ư HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
PHẠM VĂN NHIÊU
NG
(PHẦN CẤU TẠO CHẤT)
THƯ VIỆN
ĐẠI HỌC TIIUỶ SẢN
Đ
541.2
Ph
Đ M
CEG
Hà HỘI
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐAI HOC QUỐC GIA HÀ NÔI
PGS. TS PHẠM VĂN NHIÊU
HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG
(PHẦN CẤU TẠO CHẤT)
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 7
. 9
Chương 1. KHÁI NIỆM VE NGUYÊN TỬ
1.1. N guyên tử . Thành p hầ n và cẩu trúc của 9
nguyên tử
1.2. Khôi lương nguyên tử. P hân tử 13
1.3. Đ ịnh luật liên hệ giữa khối lượng và năng 16
lương, giữa khôi lương và vận tốc chuyến
động
Chương 2. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 20
2.1. Thuyết lương tử Planck. Đại lượng vê cơ

hoc lương tử
2.1.1. Bức xạ điện từ và đại cương về quang phô 20
2.1 .2. Thuyết lượng tử Planck 23
2.1.3. Thuyết hạt và tính chất nhị nguyên
(sóng - hạt) của ánh sáng
2.1.4. Đại cương về cơ học lượng tử 27
n ọ
2.2. Nguyên tử hiđro và những ỉon giống
hỉđro
3
2.2.1. Mở đầu 32
2.2 .2. Phương trình Schrodinger cho bài toán
hiđro
2.2.3. Nghiệm và các kết quả bài toán hiđro 34
2.2.4. Những ion giống hiđro 44
2.2.5. Spin của electron. Obitan toàn phần 46
2.3. Nguyên tử nhiêu electron 48
2.3.1. Các obitan nguyên tử và giản đồ năng
o 4o
lượng của các electron
2.3.2. Cấu tạo electron của nguyên tử 51
2.4. Câu tạo nguyên tử của các nguyên tô 58
trong hệ thống tuần hoàn
2.4.1. Hệ thông tuần hoàn các nguyên tô" và gg
định luật tuần hoàn Menđêlêep
2.4.2. Cấu tạo electron của nguyên tử các gg
nguyên tô" trong bảng hệ thông tuần hoàn
2.4.3. Sự biến thiên tuần hoàn một sô" tính ^2
chất của các nguyên tô"
Chương 3. CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC 86

86
3.1. Khái niêm vê phân tử và liên kết hoá hoc
3.1.1. Quan niệm kinh điển và hiện đại về 86
phân tử
3.1.2. Khái quát về liên kết hoá học. 88
3.1.3. Độ âm điện 90
3.2. Liên kết ỉon 92
3.2.1. Sự hình thành liên kết ion. Bản chất Q2
của liên kết ion
4
3.2.2. Hoá trị của nguyên tố trong hợp chất ion 93
3.2.3. Đặc điểm của liên kết ion 93
3.3. Liên kết hoá trị 93
3.3.1. Sự hình thành liên kêt cộng hoá trị. Bản
chất của liên kết cộng hoá trị
3.3.2. Sự phân cực của liên kết cộng hoá trị 94
3.3.3. Hoá trị của nguyên tố trong hợp chất cộng
hoá trị 95
3.3.4. Liên kết cho - nhận 95
3.4. Phương pháp liên kết hoá trị ^
3.4.1. Bài toán phân tử H2 98
3.4.2. Phương pháp VB và sự giải thích các vấn
đề về liên kết
3.4.3. Liên kết Xich-ma (ơ), liên kết Pi (ĩt) 105
3.4.4. Sự lai hoá các obitan nguyên tử 107
3.5. Phương pháp obitan phân tử (lí thuyết MO) 110
3.5.1. Luận điểm cơ bản của phương pháp MO 110
3.5.2. Phương pháp MO và ion phân tử hiđro (H+2) 111
3.5.3. Thuyết MO và phân tử hai nguyên tử
đồng hạch (A-j)

