1 / 49

Đại Học Công Nghiệp Tp HCM

Đại Học Công Nghiệp Tp HCM. Khoa Khoa Học Cơ Bản. BÀI GIẢNG VLDC chủ đề: VẬT LÍ NGUYÊN TỬ. Thọt Sĩ Đỗ Quốc Huy. MỤC TIÊU. Sau khi học xong bài này, SV phải:.

crwys
Download Presentation

Đại Học Công Nghiệp Tp HCM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Đại Học Công Nghiệp Tp HCM • Khoa Khoa Học Cơ Bản BÀI GIẢNG VLDC chủ đề:VẬT LÍ NGUYÊN TỬ Thọt Sĩ Đỗ Quốc Huy

  2. MỤC TIÊU Sau khi học xong bài này, SV phải: • Nêu được các kết luận về năng lượng, sự sắp xếp các trạng thái, cấu tạo vạch quang phổ của nguyên tử Hydro và các nguyên tử kim loại kiềm. • Nêu được tính chất lượng tử hóa của mômen động lượng quĩ đạo, mômen spin. • Nêu được qui luật phân bố các nguyên tố trong bảng HTTH và giải thích qui luật đó.

  3. NỘI DUNG: *** I – NGUYEÂN TÖÛ HYDROGEN II – NGUYEÂN TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM III – MOÂMEN ÑOÄNG LÖÔÏNG VAØ MOÂMEN TÖØ CUÛA ELECTRON CHUYEÅN ÑOÄNG XUNG QUANH HAÏT NHAÂN IV – SPIN CUÛA ELECTRON V – HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV VI – BAØI TAÄP

  4. r I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN: 1 - C/đ của electron trong n/tử hydrogen: Thế năng tương tác giữa hạt nhân và electron là: trong ñoù 0 = 8,86.10-12 C2/N.m2 Vaäy phöông trình Schrodinger coù daïng:

  5. Nghiệm của (7.2) có dạng: (r,,) = Rnl (r) Ylm (,) (7.3) Caùc soá n, , m nhaän caùc gía trò: I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN: 1 - C/đ của electron trong n/tử hydrogen: Soá nguyeân n ñöôïc goïi laø soá löôïng töû chính. Soá nguyeân  laø soá löôïng töû quyõ ñaïo (orbital) Soá nguyeân m laø soá löôïng töû töø.

  6. trong ñoù laø haèng soá Rydberg. I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN: 1 - C/đ của electron trong n/tử hydrogen: Naêng löôïng cuûa electron:

  7. W Kích thích W4 Lôùp N W3 Lôùp M Lôùp L W2 Cô baûn W1 Lôùp K 2. Các kết luận: a. Naêng löôïng bò löôïng töû hoùa: Nhận xét: W < 0: nl liên kết. Khi n  thì W= 0 Nl ion hóa:  = W- W1 = Rh = 2,185.10 -18 J =13,5 eV Caùc möùc kích thích Möùc cô baûn

  8. Haøm soùng cuûa electron phuï thuoäc vaøo 3 soá löôïng töû n,  vaø m: nm(r,,) = Rn(r)Ym(,) Có: traïng thaùi löôïng töû khaùc nhau. 2. Các kết luận: b. Haøm soùng cuûa electron vaø soá caùc traïng thaùi löôïng töû: Có bao nhiêu trạng thái ứng với số lượng tử n? n = 1, naêng löôïng W1, coù moät traïng thaùi löôïng töû, goïi laø traïng thaùi cô baûn. n = 2, naêng löôïng W2, coù 4 traïng thaùi löôïng töû. n baát kyø, coù n2 traïng thaùi löôïng töû. Ta noùi raèng möùc naêng löôïng Wnsuy bieán baäc n2.

  9. 2. Các kết luận: b. Haøm soùng cuûa electron vaø soá caùc traïng thaùi löôïng töû: Traïng thaùi öùng vôùi  = 0 laø traïng thaùi s Traïng thaùi öùng vôùi  = 1 laø traïng thaùi p Traïng thaùi öùng vôùi  = 2 laø traïng thaùi d Traïng thaùi öùng vôùi  = 3 laø traïng thaùi f

  10. 0 r a0 2. Các kết luận: c. Xaùc suaát tìm thaáy electron phuï thuoäc baùn kính r: a0 = 0,53.10 – 10 m

