Bài 1. Thành phần của nguyên tử

Năm 1897, J. J. Thomson (Tôm-xơn, người Anh) thực hiện thí nghiệm phóng điện qua không khí loãng đã phát hiện ra chùm tia phát ra từ cực âm và bị hút lệch về phía cực dương của điện trường, chứng tỏ chúng mang điện tích âm (xem Hình 1.1). Đó chính là chùm các hạt electron. Electron là một thành phần của nguyên tử.
Năm 1911, E. Rutherford (Ro-dơ-pho, người Niu Di-lân) thực hiện thí nghiệm bắn phá lá vàng rất mỏng bằng chùm hạt $\alpha$ (*) (alpha) (Hình 1.2). Ông sử dụng màn huỳnh quang bao quanh lá vàng để quan sát vị trí va chạm của hạt $\alpha$. Kết quả thí nghiệm cho thấy hầu hết các hạt $\alpha$ đều xuyên thẳng qua lá vàng, chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo rỗng, ở tâm chứa một hạt nhân mang điện tích dương và có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử.
Năm 1918, E. Rutherford và các cộng sự khi dùng hạt $\alpha$ bắn phá nitrogen đã phát hiện ra hạt proton.
Năm 1932, J. Chadwick (Chat-uých, người Anh), cộng sự của Rutherford, đã phát hiện ra hạt neutron khi bắn phá beryllium bằng các hạt $\alpha$.
Proton, neutron và electron là các hạt cấu tạo nên nguyên tử.

(*) Hạt $\alpha$: hạt nhân helium, mang điện tích dương.

Thành phần cấu tạo của nguyên tử gồm:
Hạt nhân (nucleus): ở tâm của nguyên tử, chứa các proton mang điện tích dương và các neutron không mang điện.
Vỏ nguyên tử: chứa các electron mang điện tích âm, chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân.

Khối lượng, điện tích của các loại hạt cấu tạo nên nguyên tử
| Hạt | Kí hiệu | Khối lượng (kg) | Khối lượng (amu) | Điện tích (C) | Điện tích tương đối |
|---|---|---|---|---|---|
| Proton | p | $1,672\cdot {10}^{-27}$ | $\approx 1$ | $1,602\cdot {10}^{-19}$ | +1 |
| Neutron | n | $1,675\cdot {10}^{-27}$ | $\approx 1$ | 0 | 0 |
| Electron | e | $9,109\cdot {10}^{-31}$ | $\frac{1}{1837}\approx 0,00055$ | $-1,602\cdot {10}^{-19}$ | -1 |

Trong nguyên tử, số proton bằng số electron nên nguyên tử trung hoà điện.
Khối lượng của electron rất nhỏ, không đáng kể so với khối lượng của proton hay neutron nên khối lượng của nguyên tử tập trung hầu hết ở hạt nhân.

Kích thước của nguyên tử là khoảng không gian tạo bởi sự chuyển động của các electron. Các nguyên tử khác nhau có số electron khác nhau nên có kích thước khác nhau. Nếu coi nguyên tử như một khối cầu thì đường kính của nó chỉ khoảng ${10}^{-10}$ m.
Kích thước nguyên tử rất nhỏ nên thường được biểu diễn bằng đơn $v_{\cdot }$ picomet (pm) hay Angström $(\mathring{\text{A}})$.
$1pm={10}^{-12}$ m; $1\mathring{\text{A}}={10}^{-10}$ m. Nguyên tử hydrogen có bán kính khoảng 53 pm.
Hạt nhân nguyên tử có đường kính khoảng ${10}^{-2}$ pm, kích thước nhỏ hơn nhiều so với kích thước nguyên tử.

Khối lượng nguyên tử bằng tổng khối lượng các hạt proton, neutron và electron có trong nguyên tử. Khối lượng nguyên tử rất nhỏ nên một lượng chất rất nhỏ cũng chứa tới hàng tỉ tỉ nguyên tử. Ví dụ: Trong 2 g carbon chứa khoảng ${10}^{23}$ nguyên tử carbon.
Có thể biểu thị khối lượng nguyên tử theo đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu amu.
Ví dụ: Một nguyên tử oxygen có khối lượng là $2,656\cdot {10}^{-26}$ kg.
$1amu=1,661\cdot {10}^{-27}$ kg nên khối lượng một nguyên tử oxygen là 15,990 amu.

Số proton trong hạt nhân nguyên tử bằng số đơn vị điện tích hạt nhân, kí hiệu là Z.
Ví dụ: Hạt nhân nguyên tử Na có 11 proton nên số đơn vị điện tích hạt nhân là $Z=11$.
Tổng số proton và neutron trong hạt nhân của một nguyên tử được gọi là số khối (hay số nucleon), kí hiệu là A.
$A=Z+s\widehat{o}$ neutron
Ví dụ: Hạt nhân nguyên tử Na có số proton là 11 và số neutron là 12 nên số khối của hạt nhân nguyên tử Na là:
$A=11+12=23$

• Nguyên tử vô cùng nhỏ nhưng được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn, gồm hạt nhân (chứa proton mang điện tích dương và neutron không mang điện) và vỏ nguyên tử (chứa các electron mang điện tích âm). Nguyên tử trung hoà về điện vì có số proton bằng số electron.
• Khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân (do khối lượng của electron rất nhỏ so với khối lượng của proton và neutron).
• Hạt nhân nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ so với nguyên tử.

Vận dụng phương pháp mô hình để mô tả cấu tạo nguyên tử.

Số proton trong hạt nhân nguyên tử bằng số đơn vị điện tích hạt nhân, kí hiệu là Z.

Tổng số proton và neutron trong hạt nhân của một nguyên tử được gọi là số khối (hay số nucleon), kí hiệu là A.

Nguyên tử vô cùng nhỏ nhưng được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn, gồm hạt nhân (chứa proton mang điện tích dương và neutron không mang điện) và vỏ nguyên tử (chứa các electron mang điện tích âm). Nguyên tử trung hoà về điện vì có số proton bằng số electron.

Khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân (do khối lượng của electron rất nhỏ so với khối lượng của proton và neutron).

Hạt nhân nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ so với nguyên tử.

Vận dụng phương pháp mô hình để mô tả cấu tạo nguyên tử.