3.5.4. Thuyết MO và phân tử hai nguyên tử dị
hạch (AB) 123
3.6. Phương pháp MO-Hucken và hệ electron 12Q
n không định cư
3.6.1. Các quy tắc gần đúng Hucken 126
3.6.2. Phương pháp MO-Hucken đối với các hệ 127
liên kết 7T
3.6.3. Sơ đồ phân tử Tí 130
5
133
3.7. Tương tác giữ a các p h â n tử
3.7.1. Liên kết Van der Waals 133
3.7.2. Liên kết hiđro 138
3.8. Liên kết trong phân tử phứ c 44^
3.8.1. Phân tử phức 142
3.8.2. Thuyết liên kết hoá trị (thuyết VB) về 143
liên kết trong phức chất
,151
Chương 4. CÁC TRẠNG THÁI TẬP HƠP
4.1. Mở đầu
4.2. Tinh th ể 154
4.2.1. Đại cương về tinh thể 154
4.2.2. Tinh thể ion 158
4.2.3. Tinh thể kim loại 168
4.2.4. Tinh thể nguyên tử 173
4.2.5. Tinh thể phân tử 176
4.3. Chất rắn vô định hình
4.4. Chất lỏng 181
4.4.1. Lực liên kết trong chất lỏng 181
4.4.2. Cấu trúc của chất lỏng 181

4.4.3. Tính chất của chất lỏng 182
TÀI LIỆU THAM KHẢO 185
6
LỜI NÓI ĐẦU
Cuôn sách này được soạn theo chương trình đào tạo của
các khoa không chuyên Hoá, trường Đại học Quốc gia Hà Nội
để làm tài liệu học tập cho sinh viên năm thú nhất.
Sách gồm ba phần: Cấu tạo nguyên tử, Cấu tạo phân tử
và Liên kết hóa học, Các trạng thái vật chất. Nội dung dựa
trên các bài giảng mà tác giả đã giảng dạy nhiều năm tại
Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội nay là Trường Đại học
KHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Trình bày chuẩn xác và chặt chẽ nội dung nói trên cho
sinh viên năm thứ nhất để họ có điều kiện học được các môn
Hoá học khác là một việc rất khó khăn. Chắc chắn rằng sách
này còn có những thiếu sót, chúng tôi mong nhận được nhiều
ý kiến đóng góp quý báu của các bạn đồng nghiệp và bạn đọc.
Hà Nội, tháng 5 năm 2001
Tác giả
7
Chương 1
KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN TỬ
Các chất được cấu tạo từ các nguyên tử, phân tử. Nghiên
cứu cấu tạo của các chất về cơ bản là nghiên cứu cấu tạo
nguyên tử, phân tử và tương tác giữa chúng với nhau.
1.1. NGUYÊN TỬ. THÀNH PHAN và cấu trúc của
NGUYÊN TỬ
1.1.1. Nguyên tử
Theo Đan-tơn (Dalton, Anh, 1807), những nguyên tô' hóa
học không thể phân chia đến vô cùng tận mà được cấu tạo bơi

những hạt nhỏ nhất, không thể phân chia nhỏ hơn nữa bằng
phương pháp hóa học. Những hạt này được gọi là nguyên tử.
Nguyên tử của những nguyên tố hoá học khác nhau thì có
cấu tạo khác nhau và do đó những nguyên tố hoá học khác
nhau thì có những tính chất khác nhau. Như vậy:
Nguyên, tử là phần tử nhỏ nhát của một nguyên tố hoa
học còn mang tính chất hoá học của nguyên tô đó.
9
Nguyên tử của các nguyên tố hoá học gồm một hạt nhân
mang điện tích dương và các electron (điện tử) chuyến động
xung quanh hạt nhân.
1.1.2. Hạt nhân
Hạt nhân nguyên tử có đường kính cỡ 10 12 H- 10 12cm,
gồm những hạt proton (p) và nơtron (n). Proton có khôi lượng
(mp) và điện tích qp
mp = 1,672.10'24 g; qp = +1,602.10'19 Culông
Giá trị của điện tích này trùng vối giá trị điện tích nhỏ
nhất được biết hiện nay và được gọi là điện tích sơ đẳng, kí hiệu
là e0 và được chấp nhận là đơn vị điện tích. Mặt khác
lđvc = 1,6605.10 24 g nên proton có khối lượng xấp xỉ là 1 (lđvc)
và mang điện tích bằng +1 .
Nơtron có khối lượng xấp xỉ bằng khốỉ lượng của proton và
không mang điện tích.
mn = 1,675.10"24g & IđvC, qn = 0
1.1.3. Electron
Electron có khối lượng (khôi lượng nghỉ, kí hiệu m(1)
m0 = 9,1091.10'28g
và mang một diện tích -1,602.10 19 Culông hay 1 đơn vị điện
tích (q(1 = - 1).
Proton, nơtron, electron được coi là những đơn vị nhỏ

