Ứng Dụng Thuyết Lượng Tử Trong Nguyên Tử Hyđrô: Phân Tích Chi Tiết

Bài 53

Ứ NG D NG C A THUY T L Ủ Ụ NG T Ử

TRONG NGUYÊN T HYĐRÔ Ế ƯỢ Ử

Ộ

Ử

Ự Ạ

Ả

N I DUNG BÀI M I Ớ I-M U NGUYÊN T BOHR Ẫ II-GI I THÍCH S T O THÀNH QUANG PH V CH C A HYĐRÔ

Ổ Ạ

Ủ

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Quốc Lớp Lý 4

Tài li u tham kh o

II-Quang ph v ch Hyđrô ổ ạ

ệ

ả

Borh

ẫ

ử

I-M u nguyên t

I-M U NGUYÊN T BOHR

Ử

Ẫ

ẫ

ệ ể

ươ ộ

A)VÀI NÉT V CÁC M U Ẫ Ề C ĐÓ NGUYÊN T TR Ử ƯỚ Thomson. 1)M u nguyên t ử -Là qu c u đ c mang đi n tích ả ầ ặ ng,các electron chuy n d đ ng trong qu c u đó. ả ầ

M U NGUYÊN T THOMSON

Ử

Ẫ

Thomson

2) M u nguyên t

Rutherford

ẫ

ử

Để khắc phục những khó khăn của mẫu nguyên tử Thomson, năm 1911 học trò của Thomson là Rutherford đã làm nhiều thí nghiệm dùng electron bắn vào lá vàng mỏng, ông nhận xét nguyên tử không thể có cấu tạo là quả cầu đặc từ đó ông đưa ra mẫu nguyên tử Rutherford.

Còn có tên gọi là mẫu hành tinh: bao gồm các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân mang điện tích dương.

Ẫ

M U NGUYÊN T HÀNH TINH CHO Ử NGUYÊN T HYĐRÔ

Ử

RUTHERFORD

Ẫ

M U NGUYÊN T HÀNH TINH CHO Ử 1 S NGUYÊN T HÓA H C KHÁC. Ố

Ọ

Ố

Cả hai mẫu nguyên tử trên đều gặp khó khăn trong việc giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử Hyđrô

Năm 1913, Bohr vận dụng tinh thần của thuyết lượng tử để xây dựng mẫu nguyên tử Bohr với 2 tiên đề chính sau đây:

Bohr

B)MẪU NGUYÊN TỬ BOHR

a)Tiên đề 1:(Về các trạng thái dừng) nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng

thái có năng luợng xác định gọi là trạng thái dừng.Trong các trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ.

Như trong mô hình sau electron trong nguyên tử hyđrô đang tồn tại ở trạng thái dừng thứ nhất.

b)Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ nguyên tử: Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng

Sang trạng thái dừng có năng lượng nhỏ hơn

mE thì nguyên tử phát ra 1 phôtôn có năng e = lượng đúng bằng :

B)MẪU NGUYÊN TỬ BOHR

=

h f

E

E n

#)Hệ quả:

Trong trạng thái dừng của các nguyên tử,

electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định ,gọi là các quỹ đạo dừng.

Đối với nguyên tử Hyđrô, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp.

#)Hệ quả:

Quỹ đạo thứ nhất có bán kính:

04 r

Quỹ đạo thứ hai có bán kính: ………….. Trong đó:

r 0 5,3.10

Gọi là bán kính Bohr Quỹ đạo có bán kính càng lớn thì ứng với năng

lượng lớn và ngược lại.

Tên quỹ đạo theo thứ tự từ 1 đến 6 là: K, L, M, N, O, P Ví dụ:

Năng l ượ Năng l ượ trong nguyên t trong nguyên t ở ạ ở ạ

ng và qu đ o c a electron ỹ ạ ủ ng và qu đ o c a electron ỹ ạ ủ tr ng thái Hyđrô ử Hyđrô tr ng thái ử c b n ơ ả c b n ơ ả

Năng l ượ Năng l ượ trong nguyên t trong nguyên t ng và qu đ o c a electron ỹ ạ ủ ng và qu đ o c a electron ỹ ạ ủ tr ng thái Hyđrô tr ng thái Hyđrô ở ạ ở ạ

ử ử ế ếti p theo ti p theo

Xét nguyên tử Hyđrô ở trạng thái như hình vẽ. Hiện tượng gì xảy ra khi electron chuyển xuống trạng thái có mức năng lượng thấp hơn?

