Tài liệu Hóa học đại cương. phần cấu tạo chất phạm văn nhiêu

THƯ VIỆN ĐẠI HỌC TIIUỶ SẢN ư HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Đ 541.2 PHẠM VĂN NHIÊU Ph NG (PHẦN CẤU TẠO CHẤT) Đ M CEG Hà HỘI NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐAI HOC QUỐC GIA HÀ NÔI PGS. TS PHẠM VĂN NHIÊU HÓA HỌC ĐẠI CƯƠNG (PHẦN CẤU TẠO CHẤT) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 7 . Chương 1. KHÁI NIỆM VE NGUYÊN TỬ 9 1.1. N g u y ên tử . T h à n h p h ầ n và cẩ u trú c của n g u y ên tử 9 1.2. K h ô i lư ơng n g u yên tử. P h â n tử 13 1.3. Đ ịn h lu ậ t liên hệ g iữ a kh ố i lượng và n ă n g lương, g iữ a k h ô i lương và vậ n tốc chuyến động 16 Chương 2. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.1. T h u yết lương tử P la n c k. Đ ại lượng vê cơ hoc lương tử 2.1.1. Bức xạ điện từ và đại cương về quang phô 2 .1 .2 . Thuyết lượng tử Planck 2.1.3. Thuyết h ạ t và tín h chất nhị nguyên (sóng - hạt) của ánh sáng 2.1.4. Đại cương về cơ họclượng tử 20 20 23 27 nọ 2.2. N guyên tử h iđ ro và n h ữ n g ỉon giống h ỉđ ro 3 2.2.1. Mở đầu 2 .2 .2 . Phương trìn h Schrodinger cho bài toán hiđro 2.2.3. Nghiệm và các k ết quả bài to án hiđro 2.2.4. N hững ion giống hiđro 2.2.5. Spin của electron. O bitan to àn p hần 2.3. Nguyên tử n h iêu electro n 2.3.1. Các obitan nguyên tử và giản đồ năng o lượng của các electron 2.3.2. Cấu tạo electron của nguyên tử 32 34 44 46 48 4o 51 2.4. Câu tạ o nguyên tử củ a các nguyên tô tro n g hệ th ố n g tu ầ n h oàn 58 2.4.1. Hệ thông tu ần hoàn các nguyên tô" và định lu ật tu ầ n hoàn Menđêlêep 2.4.2. Cấu tạo electron của nguyên tử các nguyên tô" trong bảng hệ thông tu ần hoàn 2.4.3. Sự biến th iên tu ầ n hoàn m ột sô" tín h chất của các nguyên tô" gg Chương 3. CẤU TẠO PHÂN TỬ VÀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC 86 3.1. K h á i niêm vê p h â n tử v à liên k ết hoá hoc 3.1.1. Quan niệm kinh điển và hiện đại về phân tử 3.1.2. Khái q u á t về liên k ế t hoá học. 3.1.3. Độ âm điện 3.2. L iên k ế t ỉon 3.2.1. 4 gg ^2 86 86 88 90 92 Sự hình th à n h liên k ế t ion. B ản chất của liên k ết ion Q2 3.2.2. Hoá trị của nguyên tố trong hợp chất ion 3.2.3. Đặc điểm của liên kết ion 3.3. Liên kết hoá trị 3.3.1. Sự hình thành liên kêt cộng hoá trị. Bản chất của liên kết cộng hoá trị 3.3.2. Sự phân cực của liên kết cộng hoá trị 3.3.3. Hoá trị của nguyên tố trong hợp chất cộng hoá trị 3.3.4. Liên kết cho - nhận 3.4. P hư ơng p h á p liên k ết hoá trị 93 93 93 94 95 95 ^ 3.4.1. Bài toán phân tử H2 3.4.2. Phương pháp VB và sự giải thích các vấn đề về liên kết 3.4.3. Liên kết Xich-ma (ơ), liên kết Pi (ĩt) 3.4.4. Sự lai hoá các obitan nguyên tử 98 105 107 3.5. Phương p h á p obitan p h â n tử (lí thuyết MO) 110 3.5.1. Luận điểm cơ bản của phương pháp MO 3.5.2. Phương pháp MO và ion phân tử hiđro (H+2) 3.5.3. Thuyết MO và phân tử hai nguyên tử đồng hạch (A-j) 3.5.4. Thuyết MO và phân tử hai nguyên tử dị hạch (AB) 110 111 123 3.6. P hư ơng p h á p M O-Hucken và hệ electron n kh ôn g đ ịn h cư 12 Q 3.6.1. Các quy tắc gần đúng Hucken 3.6.2. Phương pháp MO-Hucken đối với các hệ liên kết 7T 3.6.3. Sơ đồ phân tử Tí 126 127 130 5 3.7. Tương tá c g iữ a các p h â n tử 3.7.1. Liên k ết Van der W aals 3.7.2. Liên kết hiđro 3.8. L iên k ế t tr o n g p h â n tử p h ứ c 133 133 138 44^ 3.8.1. P h ân tử phức 142 3.8.2. T huyết liên kết hoá trị (thuyết VB) về 143 liên k ết trong phức chất , 1 5 1 Chương 4. CÁC TRẠNG THÁI TẬP HƠP 4.1. Mở đ ầ u 4.2. T in h t h ể 4.2.1. Đại cương về tin h th ể 4.2.2. Tinh th ể ion 4.2.3. T inh th ể kim loại 4.2.4. Tinh th ể nguyên tử 4.2.5. T inh th ể phân tử 154 154 158 168 173 176 4.3. C h ấ t rắ n vô đ ịn h h ìn h 4.4. C h ất lỏ n g 4.4.1. Lực liên k ết trong chất lỏng 4.4.2. C ấu trúc của chất lỏng 4.4.3. Tính chất của chất lỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO 6 181 181 181 182 185 LỜI NÓI ĐẦU Cuôn sách này được soạn theo chương trình đào tạo của các khoa không chuyên Hoá, trường Đại học Quốc gia Hà Nội để làm tài liệu học tập cho sinh viên năm thú nhất. Sách gồm ba phần: Cấu tạo nguyên tử, Cấu tạo phân tử và Liên kết hóa học, Các trạng thái vật chất. Nội dung dựa trên các bài giảng mà tác giả đã giảng dạy nhiều năm tại Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội nay là Trường Đại học KHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội. Trình bày chuẩn xác và chặt chẽ nội dung nói trên cho sinh viên năm thứ nhất để họ có điều kiện học được các môn Hoá học khác là một việc rất khó khăn. Chắc chắn rằng sách này còn có những thiếu sót, chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp quý báu của các bạn đồng nghiệp và bạn đọc. Hà Nội, tháng 5 năm 2001 Tác giả 7 Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN TỬ Các chất được cấu tạo từ các nguyên tử, phân tử. Nghiên cứu cấu tạo của các chất về cơ bản là nghiên cứu cấu tạo nguyên tử, phân tử và tương tác giữa chúng với nhau. 1.1. NGUYÊN TỬ. THÀNH PHAN NGUYÊN TỬ và cấu tr ú c của 1.1.1. N guyên tử Theo Đan-tơn (Dalton, Anh, 1807), những nguyên tô' hóa học không thể phân chia đến vô cùng tận mà được cấu tạo bơi những h ạt nhỏ nhất, không thể phân chia nhỏ hơn nữa bằng phương pháp hóa học. Những h ạt này được gọi là nguyên tử. Nguyên tử của những nguyên tố hoá học khác nhau thì có cấu tạo khác nhau và do đó những nguyên tố hoá học khác nhau thì có những tính chất khác nhau. Như vậy: Nguyên, tử là phần tử nhỏ nhát của một nguyên tố hoa học còn m ang tính chất hoá học của nguyên tô đó. 9 Nguyên tử của các nguyên tố hoá học gồm một h ạ t n hân m ang điện