Bài giảng môn học Hóa đại cương: Chương 2 - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

CHÖÔNGII

NGUYEÂN TÖÛ VAØ
QUANG PHOÅ
NGUYEÂN TÖÛ

CuuDuongThanCong.com

/>

Phoå ñieän töø

CuuDuongThanCong.com

/>

Chuyển dòch electron trong nguyên tử Hydro
Lyman series => Tử ngoại
(ultraviolet)

n > 1 ==> n = 1
Balmer series => Khả kiến
(visible light)
n > 2 ==> n = 2
Paschen series => Hồng ngoại
(infrared)
n > 3 ==> n = 3

CuuDuongThanCong.com

/>

Một số thuyết cấu tạo nguyên tử cổ điển
 Thuyết cấu tạo nguyên tử John Dalton
(1803)

Đònh đề 1
 Một nguyên tố được cấu tạo từ những hạt cực nhỏ
gọi là nguyên tử.
 Tất cả các nguyên tử của một nguyên tố có cùng
tính chất hóa học.
CuuDuongThanCong.com

/>

Đònh đề 2
 Các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau thì
khác nhau về tính chất.

CuuDuongThanCong.com

/>

Đònh đề 3
 Các hợp chất được tạo thành khi các nguyên tử
của 2 hay nhiều nguyên tố kết hợp với nhau.
 Trong một hợp chất, số các nguyên tử của mỗi
loại là hằng số xác đònh.

Đònh đề 4
 Trong một phản ứng hóa học thông thường,

không có một nguyên tử nào biến mất hay thay
đổi thành nguyên tử của nguyên tố khác.
 Các phản ứng hoá học bao gồm sự trao đổi hay
kết hợp của các nguyên tử.
CuuDuongThanCong.com

/>

Thuyết cấu tạo nguyên tử của
Joseph John Thompson (1897)

 Không như John Dalton, Thomson đã nhận
thấy rằng nguyên tử không phải là những hạt
“không thể chia nhỏ”.
 Ông phát hiện nguyên tử gồm những hạt nhỏ
hơn tích điện âm (electron) và điện dương.
CuuDuongThanCong.com

/>

 Từ đó ông đưa ra mô hình: Nguyên tử gồm
điện tích (+) phân bố đồng đều trong toàn
bộ thể tích nguyên tử và những e chuyển
động giữa các điện tích dương đó.

 Mô hình nguyên tử của Thompson
CuuDuongThanCong.com

/>

Thuyết cấu tạo
nguyên tử của
Ernest Rutherford
 Vào những năm 1908 đến 1911, Ernest
Rutherford, một học trò của Thompson, đã
phát triển thuyết cấu tạo nguyên tử của
Thompson và sửa những chỗ sai trong cấu
trúc nguyên tử.
CuuDuongThanCong.com

/>

Theo Rutherford
 Ngun tử được cấu tạo chủ yếu là khoảng
trống.
 Tổng điện tích dương và hầu hết khối lượng
ngun tử tập trung ở hạt nhân.
 Các electron thì nằm trong đám mây electron
quay xung quanh hạt nhân.
 Các hạt tích điện dương ở hạt nhân gọi là proton.
Proton tích điện trái dấu và bằng về cường độ với
các electron
CuuDuongThanCong.com

/>

 Vào năm 1932, James Chadwick phát hiện
thêm loại hạt thứ 3, gọi là neutron, giúp cố
đònh proton ở hạt nhân nguyên tử.
CuuDuongThanCong.com

/>

Thuyết cấu tạo
nguyên tử
Niels Bohr (1915)

CuuDuongThanCong.com

 Bohr đưa ra giả thiết rằng các
electron chiếm những mức
năng lượng khác nhau trong
nguyên tử. Khi nguyên tử bò
kích thích, ví dụ như bò đốt,
electron có thể nhảy lên mức
cao hơn. Khi electron nhảy
về mức đầu (năng lượng thấp
hơn), một năng lượng xác
đònh sẽ giải phóng ở bước
sóng nhất đònh của ánh sáng.
/>

Arnold Johannes
Wilhelm Sommerfeld

CuuDuongThanCong.com

 Năm 1913, Bohr đưa ra
thuyết mới, dựa trên
Rutherford và Planck

(sau Sommerfeld bổ
sung và phát triển nên
còn gọi là thuyết BohrSommerfeld), gồm 3
đònh đề:

/>

 Electron quay quanh hạt nhân không phải trên
những quỹ đạo bất kỳ mà trên những quỹ đạo tròn,
đồng tâm có bán kính nhất đònh gọi là nhũng quỹ
đạo bền (hay quỹ đạo cho phép).
 Khi quay trên những quỹ đạo bền này electron
không phát ra năng lượng điện từ.

