chương 1 cấu tạo nguyên tử

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

Chương 1
Chương 1
General Chemistry
2
Chapter 1
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1.1 Nguyên tử và quang phổ nguyên tử
1.2 Thuyết cấu tạo nguyên tử Bohr
1.3 Thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại theo cơ
học lượng tử.
General Chemistry
3
Chapter 1

Nguyên tử: Cấu tạo từ electron(e
-
) và hạt nhân.
Electron:

Electron mang điện tích âm (-1).

Electron chuyển động xung quanh hạt nhân tạo nên
lớp vỏ electron.
Electron quyết định tính chất của các nguyên tố
hóa học.
NGUYÊN TỬ
General Chemistry
4
Chapter 1

NGUYÊN TỬ (tt)
Hạt nhân: Gồm Proton(p) và neutron(n) được liên kết
bằng lực tương tác hạt nhân.

Proton (p): Điện tích dương(+1), khối lượng ~ 1đvC

Neutron (n): Không mang điện tích, khối lượng ~ 1đvC

Hạt nhân mang điện tích dương.
General Chemistry
5
Chapter 1

Hạt nhân là cơ sở của nguyên tử, quyết định
bản chất và sự tồn tại của nguyên tử.
Điện tích hạt nhân =
Σ
(điện tích các hạt proton)
= Z× (+1) = +Z
(Z: số hạt proton)
NGUYÊN TỬ (tt)
General Chemistry
6
Chapter 1

Nguyên tử cấu tạo từ: electron (e
-
), proton (p)
và neutron (n).
NGUYÊN TỬ (tt)

Nếu nguyên tử trung hòa về điện:
Số electron = số proton (Z) = số hiệu nguyên tử (Z)
General Chemistry
7
Chapter 1
Khối lượng nguyên tử:
m
nguyên tử
= m
electron
+ m
proton
+ m
neutron
,
 m
nguyên tử
= m
proton
+ m
neutron
= m
nhân
= (Z+N) đvC
(m
electron
= 5.5
×
10
-4

đvC<<)
NGUYÊN TỬ (tt)
General Chemistry
8
Chapter 1
NGUYÊN TỬ (tt)
Nguyên tử của nguyên tố hóa học được đặc trưng bằng hai
đại lượng: Số khối và Số hiệu nguyên tử.
X
A
Z
Số hiệu nguyên tử
Nguyên tố hóa học
Số khối (A= Z+N)
Số electron= số proton (Z)= số hiệu nguyên tử (Z)
(Nếu nguyên tử trung hòa về điện)
General Chemistry
9
Chapter 1
Ví dụ:
Cl
35
17
C
12
6
17 protons,17 electrons, 18 (N=35-17) neutrons.
6 protons, 6 electrons, 6 (N=12-6) neutrons.
Br
80

35
35 protons, 35 electrons, 45 (N=80-35) neutrons.
NGUYÊN TỬ (tt)
General Chemistry
10
Chapter 1
NGUYÊN TỬ (tt)
Đồng vị: Những nguyên tử có cùng số điện tích hạt
nhân Z nhưng khác nhau số khối A (khác nhau số
neutron trong hạt nhân)
Ví dụ: Đồng vị của hydrogen
Protium Deuterium Tritium
General Chemistry
11
Chapter 1
General Chemistry
12
Chapter 1
General Chemistry
13
Chapter 1
Nguyên tử lượng trung bình (NTLTB): Trong tự
nhiên, các nguyên tố tồn tại ở các dạng đồng vị khác nhau.
Ví dụ: Carbon
12
C (98.892 %) và
13
C (1.108 %).

Nguyên tử lượng trung bình:

(0.98892)(12 amu) + (0.0108)(13amu) = 12.011 amu.
Trong bảng hệ thống tuần hoàn là NTLTB.
NGUYÊN TỬ (tt)
atomic mass unit = 1.66053886 × 10
-27
kilograms
General Chemistry
14
Chapter 1
n
nn
xxxx
xMxMxMxM
M
++++
++++
=


321
332211
Khối lượng nguyên tử trung bình
1.1 NGUYÊN TỬ (tt)
General Chemistry
15
Chapter 1
QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ
General Chemistry
16
Chapter 1

QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ

Quang phổ của ánh sáng là quang phổ liên tục.