nhất của vật chất và được gọi là những hạt cơ bản (hiện nay,
người ta đã biết khoảng
200 hạt cơ bản khác có đời sống rất ngắn).
Vì proton có điện tích +1, electron có điện tích - 1 , còn
nơtron không mang điện nên có thể nói:
Nguyên tử ỉà hệ trung hòa điện đơn giản nhất, câu tạo từ
những hạt cơ bản.
10
Có nhiều nguyên tử rất bền vững, chúng có thể tồn tại
rất lâu. Song cũng có một số những nguyên tử phóng xạ, sau
một khoảng thòi gian nào đó chúng biến thành những
nguyên tử khác do sự biên đôi xảy ra trong hạt nhẩn.
1.1.4. Số khối
Khối lượng của electron rất nhỏ so với khối lượng của
proton và nơtron'1’.
Kích thưốc nguyên tử - icr8cm, kích thước hạt nhân, rất
nhỏ (so vối nguyên tử) cỡ 10 i;'cm. Do đó, khối lượng của
nguyện tử có thê coi như tập trung tại hạt nhân nguyên tu
và được coi là bằng tổng khối lượng của các proton và nơtron
(bỏ qua khôi lượng của các electron).
Người ta gọi tổng sô proton (Z) và số nơtron (N) là sô khối
của nguyên tử, kí hiệu là A; ta có:
A = z + N
Nếu biêt sô" khôi A và sô điện tích hạt nhân z của một
nguyên tử ta sẽ biết được sô proton, sô electron và sô nơtron
N = A - z có trong nguyên tử đó. Vì vậy sô" điện tích hạt nhân
z và sô khối A được coi là những đặc trưng cơ bản của
nguyên tử.
1.1.5. Nguyên tô" hoá học
Những nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học đều có

cùng một sô" proton xác định. Thí dụ nguyên tử hiđrô có 1
proton, nguyên tử oxi có 8 proton, Sô" proton này còn được
gọi là sô" điện tích hạt nhân nguyên tử. Do đó:
Nguyên tô' hoá học là tập hợp các nguyên tử có cùng ,sô
điện tích hạt nhân
111 ■ nip = 1836,12 me; m„ = 1838,65 me.
n
Để đặc trưng đầy đủ một hạt nhân hay một nguyên tử,
người ta thường ghi thêm ỏ bên trái của kí hiệu nguyên tử sô
khối A (phía trên) và số điện tích hạt nhân z (phía dưối) của
nguyên tố được kí hiệu là X: 7 X . Chẳng hạn, nguyên tô" oxi,
hiđro, clo có những dạng nguyên tử tương ứng sau:
Ị o , 'Ịo, "O; ¡H;ỈH, ÍH
V
______________
_______________
V.
_________________________________________________
J
V V
Nguyên tố oxi Nguyên tố hiđro
35 C1 -S/C1-
I y v - i , ị y V ^l ,
V.___________________________
J
V -
Nguyên tố clo
37,
1.1.6. Đồng vị
Khi nghiên cứu các nguyên tử của cùng một nguyên tố

hóa học, người ta thấy rằng trong hạt nhân của những
nguyên tử đó có sô" proton như nhau, nhưng số khối có thế
khác nhau do số nơtron khác nhau.
Những nguyễn tử của cùng nguyên tố hóa học có cùng sô
proton (cùng điện tích hạt nhân), nhưng có số nơtron khác
nhau, do đó có số khối khác nhau được gọi là những đồng vị
của nguyên tố đó.
Ví dụ: Hiđro có ba đồng vị là ỊH; fH , J*H, oxi có ba đồng
vị: ‘*0, " o , ‘*0, clo có hai đồng vị: 17CI, Ị7Ơ,V.V
1.1.7. Khối lượng ng uyên tử trun g bìn h của m ột
nguyên tô"
Vì hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều
đồng vị, nên khối lượng nguyên tử của các nguyên tô" là khôi
lượng nguyên tử trung bình của hỗn hớp các đồng vị. Nếu kí
hiệu khối lượng nguyên tử trung bình của một nguyên tô"
hóa học có n đồng vị A thì:
¥ - a i^ Ị + a 2A2 + -f an An
100
12
Trong đó a]; a2, an là sô’ phần trăm của các đồng vị có
rô’ khối tương ứng là A], A2, An.
Thí dụ 1
pCl chiếm 75% và ^Cl chiếm 25% clo tự nhiên. Do đó
khối lượng nguyên tử (trung bình) của clo là:
™ 75.35 + 25.37
C1 =

