Phần mở đầu

Mở đầu trang 14

Đề bài: Mọi vật thể tự nhiên hay nhân tạo đều được tạo thành từ một số loại hạt vô cùng nhỏ bé gọi là nguyên tử. Vậy nguyên tử có cấu tạo như thế nào?

Lời giải:

Đây là câu hỏi mở đầu, nội dung sẽ được làm rõ trong cả bài. Em có thể trả lời ngắn gọn dựa vào những gì sẽ học:

• Nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ và cấu tạo rỗng.
• Nguyên tử gồm hai phần:
  • Hạt nhân nằm ở tâm, mang điện tích dương. Hạt nhân được tạo thành từ hạt proton (mang điện tích dương) và hạt neutron (không mang điện).
  • Vỏ nguyên tử gồm các hạt electron (mang điện tích âm) chuyển động xung quanh hạt nhân.
• Nguyên tử trung hoà về điện nên tổng số proton bằng tổng số electron.

I. Quan niệm ban đầu về nguyên tử

Câu hỏi trang 14

Đề bài: Theo Đê-mô-crit và Đan-tơn, nguyên tử được quan niệm như thế nào?

Lời giải:

Em đọc lại đoạn lý thuyết phần I để rút ra ý chính của mỗi nhà khoa học:

• Theo Đê-mô-crit (Democritus): Nguyên tử là một loại hạt vô cùng nhỏ, tạo nên sự đa dạng của vạn vật. Khi chia nhỏ một vật đến một lúc nào đó sẽ đạt tới giới hạn “không thể phân chia được”, đó chính là nguyên tử.
• Theo Đan-tơn (Dalton): Khi tiến hành các thí nghiệm hoá học, ông nhận thấy các chất tác dụng vừa đủ với nhau theo các lượng xác định. Điều đó chứng tỏ có những đơn vị chất tối thiểu (gọi là nguyên tử) để chúng kết hợp vừa đủ với nhau.

Nói cách khác, cả hai nhà khoa học đều cho rằng nguyên tử là đơn vị nhỏ nhất tạo nên chất, nhưng Đê-mô-crit đưa ra quan niệm này từ suy luận triết học, còn Đan-tơn dựa trên kết quả thí nghiệm hoá học.

II. Mô hình nguyên tử của Rơ-dơ-pho – Bo

Hoạt động trang 16 – Làm mô hình nguyên tử carbon theo Bo

Câu 1 trang 16 (hoạt động)

Đề bài: Các đường tròn bằng giấy màu vàng biểu diễn gì?

Lời giải:

Trong mô hình nguyên tử theo Bo, các electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo từng lớp khác nhau. Vì vậy:

• Mỗi đường tròn bằng giấy màu vàng biểu diễn một lớp electron của nguyên tử.
• Trong nguyên tử carbon, có 2 đường tròn tương ứng với 2 lớp electron (lớp thứ nhất ở trong cùng và lớp thứ hai ở ngoài).

Câu 2 trang 16 (hoạt động)

Đề bài: Em hãy cho biết số electron có trong lớp electron thứ nhất, thứ hai của nguyên tử carbon và chỉ ra lớp electron đã chứa tối đa electron.

Lời giải:

Quan sát mô hình nguyên tử carbon (Hình 2.2b) – có tổng cộng 6 electron (viên bi xanh) sắp xếp vào 2 lớp:

• Lớp thứ nhất (lớp trong cùng): có 2 electron.
• Lớp thứ hai (lớp ngoài): có 4 electron.

Theo lý thuyết đã học: lớp electron thứ nhất chứa tối đa 2 electron.

→ Vậy lớp thứ nhất đã chứa tối đa electron (đủ 2 electron).

(Lớp thứ hai có thể chứa tối đa 8 electron nhưng ở đây mới chỉ có 4 electron, nên chưa đầy.)

Câu hỏi trang 16

Câu 1 trang 16

Đề bài: Quan sát Hình 2.1 và cho biết các thành phần cấu tạo nên nguyên tử.

Lời giải:

Quan sát Hình 2.1 (mô hình hành tinh nguyên tử của Rơ-dơ-pho), em thấy nguyên tử gồm hai thành phần chính:

• Hạt nhân nằm ở tâm, mang điện tích dương (viên bi đỏ ở giữa).
• Các electron mang điện tích âm, chuyển động xung quanh hạt nhân giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời.

Đây chính là lí do mô hình này được gọi là mẫu hành tinh nguyên tử.

Câu 2 trang 16

Đề bài: Quan sát Hình 2.2, áp dụng mô hình nguyên tử của Bo, mô tả cấu tạo của nguyên tử hydrogen và nguyên tử carbon.

