Bài Giảng Cấu Tạo Nguyên Tử Sv 2022 (1).Pptx

CHƯƠNG 1

CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
ATOMIC STRUCTURE


CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

electrons

hạt nhân

X : NGUYÊN TỬ
: sốđiện
khốitích
= số
sốproton=
neutronsố electron
ZA: số
hạtproton
nhân=+số
2


CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON THEO
CƠ HỌC LƯỢNG TỬ
 Ba luận điểm cơ bản của cơ học lượng tử.
 Trạng thái của electron trong nguyên tử hydro.
 Trạng thái của electron trong nguyên tử nhiều
electron.
 Cấu hình electron của nguyên tử.

3


LUẬN ĐIỂM 1
TÍNH LƯỠNG NGUN (HẠT VÀ SĨNG)
CỦA CÁC HẠT VẬT CHẤT
Giả thuyết L. de Broglie (1924):
Sự chuyển động của các hạt vật chất đều

Louis de Broglie
(1892 - 1987)
1929 Nobel

liên kết với một q trình sóng gọi là sóng vật chất.

m: khối lượng của hạt.
v: tốc độ của hạt.
: bước sóng của sóng lk với hạt.
h: hằng số Plank.
4


LUẬN ĐiỂM 2

NGUYÊN LÝ BẤT ĐỊNH HEISENBERG (1926)

Không thể xác định đồng thời
chính xác cả vị trí và tốc độ
của hạt vi mô.

 
Werner Heisenberg
(1901 - 1976)
1932 Nobel

X : ĐỘ BẤT ĐỊNH VỀ TỌA ĐỘ THEO PHƯƠNG X.
Vx : ĐỘ BẤT ĐỊNH VỀ TỐC ĐỘ THEO PHƯƠNG X.
5


LUẬN ĐIỂM 3
PHƯƠNG TRÌNH SĨNG SCHRưDINGER (1926)

Mơ tả chuyển động của hạt vi mô

Erwin Schrodinger
(1887 - 1961)
1933 Nobel

trong trường thế năng ở trạng thái dừng.
(trạng thái của hệ không thay đổi theo thời gian)

6


E (x,y,z): năng lượng tồn phần của hạt vi mơ.
E = thế năng (V) + động năng
V(x,y,z): thế năng của hạt vi mơ tại (x,y,z).
(x,y,z): hàm sóng mơ tả chuyển động khơng gian.
2(x,y,z): mật độ xác suất có mặt của hạt vi mơ tại

điểm có tọa độ (x, y, z), ln dương.dV = dx.dy.dz
z
M

2(x,y,z).dV: xác suất có mặt của
hạt vi mơ trong phần tử thể tích dV

o

x

y

với tâm điểm có tọa độ (x,y,z) với dV = dx.dy.dz 7


2(x,y,z).dV = 0,01 có nghĩa là:
Cứ 100 lần ghi nhận sẽ có 1 lần electron có
mặt trong yếu tố thể tích dV của ngun tử.
Thời gian electron có mặt tại dV bằng 1% tồn bộ thời
gian ghi nhận.
Có 1% điện tích của electron (0,01e) tập trung trong dV.

8


ĐIỀU KIỆN CHUẨN HÓA CỦA HÀM SÓNG

 đơn trị , liên tục và hữu hạn.
 và E là nghiệm của phương trình.

Phương trình sóng Schrưdinger chỉ giải được
chính xác cho trường hợp nguyên tử hydro và
ion có một electron . Đối với các nguyên tử
nhiều điện tử phải giải gần đúng.
9


LUẬN ĐIỂM 3
PHƯƠNG TRÌNH SĨNG SCHRưDINGER (1926)

hệ lượng
thể tuyến
ở những
thái mơ tả bởi
Nếu
Phương
trìnhtửvicó
phân
tínhtrạng
và thuần.
các hàm
1, 
nó thì
cũng
có thể
ở trạng
Nếu
1, sóng
nghiệm
riêng

tổ hợp
tuyến
tính:
2, ..n thì
2, ..n là
diễn bởi hàm sóng dưới dạng tổ hợp tuyến
thái
= cbiểu
11 + c22 ..+ cnn là nghiệm của phương trình.
tính các
= ckỳ,
+ c2cũng
cnn phức.
11 thực
2 ..+ như
Trong
đó:hàm
ci là trên:
hệ sốbất

 NGUYÊN LÝ CHỒNG CHẤT TRẠNG THÁI
10


TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ H,
1H
ION DẠNG HYDRO (He+, Li2+, Be3+..)