—

-

= 35,5
100
Thí dụ 2
2*Ni, 2SNi, 2*1 Ni, 2NNi chiếm tương ứng: 67,76%;
26,16%; 2,42%; 3,66% niken tự nhiên.
Do đó:
ry 67.76.58 + 26.16.60 + 2.42.61 + 3.66.62
Ni =

— — —

— 2__^_yr
1 00
= 58.7422 = 59
1.2. KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ. PHÂN TỬ
1.2.1. Khôi lượng nguyên tử, phân tử tương đối
- Khôi lương nguyên tử tương đối
Khối lượng nguyên tử thu được do kết quả so sánh khối
lượng nguyên tử của nguyên tố với đơn vị khối lượng nguyên tử
được chọn đế so sánh gọi là khối lượng nguyên tử tương đối.
Năm 1961, tại Hội nghị Liên đoàn Quốc tế hóa học, theo
đề nghị của O-lan-đê và Ni-ê (A. Olanden và ~A. 0. Nier),
người ta đã quyết định chọn 'l c = 12,00000 làm cơ sỏ cho hệ
thông khôi lượng nguyên tử tương đô’i mới thống nhất, vì
khối lượng nguyên tử tuyệt đô’i của đồng vị cacbon '^c là
m = 19,9260.10 24g nên trong hệ thông khôi lượng quốc tế
mới ta có: 1 đvkl (quốc tê) gọi là lu
13
lu = ~ m
12

_ 19.9260. ic r 24g
c 12
= 1,6605.10“27Kg
= 1,6605.10~24g
Trên cơ sở đơn vị khôi lượng quốc tế mới, người ta tính
khối lượng nguyên tử tương đối của hiđro là 1,0079; hêli:
4,0026; oxi: 15,9994. Đôi khi gọi lu là lđvC, cách gọi này
không phô biến v.v
- Khối lượng ph ả n tử tương đôi
Trong phân tử, tổng khôi lượng nguyên tử tương đôi của
các nguyên tử được gọi là kjiô'i lượng phân tử tương đối.
Chẳng hạn, khôi lượng phân tử tương đối của nước (H20)
bằng: (1,0079 X 2) + 15,9994 = 18,0752; khối lượng phân tử
tương đôi của H2 bằng 1,0079 X 2 = 2,0158; của oxi bằng
15,9994 X 2 = 31,9988, v.v
Đôi khi người ta gọi lu là đvc, cách gọi này không phô
biến
1.2.2. Mol. Số Avôgadrô
Đối với các hạt vi mô như nguyên tử, phân tử, ion, người
ta dùng một đơn vị lượng chất thích hợp đó là mol.
Mol là lượng chất chứa 6,023.1023 hạt vi mô.
Khi dùng đơn vị mol phải chỉ rõ hạt vi mô đang xét là
nguyên tử, phân tử hay ion.
Trị sô 6,023.1023 gọi là scí Avôgađrô (A.Avogadro Ý), kí
hiệu là Na:
Na = 6,023.1023.
Như .vậy: 1 mol nguyên tử có NA nguyên tử
1 mol phân tử có NA phân tử
1 mol ion có Na ion.
14

Nhự vậy, sô* Avôgađrô (NA) chính là sô" nguyên tử (phân
tử, ion) của một chất chứa trong khôi lượng 1 mol nguyên tử
(phân tử, ion) chất đó. Chẳng hạn trong 12g cacbon 12 ('Í(C)
chứa 6,023.10“3 nguyên tử cacbon.
Sô" Avôgađrô là hằng sô tự nhiên, phổ biến, quan trọng
nhất trong vật lí và hóa học. Đối với tất cả các chất, hằng số
này đều có cùng một giá trị và không phụ thuộc vào trạng
thái tập hợp của chất.
1.2.3. Khối lượng mol nguyên tử
Khối lượng mol nguyên tử của một nguyên tố là khối
lượng của một mol nguyên tử nguyên tố đó.
Theo định nghĩa trên thì khối lượng mol nguyên tử chính
là nguyên tử gam của một nguyên tố, nghĩa là một khôi
lượng tính ra gam có sô trị ứng với khối lượng nguyên tử
tương đốì của nguyên tố đó.
Thí dụ: Mc = 12 g.mol 1 (M - kí hiệu khôi lượng mol).
Mị ị = 1 g.mol 1 (lấy tròn)
M() = 16 g.mol 1 (lấy tròn)
1.2.4. Khôi lượng mol phân tử
K hối lượng mol phân tử của một chất là khối lượng của
một mol phẫn tử chất đó.
Như vậy, khối lượng mol phân tử của một chất chính là
phân tử gam chất đó, nghĩa là một khối lượng tính ra gam
của một hợp chất hay một đơn vị có sô trị ứng với khôi lượng
phân tử tương đối của chất đó.
15
Thí dụ: M0;= 32 g.mol-1 (M - kí hiệu khối lượng mol
phân tử)
MCO; = 44 g.mor1
m Hjo = ìsg.m or 1