 Năng lượng (E) chỉ được phát ra hay hấp thụ khi
electron chuyển từ quỹ đạo bền này sang quỹ đạo
bền khác và bằng hiệu số năng lượng của electron
ở Eđ và Ec.
CuuDuongThanCong.com

/>

 Phương trình Planck liên hệ giữa năng
lượng và tần số sóng:
E = Eđ – Ec = h

 Ở đây h là hằng số Plank (6.626
 là tần số bức xạ.

CuuDuongThanCong.com

10-34 J.s).

/>

Maãu nguyeân töû Bohr
CuuDuongThanCong.com

/>

 Ưu điểm mẫu Bohr:
 Biểu tượng của mẫu Bohr cho đến nay vẫn còn
dùng được cho đến nay.
 Giải thích được ý nghóa vật lý của quang phổ
nguyên tử .
 Tính được bán kính, tốc độ và năng lượng của
nguyên tử .
 Từ nguyên tử nguyên tử Hidro có thể áp dụng
gần đúng cho nguyên tử nhiều e.

CuuDuongThanCong.com

/>

 Công thức Bohr tính bán kính các quỹ đạo bền:
2

n h

r

4

2

2

me

2

(A0)

 n: số lượng tử chính, m: trọng lượng e.
m= 9.1x10-28g
 e: giá trò tuyệt đối của điện tích
e=4.8x10-10 đơn vò tónh điện (Cm3/2g1/2s-1).
 Từ đó r1= 0.529 (A0)
 r1:r2:r3 = 12:22:32
CuuDuongThanCong.com

/>

 Tính năng lượng
1

E

n

1 eV

1 .6

2

2

10

2

me

h
12

4

( eV )

2

erg

3 .8

10

20

cal

 Tốc độ chuyển động của e trên quỹ đạo bền
1
n
CuuDuongThanCong.com

2 e

2

h
/>

 Về sau, Sommerfeld bổ sung rằng:
 Quỹ đạo bền của các e trong nguyên tử có thể
tròn hay clip.
 Ông đặt ra số lượng tử thứ hai (l, gọi là số
lượng tử thứ hai hay số lượng tử phương vò). Số
này xác đònh hình dạng của quỹ đạo electron.
Với n=1 quỹ đạo chỉ có thể hình cầu (s,
spherical (l=0)), với n=2 có hai dạng quỹ đạo
(l=0 - dạng ellip, l=1 – dạng cầu). Với bất kỳ gí
trò n có n dạng quỹ đạo. Electron chuyển động
trên 2 quỹ đạo có cùng n (khác l) sẽ khác nhau
chút ít về năng lượng.
CuuDuongThanCong.com

/>

CuuDuongThanCong.com

/>

 Hạn chế của mẫu Bohr
 Không xác đònh được vò trí của e khi chuyển
quỹ đạo.
 Không giải thích được các đặc trưng quang phổ
quan trọng như cường độ và độ bội.
 Chỉ đúng với quan phổ Hidro một cách chính
xác, không đúng với nguyên tử nhiều e..
 Electron không được mô tả hoàn toàn như một
hạt nhỏ.

CuuDuongThanCong.com

/>

Cấu tạo nguyên tử theo quan niệm hiện đại

của cơ học lượng tử

Ba luận điểm cơ sở của cơ học lượng tử
1. Vật vi mô đều có tính chất hạt và sóng. Năm 1924,
trong luận văn Ph.D của mình, Louis de Broglie đã
đưa ra giả thuyết về tính chất này qua hệ thức :
.

h
m

Louis de Broglie

CuuDuongThanCong.com

Hạt vi mô có khối lượng m khi
chuyển động với tốc độ V sẽ tạo nên
sóng truyền đi với bước sóng
/>

2. Nguyên lý bất đònh Heisenberg:
Năm 1927 Werner Heisenberg phát biểu nguyên lý:
Không thể xác đònh đồng thời một cách chính xác vò trí,
hướng chuyển động và tốc độ của hạt vi mô.
Với electron: Không thể xác đònh vò trí và động lượng
(momentum) đồng thời.
Nếu x độ bất đònh vò trí và mv là độ bất đònh động
lượng, ta có:

x

m

h
4

Werner Heisenberg
CuuDuongThanCong.com

/>

3. Năm 1926, Erwin Schrodinger đưa ra
phương trình sóng:
2

x

2

2

y

2

2

z

2

8
2

h

m

2

E

V

0

 Trong đó
: Hàm số sóng tương ứng với
biên độ sóng ba chiều.
 V: Thế năng của hạt.
 x, y, z : là tọa độ của hạt.


CuuDuongThanCong.com

/>