Chuyên đề cấu tạo nguyên tử và HTTH

68 1.6K 1
Chuyên đề cấu tạo nguyên tử và HTTH

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1 II.1. Khái niệm về nguyên tử và quang phổ nguyên tử 1. Nguyên tử và các hạt electron, proton, neutron Nguyên tử là hệ thống vi mô phức tạp, được tạo thành từ những loại hạt khác nhau (về phương diện vật lý). Nhưng đơn giản hóa xem nguyên tử được cấu tạo từ:  hạt nhân tích điện dương và  electron tích điện âm, CHƯƠNG II CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HÒAN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 2 Bảng 2.1: Các hạt cơ bản cấu tạo nguyên tử Hạt Khối lượng Điện tích Tuyệt đối Tương đối Tuyệt đối Tương đối kg đvC (*) Culong Đơn vò tónh điện Đơn vò e (**) Electron 9,109390.10 -31 0,000549 -1,602177.10 -19 -4,802298.10 -10 -1 Proton 1,672623.10 -27 1,007277 +1,602177.10 -19 +4,802298.10 -10 +1 Neutron 1,674929.10 -27 1,008655 0 0 0 3  Đối với hóa học: nghiên cứu cấu tạo nguyên tử là nghiên cứu cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử để hiểu được tính chất và khả năng phản ứng của các chất ;  hạt nhân là thành phần cấu tạo quyết đònh bản chất nguyên tử: hạt nhân không thay đổi thì nguyên tử không thay đổi. .Nguyên tử là một hệ trung hòa điện gồm hai thành phần: hạt nhân và các electron chuyển động xung quanh. 10 -15 m 0,53 A 0 10 -10 m 4 Khối lượng nguyên tử = (Z + N) x 1đvC = (Z + N) đvC Tổng số hạt proton và số hạt neutron được gọi là số khối (A) của nguyên tử: Một nguyên tử X được ký hiệu như sau: A : số khối X  A Z Z: số hiệu nguyên tử # số proton Z  Số điện tích hạt nhân nguyên tử của nguyên tố bất kì đúng bằng số thứ tự Z - số hiệu của nguyên tố đó trong hệ thống tuần hoàn. Số electron = số proton (Z) = trò số điện tích hạt nhân nguyên tử (Z) = số hiệu nguyên tử (Z) A = Z + N  trong nguyên tử trung hòa số electron cũng đúng bằng Z. 5 . Hai loại hạt cơ bản của hạt nhân: .Các đồng vò: là những dạng nguyên tử khác nhau của cùng một nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử của chúng, tuy có cùng số proton, song lại khác số nơtron. Các đồng vò của cùng nguyên tố có số khối A khác nhau. 6 2. Khái niệm về quang phổ nguyên tử: Quang phổ của nguyên tử là quang phổ vạch, gồm từ một số vạch riêng biệt có màu sắc nhất đònh tương ứng với những tia bức xạ có bước sóng xác đònh, đặc trưng cho nguyên tử đó. a λ Hình 2.1: Các thông số của sóng • λ : bước sóng hay độ dài sóng, m • a : biên độ sóng • ν : tần số dao động của sóng; [s -1 ]  số chu kì dao động/1đv thời gian C • S ố sóng ν = ; [cm -1 ] ν =  ; C = 2,99792.10 -8 m.s -1 λ l λ  số chu kì dao động/1đv chiều dài 7 λ (m) Hình 2.2: Phổ bức xạ điện từ (ánh sáng) 10 24 10 22 10 20 10 18 10 16 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 10 0 Tia γ Tia X Cực tím Hồng ngoại Vi sóng F M Sóng radio A M Sóng radio dài ν (S -1 ) 10 -16 10 -14 10 -12 10 -10 10 -8 10 -6 10 -4 10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 4 x 10 -7 5 x 10 -7 6 x 10 -7 7 x 10 -7 λ (m) nh sáng thấy được F M Năng lượng tăng (E = h.