<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

<b>Chương I: Cấu tạo vật chất</b>

 Cấu tạo nguyên tử

 Cấu tạo phân tử

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>I. Cấu tạo nguyên tử</b>

 Vật chất được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử

 Nguyên tử là phần cơ bản nhất của vật chất

 Mơ hình ngun tử Bohr (giải Nobel vật lý 1922 về lý thuyết

cấu trúc nguyên tử và cơ học lượng tử) được chấp nhận rộng

rãi:

o

_{Hạt nhân: chứa}

_{proton mang điện dương và}

neutron

không mang điện

(

ngồi ra cịn có một số hạt khác

)

-

Tồn tại lực đẩy tĩnh điện

giữa các protons nhưng

protons và neutrons được liên kết chặt với nhau nhờ “lực

mạnh”

(

<b>strong force</b>

)



Lực mạnh chỉ có tác dụng trong khoảng

cách rất nhỏ (≤ 10

-15

_m)

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

Structure of an atom

 Có kích thước và khối lượng

rất nhỏ

so với hạt nhân

 Mang

điện tích âm

chuyển động xung quanh hạt nhân theo các

quỹ đạo

hình cầu

(vỏ điện tử) có bán kính xác định

 Mỗi

quỹ đạo

ứng với một

mức năng lượng

của điện tử

 Quỹ đạo

gần hạt nhân

nhất có mức năng lượng

thấp nhất

và ngược lại

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

 Số lượng điện tử phân bố trên các lớp vỏ điện tử (bao gồm một số phân lớp)

theo qui luật:

- số điện tử điền đầy phân lớp:

<i>2(2l+1)</i>

- số điện tử điền đầy lớp:

<i>2n</i>

2

Với:

<i>n: số lượng tử chính</i>

<i>(n = 1, 2, 3, … n)</i>

<i>l: số lượng tử quĩ đạo</i>

<i>( l = 0, 1, 2, 3, …n-1)</i>

Arrangement of

electrons in an atom

Lớp

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

<b> Các điện tử ở lớp vỏ ngồi cùng </b>

(xa hạt nhân nhất) có mức năng lượng

lớn nhất



đóng vai trị quan trọng nhất trong tương tác nguyên tử cũng như phản

ứng hóa học

bởi vì các điện tử này có thể tương tác với các điện tử lớp ngoài

cùng của các nguyên tử lân cận.



Các điện tử lớp ngoài cùng gọi là

<b>điện tử hóa trị </b>



xác định

hóa trị

của

nguyên tử



Khi lớp vỏ ngoài cùng chứa đầy điện tử



nguyên tử không nhận thêm

điện tử  nguyên tố trơ (Ar, Ne, Kr…)



Bởi một nguyên nhân nào đó nguyên tử

mất đi một hay nhiều điện tử



ion dương

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

 Lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và điện tử

<b>Năng lượng điện tử (xét nguyên tử hydro)</b>

 Lực ly tâm khi điện tử chuyển động xung quanh điện tử

 Điều kiện cân bằng lực (giữ điện tử chuyển động trên quỹ đạo nhất định)

2

2

9

2

2

2

1

/

10

9

4

1

<i>C</i>

<i>Nm</i>

<i>k</i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>r</i>

<i>q</i>

<i>kq</i>

<i>F</i>

<i>r</i>

<i>o</i>

<i>p</i>

<i>e</i>











<i></i>

<i></i>

<i>r</i>

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>F</i>

<i>e</i>

2

2



<i>r</i>

<i>m</i>

<i>k</i>

<i>q</i>

<i>v</i>

<i>r</i>

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>F</i>

<i>F</i>

<i>e</i>

<i>e</i>











2

2

2

2

1

<i>m</i>

<i>_e</i>

: khối lượng điện tử = 9,1x10

-31

_kg

<i>q</i>

<i>_e</i>

: điện tích của điện tử = 1,6x10

-19

_C

Vận tốc chuyển động của điện tử càng lớn

khi bán kính của quĩ đạo c/đ càng nhỏ

F

₁

F

₁

F

₂

v

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

<i> Động năng của điện tử (KE- kinetic energy) </i>

2

2

1

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>KE</i>



<i>_e</i>

<i> Thế năng của điện tử (PE - potential energy) </i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>PE</i>

<i>e</i>

2





<i> Tổng năng lượng (E) </i>

)

(

2

2

1

₂

2

2

<i>J</i>

<i>r</i>

<i>q</i>

<i>k</i>

<i>r</i>

<i>kq</i>

<i>v</i>

<i>m</i>

<i>PE</i>

<i>KE</i>

<i>E</i>







<i>_e</i>



<i>e</i>





<i>e</i>

VD: Năng lượng ion hóa của nguyên tử hydro là 13,6 eV, xác định bán kính của quĩ đạo

chuyển động của điện tử? (r=0.53 x 10

-10

_m)

