HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƯ BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ XUÂN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 Chương 11: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ (8LT + 2BT) BÀI 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Bài 11.2: NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM Bài 11.3: MÔ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔ MEN TỪ CỦA ELECTRON CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂN Bài 11.4: SPIN CỦA ELECTRON Bài 11.5: HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV 11.1.1. Chuyển động của electron trong nguyên tử H 2 : Thế năng tương tác giữa hạt nhân và electron là: trong đó  0 = 8,86.10 -12 C 2 /N.m 2 12 0 qq Uk r 4 r      2 e (1) Vậy phương trình Schrodinger có dạng: 2 e 2 0 2m e Δψ W ψ 0 4πε r       (2) r Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Các số n, , m nhận các giá trị: n 1, 2, 3, 4, 0, 1, 2, 3, ,n-1 m 0, 1, 2, ,            (4) Nghiệm của (2) có dạng: (r,,) = R nl (r) Y lm (,) (3) Số nguyên n được gọi là số lượng tử chính. Số nguyên  là số lượng tử quỹ đạo (orbital) Số nguyên m là số lượng tử từ. Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Năng lượng của electron: 4 e n 2 2 2 2 0 1 m e Rh n 2(4 ) n      W (5) trong đó 4 15 1 e 23 0 me R 3,27.10 s 4π(4 πε )   (6) là hằng số Rydberg. Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN 11.1.2. Các kết luận: a. Năng lượng bị lượng tử hóa : n 2 Rh W n  Nhận xét: W < 0: năng lượng liên kết. Cơ bản Kích thích Năng lượng ion hóa:  = W  - W 1 = 13,56 eV Lớp K W 1 = -13,56eV Mức cơ bản Lớp L W 2 Lớp M W 3 Lớp N W 4 W  = 0 Các mức kích thích W 1 = - Rh = - 13,56eV ; W = 0 Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN b. Hàm sóng của electron và số các trạng thái lượng tử: Hàm sóng của electron phụ thuộc vào 3 số lượng tử n,  và m:  nm (r,,) = R n (r)Y m (,) Có bao nhiêu trạng thái ứng với số lượng tử n? n1 2 l0 (2 1) n     (7) Trạng thái lượng tử khác nhau. Có: n = 1, năng lượng W 1 , có một trạng thái lượng tử, gọi là trạng thái cơ bản. n = 2, năng lượng W 2 , có 4 trạng thái lượng tử. n bất kỳ, có n 2 trạng thái lượng tử. Ta nói rằng mức năng lượng W n suy biến bậc n 2 . Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Trạng thái ứng với  = 0 là trạng thái s Trạng thái ứng với  = 1 là trạng thái p Trạng thái ứng với  = 2 là trạng thái d Trạng thái ứng với  = 3 là trạng thái f Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN c. Xác suất tìm thấy electron phụ thuộc bán kính r: 0 r (r)ω 1,3 (r)ω 0,1 (r)ω 1,4 (r)ω n, a 0 a 0 = 0,53.10 – 10 m: bán kính Bohn Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN [...]... Mức năng lượng 1 0 1 /2 1s 1 /2 12S1 /2 2 0 1 /2 2s 1 /2 22S1 /2 1 1 /2 3 /2 2p1 /2 2p3 /2 22P1 /2 22P3 /2 0 1 /2 3s 1 /2 32S1 /2 1 1 /2 3 /2 3p1 /2 3p3 /2 32P1 /2 32P3 /2 2 3 /2 5 /2 3d3 /2 3d5 /2 32D3 /2 32D5 /2 3 Bài 11. 4 SPIN CỦA ELECTRON 11. 4.4 Cấu tạo bội của vạch quang phổ: - Sử dụng cấu trúc tinh tế của mức năng lượng có thể giải thích được cấu tạo bội 2, 3 của vạch quang phổ - Do mức năng lượng, ngồi sự phụ thuộc vào... được tách làm 2 mức ứng với j = l + ½ và j = l – ½ (trừ trường hợp l = 0, chỉ có 1 mức) Bài 11. 4 SPIN CỦA ELECTRON 3Li chưa kể đến spin 3Li 4P  3D  4S 3P 2S 42P3 /2 42P1 /2 32D5 /2 32D3 /2 42S1 /2  32P3 /2 32P1 /2 32S1 /2  22 P3 /2 22P1 /2 3S 2P có kể đến spin 22 S1 /2 Khoảng cách (năng lượng) giữa 2 mức tách ra là rất nhỏ Cấu trúc đó gọi là cấu trúc tế vi (tinh tế) của các mức năng lượng Bài 11. 4 SPIN CỦA... 1   1   R 2  2  n  m Balmer (8) Paschen 1    R 1  1  1 1   1   R 2  2    R 2  2   2 2  n  3 n  1 n  2 Bài 11. 