Bài giảng Vật lý 12 - Bài 53: ứng dụng của thuyết lượng tử trong nguyên tử Hyđrô

Bài 53ỨNG DỤNG CỦA THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGUYÊN TỬ HYĐRÔNỘI DUNG BÀI MỚII-MẪU NGUYÊN TỬ BOHRII-GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH CỦA HYĐRÔ I-Mẫu nguyên tử Borh II-Quang phổ vạch HyđrôTài liệu tham khảoI-MẪU NGUYÊN TỬ BOHRA)VÀI NÉT VỀ CÁC MẪU NGUYÊN TỬ TRƯỚC ĐÓ 1)Mẫu nguyên tử Thomson.-Là quả cầu đặc mang điện tích dương,các electron chuyển động trong quả cầu đó. ThomsonMẪU NGUYÊN TỬ THOMSON2) Mẫu nguyên tử Rutherford-Để khắc phục những khó khăn của mẫu nguyên tử Thomson, năm 1911 học trò của Thomson là Rutherford đã làm nhiều thí nghiệm dùng electron bắn vào lá vàng mỏng, ông nhận xét nguyên tử không thể có cấu tạo là quả cầu đặc từ đó ông đưa ra mẫu nguyên tử Rutherford.-Còn có tên gọi là mẫu hành tinh: bao gồm các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân mang điện tích dương.RUTHERFORDMẪU NGUYÊN TỬ HÀNH TINH CHO NGUYÊN TỬ HYĐRÔMẪU NGUYÊN TỬ HÀNH TINH CHO 1 SỐ NGUYÊN TỐ HÓA HỌC KHÁC.Cả hai mẫu nguyên tử trên đều gặp khó khăn trong việc giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử Hyđrô Năm 1913, Bohr vận dụng tinh thần của thuyết lượng tử để xây dựng mẫu nguyên tử Bohr với 2 tiên đề chính sau đây:BohrB)MẪU NGUYÊN TỬ BOHRa)Tiên đề 1:(Về các trạng thái dừng)nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái có năng luợng xác định gọi là trạng thái dừng.Trong các trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ.Như trong mô hình sau electron trong nguyên tử hyđrô đang tồn tại ở trạng thái dừng thứ nhất.B)MẪU NGUYÊN TỬ BOHRb)Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ nguyên tử: Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng Sang trạng thái dừng có năng lượng nhỏ hơnthì nguyên tử phát ra 1 phôtôn có năng lượng đúng bằng : #)Hệ quả:Trong trạng thái dừng của các 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.-Đối với nguyên tử Hyđrô, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương các số nguyên liên tiếp.#)Hệ quả:-Quỹ đạo thứ nhất có bán kính:-Quỹ đạo thứ hai có bán kính:..Trong đó:Gọi là bán kính Bohr-Quỹ đạo có bán kính càng lớn thì ứng với năng lượng lớn và ngược lại.-Tên quỹ đạo theo thứ tự từ 1 đến 6 là:K, L, M, N, O, PVí dụ: Năng lượng và quỹ đạo của electron trong nguyên tử Hyđrô ở trạng thái cơ bảnNăng lượng và quỹ đạo của electron trong nguyên tử Hyđrô ở trạng thái tiếp theoXét 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?Trả lời: Nguyên tử Hyđrô sẽ bức xạ một phôtônBài 53:ỨNG DỤNG CỦA THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGUYÊN TỬ HYĐRÔNỘI DUNG BÀI MỚI:I-MẪU NGUYÊN TỬ BOHRII-GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH CỦA HYĐRÔ I-Mẫu nguyên tử Borh II-Quang phổ vạch HyđrôTài liệu tham khảoII-GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH QUANG PHỔ VẠCH CỦA HYĐRÔ -Thực nghiệm cho thấy các vạch trong quang phổ phát xạ của Hydrô sắp xếp thành những dãy xác định, tách rời hẳn nhau. +)Vùng tử ngoại: Dãy Lyman +)Dãy Balmer một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy. +)Vùng hồng ngoại: Dãy PaschenGiải thích ?Khi nhận được năng lượng kích thích, các electron chuyển lên quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn.Ví dụ: electron đang ở quỹ đạo thứ nhất như hình vẽ nhận được năng lượngNó sẽ chuyển lên mức năng lượng cao hơn tương ứng với năng lượng nhận được và tồn tại ở trạng thái kích thíchThời gian sống ở trạng thái kích thích rất ngắn, sau đó các electron chuyển xuống trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát ra phôtônVậy, khi electron chuyển từ trang thái có mức năng lượng cao xuống trạng thái có mức năng luợng thấp thì nó phát ra phôtôn có năng lượng đúng bằng hiệu mức năng lượng ứng với hai quỹ đạo đó-Mỗi phôtôn có tần số f lại ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định bởi:KẾT LUẬNMỗi sóng ánh sáng đơn sắc lại cho một vạch quang phổ có màu nhất định. Vì vậy quang phổ là quang phổ vạch.-Có sự tạo thành các dãy vì: +) Dãy Lyman: do sự bức xạ phôtôn của các electron khi chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo K. +) Dãy Balmer: do sự bức xạ phôtôn của các electron khi chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo L. +) Dãy Paschen: do sự bức xạ phôtôn của các electron khi chuyển từ quỹ đạo ngoài về quỹ đạo M.Sự tạo thành các dãy quang phổ có thể tóm tắt qua sơ đồ sau:KLMNLyman Balmer PaschenSơ đồ tạo thành các dãy quang phổ, sự iôn hóa và bước sóng của các phổ của nguyên tử HyđrôNhững kết quả thực nghiệm đo bước sóng các phổ đều cho thấy sự trùng khớp với lí thuyết Bohr.Tài liệu tham khảo:Mẫu nguyên tử Bohr vẫn gặp những khó khăn nhất định trong việc giải thích quang phổ của các nguyên tử nhiều electron, sau này lí thuyết lượng tử phát triển đã cho ra đời mẩu nguyên tử có nhiều ưu điểm hơn, mẫu này có mô hình như hình vẽ.Xét phân tử Hyđrô, theo mô hình lượng tử thì nó sẽ có sự lai hóa giữa các Orbital như mô hìnhTư liệu tham khảoVới những thành công của mẫu nguyên tử Bohr, Bohr đã đứng vào hàng ngũ những nhà khoa học thiên tài cùng Albert EinsteinSau 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.Xin chaân thaønh caùm ôn ñaõ theo doõi.