Bài Gỉang hoa hoc CLC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
  

LÊ THỊ MÙI

BÀI GIẢNG MÔN HÓA HỌC
(Dành cho sinh viên thuộc dự án chất lượng cao PFIEV )

Đà Nẵng 1999


PHẦN MỘT. CẤU TẠO CHẤT

Chương 1.Mô hình lượng tử của nguyên tử. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học
1.1. Thành phần nguyên tử. Quang phổ phát xạ của nguyên tử hidro.Sự lượng tử hoá năng
lượng. Các mẫu nguyên tử
1.1.1.Thành phần nguyên tử
1. Electron :
- điện tích : e = -1,6.10-19 C ( -4,8.10-10 đv CGSE). - khối lượng: me = 9,1.10-31kg (1/1822 đvc)
2. Proton :
-19
-27
- điện tích : p= +1,6.10 C.
- khối lượng: mp= 1,673.10 kg (=1836 me)
3.Neutron: - điện tích : n = 0.
- khối lượng: m n = 1,675.10-27 kg (=1839 me)
4- Hạt nhân nguyên tử gồm: proton và neutron. Các hạt cơ bản có kích thước 10 -15 cm
1.1.2. Quang phổ phát xạ của H
Thu được khi phóng điện qua ống đựng H ở áp suất thấp 1,5mbar. Phổ PX của H gồm:
Dãy Banmer (1885) gồm 4 vạch đỏ, xanh lam, chàm, tím: 656,3; 486,1; 434; 410,2 nm

Dãy Lyman n= 1 (1906)
Vùng tử ngoại
Balmer n= 2 (1885)
Vùng nhìn thấy
Paschen n= 3 hồng ngoại gần (1908)
Bracket n= 4
hồng ngoại
Pfund n= 5
Rydberg & Rits: λp,n của tất cả các vạch có thể viết dưới dạng:
1
1
1
= Rn .( 2 − 2 )
λ p ,n
n
p

n, p ∈ N *

p>n

Hằng số Rydberg Rn = 10.979.708,014 ± 0,013m-1
Xanh

Âoí

650

600

550

500

450

Hδ
400

H

8

Hγ

Hβ

Hα
700

Têm

350 nm

H×nh 1.1. Phæ cña nguyªn tö hy®ro
1.1.3. Sự lượng tử hoá năng lượng.
1. Thuyết sóng ánh sáng của Măcxoen
As (hay bức xạ nói chung) có bản chất là sóng điện từ
2. Thuyết lượng tử Planck-TÝnh chÊt sãng vµ h¹t cña ¸nh s¸ng (1900)
Một dao động tử dao động với tần số ν chỉ có thể pxa hay hấp thụ nl từng đơn vị gián đoạn,

từng lượng nhỏ1, nguyên vẹn, gọi là lượng tử NL: ε = h.ν. h = 6,625.10-34 j.s. NL của dao đ tử:
E= ∑ε. Gọn lại: as hay bức xạ nói chung gồm những lượng tử NL phát đi từ nguồn sáng.
*Sóng điện từ có bước sóng λ ; vận tốc lan truyền là c = 3.108 m/s
* Chùm hạt photon có khối lượng động là m (theo Einstein ; 1905)
*Mối liên hệ :

λ=

h
m.c

( E = m.c2 = h.ν= h.c /λ = năng lượng của 1 photon)

1.1.4. Các mẫu nguyên tử cổ điển


1.Mu Thomson (cha ;1903)
* Tiờu cu: mu ion-in t = bỏnh puing nhõn nho khụ (in t phõn b u trong ion)
* Khụng gii thớch c nguyờn t cú nhiu khụng gian trng
2. Mu Rutherford (1911)

( chựm ht xuyờn qua lỏ vng mong , chi cú mụt s ớt bi ụi hng )

Hỡnh 1.2. S tỏn x ca tia
* mu hnh tinh nguyờn t= ht nhõn l mt tri; cỏc e l nhng hnh tinh chuyờn ụng quanh ht
nhõn trờn nhng qu o trũn
*khụng gii thớch c s bn vng cua a s cỏc nguyờn t :theo in ụng hoc cụ iờn : e
chuyờn ụng phỏt súng in t; nng lng gim; bỏn kớnh qu o gim ti bng 0; nguyờn t bi
phỏ v.
3. Mu Bohr(1913):

õy l thuyt na c in na hin i, l g quỏ tin n CHLT
Các điện tử:
- Chuyển động trên những quỹ đạo xác định và khi quay trên các quỹ
đạo năng lợng đợc bo toàn (trạng thái dừng).
- Mỗi quỹ đạo ứng với một mức năng lợng đợc xác định bởi năng lợng của
nguyên tử. Với nguyên tử hyđro mức năng lợng của electron đợc tính theo công
thức sau:
En = -13,6

1
(eV)
n2

trong đó : n = 1,2,3...


- Quỹ đạo gần hạt nhân nguyên tử có năng lợng thấp, quỹ đạo xa có năng
lợng cao. Khi electron chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác sẽ xảy ra sự
hấp thụ hoặc giải phóng năng lợng:
= h = En - En,
Thnh cụng ca Bohr
- Tính đợc bán kính của nguyên tử hyđro (r H), CM c tớnh lng t cua bỏn
kớnh v nng lng cua NTH: r =n2a0; E=-13,6/n2 (ev).
- Giải thích đc b/c vt lý cua phụ vạch hyđro gm 4 vch: tớm, chm, xanh lam, o.
Tiờn oỏn c vi trớ cua nhng vch QP H cha biờt lỳc by gi trong vựng t ngoi v hng ngoi
- Tỡm li c /l Ritz, c bit tớnh c hng s Ritbec vi ụ cx cao
Rydberg & Rits:
1
1

