Hóa học đại cương/Nguyên tử hóa học

Tủ sách mở Wikibooks
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Khái Niệm[sửa]

Nguyên tử là phần tử hóa học nhỏ nhất không thể phân chia cấu tạo nên vật chất . Mỗi loại nguyên tử có tính chất vật lýhóa học riêng và tạo nên một nguyên tố hóa học. Mỗi nguyên tố có một nguyên tử số xác định . Nguyên tử số cho biết số lượng Nguyên tử Dương trong Hạt Nhân hay Nguyên tử âm trên các quỷ đạo hành tinh

Thuyết Nguyên tử[sửa]

Vào năm 1808, John Dalton đã đưa ra lý thuyết nguyên tử của ông để giải thích định luật bảo toàn khối lượng và định luật tỷ lệ các chất trong các phản ứng hoá học. Lý thuyết của ông dựa trên năm giả thuyết.

  1. Giả thuyết thứ nhất phát cho rằng tất cả vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử.
  2. Giả thuyết thứ hai là các nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ có cùng một cấu trúc và tính chât.
  3. Giả thuyết thứ ba là các nguyên tử không thể bị phân chia, không thể được sinh ra hoặc mất đi.
  4. Giả thuyết thứ tư là các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau để tạo ra các hợp chất.
  5. Giả thuyết thứ năm là trong các phản ứng hoá học, các nguyên tử có thể kết hợp, phân tách hoặc tái sắp xếp lai.

Mô Hình Nguyên Tử[sửa]

Vào đầu thế kỷ thứ 20, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, Nguyên tử được tạo thành từ ba loại hạt hạ nguyên tử mang điện gọi là Điện Tử bao gồm Điện tử Âm, Điện tử Dương và Điện tử Trung Hòa . Điện tử Dương và Điện tử Trung Hòa nằm ở trung tâm nguyên tử tạo nên Hạt nhân của nguyên tố với các Điện tử Âm nằm trên các vòng tròn quỷ đạo quay quanh Hạt Nhân

Số hạt hạ nguyên tử và sự sắp xếp của các hạt trong nguyên tố xác định tính chất hoá học của nguyên tố. Nguyên tử của cùng loại nguyên tố có thể có số Điện tử trung hòa khác nhau được gọi là các đồng vị) và số điện tử khác nhau gọi là ion . Số Điện tử trung hòa là yếu tố quyết định tính chất hoá học của nguyên tố.

Mô Hình Rutherford[sửa]

Ernest Rutherford (1871-1937) đưa ra mô hình nguyên tử của ông. Cùng với đồng nghiệp là Hans GeigerErnest Mardsen, Rutherford đã dùng một chùm hạt alpha bắn phá một lá vàng mỏng trong thí nghiệm mang tên ông. Hạt alpha là một hạt mang điện dương (+2), có khối lượng khoảng bốn lần khối lượng nguyên tố hydrogen. Kết quả thu được cho thấy hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng, một số hạt (1/8000 so với số hạt đi thẳng) bị lệch hướng và một số ít hạt bị bật ngược trở lại. Kết quả này cho phép kết luận rằng nguyên tử có cấu tạo rỗng, các Điện tử âm bao quanh một hạt có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tố . Trên lá kim loại các phân tử mang điện tích dương phân bố rất thưa thớt vì thế các hạt alpha đi qua lá kim loại dễ dàng. Một số hạt đi gần với các hạt điện tích dương và các hạt này tích điện lớn nên đẩy hạt alpha đi lệch hướng ban đầu hoặc ngược hướng ban đầu. Ông gọi đó là hạt nhân. Hạt nhân có các điện tử quay xung quanh giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời, tuy thể tích hạt nhân rất nhỏ so với nguyên tố nhưng phần lớn khối lượng nguyên tố lại tập trung ở trong Hạt nhân. Mô hình này còn có cái tên là mẫu hành tinh nguyên tử.

Và mô hình nguyên tử của Rutherford lúc đó là: proton và neutron tạo nên hạt nhân nguyên tố, điện tử chuyển động xung quanh và chiếm phần lớn thể tích của nguyên tố. Khối lượng của điện tử rất nhỏ so với khối lượng của hạt nhân nguyên tử. Đến lúc đó người ta vẫn không hiểu tại sao điện tử lại có thể ổn định trong nguyên tử mà không bị rơi vào hạt nhân

Mô Hình Bohr[sửa]

Năm 1913, nhà vật lý lý thuyết người Đan Mạch Niels Bohr (1885-1962) đưa ra mô hình bán cổ điển về nguyên tử hay còn gọi là mô hình nguyên tử của Bohr.

Bohr thay đổi mô hình của Rutherford cho rằng

  1. các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo có năng lượng và bán kính cố định.
  2. Năng lượng của điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo của điện tử . Điện tử nằm trên quỹ đạo có bán kính lớn nhất sẽ có năng lượng nghỉ nhỏ nhất và năng lượng động cao nhứt . năng lượng ở mức năng lượng ổn định hay ở trạng thái ổn định . Nếu Nguyên tử hấp thụ năng lượng của một Lực (Điện , Ánh sáng ...) năng lượng của NguyêN tử sẻ thay đổi lúc này điện tử nằm ở trạng thái kích thích.

Các mức năng lượng nghỉ giống như các bậc thang, điện tử không thể ở giữa các mức đó được mà chỉ có thể ở trên một bậc thang nào đó. Khi chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác, điện tử có thể hấp thụ hoặc phát ra năng lượng. Năng lượng hấp thụ và phát xạ của một quang tử chính bằng sự sai khác năng lượng giữa các quỹ đạo.

Bằng mô hình đó, Bohr có thể tính được năng lượng của điện tử trong nguyên tử hydrogen từ phổ phát xạ của nguyên tử đó. Tuy nhiên, mô hình nguyên tử của Bohr không thể giải thích tính chất của các nguyên tử có nhiều hơn một điện tử.

Mô Hình Hiện Đại[sửa]

Mô hình nguyên tử chuẩn hiện đại

  • Nguyên tố được tạo thành từ một hạt nhân của điện tử dương và điện tử trung hòa nằm ở tâm nguyên to và các điện tử mang điện tích âm chuyển động xung quanh Hạt nhân.
  • Mỗi nguyên tố chỉ có một số điện tử dương duy nhất nhưng có thể có số neutron khác nhau . Các nguyên tố này được gọi là các đồng vị.
  • Hạt nhân chiếm một vùng không gian rất nhỏ bé so với nguyên tô. Nếu coi hạt nhân là một quả cầu bán kính 1 m đặt tại Hà Nội thì điện tử to bằng hạt cát ở gần nhất cũng cách đó 100 km, tức là ở Hải Phòng.
  • Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân trên các quỹ đạo. Sự sắp xếp của các quỹ đạo trong nguyên tô được gọi là cấu hình điện tử. Mỗi quỹ đạo được đặc trưng bởi ba số lượng tử là: số lượng tử chính, số lượng tử phương vịsố lượng tử từ. Trên mỗi quỹ đạo có thể có hai điện tử, nhưng hai điện tử này phải có một số lượng tử thứ tư là spin khác nhau.
  • Các quỹ đạo của điện tử không phải là những đường cố định mà là sự phân bố xác suất mà các điện tử có thể có mặt.
  • Các điện tử sẽ chiếm các quỹ đạo có năng lượng thấp nhất (các quỹ đạo gần hạt nhân nhất). Chỉ có các điện tử ở lớp ngoài cùng mới có khả năng tham gia để tạo các liên kết hóa học.

Tham Khảo[sửa]