  11. W = 0 W4 = -Rh/16 Lôùp N W3 = -Rh/9 Lôùp M Möùc KT Lôùp L W2 = -Rh/4 Böùc xaï ñieän töø hay photon Möùc CB W1= -Rh Lôùp K 2. Các kết luận: d. Caáu taïo vaïch cuûa quang phoå hydrogen Khi electron chuyeån töø möùc cao xuoáng möùc thaáp seõ phaùt ra böùc xaï ñieän töø vôùi naêng löôïng  = Wn - Wm

  12. (7.8) nên : Lyman Paschen Balmer 2. Các kết luận: d. Caáu taïo vaïch cuûa quang phoå hydrogen Ta có: = Wn – Wm Mà :

  13. 5 Pfund 4 Brackett 3 Paschen (Hoàng ngoaïi) 2 Daõy Balmer (Nhìn thaáy) 1 Daõy Lyman (Töû ngoaïi) 2. Các kết luận: d. Caáu taïo vaïch cuûa quang phoå hydrogen

  14. Loõi 1H13Li611Na23 II – NGUYEÂN TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM 1 - Caùc nguyeân töû kim loaïi kieàm: Caáu taïo cuûa chuùng töông töï nhö hydrogen. Do ñoù, tính chaát quang hoïc cuûa nguyeân töû kim loaïi kieàm, veà caên baûn gioáng tính chaát cuûa nguyeân töû hydrogen.

  15. II – NGUYEÂN TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM 2 - Naêng löôïng cuûa electron hoùa trò:  laø soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo soá löôïng töû , coù giaù trò khaùc nhau öùng vôùi caùc traïng thaùi khaùc nhau.

  16. II – NGUYEÂN TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM 2 - Naêng löôïng cuûa electron hoùa trò: Sự sắp xếp các mức năng lượng tuân theo qui tắc Cletkopxki: Các mức năng lượng được sắp xếp từ thấp đến cao sao cho tổng (n + ) tăng dần; với cùng một giá trị (n + )thì n nhỏ sẽ ở mức thấp hơn. Do naêng löôïng cuûa electron hoùa trò phuï thuoäc vaøo n vaø  neân ngöôøi ta kyù hieäu caùc möùc naêng löôïng bôûi nX vôùi:  = 0  X = S  = 1  X = P  = 2  X = D  = 3  X = F

  17. 4F 4D 4P 4F 3D 4F 4S 4D 4D 4P N 4P 3D 3D 4S 4S 3P 3P M 3S 3S 2P L 2S Kim loaïi kieàm K II – NGUYEÂN TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM 2 - Naêng löôïng cuûa electron hoùa trò: 1H 3Li 11Na 19K

  18. - Tuaân theo quy taéc löïa choïn :  = 1 (7.10) II – NGUYEÂN TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM 3 - Quang phoå cuûa nguyeân töû kim loaïi kieàm: Vieäc chuyeån möùc naêng löôïng tuaân theo caùc quy taéc: - Chuyeån töø möùc naêng löôïng cao veà möùc naêng löôïng thaáp hôn.

  19. 4F 4D 4P 4S 3D 3P 3S Daõy cô baûn: 3S - nP 2P Daõy phuï II: 2P - nS Daõy phuï I: 2P - nD 2S Daõy chính: 2S - nP Sô ñoà quang phoå cuûa lithium. Kyù hieäu 2S – nP ñeå chæ dòch chuyeån nP  2S.

  20. Lz = m (7.12) III – MOÂMEN ÑOÄNG LÖÔÏNG VAØ MOÂMEN TÖØ CUÛA ELECTRON CHUYEÅN ÑOÄNG XUNG QUANH HAÏT NHAÂN 1. Moâmen ñoäng löôïng (moâmen orbital): Tuy electron không có qũi đạo xác định, nhưng mômen động lượng của electron lại có giá trị xác định: Trong ñoù  laø soá löôïng töû quyõ ñaïo (orbital). Hình chieáu cuûa moâmen ñoäng löôïng leân phöông Oz: Trong ñoù m laø soá löôïng töû töø .

  21. z z +2 + +  0 0 -  - -2

  22. Electron chuyeån ñoäng quanh haït nhaân taïo neân doøng ñieän. Doøng ñieän naøy coù moâmen töø ngöôïc chieàu vaø tæ leä vôùi : Vì vector khoâng coù höôùng xaùc ñònh neân moâmen töø cuõng khoâng coù höôùng xaùc ñònh. Hình chieáu cuûa moâmen töø leân moät phöông z baát kyø baèng: goïi laø manheton Bohr. III.2. Moâmen tö:ø

  23. H  0 H = 0 S N III – MM ÑL VAØ MM TÖØ CUÛA ELECTRON: 3. Hiệu ứng Zeeman: Hiệu ứng Zeeman laø höôïng töôïng taùch vaïch quang phoå nguyeân töû hydrogen thaønh nhieàu vaïch sít nhau khi nguyeân töû ñaët trong töø tröôøng.

