hoa hoc chuyen nganh: cấu hình electron

Chương trình Viết cấu hình electron các nguyên tố Bảng tuần Hoàn Hóa học

Chương trình Viết cấu hình electron các nguyên tố Bảng tuần Hoàn Hóa học

Nhập Số hiệu nguyên tử Z = ...

Đọc thêm »

Quy tắc Klechkovski và các ứng dụng

Việc xuất hiện sự tương tác giữa các electron trong nguyên tử nhiều electron cũng như tương tác giữa hạt nhân và các electron đã làm cho năng lượng của các orbital nguyên tử hydro bị thay đổi. Một quy tắc kinh nghiệm đơn giản nhất mô tả sự thay đổi này chính là quy tắc Klechkovski. Nội dung của quy tắc này như sau:<br />Năng lượng của phân mức \({\varepsilon _{n,l}}\) tăng dần theo sự tăng của tổng trị số (n+1) , nếu 2 phân mức có cùng trị số của tổng thì \({\varepsilon _{n,l}}\) tăng theo sự tăng của n.<br />Với n là số lượng tử chính, l là số lượng tử phụ.<br />Thông thường người ta biểu diễn năng lượng theo quy tắc Klechkovski theo sơ đồ sau:<br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiBZZA2D1JEi_w6nO8x93iGtMKhRcURhGkjWmjjaASNNWbmWyCithsjYMtBfq1QKA99iCJYqL_Z8AOybouXdJravyzGNmrc7xVhCkfnYbGKiMkzIYo8IKClTqbqYdC8m2FI9n2rRST81N8/s1600/quy-tac-Klechkovxki+%25281%2529.JPG" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="Quy tắc Klechkovski" height="299" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiBZZA2D1JEi_w6nO8x93iGtMKhRcURhGkjWmjjaASNNWbmWyCithsjYMtBfq1QKA99iCJYqL_Z8AOybouXdJravyzGNmrc7xVhCkfnYbGKiMkzIYo8IKClTqbqYdC8m2FI9n2rRST81N8/s320/quy-tac-Klechkovxki+%25281%2529.JPG" title="Quy tắc Klechkovski" width="320" /></a></div><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;">---------------------------------</div><div class="separator" style="clear: both; text-align: left;"><br /></div>Cấu hình electron, tức cách phân bố electron quay quay xung quanh các nguyên tử trung hòa, thể hiện một dáng điệu tuần hoàn. Electron chiếm một chuỗi các lớp vỏ electron (đánh dấu bằng các chữ cái in hoa từ K,L,M,N,... ứng với số lượng tử chính n=1,2,3,4,...). Mỗi lớp lại chứa một hoặc nhiều phân lớp (gọi là s,p,d,f và g, ứng với số lượng tử phụ m=0,1,2,3,4). Khi số hiệu nguyên tử tăng, số electron sẽ lần lượt lấp đầy các lớp và phân lớp này theo quy tắc Klechkowski hay quy tắc thứ tự năng lượng thể hiện ở giản đồ hình bên. Trong bảng tuần hoàn, mỗi khi electron bắt đầu chiếm một lớp mới tương ứng với một chu kỳ mới bắt đầu bởi một kim loại kiềm<br /><br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi9cl3wp_Z3R6jIgTDqX8k1NZTX4z3k4t7nY4tOwPyUPzvTUNdR83IYKt5X457etQeh3-F_O4S1cjNvGSO5JYK0n5LHxeXlObcqsua26BIy4oh_zs0x3wToHEboEPi81lwSfOcXjzpPp8w/s1600/quy-tac-Klechkovxki+%25282%2529.JPG" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="Quy tắc Klechkovski" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi9cl3wp_Z3R6jIgTDqX8k1NZTX4z3k4t7nY4tOwPyUPzvTUNdR83IYKt5X457etQeh3-F_O4S1cjNvGSO5JYK0n5LHxeXlObcqsua26BIy4oh_zs0x3wToHEboEPi81lwSfOcXjzpPp8w/s1600/quy-tac-Klechkovxki+%25282%2529.JPG" title="Quy tắc Klechkovski" /></a></div><br />Xem thêm: <a href="http://vietsciences.free.fr/giaokhoa/chemistry/vohongthai/hoadaicuong-pt.pdf">http://vietsciences.free.fr/giaokhoa/chemistry/vohongthai/hoadaicuong-pt.pdf</a><br /><br /><a href="http://dspace.elib.ntt.edu.vn/dspace/bitstream/123456789/5799/1/bai%20gianghoahocdaicuong.pdf">http://dspace.elib.ntt.edu.vn/dspace/bitstream/123456789/5799/1/bai%20gianghoahocdaicuong.pdf</a><br /><br />============================================================<br /><br />1.Quy tắc Klechkovski<br />-Trong một nguyên tử nhiều electron, trật tự điền electron vào các orbital (đặc trưng bởi n và l ) là sao cho tổng (n+l) tăng dần.<br />-Khi 2 orbital khác nhau có cùng giá trị (n+l) thì orbital bị chiếm trước tiên ứng với n nhỏ hơn.<br />================================================<br />2. Từ sách:<br />Hóa học năm thứ nhất MSI-MPTS<br /><br /><br />4.5) (T45): Một hệ quả của quy tắc Klechkowski<br /><br /><span style="font-family: 'Cambria Math', serif; font-size: 14pt; line-height: 150%;">∎</span> Xét nguyên tử Agon (Z=18). Ở trạng thái cơ bản, 18 electron của nó bão hòa ở mức 3d<br />, cấu hình electron là : \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}\).<br /><br />Nguyên tử Kali (Z=19) có thêm 1 electron. Bắt đầu từ n=3, có sự xuất hiện của AO-d đặc trưng bởi l=2.<br />Theo quy tắc Klechkowski: Với AO-3d thì tổng (n+l) = 3+2 = 5, với AO-4s thì tổng (n+l) = 4+0 =4. Do đó mức electron sẽ chiếm mức 4s trước mức<br />3d. Do đó trạng thái cơ bản của nguyên tử Kali sẽ ứng với cấu hình electron: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/4{s^1}\)<br /><br /><span style="font-family: 'Cambria Math', serif; font-size: 14pt; line-height: 150%;">∎</span> Mức 3d chỉ bắt đầu được chiếm khi mức 4s được bảo hòa.<br />Ví dụ cấu hình của nguyên tử Canxi (Z=20) và nguyên tử Scandi (Z=21)như sau:<br />    Ca: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/4{s^2}\)<br />    Sc: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^1}/4{s^2}\)<br /><br />Mức 3d được bảo hòa xuất hiện ở nguyên tố kẽm: (Z=30).<br />    Zn: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^{10}}/4{s^2}\)<br /><br /><b><span style="color: red;">Bài tập 1: </span></b>Lập cấu hình electron của nguyên tử zirconi (Z=40) ở trạng thái cơ bản.