Chương 1 : Nguyên Tử
A.
KIẾN THỨC CƠ SỞ
I.
THÀNH PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
1.
THÀNH PHẦN CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
*
Mọi nguyên tử đầu đều cấu tạo từ ba loại hạt
cơ bản là proton (p), nơtron (n), electron (e), gồm hai phần:
v Hạt
nhân nguyên tử do p và n tạo nên.
v Lớp
vỏ nguyên tử do e tạo nên.
*
Đặc điểm của các hạt tạo nên nguyên tử:
(u là đơn vị khối lượng nguyên tử, u
còn được gọi là đvC)
*
Nguyên tử bình thường phải trung hòa về điện
nên trong nguyên tử.
2.
KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG
NGUYÊN TỬ
*
Kích thước nguyên tử
v Để
biểu thị kích thước nguyên tử người ta dùng đơn vị nanomet (kí hiệu nm) hay
angstrom (kí hiệu \(\mathop A\limits^0 \)
).
v Ví
dụ
-
Nguyên tử hiđro có bán kính khoảng 0,053
nm.
-
Đường kinh hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn,
vào khoảng 10-5 nm
ð Như
vậy đường kính nguyên tử lớn hơn đường kính hạt nhân khoảng: \(\frac{{{{10}^{ - 1}}nm}}{{{{10}^{ - 5}}nm}} = 10.000\)
lần.
v Đường
kính của p, e còn nhỏ hơn rất nhiều vào khoảng 10-8nm.
ð Nguyên
tử có cấu tạo rỗng với tâm nguyên tử là hạt nhân, các electron chuyển động xung
quanh hạt nhân tạo nên vỏ nguyên tử.
*
Khối lượng nguyên tử
v Nguyên
tử là những hạt vi mô có khối lượng vô cùng nhỏ bé. Để biểu thị khối lượng của
nguyên tử và các hạt vi mô khác người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí
hiệu là u hay đvC.
v 1u
(đvC) = \(\frac{1}{{12}}{m_C}\) = 1,6605.10-27 kg
v Ví
dụ: Khối lượng nguyên tử hiđro là 1,6735.10-27 = 1u.
Khối lương nguyên tử của Cacbon là
19,92026.10-27 kg = 12u
v Vì
khối lượng electron rất nhỏ so với khối lượng hạt nhân nên có thể coi khối lượng
nguyên tử gần bằng với khối lượng hạt nhân và bằng mp + mn.
3.
HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
*
Điện tích hạt nhân
v Hạt
nhân nguyên tử mang điện tích dương. Nếu trong hạt nhân có Z proton thì điện
tích của hạt nhân là Z+.
v Số
điện tích hạt nhân còn gọi số hiệu nguyên tử (bằng số thứ tự của nguyên tố
trong hệ thống tuần hoàn Mendeleep).
v Như
vậy, với một nguyên tử trung hòa về điện: số p = số e = Z.
*
Số khối hạt nhân
Tổng số proton (Z) và số notron (N)
trong hạt nhân nguyên tử gọi là số khối A
A = Z + N
v Với
82 nguyên tố đứng đầu HTHH, ta thấy:
\(1 \le \frac{N}{Z} \le 1,5\)
4.
NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
*
Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử
có cùng điện tích hạt nhân.
v Nhưng
nguyên tử có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân đều có tính chất hóa học giống
nhau.
*
Số hiệu nguyên tử (Z) bằng số đơn vị điện
tích hạt nhân và bằng số electron có trong nguyên tử.
v Số
proton trong hạt nhân, số electron trong nguyên tử.
v Số
đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử.
v Số
thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.
*
Kí hiệu nguyên tử: Để biểu diễn hạt nhân của
một nguyên tố hóa học X, người ta dùng kí hiệu như sau:
\({}_Z^AX\) trong đó Z: là điện tích hạt nhân
A: là số khối
Như vậy với một nguyên tử, cách kí hiệu
trên chỉ rõ thành phần cấu tạo nguyên tử.
Ví dụ: \({}_{17}^{35}Cl\) nguyên tử Clo có : 17 electron, 17 proton, 18 notron.
5.
ĐỒNG VỊ - NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH
*
Đồng vị
v Đồng
vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số notron do đó số
khối khác nhau.
Ví dụ: \({}_{17}^{35}Cl\) và \({}_{17}^{37}Cl\).
