Tạp dề là gì? Tổng hợp các kiểu dáng tạp dề xu hướng
Vatly2-Chuong 11-Vat ly nguyen tu.pdf
1. BÀI GIẢNG VLDC2
GV: TS. PHÙNG VIỆT HẢI
KHOA VẬT LÝ – ĐHSP ĐÀ NẴNG
ĐT: 0983868055;
email: viethai8090@gmail.com
Chương 11
VẬT LÍ NGUYÊN TỬ
1
2. I – NGUYÊN TỬ HYDROGEN
II – NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM
III – MÔ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔN MEN TỪ
CỦA ELECTRON CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH
HẠT NHÂN
IV – SPIN CỦA ELECTRON
V – HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV
NỘI DUNG:
3. 11.1.1.Chuyển động của electron trong n/tử hydro
Thế năng tương tác giữa hạt nhân và electron là:
trong ñoù 0 = 8,86.10-12 C2/N.m2
1 2
0
q q
U k
r 4 r
= = −
2
e
Vaäy phöông trình Schrodinger coù daïng:
2
e
2
0
2m e
Δψ E ψ 0
4 πε r
+ + =
(11.2)
r
11.1.NGUYÊN TỬ HYDROGEN
(11.1)
4. Caùc soá n, , m nhaän caùc gía trò:
n 1, 2, 3, 4,...
0,1, 2, 3,..., n-1
m 0, 1, 2,...,
=
=
=
(11.4)
Nghiệm của (11.2) có dạng:
(r,,) = Rnl (r) Ylm (,) (11.3)
Soá nguyeân n ñöôïc goïi laø soá löôïng töû chính.
Soá nguyeân laø soá löôïng töû quyõ ñaïo (orbital)
Soá nguyeân m laø soá löôïng töû töø.
11.1.1. CĐ của electron trong n/tử hydrogen
5. Naêng löôïng cuûa electron:
4
e
n 2 2 2 2
0
m e
1 R.h
E
n 2(4 ) n
= − = −
(11.5)
trong ñoù
4
15 1
e
2 3
0
m e
R 3,27.10 s
4π(4πε )
−
= = (11.6)
laø haèng soá Rydberg.
6. 11.1.2. Các kết luận
a. Naêng löôïng bò löôïng töû hoùa:
n 2 2
Rh 13,56
E (eV)
n n
= − = −
Cô baûn
Kích thích
b. N/lượng ion hóa ng/tử H: = W - W1 = 13,56 eV
Lôùp K
E1= -13,56eV Möùc cô baûn
Lôùp L
E2
Lôùp M
E3
Lôùp N
E4
E = 0
Caùc möùc
kích thích
E1 = - Rh = - 13,56eV ; E = 0
7. c. Haøm soùng cuûa electron vaø soá caùc traïng thaùi löôïng töû
Haøm soùng cuûa electron phuï thuoäc vaøo 3 soá löôïng töû
n, vaø m: nm(r,,) = Rn(r)Ym(,)
- Ứng với 1 giá trị lượng tử chính n (một giá trị năng
lượng En) n 1
2
l 0
(2 1) n
−
=
+ =
(11.7)
bộ số (n, l, m) khác nhau có n2 traïng thaùi
löôïng töû khaùc nhau (n2 hàm sóng)
Có:
11.1.2. Các kết luận
Nhö vaäy, 1 giaù trò n (töông öùng moät möùc naêng löôïng
En) coù n2 haøm soùng moâ taû. (möùc naêng löôïng En suy
bieán baäc n2).
