Bai1 Cấu tạo nguyên tử

BÀI 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - ĐLTH
Mục tiêu:
1. Phân tích được những ưu nhược điểm mẫu nguyên tử của
Rutherford và Bohr
2. Trình bày được những luận điểm cơ bản của thuyết CHLT
trong nghiên cứu NT
3. Mô tả được những đặc trưng của các AO
4. Vận dụng được quy luật phân bố e trong NT để biểu diễn
cấu hình e của NT
5. Mô tả được cấu trúc của bảng HTTH và quy luật biến
thiên của các nguyên tố

1


BÀI 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - ĐLTH

Nội dung:
1. Cấu Tạo Nguyên Tử:
Electron cloud

Nucleus: Protons va Notrons

2


Đường kính nguyên tử cỡ 1 Å
Đường kính hạt nhân cỡ 10-4 Å
Khối lượng mỗi electron bằng 9,109 x 10-31 kg.
Điện tích electron bằng -1,60218 x 10-19 coulomb.
0

−1

e

Proton có khối lượng 1,672623 x 10-27 kg
(1,007825 đvklnt), mang điện tích +1.
Notron có khối lượng 1,67482 x 10-27 kg
(1,008665 đvklnt), trung hoà điện.

1
1

p

1
0

n
3


• Kí hiệu nguyên tử
• A: Số khối
• Z: điện tích hạt nhân

A
Z

X

Số khối A : A = Z + N.
- Khối lượng của electron rất nhỏ nên
M≅A
• * Nguyên tử trung hoà điện tích
điện tích (+) = Σ điện tích( -)
•
P = e = Z (điện tích hạt nhân)
•
4


• nghóa của Z : điện tích hạt nhân
• - Xác đònh vò trí của nguyên tố trong
bảng HTTH
• - Xác đònh thuộc tính của nguyên tố
(kim loại, phi kim)

5


Đồng vò
- Đồng vò là những dạng nguyên tử khác nhau của cùng
một nguyên tố mà hạt nguyên tử của chúng tuy có
cùng số proton nhưng khác số nơtron ( do đó khác số
khối).
- Khối lượng nguyên tử thường là đại lượng trung bình
của các đồng vò.
Ví dụ: Nguyên tố Cu có 2 đồng vò bền:
Đồng vò

Hàm lượng

Cu

Khối lượng
nguyên tử
62,93u

Cu

64,9278u

30,91%

63
65

69,09%
6


Proti 11H 99,985% .
Deuteri 12H 0,015%.
Triti 13H nhan tao.
Carbon 12 612C 98,90%.
Carbon 13 613C 1,10%.
Carbon 14 614C.

Clor 35
Clor 37

Cl 75,57%.
Cl 24,43%.

35
17
37
17

Oxy 16 816O 99,76%.
Oxy 17 817O.
Oxy 18 818O.

u hết các nguyên tố hoá học là hỗn hợp các đồng vị.

hối lượng nguyên tử sẽ là khối lượng trung bình của các đồng
7


• Đồng khối :
• Giữa các đồng vò của nhiều nguyên tố
khác nhau, có thể tìm thấy trường hợp
chúng có điện tích hạt nhân khác nhau
nhưng có cùng số khối
40
40
40
ví
dụ
:

Ar
K
•
18
19
20 Ca

8


2. Cấu tạo vỏ electron
 Mô hình nguyên tử do Rutherford đề nghò:
- Nguyên tử gồm:
+ Một hạt nhân tích điện dương.
+ Các electron quay xung quanh nó.
- Nguyên tử trung hòa điện.
- Lực ly tâm cân bằng với lực hút tónh điện.
- Kích thước hạt nhân rất nhỏ so với nguyên tử.
 Electron chuyển động quanh hạt nhân sẽ phát ra E dưới
dạng bức xạ điện từ và cho phổ liên tục
=> e sẽ mất dần E và cuối cùng rơi vào hạt nhân
=> nguyên tử bò phá vỡ (ngtử không tồn tại).
9


