Cấu tạo nguyên tử là gì?

1. Sự ra đời lý thuyết nguyên tử

Vào khoảng năm 450 trước Công nguyên, nhà triết học người Hy Lạp Democritus là người đầu tiên cho rằng mọi thứ trên Trái đất được tạo ra từ các hạt nhỏ. Để chỉ gọi tên các hạt này, ông đã sử dụng thuật ngữ atomos, tiếng Hy Lạp có nghĩa là “không thể phân chia”, sau đó, thuật ngữ hiện đại “nguyên tử” được tạo ra.

Vào thời điểm đó, ý tưởng của ông không được coi trọng và phải đến nhiều thế kỷ sau đó, khái niệm về nguyên tử mới được công nhận.

Vào thế kỷ 19, John Dalton đã đưa ra 5 định đề để giải thích cách các nguyên tử tạo nên thế giới xung quanh và những đề xuất này phần đúng đến tận ngày nay. Đó là:

1. Mọi vật chất đều được cấu tạo từ nguyên tử, là các hạt nhỏ vô hạn 

2. Tất cả các nguyên tử của nguyên tố đã cho là giống hệt nhau

3. Tất cả các nguyên tử của  nguyên tố đã cho là khác với nguyên tử của tất cả các nguyên tố khác

4. Một hợp chất sẽ được tạo ra từ hai hay nhiều nguyên tố có thể kết hợp với nhau theo một tỷ lệ cố định.

5. Các nguyên tử không thể bị phá hủy hoặc được tạo ra trong một phản ứng hóa học, nhưng chúng có thể được sắp xếp lại và tạo thành các chất mới

2.Khái niệm cấu tạo nguyên tử là gì?

Để tìm hiểu về cấu tạo nguyên tử, trước tiên, chúng ta cần nắm được những kiến thức về nguyên tử là gì.

2.1. Nguyên tử là gì?

Theo định nghĩa, nguyên tử là một đơn vị cơ bản của vật chất. Chúng bao gồm những hạt vô cùng nhỏ và trung hòa về điện. Một nguyên tử sẽ bao gồm một nhân ở trung tâm và được bao bọc bởi đám mây điện tích âm electron.

Ngoài ra, nguyên tử được kí hiệu là Z (tiếng Đức là Zahl), chúng thường có kích thước rất nhỏ, với đường kính bằng vài phần mười của nano mét.

2.2. Cấu tạo nguyên tử 

Mỗi nguyên tử sẽ có cấu tạo cơ bản gồm 2 phần: Lớp vỏ và hạt nhân. 

Cấu tạo nguyên tử gồm 2 phần là lớp vỏ và hạt nhân

Lớp vỏ: 

Đây là lớp vỏ chuyển động xung quanh hạt nhân và sắp xếp thành từng lớp, mỗi lớp sẽ chứa số electron nhất định.

Những electron này sẽ mang điện tích âm, nhẹ, chuyển động liên tục xoay quanh lớp nhân. Thường bị hút bởi các protein mang điện tích dương trái dấu. chuyển động quanh lớp nhân liên tục. Bên cạnh đó, số lượng electron luôn bằng số proton để nguyên tử trung hòa về điện.

Hạt nhân:

Thành phần thuộc trung tâm nguyên tử và được tạo ra bởi 2 loại hạt proton và nơtron.

Khối lượng của electron rất nhỏ nhưng khối lượng của proton và nơtron là tương đương. Chính vì vậy, khối lượng hạt nhân sẽ được coi là khối lượng của nguyên tử.

3.Mô hình cấu tạo nguyên tử

Một mô hình cấu tạo nguyên tử chi tiết bao gồm lớp vỏ và lớp hạt nhân liên kết với nhau bằng các hạt mang điện và không mang điện. Ngoài ra, còn có các hạt nhân e và hạt nhường e để tạo ra các nguyên tử vững chắc. 

Nguyên tử được tạo thành từ 3 loại hạt chính là proton, neutron và electron

Nguyên tử được tạo thành từ 3 loại hạt chính gồm proton, neutron và electron:

• Proton 

Đây là hạt mang điện tích dương và được tìm thấy trong hạt nhân của nguyên tử. Trong những thí nghiệm vào những năm từ 1911 – 1919, Ernest Rutherford đã phát hiện ra chúng. 

Số lượng proton trong 1 nguyên tử còn được gọi là số nguyên tử của nguyên tố này. Dựa vào số lượng proton, chúng ta có thể xác định được nguyên tử này là nguyên tố gì, chẳng hạn như nguyên tử Hydro có 1 proton, nguyên tử oxi có 8 proton hay nguyên tử Cacbon có 6 proton. 

