Hoá học 10 · Cấu tạo nguyên tử
Thành phần nguyên tử, nguyên tố hoá học và đồng vị
Nguyên tử gồm hạt nhân (proton, neutron) và vỏ electron. Số hiệu nguyên tử Z, số khối A, đồng vị và cách tính nguyên tử khối trung bình.
Cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử gồm hạt nhân ở tâm và lớp vỏ chứa các electron chuyển động xung quanh.
- Hạt nhân gồm các proton (mang điện tích dương) và neutron (không mang điện).
- Lớp vỏ gồm các electron mang điện tích âm.
- Nguyên tử trung hoà về điện nên số proton bằng số electron.
| Hạt | Điện tích tương đối | Khối lượng (amu) |
|---|---|---|
| Proton (p) | +1 | xấp xỉ 1 |
| Neutron (n) | 0 | xấp xỉ 1 |
| Electron (e) | −1 | xấp xỉ 0,00055 |
Khối lượng electron rất nhỏ nên khối lượng nguyên tử tập trung gần như toàn bộ ở hạt nhân. Đường kính nguyên tử khoảng 10⁻¹⁰ m, lớn hơn đường kính hạt nhân khoảng 10.000 lần: nguyên tử có cấu tạo rỗng.
Nguyên tố hoá học, số hiệu nguyên tử, số khối
Số hiệu nguyên tử Z bằng số đơn vị điện tích hạt nhân, bằng số proton và bằng số electron của nguyên tử.
Số khối A bằng tổng số proton và số neutron: \(A = Z + N\).
Nguyên tố hoá học là tập hợp những nguyên tử có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân, tức cùng số proton.
Kí hiệu nguyên tử: \({}^{A}_{Z}X\). Ví dụ \({}^{23}_{11}\mathrm{Na}\) có 11 proton, 11 electron và 12 neutron.
Đồng vị và nguyên tử khối trung bình
Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số neutron, do đó khác số khối. Ví dụ hydrogen có ba đồng vị \({}^{1}_{1}\mathrm{H}\), \({}^{2}_{1}\mathrm{H}\) và \({}^{3}_{1}\mathrm{H}\).
Các đồng vị của một nguyên tố có tính chất hoá học gần như giống nhau vì có cùng cấu hình electron.
Hầu hết nguyên tố là hỗn hợp nhiều đồng vị, nên nguyên tử khối của nguyên tố là nguyên tử khối trung bình:
\[\overline{A} = \frac{x_1 A_1 + x_2 A_2 + \dots}{100}\]trong đó \(x_1, x_2\) là phần trăm số nguyên tử của từng đồng vị.
🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng
- Tăng thanh số proton: tên nguyên tố thay đổi ngay. Chính số proton quyết định nguyên tố!
- Giữ nguyên số proton, thay đổi số neutron: nguyên tố không đổi nhưng số khối thay đổi, đó là các đồng vị.
- Bớt hoặc thêm electron để tạo ion: quan sát điện tích ghi bên phải kí hiệu.
📐 Công thức cần nhớ
✍️ Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Nguyên tử aluminium có 13 proton và 14 neutron. Xác định số electron, số khối và viết kí hiệu nguyên tử.
Xem lời giải
- Số electron = số proton = 13.
- Số khối \(A = Z + N = 13 + 14 = 27\).
- Kí hiệu: \({}^{27}_{13}\mathrm{Al}\).
✅ Đáp số: 13 electron; A = 27
Ví dụ 2. Copper có hai đồng vị: ⁶³Cu chiếm 73% và ⁶⁵Cu chiếm 27% số nguyên tử. Tính nguyên tử khối trung bình của copper.
Xem lời giải
- \(\overline{A} = \frac{63 \cdot 73 + 65 \cdot 27}{100}\)
- \(\overline{A} = \frac{4599 + 1755}{100} = 63{,}54\)
✅ Đáp số: 63,54
Ví dụ 3. Nguyên tử X có tổng số hạt là 40, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 12. Tìm X.
Xem lời giải
- Ta có \(2Z + N = 40\) và \(2Z - N = 12\).
- Cộng hai phương trình: \(4Z = 52\), suy ra \(Z = 13\), \(N = 14\).
- X là aluminium (Al), số khối 27.
✅ Đáp số: Al (Z = 13, A = 27)
⚠️ Lỗi thường gặp
- Nhầm số khối A với nguyên tử khối: A là số nguyên (tổng p và n), còn nguyên tử khối trung bình có thể là số thập phân.
- Cho rằng đồng vị khác nhau về tính chất hoá học. Thực tế chúng chỉ khác nhau về số neutron, tính chất hoá học gần như giống nhau.
- Quên rằng ion có số electron khác số proton: ion dương mất bớt electron, ion âm nhận thêm electron.