Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 33: Mẫu nguyên tử Bo (Bản chuẩn kiến thức)

MẪU NGUYÊN TỬ BO 
 Phần ghi bài : chữ màu đen hoặc  
Kiểm tra bài cũ 
Phát biểu nội dung thuyết lượng tử ánh sáng của Anhstanh ? 
 Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn 
Nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng 
 Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf 
Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ ánh sáng 
c = 3.10 8 m/s dọc theo các tia sáng 
 Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn 
Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên 
Vậy nguyên tử (phân tử) được cấu tạo như thế nào ? 
Cơ chế hoạt động của chúng ra sao mà phát xạ hay hấp thụ các phôtôn và tạo ra hiện tượng quang phổ vạch ? 
MẪU NGUYÊN TỬ BO 
MÔ HÌNH HÀNH TINH LÀ GÌ ?? 
I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ 
HỆ MẶT TRỜI 
- Mặt trời là trung tâm của hê ̣ ( thiên thê ̉ duy nhất nóng sáng ). 
- Có các hành tinh quay xung quanh mặt trời 
RUTHERFORD 
MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ CHO NGUYÊN TỬ HYĐRÔ 
 Hạt Nhân (+) 
 Electron(-) 
Quỹ đạo của electron 
THEO ÔNG 
* Lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và electron là lực hướng tâm giữ cho electron chuyển động trên quỹ đạo tròn 
* Năng lượng của nguyên tử gồm động năng electron và thế năng tương tác của eletron với hạt nhân 
MẪU HÀNH TINH NGUYÊN TỬ CHO 1 SỐ NGUYÊN TỐ HÓA HỌC. 
NITƠ 
I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ 
 - Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford: Các electron (-) chuyển động xung quanh hạt nhân (+). 
 - Hạn chế : Không giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử Hyđrô 
+ Nhược điểm 1 : Theo thuyết sóng, electron chuyển động có gia tốc xung quanh hạt nhân nên phát sinh sóng điện từ  sóng mang theo năng lượng  năng lượng nguyên tử giảm  thế năng giảm  bán kính giảm  electron rơi vô nhân  nguyên tử bị phá vở 
Boom 
+Nhược điểm 2: bán kính quỹ đạo của electron giảm liên tục  năng lượng nguyên tử giảm liên tục  sóng điện từ phát ra có tần số thay đổi liên tục  Hydro chỉ có quang phổ liên tục ( thực tế có cả quang phổ vạch ) 
Theo thuyết sóng điện từ hạt điện tích chuyển động thì có khả năng bức xạ sóng điện từ. 
Vậy sóng này mang năng lượng đi hết, bán kính quỹ đạo của e - giảm dần, thì dẫn đến tình trạng gì cho nguyên tử ? 
Niels Bohr 
Để khắc phục những khó khăn của mẫu nguyên tử Rutherford , năm 1913, Bohr vận dụng thuyết lượng tử và việc nghiên cứu quang phổ vạch Hidro để xây dựng mẫu nguyên tử Bo (Bohr) bằng cách bổ sung thêm hai tiên đề vào mẫu hành tinh nguyên tử 
I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ 
 - Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford : Các electron mang (-)chuyển động xung quanh hạt nhân (+) 
 - Hạn chế : Không giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử Hyđrô 
 - Mẫu nguyên tử Bo : Mẫu hành tinh nguyên tử + hai tiên đề 
Tiên đề vật lý là gì ? 
Những giả thiết vật lý, chỉ chấp nhận, không chứng minh ! 
- Đối với nguyên tử hiđrô 
II. CÁC TIÊN ĐỀ CỦA BO VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 
1. Tiên đề về các trạng thái dừng 
 TIÊN ĐỀ : Nguyên tử chỉ tồn tại trong 1 số trạng thái có năng lượng xác định , gọi là các trạng thái dừng . Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ. 
r n = n 2 r 0 
r 0 = 5,3.10 -11 m gọi là bán kính quỹ đạo Bo , n = 1,2,3,4,5,..... 
n = 1  Trạng thái dừng cơ bản, năng lượng nguyên tử thấp nhất 
  Nguyên tử bền vững nhất 
n = 2,3...  Trạng thái dừng kích thích, n càng lớn ( electron càng xa nhân), năng lượng nguyên tử càng cao Nguyên tử càng kém bền vững( thời gian tồn tại ở các trạng này là 10 -8 s ) 
 ĐỂ NGUYÊN TỬ BỀN VỮNG THÌ ELECTRON CHUYỂN ĐỘNG TRÊN QUỸ ĐẠO CÓ BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ KHÔNG ? VÌ SAO ? 
Mỗi quỹ đạo đó có một năng lượng xác định và phân tử không bức xạ gọi là trạng thái dừng 
BO ĐƯA RA TIÊN ĐỀ VỀ TRẠNG THÁI DỪNG NHƯ THẾ NÀO ? 
(Học theo sách giáo khoa) 
+HỆ QUẢ : Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, êlectron chỉ chuyển động trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng. 
n 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
BKquỹ đạo 
r n = n 2 r 0 
r 0 
4r 0 
9r 0 
16r 0 
25r 0 
36r 0 
Mức năng lượng 
E 1 
E 2 
E 3 
E 4 
E 5 
E 6 
Tên quỹ đạo 
K 
L 
M 
N 
O 
P 
n = 1 (K) E 1 
n = 2(L) E 2 
n = 3 (M) E 3 
n = 4 (N) E 4 
n = 5 (O) E 5 
- Khi electron chuyển động trên quỹ đạo K gần nhân nhất  ứng với trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản  nguyên tử bền vững nhất  electron không rơi vô nhân  Nguyên tử bền vững 
DỰA VÀO TIÊN ĐỀ VỀ TRẠNG THÁI DỪNG, GIẢI THÍCH TÍNH BỀN VỮNG NGUYÊN TỬ ? 
