Back to the topics list

nguyên tử

Mọi vật chất đều được tạo thành từ vật chất và đơn vị cơ bản của vật chất là nguyên tử .

Nguyên tử là:

• Đơn vị cơ bản của vật chất.
• Hạt nhỏ nhất của một nguyên tố, có thể tồn tại hoặc không tồn tại riêng lẻ.
• Nguyên tử có thể phân chia thành proton, electron và neutron.

Cấu trúc cơ bản của một nguyên tử:

• Nguyên tử được cấu tạo từ các hạt hạ nguyên tử - proton, electron và neutron.
• Proton và neutron được tìm thấy trong hạt nhân. Hạt nhân nằm ở trung tâm của nguyên tử.
• Các electron quay quanh hạt nhân theo các quỹ đạo.

P : proton, N : nơtron, E : electron

Proton: Hạt hạ nguyên tử có điện tích dương (+1) và khối lượng đơn vị (1). Proton là hạt tích điện dương nằm ở tâm nguyên tử trong hạt nhân của nguyên tử. Nguyên tử hydro là duy nhất ở chỗ nó chỉ có một proton và không có neutron trong hạt nhân của nó. Số lượng proton trong hạt nhân của một nguyên tử, đặc trưng của một nguyên tố hóa học, xác định vị trí của nó trong bảng tuần hoàn.

Nơtron: Hạt hạ nguyên tử không có điện tích (0) và khối lượng đơn vị (1). Nơtron không có điện tích. Số lượng nơtron ảnh hưởng đến khối lượng và độ phóng xạ của nguyên tử.

Electron: Hạt hạ nguyên tử có điện tích âm (-1) và khối lượng không đáng kể. Electron là hạt nhỏ nhất trong nguyên tử. Chúng bị thu hút bởi điện tích dương của proton, đó là lý do tại sao chúng quay quanh hạt nhân. Electron nhỏ hơn nhiều so với neutron và proton.

Lực trong một nguyên tử

Các thành phần của một nguyên tử được giữ lại với nhau bởi ba lực. Proton và neutron được giữ lại với nhau bởi lực hạt nhân mạnh và yếu.

Lực hút điện giữ các electron và proton. Trong khi lực đẩy điện đẩy các proton ra xa nhau, lực hạt nhân hút mạnh hơn nhiều so với lực đẩy điện. Lực mạnh liên kết các proton và neutron với nhau mạnh hơn lực hấp dẫn 1038 lần, nhưng nó hoạt động trong phạm vi rất ngắn, vì vậy các hạt cần phải ở rất gần nhau để cảm nhận được tác động của nó.

Số hiệu nguyên tử của một nguyên tử

Số hiệu nguyên tử của một nguyên tố bằng số proton trong nguyên tử của nguyên tố đó hoặc bằng số electron trong nguyên tử của nguyên tố đó.

Do đó, nguyên tử trung hòa về điện vì số proton bằng số electron.

Số khối của một nguyên tử

Vì khối lượng của electron không đáng kể nên khối lượng của nguyên tử bằng tổng khối lượng của proton và neutron có trong hạt nhân.

Hãy cùng tìm hiểu điều này qua một vài ví dụ.

Nguyên tử Hydro: Được viết là \(\large_1^1 H\) . Một nguyên tử hydro có 1 proton, 1 electron và 0 neutron.

Số hiệu nguyên tử của nguyên tử Hiđrô là = p = e = 1

Số khối của nguyên tử Hiđrô là = p + n = 1

Nguyên tử Oxy: Được viết là \(\large_{8}^{16} O\) . Nó có 8 proton, 8 electron và 8 neutron.

Số hiệu nguyên tử của nguyên tử Oxy là = p = e = 8

Số khối của nguyên tử Hiđrô là = p + n = 8 + 8 = 16

Các electron được phân bố như thế nào trên các quỹ đạo này?
Electron quay quanh hạt nhân theo một quỹ đạo tưởng tượng gọi là quỹ đạo hoặc lớp vỏ. Lớp vỏ đầu tiên là K (mức năng lượng 1, n = 1), lớp vỏ thứ hai là L (mức năng lượng 2, n = 2) và sau đó là lớp vỏ M (n = 3) v.v. Số electron trong mỗi lớp được xác định bằng cách sử dụng quy tắc dưới đây:

Số electron tối đa trong mỗi lớp = 2 × n ²

• Lớp K = 2n ² = 2×1 = 2 electron
• Lớp L = 2n ² = 2×2 ² = 2×4 = 8 electron
• Lớp M = 2n ² = 2×3 ² = 2×9 = 18 electron
• Lớp vỏ ngoài cùng không thể có nhiều hơn 8 electron.