Nhược điểm thuyết Rutherford:
- Không giải thích được tính bền của nguyên tử.
- Không giải thích được sự có mặt phổ vạch của nó.
 Cấu Tạo Vỏ electron Theo Niels Bohr
Tiên đề 1: e quay quanh hạt nhân chỉ theo một số quỹ đạo

tròn, đồng tâm và có bán kính xác đònh (quỹ đạo dừng).
Tiên đề 2: E của e được bảo toàn, nghóa là các điện tử
không hấp thu hoặc bức xạ điện từ.
Tiên đề 3: Sự bức xạ xảy ra khi electron nhảy từ quỹ đạo
dừng này sang quỹ đạo dừng khác.
∆E = Ecuối – ầu
10


* Kết Quả Rút Ra Từ Các Tiên Đề Của Niels Bohr

a) Tính được bán kính quỹ đạo bền, tốc độ và
năng lượng electron khi chuyển động trên
quỹ đạo đó.

h
1
v=n
×
2π mr

h=6,626.10-34 J.s = 6,62 .10-27 ec là hằng số
Planck
m là khối lượng của e= 9,1.10-28g = 9,1.10-31kg
v là tốc độ chuyển động của e
r là bán kính quỹ đạo dừng
n là số nguyên = số lớp điện tử
11

+ Baựn kớnh r cuỷa quyừ ủaùo:
n2
h2
r= ì 2
Z 4 me e 2

( = 3,14
e=4,8.10-10)
+ Nng lng electron chuyn ng trờn qu
o dng:
2
2 4

2 mz e
E=
2 2
nh

E=

Z

2

2n

2

.dvn ln t

E=

Z

2

2n

2

.4,35981.10 18 J
12


Các giá trò đơn vò nlnt
Tổ hợp các
hằng số vật lí

Tên đơn vò
nlnt
J (hartree)

Số trò

kJ/mol

2625,5

Hz

6,579684x1015

eV

27,21161

Hằng số
Rydberg, R∞

1,09737318x107
m-1

4,35981x10-18

13


b) Mô hình nguyên tử của Bohr cho phép giải thích
được bản chất vật lý của quang phổ vạch nguyên tử và
tính toán được vò trí các vạch quang phổ hydro và các
hạt có một điện tử bên ngoài.
Thấu kính
buồng tối
Khí hidro
Đỏ
lục
tím
Điện áp cao

Khe sáng

Thấu kính
chuẩn trực

Lăng kính

Kính ảnh

14




-

Mỗi vạch quang phổ ứng với một sóng. Đại lượng
đặc trưng cho sóng là:
Tần số υ: số lần dao động sóng thực hiện được trong một
giây, đơn vò: Hz
Độ dài sóng λ: quãng đường sóng truyền đi trong một
dao động, đơn vò: m, nm, …
Mối quan hệ giữa tần số và độ dài sóng:
υ . λ = c (c: tốc độ truyền sóng)
Quang phổ vạch của nguyên tử hidro có 3 vùng :
Vùng thuộc phần tử ngoại của quang phổ được gọi là
dãy Lyman.
Vùng thuộc phần phần nhìn thấy được của quang phổ
được gọi là dãy Balmer.
Vùng phần lớn thuộc hồng ngoại là dãy Paschen.
15

Ở điều kiện thường, đa số electron tồn tại ở mức năng lượng
thấp nhất (n = 1). Khi bị kích thích, electron hấp thu năng
lượng và chuyển lên quỹ đạo xa nhân, có năng lượg cao hơn
và nhanh chóng quay về quỹ đạo gần nhân, phát ra bức xạ tần
số ν thoả mãn.
Ec – Ed = hν = -

Z2
2

(

1
nc2

-

1
nđ2

) đvnlnt (1 a.u.)

Các vạch dãy Lyman có sự chuyển electron từ quỹ đạo
n = 2,3,4, … về n = 1.
Các vạch dãy Balmer có sự chuyển electron từ quỹ đạo
n = 3,4,5 .… về n = 2.
Các vạch dãy Paschen có sự chuyển electron từ quỹ đạo
n = 4,5,6 … về n = 3.

