1. Tóm tắt lý thuyết
1.1. Mô hình hành tinh nguyên tử
-
Năm 1911, Rutherford mạnh dạn đề xướng mẫu hành tinh nguyên tử: Theo Rutherford nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang tích điện dương nằm ở chính giữa, xung quanh có các electron mang điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo tròn hay elíp giống như hệ Mặt Trời nên gọi là mẫu hành tinh nguyên tử.
-
Mẫu hành tinh nguyên tử của Rơ- dơ- pho gặp phải khó khăn là không giải thích được tính bền vững của các nguyên tử và sự tao thành quang phổ vạch của các nguyên tử.
-
Mẫu nguyên tử của Bo bao gồm mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề của Bo.
1.2. Các tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử
a. Tiên đề về các trạng thái dừng
-
Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định En, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
-
Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng.
-
Bán kính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hyđrô: \(r_n=n^2.r_0\), với n là số nguyên và \(r_0=5,3.10^{-11}(m)\), là bán kính Bo.
-
Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ cỡ 10-8s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản.
b. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
-
Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng \(E_m\) mà hấp thụ được một phôtôn có năng lượng \(h.f\) đúng bằng hiệu \(E_n-E_m\) thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng \(E_n\) lớn hơn.
1.3. Quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hyđrô
-
Mẫu nguyên tử Bo giải thích được các quy luật của quang phổ nguyên tử Hyđrô.
-
Khi electron chuyển từ mức năng lương cao Ecao xuống mức năng lượng thấp hơn Ethấp thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng hoàn toàn xác định: \(h.f\) = Ecao – Ethấp
-
Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng \(\lambda =\frac{c}{f}\) tức là ứng với một vạch quang phổ có một màu nhất định.
-
Ngược lại, nếu một nguyên tử hyđrô đang ở một mức năng lương Ethấp nào đó mà nằm trong một chùm ánh sáng trắng, trong đó có tất cả các phôtôn có năng lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, thì lập tức nguyên tử đó sẽ hấp thụ ngay một phôtôn có năng lượng phù hợp \(\varepsilon =h.f\) = \(E_{cao}\) – \(E_{thấp}\) thấp để chuyển lên mức năng lượng \(E_{cao}\). Như vậy một sóng ánh sáng đơn sắc đã bị hấp thụ làm cho trên nền quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối.
2. Bài tập minh họa
2.1. Dạng 1: Xác định số photon
Nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản. Để chuyển lên trạng thái kích thích với mức năng lượng E2 nó có thể hấp thụ tối đa số photon là
A. 1 B. 2
C. 3 D. 4
Hướng dẫn giải
Nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản. Để chuyển lên trạng thái kích thích với mức năng lượng E2 nó có thể hấp thụ tối đa 1 photon.
⇒ Chọn đáp án A
2.2. Dạng 2: Xác định số vạch quang phổ
Nếu êlectron trong một số nguyên tử hiđrô đều ở quỹ đạo dừng O thì số vạch quang phổ do các nguyên tử này có thể phát ra là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Nếu êlectron trong một số nguyên tử hiđrô đều ở quỹ đạo dừng O (n = 5) thì số vạch quang phổ do các nguyên tử này có thể phát ra là:
\(N = \frac{{n.(n – 1)}}{2} = 10\) nguyên tử
3. Luyện tập
3.1. Bài tập tự luận
Câu 1: Nguyên tử hiđrô ở trạng thái cơ bản được kích thích và chuyển lên trạng thái có bán kính quỹ đạo tăng lên 16 lần. Số bức xạ mà nguyên tử có thể phát ra là bao nhiêu?
Câu 2: Nguyên tử hiđrô đang ở trạng thái cơ bản. Để chuyển lên trạng thái kích thích với mức năng lượng E3 nó có thể hấp thụ tối đa số photon là bao nhiêu?
Câu 3: Nếu êlectron trong một số nguyên tử hiđrô đều ở quỹ đạo dừng O thì số vạch quang phổ do các nguyên tử này có thể phát ra là bao nhiêu?
Câu 4: Cho bán kính quỹ đạo K trong nguyên tử hiđrô là r0=0,53 Å. Tốc độ của êlectron trên quỹ đạo này là bao nhiêu?
Câu 5: Biết tốc độ của êlectron trên quỹ đạo dừng thứ hai của nguyên tử hiđrô là 1,09.106 m/s. Tốc độ của êlectron trên quỹ đạo dừng thứ ba là bao nhiêu?
3.2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Với r0 là bán kính B0. Trong nguyên tử hiđrô, khi êlectron chuyển động trên quỹ đạo O thì có bán kính quỹ đạo là
A. 4 r0 B. 9 r0
C. 16 r0 D. 25 r0
Câu 2: Đối với nguyên tử hiđrô, bán kính Bo là r0=5,3.10-11 m. Nguyên tử hiđrô có thể có bán kính nào sau đây?
A. 242.10-12 m B. 477.10-12 m
C. 8,48.10-11 m D. 15,9.10-11 m
Câu 3: Tìm phát biểu sai về quang phổ vạch của nguyên tử hiđrô.
A. Khi được kích thích, nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn.
B. Nguyên tử chỉ tồn tại ở các trạng thái có năng lượng xác định.
C. Nguyên tử ở trạng thái kích thích chỉ trong thời gian rất ngắn.
D. Khi chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn thì nguyên tử phát ra bức xạ.
Câu 4: Chỉ ra nhận xét sai khi nói về trạng thái dừng của nguyên tử.
A. Trạng thái dừng là trạng thái có năng lượng xác định.
B. Nguyên từ chỉ tồn tại trong các trạng thái dừng.
C. Ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ năng lượng.
D. Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng này sang trạng thái dừng khác thì luôn phát ra một photon.
Câu 5: Chọn phát biểu đúng theo các tiên đề Bo.
A. Nguyên tử ở trạng thái có mức năng lượng càng cao thì càng bền vững.
B. Khi nguyên tử ở trạng thái dừng thì nó có năng lượng xác định.
C. Năng lượng của nguyên tử có thể biến đổi một lượng nhỏ bất kì.
D. Ở trạng thái dừng, nguyên tử không hấp thụ, không bức xạ năng lượng.
4. Kết luận
Qua bài học này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như:
-
Trình bày được mẫu nguyên tử Bo.
-
Phát biểu được hai tiên đề của Bo về cấu tạo nguyên tử.
-
Giải thích được tại sao quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hiđrô lại là quang phổ vạch.
-
Vận dụng được công thức cơ bản vào giải quyết một số bài tập dạng trắc nghiệm.