<br />Nguyên tử Zirconi cô lập là thuận từ hay nghịch từ?<br /><br /><b><span style="color: blue;">Giải:</span></b><br /><br />Xét cấu hình electron của nguyên tử Zirconi ở trạng thái cơ bản:<br />\(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^{10}}/4{s^2}4{p^6}/4{d^2}5{s^2}\)<br /><br />Mức cuối cùng 4d bị suy biến 5 lần ( hiểu đơn giản là nó có 5 Orbital cùng mức năng lượng) nhưng chỉ còn 2 electron, áp dụng quy tắc Hund ta thấy nó là 2 electron độc thân:<br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjmKl61cGbMjNAVdT2iwBYn5RzZxP06vfA7Homecvjm07ZygtAByCuI4riiaakd78gS_Fph6Nn1ZxGSUsqGRyEycIxhBkd083H1OPzCsCqRpTeKMvxlbzjw0Oy9ymUjFZ75SQOMUK5d7gI/s1600/cau-hinh-electron+%25281%2529.JPG" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="quy tắc Klechkowski" border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjmKl61cGbMjNAVdT2iwBYn5RzZxP06vfA7Homecvjm07ZygtAByCuI4riiaakd78gS_Fph6Nn1ZxGSUsqGRyEycIxhBkd083H1OPzCsCqRpTeKMvxlbzjw0Oy9ymUjFZ75SQOMUK5d7gI/s1600/cau-hinh-electron+%25281%2529.JPG" title="quy tắc Klechkowski" /></a></div><br />Nguyên tử Zirconi cô lập có 2 electron độc thân nên được gọi là thuận từ.<br /><br /><br />-----------------------------<br />*Áp dụng 3:<br />Tính những hằng số chắn của các electron khác nhau của nguyên tử silic và những điện tích hiệu dụng tương ứng.<br /><br />- Ở trạng thái cơ bản, cấu  hình electron của nguyên tử silic (Z+14) là: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^3}3{p^2}\)<br />- Theo quy tắc Slater 14 electron phân bố thành 3 nhóm như ở trên.<br />(Dựa theo: Sự phân chia các nhóm Orbtal theo: \(1s/2s2p/3s3p/3d/4s4p/4d/4f/5s5p/5d...\))<br /><br />- Mỗi electron 1s chỉ bị chắn bởi các electron 1s khác:<br />\({\sigma _{1s}} = 1.0,3 = 0,3\)<br />-Một electron 2s hoạc 2p bị chắn bở 2 electron 1s và 7 electron còn lại trong nhóm 2s2p:<br />\({\sigma _{2s}} = {\sigma _{2p}} = 2.0,85 + 7.0,35 = 4,15\)<br /><br />- Một electron trong nhóm 3s3p bị chắn bởi 2 electron 1s, 8 electron 2s2p và 3 electron còn lại rong nhóm 3s3p:<br />\({\sigma _{3s}} = {\sigma _{3p}} = 2.1 + 8.0,85 + 3.0,35 = 9,85\)<br /><br />-Vậy Những điện tích hiệu dụng tác động lên các electron khác nhau là:<br />\(\begin{array}{l}<br />Z{*_{1s}} = 14 - 0,3 = 13,7\\<br />Z{*_{2s}} = Z{*_{2p}} = 14 - 4,15 = 9,85\\<br />Z{*_{3s}} = Z{*_{3p}} = 14 - 9,85 = 4,15<br />\end{array}\)<br /><br />- Hiệu ứng chắn gây ra ở các electron ngoài cùng là khá lớn: vì chúng chỉ chịu tác động của một điện tích hiệu dụng nhỏ hơn 1/3 điện tích thực của hạt nhân silic.<br /><div>-------------------------------------<br />1.<br />Khi tính điện tích hiệu dụng Z* của các nguyên tố s,p trong bảng tuần hoàn cho thấy: ( xét điện tích hiệu dụng Z* áp dụng cho electron ở AO ngoài cùng)<br />-Đối với những AO hóa trị có cùng số lượng tử n thì Z* tăng theo Z.<br />- Khi n tăng 1 đơn vị thì Z* giảm một cách đột ngột so với Z.<br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgX5IcCKuYJs93OJfmXIepPCgBD96qKFD5misDMfmyec8Brt8tcapHJ1Jy1w87D2m54WD9KuvnDCGQJnoHSG5rOuL_5IEZ_N8yOTf0qfIIrH7MUCSnEAlp-mHqKB4NMdXGOLVpV1ruwgxo/s1600/quy+t%25E1%25BA%25AFc+slater+%25281%2529.JPG" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="quy tắc slater và ứng dụng" border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgX5IcCKuYJs93OJfmXIepPCgBD96qKFD5misDMfmyec8Brt8tcapHJ1Jy1w87D2m54WD9KuvnDCGQJnoHSG5rOuL_5IEZ_N8yOTf0qfIIrH7MUCSnEAlp-mHqKB4NMdXGOLVpV1ruwgxo/s1600/quy+t%25E1%25BA%25AFc+slater+%25281%2529.JPG" title="quy tắc slater" /></a></div><div><br /></div>Điều này chứng tỏ khi n tăng các electron phía bên trong chắn mạnh , nó làm giảm tối đa sự tương tác ( lực hút) giữa hạt nhân và electron ở lớp ngoài cùng này. ( biểu thị bằng năng lượng)<br /><br />--> Điều náy sẽ  góp ích một phần cho chương "Tuần hoàn nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học.</div><div><br /></div><div>=========================</div><div><div>5.3.2. Gần đúng Slater</div><div>Slater đã ra một biểu thức gần đúng về xuyên tâm của các hàm một electron để có</div><div>thể tính bán kính Ao đặc trưng bởi số lượng tử n và l:</div><div>\({R_{n,l}}(r) = A.{(\frac{r}{{{a_0}}})^{n - 1}}.e(\frac{{ - Z*.r}}{{n.{a_0}}})\)</div><div><br /></div><div>Trong đó A là một hằng số chuẩn hóa.</div><div>Biểu thức của bán kính Slater của AO là: \({\rho _{(n,l)}}\)</div><div>\({\rho _{(n,l)}} = \frac{{{n^2}}}{{Z{*_{(n,l)}}}}.{a_0}({a_0} = 52,9 pm)\)</div><div><br /></div><div>\({\rho _{(n,l)}}\) càng nhỏ khi Z* càng lớn và n càng nhỏ.</div><div><br /></div><div>Trong một nguyên tử đã cho, bán kính của các Orbital tăng khi đi từ trong ra ngoài</div><div>vì n tăng Z* giảm.</div><div><br /></div><div>Ví dụ, đối với Silic ta sẽ tính được.</div><div><br /></div><div>AO 1s         : n=1;  Z* = 13,7 ;    \({\rho _{1s}} = 3,9 pm\)</div><div>AO 2s và 2p: n=2;  Z* =9,85  ;   \({\rho _{2s}} = {\rho _{2s}} = 21,5 pm\)</div><div>AO 3s và 3p: n=3; Z* = 4,15  ;   \({\rho _{3s}} = {\rho _{3s}} = 114,8 pm\)</div></div><div><br /></div><div>====================</div><div>5.4: Phương diện năng lượng<br />4.4.1. Năng lượng orbital<br /><br />Năng lượng Orbital được xác định bởi biểu thức:<br />\({\varepsilon _{(n,l)}} =  - 13,6.