* 1eV= 1.6x10

-19

_J









<i>J</i>



<i>m</i>

<i>C</i>

<i>C</i>

<i>m</i>

<i>N</i>

<i>E</i>

<i>kq</i>

<i>r</i>

<i>e</i>

₁₈

10

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

E

₁

=hf

₁

E

₂

=hf

₂



Năng lượng cần thiết để tách rời điện

tử khỏi nguyên tử

 Năng lượng ion hóa của các lớp điện tử

khác nhau

cũng khác nhau



Các điện tử hóa trị có mức năng lượng

ion hóa thấp nhất



Khi điện tử nhận được năng lượng nhỏ

hơn năng lượng ion hóa  điện tử bị

kích thích  chuyển sang mức năng

lượng cao hơn



Điện tử ở trạng thái kích thích có xu

thế chuyển về mức năng lượng thấp hơn

và giải phóng năng lượng dưới dạng bức

xạ

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

<b>Các thuật ngữ thơng dụng</b>

 Điện tử hóa trị: các điện tử ở lớp ngoài cùng  xác định hóa trị của nguyên tử

 Năng lượng ion hóa: năng lượng cần cung cấp nhỏ nhất để tách được 1 điện tử khỏi

nguyên tử để tạo thành ion dương

 Ái lực điện tử: năng lượng phóng thích khi điện tử kết hợp với nguyên tử trung tính

để tạo thành ion âm

 Định lý Virian:

<i>PE</i>

<i>KE</i>

<i>PE</i>

<i>KE</i>

<i>E</i>

2

1









<i>KE: động năng trung bình</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

<b>II. Cấu tạo phân tử</b>

 Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử thông

qua

liên kết giữa các nguyên tử

 Khi hai nguyên tử được đặt gần nhau  các

điện tử hóa trị

tương tác với nhau và với các hạt

nhân lân cận  tạo ra liên kết giữa hai nguyên tử

 hình thành phân tử

 Năng lượng của hệ thống hai nguyên tử liên kết

 tổng năng lượng của hai nguyên tử riêng rẽ 

tạo nên phân tử bền vững

 Nguyên lý cơ bản của sự tạo thành phân tử là

<i>sự cân bằng giữa lực hút (F</i>

<i>_A</i>

<i>) và lực đẩy (F</i>

<i>_R</i>

)

giữa các nguyên tử xác lập tại khoảng cách cân

bằng

<i>r</i>

_o

giữa các nguyên tử

0







<i>_A</i>

<i>_R</i>

<i>N</i>

<i>F</i>

<i>F</i>

<i>F</i>

1. PHÂN TỬ VÀ NGUYÊN LÝ LIÊN KẾT TỔNG QUÁT

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

2. CÁC LOẠI LIÊN KẾT GiỮA CÁC NGUYÊN TỬ



Liên kết đồng hóa trị (cộng hóa trị)

 Liên kết Ion

 Liên kết kim loại

 Liên kết Van der Waal

Liên kết chủ yếu

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>a. Liên kết đồng hóa trị (cộng hóa trị)</b>

 Đặc trưng: góp chung điện tử của nguyên tử trong phân tử

 Xảy ra giữa các nguyên tử có độ âm điện gần bằng nhau

VD: CH

₄

(Methane)

4 điện tử hóa trị



cần thêm 4 điện tử

1 điện tử hóa trị



cần thêm 1 điện tử

<i>* Độ âm điện (min: 0,7; max: 4,0) </i>

<i>C (2,5)</i>

<i>H (2,1)</i>

Covalent bond

Một nguyên tử C liên kết

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

- Đặc tính của liên kết đồng hóa trị:

+) do lực hút tĩnh điện mạnh giữa các điện tử góp chung và hạt nhân, liên

kết đồng hóa trị

bền vững nhất trong các loại liên kết  có nhiệt độ nóng

chảy và độ cứng rất cao (

ví dụ: kim cương

)

+) khơng bị hịa tan trong các dung mơi

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

<b>b. Liên kết ion</b>

 Xảy ra giữa ion dương và ion âm

 Đặc trưng: có sự cho và nhận điện tử

 Giữa các nguyên tử có độ âm điện khác biệt lớn

 VD: NaCl

<b>0,9</b>

<b>3,0</b>

Ionic bond

<b>+</b>

<b></b>

-2

2

1

4

<i>r</i>

<i>q</i>

<i>q</i>

<i>F</i>

<i>o</i>

<i></i>



</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16></div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

