slide vê He nhieu electron

H nhi u electron

V t lý đi n t - Ch ng 3:H nhi u đi n t

Ng i so n: Lê Tu n, PGS-TS

 Cái gì s x y ra, n u có nhi u h n m t electron?

m t h t nhân có đi n tích +2e s thu hút hai electron

vì mang đi n tích cùng d u hai electron đ y l n nhau

 R t khó gi i chính xác ph ng trình Schrödinger do tính ph c t p

c a các th t ng tác

 Có th hi u đ c các k t qu th c nghi m mà không c n tính c

th các hàm sóng c a nguyên t nhi u electron b ng cách áp

d ng các đi u ki n biên và quy t c l a ch n

Hamiltonian c a nguyên t nhi u electrron đ c vi t d ng:

V nguyên t c, ta có th gi i ph ng trình Schrödinger b ng ph ng pháp nhi u lo n,

coi s h ng th hai c a Hamiltonian đ nh , dùng hàm sóng gi đ nh ban đ u nào đó,

r i tính l p đ xác đ nh E và hàm sóng đ n đ chính xác yêu c u Nh ng bài toán v n

là BÀI TOÁN NHI U H T, th c t r t khó gi i Do đó, c n thêm các ph ng pháp

g n đúng khác

D a vào nguyên lý không phân bi t đ c các h t cùng lo i, hàm sóng

c a t p h p các electron trong nguyên t có th vi t d i d ng tích các hàm sóng c a t ng electron

Áp d ng g n đúng Hatree đ đ a bài toán nhi u h t v bài toán m t

h t, ta đ a vào th c a tr ng t h p U i(r), nh là “trung bình”

t ng tác c a các electron còn l i lên electron đ c xét

Tr ng t h p đ c đ a vào ph ng trình Schrödinger v i s h ng đ u c a Hamiltonian, cho ta tr riêng E :và hàm riêng i (r):

T đó ta tính chính xác h n đ c U i(r), r i thay vào ph ng trình Schrödinger v i s h ng th hai c a Hamiltonian, ta tìm đ c ph n n ng

l ng ng v i t ng tác Coulomb d C nh v y, dùng ph ng pháp nhi u

lo n, có th tìm ra các tr ng thái c a electron trong nguyên t

hi u các s li u quang ph nguyên t ,

Pauli (1900-1958) đ ra nguyên lý sau:

Không th có hai electron trong m t nguyên t

v i cùng m t b s l ng t (n, , m , ms)

Nguyên lý lo i tr Pauli áp d ng cho t t c các lo i vi h t

có spin bán nguyên, ngh a là cho các fermions; các h t

trong h t nhân nguyên t và c electron, là nh ng fermion

g i là k t c p spin Nguyên lý lo i tr Pauli đ c áp d ng

S l ng t chính th ng có ký hi u b ng ch cái in hoa đi kèm

n = 1 2 3 4

n = shells (eg: K shell, L shell, etc.) – l p

Electrons for H and He atoms are in the K shell

H: 1s2

He: 1s1 or 1s

Có bao nhiêu electron trong m i l p con?

Nh r ng: = 0 1 2 3 4 5 …

ký hi u = s p d f g h …

= 0, (tr ng thái s) có th có nhi u nh t 2 electron

= 1, (tr ng thái p) có th có nhi u nh t 6 electron,

Nguyên lý Aufbau

• L p con s có 1 giá tr kh d c a m đ ch a 2 electron

• L p con p có 3 giá tr kh d c a m đ ch a 6 electron

• L p con d có 5 giá tr kh d c a m đ ch a 10 electron

• L p con f có 7 giá tr kh d c a m đ ch a 14 electron

Ví d : nguyên t Si

Nguyên t c d ch chuy n

11

12

Nguyên t c luân phiên đ b i

N i dung quy t c Hund

là vì tr ng thái spin đ i x ng gây

ra tr ng thái không gian ph n đ i

x ng, khi các đi n t kho ng cách trung bình là khá xa nhau,

do đó, gây hi u ng ch n l n nhau ít h n, và k t qu là n ng

l ng (c a đi n t ) c ng th p

h n

i m 2 Quy t c Hund (ti p):

i m 2 Quy t c Hund (ti p):

Cùng đ b i, L c c đ i ng v i m c n ng l ng th p nh t

i v i các giá tr L l n, m t s ho c t t c các đi n t chuy n đ ng cùng chi u i u đó khi n chúng các kho ng cách v i nhau l n h n giá tr kho ng

cách trung bình vì chúng ph i các phía đ i di n nhau so v i h t nhân

i v i các giá tr L nh , m t s đi n t có th chuy n đ ng ng c chi u

nhau Do đó, chúng có th “đi qua” kho ng cách g n v i nhau sau m i “chu

k ” và khoàn cách gi a các đi n t s nh h n giá tr kho ng cách trung bình –

n ng l ng đi n t s cao h n

17

i m 3 Quy t c Hund (ti p):

Có th gi i thích quy t c này b ng s k t

c p spin-orbit Tích vô h ng S·L mang giá

tr âm, n u các moment đ ng l ng orbital

và spin ng c chi u nhau B i vì h s c a

Ngo i l c a quy t c Hund

S đ th c nghi m quang ph Hydrogen

Ví d : Quang ph Hellium

21

23

Quy t c tính toán các giá tr

27

Quy t c tính toán các giá tr moment

đ ng l ng c a electron (ti p)

Quy t c tính toán các giá tr moment

đ ng l ng c a electron (ti p)

29

C u hình l p v electron các nguyên t

31

B ng tu n hoàn Mendeleev hi n đ i

L p theo cách đi n đ y các l p đi n t trong nguyên t

C h c l ng t mô t đúng các nguyên t , các tính ch t v t lý, hóa h c c a chúng và

c a các phân t đ c t o nên đ t n n móng và xây d ng m t chuyên ngành m i :

HịA H C L NG T

Khí tr :

Kim lo i ki m:

Halogens:

 Thi u 1 electron đ đi n đ y l p con ngoài cùng

 T o thành liên k t ion m nh v i các kim lo i ki m

 Có c u hình n đ nh nh t khi l p con p đ c đi n đây

 Ba dãy nguyên t v i các l p con 3d, 4d, và 5d đ c đi n

 Các tính ch t ch y u đ c xác đ nh b i các electron s, h n

là b i l p con d đ c đi n đ y

 Có các electron l p d v i spin không k t c p

 Vì l p con d đ c đi n đ y, các moment t , và xu h ng

đ nh h ng l i spin c a các nguyên t c n k , b gi m đi

H Lanthanides (đ t hi m):

 Có l p con ngoài cùng 6s2 đ c đi n đ y hoàn toàn

 Gi ng nh trong l p con 3d, electron trong l p con 4f có

các electron không k t c p nên chúng t đ nh h ng l i

 Giá tr moment đ ng l ng orbital l n đóng góp vào các

hi n t ng s t t m nh

H Actinides:

 Các l p con bên trong s đ c đi n khi l p con 7s2 đã

đ c đi n đ y hoàn toàn

 Khó thu đ c các s li u hóa h c th c nghi m vì chúng có tính phóng x

 Có chu k bán rã l n

35

Quang ph c a m t s nguyên t đ i di n các nhóm

trong B ng tu n hoàn Mendeleev

 i v i các photon chuy n r i gi a các m c n ng l ng t n t i quy

t c ch n l a sao cho mj = 0, ± 1, nh ng chuy n ti p gi a các m c có

b c m khi J = 0

ext

B

39