{\left( {\frac{{{Z^*}_{(n,l)}}}{{{n^*}}}} \right)^2}\)<br />Năng lượng ở biểu thức trên tính theo đơn vị eV.<br />Đó là biểu thức năng lượng của mỗi AO-n,l.<br /><br />Đại lượng n* được gọi là số lượng tử biểu kiến và được tính theo n thông qua bảng sau:<br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiQw-Kxz0kmEEIveQroSGNL-9-VBtTxj6PvbpDGXzzlCSkr7NP9d-W819LPjKdjyYCUWMEVYqK8nHg_NGoKzO-hUwSDa4PsKEAuuOsXsOuhNGjG8JlVFfMYEtWEcqgfwh8opoO4JwGcSJE/s1600/so-luong-tu-bieu-kien+%25281%2529.JPG" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="số lượng tử biểu kiến n*" border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEiQw-Kxz0kmEEIveQroSGNL-9-VBtTxj6PvbpDGXzzlCSkr7NP9d-W819LPjKdjyYCUWMEVYqK8nHg_NGoKzO-hUwSDa4PsKEAuuOsXsOuhNGjG8JlVFfMYEtWEcqgfwh8opoO4JwGcSJE/s1600/so-luong-tu-bieu-kien+%25281%2529.JPG" title="số lượng tử biểu kiến n*" /></a></div><br />Ví dụ:<br />So sánh năng lượng AO-3p của nguyên tử silic trong 2 cấu hình electron sau:<br />- ở trạng thái cơ bản: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^2}\)<br />\(Z*3s = Z*3p = 14 - 9,85\)<br />\( \Rightarrow {\varepsilon _{3s}} = {\varepsilon _{3p}} =  - 13,6.{(\frac{{4,15}}{3})^2} =  - 26,0eV\)<br /><br />- Ở trạng thái kích thích, với cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^1}/3{d^1}\)<br />\({Z^*}_{3s} = {Z^*}_{3p} = 14 - (2.1 + 0,85.8 + 2.0,35) = 14 - 9,5 = 4,5\)<br />\( \Rightarrow {\varepsilon _{3s}} = {\varepsilon _{3p}} =  - 13,6.{(\frac{{4,5}}{3})^2} =  - 30,6eV\)<br /><br />Ta thấy rẳng, rõ ràng ở trạng thái kích thích , năng lượng của AO-3s và AO-3p là thấp hơn.<br />Tuy nhiên năng lượng thấp hơn không có nghĩa là nó bền hơn, rõ ràng trạng thái kích thích<br />là trạng thái kém bền hơn.<br /><br />Để đánh giá mức độ bền và không bền của một hệ, ta phải tính tổng năng lượng của cả hệ.<br />Ta thấy, ở cả 2 trạng thái. Năng lượng \({\varepsilon _{1{s^2}}}\) và \({\varepsilon _{2{s^2}2{p^6}}}\) là như<br />nhau (ta đặt giá trị năng lượng là một hằng số A).<br />-Ở trạng thái cơ bản:<br />\({\sum ^0} = A + {\varepsilon _{3{s^2}3{p^2}}} = A + 4.( - 26,0) = A + ( - 104)(eV)\)<br />- Ở trạng thái kích thích:<br />\({\varepsilon _{3{d^1}}} =  - 13,6.{\left( {\frac{{14 - 13}}{3}} \right)^2} =  - 4,53(eV)\)<br />\({\sum ^*} = A + {\varepsilon _{3{s^2}3{p^1}}} + {\varepsilon _{3{d^1}}} = A + 3.( - 30,6) + 1.( - 4,53) = A + ( - 96,33)(eV)\)<br /><br />Như vậy, nhìn về mặt tổng năng lượng rõ ràng ở trạng thái kích thích năng lượng lớn hơn, nên hệ kém bền hơn<br /><br />-Một ứng dụng:<br />Để nguyên tử silic từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích sẽ phải cung cấp một năng lượng:<br />\(\Delta \varepsilon  = {\sum ^*} - {\sum ^0} = 104 - 96,33 = 7,67(eV)\)<br /><br /><br />- Thực tế, chúng ta hay thấy nguyên tử silic ở trạng thái kích thích: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^1}3{p^3}\)<br />Ở trạng thái kích thích này, silic có 4 electron độc thân, nó thể hiện hóa trị 4 của mình ( số oxy hóa +4).<br />Sự chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích nó biểu hiện bằng sơ đồ:<br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgmzixRyo0OBKhO6k5rE6qlVu1uocUVnph2y-nbNar-E_YEWQCIEG2FMoy2tePyO3KBX1y5anb7dAzIX_Mx8WenUeU7w_GMeeXf_cZ1UZlqNxepEEmAPuG3P6OxDc7Tv-WT11-AZidkKzo/s1600/quy-tac-slater+%25281%2529.JPG" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="ứng dụng của quy tắc slater" border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgmzixRyo0OBKhO6k5rE6qlVu1uocUVnph2y-nbNar-E_YEWQCIEG2FMoy2tePyO3KBX1y5anb7dAzIX_Mx8WenUeU7w_GMeeXf_cZ1UZlqNxepEEmAPuG3P6OxDc7Tv-WT11-AZidkKzo/s1600/quy-tac-slater+%25281%2529.JPG" title="ứng dụng của quy tắc slater" /></a></div><br /><br />Trong đó 1 electron ở AO-3s đang ghép đôi chuyển sang AO-3p.<br /><br />Theo quy tắc slater : năng lượng \(3d > 3p > 3s\) , tuy nhiên về mức năng lượng trong hệ nguyên tử nhiều electron thì thực nghiệm và các tính toán lượng tử cho thấy: \({\varepsilon _{3s}} \approx {\varepsilon _{3p}} < {\varepsilon _{3d}}\).<br />Vì vậy trong quy tắc slater ta thấy: (3s3p) được xếp vào một nhóm và (3d) được xếp vào một nhóm riêng.<br />Bởi vậy, khi electron nhảy từ AO-3s sang AO-3p sẽ cần ít năng lượng hơn khi nhảy từ AO-(3s3p) dang AO-3d.<br /><i>Do đó trạng thái kích thích của Silic phổ biến bởi cấu hình</i>:  \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^1}3{p^3}\)<br /><br /><b><span style="color: red;">Kết luận:</span></b> Với một cấu hình đã cho, năng lượng tổng cộng bẳng tổng năng lượng orbital của các electron của hệ. Năng lượng này không có ý nghĩa vật lý, <b>chỉ những khác nhau về năng lượng orbital giữa 2 trạng thái mới có ích và có thể liên quan đến kết quả thực nghiệm.</b><br /><b><br /></b><b>==========================</b><br />5.4.2. Kiểm chứng quy tắc KlechKowski<br />- Xét nguyên tử Kal (Z=19) . Theo quy tắc KlechKowski trạng thái cơ bản của nó có cấu hình:<br />\(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/4{s^1}\)<br />Và trạng thái kích thích có cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/3{d^1}\)<br /><br />Để so sánh năng lượng orbital của 2 cấu hình này phải so sánh những năng lượng orbital \({\varepsilon _{4s}}\)<br />và orbital \({\varepsilon _{3d}}\).