Chương 1 Tóm tắt CẤU TAO NGUYEN TU.pptx

abc

1. CHƯƠNG 1 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ Atomic Structure

2. 2 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ X : Ký hiệu n guyên t ử A : số khối = số proton + số neutron electrons hạt nhân Z : điện tích hạt nhân= số proton= số electron Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

3. 3 CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON THEO CƠ HỌC LƯỢNG TỬ Ba luận điểm cơ bản của cơ học lượng tử . Trạng thái của electron trong nguyên tử h ydro . Trạng thái của electron trong nguyên tử nhiều electron. Cấu hình electron của nguyên tử . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

4. 4 LUẬN ĐIỂM 1 TÍNH LƯỠNG NGUYÊN (HẠT VÀ SÓNG) CỦA CÁC HẠT VI MÔ m: khối lượng của hạt vi mô v: tốc độ của hạt vi mô : bước sóng ( sóng vật chất ) h: hằng số Plank Hệ thức L. de Broglie (1924) : Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

5. Không thể đồng thời xác định chính xác cả vị trí và tốc độ của hạt vi mô .  K hi xác định tương đối chính xác tốc độ chuyển động của electron chỉ có thể nói đến xác suất có mặt của nó ở chỗ nào đó trong không gian . LUẬN ĐIỂM 2 . Nguyên lý bất định Heisenberg Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM 5

6. Khái niệm đám mây electron Không thể dùng khái niệm quỹ đạo CHLT: khi CĐ xung quanh hạt nhân , e đã tạo ra một vùng không gian mà nó có thể có mặt ở thời điểm bất kỳ với xác suất có mặt khác nhau . Vùng không gian = đám mây e: mật độ của đám mây  xác suất có mặt của e. CHLT Quy ước : đám mây e là vùng không gian gần hạt nhân trong đó chứa khoảng 90% xác suất có mặt của e. Hình dạng đám mây - bề mặt giới hạn vùng không gian đó . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM 6

7. Khái niệm đám mây electron Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM 7

8. 8 L UẬN ĐIỂM 3 P HƯƠNG TRÌNH SÓNG S CHR ö DINGER M ô tả chuyển động của hạt vi mô trong trường thế năng ở trạng thái dừng . ( trạng thái của hệ không thay đổi theo thời gian ) Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

9. x dV = dx.dy.dz 9 E ( x,y,z ): năng lượng toàn phần của hạt vi mô . E = thế năng (V) + động năng V( x,y,z ) : thế năng của hạt vi mô tại ( x,y,z ).  ( x,y,z ) : mô tả chuyển động trong không gian .  2 ( x,y,z ) : mật độ xác suất có mặt của hạt vi mô tại điểm có tọa độ (x, y, z), luôn dương .  2 ( x,y,z ). dV : xác suất có mặt của hạt vi mô trong phần tử thể tích dV với tâm điểm có tọa độ x,y,z và dV = dx.dy.dz M y z o Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

10. 10 Ý NGHĨA SỐ LƯỢNG TỬ CHÍNH n Xác định trạng thái năng lượng của electron . n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 …,  Xác định kích thước trung bình của đám mây electron:  NĂNG LƯỢNG ION HÓA: I 1 = - E (H, ion dạng H) n   E n   r    Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

11. 11 Các electron có cùng giá trị n sẽ thuộc một lớp lượng tử (lớp electron) . n 1 2 3 4 5 6 7 Lớp e K L M N O P Q Trong nguyên tử H hay ion có 1e, tất cả các AO trong cùng một lớp l ư ợng tử (n) đều có cùng mức năng l ư ợng E n . Đây là hiện t ư ợng suy biến . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

