Bài giảng: nguyên tử ppt

Phần 1: Cấu tạo nguyên tửCác nội dung cần nắm vững  Khái niệm nguyên tử  Thành phần nguyên tử • Thành phần cấu tạo nguyên tử • Một số đặc trưng vật lý của nguyên tử  Hạt nhân nguyên t

Chuyên đề: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ

Chuyên đề: Nguyên tử-Cấu tạo nguyên tử

Phần 1:

Cấu tạo nguyên tử

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Phần 1: Cấu tạo nguyên tử

Các nội dung cần nắm vững

 Khái niệm nguyên tử

 Thành phần nguyên tử

• Thành phần cấu tạo nguyên tử

• Một số đặc trưng vật lý của nguyên tử

 Hạt nhân nguyên tử

 Nguyên tố hóa học TRẦN MẠNH CƯỜNG

Phần 1: Cấu tạo nguyên tử

Khái niệm nguyên tử

 Thời cổ Hi Lạp: các chất đều cấu tạo từ những phần tử rất nhỏ gọi là “atomos” – không thể chia nhỏ hơn được.

 Đến giữa thế kỉ XIX: các chất đều được tạo nên từ những hạt cực kì nhỏ bé không thể phân chia được nữa, gọi là nguyên tử.

 Cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX: thực nghiệm chứng minh nguyên tử có thật và cấu tạo phức tạp.

→ Định nghĩa mới: nguyên tử là những hạt cực kì nhỏ bé và không thể phân chia trong phản ứng hóa học thông thường.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

• Phóng điện hiệu điện thế rất lớn qua 2 điện cực gắn vào đầu ống kín rút

gần hết không khí, thấy màn huỳnh quang trong ống thủy tinh phát sáng

→ có 1 chùm tia không nhìn thấy được đi từ cực âm đến cực dương (gọi

là tia âm cực).

• Tia âm cực lệch hướng về phía cực dương khi đặt ống thủy tinh trong

điện trường → tia âm cực là chùm hạt mang điện tích âm.

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

2 Sự tìm ra hạt nhân

 Năm 1911, Rutherford đã khám phá ra hạt nhân nguyên tử.

 Mô tả thí nghiệm phát hiện của Rutherford : TN2

• Cho hạt α (điện tích dương 2+, khối lượng xấp xỉ 4 lần khối lượng nguyên tử H) bắn phá một lá vàng mỏng, dùng huỳnh quang đặt sau lá vàng để theo dõi đường đi của hạt α.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

2 Sự tìm ra hạt nhân

 Kết quả:

• Hầu hết hạt α đi xuyên thẳng qua lá vàng → nguyên tử cấu tạo rỗng

• Một số ít hạt bị lệch hướng, số rất ít bật trở lại phía sau khi gặp lá vàng → Các e chuyển động tạo ra vỏ electron bao quanh hạt mang điện tích dương có kích thước rất nhỏ (so với kích thước nguyên tử), nằm ở tâm nguyên tử - hạt nhân nguyên tử

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

3 Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử

 Sự tìm ra proton

• Năm 1918, Rutherford phát hiện 1 loại hạt mang điện tích dương khi bắn phá hạt nhân nguyên tử nitơ bằng hạt α → gọi là hạt proton (p)

 Sự tìm ra hạt nơtron

• Năm 1932, Chatwick phát hiện 1 loại hạt không mang điện tích khi bắn phá hạt nhân nguyên tử beri bằng hạt α → gọi là nơtron (n).

 Kết luận: Hạt nhân nguyên tử của mọi nguyên tố đều cấu tạo từ hạt proton và nơtron (Trừ 1 loại nguyên tử H, hạt nhân chỉ gồm 1 proton).

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

4 Đặc tính của các hạt cấu tạo nguyên tử

u: đơn vị khối lượng nguyên tử (= 1/12 khối lượng một nguyên tử C chuẩn)

1u = 1,6605.10-27 kg (còn gọi là đvC - đơn vị cacbon)

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

I Thành phần cấu tạo của nguyên tử

 Nhận xét: mnt ≈ mhn = mp + mn

Khối lượng nguyên tử tập trung hầu hết ở hạt nhân.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

II Hạt nhân nguyên tử

1 Điện tích hạt nhân:

 Hạt nhân được cấu tạo từ proton (điện tích +1) và nơtron (không mang điện) → điện tích hạt nhân được xác định bằng tổng điện tích các proton.

