Cấu tạo nguyên tử - Định luật tuần hoàn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (635.19 KB, 15 trang )
( Word Reader - Unregistered ) www.word-reader.com
Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG
Trang:
1
Chương 2: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN
2.1. Mở đầu cấu tạo nguyên tử
- Nguyên tử là một hệ trung hòa gồm: +
+
- Khối lượng nguyên tử tập trung ở nhân.
- Vì nguyên tử trung hòa về điện nên điện tích dương
hạt nhân nguyên tử
VD: STT của Clo= 17
⇒
2.2. Hạt nhân nguyên tử
- Hạt nhân gồm:
⇒ Điện tích dương của hạt nhân (Z) =
- Số khối A = Z + N
Z : Số proton ; N : Số nơtron
(Tổng khối lượng proton và nơtron có giá trị gần bằng khối lượng nguyên tử)
Ký hiệu nguyên tử :
VD : Clo ( )
* Đồng vị :
Là những nguyên tử của cùng một nguyên tố có :
VD: Nguyên tố Clo trong thiên nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị (75,53%) và
(24,47%)
⇒ Khối lượng nguyên tử trung bình của nguyên tố Clo là :
· Khối lượng electron = 9,109.10
-28
gam
· Điện tích electron =1,6.10
-19
coulumb
(Điện tích nhỏ nhất, được chọn làm đơn vị
( Word Reader - Unregistered ) www.word-reader.com
Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG
Trang:
2
Vậy có thể định nghĩa : « Nguyên tố là tập hợp các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân »
2.3. Lớp vỏ electron
Năm 1913, nhà vật lý Đan Mạch là Niels Bohr đã giải thích được mô hình cấu tạo của các
nguyên tử có lớp vỏ electron tương tự Hyđro (tức là có 1 electron ở lớp vỏ như H, He
+
, Li
2+
…) .
Còn các nguyên tử khác thì thuyết Bohr tỏ ra chưa đúng đắn, và cuối cùng mô hình nguyên tử (
đặc biệt là lớp vỏ electron) đã được giải thích khá đầy đủ dựa trên quan điểm thuyết cơ học lượng
tử.
2.3.1. Tính chất sóng của hạt vi mô
Năm 1924, Nhà vật lý Pháp Louis De Broglie (Đơ Brơi) đưa ra giả thuyết là:
Chuyển động của các hạt vi mô có thể xem là chuyển động sóng, bước sóng của hệ thức đó tuân
theo hệ thức Đơbrơi:
v: tốc độ chuyển động của hạt
h: Hằng số Plank ( h = 6,626.10
-27
erg.s
= 6,626.10
-34
J.s)
2.3.2. Hệ thức bất định Heisenberg
- Năm 1927, nhà vật lý người Đức Werner Heisenberg rút ra nguyên lý:
Hệ thức: Một hạt vi mô khối lượng m, tốc độ v đang ở tọa độ x, trên trục Ox
Gọi x: Sai số về vị trí ( theo hướng x)
v
x
: Sai số vận tốc theo trục x
Ta có: x
Hay x
+ x = 0 ⇒ v
x
→ :
+ v
x
= 0 ⇒ x→ :
- Áp dụng nguyên lý bất định vào trường hợp hạt là nguyên tử, Heisenberg cho rằng : ta không
thể nói một cách toán học rằng electron chuyển động trên một quỹ đạo nào đó mà ta hoàn
toàn xác định được vị trí và vận tốc của nó mà chỉ có thể nói đến xác xuất tìm thấy electron
tại một vị trí nào đó vào một thời điểm nào đó. Cho nên theo nguyên lý bất định của Heisenberg
thì khái niệm về quỹ đạo của electron trong nguyên tử của Borh trở thành vô nghĩa.
2.3.3. Phương trình Schrodinger
( Word Reader - Unregistered ) www.word-reader.com
Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG
Trang:
3
- Với mỗi hạt electron có khối lượng m
e
có một hàm sóng
+ Trong đó có một ý nghĩa quan trọng, đó là:
⇒ dxdydz : cho biết
- Vì electron chuyển động xung quanh hạt nhân nên hàm sóng thường được biểu diễn bằng hàm
tọa độ cầu mà gốc là hạt nhân nguyên tử. Khi đó mỗi hàm sóng là tích của hai phần :
( )
=
+ R(r) : Phần bán kính
⇒liên quan đến 2 số lượng tử n và l.
