Lý thuyết về hạt nhân nguyên tử

Khái niệm hạt nhân nguyên tử

Định nghĩa hạt nhân nguyên tử

Hạt nhân nguyên tử là cấu trúc vật chất đậm đặc (mật độ có thể lên tới 100 triệu tấn/cm³), chiếm gần như toàn bộ khối lượng của nguyên tử. Theo một số tài liệu được công bố hiện nay thì kích thước của hạt nhân nguyên tử nằm trong một vùng giới hạn có bán kính khoảng 10^-15m.

Hạt nhân nguyên tử có cấu tạo bao gồm những hạt nào?

Hạt nhân nguyên tử có cấu tạo từ 2 loại hạt bao gồm:

• Hạt proton 

• Hạt nơtron

Hạt Proton: Proton - theo nghĩa tiếng Hy Lạp có nghĩa là “thứ nhất”. Hạt Proton mang điện tích +1 và có khối lượng rất nhỏ, chỉ xấp xỉ bằng 1.67262158 × 10^-27 kg (938.278 MeV/c²).

Hạt Nơtron: Đây là loại hạt không mang điện tích và có khối lượng chỉ khoảng 1.67492716 × 10^-27 kg (939.571 MeV/c²) và lớn hơn khối lượng của proton.

Một số lý thuyết liên quan đến hạt nhân nguyên tử

Nguyên tố hóa học

Nguyên tố hóa học là các nguyên tử có điện tích hạt nhân bằng nhau (có cùng Z). Tính đến thời điểm hiện tại, các nhà khoa học đã biết được đến 94 nguyên tố hóa học có trong tự nhiên và 24 nguyên tố được con người tạo ra từ các phòng thí nghiệm hạt nhân (tổng cộng có tổng cộng 118 nguyên tố).

Ví dụ về nguyên tố hóa học: Tất cả các nguyên tử có đơn vị điện tích hạt nhân đều là 8 thì thuộc nguyên tố Oxi. Chúng sẽ bao gồm 8 proton và 8 electron

Số hiệu nguyên tử

Số hiệu nguyên tử chính bằng số đơn vị điện tích hạt nhân của nguyên tố đó. Số hiệu nguyên tử có ký hiệu là Z.

Ký hiệu nguyên tử

Những đặc trưng cơ bản nhất của nguyên tử chính là số đơn vị điện tích hạt nhân và số khối. Do đó để kí hiệu nguyên tử người ta thường sử dụng các chỉ số đặc trưng ở bên trái kí hiệu nguyên tố X (số khối - ký hiệu là A -  ở phía trên và số hiệu nguyên tử - ký hiệu là Z - ở phía dưới) có dạng:

Ở hình ảnh ví dụ ta có thể thấy được số khối A của nguyên tử Natri là 23 và số hiệu nguyên tử Z là 11. Vì vậy ta có thể kết luận, số đơn vị điện tích hạt nhân của Na là 11 (có 11 proton và 11 electron) và bên trong hạt nhân có 12 notron.

Đồng vị

Các nguyên tử có cùng một nguyên tố hóa học không phải lúc nào có số khối giống nhau và hoàn toàn có thể khác nhau. Nguyên nhân của hiện tượng này do hạt nhân của nguyên tử mặc dù có số proton giống nhau nhưng có số nơtron khác nhau.

Đồng vị của các nguyên tố hóa học có những nguyên tử giống nhau về số proton nhưng khác nhau về số nơtron. Các đồng vị được xếp vào cùng 1 ô nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học.

Do có số nơtron khác nhau nhên số khối của các đồng vị cũng sẽ khác nhau.

* Lưu ý: Bên ngoài tự nhiên có khoảng 340 đồng vị, và các nhà khoa học còn tổng hợp thêm 2400 đồng vị nhân tạo được sử dụng trong nông nghiệp và y học.

Ví dụ: Nguyên tố Hidro (H₂) có 3 đồng vị như sau:

Nguyên tử khối

Nguyên tử khối chính là khối lượng tương đối của một nguyên tử và cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử.

Khối lượng của một nguyên tử được tính bằng tổng khối lượng của proton + nơtron + electron ở bên trong nguyên tử đó. Nhưng do  khối lượng của electron quá nhỏ so với hạt nhân nên thông thường khối lượng một nguyên tử được coi xấp xỉ bằng khối lượng hạt nhân của nguyên tử đó.

Vì vậy, nguyên tử khối được coi chính bằng số khối (A).

Ví dụ: Xác định nguyên tử khối của P biết rằng P có N = 16 và Z = 15

Vậy nguyên tử khối của P là 31.

Nguyên tử khối trung bình

Ở trong tự nhiên, có rất nhiều nguyên tố hóa học tồn tại với nhiều đồng vị nên đối với các nguyên tố này, nguyên tử khối được tính bằng nguyên tử khối trung bình của các đồng vị đó.

Giả sử có một nguyên tố có 2 đồng vị X và Y, X là nguyên tử khối tương ứng của đồng vị X và Y tương ứng là nguyên tử khối của đồng vị Y. a là phần trăm số nguyên tử của X và b là phần trăm số nguyên tử của Y. Từ đó, ta có công thức tính nguyên tử khối trung bình của A là:

Đăng ký ngay để được các thầy cô tư vấn và xây dựng lộ trình ôn thi THPT đạt 9+ sớm ngay từ bây giờ

Trên đây là toàn bộ kiến thức về Hạt nhân nguyên tử trong chương trình Vật Lý 12. Để tham khảo thêm kiến thức phục vụ cho quá trình ôn thi THPT Quốc gia môn Vật Lý cũng như kiến thức các môn học khác, các em học sinh có thể truy cập vào website: vuihoc.vn. Chúc các em đạt được kết quả tốt trong các kỳ thi sắp tới.

Tham khảo thêm:

Sơ lược về laze

Lý thuyết về phóng xạ