANG PH NGUYÊN TỬ Ổ Ử
1. Nguyên t và các h t c b nử ạ ơ ả
- Nguyên t là ửh t c b nạ ơ ả c u t o nên v tấ ạ ậ
ch t. Chúng có kh i l ng, kích th c r tấ ố ượ ướ ấ
nh bé nh ng có c u t o r t ph c t p. ỏ ư ấ ạ ấ ứ ạ
- C u t o nguyên t :ấ ạ ử
•H t nhân : tích đi n d ng (+)ạ ệ ươ
•L p v đi n t : tích đi n âm (–)ớ ỏ ệ ử ệ
* nguyên t trung hòa v đi nử ề ệ
Hình 2.1. Mô hình c u t o nguyên t ấ ạ ử
- Các h t c b n c u t o nguyên t :ạ ơ ả ấ ạ ử
Tên Ký
hi uệ
Kh i l ngố ượ Đi n tíchệ
kg đvC culomb đve
Eletron
Proton
Neutron
e
p
n
9,1095.10-31
1,6726.10-27
1,6745.10-27
0,000549
1,007276
1,008665
–1,60219.10-19
+1,60219.10-19
0
– 1
+ 1
0
2. Quang ph nguyên tổ ử
•Quang ph c a ánh sáng là quang ph liên t c. ổ ủ ổ ụ
Hình 2.2. Ph b c x đi n t c a ánh sáng tr ng ổ ứ ạ ệ ừ ủ ắ
1
Ch ng ươ II: C u T o Nguyên T ấ ạ ử ThS Lê Minh Tâm
•Quang ph nguyên tổ ử là quang ph v ch. M i v ch ng v i m t b cổ ạ ỗ ạ ứ ớ ộ ướ
sóng xác đ nh, đ c tr ng cho nguyên t đó. ị ặ ư ử
Ví dụ: Khí Hydrogen loãng khi b phóng đi n s phát ra ánh sáng g m nh ng tia cóị ệ ẽ ồ ữ
b c sóng khác nhau (ph ). Ph hydro trong vùng kh ki n g m 4 v chướ ổ ổ ả ế ồ ạ
Hình 2.3. Quang ph v ch c a nguyên t hydroổ ạ ủ ử
•Sóng t ng ng v i các tia b c x đ c đ c tr ng b i biên đ sóng Aươ ứ ớ ứ ạ ượ ặ ư ở ộ
(Amplitude), b c sóng λ (Wavelength), t n s ướ ầ ố ν (frequence).
Hình 2.4. Các thông s sóngố
II. THUY T C U T O NGUYÊN T C A BOHRẾ Ấ Ạ Ử Ủ
Hình 2.5. Mô hình hành tinh nguyên t c a Bohrử ủ
2
Ch ng ươ II: C u T o Nguyên T ấ ạ ử ThS Lê Minh Tâm
Ba đ nh đ c a Bohrị ề ủ :
•Đ nh đ 1:ị ề Electron quay quanh nhân trên nh ng qu đ o tròn đ ng tâm xácữ ỹ ạ ồ
đ nh, g i là qu đ o b n.ị ọ ỹ ạ ề
•Đ nh đ 2: ị ề Khi electron quay trên qu đ o b n không phát ra năng l ng đi nỹ ạ ề ượ ệ
t .ừ
•Đ nh đ 3:ị ề Năng l ng s đ c phát x hay h p thu khi electron chuy n tượ ẽ ượ ạ ấ ể ừ
qu đ o b n này sang qu đ o b n khác.ỹ ạ ề ỹ ạ ề
∆E = Eđ – Ec = hν
Hình 2.6. S thay đ i tr ng thái c a e ự ổ ạ ủ
III. C U T O NGUYÊN T THEO C H C L NG TẤ Ạ Ử Ơ Ọ ƯỢ Ử
1. Tính sóng h t c a các h t vi môạ ủ ạ
- C h c l ng t quan ni m r ng các h t vi mô có c tính ch t h t và tính ch tơ ọ ượ ử ệ ằ ạ ả ấ ạ ấ
sóng.
