Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán năng lượng electron bằng phần mềm mathematica và áp dụng trong giảng dạy hóa học lớp 10
1 M CL C Trang Trang ph bìa L i cam ñoan L i c m ơn M c l c M ð U CHƯƠNG CƠ S LÝ THUY T 1.1 H m t electron, m t h t nhân (nguyên t hidro) 1.1.1 Mơ hình h 1.1.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i 1.1.3 M t s k t qu thu ñư c 1.1.3.1 Năng lư ng c a h 1.1.3.2 Hàm bán kính 1.1.3.3 Hàm c u Yl,m (θ, φ) 1.2 Nguyên t nhi u electron: 1.2.1 Mơ hình h 1.2.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i 1.2.3 M t s k t qu thu ñư c 1.2.3.1 S g n ñúng Slater 10 1.2.3.2 Hàm sóng 11 1.3 C u hình electron 11 1.3.1 Khái ni m 11 1.3.2 Nh ng s ñ vi t c u hình electron 11 1.3.2.1 Nguyên lý v ng b n hay nguyên lý lư ng c c ti u 11 1.3.2.2 Quy t c Klechkovxki 12 1.3.2.3 Nguyên lí Pauli 12 1.3.2.4 Qui t c Hund 13 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 1.4 C u hình eletron qui t c g n ñúng Slater 13 1.5 Năng lư ng ion hóa qui t c g n ñúng Slater 14 Chương L P TRÌNH TÍNH TỐN 2.1 Tính t ng lư ng electron c a nguyên t 16 2.1.1 Mơ hình tính 16 2.1.2 Chương trình tính 17 2.1.2.1 Chương trình tính t ng lư ng electron cho c u hình 17 2.1.2.2 Chương trình tính t ng lư ng electron cho c u hình 21 2.2 Tính lư ng ion hóa c a nguyên t 25 2.2.1 Mơ hình tính 25 2.2.2 Chương trình tính 25 2.2.2.1 Tính lư ng ion hóa th nh t 25 2.2.2.2 Tính tr lư ng ion hóa có th c a C 29 Chương K T QU VÀ TH O LU N 3.1.C u hình electron c a nguyên t h d chu kì 34 3.1.1 Các nguyên t h d chu kì3 (ngo i tr Cr Cu) 34 3.1.2 Các nguyên t Cr Cu 34 3.2 Năng lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t chu kì 35 3.3 Các tr lư ng ion hóa có th có c a C 35 3.4 M t s nh n xét 35 K T LU N 37 TÀI LI U THAM KH O 38 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com M ð U Lý ch n ñ tài C u hình electron c a ngun t tr thành m t nhi u khái ni m trung tâm c a hóa h c hi n đ i T c u hình electron c a nguyên t , có th thu đư c r t nhi u thơng tin h u ích v trí c a nguyên t b ng h th ng tu n hồn, s electron hóa tr , s electron đ c thân, s AO tr ng,… nh ng thông tin g n không th thi u kh o sát s hình thành liên k t hóa h c gi a nguyên t , s hóa tr có th có c a m t nguyên t s bi n thiên tu n hồn tính ch t hóa h c c a th gi i v t ch t Trong d y h c hóa h c c u hình electron có vai trị quy t ñ nh ñ n vi c mu n nghiên c u hay xác đ nh thơng tin v m t nguyên t Vì v y khái ni m v c u hình electron đư c đưa vào gi ng d y chương trình hóa h c l p 10 ph thông trung h c Trên s này, h c sinh có th ti p t c lĩnh h i khái ni m hóa h c ti p theo chương trình hóa h c ph thơng Hi n vi t c u hình electron m t s giáo viên, h c sinh v n lúng túng m t s tranh cãi như: Cách vi t c u hình c a ngun t h d t chu kì tr (n+1)s nd hay nd (n+1)s? T i l i xu t hi n c u hình electron theo ki u 3d54s1, 3d 104s1? Khi tách electron kh i ngun t lương ion hóa s đư c tính th nào? Có th tách t t c electron kh i nguyên t hay khơng lư ng ion hóa đư c tính th nào? ðây nguyên nhân ch y u làm cho vi c vi t c u hình khơng xác, làm gi m s hi u bi t, nh hư ng ñ n ch t lư ng d y h c hóa h c ph thơng T t c nh ng v n đ có th đư c gi i thích c s hóa h c lư ng t k t h p v i ph n m m toán h c máy tính n t PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com