8. Traïng thaùi öùng vôùi = 0 laø traïng thaùi s
Traïng thaùi öùng vôùi = 1 laø traïng thaùi p
Traïng thaùi öùng vôùi = 2 laø traïng thaùi d
Traïng thaùi öùng vôùi = 3 laø traïng thaùi f
c. Haøm soùng cuûa electron vaø soá caùc traïng thaùi löôïng töû:
11.1.2. Các kết luận
9. d. Xaùc suaát tìm thaáy electron phuï thuoäc baùn kính r
0 r
(r)
ω 1
,
3
(r)
ω 0
,
1
(r)
ω 1
,
4
(r)
ωn,
a0
a0 = 0,53.10 – 10 m
11.1.2. Các kết luận
Tại mọi vị trí đều có thể tìm thấy hạt với mật
độ XS khác nhau ( > 0)
10. Sự tạo thành các vạch phổ: Khi e chuyeån töø möùc cao xuoáng möùc
thaáp seõ phaùt ra böùc xaï ñieän töø vôùi naêng löôïng
Lôùp M
Lôùp N
Lôùp L
Lôùp K
E4 = -Rh/16
E = 0
E3 = -Rh/9
E2 = -Rh/4
E1= -Rh
Möùc KT
Möùc CB
Böùc xaï ñieän töø
hay photon
e. Caáu taïo vaïch cuûa quang phoå hydro
11.1.2. Các kết luận
Là QP vạch, gồm các vạch phổ và các dãy vạch phổ
= En – Em (11.8)
11. 4
3
2
1
5
Daõy Lyman (Töû ngoaïi)
Daõy Balmer
(Nhìn thaáy va TN)
Paschen
(Hoàng ngoaïi)
Pfund
Brackett
- Sự tạo thành các dãy phổ
11.1.2. Các kết luận
Dãy Lyman: từ n >1 về m = 1; Dãy Balmer: từ n >2 về m = 2;
Dãy Paschen: từ n >3 về m = 3; Dãy Brackett: từ n >4 về m = 4;
Bài tập 11 - tr50
12. 11.2. TÖÛ KIM LOAÏI KIEÀM
11.2.1. Caùc nguyeân töû kim loaïi kieàm
.
Cs
Rb,
K,
Na,
Li, 55
37
19
11
3
Caáu taïo cuûa chuùng töông töï nhö hydro. Do ñoù, tính
chaát quang hoïc cuûa nguyeân töû kim loaïi kieàm, veà caên
baûn gioáng tính chaát cuûa nguyeân töû hydro.
1H1
3Li6
11Na23
NGUY
EÂN
Loõi
14. Sự sắp xếp các mức năng lượng tuân theo qui tắc
Cletkopxki: Các mức năng lượng được sắp xếp từ
thấp đến cao sao cho tổng (n + ) tăng dần; với cùng
một giá trị (n + ) thì n nhỏ sẽ ở mức thấp hơn.
Do NL của electron hóa trị phụ thuộc vào n và l nên
kí hiệu các mức NL là nX:
= 0 → X = S
= 1 → X = P
= 2 → X = D
= 3 → X = F
n Traïng thaùi Möùc n/löôïng Lôùp
1 0 1s 1S K
2
0
1
2s
2p
2S
2P
L
3
0
1
2
3s
3p
3d
3S
3P
3D
M
11.2.2. Năng lượng của các electron hóa trị
18. 11.3. MOÂMEN ÑOÄNG LÖÔÏNG VAØ MOÂMEN TÖØ CUÛA
ELECTRON CHUYEÅN ÑOÄNG XUNG QUANH HAÏT NHAÂN
11.3.1. Moâmen ñoäng löôïng (moâmen orbital)
=
L r p
electron không có qũi đạo xác định, nên mô men động lượng
không có hướng xác định, nhưng có giá trị xác định:
L = +
( 1) (11.11)
laø soá löôïng töû quyõ ñaïo (orbital).
Hình chieáu cuûa moâmen ñoäng löôïng leân phöông Oz:
Lz = m (11.12)
Trong ñoù m laø soá löôïng töû töø .
20. goïi laø Manheton Bohr.
23 2
B
e
e
μ 10 A.m
2 m
trong ñoù −
= =
e
e
L
2m
= =
e
e
- ( +1) (11
2m
.13)
Vì khoâng coù höôùng xaùc ñònh neân moâmen töø cuõng
khoâng coù höôùng xaùc ñònh.