Quang phổ nguyên tử là quang phổ vạch (các
vạch riêng biệt) và có màu sắc khác nhau. Mỗi
vạch ứng với một bước sóng xác định, đặc
trưng cho nguyên tử đó.
General Chemistry
17
Chapter 1
Ở điều kiện bình thường
e
-
ở mức năng lượng thấp
nhất (mức bền nhất): mức
cơ bản.
QUANG PHỔ VẠCH NG.TỬ HYDRO
Khi hấp thu năng lượng, e
-
sẽ chuyển lên mức cao
hơn (mức kích thích), kém bền hơn (~ 10
-10
– 10
-8
sec),
e
-
sẽ nhanh chóng chuyển về mức năng lượng thấp
hơn và phát ra một phần năng lượng đã hấp thụ dưới

dạng các bức xạ:
ν
h
==−=
λ
hc
EEΔE
cbkt
General Chemistry
18
Chapter 1
Vạch quang phổ ng.tử Hydro:
Do sự phát ra năng lượng khi
electron chuyển từ quỹ đạo xa nhân
(E lớn) về quỹ đạo gần nhân (E nhỏ) .
QUANG PHỔ VẠCH NG.TỬ HYDRO








−==
2
2
2
1
111

nn
R
λ
ν
Với:
ν
: số sóng ứng với một đơn vị chiều
dài (1cm).
R:(hằng số Rydberg) = 109 678 cm
-1
General Chemistry
19
Chapter 1

Lyman series  Tử ngoại (ultraviolet)
n > 1 chuyển về quỹ đạo n = 1

Balmer series  Khả kiến (visible light)
n > 2 chuyển về quỹ đạo n = 2

Paschen series

Hồng ngoại (infrared)
n > 3chuyển về quỹ đạo n = 3
QUANG PHỔ VẠCH NG.TỬ HYDRO
General Chemistry
20
Chapter 1

Dãy Balmer n

t

= 2
•
n=3 λ= 656.2 nm (đỏ)
•
n=4 λ= 486.1 nm (lam)
•
n= 5 λ= 430.1 nm (chàm)
•
n= 6 λ= 410.1 nm (tím)

Dãy Lyman : n = 1

Dãy Paschen: n
t
= 3

Dãy Brackett : n
t
= 4

Dãy Pfund : n
t
= 5
n
t
là giá trị thấp (quỹ đạo phía trong)
n là giá trị ở lớp cao hơn (quỹ đạo phía ngoài)
QUANG PHỔ VẠCH NG.TỬ HYDRO

General Chemistry
21
Chapter 1
Các hằng số:
Khối lượng electron m 9.109390 10
-31
kg
Điện tích electron e 1.602177 10
-19
C
Hằng số điện môi của chân
không
ε
0
8.854188 10
-12
CJ
-1
m
-1
Hằng số Plank h 6.626076 10
-34
Js
Hằng số π π
3.14159
General Chemistry
22
Chapter 1
Ba luận điểm cơ sở dùng khảo sát cấu trúc
lớp vỏ electron trong nguyên tử:

1. Tính chất sóng – hạt.
2. Nguyên lý bất định Heisenberg.
3. Phương trình sóng Schrodinger
Thuyết CTNT theo Cơ Học Lượng Tử
General Chemistry
23
Chapter 1
Bản chất sóng: Khi hạt vi mô
chuyển động sẽ tạo ra 1 sóng,
đặc trưng bởi bước sóng
λ
.
Tính chất sóng thể hiện qua hiện
tượng nhiễu xạ và giao thoa.
Ánh sáng: Là những sóng điện từ có tần
số dao động
ν
và lan truyền với tốc độ C
C=λν - phương trình thể hiện tính chất sóng
Thuyết CTNT theo Cơ Học Lượng Tử
General Chemistry
24
Chapter 1
Tính chất hạt: các hạt vi mô đều có khối lượng m,
kích thước r và chuyển động với một tốc độ v xác
định.
Bản chất hạt của ánh sáng thể hiện ở PT Planck:
E=hν=mC
2
Thuyết CTNT theo Cơ Học Lượng Tử

General Chemistry
25
Chapter 1
Tính chất Sóng - hạt:
Từ các phương trình:
λ=h/(mC)
PT thể hiện tính chất sóng và hạt
E=hν
E=mC
2
C=λν
Photon là một hạt có khối lượng m khi chuyển động với
vận tốc C sẽ tạo nên sóng truyền đi với bước sóng
λ
.
Thuyết CTNT theo Cơ Học Lượng Tử