Lời giải:

Áp dụng mô hình nguyên tử của Bo (electron chuyển động theo từng lớp; lớp trong cùng tối đa 2 electron, các lớp tiếp theo tối đa 8 electron):

a) Nguyên tử hydrogen (Hình 2.2a):

• Hạt nhân nằm ở tâm, mang điện tích dương.
• Có 1 electron duy nhất, nằm ở lớp thứ nhất (cũng là lớp ngoài cùng), quay xung quanh hạt nhân.
• Vậy nguyên tử hydrogen chỉ có 1 lớp electron.

b) Nguyên tử carbon (Hình 2.2b):

• Hạt nhân nằm ở tâm, mang điện tích dương.
• Có tổng cộng 6 electron quay xung quanh hạt nhân, được phân bố thành 2 lớp:
  • Lớp thứ nhất (trong cùng): 2 electron.
  • Lớp thứ hai (ngoài): 4 electron.

III. Cấu tạo nguyên tử

1. Hạt nhân nguyên tử

Câu 1 trang 16

Đề bài: Quan sát Hình 2.4 và cho biết: Hạt nhân nguyên tử có một hay nhiều hạt? Các hạt đó thuộc cùng một loại hạt hay nhiều loại hạt?

Lời giải:

Quan sát Hình 2.4 (mô hình nguyên tử helium), em thấy trong hạt nhân có:

• 2 hạt proton (kí hiệu màu đỏ, mang dấu +).
• 2 hạt neutron (kí hiệu màu vàng, không mang điện).

→ Vậy hạt nhân nguyên tử có nhiều hạt (cụ thể là 4 hạt trong trường hợp helium).

→ Các hạt đó không cùng một loại, mà gồm hai loại hạt khác nhau: proton và neutron.

Câu 2 trang 16

Đề bài: Số đơn vị điện tích hạt nhân của helium bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Em áp dụng quy tắc đã học: Số đơn vị điện tích hạt nhân (kí hiệu là Z) bằng tổng số hạt proton có trong hạt nhân.

Bước 1: Đếm số proton trong Hình 2.4 → có 2 proton (hai viên bi đỏ trong hạt nhân).

Bước 2: Áp dụng công thức:

$$Z = \text{số proton} = 2$$

→ Vậy số đơn vị điện tích hạt nhân của helium là Z = 2.

2. Vỏ nguyên tử

Hoạt động trang 17 – Tìm hiểu cấu tạo một số nguyên tử

Hoàn thành Bảng 2.1

Đề bài: Quan sát các mô hình nguyên tử của carbon, nitrogen, oxygen ở Hình 2.5 và hoàn thành bảng theo mẫu sau:

Lời giải:

Em làm theo các bước:

• Bước 1 – Xác định số proton: số ghi bên cạnh dấu “+” ở hạt nhân chính là số proton (ví dụ +6 → 6 proton).
• Bước 2 – Xác định số electron: vì nguyên tử trung hoà về điện nên số electron bằng số proton.
• Bước 3 – Đếm số lớp electron: đếm số đường tròn bao quanh hạt nhân.
• Bước 4 – Đếm số electron ở lớp ngoài cùng: đếm số quả cầu xanh trên đường tròn ngoài cùng.

Kết quả thu được:

Giải thích thêm cho oxygen (8 electron): Lớp thứ nhất chứa tối đa 2 electron → còn lại 8 − 2 = 6 electron ở lớp thứ hai. Tương tự cho nitrogen (7 electron): lớp 1 có 2, lớp 2 có 5.

Câu hỏi trang 18

Câu 1 trang 18

Đề bài: Quan sát Hình 2.6 và cho biết thứ tự sắp xếp các electron ở vỏ nguyên tử chlorine.

Lời giải:

Theo lý thuyết, các electron được sắp xếp vào các lớp theo thứ tự từ trong ra ngoài cho đến hết. Tức là:

• Electron được điền vào lớp thứ nhất (gần hạt nhân nhất) trước, khi đủ tối đa (2 electron) mới chuyển sang lớp tiếp theo.
• Tiếp theo điền vào lớp thứ hai, khi đủ tối đa (8 electron) mới chuyển sang lớp tiếp theo.
• Cuối cùng điền vào lớp thứ ba cho đến hết.

→ Thứ tự sắp xếp: Lớp thứ nhất → Lớp thứ hai → Lớp thứ ba.

Câu 2 trang 18

Đề bài: Số electron trên từng lớp ở vỏ nguyên tử chlorine.

