Cấu tạo nguyên tử 3

2 Cấu tạo nguyên tử :Hạt nhân nguyên tử: tích điện dương +Lớp vỏ điện tử: tích điện âm – Điện tích dương của nhân bằng số điện tích âm chuyển động quanh nhân → nguyên tử trung hòa về điệ

(2) Cấu tạo nguyên tử :

Hạt nhân nguyên tử: tích điện dương (+)Lớp vỏ điện tử: tích điện âm (–)

Điện tích dương của nhân bằng số điện tích âm chuyển động quanh nhân → nguyên tử trung hòa về điện

Tên Ký hiệu Khối lượng Điện tích

(kg) đvklnt (C) Tương đối

đ/v eĐiện tử

Proton

Neutron

epn

(3) Các hạt căn bản của nguyên

tử:

Đvklnt: Đơn vị khối lượng nguyên tử

(4) Quang phổ nguyên tử tự do ở trạng thái khí hay hơi không liên

tục mà gồm một số vạch xác định Mỗi vạch ứng với một bước sóng xác định ↔chức các độ dài sóng xác định

(5) Số vạch và cách sắp xếp vạch chỉ phụ thuộc vào bản chất

khí hay hơi nguyên tử

Thí dụ: phổ khí hydro trong vùng thấy được gồm 4 vạch

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN

1 Bản chất sóng hạt – Giả thuyết De

BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN

1 Bản chất sóng hạt – Giả thuyết De

Broglie (1924)

 Phát biểu: Electron cũng như các hạt vi mô khác đều có bản chất sóng hạt

 Biểu thức: Với h: Hằng số Planck

(6,626.10-34J.s)

m: Khối lượng hạt (kg)

∆v: Độ bất định vận tốc hạt (m/s)

∆x: Độ bất định vị trí hạt (m)

học lượng tử

BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN

2 Nguyên lý bất định Heisenberg

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN

3 Phương trình sóng Schrodinger

8

2

2 2

2 2

2 2

2

= Ψ

− +

Ψ +

Ψ +

h

m z

y x

π δ

δ δ

δ δ

δ

Ψ: Hàm sóng – Biên độ sóng ba chiều

E: Năng lượng toàn phần của electron trong nguyên tử (eV)U: Thế năng của electron so với hạt nhân (eV)

x,y,z: Tọa độ electron so với nhân

Ψ2 : Xác suất tìm thấy hạt/ Mật độ electron tại vị trí x,y,z trong không gian

Yêu cầu hàm sóng: Hàm sóng Y (x,y,z) phải

học lượng tử

BA LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN

3 Phương trình sóng Schrodinger

Kết luận chung:

Hàm số sóng Y của electron chứa các số không thứ nguyên gọi là số lượng tử

Số số lượng tử = số bậc tự do của electron = 4 Bao gồm 3 số lượng tử n, l, ml, theo 3 chiều không gian và 1 số lượng tử ms biểu thị cho sự tự quay quanh trục

Electron có mức năng lượng gián đoạn, giá trị các mức năng lượng của electron đặc trưng bằng các số lương tử

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n.l, ml, ms 1 Số lượng tử chính n

a) Giá trị: n = 1, 2, 3, 4…

b)Xác định:

 Trạng thái năng lượng

 Kích thước trung bình của đám mây electron

( )eV

hc h

n

Z n

Z h

me E

λν

−

= 2 2 4 22 13,6 22

c) Khi n tăng thì E và r tăng → Phải tốn năng lượng để

tăng kích thước đám mây electron d) Các mức năng lượng tương ứng

E E1 < E2 < E3 < E4 < E5

học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n.l, ml, ms 1 Số lượng tử chính n

 Bình thường electron trạng thái bền, ứng với mức năng

lượng thấp nhất : Mức cơ bản

 Khi hấp thu năng lượng electron chuyển sang mức năng

lượng cao hơn: Mức năng lượng kích thích kém bền →

electron sẽ nhanh chóng trở lại mức năng lượng bền →

phát ra năng lượng dưới dạng sóng ánh sáng:

∆E = Eđ – Ec = hν− =  2 − 2 

6 ,

13

c

d n n

Z

e) Các electron có số lượng tử chính n giống nhau tạo thành

lớp lượng tử hay lớp electron

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n.l, ml, ms 2 Số lượng tử phụ l (Số lượng tử

phương vị, orbital)

a) Giá trị: phụ thuộc n: l = 0, 1, 2, …, (n – 1)

b) Xác định moment động lượng của electron trong

h M

v rm M

π

c) Aûnh hưởng đến năng lượng và hình dạng của mây

electron trong nguyên tử nhiều electron

d) Các điện tử cùng n và cùng l hợp thành phân lớp

lượng tử, phân lớp electron

h

học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n l, ml, ms 3 Số lượng tử từ ml

a) Giá trị: phụ thuộc l: : ml = 0, ±1, ± 2, …±l

M z =

 Hướng các đám mây electron trong không gian

c) Khi biết n, l, ml: biết toạ độ của electron trong không gian so

với nhân → Xác định được orbital nguyên tử (ON – OA)