12. 12 Ý NGHĨA SỐ LƯỢNG TỬ ORBITAL ℓ ℓ = 0, 1, 2, 3, ..(n – 1) ; n  ℓ  Cứ mỗi giá trị của n có n giá trị ℓ . Các electron có cùng giá trị n và ℓ tạo thành một phân lớp electron ( phân lớp lượng tử ) . → Ký hiệu phân lớp: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d… ℓ 1 2 3 4 5 TÊN PHÂN LỚP s p d f g h n =1 0 = ℓ n = 3 1 = ℓ Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

13. 13 ℓ = 0  orbital s: dạng hình quả cầu . ℓ = 1  orbital p: dạng hai quả cầu tiếp xúc . ℓ = 2  orbital d: dạng bốn quả cầu . ℓ = 3  orbital f. ℓ = 4  orbital g. ℓ = 5  orbital h. Xác định tên và hình dạng của AO. Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

14. 14

15. 15 Ý NGHĨA SỐ LƯỢNG TỬ TỪ m ℓ m ℓ = - ℓ, …0,….+ ℓ Cứ mỗi giá trị của ℓ có (2 ℓ + 1) giá trị của m ℓ . Xác định sự định hướng khác nhau của AO trong không gian dưới tác dụng của từ trường ngoài . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

16. 16 Ý NGHĨA SỐ L Ư ỢNG TỬ TỪ SPIN m s Xác định trạng thái chuyển động riêng của electron, tức là sự tự quay quanh trục của electron . Giá trị m s = ± ½ ứng với hai chiều quay thuận và nghịch với chiều quay của kim đồng hồ . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

17. 17 n Lớp electron Phân lớp e AO Trạng thái đầy đủ của electron: chuyển động AO và chuyển động spin. m s m ℓ ℓ Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

18. 18 TRẠNG THÁI NĂNG LƯỢNG CỦA ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON Trạng thái của electron cũng được xác định bằng 4 số lượng tử n, ℓ, m l , m s . Hình dạng AO cũng tương tự như hình dạng của AO trong nguyên tử H ydro . Xuất hiện hiệu ứng chắn và hiệu ứng xâm nhập . Trạng thái năng lượng của electron phụ thuộc vào cả n và ℓ. Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

19. 19 HIỆU ỨNG XÂM NHẬP Hiệu ứng xâm nhập làm tăng độ bền liên kết giữa electron với hạt nhân nên làm giảm năng lượng của electron. Hiệu ứng xâm nhập càng mạnh khi các số lượng tử n và ℓ của electron càng nhỏ . Trong cùng một lớp , theo chiều : ns, np , nd , nf .. khả năng xâm nhập giảm dần . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

20. Z 20 HIỆU ỨNG CHẮN Các electron có số lượng tử n và ℓ càng nhỏ có tác dụng chắn càng mạnh và bị chắn càng yếu . Trong cùng một lớp , theo chiều : ns, np , nd , nf .. tác dụng chắn yếu dần nhưng bị chắn tăng lên . Hai electron thuộc cùng một ô lượng tử chắn nhau rất yếu nhưng lại đẩy nhau mạnh . +Z -e -e Z * =Z-S bị chắn tác dụng chắn -e Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

21. Hiệu ứng chắn và hiệu ứng xâm nhập → lớp e n tách thành n phân lớp Mỗi một giá trị của ℓ ứng với một phân lớp . Thứ tự năng lượng trong nguyên tử nhiều e: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM 21

22. 22 CÁC QUY LUẬT PHÂN BỐ ELECTRON VÀO NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON Nguyên lý ngoại trừ Pauli Nguyên lý vững bền Quy tắc Klechcowski Quy tắc Hund Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

23. 23 NGUYÊN LÝ NGOẠI TRỪ PAULI    Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

24. Lớp n Giá trị ℓ Phân lớp số phân lớp trong lớp n Gía trị m ℓ số AO trong lớp n số e max trong lớp n 1 1s 1 1 2 2 2s 2 4 8 1 2p 0, 1 3s 3 1 3p 3 0, 1 9 18 2 3d 0, 1, 2 24 NGUYÊN LÝ NGOẠI TRỪ PAULI Lớp n  n phân lớp  n 2 orbital --> chứa tối đa 2n 2 electron

