Trang web này phụ thuộc vào doanh thu từ số lần hiển thị quảng cáo để tồn tại. Vui lòng tắt trình chặn quảng cáo của bạn hoặc tạm dừng tính năng chặn quảng cáo cho trang web này.
34 2 MB 2 110
Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu
Đang xem trước 10 trên tổng 34 trang, để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên
Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
//sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 9/26/2015 CHƢƠNG II CẤU TẠO CHẤT
I- CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1- Một số mẫu nguyên tử cổ điển
1.1- Mẫu Rutherford [Rơzơfo- Anh]. 1911
1.2- Mô hình nguyên tử Bohr [Bo- Đan mạch]. 1913
2- Những tiền đề của cơ học lƣợng tử
2.1- Thuyết lƣợng tử Planck [Plăng- Đức].1900
2.2- Thuyết sóng- hạt của hạt vi mô
2.3- Nguyên lí bất định Heisenberg [Haixenbec-Đức].1927
3- Khái niệm cơ bản về cơ học lƣợng tử
3.1- Hàm sóng - Phƣơng trình sóng
3.2- Ý nghĩa các số lƣợng tử [Số lƣợng tử chính n; Số lƣợng tử phụ l; Số
lƣợng tử từ m; Số lƣợng tử Spin ms ]
3.3- Khái niệm về Obitan nguyên tử
4- Quy luật phân bố các electron trong nguyên tử.
a - Nguyên lý loại trừ Pauli
b - Nguyên lý vững bền
c - Quy tắc Hund
d- Giới thiệu quy tắc bão hoà và bán bão hoà
biên soạn: Nguyễn Kiên 5. Quan hệ giữa cấu trúc lớp vỏ điện tử của nguyên tử với vị trí của các
nguyên tố đó trong bảng HTTH
II – LIÊN KẾT HÓA HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ
1.CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN CỦA LIÊN KẾT HOÁ HỌC
2. CÁC DẠNG LIÊN KẾT HOÁ HỌC [Liên kết ion; Liên kết cộng hoá trị;
Liên kết kim loại; Liên kết hyđrô ]
3. THUYẾT LIÊN KẾT HÓA TRỊ [VIẾT TẮT VB: Valence bond ]
3.2- Những luận điểm cơ bản của thuyết VB
3.3- Sự định hƣớng liên kết. Liên kết [xích ma] và liên kết [pi]
4. SỰ LAI HÓA CÁC ORBITAL LIÊN KẾT
4.1- Điều kiện ra đời thuyết lai hóa - Khái niệm lai hóa
4.2- Một số kiểu lai hóa
- Lai hóa sp
- Lai hóa sp2
- Lai hóa sp3.
4.3- Dự đoán kiểu lai hóa và cấu trúc hình học của phân tử biên soạn: Nguyễn Kiên 1 9/26/2015 5. THUYẾT ORBITAL PHÂN TỬ [MO- MOLECULAR ORBITAL
[Muliken, Hund – Đức]. 1927
6. CẤU TẠO PHÂN TỬ
6.1. Đặc điểm phân tử
6. 2. Phân tử phân cực và phân tử không phân cực
6. 3. Mômen lưỡng cực
6. 4. Lực tương tác giữa các phân tử biên soạn: Nguyễn Kiên I- CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
- Khái niệm ngtử đã được các nhà triết học cổ Hylap đưa ra
cách đây hơn hai ngàn năm [ mang tên Hylap “ oo” nghĩa là
không thể phân chia]
- Năm 1807 Dalton, trên cơ sở các định luật cơ bản của hóa
học đã đưa ra giả thuyết về ngtử, thừa nhận ngtử là hạt nhỏ nhất
cấu tạo nên các chất, không thể phân chia nhỏ hơn bằng phản ứng
hóa học
- Năm 1811 Avôgađrô trên cơ sở thuyết ngtử của Dalton đã
đưa ra giả thuyết về phân tử và thừa nhận phân tử được tạo thành
từ các ngtử, là hạt nhỏ nhất của một chất, mang đầy đủ tính chất
của chất đó
- Năm 1861 thuyết ngtử, phân tử chính thức được thừa nhận
tại hội nghị hóa học thế giới họp ở Thụy sĩ.
