Hóa học 10 Cánh Diều Bài 4: Mô hình nguyên tử và Orbital nguyên tử

a. Mô hình Rutherford – Bohr

- Mô hình nguyên tử theo Rutherford-Bohr (Rơ-do-pho-Bo) 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.

Ví dụ: Electron duy nhất của nguyên tử hydrogen quay trên quỹ đạo có bán kính cố định = 0,53 \(\mathop A\limits^0 \). Khi quay trên quỹ đạo này, electron có năng lượng không thay đổi.

+ 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.

Hình 4.2. Mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr (a) và cấu trúc nguyên tử aluminium theo mô hình này (b)

- 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 tư gọi là lớp N.

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

- Dựa theo mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr, hãy vẽ mô hình nguyên tử các nguyên tố có 2 từ 1 đến 11.

b. 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, 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.

Hình 4.3. Minh hoạ đám mây electron của nguyên tử hydrogen

- Xác suất tìm thấy electron trong đám mây electron minh hoạ ở Hình 4.3 là khoảng 90%, nghĩa là electron dù chuyển động khắp nơi trong không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử, nhưng tập trung phần lớn ở khu vực này.

a. Khái niệm

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

- Orbital nguyên tử kí hiệu là AO (viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Atomic Orbital)

Ví dụ: Khu vực không gian trong khối cầu xung quanh hạt nhân hydrogen (Hình 4.3) mà xác suất tìm thấy electron tại đó là khoảng 90% chính là orbital nguyên tử của hydrogen.

- 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 (tuỳ theo vị trí của AO p trên hệ trục toạ độ Descartes (Đề-các), sẽ gọi là AO p_x, p_y, và p_z)

Hình 4.4. Hình dạng của AO s(a) và AO p (b, c, d)

- Các AO p trong cùng một lớp electron có kích thước và hình dạng tương tự nhau nhưng khác nhau về định hướng trong không gian.

- Ngoài các AO hay gặp là s và p, còn có các AO khác như d, f có hình dạng phức tạp hơn.

b. Số lượng electron trong một AO

- Electron chuyển động trong AO s gọi là elections, electron chuyển động trong AO p gọi là electron p,...

- 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.

Bài 1: Trong lịch sử các thuyết về mô hình nguyên tử, có mô hình hành tinh nguyên tử và mô hình hiện đại nguyên tử. Theo em, trong hai hình bên, hình nào thể hiện mô hình hành tinh nguyên tử, hình nào thể hiện mô hình hiện đại của nguyên tử?

Hình 4.1. Hai mô hình nguyên tử của helium

Hướng dẫn giải

- Mô hình hành tinh nguyên tử mô tả về sự chuyển động của electron.

- Hình a không mô tả sự chuyển động của electron

- Hình b mô tả sự chuyển động của electron

→ Hình b thể hiện mô hình hành tinh nguyên tử và Hình a thể hiện mô hình hiện đại của nguyên tử

Bài 2: Electron chuyển từ lớp gần hạt nhân ra lớp xa hạt nhân thì phải thu hay giải phóng năng lượng? Giải thích?

Hướng dẫn giải

- Electron ở càng xa hạt nhân thì năng lượng càng cao

→ Electron ở gần hạt nhân có mức năng lượng thấp hơn electron ở xa hạt nhân

→ Electron cần phải thu năng lượng để có thể chuyển từ lớp gần ra lớp xa hạt nhân

Bài 3: Theo em, xác suất tìm thấy electron trong toàn phần không gian bên ngoài đám mây là khoảng bao nhiêu phần trăm?

Hướng dẫn giải

Xác suất tìm thấy electron trong toàn phần không gian bên ngoài đám mây là khoảng 10%

Học xong bài học này, em có thể: 

- Trình bày và so sánh được mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr và mô hình hiện đại.

- Nêu được khái niệm về orbital nguyên tử (AO), mô tả được hình dạng của AO (s, p), số lượng electron trong một AO.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 10 Cánh Diều Bài 4 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Sự phân bố electron vào các AO ở nguyên tử photpho nào dưới đây là đúng? 

  • A.
  • B.
  • C.
  • D.

• Câu 2:

  Cho hai nguyên tố M và N có số hiệu nguyên tử lần lượt là 11 và 13. Cấu hình electron của M và N lần lượt là:

  • A. \(M:\;1{s^2}2{s^2}2{p^7}\;;N:{\rm{ }}1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}\)
  • B. \(M:1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^1}\;;N:1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}3{p^1}\)
  • C. \(M:1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^{1\;}};{\rm{ N:}}1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^2}\)
  • D. \(M:1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^1};N:1{s^2}2{s^2}2{p^6}3{s^3}.\)

• Câu 3:

  Nguyên tử Nhôm có điện tích hạt nhân là 13+. Trong nguyên tử Al số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 12 hạt. Số khối của Al là:

  • A. 13    
  • B. 14
  • C. 27    
  • D. 26

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 10 Cánh Diều Bài 4 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi 1 trang 21 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Luyện tập trang 22 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải câu hỏi 2 trang 23 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải câu hỏi 3 trang 23 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải câu hỏi 4 trang 23 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 1 trang 25 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 2 trang 25 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 3 trang 25 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4 trang 25 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 5 trang 25 SGK Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.1 trang 10 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.2 trang 10 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.3 trang 10 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.4 trang 10 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.5 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.6 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.7 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.8 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.9 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.10 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.11 trang 11 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.12 trang 12 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.13 trang 12 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.14 trang 12 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.15 trang 12 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Giải bài 4.16 trang 12 SBT Hóa học 10 Cánh Diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!