BÀI 14. HẠT NHÂN VÀ MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ

Hơn 2000 năm trước, Democritus, một triết gia người Hy Lạp, đã đưa ra ý tưởng vật chất được cấu tạo từ các hạt không thể chia nhỏ, được gọi là nguyên tử. Vào thế kỉ XX, những quan sát thực nghiệm đã chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo từ hạt nhân và các electron.

I. GIỚI THIỆU THÍ NGHIỆM TÁN XẠ HẠT ALPHA

1. Thí nghiệm tán xạ hạt alpha

* Mô hình nguyên tử của Thompson:

– Nguyên tử gồm phần điện tích dương phân bố đều trong không gian hình cầu đặc và các electron được phân bố trong hình cầu đó.

– Kết quả tán xạ hạt alpha trên lá vàng mỏng cho thấy: phần lớn không gian bên trong nguyên tử là rỗng, toàn bộ điện tích dương trong nguyên tử chỉ tập trung ở một vùng có bán kính rất nhỏ nằm ở tâm của nguyên tử, là hạt nhân của nguyên tử.

* Mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford

– Nguyên tử có cấu trúc rỗng với hạt nhân nằm ở tâm của nguyên tử. Khối lượng hạt nhân xấp xỉ bằng khối lượng của nguyên tử, điện tích của hạt nhân có giá trị dương.

– Các electron phân bố trong không gian trống xung quanh hạt nhân và chuyển động trong các quỹ đạo khép kín quanh hạt nhân.

– Theo lý thuyết trường điện từ một hạt mang điện chuyển động có gia tốc sẽ phát ra năng lượng. Do đó, electron mất dần năng lượng và rơi vào hạt nhân. Điều này làm nguyên tử không bền vững và vật chấtkhông tồn tại được trong vũ trụ.

– Niels Bohr đưa vào 2 tiên đề

* Tiên đề về các trạng thái dừng

Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không phát xạ.

II. HẠT NHÂN CỦA NGUYÊN TỬ

1. Cấu tạo hạt nhân

– Bán kính hạt nhân có giá trị trong khoảng \({10^{ – 15}}m\) đến \({10^{ – 14}}m\)

\(1fm = {10^{ – 15}}m\)

– Hạt nhân được tạo thành bởi: prôtôn (p) và nơtrôn (n) gọi chung là các nucleon

+ Prôtôn mang điện tích dương \({q_p} = + e = {1,6.10^{ – 19}}C\) và khối lượng \({m_p} = {1,673.10^{ – 27}}kg\)

+ Nơtrôn (n) không mang điện, có khối lượng \({m_n} = {1,675.10^{ – 27}}kg\)

– Số prôtôn trong hạt nhân bằng Z (nguyên tử số)

– Số nơtrôn trong hạt nhân bằng N

– Tổng số prôtôn và nơtrôn trong hạt nhân gọi là số khối A

\(A = Z + N\)

2. Kí hiệu hạt nhân

– Nguyên tố có kí hiệu hóa học X, hạt nhân của nguyên tố đó được kí hiệu \({}_Z^AX\)

Ví dụ: \({}_6^{12}C\), \({}_8^{16}O\)

– Kí hiệu hạt nhân ở dạng ngắn gọn ta chỉ cần ghi số khối

Ví dụ: \({}^{12}C\) hay \(C12\)

– Kí hiệu này vẫn được dùng cho các hạt sơ cấp: , , .

3. Đồng vị

Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có cùng số Z, khác nhau số A.

Ví dụ: hiđrô có 3 đồng vị

• • Hiđrô thường (99,99%)
  • Hiđrô nặng , còn gọi là đơteri (0,015%)

• • Hiđrô siêu nặng , còn gọi là triti  , không bền, thời gian sống khoảng 10 năm.

4. Kích thước hạt nhân

Hạt nhân của nguyên tử được xem gần đúng như một quả cầu có bán kính r, được tính theo công thức:

\(r \approx 1,2{A^{\frac{1}{3}}}fm\)

Đọc thêm

+ Một vật có khối lượng m₀ khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với

Trong đó m₀: khối lượng nghỉ và m là khối lượng động.

+ Năng lượng toàn phần:

Trong đó: E₀ = m₀c² gọi là năng lượng nghỉ.

+ Động năng của vật.

W_đ = E – E₀ = (m – m₀)c²