1
II.1. Khái niệm về nguyên tử và quang phổ nguyên tử
1. Nguyên tử và các hạt electron, proton, neutron
Nguyên tử là hệ thống vi mô phức tạp, được tạo thành từ những
loại hạt khác nhau (về phương diện vật lý).
Nhưng đơn giản hóa xem nguyên tử được cấu tạo từ:

hạt nhân tích điện dương và

electron tích điện âm,
CHƯƠNG II
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN
HÒAN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
2
Bảng 2.1: Các hạt cơ bản cấu tạo nguyên tử
Hạt
Khối lượng Điện tích
Tuyệt đối Tương
đối
Tuyệt đối Tương
đối
kg
đvC
(*)
Culong Đơn vò tónh điện Đơn vò e
(**)
Electron 9,109390.10
-31
0,000549 -1,602177.10
-19
-4,802298.10

-10
m
4
Khối lượng nguyên tử = (Z + N) x 1đvC = (Z + N) đvC
Tổng số hạt proton và số hạt neutron được gọi là số khối (A)
của nguyên tử:
Một nguyên tử X được ký hiệu như sau:
A : số khối
X 
A
Z
Z: số hiệu nguyên tử # số proton Z
 Số điện tích hạt nhân nguyên tử của nguyên tố bất kì đúng
bằng số thứ tự Z - số hiệu của nguyên tố đó trong hệ thống tuần
hoàn.
Số electron = số proton (Z)
= trò số điện tích hạt nhân nguyên tử (Z)
= số hiệu nguyên tử (Z)
A = Z + N

trong nguyên tử trung hòa số electron cũng đúng bằng Z.
5
. Hai loại hạt cơ bản của hạt nhân:
.Các đồng vò: là những dạng nguyên tử khác nhau của cùng
một nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử của chúng, tuy có cùng số
proton, song lại khác số nơtron.
Các đồng vò của cùng nguyên tố có số khối A khác nhau.
6
2. Khái niệm về quang phổ nguyên tử:
Quang phổ của nguyên tử là quang phổ vạch, gồm từ một số vạch

22
10
20
10
18
10
16
10
14
10
12
10
10
10
8
10
6
10
4
10
2
10
0
Tia γ Tia X
Cực
tím
Hồng
ngoại
Vi sóng
F

4
10
6
10
8
4 x 10
-7
5 x 10
-7
6 x 10
-7
7 x 10
-7
λ (m)
nh sáng thấy được
F
M
Năng lượng tăng (E = h.ν)
8
Bảng 2.2: Bước sóng, tần số và năng lượng của các tia bức xạ
Kiểu bức xạ Bước sóng (A
0
) Tần số x 10
14
(Hz)
Năng lượng x 10
-19
(J)
Tia X và tia γ ≤ 30 ≥ 10
3

λ
 - 
1
n
0
2
1
n
2
C
λ
 - 
1
n
0
2
1
n
2
ν =  = RC
E = h.ν
Trong đó: R – hằng số Rydberg, có giá trò bằng 1096,78.10
4
m
-1

h – hằng số Planck, có giá trò 6,626.10
-34
J.s
n

phép có bán kính và năng lượng phụ thuộc vào số lượng tử chính n.
3. Thuyết cấu tạo nguyên tử Bohr:
đề xuất mô hình nguyên tử
11
H qu c aệ ả ủ thuy tế
Bohr:

Tính được q đạo bền, tốc độ và năng lượng electron khi chuyển
động trên q đạo đó.
Theo Bohr, momen động lượng của electron khi quay trên q đạo
bền này cũng phải được lượng tử hóa nghiã là phải bằng
bội số của

:
2π
h
mvr = n  (a)
h
2π
Trong đó: mvr: momen động lượng của electron.
m và v: khối lượng và tốc độ của electron.
r: bán kính q đạo bền; n=1,2,3… và h: hằng số Planck
Mặt khác, cũng chính khi quay trên những quỹ đạo bền này,
electron trong nguyên tử hydro chòu 2 lực tác dụng bằng nhau
nhưng ngược hướng là:

lực hút của hạt nhân  và
Ze
2
4πε

v=  x (CGS) (II.2)
4π
2
me
2
Z
1
Ze
2
 =  (b)
h
n 2ε
0
h
n
n
2
ε
0
h
2
πme
2
Z
h
2
1
2π e
2
Z