V i nh ng lí nêu trên, em quy t đ nh ch n đ tài cho khóa lu n là: “Tính toán lư ng electron b ng ph n m m Mathematica áp d ng gi ng d y hóa h c l p 10” M c tiêu Xác l p cách vi t c u hình electron h p lí cho nguyên t Tính tr lư ng ion hóa c a nguyên t Nhi m v Tìm hi u n i dung liên quan ñ n vi c vi t c u hình electron cho ngun t , cách tính m c lư ng electron lư ng ion hóa th nh t S d ng ph n m m Mathematica l p trình tính lư ng electron ðưa cách vi t c u hình electron h p lí So sánh k t qu lư ng ion hóa tính đư c v i th c nghi m Phương pháp nghiên c u Nghiên c u lí thuy t hóa h c lu ng t , vi t chương trình tính s ph n m m Mathematica so sánh k t qu tính đư c v i th c nghi m ð i tư ng ph m vi nghiên c u 5.1 ð i tư ng Cách vi t c u hình electron cho nguyên t l n Năng lư ng ion hóa cho nguyên t nh 5.2 Ph m vi L p phương trình tính tốn ph n m m Mathematica Tính lư ng ion hố th nh t cho ngun t chu kì Tìm cách vi t c u hình electron h p lí cho ngun t h d PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com N I DUNG CHƯƠNG : CƠ S LÝ THUY T 1.1 H m t electron, m t h t nhân (nguyên t hidro) Nguyên t hidro mơ hình h đơn gi n nh t c a hóa h c lư ng t mà phương trình Schrodinger có th gi i xác Vi c gi i phương trình Schrodinger cho h lư ng t s ñưa ñ n nh ng khái ni m b n nh t c a hóa h c lư ng t 1.1.1 Mơ hình h H lư ng t bao g m h t nhân nguyên t hidro v i n tích +1 m t electron chuy n ñ ng xung quanh h t nhân Xem h t nhân g c c a h t a đ , v trí c a electron so v i g c đư c xác đ nh b ng vectơ v trí r Hình I.1 Mơ hình h m t electron – m t h t nhân h t a ñ c u 1.1.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i Tốn t Hamilton mơ t tr ng thái c a h có d ng: ℏ ∂2 ∂2 ∂2 Ze2 ˆ ˆ ˆ H = T+U =− + + − 2m e ∂x2 ∂y ∂z r Hàm sóng mô t tr ng thái c a h Ψ(r) ð đơn gi n tốn ta chuy n h t a ñ ðecac sang h t a ñ c u: z = r cos θ y = r sin θ sin φ x = r sin θ cos φ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Hàm sóng c a h đư c vi t l i sau: Ψ(r) = Ψ(r, θ, φ) = R(r)Y(θ, φ) R(r) ñư c g i hàm bán kính Y(θ, φ) đư c g i hàm góc hay hàm c u Phương trình Schrodinger c a h có d ng: ˆ HΨ = EΨ Gi i phương trình Schodinger cho h m t lectron, m t h t nhân thu ñư c hàm riêng ψ n,l ,ml - nói chung hàm ph c – tr riêng tương ng lư ng En b ba s lư ng t ˆ Dùng phép phân li bi n s thích h p (d a vào ñ c ñi m c a toán t H hàm sóng Ψ(r, θ, φ) ), phương trình Schrodinger s ñư c tách thành phương trình riêng r phương trình góc phương trình bán kính 1.1.3 M t s k t qu thu ñư c Ti n hành gi i riêng l phương trình góc phương trình bán kính, thu đư c m t s k t qu sau: 1.1.3.1 Năng lư ng c a h Năng lư ng c a h gi i hàm bán kính đư c tính theo bi u th c sau: m eZ2e En = − 2 2n ℏ (4πε )2 n : s lư ng t ε : đ th m t chân khơng Hàm bán kính R n,l (r) : ð đơn gi n vi c mơ t hàm sóng, h đơn v ngun t đư c s d ng: e0 = ℏ =1 me = 4πε = a0 = 1.1.3.2 Hàm bán kính Bi u th c c a m t s hàm bán kính sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com ρ= 2Zr n Orbital 1s R1,0 (r) = Z3 e−ρ / Orbital 2s R 2,0 (r) = Z3 (2 − ρ)e−ρ / Orbital 2p R 2,1(r) = Z3 ρe−ρ / 24 Orbital 3s R 3,0 (r) = Z3 (6 − 6ρ + ρ2 )e−ρ / 243 Orbital 3p R 3,1(r) = Z3 (4 − ρ)ρe−ρ / 486 Orbital 3d R 3,2 (r) = Z3 ρ2e−ρ / 2430 1.1.3.3 Hàm c u Yl,m (θ, φ) Electron chuy n ñ ng nguyên t m t h th c, c n