<br /><br />Tính những điện tích hiệu dụng tương ứng rồi sau đó là tính năng lượng:<br />+ Đối với trạng thái cơ bản ta có.<br />\(\sigma (4s) = 1.2 + 1.8 + 8.0,85 = 16,8\)<br />\({Z^*}(4s) = 19 - 16,8 = 2,2\)<br />\(\varepsilon (4s) =  - 13,6.{(\frac{{2,2}}{{3,7}})^2} =  - 4,81(eV)\)<br /><br />+ Đối với trạng thái kích thích ta có:<br />\(\sigma (3d) = 18\)<br />\(Z*(3d) = 19 - 18 = 1\)<br />\(\varepsilon (3d) =  - 13,6.{(\frac{1}{3})^2} =  - 1,51(eV)\)<br /><br />Như vậy, rõ ràng ở trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn, nói cách khác<br />\(\varepsilon (3d) > \varepsilon (4s)\) \( \Rightarrow \) phép tính năng lượng Orbital<br />xác nhận quy tắc thực nghiệm Klechkowski.<br />------------------------<br />- Ví dụ 2:<br />So sánh năng lượng orbital giữa 2 cấu hình sau của nguyên tử Canxi (Z=20):<br />\(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/4{s^2}\)  và  \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/3{d^2}\)<br /><br />Để so sánh năng lượng Orbital của 2 cấu hình, ta chỉ cần so sánh năng lượng orbital \(\varepsilon (4s)\) và\(\varepsilon (3d)\) là đủ <br /><br />Ta có:<br />+ Năng lượng của \(\varepsilon (4s)\)<br />\(\sigma (4s) = 2.1 + 8.1 + 8.0,85 + 0,35 = 17,15\)<br />\({Z^*}(4s) = 20 - 17,15 = 2,85\)<br />\(\varepsilon (4s) =  - 13,6.{(\frac{{2,85}}{{3,7}})^2} =  - 8,07(eV)\)<br /><br />+ Năng lượng của \(\varepsilon (3d)\)<br />\(\sigma (3d) = 18 + 0,35 = 18,35\)<br />\(\varepsilon (3d) =  - 13,6.{(\frac{{20 - 18,35}}{3})^2} =  - 4,11(eV)\)<br /><br />Vậy, \(\varepsilon (3d) > \varepsilon (4s)\).<br />Do đó , ở trạng thái cơ bản nguyên tử canxi có cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}/4{s^2}\)<br /><br /><br />Phép tính năng lượng đã xác nhận quy tắc KlechKowski là đúng.</div><div><br />===========================<br />Áp dụng 4.<br />Lập theo quy tắc KlechKowski, cấu hình electron của nguyên tử mangan (Z=25) ở trạng thái cơ bản. So sánh năng lượng Orbital của cấu hình này với của cấu hình sau:<br />\(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^7}/4{s^0}\)<br /><br />Để có trạng thái cơ bản, điền đầy đủ các orbital theo quy tắc Klechkowski và nguyên lý Pauli:<br />\(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^5}/4{s^2}\)<br /><br />Nhận thấy 2 cấu hình trên chỉ khác nhau ở phân bố electron trong các AO-3d và AO-4s.<br /><br />-Tính năng lượng orbital tương ứng:<br />*Ở cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^5}/4{s^2}\)<br />\(\sigma (4s) = 2 + 8 + 13.0,85 + 0,35 = 21,40\)<br />\({Z^*}(4s) = 25 - 21,40 = 3,60\)<br />\(\varepsilon (4s) =  - 13,6.{\left( {\frac{{3,6}}{{3,7}}} \right)^2} =  - 12,87(eV)\)<br /><br />\(\sigma (3d) = 16 + 4.0,35 = 19,4\)<br />\(\varepsilon (3d) =  - 13,6.{\left( {\frac{{25 - 19,4}}{3}} \right)^2} =  - 47,39(eV)\)<br /><br />Năng lượng Orbital tổng cộng của các electron 3d và 4s là:<br />\(2\varepsilon (4s) + 5\varepsilon (3d) =  - 262,7(eV)\)<br /><br />* ở cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^7}/4{s^0}\)<br />\(\sigma (3d) = 18 + 6.0,35 = 20,1\)<br />\(\varepsilon (3d) =  - 13,6.{\left( {\frac{{25 - 20,1}}{3}} \right)^2} =  - 36,28(eV)\)<br /><br />Năng lượng Orbital tổng cộng của các electron 3d và 4s là:<br />\(0.\varepsilon (4s) + 7\varepsilon (3d) =  - 253,97(eV)\)<br /><br />Vậy những kết quả tính toán này khẳng định dự đoán của quy tắc KlechKowski.<br /><br />=============<br />5.4.3. Năng lượng ion hóa<br />Định nghĩa:<br />Năng lượng ion hóa thứ nhất \({E_{i1}}\) của một nguyên tử là năng lượng<br />tối thiểu cần cung cấp để bứt 1 electron từ nguyên tử ở thể khí và ở trạng<br />thái cơ bản; nó ứng với quá trình:<br />\({M_{(k)}} \to {M^ + }_{(k)} + {e^ - }_{(k)}\)<br /><br />Năng lượng này có thể xác định bằng thực nghiệm.<br /><br />Electron bị bứt ra này liên kết yếu nhất với hạt nhân, nó ở phân lớp cuối cùng<br />trong trạng thái cơ bản.<br /><br />Năng lượng ion hóa thứ nhất phụ thuộc vào 2 yếu tố:<br />+ Năng lượng của Ao chiếm bởi electron bị bứt ra.<br />+ Sự tổ chức lại tức thời các electron trong cation tạo thành.<br /><br />Sự tổ chức lại này là so sự giảm hằng số chắn do số electron bị giảm đi 1 đơn vị<br /><br />Áp dụng quy tắc Slater có thể tính được năng lượng ion hóa của nguyên tử.<br /><br />*Áp dụng 5:<br />Xác định năng lượng ion hóa thứ nhất của nguyên tử silic (Z=14) ở trạng thái<br />cơ bản.<br />So sánh với giá trị thực nghiệm 8,2 eV.<br /><br />Giải:<br />Có:<br />\({M_{(k)}} + {E_{i1}} \to {M^ + }_{(k)} + {e^ - }_{(k)}\)<br />\( \Rightarrow {E_{i1}} = \varepsilon {\rm{\{ }}{M^ + }_{(k)}{\rm{\} }} - \varepsilon {\rm{\{ }}{M_{(k)}}{\rm{\} }}\)<br /><br />-Cấu hình nguyên tử Silic ở trạng thái cơ bản: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^2}\)<br />- Cấu hình của ion \(S{i^ + }\): \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^1}\)<br /><br />Ta thấy chúng chỉ khác nhau ở electron hóa trị :3s3p<br /><br />-Xét nguyên tử Silic:<br />\({Z^*}(3s) = {Z^*}(3p) = 14 - (2 + 8.0,85 + 3.0,35) = 4,15\)<br />\(\varepsilon (3s) = \varepsilon (3p) =  - 13,6.