Hình chieáu cuûa moâmen töø leân moät phöông z baát kyø:
L
z B
e e
e e
L m
2m 2m
= − − = −
z = m (11.14)
11.3.2. Moâmen töø
Electron chuyeån ñoäng quanh haït nhaân taïo neân doøng
ñieän. Doøng ñieän naøy coù moâmen töø ngöôïc chieàu vaø tæ
leä vôùi :
L
21. Ngoài c/đ quanh hạt nhân, e còn tự quay quanh nó.
Momen động lượng riếng của c/d tự quay gọi là
momen Spin S
11.4. SPIN CUÛA ELECTRON
11.4.1.Spin
Bieåu thöùc:
S = +
s(s 1) (11.15)
vôùi s = , goïi laø soá löôïng töû spin, goïi taét laø spin.
2
1
Hình chieáu cuûa leân truïc z:
S
s
m
=
z
S (11.16)
spin.
chieáu
töû hình
löôïng
soá
laø
goïi
2
1
m
vôùi s
=
22. s
e
e
S
m
= − (11.17)
Hình chieáu cuûa mômen từ riêng treân truïc z:
SZ s B
e e e
e e 1 e
μ m μ
m m 2 2m
= − = − = =
11.4.2.Mômen từ riêng của electron
23. 11.4.3. Trạng thái và năng lượng của electron
trong nguyên tử
Do coù moâmen spin vaø moâmen ñoäng löôïng neân
electron coù moâmen động lượng toaøn phaàn :
S
L
J
= +
J L S (11.18)
:
baèng
J
cuûa
trò
Giaù
( )
= +
J j j 1 (11.19)
vôùi j laø soá löôïng töû moâmen toaøn phaàn, xaùc ñònh
bôûi:
=
1
j (11
2
.20)
24. * Về trạng thái của electrôn: Khi kể đến spin,
trạng thái của một electron trong nguyên tử được
xác định bởi 4 số lượng tử n, , m, ms - (nlmms)
* Veà möùc naêng löôïng, ngoaøi söï phuï thuoäc vaøo caùc soá
löôïng töû n vaø , thì E coøn phuï thuoäc vaøo söï ñònh
höôùng cuûa spin. Hay, naêng löôïng toaøn phaàn cuûa
electron phuï thuoäc vaøo 3 soá löôïng töû laø n, vaø j.
Một mức năng lượng (khi chưa tính đến Spin) được
tách làm 2 mức ứng với j = l + ½ và j = l – ½ (trừ
trường hợp l = 0, chỉ có 1 mức)
Khi đó, ứng với 1 giá trị n sẽ có 2n2 trạng thái của
electrôn.
28. 11.4.4. Quy tắc chuyển mức NL - Caáu tạo boäi
cuûa vaïch quang phoå
Quy tắc chuyển mức năng lượng:
- Electron chuyeån töø möùc cao xuoáng thaáp
- Quy taéc löïa choïn đoái vôùi : l = 1.
- Quy taéc löïa choïn ñoái vôùi j: j = 0, 1 (11.21)
29. Hình 1 Sô ñoà vaïch
keùp khi tính tôùi spin
electron.
a. Vaïch quang phoå
khi chöa tính ñeán
spin.
b. Vaïch keùp khi tính
tôùi spin.
32P3/2
32P1/2
22S1/2
a b
3P
2S
Ví dụ 1: Vạch đơn: h = 2S – 3P, khi tính đến spin
sẽ cho vạch kép (bội hai).
30. Hình 2. Sô ñoà vaïch
boäi ba khi tính tôùi
spin electron.
a. Vaïch quang phoå
khi chöa tính ñeán
spin.
b. Vaïch boäi ba khi
tính tôùi spin.
32D5/2
32D3/2
22P3/2
a b
22P1/2
3D
2P
Ví dụ 2: Vạch đơn: h = 2P – 3D, khi tính đến spin
sẽ cho vạch bội ba.
Bài tập
31. Ñeå giaûi thích quy luaät phaân boá cuûa caùc electron trong
baûng tuaàn hoaøn Mendeleev ta söû duïng nguyeân lyù loaïi
tröø Pauli: ÔÛ moãi traïng thaùi löôïng töû xaùc ñònh bôûi 4 soá
löôïng töû n, , m vaø ms chæ coù theå coù toái ña moät
electron.
neáu chöa keå ñeán spin electron, vôùi moãi trò soá cuûa n ta
coù n2 traïng thaùi löôïng töû. Khi keå ñeán 2 ñònh höôùng
spin laø vaø thì vôùi moãi trò soá cuûa n ta coù
2n2 traïng thaùi löôïng töû, nghóa laø coù 2n2 electron.