ph i chuy n obitan nguyên t ph c obitan ngun t th c đ mơ t chuy n ñ ng c a h K t qu gi i phương trình Schrodinger cho ph n góc s thu ñư c hàm c u th c ho c ph c: Y0,0 (θ, φ) = 4π Y1,0 (θ, φ) = cos θ 4π Y1,1(θ, φ) = sin θeiφ 8π ð mơ t chuy n đ ng th c c a electron ta ph i chuy n hàm c u ph c thành hàm c u th c K t qu thu ñư c hàm c u th c sau: s= pz = 4π cos θ 4π PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com px = sin θ cos φ 4π py = sin θ sin φ 4π dz2 = (3 cos2 θ − 1) 16π dxz = 15 sin θ cos θ cos φ 4π dyz = 15 sin θ cos θ sin φ 4π dx2 −y2 = dxy = 15 sin2 θ(cos2 φ − sin2 φ) 16π 15 sin2 θ cos φs in φ 4π 1.2 Nguyên t nhi u electron ð i v i nguyên t nhi u electron, v nguyên t c hàm sóng ψ lư ng En tương ng c a c v nguyên t ñư c t o b i electron có th thu đư c t vi c gi i phương trình Schrodinger 1.2.1 Mơ hình h H lư ng t g m có h t nhân ngun t mang n tích +Z t electron tr lên Trong h này, h t nhân ñư c coi ñ ng yên (vì kh i lư ng h t nhân r t l n so v i electron) M t ví d đơn gi n nh t c a lo i mơ hình h h t nhân ngun t heli: Hình I.2 Mơ hình h ngun t heli PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 1.2.2 Phương trình Schrodinger sơ lư c v cách gi i Tốn t Hamilton mơ t tr ng thái c a h có d ng: ℏ2 ˆ H=− 2me n n ∑ ∇2i − ∑ i=1 i=1 n n Ze2 e2 +∑∑ ri i i< j rij S h ng cu i bi u th c bi u th th tương tác tĩnh ñi n gi a electron Vì electron khơng th phân bi t ñư c nên s h ng ch có th xác đ nh m t cách g n phương trình Schrodinger ch có th gi i m t cách g n ñúng Theo nguyên lí ph n ñ i x ng, hàm sóng mơ t tr ng thái c a fermion có spin bán nguyên (1/2) ph i hàm ph n ñ i x ng Khái ni m ph n đ i x ng có nghĩa hàm ph i đ i d u ta hốn v h t b t kì h ð i v i h có s ch n electron (2n, n: ngun dương) u ki n ph n ñ i x ng có th th c hi n ñư c b ng cách s d ng hàm sóng d ng ñ nh th c Slater: χ1(x1 ) χ2 (x1 ) χ2n (x1 ) Ψ= χ1(x ) χ2 (x ) χ2n (x ) χ1(x 2n ) χ2(x2n ) χ2n (x 2n ) Hàm sóng tồn ph n hay hàm ASO χi (x i ) tích c a hàm sóng khơng gian ki u hidro (s, p, d, f, …) thu ñư c gi i phương trình Schrodinger cho nguyên t hidro hàm spin ( α, β ) mô t chuy n đ ng spin c a electron Phương trình Schrodinger c a h có d ng: ˆ HΨ = EΨ 1.2.3 M t s k t qu thu ñư c Khi gi i phương trình Schrodinger cho h nhi u electron thu ñư c hai k t qu hàm riêng hàm sóng tr riêng lư ng Hàm riêng tích c a hàm c u hàm bán kính Ph n hàm c u gi ng nguyên t m t electron PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 10 Hàm bán kính ñư c xác ñ nh b ng phương pháp l p trư ng t h p (SCF- self consistent field) d ng ñ nh th c Slater Tuy nhiên, công vi c vô ph c t p nên ñ th c hi n c n ph i có s h tr c a ph n m m máy tính Lu n văn s khơng s d ng phương pháp l p trư ng t h p ph n m m hóa h c tính tốn cao c p mà s d ng nh ng mơ hình g n đ gi i quy t v n ñ 1.2.3.1 S g n ñúng Slater Các electron nh ng h t mang ñi n tích âm nên chuy n đ ng, chúng s che ch n l n kh i l c hút c a h t nhân nguyên t Khi lư ng c a h s đư c tính sau: E n,l = −13.6 (Z* )2 (Z − b)2 = −13.6 (n* )2 (n* )2 b: h ng s ch n n: s lư ng t n *: s lư ng t hi u d ng n= n * = 3.7 4.2 Z: s n tích h t nhân Z*: s ñi n tích h t nhân hi u d ng l: s lư ng t ph ð tính h ng s ch n, hàm AO ñư c chia thành nhóm sau: 1s / 2s2p / 3s3p / 3d / 4s4b / 4d / 4f / Tr s h ng s ch n ñ i v i electron ñang xét