{(\frac{{4,15}}{3})^2} =  - 26,02(eV)\)<br /><br />- Xét ion \(S{i^ + }\) :<br />\({Z^*}(3s) = {Z^*}(3p) = 14 - (2 + 8.0,85 + 2.0,35) = 4,5\)<br />\(\varepsilon (3s) = \varepsilon (3p) =  - 13,6.{(\frac{{4,5}}{3})^2} =  - 30,6(eV)\)<br /><br />-Giá trị của năng lượng ion hóa thứ nhất:<br />\({E_{i1}} = \varepsilon (S{i^ + }) - \varepsilon (Si) = 3.( - 30,6) - (4. - 26,02) = 12,3(eV)\)<br /><br />-Chênh lệch tương đối lớn so với giá trị thực nghiệm:<br />\(\frac{{12.3 - 8,2}}{{8,2}} \approx 50\% \)<br /><br />Như vậy, mô hình slater quá đơn giản để cho kết quả thực nghiệm.<br /><br />=====================<br />-Quy luật về biến thiên năng lượng ion hóa thứ nhất:<br /><br />Theo số liệu về giá trị \({E_{i1}}\) thực nghiệm đối với các nguyên tố của 5<br />chu kỳ đầu cho thấy ( hình bên dưới ):<br /><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEikQkCKRrusM-mZOPoYH9VPsc_lUchvvYdAF-XXSlmrHob4n2KWwRaj1CN0gb1uvZdGaIAPMhObnu-VuFx8eX3en-Z4j5DPEVOeeA1arPIFt0xNCjyNVlHTg5V5v-ev8sVoWXKpVaH3s7k/s1600/nang-luong-ion-hoa+%25281%2529.JPG" imageanchor="1" style="margin-left: 1em; margin-right: 1em;"><img alt="năng lượng ion hóa thứ nhất" border="0" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEikQkCKRrusM-mZOPoYH9VPsc_lUchvvYdAF-XXSlmrHob4n2KWwRaj1CN0gb1uvZdGaIAPMhObnu-VuFx8eX3en-Z4j5DPEVOeeA1arPIFt0xNCjyNVlHTg5V5v-ev8sVoWXKpVaH3s7k/s1600/nang-luong-ion-hoa+%25281%2529.JPG" title="năng lượng ion hóa thứ nhất" /></a></div><div class="separator" style="clear: both; text-align: center;"><i><span style="color: blue;">Năng lượng ion hóa thứ nhất theo eV của một số nguyên tử ở trạng thái cơ bản. (giá trị thực nghiệm)</span></i></div><br />- Trong đại đa số trường hợp, sự biến thiên của \({E_{i1}}\) liên quan tới sự biến thiên của Z* và của bán kính \(\rho \) của các AO hóa trị.<br />- Đối với AO hóa trị có cùng số lượng tử n: Khi Z tăng thì Z* tăng và \(\rho \) giảm. Do đó electron hóa trị càng khó bứt ra, theo chu kỳ thì từ trái sang phải năng lượng ion hóa thứ nhất tăng dần.<br /><br />Có một vài bất thường, ví dụ khi n=2, \({E_{i1}}\) của Be lớn hơn của B, của N lớn hơn của O. Điều này được giải thích là do những phân lớp đã đày một nữa ( bán bão hòa) hoặc đã bão hòa và có độ bền vững đáng kể.<br /><br />- Mỗi khi số lượng tử n của AO hóa trị tăng một đơn vị thì Z* giảm đột ngột còn \(\rho \) tăng lên, do đó \({E_{i1}}\) giảm một cách đột ngột.<br /><br />- Trong trường hợp các nguyên tố chuyển tiếp:<br />Trong khi các electron cuối cùng điền vào các Orbital cuối cùng là các AO-(n-1)d<br />(theo quy tắc KlechKowski) thì sự tạo thành các cation tương ứng lại luôn bắt đầu với electron<br />của AO-ns.<br /><br /><b><span style="color: blue;">Điều bất thường này có thể được giải thích bằng phương án tính năng lượng orbital.</span></b><br /><br />-Ví dụ 6:<br />So sánh năng lượng orbital của ion Fe<sup>2+</sup> trong cấu hình: 1s<sup>2</sup>/2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>/3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>3d<sup>6</sup>/4s<sup>0</sup><br /><br /><br />và trong cấu hình:<br />\(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^4}/4{s^2}\)<br /><br />Hai cấu hình này chỉ khác nhau ở phân bố electron trong các AO 3d và 4s.<br /><br />Tính năng lượng Orbital tương ứng.<br />∎ Ở cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^4}/4{s^2}\)<br /><br />\(\sigma (4s) = 2 + 8 + 12.0,85 + 0,35 = 20,55\)<br />\(\varepsilon (4s) =  - 13,6{\left( {\frac{{26 - 20,55}}{{3,7}}} \right)^2} =  - 29,51(eV)\)<br /><br />\(\sigma (3d) = 18 + 3.0,35 = 19,05\)<br />\(\varepsilon (4s) =  - 13,6{\left( {\frac{{26 - 19,05}}{3}} \right)^2} =  - 72,99(eV)\)<br /><br />Năng lượng orbital của các electron 3d và 4s là:<br />\(2\varepsilon (4s) + 4\varepsilon (3d) =  - 351,0(eV)\)<br /><br />∎ Ở cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^6}/4{s^0}\)<br /><br />\(\sigma (3d) = 18 + 5.0,35 = 19,75\)<br />\(\varepsilon (3d) =  - 13,6.{\left( {\frac{{26 - 19,75}}{3}} \right)^2} =  - 59,03(eV)\)<br /><br />Năng lượng orbital của các electron 3d và 4s là:<br />\(6\varepsilon (3d) =  - 354,2(eV)\)<br /><br />Cấu hình của nguyên tử sắt ở trạng thái cơ bản là: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^6}/4{s^2}\)<br />Đặt năng lượng của các electron 3d và 4s là -A(eV) (A là số dương)<br />∎ Ở cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^4}/4{s^2}\)<br />Tổng năng lượng để bứt ra 2 electron là:<br />\(Fe + \Delta E \to F{e^{2 + }}\)<br />\(\Delta E = \varepsilon (F{e^{2 + }}) - \varepsilon (Fe) =  - 351,0 + A\)<br /><br />∎ Ở cấu hình: \(1{s^2}/2{s^2}2{p^6}/3{s^2}3{p^6}3{d^6}/4{s^0}\)<br />Tổng năng lượng để bứt ra 2 electron là:<br />\(Fe + \Delta E' \to F{e^{2 + }}\)<br />\(\Delta E' = \varepsilon (F{e^{2 + }}) - \varepsilon (Fe) =  - 354,2 + A\)<br /><br />Suy ra: \(\Delta E' - \Delta E < 0\)<br />Tức electron bị bứt ra ở AO-4s dễ hơn AO-3d.<br /><br />Ta có kết luận sau: Khi ion hóa những nguyên tố chuyển tiếp, electron dễ bị bứt ra nhất là electron<br />ở AO-ns chứ không phải electron ở AO-(n-1)d.<br />==========================<br /><br /></div><div><br /></div>

