Cấu tạo nguyên tử - Tài liệu Hóa học 12

nguyên t hiđro và oxi.

I THÀNH PH N C U T O NGUYÊN T

1 L p v

i n tích c a các electron đ u b ng nhau và b ng -1,6.10-19

Culông

ó là đi n tích nh nh t, vì v y đ c g i là đi n tích nguyên t

2 H t nhân

H t nhân nguyên t g m các h t proton và n tron

Proton Proton có đi n tích đúng b ng đi n tích c a electron nh ng ng c d u t c là b ng +1,6.10-19 Culông

Nh v y proton và electron cùng mang m t đi n tích nguyên t , có d u ng c nhau thu n ti n,

ng i ta quy c l y đi n tích nguyên t làm đ n v , coi đi n tích c a electron là 1- và đi n tích c u proton

là 1+

N tron H t n tron không mang đi n, có kh i l ng x p x b ng kh i l ng c a proton và b ng:

mp = mn = 1,67.10-27 kg

hay x p x b ng 1 đv.C

3 Kích th c, kh i l ng c a nguyên t

Kích th c: N u hình dung nguyên t nh m t kh i c u thì nó có đ ng kính kho ng 10-10 m

bi u th kích th c nguyên t , ng i ta dùng m t đ n v là Angxtrom và kí hi u là Å

1Å = 10-10 m hay 1Å = 10-8 cm

Nguyên t nh nh t là hiđro có bán kính kho ng 0,53 Å

ng kính c a h t nhân nguyên t còn nh h n, vào kho ng 10-4 Å, nh v y đ ng kính c a nguyên t l n h n đ ng kính c a h t nhân kho ng 10.000 l n

30 cm ngh a là nguyên t v a b ng qu bóng r Trong khi đó thì h t nhân nguyên t vàng có m t đ ng kính nh h n 0,003 cm ngh a là có kích th c c a m t h t cát nh

Electron e m e = 9,1095 ´ 10-31 kg m e » 0,549 ´ 10-3 đv.C -1,602.10-19 C

Proton p m p = 1,6726 ´ 10-27 kg m p » 1đv.C +1,602.10-19 C

quanh h t nhân Gi a electron và h t nhân là chân không : t đó ta th y nguyên t có c u t o r ng !

Kh i l ng: Kh i l ng c a m t nguyên t vào kho ng 10-26kg Nguyên t nh nh t là hiđro có kh i

l ng là 1,67.10-27

kg Kh i l ng c a nguyên t cacbon là 1,99.10-26

kg

M t l ng ch t r t nh c ng ch a m t s nguyên t l n t i m c ta khó mà hình dung đ c

nguyên t hiđro và oxi

1 H t nhân nguyên t

a i n tích h t nhân

C U T O NGUYÊN T

(TÀI LI U BÀI GI NG)

Giáo viên: V KH C NG C

ây là tài li u tóm l c các ki n th c đi kèm v i bài gi ng “C u t o nguyên t ” thu c Khóa h c LT H KIT-1:

Môn Hóa h c (Th y V Kh c Ng c) t i website Hocmai.vn có th n m v ng ki n th c ph n “C u t o nguyên

t ”, B n c n k t h p xem tài li u cùng v i bài gi ng này

Vì đi n tích c a m i proton b ng m t đ n v đi n tích d ng (1+) nên trong h t nhân n u có Z proton, thì đi n tích c a h t nhân s là Z+ Th c nghi m cho bi t nguyên t trung hoà đi n nên s proton trong h t nhân b ng s electron chuy n đ ng quanh h t nhân Nh v t, trong nguyên t :

i n tích h t nhân = S proton = S electron

Ví d : i n tích h t nhân nguyên t oxi là 8+, nh v y nguyên t oxi có 8 proton và có 8 electron

Bi t đ c đi n tích h t nhân nguyên t (c ng nh bi t đ c s proton và s electron) t c là n m đ c chìa khóa đ nh n bi t nguyên t

b S kh i

T ng s h t proton (kí hi u là Z) và t ng s h t h t n tron (kí hi u là N) trong h t nhân g i là s kh i

c a h t nhân đó (kí hi u là A)

A = Z + N

Ví d : Trong h t nhân nguyên t clo có 17 proton và 18 n tron, v y s kh i c a h t nhân nguyên t

clo là: 17 + 18 = 35

c, Kh i l ng nguyên t

Kh i l ng c a nguyên t b ng t ng kh i l ng c a proton, n tron và electron có trong nguyên t

Nh ng vì kh i l ng c a electron r t nh so v i kh i l ng c a proton và n tron nên kh i l ng c a nguyên t coi nh b ng kh i l ng c a các proton và n tron trong h t nhân nguyên t

Ví d : H t nhân c a nguyên t nhôm có 13 proton và 14 n tron, xung quanh h t nhân có 13 electron Xác đ nh kh i l ng nguyên t nhôm

Kh i l ng c a nguyên t nhôm coi nh b ng kh i l ng c a 13 proton và 14 n tron Kh i l ng

c a m i proton và m i n tron x p x b ng 1 đv.C V y kh i l ng nguyên t nhôm b ng 27 đv.C

Nh v y, h t nhân tuy r t nh so v i c nguyên t nh ng l i t p trung đó h u nh toàn b kh i

l ng c a nguyên t

2 Nguyên t hoá h c

a nh ngh a

T t c các nguyên t có cùng đi n tích h t nhân đ u thu c cùng m t nguyên t hoá h c.