s b ng t ng tr s góp c a electron khác M i electron nhóm AO ngồi nhóm AO xét khơng đóng góp vào h ng s ch n M i electron n m m t AO (nhóm AO) xét đóng góp vào h ng s ch n lư ng 0.35, riêng electron AO-1s ch đóng góp 0.3 M i electron n m bên nhóm AO xét: l p n có tr s nh l p xét đơn v , đóng góp 0.85 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 23 Out[634]= 25 Out[635]= Cau hinh 4: la 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d\[Beta]: Out[636]= Gia tri cac hang so chan: Out[637]= b1s= Out[638]= 0.3 Out[639]= b2s2p= Out[640]= 4.15 Out[641]= b3s3p= Out[642]= 11.25 Out[643]= b4s= Out[644]= 16.8 Out[645]= b3d= Out[646]= 20.4 Out[647]= Nang luong cac nhom phan lop Out[648]= E1s=eV Out[649]= -8297.22 Out[650]= E2s2p=eV Out[651]= -1478.06 Out[652]= E3s3p=eV Out[653]= -285.694 Out[654]= E4s=eV Out[655]= -66.798 Out[656]= E3d=eV Out[657]= -31.9751 Out[658]= Tong nang luong electron cua cau hinh 4: Out[659]= E4=eV Out[660]= -30931.1 Out[661]= Cau hinh 3: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d\[Beta] 4s1: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 24 Out[662]= Gia tri cac hang so chan: Out[663]= b3d'= Out[664]= 19.4 Out[665]= b4s' Out[666]= 21.05 Out[667]= Nang luong cac nhom phan lop Out[668]= E4s'=eV Out[669]= -15.4999 Out[670]= E3d'=eV Out[671]= -47.3884 Out[672]= Tong nang luong electron cua cau hinh 3: Out[673]= E3=eV Out[674]= -30956.9 Chương trình ch y t t nên s đư c s d ng đ tính tốn t ng lư ng electron c a nguyên t h d thu c chu kì t Sc đ n Zn 2.2 Tính lư ng ion hóa c a ngun t 2.2.1 Mơ hình tính ð tính lư ng ion hóa c a nguyên t nhi u electron, cơng vi c đ u tiên tính t ng lư ng electron c a nguyên t ion V n ñ ñã ñư c gi i quy t ph n mơ hình tính t ng lư ng electron Khi lư ng ion hóa s đư c tính sau: I1 = E(M+ ) − E(M) I2 = E(M2+ ) − E(M+ ) I3 = E(M3+ ) − E(M2+ ) ð ñơn gi n cho vi c l p trình, khóa lu n s ti n hành tính lư ng ion hóa th nh t cho nguyên t chu kì b ng h th ng tu n hoàn ð i v i cacbon, tơi s ti n hành tính t t c tr lư ng có th có ngun t Các k t qu sau s ñư c so sánh v i th c nghi m 2.2.2 Chương trình tính PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 25 2.2.2.1 Tính lư ng ion hóa th nh t ð tăng m c đ khái qt cho chương trình, tơi ch đưa bi n Z (s n tích h t nhân) chương trình có th th c thi đư c N i dung c a chương trình lư ng ion hóa cho He(Z=2) sau: "TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO He" "So dien tich hat nhan cua nguyen tu" Z=2 "Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu" "b1s" b1s=0.3 "Cac muc nang luong electron cua nguyen tu" "E1s" E1s=-13.6 (Z-b1s)2/12 "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E0=2*E1s "Tong nang luong electron cua ion" 2 E1=-13.6 (Z) /1 "Nang luong ion hoa thu nhat" I1=E1-E0 Chương trình đư c ch y th v i k t qu sau: Out[201]= TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO He Out[202]= So dien tich hat nhan cua nguyen tu Out[203]= Out[204]= Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu Out[205]= b1s Out[206]= 0.3 Out[207]= Cac muc nang luong electron cua nguyen tu Out[208]= E1s Out[209]= -39.304 Out[210]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[211]= -78.608 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 26 Out[212]= Tong nang luong electron cua ion