zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Tài liệu tham khảo: Chương 2. Cấu tạo nguyên tử

Chia sẻ: Dinh Trang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

80
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nguyên tử là tiểu phần nhỏ nhất của môn nguyên tố hóa học, không thể chia nhỏ hơn nữa về mặt hóa học và không bị thay đổi trong các phản ứng hóa học

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu tham khảo: Chương 2. Cấu tạo nguyên tử

TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 CHÖÔNG 2 CAÁU TAÏO NGUYEÂN TÖÛ I . CAÁU TAÏO NGUYEÂN TÖÛ I . 1 Nguyeân töû : Nguyeân töû laø tieåu phaàn nhoû nhaát cuûa moät nguyeân toá hoùa hoïc , khoâng theå chia nhoû hôn ñöôïc nöõa veà maët hoùa hoïc vaø khoâng bò thay ñoåi trong caùc phaûn öùng hoùa hoïc. Nhö vaäy, moãi nguyeân toá hoùa hoïc ñöôïc caáu taïo töø moät loaïi nguyeân töû. I . 2 Caáu taïo nguyeân töû : Nguyeân töû coù hai phaàn : moät haït nhaân tích ñieän döông vaø moät lôùp voû electron tích ñieän aâm. Haït nhaân chöùa caùc haït proton mang ñieän tích döông vaø caùc haït neutron khoâng mang ñieän. Lôùp voû electron goàm caùc electron mang ñieän tích aâm. Proton vaø electron coù cuøng giaù trò ñieän tích nhöng traùi daáu. Nguyeân töû luoân trung hoaø ñieän, nghóa laø noù coù soá proton baèng ñuùng soá electron. Khoái löôïng cuûa proton xaáp xæ khoái löôïng cuûa neutron (mp = 1,6726.10-27kg , mn = 1,6749.10-27kg) vaø gaáp hôn 1800 laàn khoái löôïng cuûa electron (me = 9,1095.10-31kg), do ñoù haàu nhö toaøn boä khoái löôïng cuûa nguyeân töû taäp trung trong haït nhaân. Kích thöôùc cuûa haït nhaân raát nhoû so vôùi kích thöôùc cuûa nguyeân töû. Moãi loaïi nguyeân töû coù moät soá löôïng proton xaùc ñònh , coøn soá löôïng neutron coù theå thay ñoåi. Do ñieàu naøy moät nguyeân toá coù theå coù nhieàu ñoàng vò. Ví duï : oxy coù 3 ñoàng vò 16O, 17 O, 18O. Soá proton cuûa oxy baèng 8, soá neutron cuûa oxy thay ñoåi töø 8 trong 16O ñeán 10 trong 18O. Trong caùc phaûn öùng hoaù hoïc haït nhaân khoâng thay ñoåi maø chæ coù söï thay ñoåi cuûa lôùp voû electron, vì vaäy tính chaát hoùa hoïc cuûa caùc nguyeân toá phuï thuoäc vaøo caáu taïo cuûa lôùp voû electron. Hình 2.1 Sô ñoà nguyeân töû Na cuûa Bohr 1
TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 Baøi taäp: Baøi 2-1. Ngöôøi ta döïa vaøo ñieàu naøo ñeå khaúng ñònh chaát thu ñöôïc laø moät nguyeân toá hoùa hoïc môùi. Baøi 2-2. Vì sao khi tính toaùn moät phaûn öùng oxy hoùa – khöû, ngöôøi ta khoâng quan taâm ñeán söï thay ñoåi khoái löôïng cuûa chaát do söï chuyeån dòch electron? Baøi 2-3. Vì sao nguyeân töû löôïng cuûa nguyeân toá thöôøng khoâng phaûi laø soá nguyeân. Baøi 2-4. Trong phaûn öùng hoùa hoïc phaàn naøo cuûa nguyeân töû thay ñoåi? Phaàn naøo cuûa nguyeân töû khoâng