Nguyên tử là gì ? | Khối lượng và cấu tạo của nguyên tử

Nguyên tử là gì, cấu tạo ra sao, nguyên tử khối và những điều thú vị về nguyên tử, hạ nguyên tử sẽ được bật mí tại bài viết dưới đây.

1. Nguyên tử là gì 

Nguyên tử là đơn vị cơ bản nhất của vật chất, vô cùng nhỏ và trung hòa về điện

2. Cấu tạo nguyên tử

Nguyên tử cấu tạo bởi hạt nhân trung tâm và đám mây Electron xung quanh. Trong đó:

• Hạt nhân nguyên tử gồm Proton và Nơtron (Neutron)
• Lớp vỏ nguyên tử được cấu tạo bởi các Electron chạy cực nhanh xung quanh hạt nhân

3. Hạt nhân nguyên tử 

Hạt nhân nguyên tử nằm tại trung tâm nguyên tử, có cấu tạo chính bởi proton và notron. Proton mang điện tích dương và notron không mang điện, còn tại sao “Proton mang điện còn notron thì không ?” cùng tiếp tục khám phá phía dưới nhé!

Khối lượng proton: Mp = 1,6726.10-27kg

• Điện tích Proton +1
• Điện tích Notron 0
• Điện tích  Electron – 1

Số proton luôn bằng số electron do nguyên tử trung hòa về điện

4. Đám mây Electron

Lớp vỏ của nguyên tử được cấu tạo bởi các hạt electron chạy cực nhanh xung quanh hạt nhân. Khi nghiên cứu kỹ về nguyên tử, vì các electron quay cực nhanh nên các nhà vật lý không thể xác định được vị trí của electron tại 1 thời điểm nhất định.

Nếu coi hạt nhân là tâm trái đất và hổ là một electron đang chạy vòng quanh hạt nhân đó. Vì hổ chạy quá nhanh nên khi nhìn xuống trái đất các nhà vật lý thấy đâu cũng có hổ. Electron cũng vậy, khi quan sát nguyên tử các nhà vật lý chỉ thấy một đám mây electron mờ chạy cực nhanh xung quanh hạt nhân mà không thấy rõ electron đang ở vị trí cụ thể nào.

Khối lượng electron khoảng 9,31.10-31(kg)

5. Tổng hợp kiến thức

Để có thể nhớ nội dung kiến thức phía trên và phân biệt được thành phần cấu tạo của nguyên tử, dưới đây là bảng hệ thống các kiến thức phía trên:

Nguyên tử = Proton + Notron + Electron

Cấu tạo	Hạt nhân + Vỏ
Hạt nhân	Proton và Nơtron
Vỏ	Electron
Điện tích Proton	+1
Điện tích Electron	-1

6. Nguyên tử khối

Theo cấu tạo nguyên tử Nguyên tử = Proton + Notron + Electron ta có

Mnguyên tử : Mproton + Mnotron + Melectron 

Ôxy có 8 nơtron, 8 electron và 8 proton – Nguyên tử khối của oxy là:

Moxy : 8 x Mproton + 8x Mnotron + 8x Melectron  

7. Đồng Vị 

Đồng vị là biến thể của một nguyên tố có số proton bằng nhau nhưng khác nhau số nơtron. Ví dụ các đồng vị của Hidro:

protium 1H với 0 neutron,
deuterium 2H với 1 neutron,
tritium 3H với 2 neutron

Ảnh ví dụ đồng vị của Cacbon:

8. Triết học và nguyên tử 

Khuynh hướng chung của các nhà triết học thời xưa là đi tìm nguồn gốc của vạn vật – thành phần cơ bản nhất tạo nên mọi thứ.

Phần lớn các nhà triết học tại thời điểm trước công nguyên cho rằng vật chất được tạo nên từ bốn nguyên tố không khí ,đất, nước và lửa. Cũng có những ý tưởng kiệt suất cho rằng thứ tạo ra tất cả vật chất trên trái đất đều là nguyên tử:  “Democritus (460-370 trước Công nguyên) coi vật chất là các nguyên tử”.