*
Nguyên tử khối trung bình
v Hầu
hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của đồng vị với tỷ lệ % số nguyên tử xác định,
nên nguyên tử khối của các nguyên tố (ghi trong bảng tuần hoàn) là nguyên tử khối trung bình của nguyên tố.
v Gọi \(\overline A \) là nguyên tử khối trung
bình của nguyên tố, ta có:
\(\overline A = \frac{{{\rm{Tổng khối lượng nguyên tử}}}}{{{\rm{Tổng số nguyên tử}}}}\)
hay \(\overline A = \frac{{aA + bB + ...}}{{100\% }}\)
Trong đó:
là nguyên tử khối trung bình.
A, B,… là nguyên tử khổi của mỗi đồng vị.
a, b,… là % số nguyên tử của mỗi đồng vị.
II.
VỎ NGUYÊN TỬ
1.
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON
NGUYÊN TỬ
*
Đặc điểm chuyển động của electron trong
nguyên tử
v Electron
chuyển động xung quanh hạt nhân với vận tốc rất lớn, tạo nên một vùng không
gian mang điện tích âm gọi là “mây electron”.
v Mật
độ điện tích của đám mây electron không đều, chỗ nhiều chỗ ít. Khu vực có mật độ
điện tích lớn nhất thường gọi là obitan nguyên tử (kí hiệu AO), các obitan khác
nhau về hình dạng, kích thước và sự đinh hương trong không gian.
v Electron
chuyển động xung quanh hạt nhân với các mức năng lượng khác nhau. Những
electron ở gần hạt nhân, liên kết với nhân chặt chẽ nhất. Ta nói chúng ở mức
năng lượng thấp nhất. Những electron ở xa hạt nhân nhất, ở mức năng lượng cao
nhất và luên kết yếu với nhân, những electron này dễ tham gia vào liên kết hóa
học.
2.
LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON
*
Lớp electron (mức năng lượng)
v Những
electron có năng lượng xấp xỉ nhau hợp thành lớp electron.
v Các
lớp electron từ gần ra xa hạt nhân được ghi bằng số n hoặc kí hiệu bằng những
kí hiệu tương ứng:
Lớp
electron n: 1 2 3 4 …
chữ: K L M N …
*
Phân lớp electron (hay phân mức năng lượng)
v Mỗi
lớp electron lại chia thành phân lớp. Các electron trong mỗi phân lớp lại có mức
năng lượng bằng nhau.
v Các
phân lớp được kí hiệu: s, p, d, f,…
v Số
phân lớp trong mỗi lớp đúng bằng số thứ tự của lớp đó.
Ví dụ: lớp K (n = 1) có 1 phân lớp:
1s
lớp L (n = 2) có 2
phân lớp: 2s, 2p
lớp M (n = 3) có 3
phân lớp: 3s, 3p, 3d
*
Số obitan trong một phân lớp
v Trong
số phân lớp có các obitan (AO).
v Số
AO trong mỗi phân lớp là:
-
Phân lớp s có 1 AO
-
Phân lớp p có 3 AO
-
Phân lớp d có 5 AO
-
Phân lớp f có 7 AO
*
Số obitan trong một lớp electron
-
Số obitan trong lớp electron thứ n là n2
obitan
-
Lớp K (n = 1) có 1obitan: 1s
-
Lớp L (n = 2) có 4 obitan: 1 obitan s và 3
obitan 2p
-
Lớp thứ M (n = 3) có 9 obitan: 1 obitan
3s, 3 obitan 3p, 5 obitan 3d
3.
NĂNG LƯỢNG CỦA CÁC ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ - CẤU HÌNH ELECTRON
NGUYÊN TỬ
*
Năng lượng electron trong nguyên tử
v Mức năng lượng của obitan nguyên tử
v Trật
tự theo chiều tăng dần năng lượng theo các phân lớp hay:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d …
Chú ý: Khi điện tích hạt nhân tăng có
sự chèn mức năng lượng. Mức 4s trở nên thấp hơn mức 3d, mức 5s thấp hơn mức 4d…
*
Các nguyên lí và quy tác phân bố electron
trong nguyên tử
v Nguyên
lí Pauli: Trên 1 obitan (hay ô lượng tử
) chỉ có thể có nhiều nhất hai electron và hai electron này
chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
*
Sự mô tả cấu trúc electron bằng vỏ nguyên
tử
*
Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