16


Các chuyển dòch hấp thụ và phát xạ giữa các mức
∞

0

6

5

4

3

Pasen

Balmer

Đơn vị
năng
lượng
nguyên
tử

-0,5

Lyman

Hấp thụ

Phát xạ

2
Số
lượng
tử
Borh
n

1

17


18


• Ví dụ: Hãy tính năng lượng của các quỹ đạo có n là 1
và 2 của nguyên tử hydrogen (Từ đó, suy ra tần số ν
và bước sóng λ của bức xạ) cần thiết để kích thích
điện tử từ quỹ đạo có n = 1 lên quỹ đạo có n = 2.
 1
Z2
12
1 
−18
∆E = − 2 dvn ln t = x 4,3598.10 ( J ) 2 − 2 
2n

2
 nd nc 
= 2,18.10

−18

1 1
J  2 − 2  = 1,64.10 −18 J
1 2 

∆E
1,64.10 −18 J
15 −1
ν=
=
= 2,48.10 s
- 34
h
6,626.10 J.s
8

c 3.10 (m / s )
−7
λ= =
= 1,21.10 m
15 −1
ν 2,48.10 s

19

Mô hình Borh không giải thích được:
+ Quang phổ của các nguyên tử phức tạp có nhiều hơn 1
điện tử
+ Sự tách các vạch quang phổ dưới tác dụng của điện – từ
trường (hiệu ứng Zeeman).
- Để khắc phục khó khăn đó, nhà vật lí người Đức
Sommerfeld đã bổ sung thuyết Borh bằng cách đưa thêm
những quỹ đạo elip ngoài quỹ đạo tròn và đưa ra các số
lượng tử khác ngoài các số lượng tử chính để mô tả trạng
thái năng lượng của e trong nguyên tử và đã giải thích
được hiệu ứng Zeeman.
- Tuy nhiên, thuyết Borh-Sommerfeld không giải thích
được thật chi tiết quang phổ của các nguyên tử nhiều e.
- Bởi vậy, mẫu nguyên tử Borh cần được thay thế bằng
những quan điểm hiện đại của cơ học lượng tử.
20


Những tiên đề của CHLT:
Thuyết lượng tử Planck
Thuyết sóng hạt của ánh sáng (Maxwell & Einstein)
Thuyết sóng hạt của hạt vi mô (Louis de Broglie)
Nguyên lý bất định Heisenberg
Phương trình sóng Schrodinger
21


SÓNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA SÓNG
Sóng là một dạng truyền năng lượng chứ

không phải truyền vật chất. (quả bóng dập
dềnh)
Tính chất của sóng
 Hiện tượng giao thoa : một sóng có thể làm
tăng cường hoặc yếu đi một sóng khác (biên
độ sóng có tính cộng).
 Hiện tượng nhiễu xạ: sóng bò đổi hướng khi
chạm vào góc của vật chướng ngại
22


 Sóng điện từ: là dạng truyền năng lượng.
 nh sáng là sóng điện từ.
 Tốc độ sóng điện từ : c = 3.108 m/s.

c = ν. λ

 Bước sóng λ ; Tần số sóng ν

E1 > E2
E = h.ν= h.c/ λ
h = 6.63×10-34 J⋅s
λ ngắn, ν cao

λ dài, ν thấ23p


- Bản chất hạt của ánh sáng thể hiện ở hiệu ứng
quang điện (là sự phát ra các electron từ kim
loại dưới tác dụng của ánh sáng chiếu vào).

- Trong các hiệu ứng này, ánh sáng thể hiện tính
chất như các dòng hạt có khối lượng và xung
lượng xác đònh với động năng tính bằng công
thức:
∆Ε = mc2

c
2
∆E = hν = h = mc
λ

h
λ=
mc
24


- Sự thống nhất bản chất sóng và bản chất hạt thể
hiện qua mối quan hệ giữa khối lượng của
photon với tần số ν và bước sóng λ của bức xạ
là:

c
2
∆E = hν = h = mc =>
λ

h
λ=
mc

25