Theo ” thuyết nguyên tử “: nếu dùng dao bổ 1 quả táo làm đôi, sau đó lại chia nửa quả táo ra làm 2 (1/4 quả táo). Tiếp tục bổ đôi đến khi không thể chia được nữa, tại đó ta sẽ được những nguyên tử.

Từ atom (nguyên tử) theo tiếng Hy lạp là ” thứ không thể chia cắt được nữa ”

Từ nguyên tử tiếng việt là từ gốc Hán 原子, với từ nguyên trong nguyên thủy, tử trong phần tử.

9. Phân biệt nguyên tử và nguyên tố

Nguyên tố hay nguyên tố hóa học là tên gọi của tổ hợp các nguyên tử có số proton bằng nhau.

Theo ví dụ đã nêu:

protium 1H với 0 neutron,
deuterium 2H với 1 neutron,
tritium 3H với 2 neutron

Phía trên là tên của 3 nguyên tử khác nhau, nhưng tóm gọn lại thì 3 nguyên tử trên đều là nguyên tố Hidro với 1 proton hạt nhân và 1 electron lớp vỏ ngoài cùng.

10. Hạ nguyên tử

Nguyên tử được chứng minh là có thật vào thế kỷ 19, các nhà khoa học lúc đó coi nguyên tử là hạt nhỏ nhất (không thể chia tách). Bản chất khoa học là luôn đặt câu hỏi và tìm kiếm lời giải thích, nên nếu hạt nhỏ nhất là nguyên tử thì ta khó mà có thể trả lời những câu hỏi sau:

• Tại sao Proton mang điện tích + 1?
• Tại sao Electron mang điện tích -1 và điện tích của Notron là 0?
• Khối lượng của hạt từ đâu mà đến?

Từ đó thuật ngữ “hạ nguyên tử” ra đời và cho rằng có những hạt còn nhỏ hơn nguyên tử và là những hạt tạo nên proton, elecrtron và notron.

Để kiểm nhiệm những hạt hạ nguyên tử có tồn tại hay không, các nhà khoa học đã sử dụng máy gia tốc hạt dài 26km nằm giữa biên giới của Thụy Sĩ và Pháp để thực nhiệm. Dùng các hạt electron hay proton có tốc độ cực nhanh bắn vào nhau xem các hạt có bị “vỡ” ra hay không. Và kết quả đúng như mong đợi, các hạt hạ nguyên tử còn nhỏ hơn cả Electron hay Proton xuất hiện.

Dưới đây là danh sách các hạt hạ nguyên tử được tìm thấy:

Xem xét các hạt hạ nguyên tử ta có:

• Hạt quark lên: điện tích + 2/3
• Hạt quark xuống: điện tích  -1/3

1 hạt proton được cấu tạo thành từ 3 hạt quark nhỏ hơn: 2 quark lên và 1 quark xuống. 2/3 + 2/3 -1/3 = +1 (câu hỏi sao điện tích Proton + 1 được trả lời)

1 hạt notron được cấu tạo: 1 quark lên và 2 quark xuống. 2/3 – 1/3 -1/3 = 0

Electron được cấu tạo bởi 1 hạt e trong nhóm lepton có điện tích -1

Đến nay người ta đã tìm được 17 hạt hạ nguyên tử trong đó chỉ cần tới 3 hạt quark lên, quark xuống và lepton e đã tạo nên mọi thứ trên trái đất, vậy còn 15 hạt còn lại để làm gì ? Đến nay ta vẫn chưa biết điều đó.

Vậy cuối cùng các hạt quark đã là nhỏ nhất chưa? Rất tiếc ta vẫn chưa thể trả lời được điều đó, để có khả năng nhìn và kiểm chứng các hạt nhỏ hơn nữa thì theo tính toán của các nhà vật lý ta cần 1 máy gia tốc to bằng cả hệ mặt trời, và đến nay thì khả năng này không cho phép. Hi vọng trong tương lai ta sẽ có những phương pháp mới để phân tích các hạt hiệu quả hơn.

Cảm ơn bạn đã theo dõi tới nội dung cuối cùng của bài, Vimi chúc bạn luôn học hỏi được những kiến thức thú vị xung quanh mình.

Tìm hiểu thêm: Vận tốc ánh sáng là bao nhiêu?