tích dương và các electron (điện tử) chuyến động xung quanh h ạ t nhân. 1.1.2. H ạt nhân H ạt nhân nguyên tử có đường kính cỡ 10 12 H- 10 12cm, gồm những hạt proton (p) và nơtron (n). Proton có khôi lượng (mp) và điện tích qp m p = 1,672.10'24 g; qp = +1,602.10'19 Culông Giá trị của điện tích này trùng vối giá trị điện tích nhỏ nhất được biết hiện nay và được gọi là điện tích sơ đẳng, kí hiệu là e0 và được chấp nhận là đơn vị điện tích. M ặt khác lđvc = 1,6605.10 24 g nên proton có khối lượng xấp xỉ là 1 (lđvc) và mang điện tích bằng + 1 . Nơtron có khối lượng xấp xỉ bằng khốỉ lượng của proton và không mang điện tích. mn = 1,675.10"24g & IđvC, qn = 0 1.1.3. E lectron Electron có khối lượng (khôi lượng nghỉ, kí hiệu m(1) m0 = 9,1091.10'28g và m ang một diện tích -1,602.10 19 Culông hay 1 đơn vị điện tích (q(1 = - 1 ). Proton, nơtron, electron được coi là những đơn vị nhỏ nhất của vật chất và được gọi là những hạt cơ bản (hiện nay, người ta đã biết khoảng 200 hạt cơ bản khác có đời sống rấ t ngắn). Vì proton có điện tích +1, electron có điện tích - 1 , còn nơtron không m ang điện nên có thể nói: Nguyên tử ỉà hệ trung hòa điện đơn giản nhất, câu tạo từ những hạt cơ bản. 10 Có nhiều nguyên tử rấ t bền vững, chúng rấ t lâu. Song cũng có một số những nguyên tử một khoảng thòi gian nào đó chúng biến nguyên tử khác do sự biên đôi xảy ra trong hạt có thể tồn tại phóng xạ, sau thành những nhẩn. 1.1.4. S ố khối Khối lượng của electron rấ t nhỏ so với khối lượng của proton và nơtron'1’. Kích thưốc nguyên tử - icr8cm, kích thước hạt nhân, rất nhỏ (so vối nguyên tử) cỡ 10 i;'cm. Do đó, khối lượng của nguyện tử có thê coi như tập trung tại hạt nhân nguyên tu và được coi là bằng tổng khối lượng của các proton và nơtron (bỏ qua khôi lượng của các electron). Người ta gọi tổng sô proton (Z) và số nơtron (N) là sô khối của nguyên tử, kí hiệu là A; ta có: A=z +N Nếu biêt sô" khôi A và sô điện tích hạt nhân z của một nguyên tử ta sẽ biết được sô proton, sô electron và sô nơtron N = A - z có trong nguyên tử đó. Vì vậy sô" điện tích hạt nhân z và sô khối A được coi là những đặc trưng cơ bản của nguyên tử. 1.1.5. N guyên tô" hoá học Những nguyên tử của cùng một nguyên tố hoá học đều có cùng một sô" proton xác định. Thí dụ nguyên tử hiđrô có 1 proton, nguyên tử oxi có 8 proton,... Sô" proton này còn được gọi là sô" điện tích hạt nhân nguyên tử. Do đó: Nguyên tô' hoá học là tập hợp các nguyên tử có cùng ,sô điện tích hạt nhân 111■nip = 1836,12 me; m„ = 1838,65 me. n Để đặc trư ng đầy đủ một h ạ t n h ân hay một nguyên tử, người ta thường ghi thêm ỏ bên trá i của kí hiệu nguyên tử sô khối A (phía trên) và số điện tích h ạ t n h â n z (phía dưối) của nguyên tố được kí hiệu là X: 7 X . Chẳng hạn, nguyên tô" oxi, hiđro, clo có những dạng nguyên tử tương ứng sau: Ị o , 'Ị o , "O; 37, 35 I y C1 v - i , -ịS/C1y V^l , ¡ H ; Ỉ H , ÍH V.