mv
2
2
13
• Năng lượng của electron:
Hoặc E = -

x

(CGS) (II.6)
E = -  x  (II.5)
1
n
2
me
4
Z
2
(4πε
0
)
2
h
2
1
n
2
2 π
2
me

bền này sang q đạo bền khác:
∆E = [ E
c
– E
đ
]= hν = hRC  -  (II.10)
1
n
c
2
1
n
đ
2
Trong các công thức trên n
0
, n là các số nguyên dương (các số lượng
tử) biểu thò thứ tự q đạo hay lớp electron (n
0
=1 , n
≥
2)
14
n=3
•
•
•
∆
E=h
ν

đó chính là số lần dao động mà sóng thực hiện được trên quảng
đường truyền sóng dài 1cm:
λ
v
K
T
2
L
T
1
C
ν = 
1
λ
16
Quang phổ nguyên tử hidro bao gồm nhiều dãy vạch khác
nhau tương ứng các vùng bức xạ điện từ như dãy Balmer,
Lyman, Paschen,…
972
9546
6563
4861
4340
4102
Balmer
Bước sóng (A
0
)
1216
1026

ν
H
== R
H
ν
H
== R
H
 - 
1
n
0

2
1
n
2
1
λ
C
λ
1
n
0
2
1
n
2
E = h.ν
18

2
1
1
2
1
3
2
*Với n
0
=1, n=4  ν
H
= 109678  -  = 102823 cm
-1
1 1
Ta nhận thấy các số sóng trên đây ứng với 3 vạch đầu tiên
trong dãy Lyman, ứng với n
0
=1 .
Tương tự với n
0
= 2, n = 3 : ν
H
= 109678  -  = 15233 cm
-1
1
2
2
1
3
2

) của electron trong nguyên tử
hidro bằng hiệu số năng lượng: ∆E
H
=

E
II
- E
I
= hν
trong đó C: tốc độ truyền sóng của ánh sáng (cm/s)
20
Mặc dù có những ưu điểm như vậy, lí thuyết Bohr vẫn có
nhiều hạn chế:

Khi đặt nguyên tử vào một từ trường, quang phổ hydro trở nên phức
tạp hơn (hiệu ứng Zeeman) và không thể giải thích bằng lí thuyết
Bohr.

Hơn nữa, với những nguyên tử phức tạp hơn hidro

VD: He lí thuyết Bohr không cho những kết quả phù hợp với thực
nghiệm.
21
 Về sau, thuyết này được Sommerfeld bổ sung và phát
triển để áp dụng vào các nguyên tử nhiều electron
Theo Sommerfeld các quỹ đạo bền trong nguyên tử có thể là
những quỹ đạo tròn hay elip. Kích thước và năng lượng các
quỹ đạo elip cũng tuân theo qui luật lượng tử hóa:
Hình 2.6: Quỹ đạo elip

tạo nên sóng truyền đi với bước sóng λ

Bản chất sóng - hạt của các hạt vi mô phải
thỏa mãn được hệ thức De Broglie:
II.2.1. Các luận điểm cơ bản của CHLT:
23
VD 1: Electron có m ≈ 10
-27
g, v ≈ 6.10
7
cm/s  λ ≈10A
0
VD 2: Quả bóng có m =200g, v = 30 m/s


λ

≈
10
-32
m, vì sóng
của quả bóng có bước sóng
λ
quá nhỏ nên không thể phát hiện
và quan sát được bằng thực nghiệm.
 Sóng và hạt là 2 mặt của vật chất:

Với vật thể vó mô, sóng liên đới có bước sóng quá nhỏ, khi đó
tính chất hạt chiếm ưu thế.


phương trình sóng Schr
Ư
dinger đối với các hệ nguyên tử, phân
tử,… (phương pháp gần đúng)
• Ý nghiã, vai trò : Phương trình sóng SchrƯdinger được xem
là những đònh luật cơ học lượng tử về sự chuyển động của các
hạt vi mô tương tự như các đònh luật của Newton trong cơ
học cổ điển
 nghiên cứu sự chuyển động của các hạt vi mô.
c. Phương trình sóng SchrƯdinger:

Trích đoạn 29♦ Số lượng tử chính n và mức năng lượng, lớp electron:

---