+Y( , ): Phần góc
⇒ liên quan đến 2 số lượng tử l và m
l
2.3.3.1. Phần bán kính của hàm sóng R(r)
- Khi ta giữ và không đổi thì ta khảo sát được phần xuyên tâm R(r) là xác suất hiện diện của
electron tính theo khoảng cách r từ nhân đến điện tử ( xác suất hiện diện điện tử của 2 vị trí đối
xứng qua nhân là giống nhau trường đối xứng cầu hay trường xuyên tâm)
* Mật độ xác xuất có mặt electron ( ) theo khoảng cách r đến hạt nhân đối với các orbitan
nguyên tử :
Orbitan s
M
r
X
Y
Z
Một hàm sóng tương ứng với một bộ 3 số
lượng tử ( ) miêu tả trạng thái của
một electron như thế được gọi là :
Quan hệ giữa tọa độ cầu và tọa độ Đêcac:
x = rsin cos
y = rsin sin
y
( Word Reader - Unregistered ) www.word-reader.com
Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG
Trang:
4
Orbitan p
2.3.3.2. Phần góc của hàm sóng : Y( , )
- Người ta vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc của phần góc của hàm sóng vào các góc và khi
r không đổi. Ở đây Ở đây r được chọn như thế nào để bề mặt được biểu diễn sẽ giới hạn một thể
tích bao gồm 90-95% xác xuất tìm thấy electron.
- Các kết quả cho thấy sự phân bố xác xuất tìm thấy electron và các mặt giới hạn thu được cũng
chính là hình dạng của các orbitan nguyên tử:
+ Hàm sóng của orbitan nguyên tử s không phụ thuộc vào góc (không có hướng) nên các
orbitan s có dạng hình cầu, tâm là hạt nhân của nguyên tử, nghĩa là gốc của tọa độ.
+ Các orbitan p đều có dạng hai quả cầu tiếp giáp
với nhau ở gốc tọa độ của chúng lần lượt nằm trên
các trục x, y, z. Orbitan px nằm dọc theo trục x,
orbitan py nằm dọc theo trục y và orbitan pz nằm dọc theo trục z.
r
3p
r
2
r
2s
( Word Reader - Unregistered ) www.word-reader.com
Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG
Trang:
5
+ Trong 5 orbitan d ba orbitan dxy, dxz và dyz giống với nhau hơn còn hai rrbitan dz
2
và dx
2
-y
2
thì hơi khác. Ba orbitan dxy, dxz và dyz đều gồm 4 quả cầu tiếp giáp với nhau ở gốc tọa độ trong
đó cứ hai quả cầu một có tâm nằm trên đường phân giác của các góc tạo nên bởi hai trục tọa độ.
VD: Tâm của bốn quả cầu của orbitan dxy nằm trên hai đường phân giác của các góc tạo nên
bởi trục x và trục y. Orbitan dx
2
-y
2
cũng gồm có bốn quả cầu tiếp giáp với nhau ở gốc tọa độ,
nhưng tâm của chúng nằm ngay trên trục x và trục y. Còn orbitan z
2
gồm có hai quả cầu tiếp
giáp với nhau ở gốc tọa độ, tâm nằm trên trục z và một vành tròn nằm trong mặt phẳng xy.
· Ba orbitan dxy, dxz và dyz :
· Orbitan dx
2
-y
2
:
( Word Reader - Unregistered ) www.word-reader.com
Bộ môn Hóa – ĐH VĂN LANG
Trang:
6
· Orbitan dz
2
:
2.3.4. Ý nghĩa các số
lượng tử
* Số lượng tử chính n
+
+
+ Những electron có
cùng giá trị n lập nên
một lớp electron :
n 1 2 3 4 5 6 7
Lớp K L M N O P Q
* Số lượng tử orbitan l ( Số lượng tử phụ)
+
+
+
n l Dạng orbitan
1 0 s
2
0
1
s
p
3
0
1
2
s
p
d
4
0
1
2
3
s
p
d
f
