Giải Hóa 10 Bài 4 ( Cánh diều): Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Video giải bài tập Hóa lớp 10 Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Mở đầu trang 21 Hóa học 10: 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?

Trả lời:

- Theo mô hình hiện đại của nguyên tử các electron chuyển động không theo quỹ đạo cố định. Electron chuyển động rất nhanh trong cả khu vực không gian xung quanh hạt nhân với xác xuất tìm thấy là khác nhau, sự chuyển động này tạo nên một hình ảnh giống như một đám mây electron.

- Theo mô hình hành tinh nguyên tử các electron chuyển động theo quỹ đạo giống như các hành tinh quay xung quanh mặt trời.

Vậy:

Hình a) thể hiện mô hình hiện đại của nguyên tử.

Hình b) thể hiện mô hình hành tinh nguyên tử.

I. Mô hình nguyên tử

1. Mô hình Rutherford – Bohr

Câu hỏi 1 trang 21 Hóa học 10: Electron chuyển từ lớp gần hạt nhân ra lớp xa hạt nhân thì phải thu hay giải phóng năng lượng? Giải thích.

Trả lời:

Theo Rutherford – Bohr, electron ở càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao.

⇒ Nếu electron chuyển từ lớp gần hạt nhân ra lớp xa hạt nhân thì phải thu năng lượng

Luyện tập trang 18 Hóa học 10: Dựa theo mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr, hãy vẽ mô hình nguyên tử các nguyên tố có Z từ 1 đến 11.

Trả lời:

Mô hình nguyên tử các nguyên tố có Z từ 1 đến 11 theo mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr được biểu diễn như sau:

2. Mô hình hiện đại về nguyên tử

Câu hỏi 2 trang 23 Hóa học 10: Theo em, xác suất tìm thấy electron trong toàn phần không gian bên ngoài đám mây là khoảng bao nhiêu phần trăm.

Trả lời:

Xác suất tìm thấy electron trong đám mây electron là khoảng 90%.

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

II. Orbital nguyên tử

1. Khái niệm

Câu hỏi 3 trang 23 Hóa học 10: Khái niệm AO xuất phát từ mô hình Rutherford – Bohr hay mô hình hiện đại về nguyên tử?

Trả lời:

Khái niệm AO: 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%).

⇒ Khái niệm AO (orbital nguyên tử) xuất phát từ mô hình hiện đại về nguyên tử.

2. Số lượng electron trong một AO

Câu hỏi 4 trang 23 Hóa học 10: Chọn phát biểu đúng về electron s.

A. Là electron chuyển động chủ yếu trong khu vực không gian hình cầu.

B. Là electron chỉ chuyển động trên một mặt cầu.

C. Là electron chỉ chuyển động trên một đường tròn.

Trả lời:

Đáp án đúng là: A

Electron s là electron chuyển động chủ yếu trong khu vực không gian hình cầu.

Bài tập (trang 25)

Bài 1 trang 25 Hóa học 10: Những phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về mô hình Rutherford – Bohr?

(a) Electron quay xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.

(b) Electron không chuyển động theo quỹ đạo cố định mà trong cả khu vực không gian xung quanh hạt nhân.

(c) Electron không bị hút vào hạt nhân do còn chịu tác dụng của lực quán tính li tâm.

Trả lời:

Theo mô hình Rutherford – Bohr:

+ Electron quay xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.

+ 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).

⇒ Phát biểu (a) và (c) đúng.

Bài 2 trang 25 Hóa học 10: Nguyên tử Li (Z = 3) có 2 electron ở lớp K và 1 electron ở lớp L. So sánh năng lượng của electron giữa hai lớp theo mô hình Rutherford – Bohr.

Trả lời:

Theo mô hình Rutherford – Bohr: Electron ở càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao.

⇒ Lớp L ở xa hạt nhân hơn nên electron ở lớp L có năng lượng cao hơn.

Bài 3 trang 25 Hóa học 10: Sử dụng mô hình Rutherford – Bohr, hãy cho biết khi electron của nguyên tử H hấp thụ một năng lượng phù hợp, electron đó sẽ chuyển ra xa hay tiến lại gần hạt nhân hơn. Giải thích.