Nh v y, các nguyên t c a cùng m t nguyên t hoá h c có cùng s proton và cùng s electron

Ví d : T t c các nguyên t có cùng đi n tích h t nhân là 17+ đ u thu c nguyên t clo Các nguyên

t c a nguyên t clo đ u có 17 proton và 17 electron

Cho đ n nay, ng i ta đã bi t 92 nguyên t t nhiên và kho ng 17 nguyên t nhân t o (t ng s kho ng 109 nguyên t ) Các nguyên t nhân t o ch a đ c phát hi n th y trên Trái t hay b t kì n i nào khác trong v tr mà đ c đi u ch trong phòng thí nghi m

b S hi u nguyên t

S hi u nguyên t đ c tr ng cho m t nguyên t hoá h c và th ng đ c kí hi u là Z

Ví d : S hi u nguyên t c a nguyên t urani là 92 V y : đi n tích h t nhân nguyên t urani là 92+ ;

có 92 proton trong h t nhân và 92 electron ngoài l p v

c Kí hi u các nguyên t

đ c tr ng đ y đ cho m t nguyên t hoá h c, bên c nh kí hi u th ng dùng, ng i ta còn ghi các

ch d n sau: A

ZX

X : kí hi u c a nguyên t

Z : s hi u nguyên t

A : s kh i A = Z + N

T kí hi u trên ta có th bi t đ c :

- S hi u nguyên t c a nguyên t clo là 17 ; đi n tích h t nhân nguyên t là 17+ ; trong h t nhân có

17 proton và (35 - 17) = 18 n tron

3 ng v

Khi nghiên c u các nguyên t c a cùng m t nguyên t hoá h c, ng i ta th y r ng trong h t nhân c a

nh ng nguyên t đó, s proton đ u nh nhau nh ng s kh i có th khác nhau do s n tron khác nhau

H u h t các nguyên t hoá h c là h n h p c a nhi u đ ng v , ch có vài nguyên t có m t đ ng v Ngoài nh ng đ ng v t n t i trong t nhiên (kho ng 300), ng i ta còn đi u ch đ c các đ ng v nhân t o (kho ng 1000)

Các đ ng v c a cùng m t nguyên t có tính ch t hoá h c gi ng nhau

Kh i l ng nguyên t trung bình c a các nguyên t hoá h c

Vì h u h t các nguyên t hoá h c là h n h p c a nhi u đ ng v nên kh i l ng nguyên t c a các nguyên t đó là kh i l ng nguyên t trung bình c a h n h p các đ ng v có k đ n t l ph n tr m c a

m i đ ng v

III V NGUYÊN T

1 L p electron

Trong nguyên t , h t nhân mang đi n tích d ng hút các electron mang đi n tích trái d u Mu n tách electron ra kh i v nguyên t c n cung c p n ng l ng cho nó Th c nghi n ch ng t r ng không ph i m i electron đ u liên k t v i h t nhân ch t ch nh nhau Nh ng electron g n h t nhân nh t liên k t v i nhau

ch t ch nh t Ng i ta nói: chúng m c n ng l ng th p nh t Ng c l i, nh ng electron xa h t nhân

nh t có m c n ng l ng cao nh t ; chúng d b tách ra kh i nguyên t h n các electron khác Chính nh ng

electron này quy đ nh tính ch t hoá h c c a các nguyên t

Tu theo m c n ng l ng cao hay th p mà các electron đ c phân b theo t ng l p electron (hay

Các l p electron t trong ra ngoài đ c đánh s n = 1, 2, 3, 4, ho c kí hi u b ng dãy ch cái l n:

K, L, M, N

2 Phân l p electron (hay phân m c n ng l ng)

M i l p electron l i phân chia thành phân l p electron Các electron trong m i phân l p có m c n ng

l ng b ng nhau

Các phân l p đ c kí hi u b ng các ch cái th ng s, p, d, f

S phân l p b ng s th t c a l p

L p th 1 có 1 phân l p, đó là phân l p 1s

L p th 2 có 2 phân l p, đó là phân l p 2s và phân l p 2p

L p th 3 có 3 phân l p, đó là phân l p 3s, 3p và phân l p 3d, v.v

Các electron phân l p s đ c g i là electron s ; phân l p p, đ c g i là electron p, v.v