•B n ch t h tả ấ ạ : các h t vi mô đ u có kh i l ng m, kích th c r và chuy n đ ngạ ề ố ượ ướ ể ộ
v i m t t c đ v xác đ nh.ớ ộ ố ộ ị
•B n ch t sóngả ấ : khi h t vi mô chuy n đ ng s t o ra m t sóng, đ c tr ng b iạ ể ộ ẽ ạ ộ ặ ư ở
b c sóng ướ λ. Tính ch t sóng đ c th hi n qua hi n t ng giao thoa và nhi uấ ượ ể ệ ệ ượ ễ
x .ạ
- Quan h gi a tính sóng h t c a các h t vi mô đ c th hi n qua h th c Deệ ữ ạ ủ ạ ượ ể ệ ệ ứ
Broglie:
mv
h
λ=
oh - h ng s Plank = 6,625.10ằ ố -27erg.s
om - kh i l ng h t vi mô.ố ượ ạ
ov - t c đ h t vi mô. ố ộ ạ
- Ví d :ụ
•Đ i v i electron: m = 9,1.10ố ớ -31kg, chuy n đ ng v i t c đ v = 10ể ộ ớ ố ộ 6cm/s s t oẽ ạ
nên sóng v i b c sóng ớ ướ λ = 7,3.10-10m. Có th dùng m ng tinh th ch t r nể ạ ể ấ ắ
làm m ng nhi u x đ phát hi n sóng này: ạ ễ ạ ể ệ
3
Ch ng ươ II: C u T o Nguyên T ấ ạ ử ThS Lê Minh Tâm
Hình 2.7. Thí nghi m nhi u xệ ễ ạ
•Đ i v i h t vĩ mô: m = 1g, chuy n đ ng v i t c đ v = 1cm/s s t o nên sóngố ớ ạ ể ộ ớ ố ộ ẽ ạ
6,6.10-29m. b c sóng quá bé, không phát hi n đ c.ướ ệ ượ
2. Nguyên lý b t đ nh Heisenberg ấ ị
•B n ch t sóng - h t đ a t i h qu quan tr ng v s chuy n đ ng c a h t viả ấ ạ ư ớ ệ ả ọ ề ự ể ộ ủ ạ
mô, th hi n trong nguyên t c do Heisenberg đ a ra năm 1927:ể ệ ắ ư không th đ ng th iể ồ ờ
xác đ nh chính xác c v trí và t c đ c a h t vi mô.ị ả ị ố ộ ủ ạ
2ππ
h
m
Δx.Δv
=≥
o∆x - đ b t đ nh v v trí.ộ ấ ị ề ị
o∆v - đ b t đ nh v t c đ .ộ ấ ị ề ố ộ
*Đ i v i h t vi mô xác đ nh ố ớ ạ ị
m
là h ng s nên khi t a đ c a nó đ c xác đ nhằ ố ọ ộ ủ ượ ị
càng chính xác (∆x càng nh ) thì t c đ c a h t càng đ c xác đ nh kém chính xácỏ ố ộ ủ ạ ượ ị
(∆v càng l n) và ng c l i.ớ ượ ạ
T ng quát, đ i v i h t vi môổ ố ớ ạ : Khi xác đ nh t ng đ i chính xác t c đ chuy nị ươ ố ố ộ ể
đ ng c a electron chúng ta không th nói đ n đ ng đi chính xác c a nó, mà ch cóộ ủ ể ế ườ ủ ỉ
th nói đ n xác su t có m t c a nó ch nào đó trong không gian.ể ế ấ ặ ủ ở ỗ
3. Khái ni m đám mây electronệ
•Khi chuy n đ ng xung quanh h t nhân nguyên t , electron đã t o ra m t vùngể ộ ạ ử ạ ộ
không gian bao quanh h t nhân mà nó có th có m t b t kỳ th i đi m nàoạ ể ặ ở ấ ờ ể
v i xác su t có m t khác nhau. Vùng không gian đó đ c g i là đám mâyớ ấ ặ ượ ọ
electron (hay Orbital nguyên t ). N i nào electron th ng xu t hi n thì m t đử ơ ườ ấ ệ ậ ộ
electron dày đ c h n, nh v y m t đ c a đám mây t l thu n v i xác su tặ ơ ư ậ ậ ộ ủ ỷ ệ ậ ớ ấ
có m t c a electron và đ c xác đ nh b ng đ i l ng ặ ủ ượ ị ằ ạ ượ Ψ2.
