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

Nguyên tử là hạt cấu tạo quan trọng có mặt trong mọi dạng vật chất. Vậy nguyên tử là gì? Số hiệu nguyên tử là gì? Khối lượng nguyên tử là gì? Cấu tạo và tính chất của nguyên tử ra sao? Cùng LabVIETCHEM đi tìm câu trả lời qua nội dung bài viết dưới đây nhé.

Sơ đồ nguyên tử của một số nguyên tố

Giải thích khái niệm nguyên tử là gì?

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

Các nguyên tử tham gia cấu thành nên những trạng thái vật chất khác nhau và nó phụ thuộc vào các yếu tố như: mật độ, nhiệt độ, áp suất. Khi các yếu tố này thay đổi đến một điều kiện giới hạn thì sự chuyển pha vật chất giữa các pha, rắn, khí, lỏng và Plasma sẽ xảy ra.

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

Số hiệu nguyên tử là gì?

Số hiệu nguyên tử của nhôm

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

Các thành phần cấu tạo của nguyên tử

Mỗi nguyên đều được cấu tạo từ ba loại hạt đó là: Proton, neutron và electron.

Cấu tạo của nguyên tử

1. Proton

Proton là hạt mang điện tích dương được tìm thấy bên trong hạt nhân nguyên tử và nó được phát hiện bởi Ernest Rutherford trong những thí nghiệm tiến hành vào những năm từ 1911 – 1919. Thông qua số lượng proton, người ta xác định được tên của loại nguyên tố đang kiểm tra, ví dụ như Cacbon có 6 proton, oxy có 8 proton.

Proton lại được cấu tạo từ những hạt quark. Thông thường, trong mỗi proton sẽ có ba quark với hai quark “lên” và một quark “xuống” và chúng được liên kết lại với nhau bởi các hạt gluon. Do đó, proton mang điện tích dương (+1e) hay chính bằng +1.602 ×10⁻¹⁹.

Khối lượng của proton là 1.6726 x 10⁻²⁷ và khối lượng này gần bằng với khối lượng của neutron, nhưng gấp 1836 so với khối lượng electron.

Một đặc điểm nữa của proton là chúng là một loại hạt khá ổn định nhưng vẫn có thể biến đổi thành neutron thông qua việc bắt giữ electron dưới tác động của năng lượng.

p⁺ + e⁻ → n + ve

2. Neutron

Neutron là hạt không mang điện trong hạt nhân nguyên tử có khối lượng bằng 1.67492716 × 10⁻²⁷ kg, lớn hơn khối lượng của một proton. Nó được phát hiện bởi nhà vật lý học người Anh là James Chadwick vào năm 1932 và được gọi là nucleon.

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

3. Electron

Electron là hạt có điện tích âm bị hút về phía các điện tích dương là proton. Nó có khối lượng xấp xỉ bằng 1/1836 khối lượng của proton. Các electron bao xung quanh hạt nhân nguyên tử trong lộ trình orbital. Các orbital bên trong vây xung quanh nguyên tử có dạng hình cầu, còn những orbital bên ngoài nguyên tử thì phức tạp hơn.

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

Mô hình hành tinh nguyên tử

Khối lượng của nguyên tử 

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

Khối lượng thực của một nguyên tử khi nó đứng yên thường được biểu diễn bằng đơn vị khối lượng của nguyên tử đó, kí hiệu là “u” hoặc dalton (Da). Đơn vị này được xác định bằng 1/12 khối lượng nghỉ của nguyên tử  tự do được trung hòa điện cacbon-12 với khối lượng xấp xỉ 1.66 x 10⁻²⁷ Kg. Dù là các nguyên tử nặng nhất thì khối lượng của nó cũng quá nhẹ để các nhà khoa học có thể nghiên cứu trực tiếp, hơn nữa, đơn vị khối lượng của nó cũng khá rườm rà. 

Một số bài tập minh họa về nguyên tử 

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

Hướng dẫn giải:

Ta có mp = 13 . 1,6726 .10^-24 = 21,71 . 10^-24 gam

mn = 14 . 1,675 . 10^-24 = 23,45 . 10^-24 gam

me = 13 . 9,1 . 10^-28 = 0,01183 . 10^-24 gam

Vậy khối lượng của một nguyên tử nhôm là:

mp + mn + me = 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 hạt là 40, trong đó tổng số hạt mang điện nhiều hơn tổng số hạt không mang điện 12 hạt. Hãy xác định số proton của nguyên tử X:

Hướng dẫn giải:

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

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

Từ (1) và (2), ta có p = 13; n = 14

Vậy số proton có trong nguyên tử X là 13.

Trên đây là một số thông tin về nguyên tử là gì mà LabVIETCHEM muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng rằng đây sẽ là những kiến thức dành cho các bạn.

 Xem thêm:

• Etilen là gì? Cơ chế làm chín trái cây của Etilen C2H4
• SiO2 là gì? Tầm quan trọng của silic dioxit (SiO2) trong cuộc sống