 Nếu hạt nhân có Z proton → điện tích hạt nhân: Z+

số đơn vị điện tích hạt nhân: Z

Trong đó: Z: số đơn vị điện tích hạt nhân

np: số proton ne: số electron TRẦN MẠNH CƯỜNG

Bài tập áp dụng

Câu 2: Nguyên tử X có 11 electron ở vỏ nguyên tử Hãy tìm số proton trong hạt nhân của X Gợi ý:

ne = 11 n⇒ p = 11 ⇒ điện tích hạt nhân = Z+ = 11+

TRẦN MẠNH CƯỜNG

II Hạt nhân nguyên tử

2 Số khối:

 Khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân

 Hạt nhân gồm proton và nơtron: mp ≈ mn ≈ 1u

 Số khối hạt nhân (A), bằng tổng số proton (Z) và tổng số nơtron (N)

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Bài tập áp dụng

Câu 3: Cho biết nguyên tử natri có điện tích hạt nhân (Z+) bằng 11+, số khối (A) bằng 23 Hãy xác định:

- Hạt nhân nguyên tử natri có bao nhiêu p, bao nhiêu n?

- Vỏ nguyên tử natri có bao nhiêu e?

Gợi ý:

• Có Z = ne = np ⇒ e = np = 11 n

• Có A = Z + N N = A – Z = 23 – 11 = 12⇒

TRẦN MẠNH CƯỜNG

III Nguyên tố hóa học

1 Định nghĩa:

 Khái niệm: Nguyên tố hóa học là những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.

 Nhận xét:

• Tất cả các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học đều có cùng số p và số e

• Những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân đều có tính chất hóa học giống nhau (tính chất của nguyên tố hóa học)

TRẦN MẠNH CƯỜNG

III Nguyên tố hóa học

2 Số hiệu nguyên tử:

 Khái niệm: Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố được gọi là số hiệu nguyên tử của

nguyên tố đó.

 Ý nghĩa: Số hiệu nguyên tử (kí hiệu Z) cho biết các thông tin sau:

• Số proton trong hạt nhân nguyên tử

• Số electron trong vỏ nguyên tử

• Số đơn vị điện tích hạt nhân trong nguyên tử

• Số thứ tự của nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn

⇒ số hiệu nguyên tử đại diện cho nguyên tố (từ số hiệu nguyên tử ta có thể xác định được nguyên tố)

TRẦN MẠNH CƯỜNG

III Nguyên tố hóa học

2 Số hiệu nguyên tử (tt):

 Ví dụ: Nguyên tử flo có Z = 9

• Số proton trong hạt nhân nguyên tử: 9

• Số electron trong vỏ nguyên tử: 9

• Số đơn vị điện tích hạt nhân trong nguyên tử: 9

• Flo là nguyên tố đứng thứ 9 trong bảng Hệ thống tuần hoàn.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

III Nguyên tố hóa học

3 Kí hiệu nguyên tử:

 Số đơn vị điện tích hạt nhân và số khối là những đặc trưng cơ bản của nguyên tử.

 Kí hiệu nguyên tử:

X: kí hiệu nguyên tố Z: số hiệu nguyên tử A: số khối

X

A Z

TRẦN MẠNH CƯỜNG

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Bài tập đề nghịTRẦN MẠNH CƯỜNG

CÔNG THỨC BỔ SUNG VỀ MỐI LIÊN HỆ n – p

(Với Z từ 1 đến 82)

Z N

Z ≤ < 1 , 5

Bài tập đề nghị

Câu 1: Tính khối lượng nguyên tử hiđro theo u, biết khối lượng nguyên tử của hiđro là 1,6725.10–27 kg.

Câu 2: Nguyên tử R có tổng số hạt cấu tạo là 115 Số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 25 hạt Tính nguyên tử khối của nguyên tử R?