ν) 8 Bảng 2.2: Bước sóng, tần số và năng lượng của các tia bức xạ Kiểu bức xạ Bước sóng (A 0 ) Tần số x 10 14 (Hz) Năng lượng x 10 -19 (J) Tia X và tia γ ≤ 30 ≥ 10 3 ≥ 10 3 Cực tím (tử ngoại) 3500 8,571 5,68 nh sáng thấy được tím 4200 7,143 4,73 Xanh 4700 6,383 4,23 Lục 5300 5,660 3,75 Vàng 5800 5,172 3,43 Da cam 6200 4,839 3,21 Đỏ 7000 4,286 2,84 Hồng ngoại 10000 3,00 1,99 Vi sóng và sóng radio ≥ 3.10 7 ≤ 10 -3 ≤ 10 -3 9 Số sóng, bước sóng, tần số dao động và năng lượng của các vạch quang phổ hydro được xác đònh khá chính xác theo các công thức : ν =  = R 1 λ  -  1 n 0 2 1 n 2 C λ  -  1 n 0 2 1 n 2 ν =  = RC E = h.ν Trong đó: R – hằng số Rydberg, có giá trò bằng 1096,78.10 4 m -1 h – hằng số Planck, có giá trò 6,626.10 -34 J.s n 0 , n- những số nguyên dương có giá trò khác nhau: Đ/v các dãy quang phổ hydro: • đ/v dãy Lyman n 0 = 1, n ≥2 • đ/v dãy Balmer n 0 = 2, n ≥3 10 với nội dung căn bản dựa trên các tiên đề:  Trong nguyên tử, electron quay xung quanh hạt nhân không phải trên những q đạo bất kỳ mà trên những quỹ đạo tròn, đồng tâm và có bán kính xác đònh (gọi là q đạo dừng hay q đạo lượng tử)  Khi chuyển động trên q đạo này, electron không thu hay phát năng lượng (năng lượng của nó được bảo toàn). Như vậy mỗi q đạo dừng tương ứng với một mức năng lượng xác đònh (ta nói năng lượng của electron được lượng tử hóa)  Khi hấp thụ năng lượng, electron chuyển từ q đạo có năng lượng thấp lên q đạo có năng lượng cao hơn. Ngược lại khi chuyển từ q đạo năng lượng cao về q đạo năng lượng thấp nó sẽ phát ra năng lượng. E = E đ - E c  = hν (2.4)  Theo thuyết Bohr: electron duy nhất trong nguyên tử hydro chuyển động xung quanh hạt nhân (proton) trên 1 trong những quỹ đạo cho phép có bán kính và năng lượng phụ thuộc vào số lượng tử chính n. 3. Thuyết cấu tạo nguyên tử Bohr: đề xuất mô hình nguyên tử [...]... electron trong nguyên tử một electron -Hydro và các hạt tương tự (He+, Li2+) Để hiểu được cấu tạo nguyên tử hydro cần phải giải phương trình sóng Schrưdinger đối với hệ nguyên tử đơn giản này: δ 2ψ δ 2ψ 8π 2m δψ e2  +  + + 2 E +  2 δx2 h δy 4πε 0r δz2  2 ψ =0 Ψ : hàm sóng mô tả sự chuyển động của e trong nguyên tử hydro  m, E, V: khối lượng, NL toàn phần, thế năng của nguyên tử hydro  Kết... dạng khối cầu với bán kính bằng 0,53A0 10-10m 0,53 A0 b Các số lượng tử và ý nghiã: Các số lượng tử là những số nguyên không có số đo, xác đònh hàm sóng Ψ (xác đònh trạng thái chuyển động của electron) và gồm có:  Số lượng tử chính n  Số lượng tử orbital l   Số lượng tử từ ml Số lượng tử spin ms 10-15 m 28 ♦ Số lượng tử chính n và mức năng lượng, lớp electron:  Xác đònh năng lượng của electron:... trưng cho tương tác của từ trường ngoài (tác dụng lên nguyên tử) với từ trường của electron ♦ Khái niệm orbital electron nguyên tử hay orbital nguyên tử (AO) AO là trạng thái của electron trong nguyên tử được xác đònh bởi các số lượng tử n, l, ml hay bởi hàm sóng Ψ chứa các thông số n, l, ml - Ψ n, l, ml Mối liên hệ giữa các số lượng tử n, l, ml và các lớp, phân lớp 35 electron, số AO, ký hiệu (tên... Hơn nữa, với những nguyên tử phức tạp hơn hidro VD: He lí thuyết Bohr không cho những kết quả phù hợp với thực nghiệm 20  Về sau, thuyết này được Sommerfeld bổ sung và phát triển để áp dụng vào các nguyên tử nhiều electron Theo Sommerfeld các quỹ đạo bền trong nguyên tử có thể là những quỹ đạo tròn hay