Hóa học 10 Cánh diều Bài 4 Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Hóa học 10 Cánh diều Bài 4 Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Hóa học 10 Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

I. Mô hình nguyên tử

1. Mô hình Rutherford – Bohr

Mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr có các nội dung chính sau:

• Khối lượng nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân.
• Electron quay xung quanh hạt nhân theo những quỹ đạo giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.
• Năng lượng của electron phụ thuộc vào khoảng cách từ electron đó tới hạt nhân nguyên tử. Electron ở càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao.

Ví dụ: Mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr và cấu trúc nguyên tử alumium theo mô hình này.

Theo chiều từ hạt nhân ra ngoài lớp vỏ, các electron được sắp xếp vào các lớp electron. Kí hiệu của mỗi lớp như sau:

• - Lớp thứ nhất gọi là lớp K.
• - Lớp thứ hai gọi là lớp L.
• - Lớp thứ ba gọi là lớp M.
• - Lớp thứ 4 gọi là lớp N.

Các electron được phân bố vào các lớp gần hạt nhân trước. Số electron tối đa trong mỗi lớp là 2n2, với n là số thứ tự lớp electron (n ≤ 4).

Ví dụ: Lớp M (n = 3) có số electron tối đa là 2n2 = 2×32 = 18.

Chú ý:

• Theo mô hình Rutherford – Bohr, các electron dù mang điện tích âm nhưng không thể bị hút vào hạt nhân bởi lực hút này cân bằng với lực quán tính li tâm tác dụng lên electron (kéo electron ra xa hạt nhân).
• Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr đã giải thích được nhiều vấn đề trong khoa học nói chung và hóa học nói riêng, tuy nhiên nó vẫn còn một số hạn chế nhất định.

2. Mô hình hiện đại về nguyên tử

- Sự khác biệt cơ bản của mô hình hiện đại với mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr là các electron chuyển động xung quanh hạt nhân không theo những quỹ đạo cố định.

- Theo mô hình hiện đại về nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh trong cả khu vực không gian xung quanh hạt nhân với xác suất tìm thấy khác nhau, sự chuyển động này tạo nên một hình ảnh giống như một đám mây electron.

II. Orbital nguyên tử

1. Khái niệm Orbital nguyên tử

- Orbital nguyên tử (kí hiệu là AO) là khu vực không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử mà xác suất tìm thấy electron ở khu vực đó là lớn nhất (khoảng 90%).

Ví dụ: Khu vực không gian trong khối cầu xung quanh hạt nhân helium mà xác suất tìm thấy electron tại đó là khoảng 90% chính là orbital nguyên tử của helium.

- Orbital nguyên tử có một số hình dạng khác nhau. Ví dụ: AO hình cầu, còn gọi là AO s; AO hình số tám nổi, còn gọi là AO p (tùy theo vị trí của AO p trên hệ trục tọa độ Descartes (Đề-các), sẽ gọi là AO px, py và pz).

2. Số lượng electron trong một AO

Một AO chỉ chứa tối đa 2 electron, 2 electron này được gọi là cặp electron ghép đôi. Nếu AO chỉ có 1 electron, electron đó được gọi là electron độc thân. Nếu AO không chứa electron nào thì gọi là AO trống.

Chú ý: Electron chuyển động trong AO s gọi là electron s, electron chuyển động trong AO p gọi là electron p, …

Kết luận:

Sự phát triển các mô hình nguyên tử, từ Dalton, Thomson, Rutherford đến Bohr và cơ học lượng tử, cho thấy hành trình khám phá ngày càng sâu sắc về thế giới vi mô. Nếu mô hình cổ điển giúp ta hình dung sơ lược cấu tạo nguyên tử, thì mô hình cơ học lượng tử với khái niệm orbital nguyên tử đã giải thích chính xác hơn vị trí và trạng thái năng lượng của electron. Orbital nguyên tử không còn mô tả electron như những hạt chuyển động trên quỹ đạo cố định, mà thể hiện xác suất xuất hiện của electron trong không gian.

Hiểu rõ về mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử là nền tảng để lý giải sự sắp xếp electron, cấu hình electron, quy luật biến đổi tính chất các nguyên tố trong bảng tuần hoàn và bản chất của liên kết hóa học. Đây chính là bước ngoặt quan trọng, mở ra cánh cửa để chúng ta nghiên cứu hóa học hiện đại và ứng dụng vào khoa học – công nghệ.

Xem thêm

Lý thuyết Hóa học 10 chương 1 Cấu tạo nguyên tử

Hóa học 10 Chân trời sáng tạo.