Quy tắc Klechkovski và các ứng dụng

Việc xuất hiện sự tương tác giữa các electron trong nguyên tử nhiều electron cũng như tương tác giữa hạt nhân và các electron đã làm cho năn...

Đọc thêm »

Quy tắc slater và ứng dụng trong ôn thi học sinh giỏi

Unknown 0 cấu hình electron, năng lượng ion hóa, quy tắc slater, tuần hoàn các nguyên tố hóa học 09:17

Quy tắc slater có nhiều ứng dụng trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia, olympic 30-4 môn hóa học. Cụ thể đó là xem cấu hình electron nào là đúng trong các cấu hình đưa ra hay là tính năng lượng ion hóa của một nguyên tử hoặc của một ion nào đó.<br /><h2>1.Sự gần đúng Slater</h2><div><a name="more"></a><blockquote class="tr_bq">Tham khảo:<a href="http://www.chemistrystudy.com/2015/09/phuong-phap-tinh-nang-luong-electron.html" rel="nofollow" target="_blank"> Slater</a></blockquote>Các electron là những hạt mang điện tích âm nên khi chuyển động chúng sẽ che chắn lẫn nhau khỏi lực hút của hạt nhân nguyên tử. Khi đó năng lượng của hệ sẽ được tính như sau:<br /><div style="text-align: center;"><span style="font-size: 25px;">\({E_{n,l}} =  - 13,6\frac{{{{({Z^*})}^2}}}{{{{({n^*})}^2}}} =  - 13,6\frac{{{{(Z - b)}^2}}}{{{{({n^*})}^2}}}\)</span></div><div style="text-align: left;"><br /><b>b:</b> là hằng số chắn<br /><b>n:</b> là số lượng tử chính<br /><b>\(n*\)</b>: Là số lượng tử hiệu dụng<br /><b>Z</b>: Là số điện tích hạt nhân<br /><b>\(Z*\)</b>: số điện tích hạt nhân hiệu dụng.<br /><b>l:</b> là số lượng tử phụ.<br /><h3>Cách tính số lượng tử chính hiệu dụng n*.</h3><div><div style="text-align: center;"><span style="font-size: 25px;">\(\frac{{n = }}{{n* = }}\frac{1}{1};\frac{2}{3};\frac{3}{3};\frac{4}{{3,7}};\frac{5}{4};\frac{6}{{4,2}}\)</span></div></div></div></div><h3>Cách tính hằng số chắn b:</h3><div><div><b><span style="color: blue;">Để tính hằng số chắn b, các AO được chia thành các nhóm như sau:</span></b></div><div>1s/ 2s2p/ 3s3p/ 3d/ 4s4b/ 4d/ 4f/.....</div><div><b><span style="color: blue;">Tính hằng số chắn dựa theo nguyên tắc sau:</span></b></div><div><span style="color: red;"><b>a)</b></span> Trị số hằng số chắn đối với 1 electron đang xét sẽ bằng tổng các trị số góp của các electron khác.</div><div><b><span style="color: red;">b)</span></b> Các electron ở các nhóm AO phía bên ngoài nhóm AO đang xét ( bên tay phải ở cấu hình electron hay cấu hình năng lượng của nguyên tử hay ion đang xét) sẽ không đóng góp vào hằng số chắn:</div><div><b>Ví dụ: </b></div><div>\(1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^3}\)</div>Ta xét electron trong nhóm AO: \(2{s^2}2{p^6}\) thì các electron ở nhóm \(3{s^2}3{p^3}\) sẽ không đóng góp gì vào hằng số chắn.<br /><b><span style="color: red;">c)</span></b> Mỗi electron nằm trong cùng một nhóm AO đang xét sẽ đóng góp vào hằng số chắn một lượng 0,35; riêng electron ở AO-1s chỉ đóng góp 0,3.<br /><span style="color: red; font-weight: bold;">d)</span> Mỗi electron nằm phía bên trong của AO đang xét ( phía bên tay trái) sẽ đóng góp như sau:<br />- AO đang xét là AO có vị trí nhóm AO giả sử là m, và AO đang xét là AO-s,p:<br /> +Nhóm AO bên trong kế cạnh nhóm m đó là AO ở nhóm m-1:<br /> + Nếu AO ở nhóm số m-1: là AO-s,p: Đóng góp vào hằng số chắn 0,85.<br /> + Nếu AO ở nhóm số m-1 là AO-d,f : Đóng góp vào hằng số chắn 0,85.<br />- AO đang xét là AO có vị trí nhóm AO giả sử là m, và AO đang xét là AO-d,f:<br /> + Tất cả các electron ở các AO bên trong đều đóng góp hằng số chắn là 1.<br />- Tất cả các AO ở nhóm số m-2 : đều đóng góp vào hằng số chắn là 1.<br /><br /><h2>Hiện nay có 2 quan điểm về việc phân chia nhóm khi tính toán bằng quy tắc slate</h2><h3>a) Quan điểm 1</h3><div>Ta nhìn nhận quan điểm này theo ví dụ sau đây:</div><div><div style="text-align: center;"><b>Ni (Z=28): 1s<sup>2</sup>/2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>/3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>3d<sup>8</sup>/4s<sup>2</sup></b></div><br />Các hằng số chắn được tính như sau<br />\(\begin{array}{l}<br />{b_{1s}} = 1 \times 0.3 = 0.3\\<br />{b_{2s2p}} = 2 \times 0.85 + 7 \times 0.35 = 4.15\\<br />{b_{3s3p}} = 2 \times 1 + 8 \times 0.85 + 7 \times 0.35 = 11.25\\<br />{b_{3d}} = 18 \times 1 + 7 \times 0.35 = 20.45\\<br />{b_{4s}} = 10 \times 1 + 16 \times 0.85 + 1 \times 0.35 = 24.95<br />\end{array}\)<br /><br />Điểm đặc biệt ở đây là khi ta tính hằng số chắn ở <b>nhóm 4s </b>, theo quan điểm này thì nhóm thứ m-1 là nhóm <b>(3s3p3d)</b>.