elip Kích thước và năng lượng các quỹ đạo elip cũng tuân theo qui luật lượng tử hóa: • bán trục... lâu ở mức kích thích, nó sẽ phát ra năng lượng đã hấp thụ dưới dạng sóng điện từ và chuyển về mức cơ bản ban đầu  Đây chính là nguyên nhân xuất hiện quang phổ vạch nguyên tử Ví dụ: sự xuất hiện các dãy quang phổ nguyên tử hydro 30 n0 = ∞ Hình 2.10: Sơ đồ các mức năng lượng và sự xuất hiện của các dãy quang phổ nguyên tử hydro E∞ = 0,00J n0 = 4 E4= -1,36 x 10-19 J n0 = 3 E3 = - 2,42 x 10-19 J n0 =2... trục lớn a ∈n  a= n2r •bán trục bé b ∈ l  b = n.l.r r b a  n : số lượng tử chính;  l : số lượng tử phụ (0,1,2,3….n1) Hình 2.6: Quỹ đạo elip  Quang phổ của những nguyên tử nhiều e sẽ rất phức tạp, do sự chuyển động của electron có bản chất khác hẳn với sự chuyển động của các hạt vó mô 21 II.2 Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử (CHLT): II.2.1 Các luận điểm cơ bản của CHLT: a.Bản chất sóng - hạt... trong nguyên tử hydro được xác đònh bởi các số lượng tử và được đặc trưng bằng khái niệm đám mây electron 27 a Đám mây electron: là vùng không gian gần hạt nhân, trong đó xác suất có mặt của electron chiếm khoảng 90% và có hình dạng được xác đònh bởi bề mặt tạo thành từ các điểm có mật độ xác suất có mặt bằng nhau Ví dụ: Đám mây electron đặc trưng cho trạng thái electron duy nhất trong nguyên tử hydro... lớp lượng tử Hiện có 7 lớp electron được ký hiệu như sau Số lượng tử chính n 1 2 3 4 5 6 7… Ký hiệu lớp electron K L M N O P Q… ♦ Số lượng tử orbital l và hình dạng đám mây electron, phân mức năng lượng và phân lớp electron:  Số lượng tử l xác đònh hình dạng đám mây electron  l có giá trò nguyên dương từ 0 đến n–1: 0, 1, 2,…., n-1  Như vậy giá trò của l bò ràng buộc bởi giá trò của n và ứng với... 656 nm (red) n=1 •+Ze • • ∆ E=hν Mô hình Bohr của nguyên tử Hydro 14  Giải thích được bản chất vật lý của quang phổ vạch nguyên tử hydro và tính toán được vò trí các vạch quang phổ hidro Khí hidro loãng khi bò phóng điện (hay đun nóng) sẽ phát ra ánh sáng, ánh sáng này khi đi qua hệ thống lăng kính và thấu kính bò phân tích thành những tia thành phần và tạo ra những vạch khác nhau trên kính ảnh ứng với... thuyết cấu tạo nguyên tử của Bohr giải thích được sự xuất hiện các vạch quang phổ là do sự phát ra năng lượng khi các electron chuyển từ q đạo lượng tử xa nhân về q đạo gần nhân Chẳng hạn:  Các vạch dãy Lyman xuất hiện khi có sự chuyển dòch electron từ q đạo có số lượng tử chính n = 2,3,4… về q đạo có n0 = 1  Các vạch dãy Balmer xuất hiện khi có sự chuyển dòch electron từ q đạo có số lượng tử chính . xem nguyên tử được cấu tạo từ:  hạt nhân tích điện dương và  electron tích điện âm, CHƯƠNG II CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HÒAN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 2 Bảng 2.1: Các hạt cơ bản cấu. 1 II.1. Khái niệm về nguyên tử và quang phổ nguyên tử 1. Nguyên tử và các hạt electron, proton, neutron Nguyên tử là hệ thống vi mô phức tạp, được tạo thành từ những loại hạt khác. cứu cấu tạo nguyên tử là nghiên cứu cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử để hiểu được tính chất và khả năng phản ứng của các chất ;  hạt nhân là thành phần cấu tạo quyết đònh bản chất nguyên

