BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

 Sự gián đoạn của điện tích  Điện tích nguyên tố  Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford  Tính qui luật trong phân bố phổ vạch phát xạ:  Mẫu nguyên tử Bohr: Lượng tử hóa gián đoạn c

Chương 10: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ

10.1 NGUYÊN TỬ HYDRO

10.2 NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM

10.3 MÔ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔ MEN TỪ CỦA ELECTRON

CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂN

10.4 SPIN CỦA ELECTRON

10.5 BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MEDELEEV

 Sự gián đoạn của điện tích  Điện tích nguyên tố

 Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford

 Tính qui luật trong phân bố phổ vạch phát xạ:

 Mẫu nguyên tử Bohr: Lượng tử hóa (gián đoạn) các mức năng lượng của electron trong nguyên tử Hydro

 Mẫu Bohr mang tính chất bán lượng tử

 Mẫu Bohr không tính đến xác suất của quá trình dịch chuyển  Cường độ các vạch khác nhau

 Mẫu Bohr không giải thích được lưỡng tính sóng - hạt của electron

 Mẫu Bohr không đưa ra chứng minh chặt chẽ về chuyển động của electron trong trạng thái dừng

 Sử dụng phương trình Schrodinger để xét chuyển động của electron trong nguyên tử Hydro:

 Điện tử chuyển động trong trường thế của hạt nhân:

 Phương trình Schrodinger:

2

0

e U

 Tính chất của nguyên tử Hydro phụ thuộc vào 3 số lượng

tử (hàm sóng phụ thuộc vào 3 số lượng tử - 3 bậc tự do:

Số lượng tử chính: n = 1, 2, 3,…

Số lượng tử quĩ đạo: l = 0, 1, 2,… , (n-1)

Số lượng tử từ quĩ đạo: ml = -l, …-1, 0, 1,…, l

 Năng lượng của Hydro nhận các giá trị gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tử chính:

Ứng với mỗi số lượng tử chính là một lớp:

 Mức năng lượng suy biến bậc n2:

Ứng với mỗi giá trị của n, số lượng tử l nhận n giá trị khác nhau;

Ứng với mỗi giá trị của l, số lượng tử ml nhận (2l+1) giá trị khác nhau;

 Ứng với mỗi giá trị của số lượng tử chính n, có tổng cộng

n2 trạng thái lượng tử

Ký hiệu: l = 0 là trạng thái s; l = 1 là trạng thái p;

l = 2 là trạng thái d; l = 3 là trạng thái f

 Bất kỳ khoảng cách nào

cũng có khả năng bắt gặp

electron, nhưng mỗi trạng

thái đều có một khoảng cách

ứng với xác suất lớn nhất:

 Electron không chuyển động

theo quĩ đạo xác định

 Đám mây electron

 Dạng của orbital s

 Dạng của orbital p

 Dạng của orbital d

 Quang phổ vạch của Hydro:

Bước sóng của vạch phát xạ:

 Vỏ ngoài cùng của kim loại kiềm chỉ có 1 electron hóa trị:

 Năng lượng của electron hóa trị phải tính thêm ảnh hưởng

của tương tác giữa các electron:

 

4

l 0

 Số hiệu chỉnh phụ thuộc vào số lượng tử quĩ đạo:

 Ký hiệu các mức năng lượng:

3S, 3P, 3D 4S, 4P, 4D, 4F

4S 4P 4D 4F

 Mô men động lượng của electron do chuyển động xung quanh hạt nhân không có hướng xác định nhưng có giá trị xác định:

l = 0, 1, …, (n-1) là số lượng tử quĩ đạo

 Hình chiếu của mô men động lượng lên một phương bất kỳ luôn nhận các giá trị gián đoạn (bị lượng tử hóa):

m l = ±l; ± (l-1), …, 1, 0 là số lượng tử từ quĩ đạo

 Mối liên hệ mô men động lượng và

mô men từ quĩ đạo của electron:

 Hình chiếu của mô men từ lên một

 Hiệu ứng Zeeman là hiện tượng tách vạch phổ thành nhiều vạch sít nhau khi nguyên tử phát sáng đặt trong từ trường

 Xét một trường hợp đơn giản: Nguyên tử H (hoặc các nguyên tử mà hiệu ứng spin bị triệt tiêu) phát sáng trong

 Các mức năng lượng mới của nguyên tử

 Tần số vạch quang phổ khi nguyên tử chuyển từ trạng thái

 Qui tắc dịch chuyển:

l

  

 Ba số lượng tử n, l, ml mô tả chuyển động của electron xung quanh hạt nhân

 Electron có mô men động lượng riêng  Có thêm bậc tự

do nội tại, gọi là spin

 Về thực nghiệm, spin bắt đầu được giả thiết để giải thích cấu trúc tinh tế của các vạch phổ (ví dụ vạch màu vàng kép của Na)

 Về lý thuyết, spin xuất hiện khi giải phương trình sóng tương đối tính (phương trình Dirac) cho electron

 Số lượng tử spin:

 Mô men động lượng spin chỉ có một giá trị duy nhất:

 Hình chiếu của mô men động lượng spin lên một phương bất kỳ (phương z):

2

 

 Electron có mô men từ spin

 Hình chiếu của mô men từ spin lên phương phương z:

 Tỉ số từ - cơ spin:

e

e 2m

  

 Electron có mô men động lượng toàn phần bằng tổng của

mô men động lượng orbital và mô men động lượng spin:

 Giá trị của mô men toàn phần:

 Trạng thái lượng tử của một electron trong nguyên tử được xác định bởi 4 số lượng tử: n, l, ml, ms

 Tương tác spin – quĩ đạo dẫn đến electron có thêm năng lượng phụ (phụ thuộc vào định hướng spin)

 Năng lượng toàn phần của electron trong nguyên tử phụ thuộc vào ba số lượng tử n, l, j

 Có sự tách mức năng lượng rất nhỏ (cấu trúc tinh tế các mức năng lượng) do j nhận 2 giá trị khác nhau

Ký hiệu mức năng lượng: n2Xj

 Do cấu trúc tinh tế của các mức năng lượng nên dẫn đến cấu tạo bội các vạch phổ phát xạ

 Qui tắc lựa chọn khi chuyển mức năng lượng

 Mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp

 Số lượng tử quĩ đạo:

 Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học cho phép rút ra các tính chất vật lý và hóa học cơ bản

 Cho phép tiên đoán các nguyên tố chưa tìm thấy nhờ qui luật tuần hoàn

 Xuất hiện trước cơ học lượng tử (1869)

 Nguyên lý loại trừ Pauli: Ở mỗi trạng thái lượng tử xác

định (được đặc trưng bởi bốn số lượng tử n, l, ml, ms) có không quá một electron

 Nguyên lý cực tiểu năng lượng:

 Nguyên lý loại trừ Pauli:

 Nguyên lý loại trừ Pauli:

 Cấu hình electron:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d,5p, 6s, 4f, 5d, 6p…