Giáo trình Hóa Lượng Tử - Chương 1&2

Một số mô hình nguyên tử trước cơ học lượng tử. Quan niệm cho rằng toàn bộ thế giới vật chất được hình thành do sự kết hợp của một số hữu hạn các nguyên tố là một quan niệm duy vật. Một quan niệm như vậy đã được các nhà triết học cổ Hy Lạp đề xuất từ thế kỷ 6 - 7 trước công nguyên. Thales cho rằng nguyên tố duy nhất của vật chất là nước, trái lại Heraclit thì cho rằng nguyên tố đó là lửa. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hóa Lượng Tử - Chương 1&2 Ch−¬ng Ch−¬ng 1 Mét Mét sè m« h×nh nguyªn tö tr−íc c¬ häc l−îng tö 1.1. Kh¸i niÖm nguyªn tö 1.1. Quan niÖm cho r»ng toµn bé thÕ giíi vËt chÊt ®−îc h×nh thµnh do sù kÕt hîp cña mét sè h÷u h¹n c¸c nguyªn tè lµ mét quan niÖm duy vËt. Mét quan niÖm nh− vËy ®· ®−îc c¸c nhµ triÕt häc cæ Hy L¹p ®Ò xuÊt tõ thÕ kû 6 - 7 tr−íc c«ng nguyªn. Thales cho r»ng nguyªn tè duy nhÊt cña vËt chÊt lµ n−íc, tr¸i l¹i Heraclit th× cho r»ng nguyªn tè ®ã lµ löa. Sang thÕ kû thø 5 tr−íc c«ng nguyªn, Empedocle ®−a ra thuyÕt 4 nguyªn tè. Theo «ng th× c¬ së vËt chÊt kh«ng ph¶i lµ mét, mµ lµ sù tæng hîp cña 4 nguyªn tè ®Çu tiªn lµ n−íc, löa, kh«ng khÝ vµ ®Êt. ThuyÕt nµy ®−îc Aristole (thÕ kû thø 4 tr−íc c«ng nguyªn) ph¸t triÓn thªm. Theo Aristole th× ®Êt, n−íc , löa vµ kh«ng khÝ xuÊt hiÖn do sù tæ hîp cña bèn tÝnh chÊt c¬ b¶n: nãng, l¹nh, kh« vµ Èm. Còng trong thêi ®¹i ®ã, ë ph−¬ng §«ng cã quan nÞªm cho r»ng thÕ giíi vËt chÊt ®−îc cÊu t¹o tõ c¸c nguyªn tè. VÝ dô thuyÕt 5 nguyªn tè cña nhµ triÕt häc V−¬ng Sung: kim, méc, thuû, ho¶, thæ. Kh¸i niÖm nguyªn tö lÇn ®Çu tiªn ®−îc Leucippe vµ Democrite ®−a ra tõ thÕ kû 4 - 5 tr−íc c«ng nguyªn: Nguyªn tö lµ phÇn tö nhá nhÊt kh«ng thÓ ph©n chia ®−îc cña vËt chÊt. C¸c nguyªn tö ph©n biÖt víi nhau bëi ®é lín vµ h×nh d¹ng cña chóng. Häc thuyÕt nguyªn tö cña Leucippe vµ Democrite ®−îc c¸c nhµ triÕt häc kh¸c nh− Epicure vµ Lucrece h−ëng øng. Tuy nhiªn, trong suèt thêi gian dµi quan niÖm nµy bÞ c¸c quan ®iÓm duy t©m cña Platon chèng ®èi vµ trÊn ¸p. N¨m 1807 nhµ B¸c häc ng−êi Anh lµ Dalton ®· lµm sèng l¹i kh¸i niÖm nguyªn tö. Theo «ng nguyªn tö lµ c¸c qu¶ cÇu nhá, r¾n, kh«ng thÓ xuyªn qua ®−îc. C¸c ®Þnh luËt tØ lÖ béi (Dalton), ®Þnh luËt tØ sè ®¬n gi¶n thÓ tÝch c¸c chÊt khÝ (Gay - Lussac) vµ ®Þnh luËt Avogadro lµ kÕt qu¶ sù t×m kiÕm c¸c b»ng chøng (gi¸n tiÕp) cho sù tån t¹i cña nguyªn tö. Ngµy nay, chóng ta biÕt r»ng nguyªn tö kh«ng ph¶i lµ nh÷ng phÇn tö nhá bÐ nhÊt cña vËt chÊt. B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p vËt lý (vÝ dô sù b¾n ph¸ h¹t nh©n) cã thÓ ph©n chia nguyªn tö thµnh c¸c phÇn tö nhá bÐ h¬n, c¸c h¹t c¬ b¶n. Cã thÓ chÝnh x¸c ho¸ kh¸i niÖm nguyªn tö