- Đến cuối thế kỉ 19 và đầu thế kỉ 20 với những thành tựu của
vật lí, các thành phần của ngtử lần lượt được pháp hiện biên soạn: Nguyễn Kiên 2 9/26/2015 1- Một số mẫu nguyên tử cổ điển
1.1- Mẫu Rutherford [Rơzơfo- Anh]. 1911 biên soạn: Nguyễn Kiên Bằng thí nghiệm cho dòng bắn qua lá vàng mỏng,
năm 1911 nhà bác học Anh Rutherford đã đưa ra giả
thuyết về ngtử:
- Trong nguyên tử có một hạt nhân ở giữa và các
electron quay xung quanh giống như các hành tinh
quay xung quanh mặt trời.
- Hạt nhân mạng điện tích dương, có kích thước
rất nhỏ so với kích thước của ngtử nhưng lại tập
trung hầu như toàn bộ khối lượng ngtử
Mẫu hành tinh ngtử Rutherford đã giải thích được kết
quả thí nghiệm trên và cho phép hình dung một cách đơn giản
cấu tạo ngtử. Tuy nhiên không giải thích được sự tồn tại của
ngtử và hiện tượng phát xạ quang phổ vạch của ngtử. biên soạn: Nguyễn Kiên 3 9/26/2015 1.2- Mô hình nguyên tử Bohr [Bo- Đan mạch]. 1913
Dựa trên thuyết lượng tử của Planck
[Plăng] Bohr đã đưa ra hai định đề:
- Trong nguyên tử các electron
chỉ có thể chuyển động trên
những quỹ đạo xác định gọi là
quỹ đạo lượng tử . Ứng với mỗi
quỹ đạo có mức năng lượng xác
định.
Mô men động lượng của quỹ đạo
lượng tử phải thỏa mãn điều kiện
sau: mvr n h
2π h – hằng số Planck [6,62.10-27 erg.s= 6,62.10-34 j.s
m – khối lượng electron
v- vận tốc chuyển động của electron
r- bán kích quỹ đạo
n- số lượng tử. n = 1,2,3,4,5,…….
Tích mvr gọi là mômen động lượng biên soạn: Nguyễn Kiên - Khi electron chuyển động từ quỹ đạo này sang quỹ đạo
khác thì xảy ra sự hấp thụ hay giải phóng năng lượng, năng
lượng được hấp thụ hay giải phóng bằng hiệu giữa 2 mức năng
lượng: = h = En’ – En.
Thuyết Bohr cho phép giải thích được cấu tạo quang phổ vạch
của nguyên tử hidro:
Năng lượng e trên quỹ đạo n được tính bằng công thức; m – Khối lượng hạt e; m =9,109.10-31kg
e – Điện tích hạt e; e = -1,602.10-19C
ε0 – Hằng số điện môi của chân không; ε0 = 8,854.10-12 S.I
h – Hằng số Planck; h=6,625.10-34J.s biên soạn: Nguyễn Kiên 4 9/26/2015 Nếu tính theo đơn vị eV [1eV = 1,602.10-19 J] thì năng lượng e:
Đối với các ion 1 electron [He+ Li2+ …] thì năng lượng e:
Z – số hạt proton
Khi e nhảy từ trạng thái năng lượng En’ về trạng thái năng lượng En
sẽ xảy ra phát xạ một tia sáng có tần số =
En’ - En = h
Lyman
[UV] Barman
[VIS]
4.000A0 Paschen [IR]
8.000A0 n=6
n=5
n=4
n=3
n=2 Paschen [IR]
Barman
[VIS] n=1 Lyman
[UV] biên soạn: Nguyễn Kiên Tuy nhiên thuyết Bohr còn có nhiều hạn chế như:
- Không giải thích được cấu tạo của những nguyên tử phức tạp,
- Không giải thích được sự tách vạch quang phổ dưới tác dụng
của điện trường, từ trường.
