MỤC TIÊU
- Trình bày được mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr (mô hình sắp xếp electron trong các lớp electron ở vỏ nguyên tử).
- Nêu được khối lượng của một nguyên tử theo đơn vị quốc tế amu (đơn vị khối lượng nguyên tử).
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Từ những vật thể đơn giản như cây bút, quyển vở, chai nước cho đến những công trình nổi tiếng như tháp Eiffel, ... đều được tạo nên từ chất. Mỗi chất lại được tạo nên từ những hạt vô cùng nhỏ. Những hạt đó là gì?
Mỗi chất lại được tạo nên từ những hạt vô cùng nhỏ. Những hạt đó là nguyên tử.
⟹ Nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ, tạo nên các chất.
1. MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ RUTHERFORD – BOHR
Tìm hiểu sơ lược về nguyên tử
- Các chất đều tạo nên từ những hạt vô cùng nhỏ, gọi là nguyên tử. Ta không thể quan sát được nguyên tử bằng kính hiển vi thông thường.
- Cầu Long Biên (Hà Nội) là công trình được tạo thành bởi sự kết nối từ rất nhiều thanh thép (thành phần chính là sắt). Mỗi thanh thép chứa hàng tỉ tỉ nguyên tử iron. Để biết một nguyên tử iron có kích thước thế nào, ta có thể hình dung: Nếu xếp các nguyên tử iron liền nhau thành một hàng dài thì với độ dài 1 mm thôi cũng đã có từ vài triệu đến vài chục triệu nguyên tử.
👨👩👧👦 Thảo luận
1. Những đối tượng nào trong Hình 2.1 ta có thể quan sát bằng mắt thường? Bằng kính lúp? Bằng kính hiển vi?
- Quan sát bằng mắt thường: Ruột bút chì.
- Quan sát bằng kính lúp: Hạt bụi trong không khí.
- Quan sát bằng kính hiển vi: Tế bào máu, vi khuẩn.
👨👩👧👦 Thảo luận
2 Quan sát Hình 2.2, em hãy cho biết khí oxygen, sắt, than chì có đặc điểm chung gì về cấu tạo.
Khí oxygen, sắt, than chì đều được tạo nên từ những hạt hình cầu vô cùng nhỏ liên kết với nhau.
📖 Mở rộng
Khoảng 400 năm trước Công Nguyên (TCN), nhà triết học cổ Hy Lạp Democritos (460 - 370 TCN) đã đưa ra ý tưởng về sự tồn tại của các hạt cấu tạo nên chất. Ông cho rằng mọi thứ (vật thể) đều được tạo nên từ các hạt vô cùng nhỏ và không thể phân chia được nữa.
✍️ Ghi nhớ
Nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ, tạo nên các chất.
Khái quát về mô hình nguyên tử
- Theo Ernest Rutherford (1871 – 1937), nguyên tử có cấu tạo gồm hạt nhân ở bên trong và vỏ tạo bởi một hay nhiều electron (kí hiệu là e) mang điện tích âm, mỗi electron mang một đơn vị điện tích âm và được quy ước là −1. Bên trong hạt nhân chứa các hạt proton (kí hiệu là p) mang điện tích dương, mỗi proton mang một đơn vị điện tích dương và được quy ước là +1.
- Trong mỗi nguyên tử, số hạt proton và electron luôn bằng nhau, chúng có trị số điện tích bằng nhau nhưng trái dấu.
- Trong hạt nhân nguyên tử, điện tích hạt nhân bằng tổng điện tích của các hạt proton trong nguyên tử, số đơn vị điện tích hạt nhân bằng số proton của nguyên tử.
- Ví dụ nguyên tử nitrogen có 7p trong hạt nhân, điện tích hạt nhân của nitrogen là +7, số đơn vị điện tích hạt nhân là 7.
- Sau này, dựa trên mô hình của Rutherford, Niels Bohr (1885 – 1962) đã phát triển một mô hình hoàn chỉnh hơn để mô tả về nguyên tử.
- Theo ông, nguyên tử gồm các electron được sắp xếp thành từng lớp và chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo giống như hành tinh trong hệ Mặt Trời. Mô hình này được gọi là mô hình Rutherford – Bohr (Hình 2.5).
- Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân và phân bố theo từng lớp với số lượng electron nhất định trên mỗi lớp ở vỏ nguyên tử.
+ Lớp đầu tiên gần sát hạt nhân chứa tối đa 2 electron, lớp thứ hai chứa tối đa 8 electron.
+ Các electron được sắp xếp vào các lớp theo thứ tự từ trong ra ngoài cho đến hết.
