Nguyên tử là gì? Hướng dẫn giải một số bài tập minh họa về nguyên tử 

Chu Văn An

Nguyên tử là hạt cấu trúc quan trọng có mặt trong mọi dạng vật chất. Vậy nguyên tử là gì? Con số Nguyên tử là gì? Khối lượng nguyên tử là gì? Cấu trúc và tính chất của nguyên tử là gì? Hãy cùng LabTrường Chu Văn An đi tìm câu trả lời qua bài viết dưới đây.

Sơ đồ nguyên tử của một số nguyên tố

Giải thích khái niệm nguyên tử là gì?

Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất có đường kính chỉ vài phần mười nm, giúp xác định cấu trúc của các nguyên tố. Mỗi nguyên tử sẽ có một hạt nhân ở trung tâm và được bao quanh bởi các electron mang điện tích âm.

Nguyên tử tham gia hình thành các trạng thái khác nhau của vật chất và nó phụ thuộc vào các yếu tố như mật độ, nhiệt độ, áp suất. Khi các yếu tố này chuyển sang trạng thái giới hạn sẽ xảy ra quá trình chuyển pha vật chất giữa các pha rắn, khí, lỏng và Plasma.

Ký hiệu của nguyên tử là Z và nó xuất phát từ tiếng Đức – Zahl, có nghĩa là số.

Số nguyên tử là gì?

Số nguyên tử của nhôm

Số nguyên tử còn được gọi là số nguyên tử hoặc số proton của một nguyên tố hóa học được định nghĩa là số lượng proton được tìm thấy bên trong hạt nhân của nguyên tử. Nó giống như điện tích của hạt nhân và được xác định duy nhất bởi một nguyên tố hóa học. Trong một nguyên tử không tích điện, số nguyên tử sơ cấp bằng số electron.

Thành phần cấu trúc của nguyên tử

Mỗi nguyên tố được tạo thành từ ba loại hạt: Proton, neutron và electron.

Cấu trúc của nguyên tử

1. Proton

Proton là những hạt tích điện dương được tìm thấy bên trong hạt nhân nguyên tử và được Ernest Rutherford phát hiện trong các thí nghiệm tiến hành từ năm 1911 đến năm 1919. Thông qua số lượng proton, người ta xác định được tên của nguyên tố đang được thử nghiệm, ví dụ Carbon có 6 proton, oxy có 8 proton.

Proton được tạo thành từ các quark. Thông thường, trong mỗi proton sẽ có ba quark với hai quark “lên” và một quark “xuống” và chúng được liên kết với nhau bằng gluon. Do đó, proton có điện tích dương (+1e) hay chính xác là +1,602 ×10−19.

Khối lượng của proton là 1,6726 x 10−27 và khối lượng này gần bằng khối lượng của neutron, nhưng gấp 1836 lần khối lượng của electron.

Một đặc tính khác của proton là chúng là hạt khá ổn định nhưng vẫn có thể biến đổi thành neutron thông qua việc bắt giữ electron dưới tác dụng của năng lượng.

p+ + e− → n + ve

2. Neutron

Neutron là các hạt không tích điện trong hạt nhân nguyên tử có khối lượng 1,67492716 × 10−27 kg, lớn hơn khối lượng của proton. Nó được nhà vật lý người Anh James Chadwick phát hiện vào năm 1932 và được gọi là nucleon.

Mỗi neutron được tạo thành từ 3 quark với 1 quark “lên” và 2 quark “xuống”.

3. Điện tử

Electron là các hạt tích điện âm bị thu hút bởi các proton tích điện dương. Nó có khối lượng xấp xỉ 1/1836 khối lượng của proton. Các electron bao quanh hạt nhân nguyên tử trên một quỹ đạo. Các quỹ đạo bên trong bao quanh nguyên tử có dạng hình cầu, trong khi các quỹ đạo bên ngoài nguyên tử phức tạp hơn.

Các nhà hóa học dựa vào cấu hình electron và nguyên lý vật lý để dự đoán các tính chất của nguyên tử như độ ổn định, điểm sôi và độ dẫn điện.

Mô hình hành tinh nguyên tử

Khối lượng nguyên tử

Trong nguyên tử, số proton bằng số electron. Khối lượng của proton tương đương với khối lượng của neutron, còn khối lượng của electron rất nhỏ nên khối lượng của nguyên tử chính là khối lượng của hạt nhân.

Khối lượng thực tế của một nguyên tử khi nó đứng yên thường được biểu thị bằng đơn vị khối lượng của nguyên tử đó, ký hiệu là “u” hoặc dalton (Da). Đơn vị này được định nghĩa là 1/12 khối lượng còn lại của một nguyên tử cacbon-12 tự do đã trung hòa điện với khối lượng xấp xỉ 1,66 x 10−27 Kg. Ngay cả những nguyên tử nặng nhất cũng có khối lượng quá nhẹ để các nhà khoa học có thể nghiên cứu trực tiếp và đơn vị khối lượng của chúng khá cồng kềnh.

Một số bài tập minh họa về nguyên tử

Bài tập 1: Một nguyên tử nhôm có 13 proton, 13 electron và 14 neutron. Xác định khối lượng của nguyên tử nhôm.

Hướng dẫn giải pháp:

Chúng tôi có mp = 13 . 1,6726 0,10-24 = 21,71 . 10-24 gam

mn = 14 . 1.675 . 10-24 = 23,45 . 10-24 gam

tôi = 13. 9.1 . 10-28 = 0,01183 . 10-24 gam

Vậy khối lượng của nguyên tử nhôm là:

mp + mn + tôi = 21,71 . 10-24 + 23,45 . 10-24 + 0,01183 . 10-24 = 45.172 . 10-24 gam

Bài tập 2: Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số 40 hạt, trong đó tổng số hạt tích điện nhiều hơn tổng số hạt không mang điện là 12 hạt. Xác định số proton trong nguyên tử X:

Hướng dẫn giải pháp:

Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt là 40, nghĩa là số hạt = p + e + n = 2p + n = 40 (1)

Vì số hạt mang điện sẽ nhiều hơn số hạt không mang điện 12 và khối lượng của proton bằng khối lượng của electron nên p + e – n = 2p – n = 12 (2)

Từ (1) và (2) ta có p = 13; n = 14

Vậy số proton trong nguyên tử X là 13.

Trên đây là một số thông tin về Nguyên tử là gì? mà LabTrường Chu Văn An muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hi vọng đây sẽ là kiến ​​thức hữu ích cho bạn.

Xem thêm:

• Ethylene là gì? Cơ chế làm chín quả bằng ethylene C2H4
• SiO2 là gì? Tầm quan trọng của silicon dioxide (SiO2) trong cuộc sống