Ngày đăng: 14/07/2014, 18:00

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • II.1. Khái niệm về nguyên tử và quang phổ nguyên tử

  • Bảng 2.1: Các hạt cơ bản cấu tạo nguyên tử

  • Slide 3

  • Khối lượng nguyên tử = (Z + N) x 1đvC = (Z + N) đvC

  • . Hai loại hạt cơ bản của hạt nhân:

  • 2. Khái niệm về quang phổ nguyên tử:

  • Slide 7

  • Bảng 2.2: Bước sóng, tần số và năng lượng của các tia bức xạ

  • Số sóng, bước sóng, tần số dao động và năng lượng của các vạch quang phổ hydro được xác đònh khá chính xác theo các công thức :

  • với nội dung căn bản dựa trên các tiên đề:

  • Hệ quả của thuyết Bohr:

  • Từ đó suy ra được:

  •  Năng lượng của electron:

  • Slide 14

  •  Giải thích được bản chất vật lý của quang phổ vạch nguyên tử hydro và tính toán được vò trí các vạch quang phổ hidro.

  • Slide 16

  • Mặc dù quang phổ vạch của hidro là phức tạp, Johannes Rydberg đã đề xuất phương trình tính toán cho biết vò trí chính xác của tất cả các vạch:

  • VD: Tính vò trí các vạch ứng với n0 = 1 và n = 2,3 và 4

  • Lí thuyết cấu tạo nguyên tử của Bohr giải thích được sự xuất hiện các vạch quang phổ là do sự phát ra năng lượng khi các electron chuyển từ q đạo lượng tử xa nhân về q đạo gần nhân. Chẳng hạn:

  • Mặc dù có những ưu điểm như vậy, lí thuyết Bohr vẫn có nhiều hạn chế:

  •  Về sau, thuyết này được Sommerfeld bổ sung và phát triển để áp dụng vào các nguyên tử nhiều electron

  • II.2. Cấu tạo nguyên tử theo cơ học lượng tử (CHLT):

  • VD 1: Electron có m  10-27g, v  6.107 cm/s   10A0

  • Bản chất sóng - hạt của các hạt vi mô đưa đến hệ quả quan trọng về sự chuyển động của nó:

  • Slide 25

  • Slide 26

  • II.2.2. Trạng thái electron trong nguyên tử một electron -Hydro và các hạt tương tự (He+, Li2+)

  • là vùng không gian gần hạt nhân, trong đó xác suất có mặt của electron chiếm khoảng 90% và có hình dạng được xác đònh bởi bề mặt tạo thành từ các điểm có mật độ xác suất có mặt bằng nhau.

  •  Số lượng tử chính n và mức năng lượng, lớp electron:

  • Bình thường electron ở trên mức năng lượng thấp (mức cơ bản), còn khi hấp thụ năng lượng nó sẽ chuyển lên mức năng lượng cao (mức kích thích). Electron không thể tồn tại lâu ở mức kích thích, nó sẽ phát ra năng lượng đã hấp thụ dưới dạng sóng điện từ và chuyển về mức cơ bản ban đầu

  • Slide 31

  •  Các electron có cùng mức năng lượng hợp thành lớp electron hay lớp lượng tử. Hiện có 7 lớp electron được ký hiệu như sau

  • Đối với nguyên tử nhiều electron l còn xác đònh cả trạng thái năng lượng của electron. Trạng thái năng lượng của electron , được đặc trưng bằng giá trò nhất đònh của l được gọi là phân mức năng lượng. Trò số của l càng lớn thì giá trò của phân mức năng lượng càng cao.