Câu 3: Kí hiệu cho biết X có:

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Chuyên đề: Nguyên tử-Cấu tạo nguyên tử

Phần 2:

Đồng vị

TRẦN MẠNH CƯỜNG

• Thiết lập công thức phân tử từ các nguyên tử đồng vị

• Tìm nguyên tử khối trung bình (bài toán thuận)

• Tính hàm lượng đồng vị khi biết nguyên tử khối trung bình (bài toán nghịch)

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Đồng vị

 Các nguyên tử của cùng nguyên tố hóa học:

• Chắc chắn: cùng số p

• Có thể: khác nhau số n → số khối khác nhau

 Định nghĩa đồng vị: là những nguyên tử có cùng số p nhưng khác nhau số n, do đó số khối A của chúng khác nhau.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

 Nhận xét: Các đồng vị của cùng 1 nguyên tố hóa học có tính chất hóa học giống nhau (cùng số p) nhưng tính chất vật lý có thể khác nhau (khác số n)

 Phân loại: theo độ bền

• Đồng vị bền

• Đồng vị không bền – đồng vị phóng xạ (hầu hết Z > 83)

I Đồng vị

TRẦN MẠNH CƯỜNG

→ Nguyên tử khối ≈ số khối

 Nguyên tử khối kí hiệu A

2 Nguyên tử khối trung bình

 Hầu hết nguyên tố hóa học là hỗn hợp nhiều đồng vị, tỉ lệ % số nguyên tử xác định → nguyên tử khối trung bình.

II Nguyên tử khối và nguyên tử khối trung bình

TRẦN MẠNH CƯỜNG

2 Nguyên tử khối trung bình (tt)

 Một số cách xác định giá trị trung bình:

Cách 1: Công thức chung Hồn hợp gồm các đại lượng: A, B, C,… với lượng đóng góp tương ứng là a, b, c,…

→ giá trị trung bình =

Cách 2: Áp dụng công thức; giá trị trung bình =

Ví dụ: →

Cách 3: Phương pháp đường chéo

II Nguyên tử khối và nguyên tử khối trung bình

c b a

cC bB

aA

+ + +

+ +

TRẦN MẠNH CƯỜNG

2 Nguyên tử khối trung bình (tt)

 Áp dụng để xác định nguyên tử khối trung bình

Ví dụ: clo có 2 đồng vị chiếm 75,55% và chiếm 24,23% Tính nguyên tử khối trung bình của clo

Nguyên tử khối trung bình của clo là (Cách 1):

35 100

23 , 24 37 77

, 75 35

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Dạng 1 Thiết lập công thức phân tử từ các nguyên tử đồng vị

Bài 1: Oxi có 3 đồng vị

Hiđro có 3 đồng vị Hãy tìm xem có bao nhiêu phân tử nước được tạo thành từ các nguyên tử đồng vị của oxi và hiđro? Viết công thức

và tính khối lượng phân tử của các phân tử đó?

Gợi ý:

 Một phân tử nước được cấu tạo từ 2 nguyên tử H và 1 nguyên tử O (H – O Bài toán trở thành: thiết lập các

bộ 3 nguyên tử không trùng lặp gồm 2 H và 1 O với H có 3 trường hợp lựa chọn và O có 3 trường hợp lựa chọn.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

1 Thiết lập công thức phân tử từ các nguyên tử đồng vị

 Kí hiệu để việc viết công thức được đơn giản

 Ứng với mỗi đồng vị của O sẽ có 6 trường hợp phân tử nước

H-16O-H; H-16O-D; H-16O-T; D-16O-D; D-16O-T; T-16O-T

1

1 2 1 H ( D ) 3 1 H ( T )

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Dạng 2 Tìm nguyên tử khối trung bình (bài toán thuận):

Bài 2: Một nguyên tố X có 2 đồng vị mà số nguyên tử có tỉ lệ 27 : 23 Hạt nhân đồng vị thứ nhất có 35 proton và 44 nơtron, hạt nhân của đồng vị thứ hai hơn đồng vị thứ nhất 2 nơtron Tính nguyên tử khối trung bình của X Gợi ý:

Nguyên tử khối của đồng vị thứ nhất: A1 = Z + N1 = 35 + 44 = 79 u Đồng vị thứ 2 nhiều hơn đồng vị thứ nhất 2 nơtron: N2 = N1 + 2 = 46 Nguyên tử khối của đồng vị thứ nhất: A2 = Z + N2 = 35 + 46 = 81 u

Áp dụng cách 1 tính nguyên tử khối trung bình:

III Một số dạng bài tập về đồng vị

u 92 ,

79 23

27

81 23 79

.

