MẪU NGUYÊN TỬ BO VÀ QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HIDRÔ

I. MẪU NGUYÊN TỬ BOHR: Bohr Atomic Model

• TIÊN ĐỀ VỀ TRẠNG THÁI DỪNG
      +) Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, những trạng thái đó gọi là TRẠNG THÁI DỪNG (TTD). Ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
  - Năng lượng ở mỗi TTD được cho bởi CT : E_n = -13,6/n² eV
  

  

  Mỗi TTD có năng lượng xác định khác nhau

  - Trạng thái cơ bản (ground state): trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất (ứng với n=1 có E₁ = -13,6eV thấp nhất)
  - Trạng thái kích thích (excited state): (ứng với n=2,3,...)
      >> Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử sẽ tiến lên TTD có mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích.

  

  Ảnh minh hoạ

      >> Thời gian sống trung bình của nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (10^-8 s), sau đó lập tức chuyển về trạng thái dừng có mức năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản. Chú ý, KHÔNG nhất thiết nguyên tử phải từ TTD 7 -> TTD 6 -> TTD 5 -> ... -> trạng thái cơ bản, mà có thể "nhảy cóc" như từ TTD 7 -> TTD 3 -> trạng thái cơ bản, hay TTD 7 -> TTD 6 -> TTD 2 -> trạng thái cơ bản, ....

  

  Ảnh minh hoạ

      >> Năng lượng tối thiểu cần để tách electron từ TRẠNG THÁI CƠ BẢN ra khỏi nguyên tử tự do (tách ra khỏi TRẠNG THÁI KÍCH THÍCH CAO NHẤT) được gọi là NĂNG LƯỢNG ION HOÁ THỨ NHẤT (là thuật ngữ quen thuộc đã biết bên môn Hoá học)
      >> Chú ý :Trạng thái kích thích thứ 1 là trạng thái dừng thứ 2; Trạng thái kích thích thứ 2 là trạng thái dừng thứ 3; ...
  - Quỹ đạo dừng : là 1 quĩ đạo xác định mà e bay xung quanh.
  

  

  Tên gọi của các quĩ đạo dừng (các chữ cái bắt đầu từ K)
  (vậy tại sao không bắt đầu từ A?) 

  - Bán kính của quỹ đạo dừng của HIDRO: được xác định bằng công thức sau :
  

  

  Bán kính nguyên tử hidro ở mỗi TTD.

  - Vận tốc của e ở một quỹ đạo dừng : Mỗi quĩ đạo dừng có bán kính khác nhau nên vận tốc của e ở mỗi quĩ đạo dừng là khác nhau và được cho bởi công thức :

  

  Electron bay nhanh nhất khi ở trạng thái cơ bản,
  giảm dần khi lên các trạng thái cao hơn.

• TIÊN ĐỀ VỀ BỨC XẠ VÀ HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ
      +) Khi nguyên tử chuyển đến TTD có mức năng lượng CAO HƠN / THẤP HƠN thì nguyên tử sẽ HẤP THỤ / PHÁT XẠ một phôtôn có năng lượng đúng bằng độ chênh lệch năng lượng giữa 2 TTD. Ví dụ :
  - Nguyên tử đang ở TTD K muốn chuyển lên TTD N thì cần hấp thu một photôn có năng lượng hf = E_N - E_K.
  - Nguyên tử đang ở TTD O khi xuống TTD L sẽ phát xạ một photôn có năng lượng hf = E_O - E_L.
  

  

  Các ảnh minh hoạ

II. QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ HIDRO :

• KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM
      +) Người ta thấy các vạch phát xạ của nguyên tử hidro sắp xếp thành các dãy khác nhau :
  - Dãy Lyman : thuộc miền tử ngoại
  - Dãy Balmer : gồm các vạch trong miền tử ngoại và một số vạch nằm trong miền ánh sáng nhìn thấy
      >> Đỏ (H_α) : 0,6563 μm
      >> Lam (H_β) : 0,4861 μm
      >> Chàm (H_γ) : 0,4340 μm
      >> Tím (H_δ) : 0,4120 μm
  - Dãy Paschen, dãy Bracket, dãy Pfund, dãy Humfreys, ... : đều thuộc miền hồng ngoại
• GIẢI THÍCH BẰNG MẪU NGUYÊN TỬ BOHR
      +) Các bạn xem sơ đồ dưới đây :

  

  Khi nguyên tử chuyển từ TTD cao xuống thấp sẽ phát ra các photôn ứng với photôn có trong các dãy.

III. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ :

    +) Năm 1803, John Dalton (nhà vật lý, hoá học và khí tượng học người Anh) đề ra thuyết nguyên tử đầu tiên. Ông quan niệm rằng, mỗi nguyên tố được cấu tạo bởi một nguyên tử độc nhất đặc trưng cho nguyên tố đó và đã vẽ ra kí hiệu của các nguyên tố tìm được ở thời kì đó. Một điều mà chúng ta ngày nay đều thấy vô lý nhưng quan niệm của ông đã được người ta công nhận khoảng 100 năm sau đó.

Kí hiệu riêng biệt của mỗi nguyên tố theo quan niệm của Dalton

    +) Năm 1897, J.J. Thomson (nhà vật lý người Anh) đã phát hiện ra hạt nhân nguyên tử và electron khi đang làm thí nghiệm với tia Catode. Ở thời đó, người ta chưa khẳng định được tia Catode có tính chất sóng hay hạt. Ông đã đặt 2 tấm dĩa mỏng được tích điện (tạo ra điện trường) để cho tia Catode bay qua thì thấy tia bị lệch đi chứng tỏ tia Catode có các hạt mang điện tích âm. Nhưng ông lại cho rằng, hạt nhân nguyên tử và electron nằm chồng chất lên nhau trong một mô hình ông đặt tên là "Plum Pudding" (bánh mận) hoặc có thể hình dung như bánh bông lan với hạt nho là các electron ^.^. Điều vô lý này cũng được người ta chấp nhận khoảng 1 thập kỉ sau đó.

Mô hình nguyên tử của Thomson

Bánh mận

Bánh bông lan

     +) Năm 1909, Ernest Rutherford (nhà vật lý người Anh gốc Nwe-Zealand) làm thí nghiệm bán phá chùm tia anpha (Heli) vào lá vàng mỏng (là thí nghiệm chúng ta được học đầu năm lớp 10 khi học về nguyên tử) và đề ra mẫu nguyên tử tương đối hoàn chỉnh và hợp lý, trong đó electron chuyển động theo một quĩ đạo nào đó.

Thí nghiệm của Rutherford

Mẫu nguyên tử của Rutherford

    +) Năm 1913, Niels Bohr (nhà vật lý người Đan Mạch) đề ra mẫu nguyên tử được chấp nhận cho tới bây giờ, dựa vào mẫu nguyên tử của Rutherford và kèm theo 2 tiên đề nêu trên.

Mẫu nguyên tử của Bohr