file_goc_776664

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:
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
mơmen động lượng quĩ đạo, mơmen
spin.
Nêu được qui luật phân bố các nguyên
tố trong bảng HTTH và giải thích qui
luật đó.


NỘI DUNG:
***
I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN
II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM
III – MÔMEN ĐỘNG LƯNG VÀ
MÔMEN TỪ CỦA ELECTRON CHUYỂN
ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂN

IV – SPIN CỦA ELECTRON
V – HỆ THỐNG
MENDELEEV
VI – BÀI TẬP

TUẦN

HOÀN


I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN:
1 - C/đ của electron trong n/tử hydrogen:
Thế năng tương tác giữa hạt nhân và electron là:
2

q1q 2
e
U=k
=−
r
4πε 0 r

(7.1)

r

trong đó ε 0 = 8,86.10-12 C2/N.m2
Vậy phương
dạng:

trình

Schrodinger

2


2 me
e
Δψ + 2  W +
÷ψ = 0
h 
4πε 0r 

coù

(7.2)


I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN:
1 - C/đ của electron trong n/tử hydrogen:
Nghiệm của (7.2) có dạng:
ψ(r,θ,ϕ) = Rnl (r) Ylm (θ,ϕ)
(7.3)
Các số n, , m nhận các gía trị:
 n = 1, 2, 3, 4,...

l = 0, 1, 2, 3,..., n-1
 m = 0, ± 1, ± 2,...,


(7.4)
±l

Số nguyên n được gọi là số lượng
tử chính.
Số nguyên  là số lượng tử quỹ
đạo
(orbital) m là số lượng tử từ.
Số nguyên


I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN:
1 - C/đ của electron trong n/tử hydrogen:
Năng lượng của electron:

mee4
1
Rh
Wn = − 2
=− 2
2 2
n 2(4πε0 ) h
n
trong đó

(7.5)

4

me e
15 −1
R=
=
3,
27.10
s
2 3
4π(4 πε 0) h

là hằng số Rydberg.

(7.6)


2. Các kết luận:

Rh
Wn hóa:
=− 2
a. Năng lượng bị lượng tử
n

Nhận xét: W < 0: nl liên kết. Khi n → ∞ thì W∞ = 0
Nl ion hóa: ε = W∞ - W1 = Rh = 2,185.10 -18 J =
13,5 eV
Kích
thích

Cơ

W∞
W4
W3

Lớp
N
Lớp

Các
mức
kích
thích

W2

M
Lớp
L

W1

Lớp Mức cơ
bản
K


2. Các kết luận:
b. Hàm sóng của electron và số các
trạng thái lượng tử:

Hàm sóng của electron phụ thuộc
vào 3
số
lượng
n,  và m:
ψnm
(r,θ,ϕ)
= Rtử
n(r)Ym(θ,ϕ)
Có bao nhiêu trạng thái ứng với số lượng tử n?
Có:

n −1

∑ (2l + 1) = n

2

(7.7)

l=0

trạng thái lượng tử khác nhau.
n = 1, năng lượng W1, có một trạng
thái lượng tử, gọi là trạng thái cơ
bản. n = 2, năng lượng W2, có 4 trạng
thái lượng tử. n bất kỳ, có n2 trạng
thái lượng tử. Ta nói rằng mức năng

2. Các kết luận:
b. Hàm sóng của electron và số các
trạng thái lượng tử:
Trạng thái ứng với  = 0
là
trạng
thái
s
Trạng
thái
ứng
với  = 1
là
trạng
thái
p với  = 2 là
Trạng
thái
ứng
trạng
Trạng thái
thái dứng với  = 3 là
trạng thái f


2. Các kết luận:
c. Xác suất tìm thấy electron phụ
thuộc bán kính r:

ωn, (r)

ω1,0 (r)

ω3,1 (r)

0

a
0

a0 = 0,53.10
m

ω 4,1 (r)

r

– 10


2. Các kết luận:
d. Cấu tạo vạch của quang phổ
hydrogen
W∞ = 0
W4 =
-Rh/16
W =
3

-Rh/9
W2 =

-Rh/4

W1= -Rh

Lớp
N
Lớp
Mức
M
KT
Lớp
L
Bức xạ
điện từ
hay photon
Mức
Lớp
CB
K

Khi electron chuyển từ mức cao xuống
mức thấp sẽ phát ra bức xạ điện từ
với năng lượng ε = Wn - Wm


2. Các kết luận:
d. Cấu tạo vạch của quang phổ
hydrogen

Ta có:

Mà :
nên :
Lyman

ε = Wn – Wm

Rh
Wn = − 2 ;
n

ε =hν

1 
 1
ν = R 2 − 2 ÷
n 
m
Balmer

(7.8)
Pasch
1 1 
en

1  ν=R
1 1 
 1
ν = R 2 − 2 ÷ ν = R 2 − 2 ÷
 2− 2÷

3 n 
n 
1 n 
2


2. Các kết luận:
d. Cấu tạo vạch của quang phổ
hydrogen
∞

5
4
3
2

1

Dãy
Balmer
(Nhìn
thấy)

Pfun
Bracke d
tt
Paschen
(Hồng
ngoại)

Dãy Lyman (Tử
ngoại)


II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI
1KIỀM
- Các nguyên tử kim loại kiềm:
3

Li,

11

Na,

19

K,

37

Rb,

55

Cs .