1
= Rn .( 2 2 )
p ,n
n
p

n, p N *

p>n

Day Lyman n= 1
Vựng t ngoi
Balmer n= 2
nhỡn thy
Paschen n= 3 hng ngoi gn
Bracket n= 4
hng ngoi Pfund n= 5
RH theo lý thuyờt l 109.677,6 cm-1 m x c l 109.737,8 cm-1
Nhợc điểm
- Không giải thích đợc phổ của các nguyên tử phức tạp, có nhiều electron
và ảnh hởng của phổ dới tác dụng của trờng điện từ.
- Thuyết Bohr có tính chất độc đoán, khụng gii thớch c cng ụ v ụ bụi cua
vch phụ.
- Chng li thuyờt cụ iờn nhng khi tớnh toỏn lc tỏc dung lờn e li s dung cỏc /l cụ iờn
- Cỏc s lng t c a vo mụt cỏch ỏp t
Ngoi ra cũn co cỏc thuyt:
* Mu Bohr = mu Rutherford + thuyờt lng t Planck (1900)
- Tiờn v qu o dng (ụn inh : e cú nng lng ton phn khụng ụi theo thi gian )
- Momen ụng lng c lng t hoỏ: M= rmv = n
- Nng lng ton phn cua e :

En = -

m.e 4
1
2
2
2 . 2 = -13,6/n (eV)
8 o .h
n

h
( h= 6,625.10-34 J.s )
2

; 0=8,85.10-12F/m

-

Súng in t do nguyờn t hp thu hay phỏt ra cú tn s f v bc súng :
En = h.f = hc/
* Mu Bohr- Sommerfeld:
- Qu o trũn v elip :

a
n
=
b
l +1

;

l n-1

- Cỏc s lng t : mụ t trng thỏi chuyờn ụng cua e trong nguyờn t
n = s lng t chớnh ; nguyờn dng
l = s lng t phu ; t nhiờn l n-1 ; chun momen t à = l.o
m = s lng t t ; nguyờn m l ; hỡnh chiờu momen t à z = m.o


o = 4.10-7 H/m = momen t s ng
ms = s lng t spin = +1/2 ; -1/2 ; s t quay cua e quanh truc cua nú
* Gii thớch tt quang phụ nguyờn t
1.2.Thuyt c hc lng t v cu to nguyờn t
1.2.1. Tớnh cht song ca cỏc ht vi mụ - thuyt Broglie
* Moi vt cú kl m chuyờn ụng vi v u gn lin vi 1 súng c trng bng bc súng c tớnh
theo h thc De Broglie


=

h
mv

m - khối lợng của hạt
v - vận tốc chuyển động của vật chất
Ly vớ du vi vt cú kl 1gam, v-1cm/s v e cú m=10 -28g v v=6.10-9 cm/s. T ú cho thy tính
chất sóng - hạt này chi thờ hin rừ ở tất cả các hạt vi mô: electron, proton...
kớnh hiờn vi in t v = 14,6 km/s; thy vt thờ kớch thc=bc súng50nm
* Cỏc vt v mụ cú khi lng ln nờn bc súng rt nho, cú thờ bo qua tớnh cht súng
1.2.2. Nguyên lý bất định của Heisenberg

Vì có tính sóng - hạt nên không thể xác định đồng thời chính xác cả
tọa độ lẫn vận tốc chuyển động của hạt vi mụ. Do đó không thể vẽ hoàn toàn
chính xác qđạo chuyển động của vi hạt.
X.VX

h
m

trong đó: X ụ bt inh v toa ụ theo phg x
VX - ụ bt inh v vn tc theo phg x
Tng t i vi phg y, z
Vì bị giới hạn bởi h/m nên nếu X càng nhỏ ( phép đo tọa độ càng
chính xác) thì VX càng lớn (phép đo vận tốc càng không chính xác).
1.2.3. Khái niệm về cơ học lợng tử
1.2.3.1. Hàm sóng
* Cỏc s nguyờn mụ t hin tng tun hon ( súng)
* Hm cua to ụ v thi gian : (x,y,z,t) trong đó x, y, z là các giá trị toạ độ của
điểm, t là thời gian. cú thờ l hm thc, cú thờ l hm o, nhn c giỏ tri + v -. Trng
thỏi dng : hm cua to ụ (x,y,z)
* Bỡnh phng moun = mt ụ xỏc sut:
2 = *
* Về ý nghĩa vật lý của hàm sóng đến nay cha đợc xác định nhng đại lợng |
2|dV là xác suất tìm thấy hạt tại thời điểm t, trong yêú tố thể tích
trong thờ tớch nguyờn t dV = dxdydz có tâm là M(x,y,z).
* iu kin chun hoỏ cua hm súng: trong ton khụng gian tụng xỏc sut = 1: 2.dV = 1
- iu kin toỏn hoc cua : n tri, liờn tuc v hu hn
Khỏi nim v ỏm mõy e: vựng khụng gian m ú xsxh e l > 90%
Orbital nguyờn t (AO): ng cong gii hn
1.2.3.2. Phơng trình sóng Schrodinger v c hc lng t:

2
2
+
y 2
x 2

trong đó:

2
8 2 m
8 2 m
2
+
(E
U)
=
0


+
(E - U) = 0
z 2
h2
h2
2
2
2

2
=
+
+
.
m: khối lợng của điện tử. h: hằng
y 2
x 2
z 2

+

số Planck


Hoặc:

H = E. õy l pt c bn ca CHLT, t õy CHLT

ra i
Nghiệm của ptrình sóng Schrodinger là các hàm số 1, 2, 3, .... n tơng ứng với các mức năng lợng E1, E2, E3, .... En. Nh vây, từ nghiệm của phơng
trình sóng Schrodinger sẽ tính đợc lg tử năng lợng của các hạt vi mô, momen lg
M v Mz, biờt c moi thụng s v h ht vi mụ
1.2.4. Kt qu ca phộp gii phng trỡnh Schrodinger i vi nguyờn t H ( 1e)
* Nguyờn tc cua phộp gii: cho rng e chuyờn ụng trờn mt cu m tõm cu l HN nguyờn t,
do ú phi chuyờn t h toa ụ cỏc sang toa ụ cu, thay vo pt Schrodinger ri gii
* Kt qu ca phộp gii lm xut hin 3 SLT n,l v m. NL E, M v Mz