1.3. ĐỊNH LUẬT LIÊN HỆ GIỮA KHỐI LựỢNG và năng
LƯỢNG, GIỮA KHỐI LƯỢNG VÀ VẬN Tốc CHUYÊN động
1.3.1. Hệ thức liên hệ giữa khôi lượng và năng lượng
Khôi lượng và năng lượng là những thuộc tính của vật
chất. Khối lượng là thước đo quán tính, còn năng lượng là
thước đo vận động của vật chất.
Theo thuyết tướng đối Anh-xtanh (Einstein, 1903) thì
giữa khối lượng m và năng lượng E của một vật thể có hệ
thức:
E = m.c2 (1.1)
trong đó, c - vận tốc của ánh sáng trong chân không
(c = 2,998.108 m/s).
Trong mọi quá trình, sự biến thiên về năng lượng (AE)
của một hệ nào đó luôn kèm theo sự biến thiên về khối lượng
(Am) của hệ. Giữa AE và Am có hệ thức:
AE = Am.c2 (1-2)
Vì c có giá trị rất lớn, nên sự biến thiên khối lượng Am chỉ
đáng kế trong những quá trình có kèm theo sự biến thiên năng
lượng AE lốn như trong các phản ứng hạt nhân. Đôấ với những
quá trình như những phản ứng hóa học thường có AE (thu vào
hay phát ra) nhỏ, không đáng kể so với trị số c2. Do đó sự thay
đối khối lượng Am = a E/c2 là hoàn toàn không đáng kể, thực tế
16
là không phát hiện được sự thay đổi (Am) này và định luật
bảo toàn khối lượng vẫn được nghiệm đúng. Trong mỗi phản
ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng
tổng khôi lượng của các chất tham gia phản ứng.
1.3.2. Hệ thức liên hệ giữa khối lượng và vận tốc
của hạt chuyến động
Cũng theo thuyết tương đối của Anh-xtanh, giữa khôi

lượng m và vận tốc chuỊ^ển động (v) của một vật thể có hệ
thức:
m =
m
o
V 2
c
2
(1.3)
trong đó: m0 -khôi lượng nghỉ (không chuyên động) của vật.
c-tốc độ ánh sáng trong chân không(c=:2,998.108 m/s).
m-khôi lượng của vật thể khi chuyển động với tõc độ V.
Từ hệ thức (1.3) ta thấy, khi vận tôc V của một vật thể
tăng thì khôi lượng của nó cũng tăng (ví có sự tăng năng
lượng) và m tiến tới vô cực khi V tiến tới c. Tuy nhiên, vì vận
tốíc c của ánh sáng quá lớn, nên sự hiệu chỉnh khôi lượng chỉ
có ý nghĩa trong trường hợp vật chuyển động với tốc độ lớn
(như điện tử trong nguyên tử). Đối với sự chuyển động của
các vật thể thông thường như viên đạn, máy bay, v.v sự
hiệu chỉnh khôi lượng hoàn toàn không có ý nghĩa.
Hệ thức (1.3) cũng cho biết là không thế có một vật thế
chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng (vì V > c thì
(l - —— ) < 0, không có càn bậc hai của một số âm và hệ thức
c2
(1.3) không có ý nghĩa. Vật thể có vận tốc của ánh-sáng chính
là những hạt ánh sáng hay photon.
17
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. a) Cho biết thành phần của nguyên tử. Vì sao khôi
lượng của nguyên tử lại tập trung ở hạt nhân.

