Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài: Ứng dụng của thuyết lượng tử trong nguyên tử Hyđrô (Bản hay)

CÁI GÌ ĐÂY? 
H  
H b 
H  
H d 
Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử Hidrô 
Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford:  Các điện tử quay quanh nhân như hành tinh quay quanh mặt trời .  Nguyên tử không bền vững – không phát xạ quang phổ vạch 
ỨNG DỤNG CỦA THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGUYÊN TỬ HYDRÔ 
I. Mẫu nguyên tử Bo (Bohr) 
II. Giải thích sự tạo thành quang 	 phổ vạch của Hidro 
By ~1932 
I. Mẫu nguyên tử Bo (Bohr) : 
Dựa trên mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford và ý tưởng thuyết lượng tử , Bohr đã bổ sung thêm 2 tiên đề : 
1) Tiên đề về các trạng thái dừng :  
Nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng lượng xác định gọi là trạng thái dừng . Trong các trạng thái dừng , nguyên tử không bức xạ . 
Trạng thái dừng có năng lượng càng thấp thì càng bền vững . 
 2) Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử : 
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng E m sang trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn E n ( E m >E n ) thì nguyên tử phát ra 1 phôton có năng lượng đúng bằng hiệu E m –E n . 
= hf mn = E m –E n 
 f mn : tần số ánh sáng ứng với phôton đó 
Ngược lại , nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng thấp E n mà hấp thụ được 1 phôton có năng lượng bằng đúng hiệu E m –E n thì nó sẽ chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng E m lớn hơn . 
Sự phát xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử 
E m 
E n 
hf mn 
hf mn 
hf mn = E m - E n 
 Hệ quả quan trọng : “ Trong các trạng thái dừng của nguyên tử , electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng .” 
Quỹ đạo có bán kính lớn có năng lượng lớn , bán kính nhỏ có năng lượng nhỏ . 
 Đối với nguyên tử Hydrô , bán kính các quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp . 
Quĩ đạo K : E 1 = -13,6 eV 
Quĩ đạo L : E 2 = -3,4 eV 
Quĩ đạo M : E 3 = -1,51 eV 
Tên quỹ đạo(n =) 
K(1) 
L(2) 
M(3) 
N(4) 
O(5) 
P(6) 
(n). 
Bán kính 
r o 
4r o 
9r o 
16r o 
25r o 
36r o 
n 2 r o 
Năng lượng ( eV ) 
- 13,6 
-3,4 
-1,51 
-0,85 
- 0,54 
-0,38 
- 13,6/n 2 
Với r o =5,3.10 –11 (m)= 0,53A 0 : bán kính Bohr . 
II. Giải thích sự tạo thành quang phổ vạch của Hydro : 
1)Mô tả quang phổ vạch của Hydro: 
 gồm các dãy xác định tách rời nhau : 
Dãy Lyman: trong vùng tử ngoại . 
Dãy Balmer: gồm 1 phần ở vùng tử ngoại và 4 vạch trong vùng khả kiến: đỏ H  , lam H  , chàm H  và tím H  . 
Dãy Paschen trong vùng hồng ngoại . 
2). Giải thích sự tạo thành quang phổ vạch của Hydro : 
 Giải thích sự tạo thành các vạch quang phổ : 
 Ở trạng thái bình thường ( trạng thái cơ bản ), nguyên tử Hydro có năng lượng thấp nhất , electron chuyển động trên quỹ đạo K. 
 Khi nhận năng lượng kích thích , electron chuyển lên các quỹ đạo có năng lượng cao hơn. Trong thời gian rất ngắn (10 – 8 s) electron chuyển về các quỹ đạo bên trong và phát ra phôton có năng lượng : 
hf = E cao – E thấp 
 Photon tần số f ứng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = c / f 
 Mỗi sóng ánh sáng đơn sắc cho 1 vạch quang phổ có màu nhất định . 
 Vậy quang phổ của nguyên tử Hidro là quang phổ vạch . 
n = 1 
n = 2 
n = 3 
n = 4 
n = 5 
E 
E 5 
E 4 
E 2 
E 3 
E 1 
n = 1 
n = 2 
n = 3 
n = 4 
n = 5 
E 
E 5 
E 4 
E 2 
E 3 
E 1 
Dãy Lyman: ứng với các chuyển dời về quỹ đạo K 
Dãy Balmer: ứng với các chuyển dời về quỹ đạo L 
Dãy Paschen: ứng với các chuyển dời về quỹ đạo M 
Sự tạo thành quang phổ vạch của Hidro 
Electron ở mức kích thích 
(n=5) 
Khi nhận năng lượng kích thích , e chuyển lên các quỹ đạo dừng có năng lượng cao hơn 
1 
2 
3 
4 
5 
n = 
Electron ở mức cơ bản 
(n=1) 
1 
2 
3 
4 
5 
Sau 10 – 8 s, e trở về các mức năng lượng bên trong làm phát xạ photon 
Photon 
hf = E cao - E thap 
Giản đồ mức năng lượng 
-0.85 
-1.51 
-13.6 
-3.4 
(K) 
(L) 
(M) 
n= 
¥ 
Lyman 
Balmer 
(N) 
Paschen 
 → 
Bài toán : Tìm tần số , bước sóng của bức xạ phát ra khi điện tử chuyển dời từ quỹ đạo M về quỹ đạo K trong nguyên tử Hidro ? 
Năng lượng photon bức xạ : 
 =E 3 – E 1 = (-1,5) – (-13,6)= 12,1 [ eV ]. 
 = 12,1. 1,6.10 -19 (J) = 1,94.10 -18 (J) 
Vì  = h f  f =  /h: 
Tần số , bước sóng photon bức xa:ï 
f =  /h = 1.94x10 -18 / 6.625x10 -34  	 = 2.93x10 15 [Hz] 
l = c/ n = (3x10 8 ) / (2.93x10 15)  = 1.02x10 -7 [m] = 102 [nm] 
Giải : 
Tính bước sóng một số chuyển dời 
n 
Ban đầu 
n 
cuối 
E= E đ - E c [ eV ] 
E= E đ - E c [J] 
Bước sóng ( ) [nm] 
2 
1 
10.2 
1.6x10 -18 
121 
3 
1 
12.1 
1.9x10 -18 
102 
4 
1 
12.8 
2.0x10 -18 
97 
3 
2 
1.89 
3.0x10 -19 
656 
4 
2 
2.55 
4.1x10 -19 
487 
5 
2 
2.86 
4.6x10 -19 
434 
6 
2 
3.02 
4.8x10 -19 
414 
ỨNG DỤNG THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGUYÊN TỬ HIDRO 
HAI TIÊN ĐỀ CỦA BOHR 
Tiên đề về các trạng thái dừng 
Tiên đề về sự hấp thụ và phát xạ năng lượng 
GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HIDRƠ 
Mơ tả quang phổ của nguyên tử hidrơ 
Giải thích 
Quang phổ kế