  •  Hình dạng các đám mây electron:

  • xác đònh sự đònh hướng trong không gian của đám mây electron

  • Slide 36

  •  Cách đònh hướng của các AO, tương ứng

  • Slide 38

  •  Số lượng tử spin hay spin ms:

  • Ý nghĩa vật lý của các số lượng tử:

  • II.2.3. Trạng thái electron trong nguyên tử nhiều electron:

  • Hiệu ứng chắn: do các lớp electron bên trong đẩy electron bên ngoài làm giảm lực hút của hạt nhân với electron bên ngoài.  kết quả: các lớp electron bên trong trở thành màng chắn và hạt nhân hút electron bên ngoài với điện tích Z* hình như nhỏ hơn điện tích Z vốn có của nó: Z* = Z – S,  Z* được gọi là điện tích hiệu dụng,  S là hằng số chắn.  Hiệu ứng chắn phụ thuộc vào n, l : nói chung hiệu ứng chắn tăng lên khi số lớp electron tăng .

  • do các electron bên ngoài có khả năng xuyên qua các lớp electron bên trong xâm nhập vào gần hạt nhân. Nó có tác dụng ngược lại hiệu ứng chắn vì làm tăng lực hút giữa hạt nhân với electron bên ngoài xâm nhập vào. Electron xâm nhập càng mạnh bò hút càng mạnh và có năng lượng càng thấp

  • b. Sự sắp xếp electron trong lớp vỏ electron nguyên tử, cấu hình electron nguyên tử dựa trên các nguyên lý, qui tắc sau:

  • "Trong một nguyên tử không thể có 2 electron có bốn số lượng tử như nhau."

  • " Trạng thái bền của nguyên tử tương ứng với sự sắp xếp electron thế nào cho trong giới hạn một phân lớp, mức năng lượng giá trò tuyệt đối của tổng spin electron phải cực đại.

  • Slide 47

  •  Cấu hình electron nguyên tử:

  • II.3. Hệ thống tuần hòan các nguyên tố hóa học:

  • II.3.2. Hệ thống tuần hòan và cấu trúc electron nguyên tử:

  • 2nt s(ns) 1nt d [(n-1)d] 14nt f [(n-2) f] 9nt d[(n-1)d] 6nt p (np)

  •  Số thứ tự chu kỳ bằng số lượng tử n đặc trưng cho lớp electron ngoài cùng của nguyên tố trong chu kỳ.

  • Nhóm: Các nguyên tố có tính chất tương tự được tập hợp thành cột dọc (gọi là nhóm). Gồm các nguyên tố có số electron lớp ngoài cùng (PNC- nhóm A) hoặc của những phân lớp ngoài cùng (PNP – nhóm B) giống nhau và bằng số thứ tự nhóm.  Những electron này được gọi là electron hóa trò vì có khả năng tham gia tạo liên kết hóa học.

  • Slide 54

  • Slide 55

  •  Phân nhóm:

  •  Qui luật biến đổi tính chất của các nguyên tố:

  • Slide 58

  • Slide 59

  • Đó là những tính chất của nguyên tố phụ thuộc vào cấu trúc các lớp electron ngoài cùng : bán kính nguyên tử và ion, năng lượng ion hóa, ái lực electron, độ âm điện, số oxy hóa, nhiệt độ nóng chảy và sôi.

  • Slide 61

  • Bán kính cộng hóa trò các nguyên tố s, p giảm liên tục (đơn vò A0)

  • Slide 63

  • Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) của một vài nguyên tố (đơn vò eV)

  • Là năng lượng phát ra hay thu vào khi kết hợp thêm electron vào nguyên tử tự do ở thể khí thành ion âm:

  • Ái lực với electron (F) (đơn vò eV)

  •  Là đại lượng đặc trưng cho khả năng của nguyên tử của một nguyên tố hút mật độ electron về phía mình khi tạo liên kết với nguyên tử của một nguyên tố khác.  xác đònh bằng nhiều phương pháp: * Phương pháp Mulinken :  = ½ (F + 1) * Phương pháp Pauling: dựa trên năng lượng liên kết (E) của các chất (A2, B2, AB): E = const ( A-  B)2 với E= EA-B - EA-A x EB-B

  • Độ âm điện của một số nguyên tố (l. Pauling)

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan