Trang 1
8.1. Nguyên tử Hiđro
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm (biểu thức năng lượng, các dãy vạch
quang phổ)
8.3. Mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron.
Hiệu ứng Zeeman
8.4. Spin của electron
Chương 8
NGUYÊN TỬ
Trang 2
8.1. Nguyên tử Hiđro
1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong
nguyên tử Hiđro
+
-
e
x
y
z
0
r
r
e U
0
2
4
(r, ,)
Xét chuyển động của electron trong
nguyên tử Hiđro. Hàm sóng 𝝍 của electron
là nghiệm của phương trình Schrodinger
) 0
4
( 2
0
2
2
r
e E me
( ( )) 0
2
2 E U r
me
Với
(*)
Trang 3
8.1. Nguyên tử Hiđro
1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong
nguyên tử Hiđro
Giải phương trình Schrodinger ta có:
* Hàm sóng 𝝍 của electron trong nguyên tử Hiđro:
𝒍 = 0, 1, 2, ..., n-1: số lượng tử quỹ đạo
( ,,) ( ) (,)
nlm nl Ylm r R r
m 0,1,2,...,l
: số lượng tử từ
Trong đó n = 1, 2, 3, ...: số lượng tử chính
Trang 4
1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong
nguyên tử Hiđro
Ví dụ:
( , , ) ( ) ( , ) 100 r R10 r Y00
2
1
00
3/ 2
0
10 ) ; (4 ) 1
2(
0
e Y
a
R
a
r
0,53 4
2
2
0
0
m e
a
e
Å
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 5
1. Phương trình Schrodinger và nghiệm (thừa nhận) cho electron trong
nguyên tử Hiđro
* Năng lượng của electron trong nguyên tử Hiđro:
2(4 )
1 m
2 2
0
4
e
2
e
n
En
Hằng số Rydberg
15 1
2 3
0
4
e 3,27.10
4 (4 )
m
R
s
e
2
n
Rh En
Với
(n = 1, 2, 3, ...: số lượng tử chính)
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 6
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
+ Năng lượng En n (n = 1, 2, 3, ...)
→ Năng lượng biến thiên gián đoạn
→ Năng lượng bị lượng tử hóa
K
O
L
N
M
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
+ Năng lượng En < 0, năng lượng tăng
theo số lượng tử chính n.
+ Emin = E1 = - Rh = - 2,185.10-18J
= - 13,6eV
(mức năng lượng cơ bản)
+ Khi n → ∞ thì En → 0
Sơ đồ các mức năng lượng
* Năng lượng của electron trong ntử H
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 7
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
* Năng lượng ion hóa của nguyên tử Hiđro
Năng lượng cần thiết để bứt electron ra khỏi nguyên tử
(Năng lượng cần thiết để đưa electron từ mức thấp nhất E1 đến mức E∞
)
E = 0 - E1 = Rh = 2,185.10-18J = 13,6eV
* Độ suy biến của mức năng lượng En
(r, , ) R (r).Y ( , ) n,,m
n m
+ Trạng thái lượng tử của e được mô tả bởi hàm sóng
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 8
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
Nhận thấy:
+ Ứng với mỗi giá trị của n (ứng với mỗi mức năng lượng En
)
→ l có thể có n giá trị khác nhau (𝒍 = 0, 1, 2, ..., n-1)
+ Ứng với mỗi giá trị của l
→ m có thể có 2l + 1 giá trị khác nhau ( )
m 0,1,2,...,l
→ Với mỗi giá trị của n đã cho, có thể có
1
0
2 (2 1) 1 3 ... (2 1)
n
n n
trạng thái lượng tử 𝝍𝒏,𝒍,𝒎
khác nhau
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 9
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
→ Ứng với mỗi mức năng lượng En
có n2
trạng thái lượng tử 𝛙𝐧𝐥𝐦 khác
nhau → Mức năng lượng En
suy biến bậc n2
+ Mức năng lượng E1
có 1 trạng thái 𝛙𝟏𝟎𝟎: trạng thái cơ sở (cơ bản)
+ Mức năng lượng En
(𝐧 ≥ 𝟐) suy biến bội n2
: trạng thái kích thích
l trạng thái
0 s
1 p
2 d
3 f
…..