Việc giải thích cấu tạo nguyên tử một cách nhất quán phải
nhờ đến thuyết cơ học lượng tử. biên soạn: Nguyễn Kiên 5 9/26/2015 2- Những tiền đề của cơ học lƣợng tử
2.1- Thuyết lƣợng tử Planck [Plăng- Đức].1900
- Ánh sáng hay các bức xạ nói chung không phải liên tục mà
gồm những lượng nhỏ riêng biệt gọi là những lượng tử
- Mỗi lượng tử mang một năng lượng tính bằng biểu thức: E hν - Là tần số bức xạ [2.2] 2.2- Thuyết sóng- hạt của hạt vi mô
Năm 1924 nhà vật lý học Pháp L.de Broglie [Đơ Brơi] trên cơ
sở của thuyết sóng hạt của ánh sáng đã đề ra giả thuyết:
mọi hạt vật chất chuyển động đều có thể coi như là
một quá trình sóng đặc trưng bằng bước sóng tính
theo hệ thức:
λ h
mv [2.3] m: Khối lượng hạt
v: tốc độ chuyển động của hạt
h: hằng số Planck [6,62.10-27 erg.s= 6,62.10-34 j.s
biên soạn: Nguyễn Kiên Năm 1924 người ta đã xác định được khối lượng của
electron, nghĩa là thừa nhận electron có bản chất hạt
Năm 1927 Davisson và Germer đã thực nghiệm cho thấy
hiện tượng nhiễu xạ chùm electron. Như vậy bản chất sóng của
electron cũng được thừa nhận.
Như vậy: electron vừa có bản chất sóng vừa có bản
chất hạt
Đối với những vật thể vĩ mô [m có giá trị rất lớn] nên bước
sóng có giá trị rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua bản chất sóng biên soạn: Nguyễn Kiên 6 9/26/2015 ví dụ 1: Electron khối lượng 9,1.10-28g chuyển động với vận tốc xấp xỉ
108m/s sẽ sinh ra một sóng tính theo biểu thức [2.3]
λ 6,62.1027
7.108 m
9,1.1028.108 ví dụ 2: Một ôtô khối lượng 1000kg chuyển động với vận tốc 72km/h sẽ
sinh ra một sóng tính theo biểu thức [2.3] λ 6,62.1027
3,3.1036 m
106.2.103 biên soạn: Nguyễn Kiên 2.3- Nguyên lí bất định Heisenberg [Haixenbec-Đức].1927
Đối với một hạt vi mô không thể xác định chính xác đồng
thời cả tốc độ và vị trí
x: độ bất định về vị trí
h
v : độ bất định về tốc độ
Δx.Δv
[2.4]
2πm
m: khối lượng hạt
Theo hệ thức này thì việc xác định tọa độ càng chính xác
bao nhiêu thì việc xác định tốc độ càng kém chính xác bấy
nhiêu.
ví dụ: Nếu lấy độ bất định của phép đo vị trí electron trong ngtửx là 10-10m
[ngtử có đường kính cỡ 10-8m] thì độ bất định của phép đo tốc độ sẽ là: Δv 6,62.1027
1010 m/s
6,28.9,1.1028.1010 Nghĩa là mắc phải sai số xấp xỉ bằng vận tốc ánh sáng biên soạn: Nguyễn Kiên 7 9/26/2015 3- Khái niệm cơ bản về cơ học lƣợng tử
3.1- Hàm sóng – phƣơng trình sóng Schrodinger
Trạng thái của hệ vĩ mô sẽ hoàn toàn được xác định nếu biết
quỹ đạo và vận tốc chuyển động của nó. Trong khi đó đối với những
hệ vi mô, do bản chất sóng – hạt và nguyên lí bất định, khái niệm
quỹ đạo không còn ý nghĩa nữa.
Trong cơ học lượng tử trạng thái của electron quanh nhân
nguyên tử được mô tả bằng một hàm xác định gọi là hàm sóng hay
hàm trạng thái [x,y,z] [đọc là: Pơxi].
Hàm sóng nhận được khi giải phương trình sóng Schrodinger
[ Là phương trình mô tả trạng thái chuyển động của hạt vi mô trong không
gian. Đó là phương trình sóng do nhà bác học Áo Schrodinger đưa ra năm
1926]. Phương trình có dạng như sau:
2 2 8 2 m
2 2 2 [ E U ] 0 [2.5]
x 2
y
z
h
2 U: Thế năng của hạt
E: Năng lượng toàn phần của hạt
m: Khối lượng của hạt biên soạn: Nguyễn Kiên Giải phương trình sóng Schrodinger trên tọa độ cầu ta
được các hàm [r,,] , từ đó ta thấy hàm phụ thuộc vào các
đại lượng:
- Năng lượng toàn phần E;
- Mô men động lượng M,
- Hình chiếu mô men động lượng Mz của electron.
Trong các biểu thức tính các đại lượng này xuất hiện những con
số nguyên tương ứng gọi là những số lượng tử biên soạn: Nguyễn Kiên 8 9/26/2015 3.2 - Ý nghĩa các số lƣợng tử
Như đã nói ở trên các số lượng tử xuất hiện trong quá trình
giải phương trình Schrodinger để tìm một số đại lượng đặc
trưng cho một hàm sóng .
Từ đó ta rút ra: mỗi hàm sóng được đặc trưng bởi 4
tham số: n, l, m, và ms gọi là các số lượng tử.
a- Số lượng tử chính n.
- Số lượng tử chinh n xác định năng lượng của electron
trong ngtử theo biểu thức: En Trong đó:
-m là khối lượng của điện tử, m = 9,108.10-28 [g].
- e là điện tích của điện tử bằng , e = -1,6.10-19C
- h là hằng số Planck, h = 6,62.10-27erg.s. 2π 2 mZ 2e 4
[erg ]
n 2h 2 biên soạn: Nguyễn Kiên Nếu năng lượng được tính ra jun [J] thì có dạng:
En 2π 2 Z2 me 4 2
k
n 2h 2 k-hằng số cân bằng điện tích
k=9.109 J.m/c2 Nếu năng lượng được tính ra electron vol [eV] và với nguyên tử 1e [Z=1],
thì biểu thức được viết gọn dưới dạng đơn giản: En 13,6
[ev]
n2 [1eV = 1,6.10-19 J ]. Như vậy, năng lượng của electron chỉ phụ thuộc vào số lượng tử chính n.
- Số lượng tử chính n nhận các giá trị từ 1,2,3,…,n. - Các có cùng n sẽ có cùng mức năng lượng.
n
1
2
3
4
Kí hiệu lớp K Mức năng lượng E1 5……. L M N O……. E2 E3 E4 E5….. n En biên soạn: Nguyễn Kiên 9 Lớp học phần VNUA-Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 9/26/2015 //sites.google.com/site/lophocphank57vnua/
Giá trị n càng lớn thì năng lượng càng cao nên lelectron ở lớp năng lượng
này càng xa hạt nhân [càng kém bền].
Như vậy:
- Đối với ngtử hiđro hay ion 1 electron: n đặc trưng cho mức năng lượng E của
electron của ngtử hay ion.
- Đối với ngtử nhiều electron, ngoài sự tương tác các electron với hạt nhân còn
sự tương tác với các electron với nhau, nên nặng lượng của electron lúc này
phụ thuộc vào 2 số lượng tử là số lượng tử chính n và số lượng tử phụ l. Vì vậy,
trong trường hợp này giá trị n chỉ đặc trưng cho mức năng lượng trung bình của
các electron trong 1 lớp. biên soạn: Nguyễn Kiên b- Số lượng tử phụ l.
Số lượng tử phụ l xác định mômen động lượng của electron
trong biểu thức: M [ 1] . h
2π [2.10] Như vậy:
- l xác định momen động lượng obital của electron. Chính là hình
dạng của các obitan nguyên tử.
- số lượng tử phụ l nhận giá trị 0,1,2..., n-1 . Do vậy, số lượng tử phụ
l còn xác định phân mức năng lượng của phân lớp điện tử trong lớp
n.
Để tiện sử dụng người ta dùng các chữ cái thường để kí hiệu
các phân lớp e trong nguyên tử.
Thí dụ: Khi l = 0 ký hiệu phân lớp e : s
Khi l = 1 ký hiệu phân lớp e : p
Khi l = 2 ký hiệu phân lớp e : d
Khi l = 3 ký hiệu phân lớp e : f
Để phân biệt các phân lớp cùng tên trong các lớp khác nhau,
người ta đặt trước các chữ đó bằng số lượng tử chính.
biên soạn: Nguyễn Kiên 10 This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Video liên quan