thuyet giang 1 ppt

HOÁ ĐẠI CƯƠNG
•
[1] Nguyễn Đình Chi, Cơ sở lý thuyết hóa học, NXB
Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội -1988
•
[2] Nguyễn Đức Chung, Hoá đại cương, NXB Đại học
Quốc gia TP.HCM- 2007.
•
[3] Nguyễn Đức Chung, Bài tập Hoá đại cương, NXB
Đại học Quốc gia TP.HCM- 2010.
•
[4] Lê Mậu Quyền, Cơ sở lý thuyết hoá học, NXB
Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội-1995.
•
[5] Nguyễn Đình Soa, Hoá đại cương, NXB Đại học
Quốc gia TP.HCM-2007.
Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, ĐỊNH LUẬT
TUẦN HOÀN VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC
NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
I.Khái niệm về nguyên tử
1. Định nghĩa: Nguyên tử là tiểu phân nhỏ nhất cấu tạo nên
các chất, đại diện cho một nguyên tố, không thể chia nhỏ bằng
phương pháp hoá học.
2. Cấu tạo nguyên tử
Bao gồm hai phần: hạt nhân bên trong, lớp vỏ electron bao
bọc bên ngoài.
Hạt nhân: gồm hạt nơtron (n) trung hoà điện tích và hạt proton
(p) mang điện tích dương (quy ước +1)

Lớp vỏ electron: gồm các electron mang điện tích âm (quy
ước +1)
Lớp vỏ electron quyết định tính chất hoá học của nguyên tử.

II. Lớp vỏ electron
1. Thuyết cấu tạo nguyên tử của Bohr
1.1 Ba tiên đề của Bohr về
cấu tạo nguyên tử
–
Trong nguyên tử, electron quay
quanh nhân không phải trên quỹ
đạo bất kỳ, mà trên quỹ đạo tròn,
đồng tâm có bán kính xác định.
(gọi là quỹ đạo dừng hay quỹ
đạo lượng tử)
–
Khi chuyển động trên quỹ đạo
này năng lượng electron được
bảo toàn. (mỗi một quỹ đạo có
một năng lương xác định).

22
4
2
0
1
8
1
nh
me

E
n
××−=
ε
0
ε
Năng lượng electron khi quay trên nguyên tử Hyđro
được tính bởi công thức:

Trong đó:
: hằng số điện môi.
m : khối lượng electron.
e : trị tuyệt đối điện tích electron
n : số lớp electron
h : hằng số plank

•
Khi hấp thu năng
lượng, electron sẽ
chuyển từ quỹ đạo
có năng lượng thấp
lên quỹ đạo có năng
lượng cao. Ngược
lại khi chuyển từ quỹ
đạo có năng lượng
cao xuống năng
lượng thấp nó sẽ
phát ra năng lượng
dưới dạng bức xạ.

1.2 Ưu và nhược điểm của thuyết Bohr
Ưu điểm:
•
Xác định bán kính, quỹ đạo bền, tốc độ và năng lượng
của electron khi chuyển động trên quỹ đạo đó.
•
Giải thích bản chất vật lý của quang phổ vạch (TKTL)
Khuyết điểm:
•
Theo thuyết của Bohr thì kết quả tính toán năng lượng
của electron trong nguyên tử nhiều electron không phù
hợp với thực nghiệm.
•
Thuyết Bohr không thể giải thích được: khi chuyển từ
quỹ đạo này sang quỹ đạo khác electron ở đâu?

2. Thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại dựa trên cơ
học lượng tử
2.1 Tính chất sóng và hạt của hạt vi mô
2.1.1 Năng lượng của vật chất
2
cm ×=Ε
2
cm ×=
ε
Theo Einstein: Bất kỳ một vật chất nào có khối lượng m điều có một năng
lượng được tính theo công thức:


E : Năng lượng toàn phần của hạt.

m : khối lượng hạt.
c : vận tốc ánh sáng.
Đối với hạt vi mô vẫn có một năng lượng rất nhỏ ε. Được tính
bằng công thức:

(1)

2.1.2 Tính chất sóng của ánh sáng
ν
λ
h
=
νε
×= h
Bản chất của ánh sáng đó là tính chất sóng thể hiện trong hiện tượng
nhiễu xạ và giao thoa. Đại lượng đặc trưng là bước sóng λ.

c: vận tốc ánh sáng.
ν: tần số.
Theo plank:
(2)

ν
×=× hcm
2
λ
c
hcm ×=×
2
cm

h
×
=
λ

Louis De Broglie đã khảo sát thí nghiệm và thấy rằng hạt vi
mô có hiện tượng nhiễu xạ. Từ đó kết luận hạt vi mô vừa
mang tính chất hạt đồng thời mang tính chất sóng.
Dựa vào (1) và (2) suy ra biểu thức thể hiện tính chất sóng và
hạt của hạt vi mô:

⇔
⇔


Nguyên lý bất định: Đối với hạt vi mô,
ta không thể xác định đồng thới chính
xác cả tọa độ và vận tốc của hạt, do đó
không thể vẽ chính xác quỹ đạo của hạt.
Ta chỉ có thể xác định được xác suất
xuất hiện của nó tại một điểm nào đó
trong không gian.