Khi electron chuyển động trên các quỹ đạo xa nhân hơn ( L,M,N..) ứng với các trạng thái kích thích  Nguyên tử kém bền vững ( thời gian tồn tại 10 -8 s) 
 tương ứng electron chuyển dần từ quỹ đạo xa nhân về gần nhân  cuối cùng về quỹ đạo K  electron cũng không rơi vô nhân  Nguyên tử bền vững 
sau đó nguyên tử chuyển dần về trạng thái năng lượng thấp  cuối cùng về trạng thái cơ bản. 
2. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử 
- TIÊN ĐỀ : Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng (E n ) sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn (E m ) thì nó phát ra 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E n - E m : 
 = hf nm = E n - E m 
- Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng E m thấp hơn mà hấp thụ được 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu E n - E m thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn E n . 
E n 
E m 
hf nm 
hf nm 
(Học theo sách giáo khoa) 
 ĐỂ GIẢI THÍCH ĐƯỢC SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ VÀ HẤP THỤ CỦA NGUYÊN TỬ HIDRÔ, BO ĐƯA RA TIÊN ĐỀ VỀ BỨC XẠ VÀ HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG 
III. QUANG PHỔ PHÁT XẠ VÀ QUANG PHỔ HẤP THỤ CỦA NGUYÊN TỬ HIDRO 
Quang phổ nguyên tử Hydro gồm ba dãy : 
Dãy Laiman : nằm ở vùng tử ngoại. 
Dãy Banme một phần nằm ở vùng tử ngoại, một phần nằm ở vùng ánh sáng nhìn thấy gồm 4 vạch đỏ , lam , chàm , tím. 
Dãy Pasen: vùng hồng ngoại 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
1> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ 
L 
 M 
O 
 P 
 N 
 = E n - E m 
 K 
E cao 
E thấp 
 QUAN SÁT MÔ HÌNH VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VẠCH QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ HIDRÔ KHI NGUYÊN TỬ PHÁT XẠ NĂNG LƯỢNG 
Khi electron chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng thấp thì nó phát ra một photon có năng lượng hoàn toàn xác định : hf = E cao – E thấp 
Mỗi photon có tần số f tương ứng với một ánh sáng đơn sắc có bước sóng  ứng với một vạch màu xác định. 
1> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH PHÁT XẠ 
Vận dụng tiên đề bức xạ, giải thích sự hình thành quang phổ vạch của hidro ( tức là mỗi vạch quang phổ có một tần số hay bước sóng xác định) ?? 
2> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ HẤP THỤ 
Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, quang phổ vạch hấp thụ của Hirô có 4 vạch đen trên các nền đỏ, lam ,chàm, tím của quang phổ liên tục 
M 
O 
P 
N 
K 
L 
	ÁNH SÁNG TRẮNG 
 QUAN SÁT MÔ HÌNH VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH QUANG PHỔ VẠCH HẤP THỤ CỦA NGUYÊN TỬ HIDRÔ KHI NGUYÊN TỬ HIDRÔ HẤP THỤ PHÔTÔN TRONG CHÙM ÁNH SÁNG TRẮNG ( HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG) 
E thấp 
E Cao 
Nếu một nguyên tử Hydro đang ở mức năng lượng thấp E thấp mà nằm trong chùm sáng trắng có tất cả các photon từ lớn đến nhỏ khác nhau, nó sẽ hấp thụ ngay một photon có năng lượng đúng bằng hiệu E cao - E thấp để nhảy lên mức nang lượng E cao 
  có một sóng ánh sáng bị hấp thụ , làm trên quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối. 
2> SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ HẤP THỤ 
Vận dụng tiên đề hấp thụ , giải thích sự hình thành quang phổ vạch hấp thụ của hidro?? 
?  1. Chọn câu sai trong tiên đề về các trạng thái dừng . 
A. Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định gọi là các trạng thái dừng. 
B. Trong các trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ năng lượng. 
C. Trong các trạng thái dừng, electron chuyển động trên các quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định. 
D. Trong trạng thái dừng, electron dừng lại không chuyển động. 
? 
2>. Phát biểu nào sau đây là đúng ? Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ năng lượng của nguyên tử có nội dung là: 
A. Nguyên tử hấp thụ phôton thì chuyển trạng thái dừng. 
B. Nguyên tử bức xạ phôton thì chuyển trạng thái dừng. 
C. Mỗi khi chuyển trạng thái dừng nguyên tử bức xạ hoặc hấp thụ photon có năng lượng đúng bằng độ chênh lệch năng lượng giữa hai trạng thái đó 
D. Nguyên tử hấp thụ ánh sáng nào thì sẽ phát ra ánh sáng đó. 
 ? 3> Xét nguyên tử Hyđrô ở trạng thái như hình vẽ. Hiện tượng gì xảy ra khi electron chuyển xuống trạng thái có mức năng lượng thấp hơn? 
@ Nguyên tử Hyđrô sẽ bức xạ một phôtôn 
 Với những thành công của mẫu nguyên tử Bohr, Bohr đã đứng vào hàng ngũ những nhà khoa học thiên tài cùng Albert Einstein Sau khi Bohr mất (1963), chính phủ Đan Mạch đã tổ chức nhiều hoạt động tưởng nhớ và đưa hình ông lên tem, điều mà trước đây chỉ dành cho các chính trị gia và các thành viên hoàng tộc mà thôi. Công thức ông đưa ra đã là nền tảng cơ bản cho vật lí nguyên tử phát triển mạnh mẽ suốt thế kỉ 20.