1.2.4.1. S xut hin các số lợng tử n,l v m. Khai nim v orbital nguyên tử (AO).
1.Phng hng gii phng trỡnh súng

a.Bi toỏn 1e trong trng thờ cua ht nhõn
* Bi toỏn duy nht cú li gii chớnh xỏc
* Trng thờ cua ht nhõn cú i xng cầu: thờ nng cua e chi phu thuục vo khong cỏch ti
ht nhõn, khụng phu thuục vo hng:
U=-

e2
4 o .r

b. chuyờn sang h to ụ cu:
x = r.sin.cos

r : 0

z


y = r.sinθ.sinφ
θ : 0→ π
z = r.cosθ
φ : 0→ 2π
2
dV = r sinθdφdθdr

M
θ
r
y
φ

M’

x
c. Phân tích hàm sãng ra 3 thừa số là 3 hàm sóng mà mỗi hàm chỉ có một biến số:
Ψ(φ,θ,r) = Φ(φ)Θ(θ)R(r)
vì hàm sóng có tính ch xác xuất
d. Tách phương trình sóng( phương trình Ψ) thành 3 phương trình riêng biệt: phương trình Φ;
phương trình Θ và phương trình R
e. Giải 3 phương trình tìm được 3 hàm mà tích là hàm sóng cần tìm. R(r) € n và l; Θ(θ) € l và
m; Φ(φ) € m. Đồng thời tìm được năng lượng toàn phần E, M và Mz
2. Nhận xét lời giải của bài toán nguyên tử H
a.Hàm sóng:
* Họ hàm số được xác định bởi các tham số là các số nguyên
Φm(φ) =
Θl,m(θ) =

1
2π

.ei.m.φ

m : nguyên ; i= − 1

(2l + 1)(l − m )!
2(l + m )!

l ≥ m ; l : số tự nhiên

. Pl m (cosθ)
Pl

Rn,l(r) =

(n − l − 1)!  2
3 .
2n[ (n + l )!]  n.a o





3/ 2

.e

−

r
nao

m

 2r
. 
 n.a o

với : n ≥ l+1 ; n: nguyên dương

: hàm Legendre
l

 2l +1  2r 

 . Ln +l 
n
.
a
 o

h 2ε o
ao =
: bán kính Bohr
π .m.e 2

L2nl++l1 : hàm Laguerre

Rn,l( r): phần xuyên tâm
Yl,m(φ,θ) = Φm(φ). Θl,m(θ): phần góc
* Electron trong nguyên tử H ở trạng thái cơ bản:
n =1; l = 0; m = 0
Φ0 =

1
2π

;

Ψ1,0,0=

Θ0,0 =

1

π .a

1
2

;

Y0,0 =

1
4π

r

3
o

. e − a = Ψ1s
o

* Electron trong ngtử H ở T.T kích thích
n = 2; l = 0; m = 0

; R1,0=

2
a

r

3
o

. e−a

o


Ψ2,0,0 =

1


r
 2 −
4 2πa 
ao
3
o

 − r
 . 2 ao = Ψ2s
 e

;

Y=

1
4π

n =2 ; l =1; m = 0
Ψ 2,1,0 =

1
4 2πa

3
o

r − r
p
2 a cosθ = Ψ2 z ;
ao e o

Y=

3
cosθ
4π

n = 2; l = 1; m = ± 1 ( tổ hợp tuyến tính các hàm phức cho các hàm thực )
Ψ 2,1, ± 1 =
Ψ 2,1, ± 1 =

1
4 2πa

3
o

r − r
py
;Y=
2 a sinθsinφ = Ψ2
ao e o

3
sinθsinφ
4π

3
o

r − r
p
2 a sinθcosφ = Ψ2 x ; Y =
ao e o

3
sinθcosφ
4π

1
4 2πa

n=3 ; l=0 ; m=0

Ψ300 = Ψ3s

n=3 ; l = 1 ; m = 0; ± 1

Ψ 3pz ; Ψ3py ; Ψ3px

n=3 ; l=2 ; m = 0 ; ± 1 ; ± 2

Ψ z 2 ; Ψxz; Ψyz; Ψxy ; Ψ x 2 − y 2

* Ψn,l,m với các giá trị xác định của n,l,m là 1 hàm vị trí=1 orbital ngtử =1 AO
* Từ bình phương mođun hàm vị trí xác định phân bố mật độ xác xuất thể hiện bằng hình ảnh là
mây điện tử
*Độ lớn, hình dạng và sự định hướng ( phụ thuộc các góc φ, θ) của mây e phụ thuộc vào n, l, m
b. Năng lượng toàn phần của e trong nguyên tử H chỉ phụ thuộc vào n
En = -

m.e 4
1
2
2 . 2
8ε o .h n

c.Mômen động lựơng và hình chiếu của nó của e
*Chuẩn ( độ dài )

L = l (l + 1) .

h
2π

L z = m.

*Hình chiếu ( độ dài đại số ) trên phương z
h
h
= 2.
2π
2π
h
z
2
2π

Trường hợp l=1: L = l ( l + 1)

-1

h
2π

và Lz = +1

+1
0

L = r ∧ mv

x0y

h

h
; 0 ; -1
2π
2π


d.Cơ học lượng tử tương đối : Khi hiệu chỉnh khối lượng do chuyển động với vận tốc lớn kết quả
của bài toán cơ học lượng tử tương đối ( Dirac; 1928) cho thấy e còn có mômen động lượng riêng
S (spin) mà chuẩn được lượng tử hóa
S = s.( s + 1) .

h
2π

trong đó s = 1/2

và hình chiếu trên phương z được lượng tử hóa :
S z = ms .

h
2π

trong đó ms=+1/2 ; -1/2.

Phần của hàm sóng chứa tham số ms là hàm spin χ m
* Hàm (sóng) toàn phần bằng tích của hàm vị trí và hàm spin
Ψn,l,m, m s = ψn,l,m . χ m

s

s

Khảo sát hàm sóng
2
2
dP = Ψ .dV = Ψ .r 2 . sin θ .dϕ .dθ .dr = R 2 .Y 2 r 2 . sin θ .dϕ .dθ .dr
Xác suất xuyên tâm
 π  2π 2
 
dPr = R .r .  ∫  ∫ Y sin θdϕ dθ  dr
 
 0  0
2

2

Tích phân 2 lớp theo đk chuẩn hóa góc bằng 1, do đó
dPr = R2.r2.dr
dPr
= R2.r2 = Dr(r)
dr

Dr(r) : mật độ xác suất xuyên tâm

Trạng thái 1s : Dr(r) cực đại ở r = a0 ; bằng 0 ở r = 0 ; → 0 khi r → ∞
Dr(r)

0
1
r,a0

Trạng thái 2s : Dr(r) cực đại ở r = ( 3 - 5 )a0 và ( 3 + 5 )a0
cực tiểu ở r = 2a0
bằng 0 ở r = 0 và r = 2a0 ; → 0 khi r → ∞
Dr(r)


0 3- 5 2 3+ 5
r,a0
Số lợng tử chính n:
n - số nguyên bất kỳ từ 1 đến đợc gọi là số lợng tử chính và đợc ký
hiệu thành các lớp tơng ứng:
Số lợng tử chính n :
1 2
3 4... .
Lớp:
K L M N ......
Nh vậy, số lợng tử chính n xác định năng lợng của các lớp điện tử. Trạng
thái lợng tử của nguyên tử hidro có mức năng lợng thấp nhất E1 (tơng ứng với lớp n
= 1) đợc gọi là trạng thái cơ bản. Các trạng thái lợng tử của nguyên tử có mức
năng lợng cao hơn E2, E3, ... đợc gọi là các trạng thái kích thích.
Số lợng tử ph ( orbital) l:
l = 0, 1, 2, 3, ... , (n - 1).
Số lợng tử orbital có ý nghĩa xác định độ lớn momen động lợng chuyển
động orbital | M | của điện tử:
S lng t orbital l (s lng t phu) l tham s c trng cho hỡnh dng cua cỏc orbital tc
l hỡnh dng cua cỏc ỏm mõy in t cú giỏ tri:
l = 0, 1, 2, 3, ... , (n - 1).
Số lợng tử từ :
m = 0, 1, 2, 3, ..., l
Số lợng tử từ xác định giá trị độ lớn hình chiếu của momen động lợng

MZ trên trục z:
- nlm goi l 1AO v l hm orbital, chuyờn ụng cua e xq HN phu thuục vo 3 SLT goi l ch
orbital
- S gt cua nlm= n2
1.2.4.3. Nng lng ca nguyờn t H v SLTC n
Kt qa ca phộp gii pt S cho thy nng lng ca H ph thuc vo n
En =

2 m e 4
1
= 2 13,6eV
2 2
n h
n

i vi hờ 1e: En= 13,6.z2/n2

En nhn nhng gt n m n li N nờn E c lng t húa. T ú gt qphụ vch cua NT H
1.2.4.4. Momen ng lng v hỡnh chiu ca nú. SLTP l. SLTT m
Kờt qu cua phộp gii pt S cho thy M l v Mz m nh sau:
*Chun ( ụ di )

M = l (l + 1) .

h
2

*Hỡnh chiờu ( ụ di i s ) trờn phng z
h
h

= 2.
2
2
h
z
2
2

Trng hp l=1: M = l ( l + 1)

M z = m.

h
2

v M z = +1

h
h
; 0 ; -1
2
2


+1
0

x0y

-1

1.2.5. Chuyn ng spin - Số lợng tử t spin (ms), hm súng ton phn
Chuyờn ụng cua e trong NT xq HN ngoi c orbital cũn cú ch nụi ti trong lũng nú do s
ch cua cỏc pt vt cht vụ cựng nho to nờn nú goi l ch spin, cú thờ xem nh l s t quay v
c c trng bng s lng t t ms có giá trị bằng -1/2 và +1/2.
Momen t S (spin) m chun c lng t húa
S = s.( s + 1) .

h
2

trong ú s = 1/2

v hỡnh chiờu trờn phng z c lng t húa :
S z = ms .

h
2

trong ú ms=+1/2 ; -1/2.

Phn cua hm súng cha tham s ms l hm spin S m
* Hm (súng) ton phn bng tớch cua hm vi trớ v hm spin

s

n,l,m, m s = n,l,m . S m
Nh vậy, một điện tử trong nguyên tử đợc xác định bằng 4 số lợng tử: n, l,
m, ms. Các số lợng tử này đặc trng cho năng lợng, thể tích, hình dạng và spin
của điện tử.
s

1.2.6. Nguyên tử nhiu e
1.2.6.1. Hm súng v phng trỡnh S cho nguyờn t nhiu e
Trong NT 1e, e chuyờn ụng trong trng i xng tõm, cũn trong NT nhiu e, e chụng
trong trng cua HN v cỏc e khỏc khụng i xng tõm . Do vy EH= E1 + E2 + E3+..... Uh = Tụng
Uhỳt + tụng Uy. Pt S phi biờu thi trng thỏi cua ton bụ cỏc e, gii pt ny cc k phc tp.
1. Phng trỡnh súng khụng cú li gii chớnh xỏc cho h 1 ht nhõn v nhiu in t.
2. Phng phỏp gn ỳng da trờn mụ hỡnh trng xuyờn tõm ( mụ hỡnh cỏc ht ục lp):
*Mi e chiu tỏc dung cua in trng trung bỡnh cua ht nhõn v cỏc in t cũn li ; gi thiờt rng
õy l trng xuyờn tõm cú i xng cu (trng cua ht nhõn bi chn bi cỏc e cũn li).
*Gii trong h to ụ cu
3. a ptS cua NT nhiu e v n pt S cua NT 1 e, mi hm súng thu c l mụt hm n in t.
1.2.6.2. Kờt qu phộp gii pt S i vi nguyờn t nhiu e
* Hiu ng chn v hiu ng xõm nhp
A = Z - Z*, A=a1+a2+a3+.....
* Hiu ng xõm nhp lm tng mi liờn kờt cua cỏc e ngoi cựng vi ht nhõn
1. 2.6.3. Nhn xột li gii gn ỳng
1.Hm súng :
n,l,m l mụt ho hm s vi cỏc tham s nguyờn tng t nh trng hp nguyờn t 1e trong ú
in tớch ht nhõn l hiu dung Z*e ( Z 2).Mi hm l 1 A.O.
2 Mõy in t : ụ ln; hỡnh dng; s inh hng phu thuục n, l, m.
2.Nng lng ton phn phu thuục hai tham s n v l :


