Nguyên tử nhiều electron, Từ tính của nguyên tử - Lê Quang Nguyê

Nội dung text: Nguyên tử nhiều electron, Từ tính của nguyên tử - Lê Quang Nguyê

1. I. Nguyên tử nhiều electron 1. Trạng thái của electron Nguyên tử nhiều electron, 2. Năng lượng của electron Từ tính của nguyên tử 3. Các đại lượng vật lý 4. Cấu hình electron Lê Quang Nguyên 5. Nguyên tử kim loại kiềm www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen 6. Câu hỏi nguyenquangle59@yahoo.com 1. Trạng thái (hàm sóng) của electron 2. Mức năng lượng • Năng lượng tăng theo tổng (n + l). • Trạng thái của electron được xác định bởi bốn 5s số lượng tử n, l, m, và ms. • Nếu có cùng tổng (n + l) thì mức có Tên gọi Giá trị Số giá trị n nhỏ là mức thấp hơn. 4p l = 0 l = 1 l = 2 l = 3 l = 4 3d Số lượng tử chính n 1, 2, ∞ ∞ n = 1 1s 4s Số lượng tử quỹ đạo l 0, 1, ( n – 1) n n = 2 2s 2p 3p n = 3 3s 3p 3d Số lượng tử từ m 0, ±1, ±l 2l + 1 3s n = 4 4s 4p 4d 4f 2p Số lượng tử spin ms ±½ 2 n = 5 5s 5p 5d 5f 5g 2s 1s
2. 4b. Ví dụ 1 4b. Ví dụ 2 • Mức 2s (n = 2, l = 0) có tối đa Orbital là nhóm • Mức 3p (n = 3, l = 1) có tối đa bao nhiêu bao nhiêu electron? hai trạng thái có electron? • (2l + 1) × 2 = 2 electron trong cùng ba số • (2l + 1) × 2 = 6 electron trong ba orbital . một orbital . lượng tử n, l và m. • (3, 1, 0, ½), (3, 1, 0, − ½). • (2, 0, 0, ½) và (2, 0, 0, − ½). • (3, 1, 1, ½), (3, 1, 1, − ½). − Hai e trong một orbital có spin • (3, 1, − 1, ½), (3, 1, − 1, − ½). ngược chiều gọi là hai e − “kết cặp”. n = 2, l = 0, m = 0 m = 0 m = 1 m = −1 4c. Cấu hình electron – 1 4c. Cấu hình electron – 2 • Cấu hình electron: cách sắp xếp electron vào • Quy tắc Hund : khi có nhiều orbital có cùng các mức năng lượng từ thấp đến cao khi năng lượng, chúng được lấp đầy sao cho số nguyên tử ở trạng thái không kích thích. electron không kết cặp là tối đa. Electron kết Electron không kết cặp cặp
3. 6. Câu hỏi 2 6. Câu hỏi 3 Lớp M có bao nhiêu lớp con, trong đó lớp con nào Electron trong nguyên tử đang ở trạng thái d thì chứa nhiều e− nhất, lớp con này chứa tối đa bao momen động có giá trị nào sau đây và có mấy khả nhiêu e−? năng định hướng trong không gian: (a) 2 lớp con, lớp p, tối đa 2 e−. (a) L = 0, 1 khả năng định hướng. (b) 3 lớp con, lớp d, tối đa 10 e−. (b) L = 21/2ħ, 3 khả năng định hướng. (c) 4 lớp con, lớp f, tối đa 14 e−. (c) L = 61/2ħ, 5 khả năng định hướng. (d) Chưa thể trả lời vì chưa biết có để ý đến spin (d) L = 2(3)1/2ħ, 7 khả năng định hướng. hay không. 6. Trả lời câu hỏi 3 6. Câu hỏi 4 Electron hóa trị trong nguyên tử Li, khi chuyển từ • l = 2 → L=ℏ l( l +1) = ℏ 6 mức nD xuống mức thấp hơn, có thể phát ra vạch • m có (2l + 1) = 5 giá trị → Lz = ħm có 5 giá trị quang phổ có tần số thỏa công thức: z (a) hν = 2S − nD 2ħ m = 2 (b) hν = 2P − nD ħ m = 1 (c) hν = 3F − nD m = 0 (d) hν = 2F − nD –ħ m = –1 –2ħ m = –2 • (a) không thỏa quy tắc chọn lọc Δl = ±1 • (c) và (d) sai vì không tồn tại mức 3F và 2F
4. 1b. Momen từ spin 1b. Hình chiếu momen từ spin • Electron tự quay tạo nên một dòng điện, • Hình chiếu của momen từ spin trên một trục momen từ của dòng điện này được gọi là cũng bị lượng tử hóa: momen từ spin . ℏ µ =−e =− e • Giữa momen từ spin và momen động spin có szS z2 m s me2 m e mối liên hệ sau: e • hay: µ = − S s me µ=− µ =± 1 sz2m s B m s 2 • Minh họa 1c. Năng lượng từ 2. Hiệu ứng Zeeman – 1 • Momen từ μ đặt trong từ trường B hướng theo • Trong từ trường ngoài, năng lượng của trục z sẽ có thêm một năng lượng từ U: electron trở thành: U= −µ ⋅ B EE′ = −µ BE = + mB µ nl z nl B = − µ Uz B • với Enl là năng lượng khi B = 0. • Khi B ≠ 0 năng lượng của electron phụ thuộc vào ba số lượng tử n, l và m. •
   Trong từ trường mỗi mức năng lượng Enl tách thành (2l + 1) mức.
5. 3a. Tương tác spin-quỹ đạo (tt) 3b. Cấu trúc tế vi • Mỗi mức năng lượng có l ≠ 0 đều tách thành hai Xét dịch chuyển Khi có tương tác spin-quỹ đạo mức, mức có j lớn hơn là mức cao hơn. 2s − 3p của Li j = 3/2 n l j Mức 3p j = 1/2 2 1 0 1/2 1 s1/2 2 0 1/2 2 s1/2 2 2 1/2 2 p1/2 1 2s j = 1/2 2 3/2 2 p3/2 Hai vạch phổ ( vạch kép ) rất gần nhau, tạo nên cấu trúc tế vi của phổ 4. Câu hỏi 1 4. Trả lời câu hỏi 1 Vạch quang phổ có tần số ν, thỏa công thức hf = Khi có tương tác spin-quỹ đạo 3D – 5F, khi để ý đến spin sẽ tách thành: j = 7/2 (a) 2 vạch 5f j = 5/2 (b) 4 vạch (c) 3 vạch X (d) không bị tách j = 5/2 3d j = 3/2 Câu trả lời đúng là (c)
6. 4. Trả lời câu hỏi 4 • Các electron có momen từ vuông góc với từ trường ngoài sẽ không bị từ trường ảnh hưởng. Các vạch phổ không bị tách làm ba bởi hiệu ứng Zeeman. • Câu trả lời đúng là (d).