Out[213]= -54.4 Out[214]= Nang luong ion hoa thu nhat Out[215]= 24.208 Chương trình tính lư ng ion hóa cho ngun t chu kì sau: "CHUONG TRINH TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO CAC NGUYEN TO CHU KI 2" "So dien tich hat nhan cua nguyen tu" Z=6 "Gia tri cac hang so chan" "b2s2p" b2s2p=(Z-3)*0.35 +2*0.85 "b1s" b1s=0.3 "Cac muc nang luong electron cua nguyen tu" "E2s2p" E2s2p=-13.6 (Z-b2s2p)2/22 "E1s" 2 E1s=-13.6 (Z-b1s) /1 "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E0=2*E1s+(Z-2)*(E2s2p) "Gia tri cac hang so chan cua ion" "b2s2p'" b2s2p'=(Z-4)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion" "E2s2p'" 2 E2s2p'=-13.6 (Z-b2s2p') /2 "Tong nang luong electron cua ion" E1=2*E1s+(Z-3)*(E2s2p') "Nang luong ion hoa thu nhat" I1=E1-E0 Chương trình đư c ch y th đ tính lư ng ion hóa th nh t cho nguyên t C, k t qu sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 27 Out[765]= CHUONG TRINH TINH NANG LUONG ION HOA THU NHAT CHO CAC NGUYEN TO CHU KI Out[766]= So dien tich hat nhan cua nguyen tu Out[767]= Out[768]= Gia tri cac hang so chan Out[769]= b2s2p Out[770]= 2.75 Out[771]= b1s Out[772]= 0.3 Out[773]= Cac muc nang luong electron cua nguyen tu Out[774]= E2s2p Out[775]= -35.9125 Out[776]= E1s Out[777]= -441.864 Out[778]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[779]= -1027.38 Out[780]= Gia tri cac hang so chan cua ion Out[781]= b2s2p' Out[782]= 2.4 Out[783]= Cac muc nang luong electron cua ion Out[784]= E2s2p' Out[785]= -44.064 Out[786]= Tong nang luong electron cua ion Out[787]= -1015.92 Out[788]= Nang luong ion hoa thu nhat Out[789]= 11.458 Như v y, giá tr lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t C tính đư c 11.458 eV Chương trình th c thi nên có th s d ng cho ngun t cịn l i chu kì c a b ng h th ng tu n hoàn 2.2.2.2 Tính tr lư ng ion hóa có th có c a C PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 28 Vi c tính t t c tr lư ng ion hóa c a m t nguyên t công vi c vô khó khăn v m t l p trình Do đó, cơng vi c ch có th ti n hành riêng r cho t ng nguyên t riêng bi t Chương trình sau đư c vi t ñ tính t t c giá tr lư ng ion hóa có th có c a nguyên t C (Z=6): "TINH NANG LUONG ION HOA CUA CACBON" "So dien tich hat nhan cua nguyen tu" Z=6 "Tinh tong nang luong cua nguyen tu" "Cau hinh electron cua nguyen tu: 1s2 2s2 2p2" "Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu" "b2s2p" b2s2p=(Z-3)*0.35 +2*0.85 "b1s" b1s=0.3 "Cac muc nang luong electron cua nguyen tu" "E2s2p" E2s2p=-13.6 (Z-b2s2p)2/22 "E1s" E1s=-13.6 (Z-b1s)2/12 "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E0=2*E1s+(Z-2)*(E2s2p) "Tinh tong nang luong cua ion 1+" "Cau hinh electron cua ion 1+: 1s2 2s2 2p1" "Gia tri cac hang so chan cua ion 1+" "b2s2p'" b2s2p'=(Z-4)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion 1+" "E2s2p'" E2s2p'=-13.6 (Z-b2s2p')2/22 "Tong nang luong electron cua ion 1+" PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 29 E1=2*E1s+(Z-3)*(E2s2p') "Nang luong ion hoa thu nhat" I1=E1-E0 "Tinh tong nang luong electron cua ion 2+" "Cau hinh electron cua ion 2+: 1s2 2s2 2p0" "Gia tri cac hang so chan cua ion 2+" "b2s2p''" b2s2p''=(Z-5)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion 2+" "E2s2p''" E2s2p''=-13.6 (Z-b2s2p'')2/22 "Tong nang luong electron cua ion 