1.2.6.4. Ý nghĩa của 4 số lượng tử
n
1 2 3 4 5............. ∞
Lớp e
K L M N O..............
Mức NL

E1 E2 E3 E4...................E∞
l
0 1 2 3.......
ph lớp e
S
P d f.........
m
0 ±1 ±2 ±3....... ±l
Số AO(ÔLT) 1 3 5 7.........
ms
±1/2
n xác định bán kính AO
l xác định hình dạng các AO
m xác định số kiểu định hướng của các AO, đồng thời xđ số AO hay số ô lượng tử đều bằng
2l+1
ms xđ kiểu định hướng của e: ↑ ứng với ms = 1/2 ↓ ứng với ms = -1/2
1) n = số lượng tử chính:
*Đặc trưng cho lớp điện tử (STT)
* Đặc trưng cho mức năng lượng (STT)
*Xác định độ lớn của mây điện tử
*Lớp thứ n có n phân lớp ; có n2 A.O ( mức năng lượng En suy biến n2 lần)
2) l = số lượng tử phụ:
*Đặc trưng cho phân lớp : kí hiệu s(l=0); p(l=1); d(l=2) ; f(l=3)…
*Đặc trưng cho phân mức năng lượng: phân mức s; p; d; f…
*Xác định độ lớn của vectơ mômen động lượng orbital.
*Xác định hình dạng mây e ( mây s hình cầu; mây p hình số 8 tròn xoay; mây d hình hoa 4 cánh
nổi…)
3) m= số lượng tử từ(orbital)
*Đặc trưng cho A.O (với n và l xác định )
* Xác định sự định hướng của vectơ mômen động lượng sao cho hình chiếu trên phương z được

lượng tử hoá
*Xác định sự định hướng của mây điện tử trong không gian :số cách định hướng bằng số giá trị
của m ( với n và l xác định): 2l+1
*Số A.O trong 1 phân lớp cũng = 2l+1
4) ms = số lượng tử (từ) spin
*Đặc trưng cho momen động lượng riêng của e
*Trong một A.O ( n, l, m xác định) chỉ có tối đa 2e với ms trái dấu.
ms xđ kiểu định hướng của e: ↑ ứng với ms = 1/2 ↓ ứng với ms = -1/2

+


s
z
+
-

+

y

+
x

Px

py

pz

z
y
+
+

+

+

x

dz

2

2

dx -y
z

+

2

z
-

-

y

+

x

-

+

y
dxz

+

+
dyz

-

x
+
dxy

-


z
y
x

s

z

z
y

z
y

y

pz

py

px

z

z

y

y

x

x

dx2-y2

dz2
z

z

z
y

y

y
x

dxz

x

x

x

x

x

dyz

Hình 1.3. Hình dạng các mây e
1.3.Sự phân bố điện tử trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản
1.3.1. Biểu diễn cấu trúc vỏ e của nguyên tử

* CÊu h×nh ®iÖn tö
* CÊu h×nh « lîng tö

dxy


VÝ dô: H (Z =1).

1s1
Nguyªn tö Cl (Z = 17). 1s22s22p63s23p5
3s

2

2s2

3p5

3d

2p6

1s2

Sù ph©n bè ®iÖn tö trong nguyªn tö tu©n theo nguyªn lý bÒn v÷ng, quy
tắc Klechcopski, nguyªn lý Pauli, quy t¾c Hun, nguyên lý của trạng thái bão hòa và bán bão
hòa.
1.3.2. Nguyên lý vững bền: trong NT e xếp trước hết vào những vị trí có E thấp nhất, sau đó đến
những vị trí có E cao dần
1.3.3. Quy tắc Klechcopski

* Nội dung - Năng lượng En,l tăng theo tổng n + l
- Nếu 2 AO có tổng n + l như nhau thì AO nào có giá trị n lớn hơn sẽ có năng lượng
cao hơn
* Sơ đồ Kleccopski
Phân bố năng lượng theo Klechccopski: 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d4p6s4f.........


7s

7p

7d

7f

6s

6p

6d

6f

5s

5p

5d

5f

4s

4p

4d

4f

3s

3p

3d

7
6

2s

2p

5
4

1s

n+l

3

2
1

Hình 1.4. Sơ đồ Klechcopski
1.3.4. Nguyªn lý Pauli (áp dụng cho điện tử là hạt Fermion có spin bán nguyên)
Trong mét nguyªn tö kh«ng thÓ cã 2 ®iÖn tö cã 4 sè lîng tö hoµn toµn
gièng nhau.
Tõ nguyªn lý Pauli cã thÓ dÔ dµng nhËn thÊy r»ng, trªn mét orbital chØ cã thÓ
cã 2 ®iÖn tö víi spin ngược dấu (-1/2) vµ (+1/2)
Nh vËy, ph©n líp s (cã 1 orbital) chØ cã thÓ cã tèi ®a 2 ®iÖn tö, S 2
p (3 orbital) – 6 ®iÖn tö, p6. d (5 orbital) – 10 ®iÖn tö, d10. f (7 orbital) – 14
®iÖn tö, f14........


Hai nhà khoa học: Wolfgang Pauli (đứng) và Einstein (ngồi)

Ngoại lệ đối vói quy tắc K: khi e đc điền vào phân lớp d thì E của phân lớp d sẽ nhỏ hơn của S (z
≥ 21) ví dụ 1s22s22p63s23p63d24s2
1.3.5. Quy t¾c Hund

Friedrich Hund (1896-1997)

Nội dung: Trong mét ph©n líp c¸c ®iÖn tö ph©n bè vào ô LT sao cho sè ®iÖn tö tù
do lµ lớn nhÊt.