Trả lời: Nguyên tử Hyđrô sẽ bức xạ một phôtôn

Bài 53:

Ứ NG D NG C A THUY T L Ủ Ụ NG T Ử

NỘI DUNG BÀI MỚI: IMẪU NGUYÊN TỬ BOHR IIGIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH CỦA HYĐRÔ

TRONG NGUYÊN T HYĐRÔ Ế ƯỢ Ử

II-Quang ph v ch Hyđrô

Tài li u tham kh o

ổ ạ

ệ

ả

Borh

ẫ

ử

I-M u nguyên t

Ả

Ự Ạ

II-GI I THÍCH S T O THÀNH QUANG PH V CH C A HYĐRÔ

Ổ Ạ

Ủ

Thực nghiệm cho thấy các vạch trong quang phổ phát xạ của Hydrô sắp xếp thành những dãy xác định, tách rời hẳn nhau.

+)Vùng tử ngoại: Dãy Lyman

+)Dãy Balmer một phần nằm trong vùng tử ngoại,

một phần thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy.

+)Vùng hồng ngoại: Dãy Paschen Giải thích ?

ậ ậ

ng kích thích, các Khi nh n đ ng kích thích, các Khi nh n đ electron chuy n lên qu đ o có m c năng ứ electron chuy n lên qu đ o có m c năng ứ

c năng l ượ c năng l ượ ể ể l ượ l ượ

ấ ấ

ng ng ượ ượ ỹ ạ ỹ ạ ơ ơ ỹ ạ ỹ ạ c năng l c năng l ng cao h n. ng cao h n. qu đ o th nh t Ví d : electron đang ở Ví d : electron đang qu đ o th nh t ở nh hình v nh n đ ượ nh hình v nh n đ ượ ứ ứ ượ ượ ụ ụ ư ư ẽ ẽ ậ ậ

Nó sẽ chuyển lên mức năng lượng cao hơn tương ứng với năng lượng nhận được và tồn tại ở trạng thái kích thích

Thời gian sống ở trạng thái kích thích rất ngắn, sau đó các electron chuyển xuống trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát ra phôtôn

Vậy, khi electron chuyển từ trang thái có mức năng lượng cao xuống trạng thái có mức năng luợng thấp thì nó phát ra phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu mức lượng ứng với hai quỹ đạo đó năng

e =

=

h f

E n

E m

Mỗi phôtôn có tần số f lại ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định bởi:

l =

c f

KẾT LUẬN

Mỗi sóng ánh sáng đơn sắc lại cho một vạch quang phổ có màu nhất định. Vì vậy quang phổ là quang phổ vạch.

Có sự tạo thành các dãy vì: +) Dãy Lyman: do sự bức xạ phôtôn của các electron

khi chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo K.

+) Dãy Balmer: do sự bức xạ phôtôn của các electron

khi chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo L.

+) Dãy Paschen: do sự bức xạ phôtôn của các electron khi chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo M.

N

M

Sự tạo thành các dãy quang phổ có thể tóm tắt qua sơ đồ sau:

L

K

Lyman Balmer Paschen

Sơ đồ tạo thành các dãy quang phổ, sự iôn hóa và bước sóng của các phổ của nguyên tử Hyđrô

Những kết quả thực nghiệm đo bước sóng các phổ đều cho thấy sự trùng khớp với lí thuyết Bohr.

Tài liệu tham khảo:

Mẫu nguyên tử Bohr vẫn gặp những khó khăn nhất định trong việc giải thích quang phổ của các nguyên tử nhiều electron, sau này lí thuyết lượng tử phát triển đã cho ra đời mẩu nguyên tử có nhiều ưu điểm hơn, mẫu này có mô hình như hình vẽ.

ự ự

ẽ ẽ

Xét phân t Xét phân t ng t l ử ượ l ng t ử ượ gi a các Orbital nh mô hình ữ gi a các Orbital nh mô hình ữ

Hyđrô, theo mô hình ử Hyđrô, theo mô hình ử thì nó s có s lai hóa thì nó s có s lai hóa ư ư

tham tham

ữ ữ

ọ ọ

li u kh o T ệ ả ư li u kh o T ệ ả ư V i nh ng thành công c a ủ ữ ớ V i nh ng thành công c a ủ ữ ớ Bohr, Bohr m u nguyên t ử ẫ Bohr, Bohr m u nguyên t ử ẫ đã đ ng vào hàng ngũ ứ đã đ ng vào hàng ngũ ứ nh ng nhà khoa h c thiên nh ng nhà khoa h c thiên tài cùng Albert Einstein tài cùng Albert Einstein

e =

Sau khi Bohr mất (1963), chính phủ Đan Mạch đã tổ chức nhiều hoạt động tưởng nhớ và đưa hình ông lên tem, điều mà trước đây chỉ dành cho các chính trị gia và các thành viên hoàng tộc mà thôi. Công thức ông đưa ra đã là nền tảng cơ bản cho vật lí nguyên tử phát triển mạnh mẽ suốt thế kỉ 20. = E h f n