- Năm 1932, khi nghiên cứu sâu hơn về nguyên tử bằng các thiết bị tiên tiến, James Chadwick (1891 – 1974) phát hiện bên trong hạt nhân còn có một loại hạt không mang điện. Ông gọi chúng là neutron.
👨👩👧👦 Thảo luận
3. Theo Rutherford - Bohr, nguyên tử có cấu tạo như thế nào?
- Theo Rutherford – Bohr, nguyên tử gồm các electron được sắp xếp thành từng lớp và chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo giống như hành tinh trong hệ Mặt Trời.
- Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân và phân bố theo từng lớp với số lượng electron nhất định trên mỗi lớp ở vỏ nguyên tử. Lớp đầu tiên gần sát hạt nhân chứa tối đa 2 electron, lớp thứ hai chứa tối đa 8 electron,…
- Các electron được sắp xếp vào các lớp theo thứ tự từ trong ra ngoài cho đến hết.
+ Electron, kí hiệu là e, mỗi electron mang điện tích -1.
+ Proton (kí hiệu là p), mỗi proton mang điện tích +1.
- Trong nguyên tử, số hạt proton và electron luôn bằng nhau.
👨👩👧👦 Thảo luận
4. Quan sát Hình 2.5, hãy cho biết nguyên tử nitrogen và potassium có bao nhiêu
a) điện tích hạt nhân nguyên tử?
b) lớp electron?
c) electron trên mỗi lớp?
- Nguyên tử nitrogen có:
+ Điện tích hạt nhân nguyên tử là +7
+ Có 2 lớp electron
• Lớp thứ nhất có 2 electron.
• Lớp thứ 2 có 5 electron.
- Nguyên tử potassium có:
+ Điện tích hạt nhân nguyên tử là +19
+ Có 4 lớp electron
• Lớp thứ nhất có 2 electron.
• Lớp thứ hai có 8 electron.
• Lớp thứ ba có 8 electron.
• Lớp thứ tư có 1 electron.
👨👩👧👦 Thảo luận
5. Tại sao nguyên tử trung hoà về điện?
- Mỗi electron mang điện tích -1, mỗi proton mang điện tích +1.
- Mà trong nguyên tử, số hạt proton và electron luôn bằng nhau.
⇒ Nguyên tử trung hoà về điện.
📝 Củng cố
1. Cho biết các thành phần cấu tạo nên nguyên tử trong hình minh hoạ sau:
📝 Củng cố
2. Quan sát Hình 2.6, hãy hoàn thành bảng sau:Để lớp electron ngoài cùng của nguyên tử oxygen có đủ số electron tối đa thì cần thêm bao nhiêu electron nữa?
Số đơn vị điện tích hạt nhân
Số proton
Số electron trong nguyên tử
Số electron ở lớp ngoài cùng
?
?
?
?
- Ta có: Số đơn vị điện tích hạt nhân = số proton = số electron
- Nguyên tử oxygen có 8 electron
⟹ Số đơn vị điện tích hạt nhân = số proton = số electron = 8
|
Số đơn vị điện tích hạt nhân |
Số proton |
Số electron trong nguyên tử |
Số electron ở lớp ngoài cùng |
|
8 |
8 |
8 |
6 |
- Lớp thứ 2 có tối đa 8 electron, mà lớp thứ 2 của oxygen có 6 electron.
⟹ Để lớp electron ngoài cùng của nguyên tử oxygen có đủ số electron tối đa thì cần thêm 2 electron nữa.
✍️ Ghi nhớ
• Mô hình Rutherford – Bohr: Trong nguyên tử, các electron ở vỏ được xếp thành từng lớp và chuyển động xung quanh hạt nhân theo những quỹ đạo như các hành tinh quay quanh Mặt Trời.
• Nguyên tử trung hoà về điện: Trong nguyên tử, số proton bằng số electron.
📖 Mở rộng
2. KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ
Tìm hiểu về khối lượng nguyên tử
- Chúng ta khó mà hình dung được chỉ với 1 gam chất bất kì đã chứa tới hàng tỉ tỉ nguyên tử.
Ví dụ: trong 1 gam carbon có chứa khoảng 50×1021 hay 50.000×109×109 (năm mươi nghìn tỉ tỉ) nguyên tử carbon. Như vậy, một nguyên tử carbon có khối lượng là: 0,000 000 000 000 000 000 000 019 926 gam hay 1,9926 × 10-23gam.