  24. Vì electron coù moâmen töø neân khi nguyeân töû hydrogen ñaët trong töø tröôøng electron coù theâm naêng löôïng phuï: Giaûi thích hiệu ứng Zeeman: Do đó, naêng löôïng cuûa electron coøn phuï thuoäc vaøo soá löôïng töû töø m: W’ = W + mBB, trong ñoù W laø naêng löôïng cuûa electron khi không có töø tröôøng. Suy ra, tần số bức xạ điện từ’:

  25. H = 0 H  0 Giaûi thích hiệu ứng Zeeman: Do quy taéc löïa choïn ñoái vôùi m:m = 0, 1, nên nghóa laø moät vaïch quang phoå khi khoâng coù töø tröôøng seõ ñöôïc taùch thaønh 3 vaïch khi coù töø tröôøng, trong ñoù vaïch giöõa truøng vôùi vaïch cuõ.

  26. Đặc trưng cho chuyển động riêng của electron là momen Spin . (coi như momen đl riêng) vôùi s = , goïi laø soá löôïng töû spin, hay goïi taét laø spin. Ñaây laø moät khaùi nieäm thuaàn tuùy löôïng töû, khoâng coù trong cô hoïc coå ñieån. Cô hoïc löôïng töû ñaõ tìm ñöôïc bieåu thöùc ñoái vôùi giaù trò cuûa moâmen spin: Hình chieáu cuûa moâmen spin leân truïc z tuøy yù baèng: IV – SPIN CUÛA ELECTRON 1 - Spin:

  27. vaø hình chieáu cuûa mômen từ riêng treân truïc z: IV – SPIN CUÛA ELECTRON 2 - Mômen từ riêng của electron:

  28. Do coù moâmen spin vaø moâmen ñoäng löôïng neân electron coù moâmen toaøn phaàn : vôùi j laø soá löôïng töû moâmen toaøn phaàn, xaùc ñònh bôûi: IV – SPIN CUÛA ELECTRON 3 - Traïng thaùi vaø n/l của electron trong ng/töû:

  29. IV – SPIN CUÛA ELECTRON Do đó, ngoài ba số lượng tử n, , m còn phải đưa vào số lượng tử ms để đặc trưng cho sự định hướng của spin. Vậy trạng thái của một electron trong nguyên tử được xác định bởi 4 số lượng tử n, , m, ms. Veà möùc naêng löôïng, ngoaøi söï phuï thuoäc vaøo caùc soá löôïng töû n vaø , thì W coøn phuï thuoäc vaøo söï ñònh höôùng cuûa spin. Noùi khaùc ñi, naêng löôïng toaøn phaàn cuûa electron phaûi phuï thuoäc vaøo 3 soá löôïng töû laø n,  vaø j. Một mức năng lượng bây giờ được tách làm 2 mức ứng với j = l + ½ và j = l– ½ (trừ trường hợp l = 0, chỉ có 1 mức)

  30. 42P3/2 4P 42P1/2 32D5/2 3D 32D3/2 42S1/2 4S 32P3/2 3P 32P1/2 32S1/2 3S 22P3/2 2P 22P1/2 2S 22S1/2 IV – SPIN CUÛA ELECTRON 3Li coù keå ñeán spin 3Li chöa keå ñeán spin Khoaûng caùch giöõa 2 möùc tách ralà rất nhỏ. Caáu truùc ñoù laø caáu truùc tinh teá cuûa möùc naêng löôïng

  31. Kyù hieäu traïng thaùi electron hoùa trò laø nxj, trong ñoù n laø soá löôïng töû chính ; x = s, p, d, f, …; j =  . IV – SPIN CUÛA ELECTRON 3 - Traïng thaùi vaø n/l của electron trong ng/töû: Kyù hieäu möùc naêng löôïng cuûa electron hoùa trò laø n2Xj X = S, P, D, F, … vôùi  = 0, 1, 2, 3, … Chæ soá 2 beân beân traùi chöõ X chæ caáu taïo boäi keùp cuûa möùc naêng löôïng.

  32. Caùc traïng thaùi vaø möùc naêng löôïng coù theå coù cuûa electron hoùa trò trong nguyeân töû hydrogen vaø caùc nguyeân töû kim loaïi kieàm.