25. 25 NGUYÊN LÝ VỮNG BỀN Trong nguyên tử , điện tử được phân bố vào các orbital nguyên tử sao cho tổng năng lượng của nguyên tử là thấp nhất. Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

26. 26 QUY TẮC KLECHCOWSKI Điền e vào các phân lớp có (n + ℓ) tăng dần . Khi (n + ℓ) bằng nhau thì điền e vào phân mức có n tăng dần . 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 1 2 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 E Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

27. 27 QUY TẮC HUND Khi nguyên tử ở trạng thái c ơ bản , trong một phân lớp với cùng nhiều AO có mức năng lượng như nhau , các electron có khuynh hướng phân bố đều vào các AO (ô lượng tử ) sao cho có số electron độc thân với các giá trị số l ư ợng tử từ spin m s cùng dấu là lớn nhất . Quy ước : điền e có spin dương trước , âm sau Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

28. ÁP DỤNG . Nhận xét các cấu hình sau đây : 28                       1s 2p 3s 2s A. B. C. D. E. F. A,B,F: kích thích C,E: c ơ bản D: không tồn tại 2p 2s 1s Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

29. 29 Xét cấu hình electron của nguyên tử : Phân lớp cuối cùng là phân lớp ở vị trí cuối theo qui tắc KLECHCOWSKI có chứa electron cuối cùng . Tên phân lớp cuối cùng quyết định họ nguyên tố . Lớp ngoài cùng là lớp có số l ư ợng tử chính n max . Phân lớp ngoài cùng là phân lớp có n max và ℓ max . Electron ngoài cùng có n max ( 1). Cấu hình electron hóa trị : gồm electron thuộc phân lớp cuối cùng và lớp ngoài cùng . Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

30. 30 25 Mn : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 m ℓ -2 -1 0 +1 +2 3d 5 ÁP DỤNG . Xác định bộ bốn số l ư ợng tử của electron cuối cùng và ngoài cùng của 25 Mn. Q uy ước : trong cùng phân lớp , electron điền vào các o r bita l theo thứ tự m ℓ từ –ℓ đến +ℓ và điền spin dương ( ) trước , âm (  ) sau .      electron cuối cùng có :   Có 5 electron độc thân  tổng spin 2,5  thuận từ Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

31. 31   ÁP DỤNG . Xác định bộ bốn số l ư ợng tử của electron ngoài cùng của 25 Mn.  Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

32. 32 n = 3, ℓ = 2  3d ÁP DỤNG . Xác định Z của nguyên tử có bộ bốn số l ư ợng tử của electron cuối cùng : n = 3, ℓ = 2, m ℓ = +1, m s = -1/2. Q uy ước : trong cùng phân lớp , electron điền vào các o r bita l theo thứ tự m ℓ từ +ℓ đến –ℓ và điền spin dương (  ) trước , âm (  ) sau . 3d 7        electron cuối cùng  3d 7  Z = 27 27 Co m ℓ +2 +1 0 -1 -2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2 Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM

33. Chọn câu đúng . Xét cấu hình electron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Điện tích hiệu dụng của hạt nhân (Z * ) tác động lên electron luôn nhỏ h ơ n điện tích hạt nhân (Z) và có giá trị nh ư nhau đối với mọi electron. 2) El ectron 1s bị chắn yếu nhất , nhưng có tác dụng ch ắn và xâm nhập vào nhân mạnh nhất. 3) Electron 3s không có tác dụng chắn electron 1s. 4) E lectron 2s và 2p xâm nhập vào hạt nhân nh ư nhau . 5) C ần tiêu tốn năng lượng khi cặp đôi hai electron 1 s vì chúng chắn nhau rất mạnh . 33 Trần Minh Hương, Nguyễn Thị Bạch Tuyết - Trường Đại học Bách Khoa tp HCM