Ví dụ, ba điện tử của phân lớp np4 có thể phân bố vào các orbital theo 4 phơng án sau:

1
2
3
4
Theo quy tắc Hund, chỉ có phơng án 1 là hợp lý
H qu: - e phõn b trc hờt vo ễLT cú gtri m nho nht
- Cú e t do thỡ NT hay cht cú tớnh thun t, chi cú e ghộp ụi thỡ nghich t
- Khỏi nim v e cui cựng v phõn bit vi e ngoi cựng
1.3.6. Cu hỡnh bn ca trng thỏi bóo hũa v bỏn bóo hũa
Khi 2 AO cú E xp xi nhau (nS v (n-1)d), nờu 1 trong 2 AO thiờu i 1e ờ t ờn trng thỏi
bh v bbh thỡ e a ghộp ụi bờn cnh s chuyờn sang
Vớ du nguyờn t cú Z=24: 1s22s22p63s23p63d44s2 khụng bn 1s22s22p63s23p63d54s1
1.3.7. Electron tim, e húa tr, cỏch biu din Lewis
1.4. Mụ hỡnh gn ỳng Slater
Xột cỏc trng thỏi n in t, mi in t ei chuyờn ụng trong trng cua in tớch ht nhõn
hiu dung Zi*
Zi*= Z -

N .
j

j

j i

Nj : s e gõy chn

1)S lng t chớnh biờu kiờn phu thuục vo n:
N = 1 ; 2 ; 3; 4 ; 5 ; 6 ........
ni*= 1 ; 2 ; 3 ; 3,7 ; 4,0 ; 4,2
2)Hng s chn
ni
n
nj
1s
ns,np
n > n:
0
0
phớa ngoi
n= n
0,30
0,35
cựng lp
n=n-1
0,85
phớa trong k
n1,00
phớa trong cỏch
3)Phn xuyờn tõm cua hm súng

nd,nf
0

nd, nf : 0,35
ns, np : 1,00
1,00
1,00

n 1

r
Z *r
Rn ,l ( r ) = A. . n.a0
a0 e

A : tha s chun húa

4)Bỏn kớnh orbital: khong cỏch r khi Dr(r) ln nht
n ,l =

n2
.a0
Z*

5)Nng lng ton phn:
En,l =

m.e 4 Z *2
. *2
2
8 0 .h 2 n

* ng dng ca quy tc Slater

- Kim chng quy tc Klechcopski: ly v/d vi 19K so sỏnh 2 cu hỡnh 4s 1 v 3d1 bng cỏch tớnh
nng lng hoc 20Ca tớnh nng lng 2 cu hỡnh 4s2 v 3d2
- Tớnh nng lng ion húa (xem cỏc ỏp dng)
1.5. S phõn loi tun hon cỏc nguyờn t hoỏ hc
1.5.1. Nguyờn lý xõy dng bng HTTH
- Cỏc nguyờn t c xờp theo chiu tng cua z t trỏi sang phi
- Hng ngang l chu k cú cựng gtri n, cú cựng cu hỡnh tim
- Cụt doc cú cựng s e húa tri v cựng 1 ho thỡ thuục 1 nhúm
Ngày nay, dới ánh sáng của thuyết cơ học lợng tử có thể rút ra một số
nhận xét về sự sắp xếp các nguyên tố hoá học của bảng tuần hoàn
Menđeleep nh sau:
Điện tích hạt nhân nguyên tử Z là đặc tính cơ bản nhất xác định bản
chất của nguyên tố.
Số chỉ giá trị điện tích hạt nhân trùng với số thứ tự của nguyên tố trong
bảng tuần hoàn Menđeleep.
Điện tích hạt nhân chính bằng tổng số hạt proton của nguyên tử. Khi số lợng hạt proton thay đổi thì tính chất của nguyên tử cũng thay đổi, số thứ tự
của nguyên tử thay đổi.
Số điện tử trong một nguyên tử trung hoà điện tích bằng số điện tích hạt
nhân (thứ tự Z). Thay đổi số điện tử không làm thay đổi giá trị Z (không
làm thay đổi bản chất nguyên tố), nhng làm thay đổi trạng thái điện tích
của nguyên tử.
Tính chất hoá học, vật lý của nguyên tử không phải đợc xác định bởi số lợng điện tử trong nguyên tử mà bởi cấu hình lớp vỏ của các điện tử.
Số chu kỳ mà nguyên tố đó đợc sắp xếp chính bằng số lớp điện tử của
nguyên tố đó (trừ paladi).
1.5.2. Nguyờn nhõn hỡnh thnh chu k
Do vic xd lp e mi bt u t ns1 KL kim v kờt thỳc np6 khớ hiờm, mi CK u bt
u bng 1 KLK v kờt thỳc bng 1 Khớ hiờm. STT cua CK l SLT n cua lp ngoi cựng
Cấu tạo nguyên tử của các nguyên tố hoá học biến thiên tuần hoàn theo

quy luật: Cứ sau sự sắp xếp một lớp điện tử thì lại bắt đầu hình thành một
lớp điện tử mới, tức là sự hình thành đó xảy ra có tính chu kỳ.
Lp e
Chu k Cu hỡnh e cỏc nguyờn t
S ngt/CK
1
2
K(n=1)
1 H
1s 1s
He
2
1
2
1
6
L(n=2)
2 Li
2s 2s
2p ........2p
Ne
8
M(n=3)
3 Na 3s13s2
3p1.........3p6 Ar
8
1
2
1
10

1
6
N(n=4)
4 K
4s 4s
3d .....3d
4p .........4p Kr
18
1
2
1
10
1
6
O(n=5)
5 Rb 5s 5s
4d .....4d
5p ..........5p Xe
18
1
2
1/0
1/2
14
1/2
10
1
6
P(n=6)
6 Cs 6s 6s 5d 4f ...4f 5d ....5d