2
1
=
s
m
2
1
−
=
s
m
11.5. HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV
32. * Vôùi n = 2 ta coù lôùp L vôùi soá toái ña 8 electron
* Vôùi n = 3 ta coù lôùp M vôùi soá toái ña 18 electron
* Vôùi n = 4 ta coù lôùp N vôùi soá toái ña 32 electron
Maët khaùc do caùc electron bao giôø cuõng coù xu höôùng
chieám möùc naêng löôïng thaáp nhaát neân caùc electron
phaân boá trong nguyeân töû nhö sau:
- Nguyeân töû H coù 1 electron ôû lôùp K
- Nguyeân töû He coù 2 electron ôû lôùp K (ñuû soá electron)
- Nguyeân töû Li coù 2 electron ôû lôùp K vaø 1 electron ôû
lôùp L
* Vôùi n = 1 ta coù lôùp K vôùi soá toái ña 2 electron
11.5. HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV
33. Moãi lôùp laïi chia thaønh caùc lôùp con öùng vôùi caùc giaù trò
khaùc nhau cuûa . Moãi lôùp con coù 2(2 + 1) electron.
* Lôùp K (n = 1) coù toái ña 2 electron
Lôùp naøy chæ coù moät lôùp S vôùi = 0, chöùa 2(2 + 1) = 2
electron.
* Lôùp L (n = 2) coù toái ña 8 electron, goàm 2 lôùp con:
- Lôùp con S ( = 0) chöùa 2(2 + 1) = 2 electron
- Lôùp con P ( = 1) chöùa 2(2 + 1) = 6 electron
11.5. HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN MENDELEEV
34. - Lôùp con S ( = 0) chöùa 2(2 + 1) = 2 electron
- Lôùp con P ( = 1) chöùa 2(2 + 1) = 6 electron
- Lôùp con D ( = 2) chöùa 2(2 + 1) = 10 electron
* Lôùp N (n = 4) coù toái ña 32 electron, goàm 4 lôùp con:
- Lôùp con S ( = 0) chöùa 2(2 + 1) = 2 electron
- Lôùp con P ( = 1) chöùa 2(2 + 1) = 6 electron
- Lôùp con D ( = 2) chöùa 2(2 + 1) = 10 electron
- Lôùp con F ( = 3) chöùa 2(2 + 1) = 14 electron
* Lôùp M (n = 3) coù toái ña 18 electron, goàm 3 lôùp con:
35. Hình 7.13. Sô ñoà caáu truùc caùc lôùp voû K, L,
M cuûa nguyeân töû khi keå ñeán spin.
1S 2S 2P 3S 3P 3D
(2) (2) (6) (2) (6) (10)
36. Quy luaät phaân boá caùc electron quõy ñaïo nhö treân cho
pheùp saép xeáp caùc nguyeân toá theo thöù töï taêng daàn soá
electron quõy ñaïo.
Caáu truùc naøy ñöôïc phaûn aûnh trong baûng heä thoáng tuaàn
hoaøn Mendeleev, ñöôïc xaây döïng töø naêm 1869, tröôùc
khi hình thaønh moân cô hoïc löôïng töû.
Baûng 7.4 saép xeáp caùc electron trong caùc nguyeân töû cuûa
caùc nguyeân toá trong 3 haøng ñaàu baûng tuaàn hoaøn
Mendeleev.
37. Nguyeân
toá
Lôùp K L M
Lôùp con 1S 2S 2P 3S 3P 3D
Haøng
1
1H
2He
1
2
Haøng
2
3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
2
2
2
2
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
2
2
1
2
3
4
5
6
Bảng 11. Bảng sắp xếp các electron trong các NT của các
nguyên tố trong 3 hàng đầu bảng tuần hoàn Mendeleev.