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n l, ml, ms

học lượng tử TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n l, ml, ms 4 Số lượng tử spin ms

a) Giá trị: s = +1/2 : electron quay thuận chiều kim

NGUYÊN TỬ

Được đặc trưng bằng 4 số lượng tử n l, ml, ms 4 Số lượng tử spin ms

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

TRẠNG THÁI ELECTRON TRONG

NGUYÊN TỬ 5 Hàm sóng mô tả orbital nguyên

tử – Mây electron

trong hệ toạ độ cầu

Ψ = ( r , φ ,ϕ) = R(r). Θ( φ )

Φ( ϕ)

không gian bao quanh hạt nhân mà electron có thể có mặt ở bất kỳ thời điểm nào

học lượng tử

Trạng thái electron trong nguyên tử

nhiều electron

a) Nguyên tắc:

Giải phương trình sóng Schrodinger bằng

phương pháp gần đúng một electron : Giả thiết hàm sóng của hệ nhiều electron là tổng các hàm sóng của từng electron

riêng biệt Khi đó phương trình sóng

Schrodinger có thể giải riêng cho từng

electron trong nguyên tử.

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

Trạng thái electron trong nguyên tử

Trong đó Z’ = Z – ∑δij (xem thêm phần sau)

2 Độ lớn moment động lượng: phụ thuộc vào số lượng tử l

3 Hình chiếu moment động lượng lên phương z: phụ thuộc vào số lượng tử ml

( )eV

hc h

n

Z n

Z h

me E

λ ν

*

' 2

h M

v rm M

π

π

2

h m

Mz =

( +1)

= h s s M

 Xác định đủ 4 số lượng tử n, l, ml, ms thì xác định được

hoàn toàn trạng thái electron trong nguyên tử nhiều

* Lực hút nhân – electron

* Lực đẩy: electron – electron trong cùng một lớp

* Lực đẩy: electron ở lớp trong với electron ở lớp ngoài

→ Lực hút thực tế giữa nhân và electron luôn nhỏ hơn lực hút

lý thuyết

→ Hiệu ứng chắn: do lực đẩy, các electron bên trong chắn làm

yếu lực hút hạt nhân với electron bên ngoài

→ Hiệu ứng xâm nhập: các electron lớp bên ngoài xuyên qua

các lớp electron bên trong xâm nhập vào gần hạt nhân

d) Quy tắc Slayter

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

Trạng thái electron trong nguyên tử

nhiều electron

 Điện tích hạt nhân hiệu dụng: Z’ = Z – ∑δij

Trong đó δij là hiệu ứng chắn điện tử i đối với điện tử j

a) Cách biểu diễn cấu tạo vỏ electron của nguyên tư

học lượng tử

Sự phân bố electron trong nguyên

tử nhiều electron

Lớp kí hiệu bằng số: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7Phân lớp kí hiệu bằng chữ: s, p, d, fObital nguyên tử : không biểu diễnSố electron trong phân lớp: ghi dưới dạng số mũ

 Trật tự các phân lớp từ trái qua phải biểu diễn sự tăng dần năng lượng của phân lớp đó

Bằng kí hiệu ô lượng tử

Electron kí hiệu bằng mũi tên (↑) khi ms = +1/2 và (↓) khi ms = –1/2

b) Các quy luật phân bố electron trong nguyên tử

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

Sự phân bố electron trong nguyên

tử nhiều electron

1 Nguyên lý loại trừ – Nguyên lý Pauli (1925)

 Phát biểu: Trong cùng nguyên tử không thể có 2 electron có cùng 4 số lượng tử

 Ứng dụng: Tính số electron tối đa trong mỗi OA, phân lớp electron , lớp electron

 Một OA chứa tối đa 2 electron ứng với (↑) khi ms = +1/2 và (↓) khi ms = –1/2

b) Các quy luật phân bố electron trong nguyên tử

học lượng tử

Sự phân bố electron trong nguyên

tử nhiều electron

2 Nguyên lý vững bền

 Phát biểu: Trạng thái bền vững nhất của electron trong nguyên tử là trạng thái tương ứng với giá trị năng lượng nhỏ nhất rồi lên cao dần

 Quy tắc Klechkovsky: Xác định dãy thứ tự tăng dần của các phân lớp

 Electron sắp xếp vào các OA có giá trị (n +l) từ thấp đến cao

 Nếu các OA có cùng giá trị (n + l) thì electron ưu tiên sắp xếp vào các OA có giá trị n nhỏ trước

b) Các quy luật phân bố electron trong nguyên tử

b) Các quy luật phân bố electron trong nguyên tử

Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử

Sự phân bố electron trong nguyên

tử nhiều electron

2 Nguyên lý vững bền

b) Các quy luật phân bố electron trong nguyên tử

 Dãy thứ tự năng lượng tăng dần

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d

< 5p < 6s < 4f ≅ 5d < 6p

< 7s

 Aùp dụng nguyên lý vững bền và nguyên lý Pauli ta viết được công thức electron cho nguyên tử nhiều electron

học lượng tử

Sự phân bố electron trong nguyên

tử nhiều electron

3 Quy tắc Hund

tương ứng với sự sắp xếp electron sao cho trong cùng một phân lớp giá trị tuyệt đối của tổng spin electron

thân là lớn nhất

b) Các quy luật phân bố electron trong nguyên tử