27 23

27

A 23 A

.

27 b

a

bB aA

+

+

= +

+

= +

+

=

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Dạng 2 Tìm nguyên tử khối trung bình (tt):

Bài 3: Hòa tan 4,84 g Mg kim loại bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 0,4 g khí hiđro Xác định nguyên tử khối trung bình của Mg.

,

0 2

4 , 0 n

n

2H

Mg = = =

u 2 ,

24 2

, 0

84 ,

4 n

Dạng 3 Tính hàm lượng đồng vị khi biết nguyên tử khối trung bình (bài toán nghịch):

Bài 4: Đồng tự nhiên có 2 đồng vị 63Cu và 65Cu Nguyên tử khối trung bình của đồng là 63,546 Tính hàm lượng phần trăm mỗi đồng vị của đồng trong tự nhiên?

Gợi ý:

Gọi thành phần % đồng vị 63Cu và 65Cu lần lượt là: a và 100 - a

Áp dụng cách 1 tính nguyên tử khối trung bình:

→ Hàm lượng 63Cu = a = 72,7 % Hàm lượng 65Cu = 100 - a = 27,3 %

III Một số dạng bài tập về đồng vị

546 ,

63 100

65 ).

a 100 ( 63

a b

a

bB aA

Bài tập đề nghịTRẦN MẠNH CƯỜNG

Bài tập đề nghị

Bài 1: Oxi có 3 đồng vị

Cacbon có 2 đồng vị Hãy tìm xem có bao nhiêu phân tử khí cacbonic được tạo thành từ các nguyên tử đồng vị của oxi và cacbon? Viết công thức và tính khối lượng phân tử của các phân tử đó?

O

16

8 17 8 O 18 8 O

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Bài tập đề nghị

Bài 3: Một thanh đồng chứa 2 mol đồng Biết rằng đồng có 2 loại đồng

vị 63Cu và 65Cu với hàm lượng tương ứng là 27% và 73% Tính khối lượng thanh đồng đó?

Bài 4: Nguyên tử khối của hiđro điều chế từ nước là 1,008 u Hỏi có bao nhiều nguyên tử 2H trong 1 ml nước (d=1g/ml)? Biết rằng trong

tự nhiên hiđro có 2 đồng vị phổ biến là 1H và 2H.

Bài 5: Nguyên tử khối trung bình của bạc là 107,87 u Trong tự nhiên bạc có 2 đồng vị, trong đó đồng vị 109Ag chiếm hàm lượng 44% Tính số khối của đồng vị còn lại?

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Chuyên đề: Cấu tạo nguyên tử

Phần 3:

Vỏ nguyên tử

TRẦN MẠNH CƯỜNG

Phần 3: Vỏ nguyên tử

 Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

 Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử

• Lớp

• Phân lớp

• Obitan

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

1 Một số mô hình mô tả sự tồn tại của electron xung quanh hạt nhân

a Mô hình hành tinh nguyên tử

(Rơ-dơ-pho, Bo, Zom-mơ-phen)

 Electron chuyển động theo quỹ đạo

tròn hay bầu dục xung quanh hạt nhân

 Nhận xét:

• Có tác dụng lớn đến phát triến

lý thuyết cấu tạo nguyên tử.

• Không đầy đủ để giải thích mọi tính chất của nguyên tử.

Hạt nhân

Quỹ đạo electron

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

1 Một số mô hình mô tả sự tồn tại của electron xung quanh hạt nhân (tt)

 Electron chuyển động quanh hạt nhân không theo quỹ đạo xác định

 Không mô tả được chuyển động của electron nhưng xác định được không gian giới hạn trong đó electron

tồn tại → đám mây electron.

 Thay bằng quỹ đạo người ta dùng khái niệm mật độ.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

1 Một số mô hình mô tả sự tồn tại của electron xung quanh hạt nhân

b Mô hình hiện đại (tt)

 Obitan nguyên tử: Khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron khoảng 90%.