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 10
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
* Cấu tạo vạch của quang phổ Hiđro
+ Khi bị kích thích e chuyển lên mức năng lượng cao hơn En
(trạng thái
kích thích) → Ở trạng thái kích thích trong thời gian ngắn
→ e chuyển về mức năng lượng thấp hơn En’
→ Phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (photon)
→ Theo định luật bảo toàn năng lượng:
𝑬𝒏 − 𝑬𝒏
′ = 𝒉𝝂𝒏𝒏
′
𝝂𝒏𝒏
′ = 𝑹(
𝟏
𝒏′𝟐 −
𝟏
𝒏𝟐
)
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 11
K
O
L
N
M
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
) Perfund 1
5
1
(
5 2 2
n
n
R
) Bracket 1
4
1
(
4 2 2
n
n
R
) Pasen 1
3
1
(
3 2 2
n
n
R
) Banme 1
2
1
(
2 2 2
n
n
R Hồng ngoại
) Liman 1
1
1
(
1 2 2
n
n
R Tử ngoại
Ánh sáng nhìn thấy
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 12
2. Các kết luận về nguyên tử Hiđro (năng lượng, trạng thái, xác suất tìm
thấy e)
* Xác suất tìm thấy electron ở một trạng thái đã cho, trong thể tích V
dr
d𝜽
d𝝋
| | dV | n m
(r,,) | r sindrdd
2 2 2
8.1. Nguyên tử Hiđro
Trang 13
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm
1. Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm
+
- -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Na
+
-
-
-
Li
+
-
H
• Nguyên tử kim loại kiềm (Li, Na, K…):
+ Cấu trúc có nhiều electron hơn nguyên tử hiđro
+ Có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng (electron hóa trị)
như nguyên tử hiđro
→ Năng lượng của e hóa trị trong nguyên tử kim loại
kiềm gồm:
+ Năng lượng tương tác giữa e hóa trị và hạt nhân
+ Năng lượng phụ gây bởi tương tác giữa e hóa trị và
các e khác.
→ Năng lượng của e hóa trị trong nguyên tử kim loại
kiềm tính tương tự như trong nguyên tử H và thêm
phần bổ chính
Trang 14
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm
1. Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm
2 ( )
n x
Rh En
(n = 1, 2, 3, ...: số lượng tử chính
Hằng số Rydberg
15 1
2 3
0
4
e 3,27.10
4 (4 )
m
R
s
e
: Số hạng bổ chính Rydberg
( l - số lượng tử quỹ đạo, loại nguyên tử))
x
x
Trang 15
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm
1. Năng lượng của electron trong nguyên tử kim loại kiềm
Enl n, l Kí hiệu các mức năng lượng: nX 𝐗 ≡ 𝑺 khi l = 0
𝐗 ≡ 𝑷 khi l = 1
𝐗 ≡ 𝑫 khi l = 2
𝐗 ≡ 𝑭 khi l = 3
Ví dụ:
Mức năng lượng 1P
có n = 1, l = 1
n l Trạng thái Mức năng lượng Lớp
1 0 1s 1S K
2
0 2s 2S
L
1 2p 2P
3
0 3s 3S
1 3p 3P M
2 3d 3D
Trang 16