1: NGUN TỬ HYDROGEN  5 4 3 2 1 Pfund Brackett Paschen (Hồng ngoại) Dãy Balmer (Nhìn thấy và Tử ngoại) Dãy Lyman (Tử ngoại) Bài 11 .2 NGUN TỬ KIM LOẠI KIỀM 11 .2. 1 Các ngun tử kim loại kiềm: 3 Li, 11 Na, 19 K, 37 Rb, 55 Cs Lõi H1 1 Li6 3 Na23 11 Cấu tạo của... 0,001 19 K 2, 230 1,776 0,146 0,007 37 Rb 3,195 2, 711 1 ,23 3 0,0 12 55 Cs 4,131 3,649 2, 448 0, 022 Bài 11 .2 NGUN TỬ KIM LOẠI KIỀM Sự sắp xếp các mức năng lượng tn 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 n  Trạng thái Mức năng lượng Lớp 1 0 1s 1S K 2 0 1 2s 2p 2S 2P L 3 0 1 2 3s 3p 3d... 3S 2P 2S Kim loại kiềm K 19K 3D 3D 3P 3S 4F 4D 4P 4S Bài 11 .2 NGUN TỬ KIM LOẠI KIỀM 11 .2. 3 Quang phổ của ngun tử kim loại kiềm - Việc chuyển mức năng lượng tn theo các qui tức: + Chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp hơn + Tn theo qui tức lựa chọn (lọc lựa):  = 1 (10) Bài 11 .2 NGUN TỬ KIM LOẠI KIỀM  4F 4D 4P 4S 3D 3P 3S Dãy cơ bản: 3S - nP 2P Dãy phụ II: 2P - nS 2S Dãy phụ I: 2P -. .. trị xác định: L (  1) (11) Trong đó  là số lượng tử quỹ đạo (orbital) Hình chiếu của mơ men động lượng lên phương Oz: Lz = m Trong đó m là số lượng tử từ ( 12) Bài 11. 3 MƠ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MƠ MEN TỪ CỦA ELECTRON CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂN z z  L + +2 +  L 0 0 -  L - -2 1 L (  1)  Lz  0,   L  L  L  L  L 2 2 L 2( 2  1)  L z  0, , 2 6 Bài 11. 3 MƠ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ.. .Bài 11. 1: NGUN TỬ HYDROGEN Bài 11. 1: NGUN TỬ HYDROGEN d Cấu tạo vạch của quang phổ hydrogen W = 0 W4 = -Rh/16 Lớp N W3 = -Rh/9 Lớp M W2 = -Rh/4 Lớp L Mức KT Bức xạ điện tử hay photon W1= -Rh Lớp K Mức CB Khi electron chuyển từ mức cao xuống mức thấp sẽ phát ra bức xạ điện từ với năng lượng  = Wn - Wm Bài 11. 1: NGUN TỬ HYDROGEN Ta có: Mà : nên : Lyman  = Wn – Wm Rh Wn   2 ; n =h 1... điển  Hình chiếu của mơ men spin S lên trục Oz tùy ý bằng: Sz  ms (21 ) 1 với m s   gọi là số lượng tử hình chiếu spin 2 Bài 11. 4 SPIN CỦA ELECTRON 11. 4 .2 Mơmen từ riêng của electron: e s   S me (22 ) và hình chiếu của mơmen từ riêng trên trục Oz: μSZ e  ms me e  me  1     2 e  2 me μB Bài 11. 4 SPIN CỦA ELECTRON 11. 4.3 Trạng thái và năng lượng của electron trong ngun tử khi có spin:... 3D M Bài 11 .2 NGUN TỬ KIM LOẠI KIỀM Do năng lượng của electron hóa trị phụ thuộc vào n và  nên người ta kí hiệu các mức năng lượng là nX với:  = 0  X = S mức năng lượng là nS (n = 1, 2, 3…  = 1  X = P mức năng lượng là nP (n = 1, 2, 3…)  = 2  X = D mức năng lượng là nD (n = 1, 2, 3…)  = 3  X = F mức năng lượng là nF (n =1, 2, 3 … Bài 11 .2 NGUN TỬ KIM LOẠI KIỀM 1H N M L 3Li 4F 4D 4P 4S 11Na... 1 2 Kí hiệu mức năng lượng của electron hóa trị là n2Xj X = S, P, D, F, … tương ứng với  = 0, 1, 2, 3, … 1 j   2 Chỉ số 2 bên trái X chỉ cấu tạo bội kép của mức năng lượng Bài 11. 4 SPIN CỦA ELECTRON Các trạng thái với mức năng lượng có thể có của electron hóa trị trong ngun tử hydrogen và các ngun tử kim loại kiềm n  j Trạng thái của electron hóa trị Mức năng lượng 1 0 1 /2 1s 1 /2 12S1 /2 2 0 . QUÂN SƯ BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ XUÂN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 Chương 11: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ (8LT + 2BT) BÀI 11. 1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Bài 11 .2: NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM Bài 11. 3: MÔ MEN ĐỘNG.  d ( = 2)  f ( = 3) 3 Li 0,4 12 0,041 0,0 02 0,000 11 Na 1,373 0,883 0,010 0,001 19 K 2, 230 1,776 0,146 0,007 37 Rb 3,195 2, 711 1 ,23 3 0,0 12 55 Cs 4,131 3,649 2, 448 0, 022 Bài 11 .2. NGUYÊN. n W ; =h 2 Rh n     Mà : 2 1 R mn 2 1       nên : (8) 2 1 R n 2 1 1       Lyman 2 1 R n 2 1 2       Balmer 2 1 R n 2 1 3       Paschen Bài 11. 1: NGUYÊN