- Khối lượng nguyên tử bằng tổng khối lượng các loại hạt (proton, neutron, electron) có trong nguyên tử. Tuy nhiên, khối lượng nguyên tử rất nhỏ nên để biểu thị khối lượng nguyên tử người ta sử dụng đơn vị khối lượng nguyên tử, viết tắt là amu (atomic mass unit, 1 amu = 1,6605×10-24 gam).
- Proton và neutron có khối lượng xấp xỉ bằng nhau (gần bằng l amu). Electron có khối lượng rất bé (chỉ bằng khoảng 0,00055 amu), nhỏ hơn rất nhiều lần so với khối lượng của proton và neutron. Do đó, ta có thể xem khối lượng của hạt nhân là khối lượng của nguyên tử.
Ví dụ: nguyên tử hydrogen chỉ có 1p trong hạt nhân nên khối lượng nguyên tử xấp xỉ là 1 amu. Tương tự với nguyên tử carbon, trong hạt nhân có 6p và 6n nên khối lượng nguyên tử xấp xỉ là 12 amu.
👨👩👧👦 Thảo luận
6. Vì sao người ta thường sử dụng amu làm đơn vị khối lượng nguyên tử?
- Chỉ với 1 gam chất bất kì đã chứa tới hàng tỉ tỉ nguyên tử.
- Ví dụ:
+ Trong 1 gam carbon có chứa khoảng 50.000×109×109 nguyên tử carbon.
=> Khối lượng của 1 nguyên tử carbon:
\[\frac{1}{{50000 \times {{10}^{ 9}} \times {{10}^{ 9}}}} = 1,9926 \times {10^{ - 23}}(gam)\]
+ Trong 1 nguyên tử carbon có số electron = số proton = số đơn vị điện tích hạt nhân = 6
+ Vì khối lượng của electron rất bé nên khối lượng nguyên tử bằng khối lượng hạt nhân (proton + neutron)
\[\frac{{1,9926 \times {{10}^{ - 23}}}}{{6 + 6}} = 1,6605 \times {10^{ - 24}}(gam)\]
=> Vậy nên để biểu thị khối lượng nguyên tử người ta sử dụng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu): 1 amu = 1,6605×10-24 gam
📝 Củng cố
Quan sát mô hình dưới đây, cho biết số proton, số electron và xác định khối lượng nguyên tử magnesium (biết số neutron bằng 12).
- Mô hình nguyên tử magnesium có đơn vị điện tích hạt nhân = 12
=> Số electron = số proton = số đơn vị điện tích hạt nhân = 12
- Khối lượng nguyên tử magnesium = (số proton + số neutron) x 1 amu
= (12 + 12) x 1 amu = 24 amu
✍️ Ghi nhớ
Khối lượng nguyên tử là khối lượng của một nguyên tử, được tính theo đơn vị quốc tế amu.
BÀI TẬP
✍️ Bài tập
1. Em hãy điền vào chỗ trống các từ, cụm từ thích hợp sau để được câu hoàn chỉnh: chuyển động, vỏ nguyên tử, các electron, , điện tích âm, hạt nhân, vô cùng nhỏ, điện tích dương, sắp xếp, trung hoà về điện.
Nguyên tử là hạt ...(1)... và ...(2).... Theo Rutherford – Bohr, nguyên tử có cấu tạo gồm 2 phần là ...(3)...(mang ...(4)...) và ...(5)... tạo bởi ...(6)... (mang ...(7)...).
Trong nguyên tử, các electron ...(8)... xung quanh hạt nhân và ...(9)... thành từng lớp.
(1) vô cùng nhỏ
(2) trung hoà về điện
(3) hạt nhân
(4) điện tích dương
(5) vỏ nguyên tử
(6) các electron
(7) điện tích âm
(8) chuyển động
(9) sắp xếp
✍️ Bài tập
2. Vì sao nói khối lượng hạt nhân được coi là khối lượng nguyên tử?
- Ta có:
+ Khối lượng 1 proton = 1 neutron = 1amu
+ Khối lượng 1 electron = 0,00055 amu
=> Khối lượng electron nhỏ hơn rất nhiều so với khối lượng proton và neutron
=> Có thể bỏ qua khối lượng của electron hay khối lượng hạt nhân nguyên tử có thể coi là khối lượng của nguyên tử
- Ví dụ: Xét nguyên tử helium có 2p, 2n và 2e
+ Khối lượng nguyên tử = 2p + 2n + 2e = 2.1 + 2.1 + 2.0,00055 = 4,0011 ≈ 4
+ Khối lượng hạt nhân = 2p + 2n = 2.1 + 2.1 = 4