Lời giải:

Quan sát Hình 2.6, em đếm số quả cầu xanh (electron) trên mỗi đường tròn:

• Lớp thứ nhất (trong cùng): 2 electron.
• Lớp thứ hai (giữa): 8 electron.
• Lớp thứ ba (ngoài cùng): 7 electron.

Kiểm tra lại: 2 + 8 + 7 = 17 electron, bằng đúng số đơn vị điện tích hạt nhân (+17) → đúng vì nguyên tử trung hoà về điện.

IV. Khối lượng nguyên tử

Câu 1 trang 18

Đề bài: Em hãy cho biết vì sao khối lượng hạt nhân nguyên tử có thể coi là khối lượng của nguyên tử.

Lời giải:

Em làm theo các bước sau:

Bước 1 – Xem lại khối lượng của từng loại hạt:

• Khối lượng 1 proton $\approx$ 1 amu.
• Khối lượng 1 neutron $\approx$ 1 amu.
• Khối lượng 1 electron $\approx$ 0,00055 amu.

Bước 2 – So sánh: Khối lượng của 1 electron chỉ bằng khoảng $\dfrac{0{,}00055}{1} \approx \dfrac{1}{1818}$ khối lượng của 1 proton (hoặc neutron). Tức là khối lượng electron rất nhỏ so với khối lượng proton và neutron.

Bước 3 – Kết luận: Vì khối lượng electron quá nhỏ nên có thể bỏ qua khi tính khối lượng nguyên tử. Do đó:

$$\text{Khối lượng nguyên tử} \approx \text{Khối lượng hạt nhân} = \text{(số proton} + \text{số neutron)} \times 1 \text{ amu}$$

Ví dụ minh hoạ với nguyên tử helium (2 proton, 2 neutron, 2 electron):

• Tính đầy đủ: $2 \times 1 + 2 \times 1 + 2 \times 0{,}00055 = 4{,}0011$ amu.
• Chỉ tính hạt nhân: $2 \times 1 + 2 \times 1 = 4$ amu.

→ Hai giá trị gần như bằng nhau, nên có thể coi khối lượng hạt nhân là khối lượng của nguyên tử.

Câu 2 trang 18

Đề bài: Hãy so sánh khối lượng của nguyên tử nhôm (13p, 14n) và nguyên tử đồng (29p, 36n).

Lời giải:

Em áp dụng kết quả ở câu trên: khối lượng nguyên tử $\approx$ khối lượng hạt nhân = (số proton + số neutron) × 1 amu.

Bước 1 – Tính khối lượng nguyên tử nhôm (13 proton, 14 neutron):

$$m_{\text{nhôm}} = 13 \times 1 + 14 \times 1 = 27 \text{ amu}$$

Bước 2 – Tính khối lượng nguyên tử đồng (29 proton, 36 neutron):

$$m_{\text{đồng}} = 29 \times 1 + 36 \times 1 = 65 \text{ amu}$$

Bước 3 – So sánh:

$$m_{\text{đồng}} > m_{\text{nhôm}} \quad (65 \text{ amu} > 27 \text{ amu})$$

→ Vậy nguyên tử đồng nặng hơn nguyên tử nhôm. Cụ thể, khối lượng nguyên tử đồng lớn hơn khối lượng nguyên tử nhôm là $65 – 27 = 38$ amu.

Em có thể

Em có thể trang 18

Đề bài: Làm được mô hình một số nguyên tử theo mô hình nguyên tử Bo.

Hướng dẫn thực hiện:

Đây là phần thực hành mở rộng, các em có thể tự làm mô hình ở nhà. Gợi ý cách làm cho nguyên tử oxygen (8 proton, 8 electron):

• Chuẩn bị: bìa carton, giấy màu vàng, viên bi đỏ to (làm hạt nhân), 8 viên bi xanh nhỏ (làm electron), keo dán, kéo, compa.
• Tiến hành:
  • Bước 1: Gắn viên bi đỏ vào giữa bìa carton làm hạt nhân.
  • Bước 2: Cắt 2 đường tròn giấy màu vàng có bán kính khác nhau, mỗi vòng dày khoảng 1 cm.
  • Bước 3: Dán 2 đường tròn lên bìa sao cho tâm của chúng đều là viên bi đỏ.
  • Bước 4: Gắn các viên bi xanh lên các đường tròn:
    • Lớp thứ nhất (trong cùng): 2 viên bi xanh.
    • Lớp thứ hai (ngoài): 6 viên bi xanh.
• Kiểm tra: Tổng số electron là 2 + 6 = 8, bằng số proton trong hạt nhân → mô hình đúng.

Tương tự, các em có thể tự làm mô hình cho các nguyên tử khác như nitrogen (2 + 5), neon (2 + 8), sodium (2 + 8 + 1)…

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu