Nội dung

Hóa học đại cương 1 Quang Hoạt động của GV và SV Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Nội dung bài dạy Bài 1: MỘT SỐ CƠ SỞ I. Hai nguyên lí GV: Nội dung của nguyên lí 1. Nguyên lí không phân biệt các hạt đồng nhất không phân biệt các hạt đồng - Các electron là các hạt đồng nhất, không thể phân biệt nhất? được - Việc ghi số thứ tự các electron là việc có tính chất quy ước 2. Nguyên lí phản đối xứng GV: - Thế nào là hàm sóng phản - Xét đầy đủ mỗi eletron có hai toạ độ: tọa độ không gian   r r và toạ độ spin đặc trưng bởi . Toạ độ q= ,   đối xứng và hàm sóng đối  xứng? - Hàm sóng toàn phần mô tả trạng thái của hệ nhiều e là hàm phản đối xứng hay đối xứng.  - Xét hệ 2 e, quy ước e1 có toạ độ q1, e2 có toạ độ q2 Nếu ta đặt e1 trước e2 sau thì hàm sóng mô tả trạng thái hệ 2e này là  (q1 , q2 ) . Nếu ta đặt e2 trước e1 thì hàm sóng mô tả trạng thái hệ 2 e này là  (q2 , q1 ) . Theo nguyên lí không phân biệt các hạt đồng nhất vừa xét, khả năng tìm thấy hệ 2 e ở trạng thái đó là như nhau: 2   q1 , q2    q2 , q1  2    q1 , q2    q2 , q1  Hoặc:   q1 , q2     q2 , q1  Nếu   q1 , q2    q2 , q1  ; hàm sóng là hàm đối xứng Nếu   q1 , q2     q2 , q1  , hàm sóng là hàm phản đối xứng Nguyên lí: Thực nghiệm cho biết hàm sóng toàn phần mô tả trạng thái hệ các electron là hàm phản đối xứng đối với sự đổi chỗ cho hai electron bất kì của hệ đó. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang Giảng viên: Ths Nguyễn Văn II. Sự gần đúng tron việc giải bài toán hệ nhiều electron 1. Mô hình hạt độc lập Trong hệ nhiều electron, hạt nhân được coi là đứng yên, xét chuyển động của từng electron trong trường lực - Cho biết nội dung của sự gần được tạo ra bởi hạt nhân và các electron còn lại đúng Bocnơ- Openhaimơ? ^ Toán tử Hamintơn: H  1 N 2  p  2 p 1 N Z N N 1    p 1 rq p 1 q 1 rpq 2. Phương pháp gần đúng Xlâytơ GV bổ sung: Các nguyên tử có - Phương pháp gần đúng để xác định hàm bán kính Rnl và nhiều e , ngoài lực hút giữa hạt năng lượng tương ứng của obitan đó năng lượng Enl nhân với e còn có các lực đẩy Công thức xác định hàm bán kính: này làm giảm lực hút của hạt * * Rnl (r ) cr n  1.e  ( Z  b ) r / n a0 giữa các e với nhau. Lực đẩy Năng lượng 1e ở trạng thái được mô tả bởi hàm Rnl: nhân với e. Ta nói: e bị chắn lẫn En  nhau, hiệu ứng chắn  Z  b 2 * 2 n  2 e02  Z  b  (eV ) .  13, 6 2 2a0  n*  - Ví dụ 1: Dựa vào phương pháp Z: số đơn vị điện tích của nguyên tử gần đúng Slater. Hãy xác định b: Hằng số chắn điện tích hiệu dụng Z* cho các Z - b: Số đơn vị điện tích hạt nhân hiệu dụng trường hợp sau: n*: là số lượng tử chính hiệu dụng a. N (Z =7) c: là hằng số b. Fe (Z =26) a0: bán kính Bo thứ nhất Giải: e0: điện tích cơ bản Khi tính điện tích hiệu dụng Quy tắc gần đúng để xác định n* và b như sau: người ta xếp cấu hình e theo a. Xác định số lượng tử hiệu dụng n* theo bảng sau: lớp: n 1 2 3 4 5 6 (1s),(2s,2p),(3s,3p),(3d), (4s,4p), n* 1 2 3 3,7 4,0 4,2 b. Xác định hằng số chắn b 2 2 3 Với N : 1s 2s 2p - Các hàm AO được chia thành các nhóm như sau: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang Z*1s = 7 - 0,3.1= 6,7 Z*2s,2p = 7- 5.0,35 - 2.0,85 =3,9 Làm tương tự với Fe Giảng viên: Ths Nguyễn Văn (1s), (2s, 2p), (3s, 3p), (3d), (4s, 4p), (4d, 4f)…. Các AO trong cùng một nhóm được coi có cùng hàm Rnl - Trị số hằng số chắn b đối với 1e đang xét sẽ bằng tổng số các trị số góp của các e khác, như sau: - Ví dụ 2: Từ cấu hình electron của He 1s2 hãy: + Các e ở nhóm AO ngoài nhóm AO đang xét có trị số góp bằng 0 a. Tính năng lượng He theo eV + Mỗi e ở cùng AO với e được xét góp một lượng 0,35 b. Tính giá trị của He theo riêng 1 e trên cùng AO 1s chỉ góp 0,30 phương pháp Slater rồi so sánh + Lượng góp của mỗi e ở AO bên trong so với AO kết quả với phần a và với giá trị đang xét: thực nghiệm E = -79 eV ở lớp n có trị số nhỏ hơn n của lớp đang xét 1 góp 0,85 - Ví dụ 3: hãy xác định điện tích ở lớp n có trị số nhỏ hơn n của lớp đang xét từ 2 trở hiệu dụng với các nhónm phân lên góp 1 lớp tương ứng có thể có và tổng + Nếu AO đang xét là AO d hay AO f thì mỗi e ở AO năng lượng đối với nguyên tử Cl trong góp 1,0 vào b ở trạng thái cơ bản. 3. Sơ lược về phương pháp trường tự hợp Hactơri- - Ví dụ 4: áp dụng phương pháp Fôc gần đúng Slaytơ, hãy: a. Xác định năng lượng các phân lớp, năng lượng e của nguyên tử K b. Xác định năng lượng ion hoá thứ nhất. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang Giảng viên: Ths Nguyễn Văn GV: Cấu hình electron là gì? Dựa trên những cơ sở nào? Bài 2: CẤU HÌNH ELECTRON I. Khái niệm Sơ đồ biểu diễn sự phân bố e theo đồng thời các số lượng tử n, l được gọi là cấu hình electron của nguyên tử GV: Hãy cho biết nội dung của II. Một số cơ sở nguyên lí vững bền? 1. Nguyên lí vững bền hay nguyên lí năng lượng cực tiểu Trong nguyên tử e chiếm mức năng lượng thấp trước, tiếp đến các mức năng lượng cao hơn. Trạng thái hệ có GV: Bằng sơ đồ thích hợp hãy năng lượng thấp nhất là trạng thái cơ bản. trình bày nội dung của quy tắc 2. Quy tắc Klechknowski Klechkowski? Năng lượng của phân mức Enl tăng theo sự tăng của trị VD: Hãy dựa vào quy tắc trên số tổng (n+ l); nếu hai phân mức có cùng trị của tổng (n+ sắp xếp phân lớp 2s, 2p, 3s? l ) thì Enl tăng theo sự tăng của n. Với 2s có n + l = 2 Trong đó n : số lượng tử chính, l: số lượng tử phụ 2p có n +l =3, 3s có n+l = 3 Thứ tự: 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p … Vậy 2s trước, 2p và 3s có tổng bằng nhau nhưng n(2p)< n(3s) Do đó : 2s 2p 3s 7s 7p 6s 6p 6d 5s 5p 5d 5f 4s 4p 4d 4f 3s 3p 3d 2s 2p 1s Ens < E(n-2)f < E(n-1)d < Enp Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang VD: Với n=2 + l = 0, 2s Giảng viên: Ths Nguyễn Văn 3. Nguyên lí Pauli Mỗi AO bị chiếm nhiều nhất bởi 2e có trạng thái biểu + l= 1, 2p thị bằng trị số ms ngược dấu nhau. Mỗi AO kí hiệu là một ô lượng tử ( hoặc một ô vuông) Những AO có cùng năng lượng được viết kề nhau thành một khối VD: Có bao nhiêu cách phân bố Những AO có năng lượng khác nhau được viết tách biệt 3 e vào phân lớp p? Trường hợp 4. Quy tắc Hun 1 ( Smax) nào đúng theo quy tắc Hun? - Khi chiếm các AO, các electron có khuynh hướng tạo - Có nhiều cách phân bố 3 e vào ra nhiều nhất số electron độc thân các AO p. Một số trường hợp - Cách khác: Các electron được phân bố vào các obitan như ở dưới. Trong đó theo cách sao cho tổng spin của chúng đạt giá trị lớn nhất (cực đại) 3 độc thân cùng hướng có Smax= 3/2 Nếu hệ có n electron độc thân thì spin S = 1/2. n - Trường hợp 2 e chiếm một AO: e ghép đôi - Trường hợp mỗi e chiếm một AO, e độc thân III. Số electron trong một lớp, phân lớp 1. Lớp - Các e trên cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau Thứ tự các lớp được ghi bằng các số nguyên n= 1 2 3 4 5 Tên: K L M N O - Số e tối đa trên một lớp 2n2 GV: Số e tối đa trên các phân 2. Phân lớp lớp? Các e trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau Mỗi lớp được chia thành các phân lóp kí hiệu bằng các chữ cái viết thường:s, p, d, f - Trong một phân lớp, số e nhiều nhất là 2(l+1). Phân lớp s: có tối đa 2 e; Phân lớp p có tối đa 6 e Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Phân lớp d có tối đa 10 e; Phân lớp f có tối đa 14 e Phân lớp electron có đủ số e cực đại được gọi là phân lớp bão hoà. Vỏ bão hoà được gọi là vỏ kín, vỏ chưa bão hoà được gọi là vỏ mở. IV. Cách viết - Quy ước cách viết cấu hình e nguyên tử: + Số thứ tự phân lớp được viết bằng các chữ số 1, 2, 3… + Phân lớp được kí hiệu bằng chữ cái thường s, p ,d ,f + Số electron được ghi bằng chỉ số ở phía trên bên phải kí hiệu của phân lớp GV: Cách xác định số lượng e ? - Cách viết: Trong nguyên tử số e = Z + Xác định số lượng e Ion dương: e = Z - điện tích ion + Các e được phân bố theo thứ tự tăng dần các mức năng Ion âm: e = Z + điện tích ion lượng AO theo các nguyên lí và quy tắc - VD: Hãy viết cấu hình e đầy + Viết cấu hình e theo thứ tự các phân lớp trong một lớp đủ của 26Fe, Fe2+, Fe3+? và theo thứ tự của các lớp e. - Viết cấu hình và phân bố vào ô - Có thế viết cấu hình e theo các cách: lượng tử, nhận xét của 29Cu, 24Cr + Viết cấu hình e đầy đủ: viết đầy đủ sự phân bố e vào Giải: các lớp từ lớp 1 đến n Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1 + Viết cấu hình e rút gọn: viết theo cấu hình của khí Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1 hiếm đứng đằng trước - Cấu hình 1s22s22p6 có thể là + Viết cấu hình dưới dạng ô lượng tử: viết dưới dạng của vi hạt nào? Nêu ví dụ cụ chữ, sau đó phân bố vào các ô lượng tử theo quy tắc Hun thể? và Pauli Chú ý: các nguyên tố có cấu hình (n-1)d4ns2, (n-1)d9ns2 Giải: - Nguyên tử: Ne có sự chuyển 1e từ lớp ns bên ngoài để đạt cấu hình nửa - Ion dương: Na+, Mg2+, Al3+.. bão hoà hoặc bão hoà của phân lớp bên trong. - Ion âm: F-, O2-, N3- Trạng thái kích thích là trạng thái có sự chuyển dời của e từ mức năng lượng thấp nên mức năng lượng cao hơn. Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Quang GV: Nhận xét gì về lớp vỏ V. Vỏ electron Giảng viên: Ths Nguyễn Văn electron ngoài cùng và tính chất - Electron lớp vỏ ngoài cùng quyết định tính chất hoá hoá học của nguyên tố? học của một nguyên tố + Số e lớp vỏ ngoài cùng bằng 8: khí hiếm ( trừ He) + Số e lớp vỏ ngoài cùng bằng 1, 2, 3: kim loại + Số e lớp vỏ ngoài cùng bằng 5, 6, 7: phi kim + Số e lớp vỏ ngoài cùng bằng 4 có thể là kim loại hoặc GV: Xác định số e hoá trị đối phi kim với các nguyên tố: Fe, Cu, Ca, - Electron hoá trị là những electron có khả năng tham gia O? hình thành liên kết hoá học. Chúng thường nằm ở lớp ngoài cùng hoặc ở cả phân lớp sát ngoài cùng nếu phân lớp đó chưa bão hoà. V. Rút kinh nghiệm giờ dạy: Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang CHƯƠNG V: NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON 8 tiết (4 lí thuyết, 4 bài tập) Ngày soạn: 15/10/2010 Ngày giảng: 15/11/2010-27/11/2010 I. Mục tiêu bài giảng Sau khi học xong chương này SV cần nắm được: 1. Kiến thức - Các nguyên lí: không phân biệt các hạt đồng nhất, nguyên lí phản đối xứng. - Nắm chắc và vận dụng tốt mô hình hạt độc lập và sự gần đúng của lời giải phương trình Srođingơ cho hệ nhiều electron. - Nắm và giải thích được bốn cơ sở viết cấu hình electron, viết được cấu hình electron và một số trường hợp bất thường. 2. Kĩ năng - Viết cấu hình electron - Cách biểu diễn electron vào các ô lượng tử theo các nguyên lý và quy tắc II. Phương pháp giảng dạy - Phương pháp tiên đề - Đàm thoại ôn tập củng cố (kiến thức trong chương chủ yếu là đã được tìm hiểu ) - Vận dụng làm bài tập - Phương pháp thuyết trình III. Chuẩn bị - GV: giáo án, giáo trình - SV: Giáo trình, bài chuẩn bị IV. Nội dung bài giảng Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh