THÀNH PHẦN NGUYÊN TỬ

I - Tia âm cực và sự tìm ra electron

  ☛ Năm 1897, Tomxon cho phóng điện với thế hiệu 15000 von qua hai điện cực gắn vào hai đầu của một ống thủy tinh kín đã hút gần hết không khí ( áp suất chỉ còn khoảng 0,001 mm Hg) thì thấy ống thủy tinh phát sáng màu lục nhạt.

 ☛ Ống phát sáng đó là những tia "không nhìn thấy được" phát ra từ cực âm đập vào thành ống - Người ta gọi đó là những tia âm cực.

  Tia âm cực gồm có những đặc tính sau : 

  Người ta gọi những hạt tạo thành tia âm cực là electron( hay điện tử ).

  Ngoài sự phát ra electron khi phóng điệm trong không khí loãng nêu trên, các electron còn bị phóng ra trong nhiều trường hợp khác như khi chiếu sáng hay khi nung nóng các kim loại.

 Electron có mặt ở mọi chất, nó là một trong những thành phần cấu tạo nên nguyên tử của các nguyên tố hóa học.

  Ngày nay, người ta đã biết khối lượng của electron xấp xỉ bằng 1/1840 khối lượng của nguyên tử hidro là nguyên tử nhẹ nhât tức là bằng :

m_e = 9,1095.10^-31 kg hay bằng 0,00055 đơn vị cacbon (đv.C)

  Điện tích của electron bằng -1,6.10^-19 Culông. Đó là điện tích nhỏ nhất vì vậy được gọi là điện tích nguyên tố.

II - Sự tìm ra proton (1917)

☛ Khi nghiên cứu cẩn thận sự phóng điện trong khí loãng, người ta thấy rằng, ngoài tia âm cực còn có một dòng các hạt khác có điện tích bằng ( là bội số nguyên ) điện tích của electron nhưng ngược dấu. Các hạt đó là các ion dương được tạo nên khi các hạt electron va chạm mạnh vào các nguyên tử trung hòa làm bật electron của chúng ra.

☛ Nếu khí trong ống phóng điện là hidro thì tạo ra ion dương nhẹ nhất : đó là nguyên tử hidro mất đi một electron.

 H → H⁺ + e

☛ Ion dương hidro (H⁺) được gọi là proton.

  Proton có khối lượng lớn hơn khoảng 1840 lần khối lượng của electron và xấp xỉ bằng một đơn vị cacbon.

m_p \(\approx\) 1,67.10^-27 kg \(\approx\) 1 đv.C

 Điện tích của proton đúng bằng điện tích của electron nhưng ngược dấu. Tức là bằng + 1,6.10^-19 Culông.

III - Sự tìm ra nơtron (1932)

☛ Khi nguyên cứu khối lượng nguyên tử các nguyên tố, người ta thấy rằng : Nếu hai nguyên tử hidro gồm một proton và một electron để trung hòa điện, nguyên tử heli gồm hai proton và hai electron để trung hòa điện thì khối lượng nguyên tử của heli phải gấp đôi khối lượng của nguyên tử hidro mới đúng nhưng thực tế lại gấp bốn ? 

☛ Năm 1932, Chatuýnh, công tác viên của Rơzơfo đã giải đáp được câu hỏi đó. Ông dùng tia α bắn phá một tấm kim loại berili mỏng thì thấy phát sinh ra một loại hạt mới có khối lượng gần bằng khối lượng của proton và không mang điện.

☛ Ông gọi đó là hạt nơtron.

  Các nghiên cứu tiếp theo cho biết nơtron có trong thành phần của mọi hạt nhân nguyên tử trừ nguyên tử hidro \(^1_1H\).

IV - Thành phần cấu tạo của nguyên tử 

  Theo kết quả thực nghiệm đã mô tả ở trên, ngày nay người ta cho rằng mọi nguyên tử đều được cấu tạo từ ba loại hạt : proton, notron và electron.

• Hạt nhân nguyên tử gồm các hạt proton và nơtron. Cả hai loại hạt này đều có khối lượng gần như bằng nhau và xấp xỉ bằng 1 đv.C. Hầu hết khối lượng nguyên tử đều tập trung ở nhân, mặc dù hạt nhân chỉ chiếm một phần rất nhỏ thể tích của nguyên tử.
• Các hạt electron mang điện âm chuyển động trong không gian xung quanh hạt nhân. Mỗi hạt electron mang một đơn vị điện tích âm (1-) và khối lượng xấp xỉ 1/1840 lần khối lượng proton.

  Vì nguyên tử trung hòa về điện, nên trong bất cứ nguyên tử nào số hạt electron cũng bằng số hạt proton.

  Ngoài ba loại hạt quan trọng kể trên, người ta còn phát hiện ra nhiều loại hạt khác nhưng đều không bền và chỉ tồn tại trong những điều kiện đặc biệt. Để nghiên cứu các hiện tượng hóa học, chỉ cần ba loại hạt trên là đủ.

❉ Bảng khối lượng và điện tích của các hạt cấu tạo nên nguyên tử ❉

V - Kích thước, khối lượng của nguyên tử

  Kích thước : Dựa vào độ lệch của các tia α trong phóng thí nghiệm Rơzơfo đã tiến hành tính toán kích thước nguyên tử, kích thước hạt nhân. Các kết quả sau đó sau này được các thí nghiệm khác xác nhận là đúng.

  Nếu hình dung nguyên tử như một khối cầu thì nó có đường kính khoảng 10^-10m. Để biểu thị kích thước vô cùng nhỏ bé của nguyên tử, người ta thường dùng đơn vị Angstron (kí hiệu là A^o) hay nanomet( viết tắt nm).

\(1\ A^o = 10^{-10}m\) hay \(1\ A^o = 10^{-8}cm\)

\(1\ nm = 10^{-9}m\)

Vậy 1 nm = 10 A^o

  Đường kính của proton và electron lại còn nhỏ hơn nhiều ; khoảng 10^-7A^o. Từ đó ta thấy rằng giữa electron và hạt nhân có khoảng trống, nghĩa là nguyên tử có cấu tạo rỗng.

  Khối lượng :

  Khối lượng của một nguyên tử vào khoảng 10^-26kg. Nguyên tử nhẹ nhất là hidro có khối lượng là 1,67.10^-27kg. Khối lượng của một nguyên tử cacbon là 1,99.10^-26kg.

  Một lượng chất rất nhỏ cũng chứa một số nguyên tử lớn tới mức khó bình dung được. Chẳng hạn trong 2 gam cacbon đã có tới 10²³ nguyên tử cacbon. Một lí nước cũng chứa tới khoảng 10²⁶ nguyên tử oxi và hidro.