Trả lời:

Theo mô hình Rutherford – Bohr electron ở càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao.

Suy ra khi electron của nguyên tử H hấp thụ một năng lượng phù hợp, electron đó sẽ chuyển ra xa hạt nhân hơn.

Bài 4 trang 25 Hóa học 10: Từ khái niệm “Orbital nguyên tử 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%)” hãy cho biết phát biểu “Xác suất tìm thấy electron tại mỗi điểm trong không gian của AO là 90%.” có đúng không. Giải thích

Trả lời:

Phát biểu: “Xác suất tìm thấy electron tại mỗi điểm trong không gian của AO là 90%” chưa chính xác.

Giải thích:

Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo quỹ đạo nào. Giả sử, ta có thể chụp ảnh một electron ở một thời điểm nào đó, nếu chúng ta lại chụp ảnh tại một thời điểm tiếp theo thì electron sẽ ở vị trị khác. Do đó xác suất tìm thấy electron tại mỗi điểm trong không gian của AO không thể là 90%.

Bài 5 trang 25 Hóa học 10: Trả lời những câu hỏi sau đây liên quan đến mô hình Rutherford – Bohr và mô hình hiện đại về nguyên tử.

a) Vì sao còn gọi mô hình Rutherford – Bohr là mô hình hành tinh nguyên tử?

b) Theo mô hình hiện đại, orbital p có hình số 8 nổi với hai phần (còn gọi là hai thùy) giống hệt nhau. Xác suất tìm thấy electron ở mỗi thùy là khoảng bao nhiêu phần trăm?

c) So sánh sự giống và khác nhau giữa mô hình Rutherford – Bohr và mô hình hiện đại về nguyên tử.

Trả lời:

a) Mô hình Rutherford – Bohr còn gọi là mô hình hành tinh nguyên tử vì trong mô hình Rutherford – Bohr electron quay xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.

b) Theo mô hình hiện đại, xác suất tìm thấy electron ở mỗi thùy trong AO p là khoảng 90%.

c)

Lý thuyết Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

I. Mô hình nguyên tử

1. Mô hình Rutherford – Bohr

- Mô hình nguyên tử của 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.

Hình 4.1. Cấu trúc nguyên tử sodium theo mô hình Rutherford – Bohr

- 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.

Hình 4.2. Mô hình nguyên tử theo Rutherford – Bohr

Lưu ý:

- Các electron được phân bố lần lượt vào lớp gần hạt nhân trước.

Ví dụ: Các electron được phân bố vào các lớp theo thứ tự: K, L, M, N, ...

- Số electron tối đa trong mỗi lớp là 2n², với n là số thứ tự lớp electron (n £ 4).

Ví dụ: Dựa vào công thức này tính được lớp thứ tư (lớp N, n = 4) chứa tối đa 2.4² = 32 electron.

2. Mô hình hiện đại về nguyên tử

- Theo mô hình hiện đại về nguyên tử:

+ Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân không theo những quỹ đạo xác định.

+ 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.

Ví dụ: Xác suất tìm thấy electron trong đám mây electron của nguyên tử hydrogen 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.

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

II. Orbital nguyên tử

1. 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%).

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

- Orbial nguyên tử có một số hình dạng khác nhau.

+ 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 Đề - các, sẽ gọi là AO p_x, p_y và p_z).

Hình 4.4. Hình dạng của AO s và AO p

Lưu ý:

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

- Các AO p trong cùng một lớp electron có hình dạng và kích thước 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.

2. Số lượng electron trong một AO

- Electron chuyển động trong AO s gọi là electron s, 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 được gọi là AO trống.

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 5: Lớp, phân lớp và cấu hình electron

Bài 6: Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Bài 7: Xu hướng biến đổi một số tính chất của đơn chất, biến đổi thành phần và tính chất của hợp chất trong một chu kì và trong một nhóm

Bài 8: Định luật tuần hoàn và ý nghĩa của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Bài 9: Quy tắc octet

Xem thêm tài liệu Hóa học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử

Trắc nghiệm Bài 4: Mô hình nguyên tử và orbital nguyên tử