- Đặc tính của liên kết ion:

+) cứng, giịn và có nhiệt độ nóng chảy cao khi so với kim loại

+) hầu hết chất tạo thành từ liên kết ion bị hòa tan trong dung dịch có cực

(ví dụ: nước)

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>c. Liên kết kim loại</b>

 Nguyên tử kim loại chứa một vài điện tử hóa trị

 Khi các nguyên tử kim loại đặt gần nhau, các điện tử hóa trị dễ dàng tách rời

khỏi hạt nhân riêng rẽ và trở thành điện tử tự do dùng chung giữa các ion  hình

thành đám mây điện tử giữa các ion dương

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

Metallic bond

- Đặc tính của liên kết kim loại:

+) liên kết có cấu trúc đẳng hướng  dẻo

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<b>Liên kết Van der Waal</b>

 Hình thành từ sự tương tác giữa các lưỡng cực

- Lưỡng cực dao động

Moment lưỡng

<i>cực p=qd</i>

- Lưỡng cực vĩnh cữu (cố định)

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

 T/H: Đối với polymer:

- Tâm điện tử dịch

chuyển về phía nguyên tử

chlorine

- Tâm điện tích dương

tập trung về phía nguyên

tử hydrogen

- Xuất hiện

lực yếu

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

<b>III. Lý thuyết vùng năng lượng</b>

 Ứng dụng: Giải thích, phân loại vật liệu điện thành vật liệu dẫn điện, bán

dẫn và cách điện (điện môi)

 Các điện tử của một nguyên tử được phân bố vào các lớp vỏ điện tử có mức

năng lượng khác nhau

 Một số mức năng lượng được các điện tử lấp đầy

 Các mức năng lượng còn lại chỉ xuất hiện điện tử khi nguyên tử nhận năng

lượng từ bên ngồi (trạng thái kích thích)

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

VD: Vùng năng lượng của kim loại Natri

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

 Nhiều nguyên tử nằm sát nhau  tồn tại vùng các mức năng lượng

gần như liên tục

Lấp đầy

điện tử

Lấp đầy

½ vùng

năng

lượng

Vùng

dẫn

Vùng

hóa trị

Vùng hóa trị và vùng dẫn chồng lấn lên nhau  tồn tại

điện tử tự do ở vùng dẫn  Natri dẫn điện tốt

Mật độ nguyên tử: 10

23

_cm

-1

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

VD: kim cương (cấu tạo từ cacbon)

Nguyên tử cacbon riêng rẽ, điện tử phân bố vào các ô

lượng tử theo qui luật Hund

<b>Do mức năng lượng của phân lớp 2s xấp xĩ 2p nên</b>

thực tế có 4 điện tử lớp ngoài cùng tham gia vào liên

kết giữa các nguyên tử thay vì chỉ có 2 điện tử ở phân

<b>lớp 2p  lúc này phân bố của các điện tử vào ô lượng</b>

tử như sau

2s

2p

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

 Khi các nguyên tử C liên kết với nhau tạo nên vùng dẫn và vùng

<i>hóa trị tách biệt nhau bằng vùng cấm có năng lượng lớn E</i>

_g

( một

vài eV)

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28></div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

<b>Tác động của nhiệt độ</b>

 0

o

_{K: chất cách điện và chất bán dẫn không dẫn điện}

 Tăng nhiệt độ lên 298

o

_{K: chất cách điện vẫn không dẫn điện,}

chất bán dẫn trở nên dẫn điện do tác động của năng lượng nhiệt

một vài điện tử sẽ chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn

* Nếu điện trường ngoài đủ lớn, chất cách điện và chất bán dẫn trở nên dẫn điện

thậm chí ở 0K

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Khơng được phép sao chép hay cơng bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>

<b>Phân loại vật liệu theo độ từ tính</b>

<b>Thơng số</b>

<b>Nghịch từ</b>

<b>Thuận từ</b>

<b>Dẫn từ</b>

Độ từ thẩm 

<  1

> 1

>> 1

Cường độ từ

trường ngồi

Khơng phụ

thuộc

Khơng phụ

thuộc

Phụ thuộc

Ví dụ

• Khí hiếm

• Đa số hợp chất

hữu cơ

• Các kim loại:

đồng, kẽm, bạc,

vàng…

• Oxy

• Muối coban và

niken

• kim loại kiềm,

nhơm, bạch

kim…

• Sắt

• Niken

• Coban

• Hợp kim của

ba chất trên

•Ferrite

Được chia thành 03 loại như sau:

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

<i>TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. </i>

Câu hỏi thảo luận

1.

Vật liệu siêu dẫn (Thảo luận từng đôi)

</div>

<!--links-->