6p ..........6p Rn
32
Q(n=7)
7 Fr
7s17s2..........................................
7p1...........7p6 d dang
Chu kỡ
* gm cỏc nguyờn t cú s lp in t nh nhau
* bt u l ns1; kờt thỳc l np6 cua lp ngoi cựng
Nhận xét


- Sự hình thành vỏ điện tử của các nguyên tố có tính chất tuần hoàn: cứ sau
một dãy nguyên tố lại bắt đầu hình thành một lớp điện tử mới. Dãy nguyên tố
trong đó đang xảy ra sự hình thành một lớp điện tử mới đợc gọi là chu kỳ. Sự
phân bố điện tử của chu kỳ n đợc bắt đầu từ nguyên tố đầu tiên trên phân
lớp ns và kết thúc ở nguyên tố cuối cùng với phân lớp bão hoà np
- Sự sắp xếp điện tử trong nguyên tử của các nguyên tố nhìn chung tuân
theo quy tắc năng lợng Klexcopxki nhng có một số trờng hợp ngoại lệ
Ví dụ, trong nguyên tử 29Cu, thay vì phân bố điện tử vào phân lớp 3d,
4s là (3d94s2) thì lại phân bố 3d104s1:
29
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
Sự sắp xếp có tính ngoại lệ này xảy ra tơng tự ở 24Cr, 42Mo, 47Ag, 79Au...
1.5.3. Nguyờn nhõn hỡnh thnh nhúm
Cỏc ngt trong cựng 1 nhúm cú s e húa tri ging nhau. STT ca nhúm bng s e húa tr
1. Nhom A (phõn nhúm chớnh): in t ang c phõn b vo phõn lp s v phõn lp p cua lp
ngoi cựng: nguyờn t s v nguyờn t p
nhúm B (phõn nhúm phu ) in t ang c phõn b vo phõn lp d cua lp th hai kờ t ngoi
vo : nguyờn t d

Nhúm 1A
2A
3A
4A
5A
6A
7A
8A
Chu k
1
H:1s1
He:2s2
................
2
Li:2s1 Be:2s2 B:2s22p1 C:2s22p2 N:2s22p3
Ne: 2s22p6
3
Na:3s1 Mg:3s2 Al:3s23p1 Si:3s23p2 P:3s23p3 ................
Ar: 3s23p6
4
K:4s1 Ca:4s2 Ga:4s24p1 Ge:4s24p2 As:4s24p3 ............
Kr: 4s24p6
1
2
2
1
2
2
2
3

5
Rb:5s Sr:5s
In:5s 5p
Sn: 5s 5p
Sb:5s 5p ..
Xe:5s25p6
6
Cs:6s1 Ba:6s2 Tl:6s26p1 Pb: 6s26p2 Bi:6s26p3 Rn:6s26p6
7
Fr:7s1 Ra:7s2..........................................
Chỳ ý : cú khụng ớt trng hp ngoi l cha cú gii thớch inh lng xỏc ỏng
- Các nguyên tố đợc xếp trong cựng 1 nhúm thỡ cú s e húa tri nh nhau
- Cỏc nguyờn t s v p thuục nhúm A, d v f thuục nhúm B, s TT cua nhúm = s e húa tri
2. Nhúm B (phõn nhúm phu ) in t ang c phõn b vo phõn lp d cua lp th hai kờ t
ngoi vo- nguyờn t d: (n-1)dansb
3B
4B
5B
6B
7B
8B
1B
2B
1 2
2 2
3 2
4 2
5 2
6 2
7 2

8 2
10 1
10 2
ds ds ds ds
ds
ds
ds
ds
d s
d s
- Ngoi l i vi cỏc nhom 1B, 2B v 8B
1.5.4 H Lantanoit v Actinoit
* in t ang c phõn b vo phõn lp f cua lp th ba kờ t ngoi vo : nguyờn t f
* s phõn b e vo lp th ba kờ t ngoi vo khụng nh hng ờn tớnh cht hoỏ hoc: cỏc nguyờn
t trong mụt ho cú tớnh cht hoỏ hoc ging nhau
+ ho Lantanoit : cỏc nguyờn t ging La (Z=57 ; nhúmIII B)
+ ho Actinoit : cỏc nguyờn t ging Ac (Z=89 ; nhúm III B)
1.5.5. S tun hon th cp
S kin trỳc e trong CK, nhúm theo trỡnh t t cu hỡnh bbh ri n bh theo qt Hund dn
n 2 ln TH trong 1 CK, nhúm. V/d CK 2, nhúm 4ê, h Ce........


Chu kì 2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

2s1
2s2
2s2p1
2s2p2
2s2p3
2s2p4
2s2p5
2s2p6
Hoặc ở nhóm 4a : Ge, Sn, pb
Chính sự TH thứ cấp gây nên biến thiên 2 lần của I, E trong 1 chu kỳ và dẫn đến sự phân chia các
nguyên tố trong chu kỳ, nhóm thành những họ nguyên tố khác nhau. Ví dụ họ 58Ce ÷ 71Lu đc chia
thành 2 phần bán bão hoà và bão hoà
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu Gd
2
3

4
5
6
4f
4f
4f
4f
4f
4f7 4f75d1
Tb
Dy
Ho
Er
Tu
Yb
Lu
7+2
7+3
7+4
7+5
7+6
7+7
14
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f 5d1

1.5.6. quan hệ giữa cấu hình e và tính chất các nguyên tố
1. Nhóm A trong chu kỳ
1A
2A
3A
4A
5A
6A
S1
S2
S2P1
S2P2
S2P3
S2P4
↔↔↔↔

↔↔

↔↔

↔↔↔↔

7A
S2P5
↔↔

8A
S2P6
↔↔

KLDH
KLT
A.KIM
PK
PKD.HINH K.HIEM
2. Nhóm B
3B
4B
5B
6B
7B
8B
1B
2B
2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6-8
2 9/10
2 10
Sd
sd
sd
sd
sd
sd
sd

sd
Tất cả các nguyên tố d và f đều kim loại chuyển tiếp từ cấu hình ns sang np. Như vậy kim
loại dễ mất e thể hiện tính khử, không kim loại (phi kim) dễ nhận e thể hiện tính oxyhoa và chỉ thể
hiện tính khử khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn như O, F. Á kim vừa khử vừa oxyhoa,
khí hiếm bão hòa ns2np6
1.5.7.Sự biến thiên tuần hoàn một số tính chất của các nguyên tố
1.5.7.1. B¸n kÝnh nguyªn tö vµ b¸n kÝnh ion