b) Sô" khôi là gì?
c) Cho biết sô" electron và sô nơtron trong các đồng vị
292U;292Ư , trong nguyên tử lo Ca và ion !oCa2+.
2. Trong tự nhiên, người ta biết khí clo có hai đồng vị °C1,
37C1 với khôi lượng nguyên tử tương ứng là 34,97 và
36,97; khối lượng nguyên tử trung bình của clo: 35,45.
Hãy xác định thành phần % của hai đồng vị đó
3. Khôi lượng nguyên tử (u) là gì? Hãy tính một đơn vị
khối lượng nguyên tử (u) ra kg.
4. Áp dụng hệ thức Enstein, hãy tính năng lượng tỏa ra
(theo MeV) trong phản ứng tổng hợp hạt nhân
?H + 2H ->|H + ¿n
Biết ?H = 3,01604 u; ỊH = 2,01410u; |H e = 4,00260 u;
Ồn = 1,00826u; C = 3.108m /s
5. Hiđro điều chê từ nước có khối lượng nguyên tử trung
bình là 1,008. Hỏi có bao nhiêu nguyên tử đồng vị
2 H trong 1 ml nước? Coi trong nước chỉ chứa hai đồng vị
2Hvà }H.
Đáp số: 5,35.1020
18
6. Cho 4,12 g muối NaX tác dụng với AgN03 ta được7,52g
kết tủa.
a) Tính khối lượng nguyên tử X.
b) Nguyên tcí X gồm hai đồng vị, biết rằng:
- Đồng vị 2 có số nơtron nhiều hơn ỏ đồng vị thứ nhất là
hai nơtron.
- Phần trăm của các đồng vị là như nhau.
Hãy xác định sô lượng của mỗi đồng vị.
Đáp số’: a) X = 80 là Br
b) 79 và 81

7. a) Cho biêt hệ thức liên hệ giữa khối lượng và năng
lượng.
b) Trong phản ứng tổng hợp 1 mol nước:
H2 + — Oọ -» H20 hệ thống toả ra môt năng lượng bằng
2
286 KJ. Hãy tính độ biến thiên tương đối của khối lượng
và cho nhận xét.
m
Đáp số: — = 1,8.10‘10
m
8. Một vật chuyển động vối vận tốíc V = 80% vận tốc ánh
sáng. Hỏi khi đó, khối lượng tương đối (khối lượng
chuyển động) bằng bao nhiêu lần khôi lượng nghỉ của
vật.
Đáp sô: mv =l,66m0
19
Chương 2
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
2.1. THUYẾT LƯỢNG TỬ PLANCK. ĐẠI CƯƠNG VE c ơ
HỌC LƯỢNG TỬ
2.1.1. Bức xạ điện từ và đại cương về quang phổ
a) Bức xa điện từ
Theo thuyết điện từ của Màc-xoen (Maxwell) thì mỗi biên
thiên của điện trường đều làm phát sinh một từ trường và
ngược lại, mỗi biên thiên của từ trường đều làm xuất hiện
một điện trường trong không gian xung quanh. Trường tổng
hợp của điện trường và từ trường được gọi là trường điện từ.
Trường điện từ truyền đ i trong không gian VỚI vận tốc không
đổi tạo thành sóng điện từ. Trong sóng điện từ, điện trường E
và từ trường H luôn luôn có phương vuông góc với nhau và

vuông góc với phương truyền của sóng điện từ (hình 1).
20
Hình 1. Sóng diện từ
Tia Y, tia Rơnghen, bức xạ tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy
(bức xạ khả kiến), hổng ngoại, vi sóng, đều là những sóng
điện từ, bản chất của chúng giống nhau, chúng chỉ khác
nhau về độ lớn của bước sóng
(Ả).
Bứt' xạ
Tia 7 Tia X
Tử ngoại
Khả kiến Hồng ngoại
Vi sóng
/. =
*<
■1-
o
10’-10 0 Ả
20 '1900 Ả 3900 -7700 Ả
7700Ả - 1 nm lm m - lm
Quãng đường mà sóng điện từ chuyên dời được trong một
chu kì T (s) được gọi là bước sóng Ằ của sóng điện từ.
Ằ = — hay Ằ = cT
V
trong đó:
c - vận tốc truyền sóng điện từ (trong chân không, đối
với ánh sáng c = 2,997925.108 m/s).
T - chu kì (s); V - tần sô", là số chu kì trong 1 giây.
Bưốc sóng thường tính ra m, cm, mm, A. Tần sô V thường
được tính ra Hz (hec), kHz, MHz.