V = -e2/ 40r ;(H)

 
q1
q2 V = =
r
EVlà
lượngcủa
của
electron
trongngun
ngungian

làlànăng
hàm
sóng
mơ
tả
chuyển
động
khơng
của
thế năng
electron
trong
tửtửH.H.
q1 và
cùngxem
dấu:hạt
Vđẩy
> 0 đứng
 E:yên.

thu t0
Một cách
gầnq2đúng,
nhân
electron quanh hạt nhân nguyên tử gọi là hàm AO.
 : Hàm
orbital
nguyên
tử
(AO)
q1 và q2 trái dấu: Vhút < 0  E: tỏa t0
-e
R(r) : hàm bán kính

 (r,,) = R(r).Y(,)

Y(,) : hàm góc
+e


0    2
0
11


KẾT QUẢ
Số lượng tử phụ ℓ < n

n = 1, 2,... ; ℓ = 0,1,…(n-1) ; mℓ = - ℓ,..,0,..,+ ℓ

2
Số lượng
tử
chính
n
Số
lượng
tử
từ
m
• Ứng
;
số
AO
=
n
.
ℓ
với 1 giá trị của n  n giá trị của ℓ (ℓ < n)

số AO

Bộ
(n,giáℓ,trịmcủa
Ứng
với31số
giá lượng
trị của ℓ tử
 số
mℓ = định

(2ℓ + 1)1=AO.
ℓ) xác

ℓ=0

3 ℓ(hydrogenoid)
giá
trị ,ℓ 0=,0,
1, 2 < n = 3 .
= -1
+1.
ℓ = 1  Có m

n=3

ℓ=2

9 AO = n

mℓ = 0.

2

mℓ = - 2 , -1 , 0 , +1 , +2 .

(3,0,0)  1AO
(3,1,-1) ; (3,1,0) ; (3,1,+1)  3AO
(3,2,-2) ; (3,2,-1) ; (3,2,0) ; (3,2,+1) ; (3,2,+2)  5AO AO
12

ĐÁM MÂY ELECTRON (AO)
Vùng không gian quanh hạt nhân

Xác suất có mặt của
electron khoảng 90%.

trong đó xác suất có mặt của electron
khoảng 90% và hình dạng được xác

++

định bởi bề mặt tạo thành từ các điểm
có mật độ xác suất ( 2) bằng nhau.

AO s

 Đám mây electron cũng được xác định bởi n, ℓ và m ℓ .
AOn,ℓ,mℓ = Rn,ℓ(r) . Yℓ,mℓ(,)
R(r)  Kích thước trung bình AO.
Y(,)  Hình dạng, dấu AO.

13


Ý NGHĨA SỐ LƯỢNG TỬ CHÍNH n

n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 … , 
Xác định trạng thái năng lượng của electron.
He+ , 3Li2+…

2
•

n  En 

(1H, ion dạng H)
(hệ hydrogenoic)

n  e bị
thìlượng
E  0 tử hóa.

Năng
lượng
của

Xác
định
kích
thước
trung bình của đám
TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH
Năng lượng
ion
hóa (n
= 1
): I = - E1
 Quang phổ nguyên
tử
là

quang
phổ
vạch.
n  r 

TRẠNG THÁI CƠ BẢN

mây electron:

NĂNG LƯỢNG TĂNG DẦN

14


Các electron có cùng giá trị n sẽ thuộc
một lớp lượng tử (lớp electron).
Năng lượng của lớp lượng tử: Mức năng lượng (En)

n

1

2

3

4

5

6

7

Lớp e K

L

M

N

O

P

Q

Trong ng tử H hay ion có 1e, tất cả các AO trong cùng
một lớp lượng tử (n) đều có cùng mức năng lượng En .
 Đây là hiện tượng suy biến.

15


Ý NGHĨA SỐ LƯỢNG TỬ ORBITAL ℓ
ℓ = 0, 1, 2, 3,..(n – 1) ; n  ℓ
 Cứ mỗi giá trị của n có n giá trị ℓ.
 Các electron có cùng giá trị n và ℓ tạo thành
một phân lớp electron (phân lớp lượng tử).

ℓ: 0

1

2

3 4

5AO

6

TÊN PHÂN LỚP: s p d f g h i
→ Ký hiệu phân lớp: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d…
n=1 ℓ=0 n=3 ℓ=1
Năng lượng của phân lớp: phân mức năng lượng (E n,ℓ)

16


Bài tập 1. Hãy xác định các phân lớp lượng tử
có thể tồn tại trong dãy sau:
1s ,1p , 2d , 4f , 5AO g.
A. 1s , 1p , 2d.
B. Chỉ 1s , 4f.
C. 1s , 4f , 5AO g.

D. Chỉ 1s.

17

Bài tập 2
Chọn các trường hợp so sánh đúng các phân
mức năng lượng trong nguyên tử hydro:
1. E4s < E3d

2. E4p = E4d

3. E5AO s > E4f

A. 1 , 3
B. Chỉ 1
C. 2, 3
D. 1, 2

18


Xác hình tên và dạng của AO.
ℓ = 0 → tên AO là s: dạng hình quả cầu.
ℓ = 1 → tên AO là p: dạng hai quả cầu
biến dạng tiếp xúc nhau tại tâm.
ℓ = 2 → tên AO là d: dạng bốn quả cầu
biến dạng tiếp xúc nhau tại tâm.
ℓ = 3 → tên AO là f
ℓ = 4 → tên AO là g
ℓ = 5AO → tên AO là h
ℓ = 6 → tên AO là i.

19


XÁC ĐỊNH HÌNH DẠNG ORBITAL S

(r = 1)

GIẢN ĐỒ CỰC: OP=Y(,) hay
OP=Y(,)2 z
 
P’

x

900

Y
P”

Khi  = 900  Pyoz
=0
P: P’ P”
P  nửa đường tròn
(P’ P P”)

Khi  = 0  2
 =0
P  MẶT CẦU

20