___________________________J V- V_____________________________V._________________________________________________ J V V Nguyên tố oxi N guyên tố hiđro N guyên tố clo 1.1.6. Đ ồn g vị Khi nghiên cứu các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học, người ta th ấy rằn g trong h ạ t n h ân của những nguyên tử đó có sô" proton nh ư nhau, nhưng số khối có th ế khác nhau do số nơtron khác nhau. N hững nguyễn tử của cùng nguyên tố hóa học có cùng sô proton (cùng điện tích h ạ t nhân), nhưng có s ố nơtron khác nhau, do đó có s ố khối khác nhau được gọi là những đồng vị của nguyên t ố đó. Ví dụ: Hiđro có ba đồng vị là ỊH; fH , J*H, oxi có ba đồng vị: ‘* 0 , " o , ‘* 0 , clo có hai đồng vị: 17CI, Ị7Ơ,V.V... 1.1.7. K h ố i lư ợ n g n g u y ê n t ử t r u n g b ìn h c ủ a m ộ t n g u y ê n tô" Vì hầu h ết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị, nên khối lượng nguyên tử của các nguyên tô" là khôi lượng nguyên tử tru n g bình của hỗn hớp các đồng vị. Nếu kí hiệu khối lượng nguyên tử tru n g bình của một nguyên tô" hóa học có n đồng vị A thì: ¥ - a i ^ Ị + a 2A 2 +... -f a nAn 100 12 Trong đó a ]; a2, rô’ khối tương ứng là an là sô’ phần trăm của các đồng vị có A], A2,...An. Thí dụ 1 pCl chiếm 75% và ^C l chiếm 25% clo tự nhiên. Do đó khối lượng nguyên tử (trung bình) của clo là: ™ 75.35 + 25.37 C1 = ----- —------ - = 35,5 100 Thí dụ 2 2*Ni, 2SNi, 2*1Ni, 2NNi chiếm tương 26,16%; 2,42%; 3,66% niken tự nhiên. Do đó: ry 67.76.58 + 26.16.60 + 2.42.61 + 3.66.62 Ni = ..— — — ..— 2__^_yr 100 ứng: 67,76%; = 58.7422 = 59 1.2. KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ. PHÂN TỬ 1.2.1. Khôi lượng n gu yên tử, phân tử tương đối - K hôi lương nguyên tử tương đối Khối lượng nguyên tử thu được do kết quả so sánh khối lượng nguyên tử của nguyên tố với đơn vị khối lượng nguyên tử được chọn đế so sánh gọi là khối lượng nguyên tử tương đối. Năm 1961, tại Hội nghị Liên đoàn Quốc tế hóa học, theo đề nghị của O-lan-đê và Ni-ê (A. Olanden và ~A. 0. Nier), người ta đã quyết định chọn 'l c = 12,00000 làm cơ sỏ cho hệ thông khôi lượng nguyên tử tương đô’i mới thống nhất, vì khối lượng nguyên tử tuyệt đô’i của đồng vị cacbon '^ c là m = 19,9260.10 24g nên trong hệ thông khôi lượng quốc tế mới ta có: 1 đvkl (quốc tê) gọi là lu 13 lu = ~ m 12 c _ 19.9260. i c r 24g = 1,6605.10~24g 12 = 1,6605.10“27Kg Trên cơ sở đơn vị khôi lượng quốc t ế mới, người ta tính khối lượng nguyên tử tương đối của hiđro là 1,0079; hêli: 4,0026; oxi: 15,9994. Đôi khi gọi lu là lđvC, cách gọi này không phô biến v.v... - K h ối lượng p h ả n tử tư ơn g đôi Trong p h â n tử, tổng khôi lượng nguyên tử tương đôi của các nguyên tử được gọi là kjiô'i