ñoåi? II . CAÁU TAÏO LÔÙP VOÛ ELECTRON CUÛA NGUYEÂN TÖÛ. Theo quan nieäm hieän ñaïi , electron vöøa coù tính chaát haït vöøa coù tính chaát soùng, do ñoù khoâng theå xaùc ñònh chính xaùc ñoàng thôøi toác ñoä vaø vò trí cuûa electron . Ngöôøi ta chæ coù theå tính toaùn ñöôïc khoaûng khoâng gian coù xaùc suaát cao tìm thaáy electron. Khoaûng khoâng gian naøy ñöôïc goïi laø ñaùm maây electron. Trong lôùp voû electron cuûa nguyeân töû caùc electron khoâng chuyeån ñoäng moät caùch tuøy tieän maø tuaân theo moät söï saép xeáp nghieâm ngaët sao cho moãi electron coù moät traïng thaùi rieâng bieät.Traïng thaùi cuûa electron trong nguyeân töû ñöôïc ñaëc tröng bôûi caùc giaù trò naêng löôïng, kích thöôùc, hình daïng vaø söï ñònh höôùng trong khoâng gian cuûa ñaùm maây electron vaø ñöôïc goïi laø orbital nguyeân töû. Traïng thaùi cuûa electron ñöôïc bieåu thò bôûi giaù trò cuûa ba soá löôïng töû n , ℓ vaø mℓ. Döôùi ñaây chuùng ta xem xeùt yù nghiaõ vaø caùc giaù trò ñònh löôïng cuûa ba soá löôïng töû naøy. II . 1 Soá löôïng töû chính (n) Naêng löôïng cuûa electron trong nguyeân töû bò löôïng töû hoùa vaø ñöôïc quy ñònh chuû yeáu bôûi giaù trò cuûa soá löôïng töû chính (kyù hieäu baèng chöõ n). Soá löôïng töû chính coù theå nhaän nhöõng giaù trò soá nguyeân döông : 1, 2 , 3 , 4 …. Electron ôû traïng thaùi n = 1 coù naêng löôïng nhoû nhaát. Khi n taêng naêng löôïng cuûa electron taêng. Soá löôïng töû chính quyeát ñònh caû kích thöôùc cuûa ñaùm maây electron. Ñaùm maây electron ôû traïng thaùi n = 1 coù kích thöôùc nhoû nhaát. Giaù trò n taêng, kích thöôùc cuûa ñaùm maây electron taêng.. Ngöôøi ta kyù hieäu caùc möùc löôïng töû cuûa electron theo caùc giaù trò cuûa n nhö sau : Soá löôïng töû chính n : 1234 5 6 7… Kyù hieäu caùc möùc löôïng töû : K L M N O P Q… Caùc electron coù cuøng giaù trò n trong moät nguyeân töû hoïp thaønh moät lôùp löôïng töû II .2 Soá löôïng töû orbital (ℓ) Khoâng chæ naêng löôïng cuûa electron vaø kích thöôùc cuûa ñaùm maây electron chæ coù theå nhaän nhöõng giaù trò xaùc ñònh maø hình daïng cuûa ñaùm maây electron cuõng khoâng theå tuøy yù ñöôïc. Hình daïng cuûa ñaùm maây electron ñöôïc xaùc ñònh baèng soá löôïng töû orbital (kyù hieäu baèng chöõ ℓ). Soá löôïng töû orbital cuõng coù nhöõng giaù trò nguyeân döông vaø bò raøng buoäc bôûi giaù trò cuûa soá löôïng töû chính n theo bieåu thöùc : ℓ = 0 , 1 , 2 , 3 … (n –1) (2.1) Theo bieåu thöùc (2.1) , öùng vôùi moãi giaù trò cuûa n coù n giaù trò ℓ Ví duï : n=1 ℓ=0 n = 2 ℓ1 = 0 vaø ℓ2 = 1 2
TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 n = 3 ℓ1 = 0 , ℓ2 = 1 vaø ℓ3 = 2 Ñoái vôùi caùc nguyeân töû coù nhieàu electron thì naêng löôïng cuûa caùc electron coù cuøng traïng thaùi löôïng töû n coù söï khaùc nhau chuùt ít vaø ñöôïc ñaëc tröng baèng soá löôïng töû orbital. Ví duï: Caùc electron ôû traïng thaùi löôïng töû n = 2 vaø ℓ = 0 coù naêng löôïng thaáp hôn caùc electron ôû traïng thaùi löôïng töû n = 2 vaø ℓ = 1. Caùc electron trong moät lôùp löôïng töû n coù cuøng giaù trò ℓ hoïp thaønh moät phaân lôùp löôïng töû. Caùc phaân lôùp löôïng töû ñöôïc kyù hieäu baèng caùc chöõ caùi thöôøng nhö sau: Soá löôïng töû orbital ℓ: 0 1 2 3 4 5… Kyù hieäu cuûa phaân lôùp löôïng töû : s p d f g h… Caùc orbital s coù daïng khoái caàu. Caùc orbital p coù daïng hai khoái caàu tieáp xuùc nhau. Caùc orbital d noùi chung coù daïng boán khoái caàu bieán daïng tieáp xuùc nhau (hình 2.2). (Caùc orbital f coù daïng goàm moät soá khoái caàu coù kích thöôùc khaùc nhau tieáp xuùc nhau). Caùc phaân lôùp löôïng töû trong nguyeân töû ñöôïc kyù hieäu baèng söï toå hôïp giaù trò cuûa soá löôïng töû n vaø kyù hieäu cuûa soá löôïng töû ℓ. Ví duï : 1s ( n = 1 , ℓ = 0 ); 2p ( n = 2 , ℓ = 1); 3d ( n = 3 , ℓ = 2 ). Hình 2.2 Hình daïng moät soá loaïi orbital II .3 Soá löôïng töû töø (mℓ) Ngöôøi ta ñaõ tìm thaáy raèng moät phaân lôùp löôïng töû coù theå coù nhieàu orbital. Caùc orbital trong cuøng moät phaân lôùp löôïng töû coù naêng löôïng vaø hình daùng gioáng nhau nhöng coù söï ñònh höôùng khaùc nhau trong khoâng gian. Soá löôïng töû töø (kyù hieäu laø mℓ) ñaëc tröng cho söï khaùc nhau naøy. Caùc giaù trò cuûa soá löôïng töû töø laø caùc soá nguyeân 3
TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 döông, nguyeân aâm vaø soá khoâng vaø bò raøng buoäc bôûi giaù trò cuûa soá löôïng töû orbital theo ñaúng thöùc döôùi ñaây : mℓ = 0 , ± 1 , ± 2 , ± 3 …± ℓ ( 2.2) Ñaúng thöùc (2.2) cho thaáy tuøy thuoäc vaøo giaù trò ℓ , caùc phaân lôùp löôïng töû coù soá orbital khaùc nhau . Soá orbital trong moät phaân lôùp löôïng töû baèng 2ℓ + 1 . Nhö vaäy phaân lôùp s coù 1 orbital , phaân lôùp p coù 3 orbital , phaân lôùp d coù 5 orbital vaø phaân lôùp f coù 7 orbital. Caùc orbital trong moät phaân lôùp löôïng töû coù söï ñònh höôùng khaùc nhau . Ví duï phaân lôùp löôïng töû ℓ = 2 coù 3 orbital ñònh höôùng theo 3 truïc toïa ñoä: truïc x – px ; truïc y – py vaø truïc z – pz . (hình 2.2) II . 4 Soá löôïng töû spin (mS) Ngoaøi ba soá löôïng töû n, ℓ, mℓ, electron coøn ñöôïc ñaëc tröng baèng soá löôïng töû thöù tö goïi laø soá löôïng töû spin. Soá löôïng töû spin (kyù hieäu laø mS) ñaëc tröng cho söï töï quay cuûa electron xung quanh truïc cuûa mình. Soá löôïng töû spin chæ coù hai giaù trò: +1/2 vaø –1/2. Toùm laïi: traïng thaùi electron trong nguyeân töû ñöôïc ñöôïc xaùc ñònh hoaøn toaøn baèng boán soá löôïng töû : n , ℓ , mℓ vaø mS . Baøi taäp: Baøi 2-5. Cho bieát caùc orbital döôùi ñaây coù giaù trò caùc soá löôïng töû chính, soá löôïng töû orbital, soá löôïng töû töø baèng bao nhieâu. (Quy öôùc: giaù trò soá