Cấu tạo nguyên tử và tính chất

Tài liệu Cấu tạo nguyên tử và tính chất giới thiệu những cơ sở vật lý nghiên cứu cấu tạo nguyên tử, hàm sóng và phương trình sóng của electron, obitan nguyên tử - hình dạng các obitan nguyên tử, nguyên tử nhiều electron, cấu tạo hạt nhân nguyên tử - đồng vị, hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cấu tạo nguyên tử và tính chấtChương 2. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ TÍNH CHẤT2.1. Những cơ sở vật lý nghiên cứu cấu tạo nguyên tử2.1.1. Thành phần nguyên tửa. Hạt nhân nguyên tử Là phần trung tâm của nguyên tử, gồm các hạt proton và nơtron. Hạt nhânmang điện tích dương, số đơn vị điện tích dương của hạt nhân bằng số electron trongvỏ nguyên tử. Khối lượng của hạt nhân xấp xỉ khối lượng nguyên tử.* Proton (kí hiệu p): Số thứ tự Z của nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn đúng bằng số protoncủa nguyên tử nguyên tố đó. Khối lượng: mp = 1,6725.10-24 g Điện tích (dương): qp = +1,602.10-19C = +e0 hay 1+* Nơtron (kí hiệu n): Khối lượng: mn = 1,67482.10-24 g Điện tích (dương): qn = 0b. Electron (kí hiệu e): Khối lượng: me = 9,11.10-28 g Điện tích (âm): qn = -1,602.10-19C = -e0 hay 1- Như vậy, electron mang điện tích âm, số electron trong nguyên tử bằng đúng sốproton. Trong nguyên tử electron quay xung quanh hạt nhân trên quỹ đạo electron tạothành “đám mây” electron. Các electron có điện tích và khi chúng chuyển động sẽ sinhra dòng điện. Vì các electron trong nguyên tử xác định phương thức mà nó tương tácvới các nguyên tử khác nên chúng đóng vai trò quan trọng trong hóa học.2.1.2. Thuyết lượng tử Planck Năm 1900 Planck đã trình bày quan điểm lượng tử đầu tiên và cho rằng: Ánh sáng hay bức xạ điện tử nói chung gồm những lượng tử năng lượng phát đitừ nguồn sáng. Hay: Năng lượng bức xạ do các chất phát ra hay hấp thụ là không liên tục, màgián đoạn, nghĩa là thành những phần riêng biệt - những lượng tử. E: lượng tử năng lượng h: hằng số Planck (h = 6,625.10-34 J.S) C Ε = hν = h ν: tần số của bức xạ λ λ: bước sóng bức xạ C: tốc độ ánh sáng 7 Như vậy, bước sóng càng lớn thì tần số sóng càng giảm và ngược lại, E gọi làlượng tử năng lượng vì với mọi bức xạ dù phát ra hoặc hấp thụ đều bằng một sốnguyên lần của E.2.1.3. Bản chất sóng và hạt của ecletrona. Mẫu nguyên tử Bo (Bohr) Năm 1913, nhà vật lý lý thuyết người Đan Mạch Niels Bohr (1885-1962) đưara mô hình bán cổ điển về nguyên tử hay còn gọi là mô hình nguyên tử của Bohr. Bohrđã xây dựng mô hình mẫu nguyên tử với nội dung sau:- Trong nguyên tử, electron chỉ có thể chuyển động trên những quỹ đạo tròn xác địnhcó bán kính xác định, Khi quay trên các quỹ đạo đó năng lượng electron được bảotoàn. Hình 1. Mô hình nguyên tử theo Bohr Bán kính các quỹ đạo được xác định theo công thức: rn = n 2 .0,53.10 −8 cm = n 2 .0,53Α o n – là các số tự nhiên 1, 2, 3, ...n. Như vậy các quỹ đạo thứ nhất, thứ hai, thứ ba,... lần lượt có bán kính như sau: r1 = 11.0,53.10 −8 cm = 0,53Α o r2 = 2 2.0,53.10 −8 cm = 4.0,53Α o = 4r1 r3 = 3 2.0,53.10 −8 cm = 9.0,53Α o = 9r1- Mỗi quỹ đạo ứng với một mức năng lượng electron. Quỹ đạo gần nhân nhất ứng vớimức năng lượng thấp nhất. Quỹ đạo càng xa nhân ứng với mức năng lượng càng cao. Mỗi electron có một năng lượng xác định được tính theo công thức: 1 Εn = − .13,6eV n2- Khi electron chuyển động từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác thì xẩy ra sự hấp thụhoặc giải phóng năng lượng. Electron hấp thụ năng lượng khi chuyển từ quỹ đạo gầnnhân ra quỹ đạo xa nhân hơn và giải phóng năng lượng khi chuyển theo chiều ngượclại. Năng lượng (hấp thụ hoặc giải phóng) bằng hiệu giữa 2 mức dưới dạng một bức xạcó tần số ν. E = hν = En - En 8 Như vậy, sự chuyển động của electron trong nguyên tử gắn liền với việc thuhoặc phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ nên electron cũng có tính chất sóng và hạtnhư bức xạ. Nhờ vào giả thuyết này người ta đã tính toán ra các tần số ánh sáng ở quang phổvạch của H. Các kết quả tính toán này phù hợp với các giá trị đo được từ thực nghiệm. Quan niệm e tồn tại trong các trạng thái dừng của Bohr là bước đệm để chuyểntiếp lí thuyết cấu tạo nguyên tử cổ điển sang lý thuyết mới đó là cơ học lượng tử vàđiện động lực học lượng tử.b. Hệ thức Dơ Brơi (De Broglie) Năm 1924 De Broglie trên cơ sở thuyết sóng - hạt của ánh sáng, đã đề ra thuyếtsóng - hạt của vật chất: Không chỉ có bức xạ mà các hạt nhỏ trong nguyên tử như e, pcũng có bản chất sóng và hạt, được đặc trưng bằng bước sóng xác định. h m: khối lượng của hạt λ= m.ν ...