<br /><blockquote class="tr_bq">Tham khảo:<br /> <a href="http://www.chemistrystudy.com/2015/09/phuong-phap-tinh-nang-luong-electron.html" rel="nofollow" target="_blank">Cách tính năng lượng electron</a></blockquote><h3>b) Quan điểm 2</h3> Ta nhìn nhận quan điểm này theo ví dụ sau đây:<br /><div><div style="text-align: center;"><b>Ni (Z=28): 1s<sup>2</sup>/2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>/3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>/3d<sup>8</sup>/4s<sup>2</sup></b></div><br />Các hằng số chắn được tính như sau<br />\(\begin{array}{l}<br />{b_{1s}} = 1 \times 0.3 = 0.3\\<br />{b_{2s2p}} = 2 \times 0.85 + 7 \times 0.35 = 4.15\\<br />{b_{3s3p}} = 2 \times 1 + 8 \times 0.85 + 7 \times 0.35 = 11.25\\<br />{b_{3d}} = 18 \times 1 + 7 \times 0.35 = 20.45\\<br />{b_{4s}} = 10 \times 1 +8 \times 1+ 8 \times 0.85 + 1 \times 0.35 = 25.15<br />\end{array}\)<br /><br />Điểm đặc biệt ở đây là khi ta tính hằng số chắn ở <b>nhóm 4s </b>, theo quan điểm này thì nhóm thứ m-1 là nhóm <b>(3d) </b>và nhóm thứ m-2 là <b>(3s3p).</b><br /><b><br /></b><b>Quan điểm 2 là một quan điểm hiện đại. </b>Do đó khi các bạn sử dụng quy tăc slater để tính toán hãy chú ý lấy điều này. Hãy hỏi xem giáo viên của bạn sử dụng quan điểm nào. Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu, mình thấy đa số các tìa liệu việt nam sử dụng quan điểm 1, các bạn phải lưu ý điều này khi tính năng lượng theo quy tắc slater.<br /><br />Để các bạn hiểu rõ hơn về quy tắc slater, mình sẽ trích nguyên bản tiếng anh<br /><h3 style="text-align: center;">Slater’s Rule</h3></div></div><div><div>Slater's Rule determines the shielding constant which is represented by S. To determine the effective nuclear charge use this equation:</div><div style="text-align: center;">Z*=Z-S.</div><div>• According to Slater's rule, the electrons are grouped like:</div><div><b>(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)(5f)..</b>.</div><div>• Electrons to the right of the electron you have chosen do not contribute because they don't shield.</div><div>• In the same group, each electron shields 0.35.</div><div>• If the desired electron is in the (s,p) orbital, each electron in n-1 contribute 0.85.</div><div>• Electrons in n-2 contribute 1.00</div><div>• If the desired electron is in the (d,f) orbital, anything to the left shields completely and therefore has a value of 1.0.</div></div><div><br /></div><div>Tất nhiên theo nguyên bản này, nó sẽ hoạt động theo <b>quan điểm 2</b>. Nhưng xét về mặt câu cú, thì nên thay n bằng m như ở phần cách tính hằng số chắn b mình đã nói ( để tránh sự nhầm lẫn).<br /><blockquote class="tr_bq">Xem tài liệu nói về vấn đề này:<a href="https://drive.google.com/file/d/0BzGfqEhnhrBHWklzRVdtckxja3c/view" rel="nofollow" target="_blank">Xem ở đây</a> (slide 6)</blockquote></div><hr /><h2><span style="color: blue;">Trong cuốn sách " </span><a href="http://www.chemistrystudy.com/2015/01/hoa-hoc-nam-thu-1-mpsi-va-ptsi-cua-dao-quy-chieu.html" rel="nofollow" target="_blank"><span style="color: #990000;">Hóa học năm thứ nhất MPSI và PTSI</span></a><span style="color: blue;">" cho thấy: </span></h2>Quan điểm 1 được sử dụng.<br />Do đó trong phạm vi bài viết này, lấy tài liệu này để sử dụng làm tài liệu chính thống. Được sử dụng cho hệ thống các bài tập và vấn đề liên quan đến quy tắc slater.<br /><br /><div>1. Tóm tắt lại quy tắc slater<br />2. Gần đúng slater và bán kính orbital<br />3. Năng lượng Orbital<br />4. Kiểm chứng quy tắc Kleckowski<br />5. Cách tính năng lượng ion hóa theo quy tắc slater<br />6. Các dạng bài tập ứng dụng</div><div>---------------------<br /><br /></div><div>1. Cách tính tổng năng lượng electron của nguyên tử hay ion<br />Để tính được tổng năng lượng của electron của nguyên tử hay ion ta phải thực hiện nhiều bước khác nhau. Sau đây là một ví dụ thực hiện cách tính thông qua nguyên tử Ni.<br />Phương pháp tính: Sử dụng quan điểm 2.