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm
2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm
+ Khi bị kích thích e hóa trị chuyển lên mức năng lượng cao hơn Enl
(trạng thái kích thích) → Ở trạng thái kích thích trong thời gian ngắn
→ e chuyển về mức năng lượng thấp hơn En’l’
→ Phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ (photon)
Tuân theo quy tắc lựa chọn: Điện tử chuyển từ mức năng lượng cao
xuống mức năng lượng thấp hơn và ∆𝒍 = 𝒍 − 𝒍
′
= ±𝟏
* Theo định luật bảo toàn năng lượng:
𝑬𝒏𝒍 − 𝑬𝒏
′
𝒍
′ = 𝒉𝝂
𝝂 = 𝑹
𝟏
(𝒏′+𝒙𝒍
′ )
𝟐 −
𝟏
(𝒏 + 𝒙𝒍 )
𝟐 ∆𝒍 = 𝒍 − 𝒍
′
= ±𝟏
Trang 17
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm
2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm
* Ví dụ: Xét nguyên tử Liti (Li; Z = 3). Cấu hình e: 1s2 2s1
Mức năng lượng 1S
Mức năng lượng 2S
- Theo quy tắc lựa chọn e hóa trị ở mức năng lượng cao hơn chuyển về
mức:
+ 2S (l = 0): mức cao hơn chỉ có thể là mức nP (l = 1; n = 2, 3, 4…)
+ 2P (l = 1): mức cao hơn chỉ có thể là mức nS (l = 0; n = 3, 4…)
hay mức nD (l = 2; n = 3, 4…)
- Tần số của bức xạ điện từ phát ra:
𝒉𝝂 = 𝟐𝑺 − 𝒏𝑷 : Dãy chính
𝒉𝝂 = 𝟐𝑷 − 𝒏𝑺 : Dãy phụ II
𝒉𝝂 = 𝟐𝑷 − 𝒏𝑫 : Dãy phụ I 𝒉𝝂 = 𝟑𝑫 − 𝒏𝑭 : Dãy cơ bản
Trang 18
8.2. Nguyên tử kim loại kiềm
2. Quang phổ của nguyên tử kim loại kiềm
- Sơ đồ các mức năng lượng
của Li
Trang 19
8.3. Mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron.
Hiệu ứng Zeeman
1. Mô men động lượng quỹ đạo của electron (orbital)
• Mô hình bán cổ điển Bohr: Trong nguyên tử Hiđro e coi là chất điểm
chuyển động với vận tốc 𝒗 trên quỹ đạo tròn quanh hạt nhân. Mô men
động lượng của e: 𝑳 = 𝒓 ∧ 𝒎𝒗
• Cơ học lượng tử: Electron quay quanh hạt nhân không có quỹ đạo xác
định → Ở mỗi trạng thái, mô men động lượng 𝑳:
+ Không có hướng xác định
+ 𝑳 = 𝑳 xác định và nhận các giá trị gián đoạn
𝑳 = ℏ 𝒍(𝒍 + 𝟏)
𝒍 = 𝟎, 𝟏, 𝟐, … , 𝒏 − 𝟏 : số lượng tử quỹ đạo
Trang 20
8.3. Mômen động lượng quỹ đạo và mômen từ quỹ đạo của electron.
Hiệu ứng Zeeman
1. Mô men động lượng quỹ đạo của electron (orbital)
+ Hình chiếu của 𝑳 lên phương z bất kì (Lz
) xác định và nhận các giá trị
gián đoạn
𝑳𝒛 = 𝒎ℏ
m 0,1,2,...,l
: số lượng tử từ
→ Mômen động lượng 𝑳 và hình chiếu của nó lên phương z bất kì (Lz
)
đều bị lượng tử hóa.
Ví dụ: Khi 𝒍 = 𝟏 𝒕𝒉ì 𝑳 = 𝟐ℏ 𝒗à 𝑳𝒛 = 𝟎; ±ℏ.
Khi l = 2 thì 𝑳 = 𝟔ℏ 𝒗à 𝑳𝒛 = 𝟎; ±ℏ; ±𝟐ℏ
(với mỗi trị số cho trước của l có 2l + 1 trị số của m)
Hiển thị 20 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!