Hình 1.5. Sù phô thuéc b¸n kÝnh nguyªn tö c¸c nguyªn tè vµo ®iÖn tÝch h¹t
nh©n

Ngoài ra còn có các bán kính khác:
- BK Vandecvan - BK cộng hóa trị Rc

-Bk kim loại RM
K

H

Li

5

F O

N

C

B

Be

Ca

10

Ne

P
S
Cl

15

Al

20

25

30

Kr

40

50

Xe

60

Ra

7S

70

80

90

AcPa
7S
ThU PuAm
Np
Cm
Cf Md

Fr

W
Ti
ReOsPt Pb
IrAu
HgBi Po
Al
Rn

Hf
Ta

Lu

Ba
Ce
Nd
LaSm Eu
Dy
Gd Er Y b

Cs

Te I

Sb

Sr
Y
Te Nb
In
Zr Mn
Ru
Te
Rh Ag
4P
Cd
Sn

5S

Rb

As
SeBr

Sc
3S Ti Cr
Ga
V Mn Fe
K
Al
Cu
Mg
Co
Zn
Si
Ni
Ge

Na

K

100

Z

1.5.7.2.
Ei1

Năng lợng ion hoá (I hoc Ei) A 1e A+

Ei1 >0

A + - 1e A++ Ei2 >

I, eV
He

25

Ne
20
F
Ar

N

15
C

H
10

Cl

O

Be

P
Mg
Si

B
5

Na

Li
0

1

3

5

7

9

Al

S

Ca Ti
Sc
K

Zn

As Br

Co Cu
V Mn
Ge Se
Fe Ni
Cr
Ga

Kr

Rb

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

Z

Hình 1.6. Sự phụ thuộc Ei1 vào số thứ tự Z
Ei1 < Ei2 < Ei3...... Quy luật: các nguyên tố đầu chu kỳ có năng lợng ion
hoá thấp, cuối chu kỳ cao (hình 1.6). Tuy nhiờn do s tun hon th cp nờn E1 biờn
thiờn theo dng hỡnh sin
1.5.7.3. ái lực điện tử
* Nng lng gn kờt : nng lng to ra khi ngt kờt hp vi e to thnh ion õm
B + 1e B-

A1 <0 nhng t A2 tr i thi luụn dng do lc y cua c 2 ht u õm

* Aớ lc in t: nng lng cung cp ờ tỏch e ra khoi ion õm to thnh ngt
B - - 1e B

Eae1 = - A1 >0

* Trong 1 chu kỡ : t trỏi sang phi , Eae1 tng. * Trong mụt nhúm A : t di lờn trờn , Eae1 tng


I1,F1

30

20

10

I1
F1

0

-10

1
H

2 3

He Li

4
5
Be B

6
C

7
N

8
O

9
F

10 11 12 13
Ne Na Mg Al

14
Si

15
P

16
S

17
Cl

18
Ar

19
K

20
Ca

Z

H×nh 1.7. Sù phô thuéc của Ei và Eae vµo sè thø tù Z
1.5.7.4. §é ©m ®iÖn
* Theo Mulliken: χ = k.

I 1 + E1
2

k=0,0038 mol/kJ= 0,368 eV-1

; với quy ước χLi= 1;

HiÖn t¹i cã kho¶ng 20 thang ®o nhng thang Pauling, Flo (χ = 4) thêng
hay ®îc sö dông.
* Theo Pauling: chênh lệch độ âm điện được đánh giá theo năng lượng phân ly các phân tử 2
nguyên tử. Hiệu số độ âm điện của 2 nguyên tố A và B
χ A − χ B = 0,102. D AB − D AA .DBB (kJ/mol)

Quy ước χF = 4

*Trong 1chu kì:từ trái sang phải, χ tăng; trong 1 nhóm A: từ dưới lên trên, χ tăng

Chu kì 2

Li

Be

B

C

N

O

Ei1 (eV)

5,4

9,3

8,3

11,3

14,5

13,6

17,4

1,13

0,2

1,48

3,62

2,5

3,0

3,5

4,0

Ei1 (eV)
χ

1,0

1,5

2,0

F

Nhóm IA

Li

Na

K

Rb

Cs

Ei1 (eV)

5,4

5,1

4,3

4,1

3,9




1,0

Nhúm VIIA
Eae1 (eV)


0,93

0,91

F

Cl

Br

I

3,62

3,82

3,54

3,24

4,0

3,0

2,8

2,6

CHU KY è
1
2
3
4
5
6

H
Li
1,0

Be
1,5

B

C
2,0

N
2,5

3,0

Na Mg Al Si P
S

0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,5

Cl
3,0

K Ca Sc Ti Ge As
0,81,0 1,31,6 1,7 2,0

O
3,5

F
4,0

Se Br
2,4 2,8

Rb Sr Y Zr SnSb Te I
0,81,0 1,31,6 1,8 2,1
2,6
1,7
Cs Ba
0,7 0,9
1,0

2,0

3,0

4,0

Hỡnh 1.8. S bin thiờn õm in theo Pauling
Độ âm điện của các nguyên tố tăng từ trái sang phải theo chu kỳ và
nhìn chung tăng từ dới lên trên theo phân nhóm. Các nguyên tố s của nhóm I
có độ âm điện nhỏ nhất, các nguyên tố p của nhóm VII có độ âm điện lớn
nhất

Chng 2. Liờn kt hoỏ hc
2.1. Cỏc c trng ca liờn kt. Phõn loi cỏc liờn kt hoa hc
2.1.1.Cỏc c trng ca liờn kt
1. Nng lng liờn kt (Elk ):