Chương 2: Cấu tạo nguyên tử pps

1
CHƯƠNG 2
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Chương 2
Chương 2
2
2.1.Thành phần cấu tạo nguyên tử
2.2.Phổ nguyên tử
2.3. Mô hình Thomson
2.4. Mô hình Rutherfor
2.5. Mô hình Borh
2.6. Mô hình AO (Atomic Obitan)
Chương2-Cấu tạo nguyên tử
3

Vật chất = ∑ Phần tử rất nhỏ → Nguyên tử

Nguyên tử = Hạt nhân (Proton + Nơtron) + Điện tử

Tích điện (+) (0) (-)
2.1.Thành phần cấu tạo nguyên tử
Tên Ký hiệu Khối lượng nghỉ Điện tích
Kg U C
Electron e 9.109x10
-31
5.486x10
-4
-1.602x10
-19
Proton P 1.673x10

-27
1.0073 +1.602x10
-19
Nơtron n 1.675x10
-27
1.0078 0
4
Quang phổ : 3 loại
2.2.Phổ nguyên tử
5
Phổ áng sáng
2.2.Phổ nguyên tử
6
Phổ các nguyên tố
2.2.Phổ nguyên tử
7
Phổ hydro : 3 vùng
Vùng nhìn thấy : Balmer : 4 vạch
Vùng tử ngoại : Lyman
Vùng hồng ngoại : Paschen, Brackett & Pfund
2.2.Phổ nguyên tử
HUI© 2006
General Chemistry:
Slide 8 of 56
Mô hình nguyên tử
9

Thuyết cấu nguyên tử của
Thompson 1903.


Theo Thompson:
Nguyên tử là một qủa cầu bao
gồm các điện tích dương phân
bố đồng đều trong toàn thể
tích & các electron có kích
thước không đáng kể dao
động xung quanh điện tích
dương

Nhược điểm :
Thuyết không giải thích được
tại sao các điện tích âm và
dương trong cùng thể tích
nguyên tử lại không hút nhau
để trung hoà về điện
2.2. Mô hình Thomson
10
1911, Rutherford đã đưa ra
mẫu hành tinh nguyên tử đầu
tiên:
“Electron quay chung quanh
hạt nhân nguyên tử giống như
hành tinh quay xung quanh
mặt trời”.
Nhược điểm:
Mẫu nguyên tử này là không giải
thích được tính bền của nguyên tử.
2.3. Mô hình Rutherfor (1871-1937)
11
Thuyết lượng tử Planck


Năng lượng bức xạ do các chất phát ra hay hấp thụ
là không liên tục, mà gián đoạn, nghĩa là thành
những phần riêng biệt gọi là lượng tử (photon) :
E-năng lượng của 1 photon
h= 6.63x10
-34
J.s hằng số Planck
ν (nuy)-tần số bức xạ, s
-1
c = 3.10
8
ms
-1
λ -độ dài sóng,m
2.4. Mô hình Borh - 1913
ν
hE =
λ
ν
c
=
12
2.4. Mô hình Borh - 1913
Ba định đề của Bohr

Electron chuyển động trên những quỹ
đạo tròn, đồng tâm, có bán kính xác
định (quỹ đạo dừng)


Khi quay trên quỹ đạo dừng electron
không hấp thụ hoặc giải phóng năng
lượng , nghĩa là có mức năng lượng
xác định.

Khi electron nhảy từ quỹ đạo dừng này
sang quỹ đạo dừng khác xảy ra sự hấp
thụ hay giải phóng năng lượng.
đc
EEE −=∆
13

Tính bán kính quỹ đạo bền & tốc độ c.động của electron

Momen động lượng
m, V-k.lượng & t.độ của electron
r-bán kính quỹ đạo
n = 1, 2, 3,….h-hằng số Planck

Lực tác dụng
Lực hút của hạt nhân
Lực ly tâm
2.4. Mô hình Borh - 1913
π
υ
2
h
nrm =
(1)
2

2
4 r
ze
o
πε
r
m
2
υ
2
2
4 r
ze
o
πε
r
m
2
υ
=
(2)
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
14

Tính bán kính quỹ đạo bền & tốc độ c.động của electron

Tốc độ chuyển động của electron

Bán kính quỹ đạo
2.4. Mô hình Borh - 1913

o
ze
rm
πε
υ
4
2
2
=
rm
ze
o
υπε
υ
1
4
2
×=
(2)
(3)
π
υ
2
h
nrm =
nh
ze
o
1
4

2
2
×=
πε
π
υ
hn
ze
o
ε
υ
2
2
=
Theo (1)
(4)
(1)
υπ
1
2
×=
m
h
nr
Thay (4) vào mẫu số

ze
hn
m
h

nr
o
2
2
2
ε
π
=
z
n
me
h
r
o
2
2
2
π
ε
=
(5)
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
15

Tính bán kính quỹ đạo bền & tốc độ c.động của electron

Bán kính quỹ đạo
Đặt
Khi n = 1 Bán kính Bohr
Khi n = 2

2.4. Mô hình Borh - 1913
( )
( )
2
1931
2
3412
10.602.110.109,914,3
10.63,610.85,8
−−
−−
××
×
=
o
a
(5)
ma
o
11
10.29,5
−
=
z
n
ar
o
2
=
mmr