3 Obitan

Obitan là khu v c không gian xung quanh h t nhân trong đó kh n ng có m t electron là l n nh t (khu v c có m t đ đám mây electron l n nh t)

S và d ng obitan ph thu c vào đ c đi m c a m i phân l p electron

Phân l p s có 1 obitan có d ng hình c u

Phân l p p có 3 obitan có d ng hình s 8 n i

Phân l p d có 5 obitan và phân l p f có 7 obitan Obitan d và obitan f có d ng ph c t p h n

M i obitan ch ch a t i đa 2 electron

Khi m t obitan đã có đ 2 electron, ng i ta nói r ng các electron đã ghép đôi Các electron ghép đôi

th ng không tham gia vào vi c t o thành liên k t hoá h c

Khi m t obitan ch có 1 electron, ng i ta g i đó là electron đ c thân Trong đa s các tr ng h p,

ch có các electron đ c thân m i tham gia vào t o thành liên k t hoá h c

4 S electron t i đa trong m t phân l p, m t l p

T s electron t i đa trong m t obitan, ta có th suy ra s electron t i đa trong m i phân l p và m i

l p

- Phân l p s có 1 obitan nên có t i đa 2 electron

Phân l p p có 3 obitan nên có t i đa 6 electron

Phân l p d có t i đa 10 electron và phân l p f có 14 electron

- L p th 1 có 1 phân l p s nên có t i đa 2 electron

L p th 2 có phân l p s và phân l p p nên có t i đa 8 electron

L p th 3 có các phân l p s, p, d, nên có t i đa 18 electron

T đó suy ra l p th 4 có t i đa 32 electron v.v

M t l p đã ch a đ s electron t i đa đ c g i là l p electron bão hào

S electron t i đa trong các l p và các phân l p (t n = 1 đ n n = 3)

S th t c a l p S electron t i đa c a l p S electron phân b vào các phân l p

5 C u trúc electron trong nguyên t các nguyên t

Nguyên lí v ng b n :

Trong nguyên t , các electron l n l t chi m các m c n ng l ng t th p đ n cao.

Càng xa h t nhân, các l p và phân l p electron nõi chung có m c n ng l ng càng cao C th m c

n ng l ng c a các l p t ng theo th t t 1 đ n 7 và c a phân l p t ng theo th t s, p, d, f

Sau đây là th t s p x p các phân l p theo chi u t ng c a m c n ng l ng xác đ nh b ng th c nghi m :

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s v.v

D a vào nguyên lí v ng b n, đ ng th i chú ý đ n s electron t i đa trong m i phân l p, ta có th vi t

đ c s đ phân b electron trong nguyên t c a b t kì nguyên t náo khi biêt s hi u nguyên t Z c a nguyên t đó

Ví d :

- Nguyên t heli : Z = 2, có 2 electron C 2 electron đ u chi m phân m c 1s

Nh v y, nguyên t hiđro và nguyên t heli ch có 1 l p electron, l p K

t i đa 2 electron nên electron th 3 chi m phân m c 2s

Nh v y nguyên t liti có 2 l p electron, l p K g m 2 electron và l p L, 1 electron v.v

C u hình electron

Mu n bi u di n s phân b electron theo các l p và phân l p, ng i ta dùng c u hình electron ghi

theo cách sau:

electron không ghi

Ví d :

C u hinh electron c a các nguyên t 1H, 2He, 3Li, 13Al đ c ghi nh sau:

1H : 1s1

2He : 1s2

3Li : 1s2 2s1

13Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

ng i ta làm nh sau :

Kí hi u m i obitan b ng m t ô vuông, m i electron b ng m t m i tên, các electron ghép đôi đ c kí

hi u b ng hai m i tên ng c chi u

Sau đây là s đ phân b electron vào các obitan trong nguyên t c a 10 nguyên t đ u tiên

6 c đi m c a l p electron ngoài cùng

- i v i nguyên t c a t t c các nguyên t , l p ngoài cùng có t i đa là 8 electron

ng hoá h c ó là các nguyên t khí hi m

- Các nguyên t có 1, 2, 3 electron l p ngoài cùng là nh ng nguyên t kim lo i

- Các nguyên t có 5, 6, 7 electron l p ngoài cùng là nh ng nguyên t phi kim

Các electron l p ngoài cùng (g i t t là các electron ngoài cùng) h u nh quy t đ nh tính ch t hoá h c

c a m t nguyên t

Bi t đ c s phân b electron trong nguyên t , nh t là bi t đ c s electron l p ngoài cùng, ng i ta

có th d đoán đ c nh ng tính ch t hoá h c tiêu bi u c a nguyên t đó

Giáo viên: V Kh c Ng c