löôïng töû töø tính töø giaù trò nhoû nhaát ñeán giaù trò lôùn nhaát): a) 3s b) 4d c) 5p d) 4f e) 5g f) 6p g) 7s Baøi 2-6. Hình 2.1 sai hay ñuùng? Taïi sao? Baøi 2-7. Orbital nguyeân töû laø gì? Baøi 2-8. Caùc electron trong moät lôùp löôïng töû gioáng nhau ôû ñieåm naøo? Khaùc nhau ôû ñieåm naøo? Baøi 2-9. Cho bieát hình daïng orbital 4dYZ vaø 4pZ. Chuùng coù ñieåm naøo gioáng vaø ñieåm naøo khaùc caùc orbital 3dYZ vaø 3pZ. III. SÖÏ SAÉP XEÁP CUÛA ELECTRON TRONG NGUYEÂN TÖÛ VAØ COÂNG THÖÙC CAÁU TAÏO LÔÙP VOÛ ELECTRON CUÛA NGUYEÂN TÖÛ . Caùc electron ôû traïng thaùi beàn vöõng trong nguyeân töû naèm ôû nhöõng traïng thaùi löôïng töû theo moät quy luaät xaùc ñònh. Quy luaät naøy ñöôïc theå hieän trong boán quy taéc sau: - Nguyeân lyù ngoaïi tröø - Nguyeân lyù vöõng beàn - Quy taéc Hund - Quy taéc Clescoâpxki Chuùng ta seõ laàn löôït xem xeùt boán quy taéc naøy. III .1 Nguyeân lyù ngoaïi tröø Trong moät nguyeân töû khoâng theå coù hai electron coù cuøng 4 soá löôïng töû. Veà thöïc chaát nguyeân lyù naøy khaúng ñònh raèng khoâng theå coù hai electron coù maët cuøng moät luùc taïi moät ñieåm naøo ñoù trong moät nguyeân töû. 4
TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 Nguyeân lyù naøy ñöa ñeán keát luaän laø trong moät orbital chæ coù toái ña hai electron coù soá spin khaùc nhau. Töø ñaây suy ra soá electron coù trong moät phaân lôùp löôïng töû cuõng nhö trong moät lôùp löôïng tö laø höõu haïn. Phaân lôùp s coù 2 e , phaân lôùp löôïng töû p coù 6 e, phaân lôùp löôïng töû d coù 10e vaø phaân lôùp löôïng töû f coù 14e … Lôùp löôïng töû K coù 2e, lôùp löôïng töû L coù 8e, lôùp löôïng töû M coù 18e, lôùp löôïng töû N coù 32e … III . 2 Nguyeân lyù vöõng beàn Traïng thaùi beàn vöõng nhaát cuûa electron trong nguyeân töû laø traïng thaùi töông öùng vôùi giaù trò naêng löôïng nhoû nhaát. Nguyeân lyù naøy cho thaáy trong nguyeân töû caùc electron seõ laàn löôït chieám caùc orbital coù naêng löôïng töø thaáp ñeán cao. Ví duï : Phaân lôùp 1s coù naêng löôïng thaáp hôn phaân lôùp 2s, do ñoù 2 electron ñaàu tieân seõ chieám choã trong phaân lôùp 1s tröôùc, 2 electron tieáp theo seõ chieám choã trong phaân lôùp 2s. III . 3 Quy taéc Hund Traïng thaùi beàn cuûa nguyeân töû töông öùng vôùi söï saép xeáp electron theá naøo cho trong giôùi haïn moät phaân möùc naêng löôïng giaù trò tuyeät ñoái cuûa toång spin electron phaûi cöïc ñaïi. Ví duï : Xeùt söï saép xeáp cuûa 2 e treân phaân lôùp löôïng töû 2p Coù hai caùch saép xeáp Caùch 1 Coù toång spin baèng khoâng. ↑↓ Caùch 2 coù toång spin baèng +1. ↑ ↑ Caùch xeáp thöù hai öùng vôùi traïng thaùi beàn cuûa nguyeân töû. III . 