Ví dụ:

1) Nguyên tử Natri : Số proton và electron là 11 và số nơtron là 12. p = 11, e = 11, n = 12
Cấu hình electron của nguyên tửNa là:

2) Nguyên tử Nitơ: p = 7, e = 7, n = 7

Cấu hình electron của nguyên tử Nitơ là:

Trọng lượng nguyên tử [Khối lượng nguyên tử tương đối]

Khối lượng nguyên tử tương đối hoặc trọng lượng nguyên tử của một nguyên tử được định nghĩa là số lần một nguyên tử của một nguyên tố nặng hơn \(^1/_{12}\) của một nguyên tử cacbon.

Đồng vị

Đồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyên tố có cùng số hiệu nguyên tử nhưng số khối khác nhau. Ví dụ: Ba đồng vị tồn tại tự nhiên của hydro là Tritium \(\large_1^3 H\) : p = e = 1, n = 2
Đơteri \(\large_1^2 H\) : p = e= 1, n = 1
Protium \(\large_1^1 H\) : p = e = 1, n = 0

Cấu hình electron ổn định và cấu hình electron không ổn định

Một nguyên tử được cho là có cấu hình electron không bền vững khi

• Lớp vỏ hóa trị/lớp vỏ ngoài cùng của chúng không đầy đủ.
• Chúng có xu hướng đạt được cấu hình electron ổn định bằng cách chia sẻ hoặc nhận/mất electron.
  Vì vậy, tất cả các ví dụ trên Natri( \(Na\) , Nitơ( N ), Oxy( O ), Hiđrô( H ) đều có cấu hình electron không bền vững.

Khí hiếm có cấu hình electron bền vững vì lớp vỏ ngoài của chúng hoàn chỉnh. Ví dụ:
Heli ( He )- Cấu hình electron: 2
Neon( Ne ) - Cấu hình electron 2, 8

Nguyên tử có cấu hình electron không bền vững đạt được sự ổn định như thế nào?
Chúng kết hợp với các nguyên tử nguyên tố khác. Các nguyên tử kết hợp phân phối lại các electron của chúng sao cho mỗi nguyên tử kết hợp đạt được cấu hình ổn định của khí trơ gần nhất (kiểm tra khí trơ gần nhất để biết Na và Cl ). Chúng ta hãy hiểu điều này bằng một ví dụ:

Nguyên tử Na : Cấu hình electron: 2,8,1
(khí trơ gần nhất là Ne , số nguyên tử 10)
Nguyên tử Cl : Cấu hình electron: 2, 8, 7
(khí trơ gần nhất là Ar, số nguyên tử 18)

Nguyên tử Natri ( Na ) và Clo ( Cl ) kết hợp tạo thành hợp chất Natri Clorua ( NaCl ) :
Nguyên tử Na mất một electron từ lớp vỏ ngoài để đạt được sự ổn định [2, 8] và nguyên tử Cl lấy electron này để hoàn thành lớp vỏ ngoài của nó để đạt được sự ổn định [2,8,8]

Xin lưu ý rằng rất khó để chỉ ra vị trí chính xác của một electron vì một electron hầu như không có khối lượng và quay quanh nó với tốc độ đáng kinh ngạc. Vì lý do này, các electron thường được thể hiện dưới dạng các đám mây tích điện âm xung quanh hạt nhân. Các quỹ đạo cho thấy các electron ở các trạng thái năng lượng khác nhau xung quanh hạt nhân. Khi chúng ta di chuyển ra xa hạt nhân, mức năng lượng tăng lên. Electron duy nhất ở trạng thái năng lượng cao nhất hoặc các quỹ đạo ngoài cùng tham gia vào phản ứng hóa học, chúng được gọi là các electron hóa trị và chúng tham gia vào liên kết hóa học giữa các nguyên tử.

Có nhiều lý thuyết khác nhau giải thích bản chất của nguyên tử.