Lo
õi

1

H1

3

Li6

11

Na23

Cấu tạo của chúng tương tự như
hydrogen. Do đó, tính chất quang học
của nguyên tử kim loại kiềm, về
căn bản giống tính chất của


II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI
2KIỀM
- Năng lượng của electron hóa
trị:
Rh
Wnl = −
(7.9)
2
( n + ∆l )
∆  là số hiệu chỉnh phụ thuộc vào
số lượng tử , có giá trị khác nhau
Z

Nguyên
∆ (trạng
= 0) ∆ thái
( = 1) khác
∆ ( = 2) nhau.
∆ ( = 3)
ứng
với
các
tố

s

p

d

f

3

Li

0,412

0,041

0,002

0,000

11

Na

1,373

0,883

0,010

0,001

19

K

2,230

1,776

0,146

0,007

37

Rb

3,195

2,711

1,233

0,012

55

Cs

4,131

3,649

2,448

0,022


II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI
2KIỀM
- Năng lượng của electron hoùa
Sự sắp xếp các mức năng lượng tuân theo qui tắc
trò:
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 năng lượng của electron hóa trị
phụ thuộc vào n và  nên người ta

ký
năng
bởiLớ
nX

Trạng lượng
Mức
 = hiệu
0 → Xcác
= Snmức
thái
n/lượng
p
với:
0
1s
1S
 = 1 → X = P1
K
 = 2 → X = D2

0
1

2s
2p

2S
2P

L

 = 3 → X = F3

0
1
2

3s
3p
3d

3S
3P
3D

M


II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI
2KIỀM
- Năng lượng của electron hóa
trị:
H
1

3

Li

11

N

K

19

a

N
M
L

K

4F
4D
4P
4S

4F
4D
4P
3D
4S
3P
3S

3D

3D

3
3S
P

2P
2S

Kim
loại
kiềm

4F
4D
4P
4S


II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI
KIỀM
3
- Quang phổ của nguyên tử
kim loại kiềm:

Việc chuyển mức năng lượng tuân
theo các quy tắc:
- Chuyển từ mức năng lượng cao về
mức năng lượng thấp hơn.
- Tuân theo quy tắc lựa chọn :

∆ = ± 1

(7.10)


∞

4F
4D
4P
4S

3D
3P
3S

Dãy cơ bản: 3S - nP

2P
Dãy phụ
II:
2P - nS
2S

Dãy phụ I:
2P - nD

Dãy chính: 2S - nP

Sơ đồ quang phổ của lithium.
Ký hiệu 2S – nP để chỉ dịch chuyển
nP → 2S.


III – MÔMEN ĐỘNG LƯNG VÀ
MÔMEN TỪ CỦA ELECTRON CHUYỂN
ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂN
1. Mômen động lượng (mômen
µ
$ →
$
→
→
orbital): r r r
CHCD : L = r × p
CHLT : L = r x p
Tuy electron khơng có qũi đạo xác định, nhưng mơmen
động lượng của electron lại có giá trị xác định:

L = l (l + 1)h

(7.11)

Trong đó  là số lượng tử quỹ đạo
(orbital).
Hình chiếu của mômen động lượng
lên phương Oz:
L =m
(7.12)

z



Trong đó m là số lượng tử từ .


z

z


L

+

+2
+


L

0

0
-


L

-

-2

l =1
L=

l (l + 1) h =

L z = 0, ±h


L 
L


L


L


L

l =2
2h

L=

2(2 + 1)h = h 6

L z = 0, ±  , ± 2


III.2. Mômen tư:ø
Electron chuyển động quanh hạt nhân

tạo nên
dòng điện. Dòng
điện này
µ

có mômen
từ
ngược chiều và tỉ
L
r
e
eh
r
lệ µ
với
:
=L ⇒µ=
l (l +1)
(7.13)

2me

2m e



Vì vector
không có hướng xác định
µ
L
nên mômen từ
cũng không có hướng xác định. Hình
e
e
chiếu của
mômen
từ lên một
µ
=
−
L
=
−
m
h
=
−
m
µ
(7.14)
z
z
B

phương z2m
bất kỳ bằng:
2m
e

e

eh
trong đóμB =
= 10−23 A .m2
2 me
gọi là manheton Bohr.


III – MM ĐL VÀ MM
ELECTRON:
3.
Hiệu ứng Zeeman:

S

TỪ

CỦA

N

H=
0

H≠
0

Hiệu ứng Zeeman là hượng tượng tách
vạch quang phổ nguyên tử hydrogen
thành nhiều vạch sít nhau khi nguyên
tử đặt trong từ trường.


Giải thích hiệu ứng Zeeman:


Vì electron có mômen
µ  từ

nên khi
nguyên tử hydrogen B
đặt trong từ
r
r
trường
electron
có− thêm
năng
∆
W = −(µ.B)
µ z B=-m
µ BB
lượng
Do

đó, phụ:
năng lượng của electron còn
phụ thuộc vào số lượng tử từ m: W’
= W + mµ BB, trong đó W là năng lượng
của
khi
khơng
có từ trường.
Suy
ra, electron
tần số bức xạ
điện
từ ν’:

W − W W2 − W1 (m 2 − m1 ) μ B B
v =
=
+
h
h
h
∆mμ BB
,
v = v0 +
h
,

'
2

'
1


Giải thích hiệu ứng Zeeman:
Do quy tắc lựa chọn đối với m: ∆m = 0,
± 1, nên

μB

ν− h B

ν' =  ν

μB
ν+
B
h


H=0
≠ 0

H

nghóa là một vạch quang phổ khi
không có từ trường sẽ được tách
thành 3 vạch khi có từ trường,
trong đó vạch giữa trùng với vạch
cũ.