Bài 47. Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô

MẪU NGUYÊN TỬ BO


Nguyên tử (phân tử) được cấu tạo như thế nào ?
Cơ chế hoạt động của chúng ra sao mà phát xạ hay hấp thụ các phôtôn và tạo ra
hiện tượng quang phổ vạch ?


MẪU NGUYÊN TỬ BO
I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ

MÔ HÌNH HÀNH TINH LÀ GÌ ??


HỆ MẶT TRỜI


-- Mặt
Có các
tinhtâm
quay
quanh
trờihành
là trung
củaxung
hệ (thiên
thểmặt
duytrời
nhất nóng sáng).

MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ CHO NGUYÊN TỬ HYĐRÔ

Quỹ đạo của

THEO ÔNG

electron

* Lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và electron là lực hướng
tâm giữ cho electron chuyển động trên quỹ đạo tròn
* Năng lượng của nguyên tử gồm động năng electron và thế
năng tương tác của eletron với hạt nhân
RUTHERFORD

E le c
tron(
-)

Hạ t N

h ân

(+ )


I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ

 -Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford: Các electron (-) chuyển động xung quanh hạt nhân (+).

 - Hạn chế :

Không giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử

Hyđrô
+ Nhược điểm 1 : Theo thuyết sóng, electron chuyển động có gia tốc xung quanh hạt nhân nên phát sinh sóng điện
Theo thuyết sóng điện từ hạt điện tích chuyển
Boom
từ  sóng mang theo năng lượng  năng lượng nguyên tử giảm  thế năng giảm  bán kính giảm  electron rơi vô
động thì có khả năng bức xạ sóng điện từ.
nhân  nguyên tử bị phá vở
Vậy sóng này mang năng lượng đi hết, bán
kính quỹ đạo của e giảm dần, thì dẫn đến tình
+Nhược điểm 2: bán kính quỹ đạo của electron giảm liên tục  năng lượng nguyên tử giảm liên tục  sóng điện từ
trạng gì cho nguyên tử ?
phát ra có tần số thay đổi liên tục  Hydro chỉ có quang phổ liên tục ( thực tế có cả quang phổ vạch)


Niels Bohr

Để khắc phục những khó khăn của mẫu
nguyên tử Rutherford , năm 1913, Bohr vận
dụng thuyết lượng tử và việc nghiên cứu
quang phổ vạch Hidro để xây dựng mẫu
nguyên tử Bo (Bohr)

bằng cách bổ

sung thêm hai tiên đề vào mẫu
hành tinh nguyên tử

I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ

 -Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford : Các electron mang (-)chuyển động xung quanh hạt nhân
(+)

 - Hạn chế :

Không giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên

tử Hyđrô

 - Mẫu nguyên tử Bo : Mẫu hành tinh nguyên tử + hai tiên đề


II. CÁC TIÊN ĐỀ CỦA BO VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1. Tiên đề về các trạng thái dừng

TIÊN ĐỀ :

Nguyên tử chỉ tồn tại trong 1 số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở

trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ.

+HỆ QUẢ :Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, êlectron chỉ chuyển động trên những quỹ đạo có bán kính hoàn
toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng.
- Đối với nguyên tử hiđrô

2

rBO
n r0RA TIÊN ĐỀ VỀ
n =ĐƯA

TRẠNG THÁI DỪNG NHƯ
-11
r0 = 5,3.10 m gọi là bán kính quỹ đạo Bo , n = 1,2,3,4,5,.....
THẾ NÀO ?
n = 1 Trạng thái dừng cơ bản, năng lượng nguyên tử thấp nhất
 Nguyên tử bền vững nhất
n = 2,3... Trạng thái dừng kích thích, n càng lớn ( electron càng xa nhân), năng lượng nguyên tử càng cao Nguyên
tử càng kém bền vững( thời gian tồn tại ở các trạng này là 10

-8

s )


n

1

2

3

4

5

6

…

BKquỹ đạo

r0

4r0

9r0

16r0

25r0

36r0

…

n = 5 (O)

E5

n = 4 (N)

E4

n = 3 (M)

E3

n = 2(L)

E2

n = 1 (K)

E1

2
rn = n r0

Mức năng lượng

E1

E2

E3

E4

E5

E6

…

Tên quỹ đạo

K

L

M

N

O

P

…


- Khi electron chuyển động trên quỹ đạo K gần nhân nhất  ứng với trạng thái dừng có năng lượng
thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản  nguyên tử bền vững nhất  electron không rơi vô nhân  Nguyên
tử bền vững

DỰA VÀO TIÊN ĐỀ VỀ TRẠNG THÁI
DỪNG, GIẢI THÍCH TÍNH BỀN VỮNG
NGUYÊN TỬ ?