2+" E2=2*E1s+(Z-4)*(E2s2p'') "Nang luong ion hoa thu hai" I2=E2-E1 "Tinh tong nang luong electron cua ion 3+" "Cau hinh electron cua ion 3+: 1s2 2s1 2p0" "Gia tri cac hang so chan cua ion 3+" "b2s2p'''" b2s2p'''=(Z-6)*0.35 +2*0.85 "Cac muc nang luong electron cua ion 3+" "E2s2p'''" E2s2p'''=-13.6 (Z-b2s2p''')2/2 "Tong nang luong electron cua ion 3+" E3=2*E1s+(Z-5)*(E2s2p''') "Nang luong ion hoa thu ba" I3=E3-E2 "Tinh tong nang luong cua ion 4+" "Cau hinh electron cua ion 4+: 1s2 2s0 2p0" "Tong nang luong electron cua nguyen tu" PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 30 E4=2*E1s "Nang luong ion hoa thu tu" I4=E4-E3 "Tinh tong nang luong cua ion 5+" "Cau hinh electron cua ion 4+: 1s1 2s0 2p0" "Tong nang luong electron cua nguyen tu" E5=-13.6 (Z)2/12 "Nang luong ion hoa thu nam" I5=E5-E4 "Nang luong ion hoa thu 6" I6=-E5 K t qu thu ñư c tr lư ng ion hóa c a C t I1 đ n I6: Out[613]= TINH NANG LUONG ION HOA CUA CACBON Out[614]= So dien tich hat nhan cua nguyen tu Out[615]= Out[616]= Tinh tong nang luong cua nguyen tu Out[617]= Cau hinh electron cua nguyen tu: 1s2 2s2 2p2 Out[618]= Gia tri cac hang so chan cua nguyen tu Out[619]= b2s2p Out[620]= 2.75 Out[621]= b1s Out[622]= 0.3 Out[623]= Cac muc nang luong electron cua nguyen tu Out[624]= E2s2p Out[625]= -35.9125 Out[626]= E1s Out[627]= -441.864 Out[628]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[629]= -1027.38 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 31 Out[630]= Tinh tong nang luong cua ion 1+ Out[631]= Cau hinh electron cua ion 1+: 1s2 2s2 2p1 Out[632]= Gia tri cac hang so chan cua ion 1+ Out[633]= b2s2p' Out[634]= 2.4 Out[635]= Cac muc nang luong electron cua ion 1+ Out[636]= E2s2p' Out[637]= -44.064 Out[638]= Tong nang luong electron cua ion 1+ Out[639]= -1015.92 Out[640]= Nang luong ion hoa thu nhat Out[641]= 11.458 Out[642]= Tinh tong nang luong electron cua ion 2+ Out[643]= Cau hinh electron cua ion 2+: 1s2 2s2 2p0 Out[644]= Gia tri cac hang so chan cua ion 2+ Out[645]= b2s2p'' Out[646]= 2.05 Out[647]= Cac muc nang luong electron cua ion 2+ Out[648]= E2s2p'' Out[649]= -53.0485 Out[650]= Tong nang luong electron cua ion 2+ Out[651]= -989.825 Out[652]= Nang luong ion hoa thu hai Out[653]= 26.095 Out[654]= Tinh tong nang luong electron cua ion 3+ Out[655]= Cau hinh electron cua ion 3+: 1s2 2s1 2p0 Out[656]= Gia tri cac hang so chan cua ion 3+ Out[657]= b2s2p''' Out[658]= 1.7 Out[659]= Cac muc nang luong electron cua ion 3+ PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 32 Out[660]= E2s2p''' Out[661]= -62.866 Out[662]= Tong nang luong electron cua ion 3+ Out[663]= -946.594 Out[664]= Nang luong ion hoa thu ba Out[665]= 43.231 Out[666]= Tinh tong nang luong cua ion 4+ Out[667]= Cau hinh electron cua ion 4+: 1s2 2s0 2p0 Out[668]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[669]= -883.728 Out[670]= Nang luong ion hoa thu tu Out[671]= 62.866 Out[672]= Tinh tong nang luong cua ion 5+ Out[673]= Cau hinh electron cua ion 4+: 1s1 2s0 2p0 Out[674]= Tong nang luong electron cua nguyen tu Out[675]= -489.6 Out[676]= Nang luong ion hoa thu nam Out[677]= 394.128 Out[678]= Nang luong ion hoa thu Out[679]= 489.6 Các k t qu thu ñư c ch y chương trình tính s đư c t ng k t ñánh giá chương sau Chương 3: K T QU VÀ TH O LU N 3.1.C u hình electron c a nguyên t