lượng p h â n tử tương đối. Chẳng hạn, khôi lượng p h ân tử tương đối của nước (H20) bằng: (1,0079 X 2) + 15,9994 = 18,0752; khối lượng phân tử tương đôi của H2 bằng 1,0079 X 2 = 2,0158; của oxi bằng 15,9994 X 2 = 31,9988, v.v... Đôi khi người ta gọi lu là đvc, cách gọi này không phô biến 1.2.2. Mol. S ố A vôgadrô Đối với các h ạ t vi mô như nguyên tử, phân tử, ion, người ta dùng một đơn vị lượng chất thích hợp đó là mol. Mol là lượng chất chứa 6,023.1023 h ạ t vi mô. Khi dùng đơn vị mol phải chỉ rõ h ạ t vi mô đang xét là nguyên tử, phân tử hay ion. Trị sô 6,023.1023 gọi là scí Avôgađrô (A.Avogadro Ý), kí hiệu là Na : N a = 6,023.1023. Như .vậy: 1 mol nguyên tử có NA nguyên tử 1 mol phân tử có NA phân tử 1 mol ion có N a ion. 14 Nhự vậy, sô* Avôgađrô (NA) chính là sô" nguyên tử (phân tử, ion) của một chất chứa trong khôi lượng 1 mol nguyên tử (phân tử, ion) chất đó. Chẳng hạn trong 12g cacbon 12 ('Í(C) chứa 6,023.10“3 nguyên tử cacbon. Sô" Avôgađrô là hằng sô tự nhiên, phổ biến, quan trọng n h ất trong vật lí và hóa học. Đối với tấ t cả các chất, hằng số này đều có cùng một giá trị và không phụ thuộc vào trạng thái tập hợp của chất. 1.2.3. Khối lượng mol n gu yên tử Khối lượng mol nguyên tử của một nguyên tố là khối lượng của một mol nguyên tử nguyên tố đó. Theo định nghĩa trên thì khối lượng mol nguyên tử chính là nguyên tử gam của một nguyên tố, nghĩa là một khôi lượng tính ra gam có sô trị ứng với khối lượng nguyên tử tương đốì của nguyên tố đó. Thí dụ: Mc = 12 g.mol 1 (M - kí hiệu khôi lượng mol). Mị ị = 1 g.mol 1 (lấy tròn) M() = 16 g.mol 1 (lấy tròn) 1.2.4. Khôi lượng m ol phân tử Khối lượng mol phân tử của một chất là khối lượng của một mol phẫn tử chất đó. Như vậy, khối lượng mol phân tử của một chất chính là phân tử gam chất đó, nghĩa là một khối lượng tính ra gam của một hợp chất hay một đơn vị có sô trị ứng với khôi lượng phân tử tương đối của chất đó. 15 Thí dụ: M 0 ;= 32 g.mol-1 (M - kí hiệu khối lượng mol phân tử) M CO; = 44 g.m or1 m Hjo = ì s g .m o r 1 1.3. ĐỊNH LUẬT LIÊN HỆ GIỮA KHỐI LựỢNG v à n ă n g LƯỢNG, GIỮA KHỐI LƯỢNG VÀ VẬN Tốc CHUYÊN đ ộ n g 1.3.1. Hệ thứ c liên hệ giữa khôi lượng và năng lượng Khôi lượng và năng lượng là những thuộc tính của vật chất. Khối lượng là thước đo quán tính, còn năng lượng là thước đo vận động của vật chất. Theo thuyết tướng đối Anh-xtanh (Einstein, 1903) thì giữa khối lượng m và năng lượng E của một vật thể có hệ thức: E = m.c2 (1.1) trong đó, c - vận tốc của ánh sáng trong chân không (c = 2,998.108 m/s). Trong mọi quá trình, sự biến thiên về năng lượng (AE) của một hệ nào đó luôn kèm theo sự biến thiên về khối lượng (Am) của hệ. Giữa AE và Am có hệ thức: AE = Am.c2 (1-2) Vì c có giá trị rấ t lớn, nên sự biến thiên khối lượng Am chỉ đáng kế trong những quá