Bài 1. Thành phần của nguyên tử

Mục tiêu bài học

• Trình bày được các thí nghiệm lịch sử dẫn tới việc phát hiện electron và hạt nhân nguyên tử.
• Nêu được nguyên tử gồm hạt nhân (proton, neutron) và vỏ electron; so sánh được điện tích và khối lượng của ba loại hạt.
• So sánh được kích thước và khối lượng của hạt nhân với toàn nguyên tử.
• Dùng phương pháp mô hình để mô tả cấu tạo nguyên tử.

Khái niệm chính

Electron

Hạt mang điện tích âm (quy ước −1), khối lượng rất nhỏ (khoảng 0,00055 amu), chuyển động quanh hạt nhân.

Proton

Hạt trong hạt nhân mang điện tích dương (+1), khối lượng xấp xỉ 1 amu.

Neutron

Hạt trong hạt nhân không mang điện, khối lượng xấp xỉ 1 amu.

Hạt nhân nguyên tử

Phần trung tâm rất nhỏ, mang điện dương, chứa proton và neutron và tập trung gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử.

Đơn vị khối lượng nguyên tử (amu)

Bằng $\frac{1}{12}$ khối lượng một nguyên tử carbon-12, khoảng $1{,}6605\times10^{-27}$ kg.

Nguyên tử trung hoà điện

Số electron ở vỏ bằng số proton trong hạt nhân nên tổng điện tích bằng 0.

Công thức

• $1\,\mathrm{amu} = \frac{1}{12}\,m\left({}^{12}\mathrm{C}\right) \approx 1{,}6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$

  Định nghĩa đơn vị khối lượng nguyên tử dùng để biểu diễn khối lượng các hạt vi mô.

  • $m\left({}^{12}\mathrm{C}\right)$Khối lượng một nguyên tử carbon-12(kg)

• $m_{\text{nguyên tử}} \approx Z\,m_p + N\,m_n$

  Khối lượng nguyên tử gần bằng khối lượng hạt nhân vì electron rất nhẹ.

  • $Z$Số proton
  • $N$Số neutron
  • $m_p$Khối lượng một proton (≈ 1 amu)(amu)
  • $m_n$Khối lượng một neutron (≈ 1 amu)(amu)

Thí nghiệm

• Tia âm cực (phóng điện qua khí loãng)

  Mô phỏng / video

  Mục đích: Thấy được bằng chứng về sự tồn tại của electron.

  Chùm tia phát ra từ cực âm truyền thẳng, làm quay chong chóng nhẹ và bị lệch về phía bản dương của điện trường. Tia này gồm các hạt mang điện âm, có khối lượng — đó là electron.

  Dụng cụ: Ống thuỷ tinh hút gần hết không khí, Hai điện cực nối nguồn cao áp, Màn huỳnh quang, Bản điện trường hoặc nam châm

• Bắn phá lá vàng bằng hạt alpha (Rutherford)

  Mô phỏng / video

  Mục đích: Phát hiện hạt nhân nguyên tử nhỏ, nặng, mang điện dương.

  Hầu hết hạt alpha đi thẳng qua lá vàng, chỉ một số rất ít bị lệch mạnh hoặc bật ngược lại. Suy ra nguyên tử phần lớn là khoảng trống, điện tích dương và khối lượng tập trung ở hạt nhân rất nhỏ.

  Dụng cụ: Nguồn phát hạt alpha, Lá vàng rất mỏng, Màn huỳnh quang bao quanh