h d chu kì 3.1.1 Các nguyên t h d chu kì (ngo i tr Cr Cu) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 33 Các k t qu thu ñư c sau th c hi n phép tính t ng lư ng electron c a nguyên t ñư c t ng k t sau: Nguyên t Năng lư ng Sc V Mn .ndα (n + 1)s2 -20558.3 -22931.7 -25455.1 -30967.1 (n + 1)s2ndα -20557.8 -22926.7 -25441.7 -30924.8 Nguyên t Năng lư ng Ti Fe Co Ni Zn .ndα (n + 1)s2 -33963.4 -37125.0 -40455.6 -47639.6 (n + 1)s2ndα -33900.7 -37037.9 -40340.2 -47455.6 Phân tích s li u t b ng cho th y c nguyên t này, cách vi t c u hình electron theo cách ndα (n + 1)s2 s có lư ng th p cách vi t (n + 1)s2ndα nên c u hình electron vi t theo cách s h p lí 3.1.2 Các nguyên t Cr Cu Các k t qu thu ñư c sau th c hi n phép tính t ng lư ng electron c a nguyên t ñư c t ng k t sau: C u hình .ndα (n + 1)s2 .(n + 1)s2ndα ndβ (n + 1)s1 .(n + 1)s1nd β Năng Cr -28132.3 -28106.4 -30956.9 -30931.1 lư ng Cu -43959.2 -43811.5 -47624.0 -47522.8 T s li u có th th y r ng ch có cách vi t s có lư ng th p nh t nên vi t theo cách h p lí h ơn c 3.2 Năng lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t chu kì Vi c th c thi chương trình tính lư ng ion hóa cho nguyên t khác c a chu kì thu đư c k t qu sau: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 34 Ngun t I1(eV) Tính đư c Li Be B C N O F Ne 5.75 7.87 9.78 11.46 12.92 14.16 15.18 15.98 Th c nghi m 5.39 9.32 8.30 11.26 14.53 13.62 17.42 21.56 Các d li u b ng cho th y ngo i tr Ne có sai s gi a tr lư ng ion hóa gi a lí thuy t tính đư c th c nghi m r t l n (5.58eV), trư ng h p l i sai bi t khơng q l n có th ch p nh n ñư c 3.3 Các tr lư ng ion hóa có th có c a C Các k t qu thu ñư c t vi c ch y chương trình tính tr lư ng ion hóa có th có c a ngun t C đư c t ng k t b ng sau: Năng lư ng ion hóa (eV) I1 I2 I3 I4 I5 I6 Lí thuy t 11.46 26.10 43.23 62.87 394.13 489.60 Th c nghi m 11.26 24.39 47.89 64.50 392.14 490.05 Các d li u b ng cho th y giá tr lư ng ion hóa gi a lí thuy t tính đư c th c nghi m sai khác khơng q l n có th ch p nh n ñư c Các tr lư ng tính đư c cho th y lư ng ion hóa tăng r t nhanh theo s electron b tách kh i nguyên t ði u hồn tồn d hi u tách m t electron kh i m t cation bao gi khó vi c tách electron kh i m t ngun t trung hịa n tích 3.4 M t s nh n xét Qua k t qu đư c t ng h p phân tích trên, có th rút m t s nh n xét sau đây: V cách vi t c u hình electron cho nguyên t h d chu kì 3, có th th y r ng cách vi t ndα (n + 1)s2 ndβ (n + 1)s1 có t ng lư ng electron nh nh t nên ñây nh ng cách vi t c u hình electron h p lí nh t ði u khơng có m i m đ i v i nh ng nhà hóa h c tơi mu n mang ñ n m t cách ti p c n khác v cách vi t c u hình electron cho nguyên t nhi u electron PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 35 V tính tốn lư ng ion hóa cho ngun t nhi u electron chu kì c a b ng h th ng tu n hoàn, tr lư ng ion hóa th nh t tính đư c cho th y khơng có sai khác nhi u gi a giá tr tính đư c t lí thuy t giá tr th c nghi m ngo i tr m t s ngo i l Ne Vi c sai khác t t nhiên n u lưu ý r ng s g n ñúng Slater m t s g n ñúng kinh nghi m nên tính tốn mà mang l i ch mang tính ch t đ nh tính N u c n k t qu xác hơn, s d ng ph n m m hóa h c lư ng t thương m i hi n ñ i d a s hóa h c lư ng t Các tr lư ng ion hóa có th có c a nguyên t C đư c ti n hành tính tốn s ph n m m Mathematica K t qu tính đư c