1011
1
10.53,010.29,5
−−
==
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
11212
10.85,8
−−−
=
mJC
o
ε
Jsh
34
10.63,6
−
=
kgm
31
10.109,9
−
=
Ce
19
10.602.1
−
=
2
2

me
h
a
o
o
π
ε
=
o
ar 4
2
=
16

Tính năng lượng của electron

Động năng

Thế năng

Tính năng lượng
2.4. Mô hình Borh - 1913
22
22
222
24
442 nh
mzeze
nh
zem

E
ooo
ε
π
πεε
×−×=
(6)
2
2
22
4
8 n
z
h
me
E
o
×−=
ε
2
2
υ
m
r
ze
o
πε
4
2
−

r
zem
E
o
πε
υ
42
22
−
+=
Thay (4) & (5)
11212
10.85,8
−−−
= mJC
o
ε
kgm
31
10.109,9
−
=
Ce
19
10.602,1
−
=
Jsh
34
10.63,6

−
=
1=z
3,2,1
=
n
( )
( ) ( )
J
nn
E
2
18
2
2
2
34
2
12
4
1931
1
10.18,2
1
10.63,610.85,88
10.602,110.109,9
−
−−
−
=×

××
×
−=
JeV
19
10.602,11
−
=
eV
n
E
2
1
6,13−=
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
17

Tính năng lượng của electron
Khi n = 1 E = -13,6 eV
Khi n = 2 E = -3,4 eV
Khi n = 3 E = -1,5 eV
Khi n = 4 E = -0,85 eV
Khi n = 5 E = -0,54 eV
2.4. Mô hình Borh - 1913
eV
n
E
2
1
36,1−=

Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
18

Giải thích phổ vạch nguyên tử hydro
•
Trạng thái cơ bản : n = 1 & Năng lượng E
đ
= min
Trạng thái kích thích : n = 2, 3, 4… & Năng lượng E
c
> E
đ
Khi nhẩy về trạng thái cơ bản Năng lượng phát xạ tạo
tia sáng tần số ν
•
Tần số
•
Bước sóng
2.4. Mô hình Borh - 1913
ν
εεε
h
nnh
me
nh
me
nh
me
EEE
cđođoco

đc
=








−=








−
−








−

=−=
2222
4
222
4
222
4
11
888
∆








−=
2232
4
11
8
cđo
nnh
me
ε
ν
ν
λ

c
=
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
19
•
Số sóng
Hằng số Rydberg
•
Bước sóng
-Dãy Lyman (vùng tử ngoại): Khi n
1
= 1 & n
2
= 2
14
32
4
10.78,1096
8
−
== m
ch
me
R
o
H
ε







−=






−=
2
2
2
1
4
2
2
2
1
11
10.78,1096
11
nnnn
R
H
ν
c
ν
λ

ν
==
1








−=
2232
4
11
8
cđo
nnch
me
ε
ν
1
22
4
8225850
2
1
1
1
10.78,1096

−
=






−=
m
ν
nmm 5,12110.215,1
8225850
11
7
====
−
ν
λ
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
2.4. Mô hình Borh - 1913
20
-Dãy Balmer (vùng nhìn thấy)
+Khi n
1
= 2 & n
2
= 3
+Khi n
1

= 2 & n
2
= 4
+ Khi n
1
= 2 & n
2
= 5
+Khi n
1
= 2 & n
2
= 6
1
22
25,15233
3
1
2
1
43,109679
−
=






−=

cm
ν
nmcm 5,65610.565,6
25,15233
1
15
===
−−
λ
Màu đỏ
1
22
89,20564
4
1
2
1
43,109679
−
=






−=
cm
ν
nmcm 486863,4

89,20564
11
15
====
−−
ν
λ
Màu lam
1
22
68,23032
5
1
2
1
43,109679
−
=






−=
cm
ν
nmcm 43410.341,4
68,23032
1

15
===
−−
λ
Màu chàm
1
22
2,24373
6
1
2
1
43,109679
−
=






−=
cm
ν
nmcm 41010.102,4
2,24373
1
15
===
−−

λ
Màu tím
2.4. Mô hình Borh - 1913
21
-Vùng hồng ngoại
+Khi n
1
= 3 & n
2
= 4
Dãy Paschen
+Khi n
1
= 4 & n
2
= 5
Dãy Bracket
+Khi n
1
= 5 & n
2
= 6
Dãy Pfund
Lý thuyết Bohr về nguyên tử hydro
2.4. Mô hình Borh - 1913
22
•
Không mô tả được nguyên tử nhiều electron
•
Việc khảo sát electron trong nguyên tử như

phần tử gián đoạn với vị trí & tốc độ xác
định nghiêm ngặt Kết quả tính toán
không phù hợp với kết quả thực nghiêm
2.4. Mô hình Borh - 1913
Nhược điểm của mẫu nguyên tử Borh
23
2.4. Mô hình Borh - 1913
24
2.5.1.Các luận điểm của cơ học lượng tử
2.5.2.Ý nghĩa của các số lượng tư
2.5.3. Cấu hình electron trong nguyên
tử
2.5. Mô hình AO
25
2.5.1.Luận điểm của cơ học lượng tử

Tính chất sóng-hạt của các hạt vi mô
Tính chất sóng-hạt của ánh sáng
Tính chất sóng
Ánh sáng truyền đi
không gian với vận
tốc c, bước sóng λ
tần số ν.
Khi đó:
λ
ννλ
C
c =→×=
(1)