b) Đai cương vê quang ph ổ
Khi cho một chùm bức xạ vối những bước sóng khác nhau
qua một lăng kính thì chùm bức xạ sẽ phân li. Những bức xạ
có bước sóng ngắn sẽ bị lệch về phía đáy lăng kính nhiều
hơn. Nếu cho các bức xạ đã được phân li tác dụng lên kính
ảnh ta sẽ thu được quang phố của chùm bức xạ đó.
Quang phổ như vậy là tập hợp những bức xạ có tần sô"
hay số sóng khác nhau đã được phân li.
Nếu phân li bức xạ miền khả kiến (ánh sáng mặt trời)
qua lăng kính, nó sẽ bị tách thành bảy miền nhỏ với màu sắc
khác nhau: tím, chàm, lam (xanh da trời), lục (xanh lá cây),
vàng, da cam và đỏ.
21
Một cách đại cương, người ta phân biệt quang phổ ra hai
loại: quang phổ phảt xạ và quang phố hấp thụ.
Quang pho phát, xạ
Khi cung cấp năng lượng cho một chất (rắn, lỏng, khí)
thì những chất này có khả năng phát ra các bức xạ. Những
bức xạ này tác dụng lên kính ảnh cho ta quang phổ của chất
đó. Quang phổ thu được gọi là quang phổ phát xạ.
Thí dụ, khi đốt kim loại natri (hoặc hợp chất natri) trên
ngọn đèn cồn, ngọn lửa nhuốm màu vàng vì khi đó natri có
khả năng phát ra bức xạ ứng với vạch phố mạnh nhất -
Vạch D hay vạch vàng
(Ằ = 5893 Â) - nên tạo ra màu vàng
của ngọn lửa.
Tương tự, mỗi nguyên tô" hóa học có một quang phố vạch
đặc trưng.
Quang phổ hấp thụ
Khi cho bức xạ liên tục từ một nguồn sáng qua một chất

(khí, lỏng hay rắn) và phân li thành phổ thì trên nền của
phổ liên tục ta sẽ quan sát thấy những vạch hấp thụ tối (tại
chỗ bức xạ đã bị hấp thụ) (hình 2a). Quang phổ thu được gọi
là quang phổ hấp thụ (hình 2b). Theo định luật Kiêcxôp và
Bunsen (Kirchoff và Bunsen): các nguyên tử chỉ hấp thụ
đúng những bức xạ mà chúng có khả năng phát xạ. Do đó,
đôi vối cùng một chất, trên quatìg phổ hấp thụ là những vạch
tối thì trên quang phổ phát xạ là.những vạch sáng.
22
a)
b)
Hình 2. Vạch D trong quang phổ phát xạ (a) và quang phổ hấp thụ
(b) của natri.
Nếu chất được kích thích là chất khí, ở trạng thái nguyên
tử thì ta thu được quang phổ chỉ gồm những bức xạ với
những bước sóng xác định, gián đoạn k]; Ằọ, ẰẴ, trên quang
phổ sẽ xuất hiện những vạch ứng với những bưốc sóng trên.
Quang phổ thu được gọi là quang phổ vạch, do đó quang phổ
vạch còn được gọi là quang phổ nguyên tử. Nếu chất khí ở
trạng thái phân tử, quang phổ thu được gồm nhiều vạch nằm
xít nhau tạo thành những băng kẹp nằm cách biệt nhau thì
gội là quang phổ đám hay còn gọi là quang phô phân tử.
Cấu trúc của quang phổ nguyên tử, phân tử gắn liền vối
cấu tạo nguyên tử và phân tử. Mỗi nguyên tố hay hợp chất có
một quang phổ đặc trưng và vì cường độ vạch quang phổ phụ
thuộc vào nồng độ của chất nghiên cứu nên quang phổ được
sử dụng trong phân tích định tính và định lượng các nguyên
tô hay hợp chất hoá học.
2.1.2. Thuyết lượng tử Plăng (Planck 1900)
Ngay từ những năm đầu thế kỉ này, ngưòi ta đã nhận ra