 Kí hiệu: AO (atomic orbital)

I Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

2 Hình dạng obitan nguyên tử

 Yếu tố quyết định chuyển động của electron quanh hạt nhân: năng lượng

• Lực hút của hạt nhân với electron

• Lực đẩy giữa các electron

→ các electron chiếm những mức năng lượng khác nhau đặc trưng cho trạng thái chuyển động của nó.

 Electron càng gần hạt nhân chiếm mức năng lượng càng thấp (càng bền)

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

2 Hình dạng obitan nguyên tử (tt)

 Phân loại electron dựa trên sự khác nhau về trạng thái trong nguyên tử

• Obitan s: dạng hình cầu tâm hạt nhân

TRẦN MẠNH CƯỜNG

I Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

II Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử

 Nhận xét:

• Các electron có năng lượng là do tương tác với hạt nhân (chủ yếu) và với các electron khác trong vỏ phân tử (thứ yếu).

• Electron gần hạt nhân hơn bị hút mạnh hơn, liên kết với hạt nhân chặt chẽ hơn Ta nói electron gần hạt nhân có năng lượng thấp Ngược lại electron ở xa hạt nhân liên kết với hạt nhân yếu, có năng lượng cao.

• Các electron chuyển động gần nhau có năng lượng gần bằng nhau.

→ cấu trúc vỏ electron được phân chia theo tiêu chí năng lượng và khoảng cách với hạt nhân.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

II Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử

1 Lớp electron:

 Các electron có năng lượng gần bằng nhau được xếp vào 1 lớp.

 Các lớp được sắp xếp từ gần hạt nhân ra ngoài

+ Thứ tự n = 1 2 3 4 5 6 7

Kí hiệu K L M N O P Q

Năng lượng tăng dần Lực liên kết của electron với hạt nhân giảm dần

TRẦN MẠNH CƯỜNG

II Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử

2 Phân lớp electron:

 Mỗi lớp electron được chia thành các phân lớp.

 Các electron trên cùng một phân lớp năng lượng bằng nhau.

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 2: Lớp M có phân lớp f hay không?

Hướng dẫn:

 Lớp M (n = 3) có 3 phân lớp, kí hiệu 3s 3p 3d

 Vậy: lớp M không có phân lớp f

 Chỉ lớp N (n = 4) trở lên mới có phân lớp f

TRẦN MẠNH CƯỜNG

II Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử

3 Obitan nguyên tử:

 Mỗi phân lớp electron có thể bao gồm nhiều obitan.

 Đặc điểm các obitan trên cùng 1 phân lớp

• Có mức năng lượng bằng nhau (bằng năng lượng phân lớp)

• Định hướng khác nhau trong không gian

 Kí hiệu obitan trùng với kí hiệu phân lớp tương ứng: s, p, d, f,…

 Số obitan các phân lớp s, p, d, f,… tương ứng là những số lẻ liên tiếp tăng dần: 1, 3, 5, 7,… TRẦN MẠNH CƯỜNG

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 3: Phân lớp nào có 5 obitan?

Đáp án: phân lớp d Câu 4: Tính số obitan trong phân lớp 3p và 4p?

 3p và 4p đều là kí hiệu của phân lớp p nhưng thuộc 2 lớp khác nhau

• 3p thuộc lớp M (n = 3)

• 4p thuộc lớp N (n = 4)

 Số obitan trong các phân lớp p là như nhau và cùng bằng 3.

TRẦN MẠNH CƯỜNG

II Cấu trúc vỏ electron của nguyên tử

4 Số obitan nguyên tử trong một lớp electron:

 Lớp K (n = 1) có 12 = 1 obitan: 1s

 Lớp L (n = 2) có 22 = 4 obitan: 1 obitan 2s + 3 obitan 2p

 Lớp M (n = 3) có 32 = 9 obitan: 1 obitan 3s + 3 obitan 3p + 5 obitan 3d

Số obitan trong lớp electron thứ n là n2

TRẦN MẠNH CƯỜNG

 Số obitan tương ứng với n phân lớp này là: 1, 3, 5,… (2n – 1)

(n giá trị lẻ liên tiếp)

 Số obitan của lớp n:

1 + 3 + 5 + … + (2n – 1) = n2 TRẦN MẠNH CƯỜNG