Với khối lượng mp = 1,6726.10-27kg và điện tích qp = –1,602 x 10–19 C

•  Neutron

Vào năm 1920, một nhà hóa học người Mỹ W.D. Harkins đã tiên đoán về sự tồn tại của neutron. Và ông cũng là người đầu tiên sử dụng “neutron” trong mối liên hệ với hạt nhân nguyên tử. Neutron được tìm thấy trong hạt nhân nguyên tử và không mang điện tích. Thông thường khối lượng của 1 neutron sẽ lớn hơn khối lượng của 1 proton.

Với mn = 1,6726.10-27kg và  qn = 0

• Electron

Vào năm 1897, electron được J. J. Thomson và các cộng sự người Anh đã phát hiện ra electron có biểu hiện của một hạt cơ bản. Electron bị hút về proton có điện tích dương và mang điện tích âm. Đóng vai trò cơ bản trong nhiều hiện tượng vật lý, chẳng hạn như từ học, hóa học, điện và độ dẫn nhiệt. Bên cạnh đó, chúng cũng tham gia vào tương tác hấp dẫn, điện từ và yếu. So với proton, electron có khối lượng xấp xỉ bằng 1/1836. 

Với me = 9,1094 x 10-31 kg và qe = – 1,602 x 10-19 C

4.Khối lượng và kích thước của cấu tạo nguyên tử

Để hiểu rõ hơn về cấu tạo nguyên tử, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về kích thước và khối lượng nguyên tử nhé.

4.1. Khối lượng nguyên tử

Khối lượng nguyên tử hay còn được biết đến là khối lượng hạt nhân, đơn vị tính kí hiệu là u(đvC). Do khối lượng nguyên tử thường tập trung chủ yếu ở hạt nhân.

Bên cạnh đó, giá trị của 1u(đvC) =1/12 khối lượng của 1 nguyên tử cacbon. 

Mà khối lượng nguyên tử C = 19,9265.10-27kg 

Tức là: 1u = 19,9265.10-27kg /12 = 1,6605.10-27kg

4.2. Kích thước

• Thông thường nguyên tử sẽ có kích thước cực kỳ nhỏ, với đường kính của hạt nhân khoảng 10-14 m và đường kính nguyên tử khoảng 10-10 m.

• Kích thước nguyên tử có đơn vị là nanomet (1nm = 10-9m) hoặc angstron (1Å = 10-10m).

5. Phân biệt nguyên tử và phân tử

Do phân tử và nguyên tử và phân tử có khái niệm khá giống nhau, khiến nhiều người nhầm lẫn. Dưới đây, Đông Á sẽ phân biệt chi tiết hai đại lượng này. 

Nguyên tử

• Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất bao gồm các hạt cực kỳ nhỏ, có hạt nhân, trung hòa về điện và các điện tích âm bao quanh.

• Ví dụ: Nguyên tử cacbon, liti, nguyên tử canxi,…

• Nguyên tử có dạng hình cầu, có thể tồn tại hoặc không tồn tại trong trạng thái tự do, chúng không có khả năng phân đôi và không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Ngoài ra, nguyên tử không có khả năng phân đôi, liên kết bằng hạt nhân.

Phân tử

• Phân tử Bao gồm một số nguyên tử liên kết với nhau, thể hiện tính chất hóa học đầy đủ của 1 chất

• Ví dụ: Phân tử oxi (O2) ; Phân tử nước (H2O)

• Phân tử tồn tại với đa hình dạng, có thể tồn tại trong trạng thái tự do, chúng có thể tách rời các nguyên tố và kết hợp lại với nhau. Đặc biệt, phân tử không thể nhìn bằng mắt thường nhưng có thể được khi dùng kính hiển vi, liên kết theo cộng hóa trị, cộng ion.

6.Ứng dụng nổi bật của nguyên tử trong đời sống

Nguyên tử được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp năng lượng. Phổ biến nhất phải kể đến năng lượng nguyên tử và năng lượng hạt nhân. 

Theo thống kê, tính đến năm 2017, nhờ năng lượng hạt nhân nguyên tử,đã có đến 14% lượng điện năng trên thế giới được sản xuất. Với hơn 150 tàu chạy bằng các tên lửa đồng vị phóng xạ và năng lượng hạt nhân được sản xuất. 

Thông qua những lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát, công nghệ hạt nhân được dùng để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử. Phương pháp phân hạch hạt nhân được sử dụng hiện nay. Ngoài ra, có một số phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân hoặc phân rã phóng xạ. 

Với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau,tất cả các lò phản ứng đều dùng nước được nung nóng tạo ra hơi nước. Sau đó, chúng được chuyển thành cơ năng để tạo ra lực đẩy hoặc phát điện. 

Tóm lại, bài viết này Hóa chất Đông Á đã giải thích cho bạn đọc hiểu về cấu tạo nguyên tử là gì, mô hình, kích thước và khối lượng của cấu tạo nguyên tử. Hi vọng những kiến thức này sẽ giúp ích cho bạn trong cuộc sống.