cho th y lư ng ion hóa s tăng d n s electron b b t kh i nguyên t l n Hóa h c hi n đ i ngày khơng ch m t khoa h c th c nghi m mà cịn có m t s lí thuy t v ng ch c Hi u rõ b n ch t v c u t o electron c a nguyên t liên h gi a c u t o electron ñ i lư ng khác c a hóa h c lư ng ion hóa s mang l i nhi u l i ích cho vi c gi ng d y hóa h c sau Hơn n a, qua khóa lu n ch ng t ñư c r ng Mathematica m t cơng c l p trình tốn h c khơng th thi u gi i quy t toán hóa h c S k t h p hồn h o gi a ph n m m, máy tính, phịng thí nghi m b não ngư i t o nên ngành hóa h c hi n đ i ngày nư c ta, m t xu hư ng hi n ñ i ngày ng d ng công ngh thông tin vào d y h c ñang bùng phát m nh m n n giáo d c nư c nhà Hy v ng r ng v i khóa lu n này, tơi s góp ph n nh vào phong trào K T LU N PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 36 Qua th i gian tìm hi u th c hi n khóa lu n này, tơi th c hi n đư c nh ng cơng vi c sau đây: Tìm hi u v lí thuy t hóa h c lư ng t Tìm hi u v cách s d ng ph n m m Mathematica phiên b n 6.0 Vi t chương trình tính t ng lư ng electron c a nguyên t b ng qui t c g n ñúng Slater s ph n m m Mathematica đ tìm cách vi t c u hình electron h p lí c a nguyên t h d chu kì tính lư ng ion hóa c a nguyên t nhi u electron chu kì Các k t qu tính đư c cho th y ñ i v i nguyên t h d chu kì 3, cách vi t c u hình electron h p lí ndα (n + 1)s2 ch khơng ph i (n + 1)s2ndα Riêng ñ i v i Cr Cu cách vi t c u hình electron h p lí ndβ (n + 1)s1 v i β = 5, 10 Các tr lư ng ion hóa th nh t c a nguyên t nhi u electron chu kì tính đư c khơng sai khác nhi u so v i tr lư ng ion hóa th c nghi m ðây m t thành công l n c a s g n ñúng Slater n u ý ñ n m c ñ g n ñúng ban ñ u c a s g n ñúng Các tr lư ng ion hóa có th có c a C đư c tính tốn T t nhiên, vi c tính tốn s khơng t đ i xác mang l i m t đánh giá đ nh tính v qui lu t thay ñ i c a giá tr lư ng ion hóa có th m t nguyên t TÀI LI U THAM KH O PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 37 Nguy n ð c Chuy, (1998), Hóa H c ð i Cương, Nhà Xu t B n Giáo D c Nguy n ðình Hu , Nguy n ð c Chuy, (2003), Nhà Xu t B n Giáo D c Tr n Thành Hu , (2004), Hóa H c ð i Cương C u T o Ch t, Nhà Xu t b n ð i H c Sư Ph m Tr n Thành Hu , (2006), Tư Li u Hóa H c 10, Nhà Xu t B n Giáo D c Lâm Ng c Th m, Ph m Văn Nhiêu, Lê Kim Long, Cơ S Hóa H c Lư ng T , Nhà Xu t B n Khoa H c Và Kĩ Thu t Lê Xuân Tr ng (T ng Ch biên kiêm Ch Biên), T Ng c Ánh – Lê M u Quy n – Phan Quang Thái (2006), Hóa H c 10 nâng cao Nhà Xu t B n Giáo D c Nguy n Xuân Trư ng (T ng Ch biên kiêm Ch Biên), Nguy n ð c Chuy – Lê M u Quy n – Lê Xuân Tr ng (2006), Hóa H c 10, Nhà Xu t B n Giáo D c http://vi.wikipedia.org/wiki/Cacbon PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com ... cho khóa lu n là: ? ?Tính tốn lư ng electron b ng ph n m m Mathematica áp d ng gi ng d y hóa h c l p 10? ?? M c tiêu Xác l p cách vi t c u hình electron h p lí cho nguyên t Tính tr lư ng ion hóa c... vi c vi t c u hình electron cho ngun t , cách tính m c lư ng electron lư ng ion hóa th nh t S d ng ph n m m Mathematica l p trình tính lư ng electron ðưa cách vi t c u hình electron h p lí So... phép toán ph c t p ð thu n ti n, vi c tính tốn s đư c ti n hành máy tính thơng qua ph n m m Mathematica V n đ cịn l i vi t chương trình tính tốn máy tính Mơ hình tính tốn chi ti t chương trình tính