Bài giảng nguyên lí Pauli – Hóa học 10 Chân trời sáng tạo. Cơ sở phân bố electron trong nguyên tử ( Cấu trúc lớp vỏ Electron của nguyên tử )...
Bài giảng nguyên lí Pauli – Hóa học 10 Chân trời sáng tạo. Cơ sở phân bố electron trong nguyên tử
(Cấu trúc lớp vỏ Electron của nguyên tử)
Khi học cấu tạo nguyên tử, ta biết các electron “xếp” vào các lớp (K, L, M…) và phân lớp (s, p, d, f). Nhưng có bao giờ bạn tự hỏi:
- Tại sao mỗi lớp chỉ chứa được một số electron nhất định?
- Điều gì ngăn cản việc nhiều electron cùng nằm trong một quỹ đạo?
Câu trả lời nằm ở một định luật vật lý cực kỳ quan trọng – gọi là Nguyên lí Pauli, được nhà vật lý người Áo Wolfgang Pauli đưa ra năm 1925.
I. Nội dung nguyên lí Pauli.
1. Phát biểu nguyên lí Pauli:
“Trong một nguyên tử, không thể có hai electron có tất cả bốn số lượng tử giống nhau.”
Giải thích:
- Mỗi electron trong nguyên tử được mô tả bằng bốn số lượng tử: n, l, m, s
- Nếu hai electron nằm trong cùng một orbital, chúng phải có spin trái dấu (s = +1/2 và s = -1/2)
- Mỗi orbital chỉ chứa tối đa 2 electron, và chúng phải có spin đối nhau
2. Hệ quả của nguyên lí Pauli
Giới hạn số electron tối đa trong mỗi phân lớp:
- s: tối đa 2e
- p: tối đa 6e
- d: tối đa 10e
- f: tối đa 14e
→ Cơ sở để xác định cấu hình electron cho các nguyên tử khác nhau
II. Ví dụ minh họa về nguyên lí Pauli.
Ví dụ 1: Nguyên tử Heli (He) có 2 electron
Cấu hình: 1s²
→ Có 2 electron trong orbital 1s, nhưng phải có spin trái dấu
(n, l, m giống nhau; s khác nhau)
→ Thỏa mãn nguyên lí Pauli
Ví dụ 2: Nguyên tử Oxi (O) có 8 electron
Cấu hình: 1s² 2s² 2p⁴
→ Phân lớp 2p có 3 orbital: px, py, pz
→ Theo nguyên lí Pauli:
- Mỗi orbital chứa tối đa 2e, khác spin
- 4 electron sẽ phân bố: px ↑↓, py ↑, pz ↑
III. Ứng dụng nguyên lí Pauli vào thực tiễn
1. Nguyên lí Pauli trong công nghệ vật liệu và hóa học giúp ta hiểu sự phân bố electron giúp giải thích:
- Tính chất hóa học khác nhau của các nguyên tố
- Tính chất từ (sắt từ, nghịch từ…) của chất
- Sự tạo thành liên kết hóa học – cơ sở của công nghiệp vật liệu
2. Trong nghiên cứu sinh học:
- Phân tích cấu trúc protein, enzyme dựa vào sự sắp xếp điện tử của các nguyên tử
- Phân tích phổ hấp thụ nguyên tử, giúp nhận diện kim loại trong mẫu sinh học
3. Trong giáo dục và khoa học cơ bản:
- Nguyên lí Pauli là nền tảng cho mô hình nguyên tử hiện đại
- Là điều kiện để xây dựng cấu hình electron → xác định vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn
IV. Bài tập minh họa
Ví dụ 1:
Câu hỏi: Vì sao cấu hình electron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d² 5s² không thể áp dụng cho nguyên tử có 40 electron?
Giải:
Nguyên tử có 40e là Zr (Zirconi), cần xét cấu hình đúng:
Cấu hình chuẩn là:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d²
→ Thỏa mãn nguyên lí Pauli: mỗi orbital chứa tối đa 2 electron, khác spin
Ví dụ 2:
Câu hỏi: Có bao nhiêu electron trong phân lớp 3d của nguyên tử Fe (Z = 26)?
Giải:
Cấu hình: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
→ Phân lớp 3d có 6 electron, phân bố vào 5 orbital với nguyên lí Pauli + Hund
VII. Kết luận
Nguyên lí Pauli hóa học 10 là một trong những nền tảng cơ bản và quan trọng nhất giúp chúng ta hiểu:
- Cấu trúc nguyên tử
- Tính chất tuần hoàn của các nguyên tố
- Nguyên lí cấu hình electron – từ đó giải thích phản ứng hóa học và liên kết.
Xem thêm:
Thành phần của nguyên tử và Nguyên tố hóa học - Hóa học 10 Chân trời sáng tạo.
Bài tập thành phần cấu tạo của nguyên tử - Hóa học 10 Chân trời sáng tạo.
Công thức tính số loại phân tử được hình thành từ các loại đồng vị | Hóa Học 10
Các dạng bài tập về đồng vị hóa học.
Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử.
Hướng dẫn cách viết cấu hình Electron nguyên tử của 30 nguyên tố đầu tiên.
Nguyên lí Pauli | Cấu trúc lớp vỏ Electron của nguyên tử.
Quy tắc Hund | Cấu trúc lớp vỏ Electron của nguyên tử.
Hướng dẫn cách viết cấu hình electron nguyên tử | Hóa 10 Chân trời sáng tạo.
Bài tập thành phần của nguyên tử | Hóa học 10 chân trời sáng tạo.
Bài tập nguyên tố hóa học chương 1 cấu tạo nguyên tử | Hóa học 10 chân trời sáng tạo.
Bài tập tự luận cấu trúc lớp vỏ Electron của nguyên tử | Hóa học 10 chân trời sáng tạo.
Ôn tập chương 1 cấu tạo nguyên tử - phần bài tập tự luận.
Lý thuyết Hóa học 10 chương 1 Cấu tạo nguyên tử.
Hóa học 10 chân trời sáng tạo.
Luyện thi tốt nghiệp trung học phổ thông quốc gia môn Hóa học.
COMMENTS