trìn h có kèm theo sự biến thiên năng lượng AE lốn như trong các phản ứng h ạ t nhân. Đôấ với những quá trình như những phản ứng hóa học thường có AE (thu vào hay phát ra) nhỏ, không đáng kể so với trị số c2. Do đó sự thay đối khối lượng Am = a E/ c2 là hoàn toàn không đáng kể, thực t ế 16 là không phát hiện được sự thay đổi (Am) này và định luật bảo toàn khối lượng vẫn được nghiệm đúng. Trong mỗi phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất sản phẩm bằng tổng khôi lượng của các chất tham gia phản ứng. 1.3.2. Hệ thức liên hệ giữa khối lượng và vận tốc của hạt chuyến động Cũng theo thuyết tương đối của Anh-xtanh, giữa khôi lượng m và vận tốc chuỊ^ển động (v) của một vật thể có hệ thức: mo m= (1.3) V2 c2 trong đó: m0 -khôi lượng nghỉ (không chuyên động) của vật. c-tốc độ ánh sáng trong chân không(c=:2,998.108 m/s). m-khôi lượng của vật thể khi chuyển động với tõc độ V. Từ hệ thức (1.3) ta thấy, khi vận tôc V của một vật thể tăng thì khôi lượng của nó cũng tăng (ví có sự tăng năng lượng) và m tiến tới vô cực khi V tiến tới c. Tuy nhiên, vì vận tốíc c của ánh sáng quá lớn, nên sự hiệu chỉnh khôi lượng chỉ có ý nghĩa trong trường hợp vật chuyển động với tốc độ lớn (như điện tử trong nguyên tử). Đối với sự chuyển động của các vật thể thông thường như viên đạn, máy bay, v.v... sự hiệu chỉnh khôi lượng hoàn toàn không có ý nghĩa. Hệ thức (1.3) cũng cho biết là không thế có một vật thế chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng (vì V > c thì ( l - ——) < 0, không có càn bậc hai của một số âm và hệ thức c2 (1.3) không có ý nghĩa. Vật thể có vận tốc của ánh-sáng chính là những h ạt ánh sáng hay photon. 17 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1. a) Cho biết th à n h phần của nguyên tử. Vì sao khôi lượng của nguyên tử lại tập tru n g ở h ạ t nhân. b) Sô" khôi là gì? c) Cho biết sô" electron và sô nơtron trong các đồng vị 292U;292Ư , trong nguyên tử lo Ca và ion !oCa2+. 2. Trong tự nhiên, người ta biết khí clo có hai đồng vị °C1, 37C1 với khôi lượng nguyên tử tương ứng là 34,97 và 36,97; khối lượng nguyên tử tru n g bình của clo: 35,45. Hãy xác định th à n h phần % của hai đồng vị đó Khôi lượng nguyên tử (u) là gì? Hãy tính một đơn vị khối lượng nguyên tử (u) ra kg. Áp dụng hệ thức Enstein, hãy tín h năng lượng tỏa ra (theo MeV) trong phản ứng tổng hợp h ạ t nhân ?H + 2H -> |H + ¿n 3. 4. Biết ?H = 3,01604 u; Ị H = 2,01410u; |H e = 4,00260 u; Ồn = 1,00826u; C = 3.108m /s 5. Hiđro điều chê từ nước có khối lượng nguyên tử trung bình là 1,008. Hỏi có bao nhiêu nguyên tử đồng vị 2H trong 1 ml nước? Coi trong nước chỉ chứa hai đồng vị 2H v à }H. Đáp số: 5,35.1020 18 6. 