  33. IV – SPIN CUÛA ELECTRON 4 - Caáu tao boäi cuûa vaïch quang phoå: Söû duïng caáu truùc tinh teá cuûa möùc naêng löôïng coù theå giaûi thích ñöôïc caáu taïo boäi 2, 3 cuûa vaïch quang phoå. Do möùc naêng löôïng, ngoaøi söï phuï thuoäc n vaø , coøn phuï thuoäc vaøo j neân khi electron chuyeån töø möùc cao xuoáng möùc thaáp, ngoaøi quy taéc löïa choïn doái vôùi , electron coøn phaûi tuaân theo quy taéc löïa choïn ñoái vôùi j: j = 0, 1 (7.26)

  34. 32P3/2 3P Hình 7.9. Sô ñoà vaïch keùp khi tính tôùi spin electron. a. Vaïch quang phoå khi chöa tính ñeán spin. b. Vaïch keùp khi tính tôùi spin. 32P1/2 2S 22S1/2 a b IV – SPIN CUÛA ELECTRON 4 - Caáu tao boäi cuûa vaïch quang phoå: Ví dụ 1: Vạch đơn: h = 2S – 3P,khi tính đến spin sẽ cho vạch kép (bội hai).

  35. 32D5/2 Hình 7.10. Sô ñoà vaïch boäi ba khi tính tôùi spin electron. a. Vaïch quang phoå khi chöa tính ñeán spin. b. Vaïch boäi ba khi tính tôùi spin. 3D 32D3/2 22P3/2 2P 22P1/2 a b IV – SPIN CUÛA ELECTRON 4 - Caáu tao boäi cuûa vaïch quang phoå: Ví dụ 2: Vạch đơn: h = 2P – 3D,khi tính đến spin sẽ cho vạch bội ba.

  36. Ta biết, neáu chöa keå ñeán spin electron, vôùi moãi trò soá cuûa n ta coù n2 traïng thaùi löôïng töû. Khi keå ñeán 2 ñònh höôùng spin laø vaø thì vôùi moãi trò soá cuûa n ta coù 2n2 traïng thaùi löôïng töû, nghóa laø coù 2n2 electron. V – HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV *** Ñeå giaûi thích quy luaät phaân boá cuûa caùc electron trong baûng tuaàn hoaøn Mendeleev ta söû duïng nguyeân lyù loaïi tröø Pauli: ÔÛ moãi traïng thaùi löôïng töû xaùc ñònh bôûi 4 soá löôïng töû n, , m vaø ms chæ coù theå coù toái ña moät electron.

  37. V – HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV * Vôùi n = 1 ta coù lôùp K vôùi soá toái ña 2 electron * Vôùi n = 2 ta coù lôùp L vôùi soá toái ña 8 electron * Vôùi n = 3 ta coù lôùp M vôùi soá toái ña 18 electron * Vôùi n = 4 ta coù lôùp N vôùi soá toái ña 32 electron Maët khaùc do caùc electron bao giôø cuõng coù khuynh höôùng chieám möùc naêng löôïng thaáp nhaát neân caùc electron phaân boá trong nguyeân töû nhö sau: - Nguyeân töû H coù 1 electron ôû lôùp K - Nguyeân töû He coù 2 electron ôû lôùp K (ñuû soá electron) - Nguyeân töû Li coù 2 electron ôû lôùp K vaø 1 electron ôû lôùp L

  38. V – HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV *** Moãi lôùp laïi chia thaønh caùc lôùp con öùng vôùi caùc giaù trò khaùc nhau cuûa . Moãi lôùp con coù 2(2 + 1) electron. * Lôùp K (n = 1) coù toái ña 2 electron Lôùp naøy chæ coù moät lôùp S vôùi  = 0, chöùa 2(2 + 1) = 2 electron. * Lôùp L (n = 2) coù toái ña 8 electron, goàm 2 lôùp con: - Lôùp con S ( = 0) chöùa 2(2 + 1) = 2 electron - Lôùp con P ( = 1) chöùa 2(2 + 1) = 6 electron

  39. * Lôùp M (n = 3) coù toái ña 18 electron, goàm 3 lôùp con: - Lôùp con S ( = 0) chöùa 2(2 + 1) = 2 electron - Lôùp con P ( = 1) chöùa 2(2 + 1) = 6 electron - Lôùp con D ( = 2) chöùa 2(2 + 1) = 10 electron * Lôùp N (n = 4) coù toái ña 32 electron, goàm 4 lôùp con: - Lôùp con S ( = 0) chöùa 2(2 + 1) = 2 electron - Lôùp con P ( = 1) chöùa 2(2 + 1) = 6 electron - Lôùp con D ( = 2) chöùa 2(2 + 1) = 10 electron - Lôùp con F ( = 3) chöùa 2(2 + 1) = 14 electron

  40. 1S 2S 2P 3S 3P 3D (2) (2) (6) (2) (6) (10) Hình 7.13. Sô ñoà caáu truùc caùc lôùp voû K, L, M cuûa nguyeân töû khi keå ñeán spin.