</div><div>Năng lượng được tính theo hệ thức:<br /><div style="text-align: center;">\({E_{n,l}} =  - 13,6\frac{{{{({Z^*})}^2}}}{{{{({n^*})}^2}}} =  - 13,6\frac{{{{(Z - b)}^2}}}{{{{({n^*})}^2}}}\)</div><div style="text-align: left;">Bước 1: Viết cấu hình electron hay cấu hình năng lượng của nguyên tử</div><div style="text-align: left;">-Giả sử cấu hình electron của Ni là: <b style="text-align: center;">Ni (Z=28): 1s<sup>2</sup>/2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>/3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>/3d<sup>8</sup>/4s<sup>2</sup></b></div>Bước 2: Tính hằng số chắn</div><div><div>Các hằng số chắn được tính như sau</div><div>\(\begin{array}{l}<br />{b_{1s}} = 1 \times 0.3 = 0.3\\<br />{b_{2s2p}} = 2 \times 0.85 + 7 \times 0.35 = 4.15\\<br />{b_{3s3p}} = 2 \times 1 + 8 \times 0.85 + 7 \times 0.35 = 11.25\\<br />{b_{3d}} = 18 \times 1 + 7 \times 0.35 = 20.45\\<br />{b_{4s}} = 10 \times 1 +8 \times 1+ 8 \times 0.85 + 1 \times 0.35 = 25.15<br />\end{array}\)</div></div><div><br /></div><div>-Hướng dẫn cách tính:</div><div>Tính hằng số chắn của từng nhóm Orbital một, </div><div>Ví dụ:</div><div>-2 electron của Orbital 1s, chỉ có 1 electron ảnh hưởng tới electron đang xét ở Orbital 1s này \( \Rightarrow \) \({b_{1s}} = 1 \times 0.3\).</div><div>-Xét nhóm Orbital 3s3p: có 7 electron trong Orbital này ảnh hưởng tới electron đang xét \( \Rightarrow \) \(b_1 = 0.35 \times 7\), có 8 electron ở orbital-2s2p kế cạnh ảnh hưởng tới electron đang xét \( \Rightarrow \) \(b_2 = 0.85 \times 8\), có 2 electron ở AO-1s ảnh hưởng tới electron đang xét \( \Rightarrow \) \({b_3} = 2 \times 1\).</div><div>Tổng cộng: Hằng số chắn của nhóm Orbital 3s3p là: \({b_{3s3p}} = {b_1} + {b_2} + {b_3}\)</div><div>Bước 3: Tính năng lượng của 1 electron trên 1 nhóm orbital<br />Nên nhớ rằng: Ta chỉ tính năng lượng của 1 electron trên orbital đang xét.<br />-Công thức tính:<br /><div style="text-align: center;">\({E_{n,l}} =  - 13,6\frac{{{{({Z^*})}^2}}}{{{{({n^*})}^2}}} =  - 13,6\frac{{{{(Z - b)}^2}}}{{{{({n^*})}^2}}}\)</div><div style="text-align: left;">Kết quả cụ thể như sau:</div>\(\begin{array}{l}<br />{E_{1s}} =  - 13.6{\left( {\frac{{28 - 0.3}}{1}} \right)^2} =  - 10435.10eV\\<br />{E_{2s2p}} =  - 13.6{\left( {\frac{{28 - 4.15}}{2}} \right)^2} =  - 1934.00eV\\<br />{E_{3s3p}} =  - 13.6{\left( {\frac{{28 - 11.25}}{3}} \right)^2} =  - 423.96eV\\<br />{E_{3d}} =  - 13.6{\left( {\frac{{28 - 20.45}}{3}} \right)^2} =  - 86.14eV\\<br />{E_{4s}} =  - 13.6{\left( {\frac{{28 - 23.95}}{{3.7}}} \right)^2} =  - 16.30eV<br />\end{array}\)<br /><br />Bước 4: Tính tổng năng lượng electron của nguyên tử.<br />Năng lượng toàn phần bằng tổng năng lượng của tất cả các electron trong từng nhóm:<br />\({E_{tp}} = 2{E_{1s}} + 8{E_{2s2p}} + 8{E_{3s3p}} + 8{E_{3d}} + 2{E_{4s}}\)<br />\({E_{tp}} =  - 40455.60eV\)<br /><br />Kết luận:<br /> Thông qua 4 bước ta xác định được tổng năng lượng electron toàn phần của nguyên tử Ni. Qua đó ta cũng thấy nếu ta thay đổi cấu hình electron của nguyên tử, ta sẽ có năng lượng tương ứng. Bằng cách so sánh năng lượng tính được ở mỗi cấu hình tương ứng, năng lượng ở cấu hình nào thấp hơn nó bền hơn ( âm hơn).<br /><hr />2. Quy tắc Klechkovxki<br />Trong bài này Ứng dụng của quy tắc Klechkovxki là viết cấu hình năng lượng của electron, từ đó viết cấu hình electron. Sau đó là tính năng lượng của nguyên tử hay ion dựa trên cấu hình electron<br /><blockquote class="tr_bq">Xem bài viết: <a href="http://www.hoahocnc.com/2015/09/quy-tac-klechkovxki-va-cac-ung-dung-13.html" target="_blank">http://www.hoahocnc.com/2015/09/quy-tac-klechkovxki-va-cac-ung-dung-13.html</a></blockquote></div><hr /><br />Tham khảo thêm:<br />-<a href="http://chemwiki.ucdavis.edu/Wikitexts/Mount_Royal_University/Chem_1201/Unit_2._Periodic_Properties_of_the_Elements/2.06%3A_Slater's_Rules">http://chemwiki.ucdavis.edu/Wikitexts/Mount_Royal_University/Chem_1201/Unit_2._Periodic_Properties_of_the_Elements/2.06%3A_Slater's_Rules</a><br /><br />-Hóa học đại cương vô cơ , sách đào tạo dược sỹ hà nội.<br />=========================<br />Tham khảo:<br /><br /><a href="https://drive.google.com/file/d/0B1i9PwsI0eqWQ0l3REh5M3J6QXM/view">https://drive.google.com/file/d/0B1i9PwsI0eqWQ0l3REh5M3J6QXM/view</a><br /><br /><br />Đặt ra một số câu hỏi như sau:<br /><br />-Cách viết cấu hình electron của các nguyên tố họ d từ chu kỳ 3 trở đi là (n+1)s nd hay là nd (n+1)s ?<br />-Tại sao lại xuất hiện các cấu hình electron theo kiểu \(3{d^5}4{s^1}\) và \(3{d^{10}}4{s^1}\) .?<br />- Khi tách 1 electron ra khỏi nguyên tử thì năng lượng ion hóa được tính như thế nào?<br />- Có thể tách tất cả các electron ra khỏi nguyên tử hay không và năng lượng ion hóa được tính như thế nào?<br /><br /></div>

Quy tắc slater và ứng dụng trong ôn thi học sinh giỏi

Quy tắc slater có nhiều ứng dụng trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia, olympic 30-4 môn hóa học. Cụ thể đó là xem cấu hình electron nào l...

Đọc thêm »