2.2 Khái niệm về cơ học lượng tử
2.2.1 Hàm sóng
ϕ
1),,(
2
=
∫

∞
∞−
dxdydzzyx
ϕ
Trạng thái chuyển động của hạt vi mô được mô tả bằng hàm sóng
Như vậy: |ϕ (x, y, z, t)|
2
dxdydz
cho ta biết xác suất tìm thấy hạt tại thời điểm t, trong thể tích: dv = dxdydz
Nếu hệ độc lập không phụ thuộc vào thời gian (hạt ở trạng thái dừng):
ϕ(x, y, z)
Lúc đó xác xuất của hạt tại một tọa độ (x, y, z) trong không gian được
biểu diễn bởi hàm:
|ϕ(x, y, z)|
2
dxdydz
Hàm chuẩn hóa:
ϕ (x, y, z, t)

2.2.2 Phương trình Schrodinger
•
Schrodinger thiết lập phương trình vi phân của hàm đối với
hạt mô chuyển động trong trường thế U.

Trong đó: (toán tử Laplace)
E: năng lượng toàn phần của hạt.
U: thế năng của hạt.
m: khối lượng của hạt.
h: hằng số Plank.
0)(

8
2
2
=−+∆
ϕ
π
ϕ
UE
h
m
2
2
2
2
2
2
zyx
δ
δ
δ
δ
δ
δ
++=∆

3. Nguyên tử có một electron
•
Áp dụng phương trình Schrodinger cho nguyên
tử có một electron, quá trình giải phương trình
Shrodinger xuất hiện 4 tham số là 4 số lượng tử

sau: n, l, m, m
s.
3.1 Phương trình Schrodinger cho
electron (nguyên tử một electron)
(tham khảo tài liệu)

3.2 Ý nghĩa bốn số lượng tử
•
Nhận giá trị nguyên dương: n=1, 2, 3 (n ≤ 7)
•
Xác định năng lượng electron:
3.2.1 Số lượng tử chính n
22
4
2
1
8
1
nh
me
E
n
××−=
ε
Mỗi một giá trị n lập nên một lớp electron.
n
1 2 3 4 5 6 7
Lớp tương
ứng
K L M N O P Q

n càng lớn năng lượng càng cao.

3.2.2 Số lượng tử momen động lượng orbitan
•
Nhận giá trị nguyên từ : 0, 1, 2, , (n-1)
(Ứng với 1 giá trị n sẽ có n giá trị )
•
Xác định độ lớn momen động lượng bởi công thức:
•
Mỗi giá trị tương ứng với một phân lớp:

π
2
)1(
h
M ×+=
→

Giá trị 0 1 2 3
Phân lớp tng ứng
s p d f




3.2.2 Số lượng tử từ m
l
•
Nhận giá trị từ: -l,…, 0,…+l
•

Xác định độ dài đường chéo của momen
động lượng trên trục z:
•
Số lượng tử từ m
l
cho biết số orbital có trong
một phân lớp.
π
2
h
mM
z
×=

3.2.4 Số lượng tử spin m
s
•
Cho ta biết định hướng electron trong orbital
•
Quy ước như sau:
m
s
= +1/2 ↑
m
s
= -1/2 ↓

3.3 Hình dạng mây electron
•
Dựa vào kết quả phương trình sóng Schrodinger và

của pt |(x, y, z)|
2
dxdydz ta có hình dạng và sự định
hướng của mây electron như sau:




4. Nguyên tử nhiều electron
Điện tích hiệu dụng là điện tích tác dụng thực sự của nhân và
electron đang xét.
Trong đó: Z*: điện tích hiệu dụng.
Z: điện tích hạt nhân.
b: hằng số chắn.
•
Hằng số chắn b phụ thuộc vào số electron bên trong electron
đang xét. Số e
-
bên trong càng nhiều thì b càng lớn, Z* càng nhỏ.
•
Lớp bên trong có tác dụng chắn mạnh hơn lớp bên ngoài.
•
Trong cùng 1 lớp: phân lớp trong chắn mạnh hơn phân lớp bên
ngoài.
4.1 Điện tích hiệu dụng (Z
*
)
bZZ −=
*

4.2 Các quy luật phân bố electron trong
nguyên tử nhiều electron
4.2.1 Nguyên lý ngoại trừ Pauli
Trong một nguyên tử không thể có hai (hay nhiều)
electron có 4 số lượng tử như nhau.
Hệ quả 1: Trong mỗi AO chỉ chứa tối đa hai electron có
spin trái dấu.
Hệ quả 2: Mỗi một phân lớp chứa tối đa: e
-
Hệ quả 3: Số electron tối đa trong 1 lớp n là: S
n
=2n
2
)12(2 +× 

4.2.2 Nguyên lý bền vững


Ở trạng thái cơ bản trong nguyên tử, electron sẽ
choán những mức năng lượng thấp trước rồi mới đến
những trạng thái có mức năng lượng cao hơn.
Mức năng lượng tuân theo quy tắc Kletskopxki:

Phân lớp có tổng giá trị (n+l) càng lớn thì năng
lượng càng cao.

Khi các phân lớp có tổng số (n+l) bằng nhau, phân
lớp nào có trị số lơn hơn thì năng lượng cao hơn.

l

n
0
s
1
p
2
d
3
f
1
1s
2
2s 2p
3
3s 3p 3d
4
4s 4p 4d 4f
5
5s 5p 5d 5f
6
6s 6p 6d 6f
7
7s 7p 7d 7f