nh− sau: Nguyªn tö lµ phÇn tö nhá bÐ nhÊt cña vËt chÊt kh«ng thÓ ph©n chia ®−îc b»ng c¸c ph¶n øng ho¸ häc. 1.2. M« h×nh nguyªn tö cña Rutherford 1.2. Dùa vµo kÕt qu¶ nghiªn cøu sù t¸n x¹ h¹t α (tøc lµ h¹t nh©n nguyªn tö He2+) trªn mµng máng nhiÒu nguyªn tè kh¸c nhau, Rutherford (1911) ®−a ra m« h×nh nguyªn tö: Gièng nh− trong mét hÖ hµnh tinh, electron trong nguyªn tö quay xung quanh h¹t nh©n nh− nh÷ng hµnh tinh quay xung quanh mÆt trêi (m« h×nh hµnh tinh). C¸c electron chuyÓn ®éng sao cho lùc li t©m cña chóng c©n b»ng víi lùc hót Coulomb gi÷a h¹t nh©n 5 vµ electron. Trong m« h×nh nµy electron cã thÓ chuyÓn ®éng trªn quÜ ®¹o c¸ch h¹t nh©n mét kho¶ng c¸ch tuú ý, miÔn lµ cã sù c©n b»ng lùc. DÔ dµng nhËn thÊy r»ng, m« h×nh hµnh tinh cña Rutherford chøa ®ùng trong nã nhiÒu m©u thuÉn. Tr−íc hÕt, theo c¸c ®Þnh luËt cña ®iÖn ®éng lùc häc cæ ®iÓn, mét nguyªn tö ®−îc cÊu t¹o nh− vËy kh«ng thÓ bÒn. Khi electron, mét h¹t mang ®iÖn, chuyÓn ®éng cã gia tèc nã sÏ ph¸t ra bøc x¹ ®iÖn tõ. Qu¸ tr×nh Êy lµm mÊt n¨ng l−îng, electron chuyÓn ®éng theo ®−êng xo¾n èc råi cuèi cïng r¬i vµo h¹t nh©n (gi¶ thiÕt r»ng b¸n kÝnh ban ®Çu cña quÜ ®¹o electron lµ 10-8cm th× chØ sau mét thêi gian lµ 10-12 gi©y electrron ®· r¬i vµo h¹t nh©n). H¬n n÷a, bøc x¹ do electron ph¸t ra ph¶i t¹o thµnh mét phæ liªn tôc v× tÇn sè chuyÓn ®éng cña electron trªn ®−êng xo¾n èc kh«ng ngõng t¨ng lªn. C¶ hai ®iÒu ®ã tr¸i víi sù thËt lµ nguyªn tö lµ mét hÖ bÒn vµ phæ ph¸t x¹ cña nguyªn tö lµ phæ gi¸n ®o¹n. 1.3. Phæ nguyªn tö Mét trong nh÷ng yªu cÇu ®Æt ra ®èi víi mäi lÝ thuyÕt vÒ nguyªn tö lµ gi¶i thÝch ®−îc sù xuÊt hiÖn phæ v¹ch cña nguyªn tö vµ mét sè tÝnh chÊt cña chóng. Khi nung nãng mét chÊt (b»ng ngän löa, phãng ®iÖn trong ch©n kh«ng, hå quang...) tíi mét nhiÖt ®é ®ñ lín th× nã ph¸t s¸ng. VÝ dô cho Ýt NaCl vµo ngän löa ®Ìn cån th× ngän löa nhuém mµu vµng thÉm. ¸nh s¸ng vµng Êy lµ do nguyªn tö Na (xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n NaCl trong ngän löa) ph¸t ra. Ph©n tÝch ¸nh s¸ng ngän löa cã chøa h¬i Na b»ng mét quang phæ kÕ ng−êi ta thÊy bªn c¹nh phæ liªn tôc cña ¸nh s¸ng ngän löa lµ mét v¹ch ®Ëm mµu vµng cã b−íc sãng 5892 A0 (víi quang phæ cã ®é ph©n gi¶i cao sÏ thÊy dã lµ mét v¹ch kÐp). Phæ xuÊt hiÖn nh− vËy gäi lµ phæ ph¸t x¹. Tr¸i l¹i, nÕu chiÕu ¸nh s¸ng tr¾ng qua h¬i Na th× trªn phæ liªn tôc, ë vÞ trÝ t−¬ng øng víi v¹ch vµng Na lµ mét vÖch tèi. §ã lµ phæ hÊp thô cña Na. Nguyªn tö cã kh¶ n¨ng hÊp thô ¸nh s¸ng cã tÇn sè ®óng b»ng tÇn sè ¸nh s¸ng ph¸t x¹ cña nã. Phæ nguyªn tö H ë vïng thÊy ®−îc cã cÊu tróc ®Æc biÖt ®¬n gi¶n. Balmer (1885) t×m thÊy c¸c phæ v¹ch nguyªn tö H cã b−íc sãng tu©n theo c«ng thøc ®¬n g ...