Bài 1. Thành phần nguyên tử

I. THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA NGUYÊN TỬ

1. Electron

a. Sự tìm ra electron

Năm 1897, nhà bác học người Anh Tôm-xơn (J.J. Thomson) nghiên cứu sự phóng điện giữa hai điện cực có hiệu điện thế 15kV, đặt trong một ống gần như chân không và thấy màn huỳnh quang trong ống phát sáng do những tia phát ra từ cực âm và được gọi là tia âm cực.

Tia âm cực có các đặc tính sau:

• Trên đường đi của nó, nếu ta đặt một chong chóng nhẹ thì chong chóng bị quay. Điều đó cho thấy tia âm cực là chùm hạt vật chất có khối lượng và chuyển động với vận tốc lớn.
• Khi không có tác dụng của điện trường và từ trường thì tia âm cực truyền thẳng.
• Khi cho tia âm cực đi vào giữa hai bản điện cực mang điện tích trái dấu, tia âm cực lệch về phía cực dương. Chứng tỏ tia âm cực là chùm hạt mang điện tích âm.

Người ta gọi những hạt tạo thành tia âm cực là các electron, kí hiệu là e.

b. Khối lượng và điện tích của electron

Bằng thực nghiệm, người ta đã xác định được khối lượng và điện tích của electron như sau:

2. Sự tìm ra hạt nhân nguyên tử

Năm 1911, nhà vật lí người Anh Rơ-dơ-pho và các cộng sự đã khám phá ra hạt nhân nguyên tử. Ông đã cho các hạt α bắn phá một lá vàng mỏng và đặt một màn huỳnh quang sau lá vàng để theo dõi đường đi của các tia α. Kết quả là hầu hết các hạt α đều xuyên thẳng qua lá vàng, nhưng có một số ít hạt đi lệch hướng ban đầu và một số rất ít hạt bị bật lại phía sau khi gặp lá vàng.

Kết luận: 

• Nguyên tử phải chứa phần mang điện tích dương có khối lượng đủ lớn để làm các hạt α bị lệch khi va chạm. Nhưng phần mang điện tích dương này lại phải có kích thước rất nhỏ so với nguyên tử để phần lớn các hạt α có thể xuyên qua khoảng không giữa các phần mang điện tích dương của các nguyên tử vàng mà không bị lệch hướng.
• Nguyên tử có cấu tạo rỗng, phần mang điện dương là hạt nhân.
• Xung quanh hạt nhân có các electron tạo nên vỏ nguyên tử. Nguyên tử trung hòa về điện nên số đơn vị điện tích dương của hạt nhân đúng bằng số electron quay xung quanh hạt nhân (hay số proton bằng số electron).
• Khối lượng của nguyên tử bằng khối lượng của hạt nhân vì các electron có khối lượng rất nhỏ.

3. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử

a. Sự tìm ra proton

Năm 1918, Rơ-dơ-pho đã tìm ra hạt proton khi bắn phá hạt nhân nguyên tử nitơ bằng hạt alpha. Hạt proton kí hiệu là chữ p, có khối lượng bằng 1,6726.10^-27 kg, mang một đơn vị điện tích dương quy ước 1+.

Hạt proton là một thành phần cấu tạo của hạt nhân nguyên tử.

b. Sự tìm ra nơtron

Năm 1932, Chat-uých dùng hạt alpha bắn phá hạt nhân nguyên tử beri đã phát hiện ra hạt nơtron (kí hiệu là n). Nơtron có khối lượng xấp xỉ proton nhưng không mang điện. Như vậy, nơtron cũng là một thành phần cấu tạo của hạt nhân nguyên tử.

c. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử

Sau các thí nghiệm trên, người ta đưa ra kết luận: 

Hạt nhân nguyên tử được tạo thành bởi các proton và nơtron. Vì nơtron không mang điện nên số proton trong hạt nhân phải bằng số đơn vị điện tích dương của hạt nhân và bằng số electron quay xung quanh hạt nhân.

II. KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CỦA NGUYÊN TỬ

1. Kích thước

Nguyên tử được xem như một quả cầu với đường kính vào cỡ 10^-10m với tâm là hạt nhân, tiếp đến là các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân.

Để biểu thị kích thước nguyên tử, người ta dùng đơn vị nanomet (nm) hay angstrom (\(\overset{o}{A}\)).

1 nm = 10^-9m ; 1\(\overset{o}{A}\) = 10^-10m ; 1 nm = 10 \(\overset{o}{A}\)

• Nguyên tử nhỏ nhất là nguyên tử H có bán kính khoảng 0,053 nm.
• Đường kính của hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn, vào khoảng 10^-5 nm.
• Đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân cỡ 10⁴ lần.
• Đường kính của electron và của proton còn nhỏ hơn nhiều (khoảng 10^-8 nm), electron chuyển động xung quanh hạt nhân trong không gian rỗng của nguyên tử.

2. Khối lượng

• Một gam của bất kỳ chất nào cũng chứa hàng tỉ nguyên tử. Ví dụ: 1 gam cacbon có tới 5.10²² nguyên tử cacbon, tức 1 nguyên tử cacbon nặng \(\dfrac{1}{5.10^{22}}\) gam.
• Vì vậy, để biểu thị khối lượng của nguyên tử, phân tử và các hạt proton, notron, electron một cách thuận tiện, người ta phải dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu u (hay còn gọi là đơn vị cacbon, đvC).

1 u = \(\dfrac{1}{12}\) khối lượng của một nguyên tử đồng vị cacon 12. Nguyên tử cacbon này có khối lượng là 19,9265.10^-27 kg.

↔   1 u = \(\dfrac{19,9265.10^{-27}}{12}\)= 1,6605.10^-27 kg.

Khối lượng của 1 nguyên tử H là 1,6738.10^-27 kg ≃ 1,008u =  1u.

Khối lượng 1 nguyên tử cacbon = 19,9265^-27 kg = 12u.

Trong quá trình học tập, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, các em hãy để lại câu hỏi ở mục hỏi đáp để cùng thảo luận và trả lời nhé. Chúc các em học tốt!