rằng các định luật về cơ học và năng lượng của Niutơn hoàn
toàn mất hiệu lực khi áp dụng cho thế giới vi mô (phân tử,
nguyên tử, ). Để giải quyết khó khăn này, năm 1900 nhà
Vật lí học Đức Plăng (Planck) đã đưa ra thuyết lượng tử
mang tên ông:
23
Một dao động tử dao động với tần số V chỉ có thê bức xạ
hay hấp thụ năng lượng từng đơn vị gián đoạn, từng lượng
nhỏ một nguyên vẹn gọi là lượng tử năng lượng £. Lượng tử
năng lượng này tỉ lệ thuận với tần số vcủa dao động tử:
£ = hv (2.1)
trong đó: h = 6,6256.10 34 J.s = 6,6256.10 27ec.s, được gọi là
hằng số Planck.
Ý nghĩa quan trọng của thuyết lượng tử Plăng là đã phát
hiện ra tính chất gián đoạn hay tính chất lượng tử hoá của
năng lượng trong các hệ vi mô.
2.1.3. Thuyết hạt và tinh chất nhị nguyên (sóng hạt)
của ánh sáng
Anh sáng là bức xạ điện từ và có bản chất sóng. Bản chất
sóng của ánh sáng được chứng minh một cách vững chắc
bằng các hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa. Tuy vậy, nếu coi
ánh sáng chỉ có bản chất sóng (sóng điện từ) thì không thề
giải thích được những hiện tượng như hiệu ứng quang điện,
(hiện tượng bứt electron ra khỏi bề m ặt kim loại dưới tác
dụng của ánh sáng) và hiệu ứng Compton (hiện tượng giảm
tần số tia bức xạ khi khuếch tán nó qua tinh thể graíit).
Đế giải thích các hiện tượng trên, Anhxtanh (Einstein,
1905) đã phát triển quan điểm lượng tử của Plăng và đưa ra
thuyết hạt hay thuyết lượng tử ánh sáng:
Anh sáng (hay bức xạ điện từ nói chung) là một thông

lượng các hạt vật chất, được gọi là photon hay các lượng tử
ánh sáng. Năng lượng của mỗi photon (lượng tử năng lượng)
được xác định theo hệ thức:
e=hv (2.3)
24
trong đó: V - tần số của ánh sáng (hay bức xạ điện từ nói
chung); và được xác định bỏi hệ thức:
V
c
(2.4)
có thứ nguyên là s X - bước sóng của bức xạ; h - hằng sô
Plăng.
Với quan điểm ánh sáng là những hạt photon, Anh-xtanh
đã giải thích một cách rõ ràng các hiện tượng như hiệu ứng
quang điện và hiệu ứng Compton.
Nêu coi ánh sáng gồm các hạt photon, mỗi hạt có năng
lượng hv thì việc giải thích hiện tượng hiệu ứng quang điện
trở nên rất đơn giản. Thật vậy, khi bể mặt kim loại c (hình
3a) được chiêu sáng, nếu mỗi photon có năng lượng s = hv đủ
lốn gặp bề mặt kim loại thì một phần năng lượng này (E°)
dùng để tách electron ra khỏi nguyên tử và phần năng lượng
còn lại sẽ chuyến cho electron dưới dạng động nàng.
Ta có phương trình:
hv = E°
„hv
a)
1 V
+ “■ mv (2.5)
— mv~ = h\' - Eu
2

Hình 3. So dồ thí nghiệm về hiệu ứng quang điện (a).
Hiệu úng Compton (b).
25
Phương trình (2.5) được gọi là phương trình Anh-xtanh
về hiệu ứng quang điện. Khi electron được bứt ra, bay sang
tấm kim loại A (hình 3a) làm mạch điện được nối liền và kim
điện kế G quay, chứng tỏ có hiệu ứng quang điện.
Từ (2.5), ta thấy muốn có hiệu ứng quang điện, thì năng
lượng tối thiểu của electron phải bằng E° ứng với một tần số
tối thiểu vQ.
E° = h . v0 (2.6)
E° được gọi là công thoát electron, tần số v0 (hay X0 = — )
V0
được gọi là ngưỡng quang điện của hiệu ứng quang điện.
Trên cơ sỏ thuyết hạt về ánh sáng, ta cũng có thể giải
thích một cách dễ dàng hiệu ứng Compton. Thật vậy, ta có
thể coi va chạm giữa photon và electron như sự va chạm đàn
hồi giữa hai hòn bi (năng lượng và động năng được bảo toàn).
Khi va chạm, photon và electron được bắn theo hai phương
khác nhau và một phần năng lượng của photon được truyền
cho electron dưới dạng động năng (hình 4). Do đó năng lượng
còn lại của photon (hv) bé hơn năng lượng ban đầu (hvD), và
v < v0.
Photon khuếch tán hv
26
Hình 4. Hiệu úng Compton