7. Cho 4,12 g muối NaX tác dụng với A gN 03 ta được7,52g kết tủa. a) Tính khối lượng nguyên tử X. b) Nguyên tcí X gồm hai đồng vị, biết rằng: - Đồng vị 2 có số nơtron nhiều hơn ỏ đồng vị thứ nhất là hai nơtron. - Phần trăm của các đồng vị là như nhau. Hãy xác định sô lượng của mỗi đồng vị. Đáp số’: a) X = 80 là Br b) 79 và 81 a) Cho biêt hệ thức liên hệ giữa khối lượng và năng lượng. b) Trong phản ứng tổng hợp 1 mol nước: H 2 + —Oọ -» H 20 hệ thống toả ra môt năng lượng bằng 2 286 KJ. Hãy tính độ biến thiên tương đối của khối lượng m 8. và cho nhận xét. Đáp số: — = 1,8.10‘10 m Một vật chuyển động vối vận tốíc V = 80% vận tốc ánh sáng. Hỏi khi đó, khối lượng tương đối (khối lượng chuyển động) bằng bao nhiêu lần khôi lượng nghỉ của vật. Đáp sô: mv =l,66m 0 19 C hương 2 CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 2.1. THUYẾT LƯỢNG TỬ PLANCK. ĐẠI CƯƠNG VE c ơ HỌC LƯỢNG TỬ 2.1.1. B ức xạ đ iện từ và đại cương về q u an g ph ổ a) Bức x a đ iện từ Theo th u y ết điện từ của Màc-xoen (Maxwell) th ì mỗi biên th iên của điện trường đều làm p h á t sinh một từ trường và ngược lại, mỗi biên thiên của từ trường đều làm xuất hiện một điện trường trong không gian xung quanh. Trường tổng hợp của điện trường và từ trường được gọi là trường điện từ. Trường điện từ truyền đ i trong không gian V Ớ I vận tốc không đổi tạo th à n h sóng điện từ. Trong sóng điện từ, điện trường E và từ trường H luôn luôn có phương vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền của sóng điện từ (hình 1). Hình 1. Sóng diện từ 20 Tia Y, tia Rơnghen, bức xạ tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy (bức xạ khả kiến), hổng ngoại, vi sóng, đều là những sóng điện từ, bản chất của chúng giống nhau, chúng chỉ khác nhau về độ lớn của bước sóng (Ả). Bứt' xạ T ia 7 /. = *< ■1o T ia X T ử ngoại 1 0 ’ -1 0 0 Ả 20 -.'1900 Ả Khả kiến H ồng ngoại Vi sóng 3900 -7700 Ả 7700Ả - 1 nm lm m - lm Quãng đường mà sóng điện từ chuyên dời được trong một chu kì T (s) được gọi là bước sóng Ằ của sóng điện từ. Ằ = — hay Ằ = cT V trong đó: c - vận tốc truyền sóng điện từ (trong chân không, đối với ánh sáng c = 2,997925.108 m/s). T - chu kì (s); V - tần sô", là số chu kì trong 1 giây. Bưốc sóng thường tính ra m, cm, mm, A. Tần sô V thường được tính ra Hz (hec), kHz, MHz. b) Đ a i cương vê q u a n g p h ổ Khi cho một chùm bức xạ vối những bước sóng khác nhau qua một lăng kính thì chùm bức xạ sẽ phân li. Những bức xạ có bước sóng ngắn sẽ bị lệch về phía đáy lăng kính nhiều hơn. Nếu cho các bức xạ đã được phân li tác dụng lên kính ảnh ta sẽ th u được quang phố của chùm bức xạ đó. Quang phổ như vậy là tập hợp những bức xạ có tần sô" hay số sóng khác nhau đã được phân li. Nếu phân li bức xạ miền khả kiến (ánh sáng mặt trời) qua lăng kính, nó sẽ bị tách thành bảy miền nhỏ với màu sắc khác nhau: tím, chàm, lam (xanh da trời), lục (xanh lá cây), vàng, da cam và đỏ. 21