4 Quy taéc Clescoâpxki Quy taéc Clescoâpxki cho pheùp thieát laäp daõy phaân lôùp löôïng töû trong caùc nguyeân töû theo naêng löôïng töø thaáp ñeán cao. Quy taéc naøy goàm hai phaàn: a) Söï saép xeáp electron vaøo caùc orbital nguyeân töû khi ñieän tích haït nhaân nguyeân töû taêng leân xaûy ra theo thöù töï töø nhöõng orbital coù toång soá gíaù trò 2 soá löôïng töû (n + l) nhoû hôn ñeán nhöõng orbital coù toång soá giaù trò ñoù lôùn hôn. Ví duï : Electron seõ saép vaøo orbital naøo tröôùc trong hai orbital döôùi ñaây : 3d vaø 4s Orbital 3d coù n = 3 vaø ℓ = 2 , nhö vaäy n + ℓ = 5. Orbital 4s coù n = 4 vaøℓ= 0, n + ℓ = 4. Theo quy taéc a, electron seõ saép vaøo orbital 4s tröôùc. b) Söï saép xeáp electron vaøo caùc orbital nguyeân töû coù toång soá giaù trò (n +ℓ) nhö nhau seõ xaûy ra theo höôùng taêng daàn giaù trò soá löôïng töû chính. Ví duï : Electron seõ saép vaøo orbital naøo tröôùc trong hai orbital döôùi ñaây : 3p vaø 4s Orbital 3p coù n = 3 vaøℓ= 1, n + ℓ = 4. Orbital 4s coù n = 4 vaø ℓ = 0 , n + ℓ = 4. Theo quy taéc b, electron seõ saép vaøo orbital 3p tröôùc . Quy taéc Clescoâpxki cho pheùp thieát laäp daõy phaân lôùp löôïng töû theo söï taêng daàn naêng löôïng nhö sau : 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d... (2.3) 5
TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 Söû duïng 4 quy taéc neâu treân chuùng ta coù theå xaây döïng ñöôïc caáu taïo lôùp voû electron nguyeân töû cuûa haàu heát caùc nguyeân toá. Ví duï : Xaây döïng caáu taïo lôùp voû electron cuûa nguyeân toá coù Z = 15. Giaûi : Caáu taïo lôùp voû electron cuûa nguyeân toá coù Z = 15 laø: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 trong ñoù 3 electron treân phaân lôùp löôïng töû 3p naèm treân 3 orbital khaùc nhau. Hình 2.3 Sô ñoà naêng löôïng cuûa caùc phaân lôùp löôïng töû trong daõy (2.3) Baøi taäp: Baøi 2-10. Vì sao trong moät nguyeân töû khoâng theå coù 2 electron coù cuøng giaù trò 4 soá löôïng töû. Baøi 2-12. Taïi sao naêng löôïng cuûa caùc orbitan trong phaân lôùp 4s laïi thaáp hôn naêng löôïng cuûa caùc orbitan trong phaân lôùp 3d? Baøi 2-13. Haõy vieát caáu hình electron cuûa nguyeân töû photpho. Toång giaù trò spin cuûa noù baèng bao nhieâu? Baøi 2-14. Coù bao nhieâu orbital nguyeân töû trong phaân lôùp löôïng töû ℓ = 2 cuûa lôùp löôïng töû M. Baøi 2-15 Goïi teân vaø veõ caùc orbital nguyeân töû trong baøi 2-14 Baøi 2-16. Haõy xaùc ñònh caùc phaân lôùp löôïng töû trong lôùp löôïng töû N. Lôùp löôïng töû N coù theå chöùa toái ña bao nhieâu electron? 6
TS Hoaøng Ñoâng Nam – Chöông 2 Baøi 2-17. Döïa vaøo traät töï phaân boá caùc möùc naêng löôïng cho bieát caáu taïo lôùp voû electron nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá S (Z=16) , Ti (Z=22) vaø Nd(Z=60). Baøi 2-18. Vieát coâng thöùc electron vaø veõ caùc orbital nguyeân töû lôùp ngoaøi cuøng cuûa : Si (Z=14 , chu kyø V , phaân nhoùm IVA) 7

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.