•Theo tính toán c a c h c l ng t thì đám mây electron là vô cùng vì electronủ ơ ọ ượ ử
có th ti n l i r t g n h t nhân, cũng có th ra xa vô cùng. ể ế ạ ấ ầ ạ ể Quy c:ướ đám mây
electron là vùng không gian ch a kho ng 90% xác su t có m t c a electron.ứ ả ấ ặ ủ
Hình d ng c a đám mây đ c bi u di n b ng b m t gi i h n b i nh ngạ ủ ượ ể ễ ằ ề ặ ớ ạ ở ữ
đi m có m t đ xác su t b ng nhau c a vùng không gian đó. ể ậ ộ ấ ằ ủ
4
Ch ng ươ II: C u T o Nguyên T ấ ạ ử ThS Lê Minh Tâm
4. Ph ng trình sóng Schrươ ödinger và 4 s l ng tố ượ ử
a. Ph ng trình sóng Schrươ ödinger
*Ph ng trình sóng Schrươ ödinger đ c xem là đ nh lu t c h c l ng t v sượ ị ậ ơ ọ ượ ử ề ự
chuy n đ ng c a các h t vi mô, t ng t nh các đ nh lu t c a Newton trong cể ộ ủ ạ ươ ự ư ị ậ ủ ơ
h c c đi n.ọ ổ ể
•Theo c h c l ng t , vi c nghiên c u c u trúc c a các h vi mô làơ ọ ượ ử ệ ứ ấ ủ ệ
vi c gi i ph ng trình sóng Schrệ ả ươ ödinger đ i v i h vi mô đó.ố ớ ệ
•Ph ng trình sóng Schrươ ödinger c b n mô t s chuy n đ ng c aơ ả ả ự ể ộ ủ
h t vi mô trong tr ng th năng đ i v i tr ng h p tr ng thái c a h khôngạ ườ ế ố ớ ườ ợ ạ ủ ệ
thay đ i theo th i gian (tr ng thái d ng):ổ ờ ạ ừ
( )
0ΨVE
h
m8π
z
Ψ
y
Ψ
x
Ψ
2
2
2
2
2
2
2
2
=−+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
Trong đó:
o∂ - vi phân riêng ph nầ
om - kh i l ng h t vi môố ượ ạ
oh – h ng s Plankằ ố
oE – năng l ng toàn ph n c a h t vi mô (t ng đ ng năng và th năng)ượ ầ ủ ạ ổ ộ ế
oV - th năng c a h t vi mô, ph thu c vào to đ x, y, zế ủ ạ ụ ộ ạ ộ
oΨ - hàm sóng đ i v i các bi n x, y, z mô t s chuy n đ ng c a h t viố ớ ế ả ự ể ộ ủ ạ
mô đi m có t a đ x, y, z.ở ể ọ ộ
- Sau khi gi i ph ng trình Schrả ươ ödinger thu đ c hàm ượ Ψ, ng i ta bình ph ng hàmườ ươ
Ψ thì thu đ c hàm ượ Ψ2:
Ψ2 – m t đ xác su t có m t c a h t vi mô t i đi m có t a đ x, y, z.ậ ộ ấ ặ ủ ạ ạ ể ọ ộ
- Xét trong không gian dV:
Ψ2dV – xác su t có m t c a e trong vùng không gian dVấ ặ ủ
•Khi gi i ph ng trình sóng Schrả ươ ödinger cho các h nguyên t khácệ ử
nhau ng i ta th y xu t hi n 4 đ i l ng không th nguyên nh ng l i xácườ ấ ấ ệ ạ ượ ứ ư ạ
đ nh tr ng thái c a electron trong nguyên t . ị ạ ủ ử Đó là 4 s l ng tố ượ ử.
Chú ý: Ph ng trình sóng Schrươ ödinger ch gi i đ c chính xác cho tr ng h p hỉ ả ượ ườ ợ ệ
m t nguyên t H. Đ i v i các h vi mô ph c t p h n ph i gi i g n đúng.ộ ử ố ớ ệ ứ ạ ơ ả ả ầ
5