-

Khi electron chuyển động trên các quỹ đạo xa nhân hơn (
L,M,N…..) ứng với các trạng thái kích thích  Nguyên tử
kém bền vững (thời gian tồn tại 10

-8

s)

sau đó nguyên tử chuyển dần về trạng thái năng
lượng thấp  cuối cùng về trạng thái cơ bản.

 tương ứng electron chuyển dần từ quỹ đạo xa nhân về gần
nhân  cuối cùng về quỹ đạo K  electron cũng không rơi
vô nhân  Nguyên tử bền vững


2. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
-TIÊN ĐỀ : Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng (En) sang trạng thái dừng có năng lượng

ĐỂ GIẢI THÍCH ĐƯỢC SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ

thấp hơn (Em) thì nó phát ra 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu En - Em:
En

VẠCH PHÁT XẠ VÀ HẤP THỤ CỦA NGUYÊN TỬ
ε = hfnm = En - Em

HIDRÔ, BO ĐƯA RA TIÊN ĐỀ VỀ hfBỨC
XẠ VÀ HẤP
nm

(Học
theo sách giáo khoa)

THỤ NĂNG LƯỢNG

hfnm

Em

- Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em thấp hơn mà hấp thụ được 1 phôtôn có năng
lượng đúng bằng hiệu En - Em thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn En.


III. QUANG PHỔ PHÁT XẠ VÀ QUANG PHỔ HẤP THỤ CỦA NGUYÊN TỬ HIDRO

1> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ
Quang phổ nguyên tử Hydro gồm ba dãy :

-

Dãy Laiman : nằm ở vùng tử ngoại.

-

Dãy Banme một phần nằm ở vùng tử ngoại, một phần nằm ở vùng ánh sáng nhìn thấy gồm 4 vạch đỏ , lam ,
chàm , tím.

-

Dãy Pasen: vùng hồng ngoại

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

P

QUAN SÁT MÔ HÌNH VỀ QUÁ TRÌNH
O

Ecao

HÌNH THÀNH VẠCH QUANG PHỔ CỦA
N

NGUYÊN TỬ HIDRÔ KHI NGUYÊN TỬ
M

L

K

ε = En - Em

PHÁT XẠ NĂNG LƯỢNG
Ethấp


1> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ

Khi electron chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng thấp thì nó phát ra một photon có năng
lượng hoàn toàn xác định : hf = Ecao – Ethấp

Vận dụng tiên đề bức xạ, giải thích sự hình

Mỗi photon có tần số f tương ứng với một ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ ứng với một vạch

thành quang phổ vạch của hidro ( tức là mỗi

màu xác định.

vạch quang phổ có một tần số hay bước sóng
xác định) ??


2> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ HẤP THỤ

Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, quang phổ vạch hấp thụ của Hirô có 4
vạch đen trên các nền đỏ, lam ,chàm, tím của quang phổ liên tục


QUAN SÁT MÔ HÌNH VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH
ECao
QUANG PHỔ VẠCH HẤP THỤ CỦA NGUYÊN
TỬ

HIDRÔ KHI NGUYÊN TỬ HIDRÔ HẤP THỤ PHÔTÔN
Ethấp
TRONG CHÙM ÁNH SÁNG TRẮNG ( HẤP
THỤ
ÁNH SÁNG TRẮNG

P

O

N M L K

NĂNG LƯỢNG)


2> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ HẤP THỤ

Nếu một nguyên tử Hydro đang ở mức năng lượng thấp E thấp mà nằm trong chùm sáng trắng có tất

Vận dụng tiên đề hấp thụ , giải

cả các photon từ lớn đến nhỏ khác nhau, nó sẽ hấp thụ ngay một photon có năng lượng đúng bằng

thích
sựlên
hình
quang
phổ
hiệu Ecao - Ethấp
để nhảy
mứcthành
nang lượng
Ecao
hấp thụ của hidro??

vạch

→ có một sóng ánh sáng bị hấp thụ , làm trên quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối.

?
1. Chọn câu sai trong tiên đề về các trạng thái dừng.
A. Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định gọi là các trạng thái
dừng.
B. Trong các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ năng lượng.
C. Trong các trạng thái dừng, electron chuyển động trên các quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác
định.
D. Trong trạng thái dừng, electron dừng lại không chuyển động.


?
2>. Phát biểu nào sau đây là đúng? Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ năng lượng của nguyên tử có
nội dung là:
A. Nguyên tử hấp thụ phôton thì chuyển trạng thái dừng.
B. Nguyên tử bức xạ phôton thì chuyển trạng thái dừng.
C. Mỗi khi chuyển trạng thái dừng nguyên tử bức xạ hoặc hấp thụ photon có năng lượng đúng bằng
độ chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái đó
D. Nguyên tử hấp thụ ánh sáng nào thì sẽ phát ra ánh sáng đó.


?
3> Xét nguyên tử Hyđrô ở trạng thái như
hình vẽ. Hiện tượng gì xảy ra khi
electron chuyển xuống trạng thái có
mức năng lượng thấp hơn?

@ Nguyên tử Hyđrô sẽ bức xạ một
phôtôn

ε = h f = En − Em

Với những thành công của mẫu nguyên tử Bohr, Bohr đã đứng vào hàng ngũ những
nhà khoa học thiên tài cùng Albert Einstein Sau khi Bohr mất (1963), chính phủ Đan
Mạch đã tổ chức nhiều hoạt động tưởng nhớ và đưa hình ông lên tem, điều mà trước
đây chỉ dành cho các chính trị gia và các thành viên hoàng tộc mà thôi. Công thức
ông đưa ra đã là nền tảng cơ bản cho vật lí nguyên tử phát triển mạnh mẽ suốt thế kỉ
20.