  41. Quy luaät phaân boá caùc electron quõy ñaïo nhö treân cho pheùp saép xeáp caùc nguyeân toá theo thöù töï taêng daàn soá electron quõy ñaïo. Caáu truùc naøy ñöôïc phaûn aûnh trong baûng heä thoáng tuaàn hoaøn Mendeleev, ñöôïc xaây döïng töø naêm 1869, tröôùc khi hình thaønh moân cô hoïc löôïng töû. Baûng 7.4 saép xeáp caùc electron trong caùc nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá trong 3 haøng ñaàu baûng tuaàn hoaøn Mendeleev.

  42. Baûng 7.4. Baûng saép xeáp caùc electron trong caùc nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá trong 3 haøng ñaàu baûng tuaàn hoaøn Mendeleev.

  43. Töø baûng 7.4 coù theå vieát coâng thöùc caáu truùc lôùp cuûa nguyeân töû. Ví duï ñoái vôùi A coâng thöùc laø 1s22s22p63s23p1, coù nghóa laø ñoái vôùi nguyeân töû naøy ôû traïng thaùi 1s coù 2 electron, traïng thaùi 2s coù 2 electron, traïng thaùi 2p coù 6 electron, traïng thaùi 3s coù 2 electron vaø traïng thaùi 3p coù 1 electron. Cuõng töø baûng 7.4 thaáy raèng caùc khí trô laø caùc khí coù caùc lôùp bò electron choaùng ñaày, ñoù laø caùc nguyeân töû beàn veà maët hoùa hoïc. Toång soá electron choaùng ñaày, theo baûng 7.4, ñoái vôùi caùc khí trô laø 2 (He), 10 (Ne),18 (Ar). Ñoái vôùi caùc khí trô khaùc ta coù soá electron choaùng ñaày laø 36 (Kr), 54 (Xe), 86 (Rn).

  44. BT 7.1 Tìm soá boå chính Rydberg ñoái vôùi soá haïng 3P cuûa nguyeân töû Na bieát raèng theá kích thích ñoái vôùi traïng thaùi thöù nhaát baèng 2,10 voân vaø naêng löôïng lieân keát cuûa electron hoùa trò ôû traïng thaùi 3s baèng 5,14 eV. W3p 3P h = 2,10 eV W3s = - 5,14 eV 3S Baøi giaûi Möùc naêng löôïng ôû traïng thaùi n laø: VII – BAØI TAÄP

  45. Traïng thaùi kích thích thöù nhaát laø 3p öùng vôùi möùc naêng löôïng 3P, coù daïng : h = W3p – W3s = 2,10 eV Theo ñaàu baøi thì: Do ñoù: Ñoái vôùi nguyeân töû Na, electron hoùa trò thuoäc lôùp M, töùc laø n = 3. Traïng thaùi cô baûn laø 3s öùng vôùi möùc naêng löôïng 3S. Theo ñaàu baøi, möùc naêng löôïng cô baûn naøy baèng:

  46. Vaäy soá boå chính Rydberg ñoái vôùi soá haïng 3P cuûa nguyeân töû Na laø: p = - 0,891 Thay soá R = 3,27.1015s-1 ; h = 6,625.10-34J.s ta ñöôïc:

  47. BT 7.2 Trong nguyeân töû hydrogen, electron chuyeån töø traïng thaùi 3p veà traïng thaùi cô baûn. Xaùc ñònh ñoä bieán thieân moâmen töø quyõ ñaïo cuûa electron trong quaù trình ñoù. 3P h = 1S – 3P 1S Baøi giaûi: Moâmen töø quyõ ñaïo cuûa electron : VớiB = 10 - 23 A.m2laø manheton Bohr.

  48. BT 7.3 Trong nguyeân töû, xaùc ñònh soá traïng thaùi electron thuoäc lôùp n = 3 coù cuøng soá löôïng töû: a) ms; b) m = 1; c) m = - 1 và ms = ½ Giải • Đáp số: • 9 • 4 • 2

More Related