Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 11 - GV. Nguyễn Như Xuân

Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 11: Vật lý nguyên tử trình bày nguyên tử hydrogen, nguyên tử kim loại kiềm, mô men động lượng và mô men từ của electron chuyển động xung quanh hạt nhân, spin của electron bài, hệ thống tuần hoàn Mendeleev.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 11 - GV. Nguyễn Như Xuân HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƯ BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ XUÂNVẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 Chương 11: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ (8LT + 2BT)BÀI 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGENBài 11.2: NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀMBài 11.3: MÔ MEN ĐỘNG LƯỢNG VÀ MÔ MEN TỪ CỦAELECTRON CHUYỂN ĐỘNG XUNG QUANH HẠT NHÂNBài 11.4: SPIN CỦA ELECTRONBài 11.5: HỆ THỐNG TUẦN HOÀN MENDELEEV Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN11.1.1. Chuyển động của electron trong nguyên tử H2:Thế năng tương tác giữa hạt nhân và electron là: q1q 2 e2 U  k  (1) r r 40 rtrong đó 0 = 8,86.10-12 C2/N.m2Vậy phương trình Schrodinger có dạng: 2 me  e2  Δψ  2  W  ψ  0 (2)  4 πε 0 r  Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Nghiệm của (2) có dạng: (r,,) = Rnl (r) Ylm (,) (3)Các số n, , m nhận các giá trị:  n  1, 2, 3, 4,...    0, 1, 2, 3,..., n-1 (4)  m  0,  1,  2,...,  Số nguyên n được gọi là số lượng tử chính.Số nguyên  là số lượng tử quỹ đạo (orbital) Số nguyên m là số lượng tử từ. Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGENNăng lượng của electron: 1 m ee 4 Rh Wn   2  2 (5) n 2(40 ) 2 2 ntrong đó mee 4 R  3, 27.1015 s 1 (6) 4 π(4 πε 0 ) 2 3là hằng số Rydberg. Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN 11.1.2. Các kết luận: a. Năng lượng bị lượng tử hóa: Rh Nhận xét: W < 0: năng lượng liên kết.Wn   2 Năng lượng ion hóa:  = W - W1 = 13,56 n eV W = - Rh = - 13,56eV ; W = 0Kích thích 1 W = 0 Các mức W4 Lớp N kích thích W3 Lớp M W2 Lớp LCơ bản W1= -13,56eV Lớp K Mức cơ bản Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN b. Hàm sóng của electron và số các trạng thái lượng tử: Hàm sóng của electron phụ thuộc vào 3 số lượng tử n,  và m: nm(r,,) = Rn(r)Ym(,) Có bao nhiêu trạng thái ứng với số lượng tử n? n 1 Có:  (2 l 0  1)  n 2 (7) Trạng thái lượng tử khác nhau.n = 1, năng lượng W1, có một trạng thái lượng tử, gọi là trạngthái cơ bản.n = 2, năng lượng W2, có 4 trạng thái lượng tử.n bất kỳ, có n2 trạng thái lượng tử. Ta nói rằng mức năng lượngWn suy biến bậc n2. Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGENTrạng thái ứng với  = 0 là trạng thái sTrạng thái ứng với  = 1 là trạng thái pTrạng thái ứng với  = 2 là trạng thái dTrạng thái ứng với  = 3 là trạng thái f Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGENc. Xác suất tìm thấy electron phụ thuộc bán kính r: a0 = 0,53.10 – 10 m: bán kính Bohn ωn, (r) ω1,0 (r) ω3,1 (r) ω4,1 (r) 0 a0 rBài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGENBài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN d. Cấu tạo vạch của quang phổ hydrogen W = 0 W4 = -Rh/16 Lớp N W3 = -Rh/9 Lớp M Mức KT W2 = -Rh/4 Lớp L Bức xạ điện tử hay photon W1= -Rh Lớp K Mức CBKhi electron chuyển từ mức cao xuống mức thấp sẽ phát rabức xạ điện từ với năng lượng  = Wn - Wm Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGENTa có:  = Wn – Wm Rh Mà : Wn   2 ; =h n  1 1  (8)nên :   R 2  2  m n Lyman Balmer Paschen 1 1   1 1    R 1  1   R 2  2    R 2  2   2 2  1 n  2 n  3 n Bài 11.1: NGUYÊN TỬ HYDROGEN54 Pfund Brackett3 Paschen (Hồng ngoại)2 Dãy Balmer (Nhìn thấy và Tử ngoại)1 Dãy Lyman (Tử ngoại) Bài 11.2. NGUYÊN TỬ KIM LOẠI KIỀM 11.2.1. Các nguyên tử kim loại kiềm: 3 Li, 11 Na, 19 K, 37 Rb, 55 Cs . Lõi 1 H1 3 Li6 11 Na23Cấu tạo của chúng tương tự như hydrogen. Do đó, tính chấtquang họ ...