I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Nguyên tử là gì?

Mọi chất, dù tự nhiên hay nhân tạo, đều được cấu thành từ những hạt cực kì nhỏ bé gọi là nguyên tử. Nguyên tử là đơn vị cơ bản tạo nên các chất.

Nguyên tử có kích thước vô cùng nhỏ, chỉ vào khoảng $\dfrac{1}{10\,000\,000\,000}$ mét (một phần mười tỉ mét).

2. Mô hình nguyên tử Rutherford – Bohr

Rutherford đề xuất rằng nguyên tử có cấu tạo rỗng, gồm:

• Hạt nhân nằm ở trung tâm, mang điện tích dương.
• Các electron mang điện tích âm, chuyển động xung quanh hạt nhân (tương tự các hành tinh quay quanh Mặt Trời).

Bohr bổ sung và hoàn thiện: các electron không chuyển động hỗn loạn mà được sắp xếp theo từng lớp nhất định quanh hạt nhân.

3. Cấu tạo nguyên tử

Nguyên tử gồm 2 phần chính:

a) Hạt nhân nguyên tử

Hạt nhân được tạo thành từ hai loại hạt:

Số đơn vị điện tích hạt nhân (kí hiệu $Z$) bằng tổng số hạt proton trong hạt nhân:

$$Z = \text{số proton}$$

Kích thước hạt nhân chỉ bằng khoảng $\dfrac{1}{10\,000}$ kích thước nguyên tử.

b) Vỏ nguyên tử

Vỏ nguyên tử được tạo bởi các electron (kí hiệu e), mỗi electron mang một đơn vị điện tích âm (quy ước −1).

Các electron được sắp xếp thành từng lớp, theo thứ tự từ trong ra ngoài:

Lưu ý quan trọng: Electron lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của nguyên tử.

c) Nguyên tử trung hòa về điện

Nguyên tử không mang điện (trung hòa về điện), do đó:

$$\boxed{\text{Số proton} = \text{Số electron}}$$

4. Khối lượng nguyên tử

Khối lượng nguyên tử bao gồm khối lượng của proton, neutron và electron. Tuy nhiên, khối lượng electron rất nhỏ (chỉ khoảng 0,00055 amu) nên khối lượng nguyên tử được coi gần bằng khối lượng hạt nhân:

$$m_{\text{nguyên tử}} \approx m_{\text{hạt nhân}} = \text{số p} + \text{số n} \quad (\text{đơn vị: amu})$$

Trong đó:

• 1 proton ≈ 1 amu
• 1 neutron ≈ 1 amu
• amu là đơn vị khối lượng nguyên tử (atomic mass unit)

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Xác định thành phần cấu tạo nguyên tử từ sơ đồ mô hình Bohr

Phương pháp

Từ sơ đồ (hoặc mô hình) nguyên tử theo Bohr, ta đọc được:

• Số proton (p): đọc từ hạt nhân (số ghi ở tâm hoặc đếm các hạt dương).
• Số electron (e): bằng số proton (vì nguyên tử trung hòa điện), hoặc đếm tổng các electron trên tất cả các lớp.
• Số lớp electron: đếm số vòng tròn (lớp) bao quanh hạt nhân.
• Số electron lớp ngoài cùng: đếm số electron trên vòng tròn ngoài cùng.

Ví dụ 1

Quan sát mô hình nguyên tử nitrogen (có hạt nhân ghi +7) và magnesium (có hạt nhân ghi +12). Xác định số p, số e, số lớp electron và số e lớp ngoài cùng.

Lời giải:

Nguyên tử nitrogen:

• Hạt nhân ghi +7 → số p = 7
• Nguyên tử trung hòa điện → số e = số p = 7
• Phân bố electron: lớp 1 có 2e, lớp 2 có 5e → số lớp = 2
• Số e lớp ngoài cùng = 5

Nguyên tử magnesium:

• Hạt nhân ghi +12 → số p = 12
• Nguyên tử trung hòa điện → số e = số p = 12
• Phân bố electron: lớp 1 có 2e, lớp 2 có 8e, lớp 3 có 2e → số lớp = 3
• Số e lớp ngoài cùng = 2

Bảng tổng hợp:

Ví dụ 2

Hoàn thành bảng thông tin cho các nguyên tử carbon, oxygen, nitrogen từ mô hình Hình 2.5.

Lời giải:

Nguyên tử carbon (+6):

• Số p = 6, số e = 6
• Phân bố: lớp 1 có 2e, lớp 2 có 4e → 2 lớp, lớp ngoài cùng có 4e

Nguyên tử nitrogen (+7):

• Số p = 7, số e = 7
• Phân bố: lớp 1 có 2e, lớp 2 có 5e → 2 lớp, lớp ngoài cùng có 5e

Nguyên tử oxygen (+8):

• Số p = 8, số e = 8
• Phân bố: lớp 1 có 2e, lớp 2 có 6e → 2 lớp, lớp ngoài cùng có 6e

Dạng 2: Vẽ sơ đồ cấu tạo nguyên tử khi biết số proton

Phương pháp

Bước 1: Từ số proton → xác định số electron (vì $\text{số p} = \text{số e}$).

Bước 2: Phân bố electron vào các lớp theo thứ tự từ trong ra ngoài:

• Lớp 1: điền tối đa 2e trước
• Lớp 2: điền tối đa 8e
• Lớp 3: điền số e còn lại
• (Cứ tiếp tục nếu còn electron)

Bước 3: Vẽ sơ đồ: hạt nhân ở tâm (ghi số p hoặc điện tích +Z), các vòng tròn đồng tâm là các lớp electron, đánh dấu electron trên mỗi lớp.

Ví dụ 1

Vẽ sơ đồ cấu tạo nguyên tử X có 8 proton trong hạt nhân.

Lời giải:

Bước 1: Số p = 8 → Số e = 8

Bước 2: Phân bố electron:

• Lớp 1: 2e (đã đầy)
• Lớp 2: 8 − 2 = 6e

Bước 3: Sơ đồ gồm hạt nhân ghi +8, lớp 1 có 2e, lớp 2 có 6e.

Thông tin nguyên tử X:

→ X là nguyên tử oxygen.

Ví dụ 2

Vẽ sơ đồ cấu tạo nguyên tử Y có 13 proton trong hạt nhân.

Lời giải:

Bước 1: Số p = 13 → Số e = 13

Bước 2: Phân bố electron:

• Lớp 1: 2e (đã đầy)
• Lớp 2: 8e (đã đầy)
• Lớp 3: 13 − 2 − 8 = 3e

Bước 3: Sơ đồ gồm hạt nhân ghi +13, lớp 1 có 2e, lớp 2 có 8e, lớp 3 có 3e.

Thông tin nguyên tử Y:

→ Y là nguyên tử nhôm (aluminium).

Dạng 3: Tính số hạt cơ bản khi biết trực tiếp số proton, neutron

Phương pháp

Sử dụng hai công thức cơ bản:

$$\text{Số proton} = \text{Số electron} \quad (\text{vì nguyên tử trung hòa điện})$$

$$\text{Tổng số hạt} = \text{số p} + \text{số n} + \text{số e} = 2 \times \text{số p} + \text{số n}$$

Ví dụ 1

Nguyên tử X có 19 proton. Tìm số electron của X.

Lời giải:

Nguyên tử trung hòa về điện nên:

$$\text{Số e} = \text{Số p} = 19$$

Đáp án: C. 19

Ví dụ 2

Nguyên tử X có 11 proton và 12 neutron. Tính tổng số hạt trong nguyên tử X.

Lời giải:

Nguyên tử trung hòa điện → số e = số p = 11

Tổng số hạt:

$$\text{Tổng} = \text{số p} + \text{số n} + \text{số e} = 11 + 12 + 11 = 34$$

Đáp án: B. 34

Ví dụ 3

Nguyên tử X có tổng số hạt là 52, biết số proton là 17. Tìm số electron và số neutron.

Lời giải:

Nguyên tử trung hòa điện → số e = số p = 17

Tổng số hạt:

$$\text{số p} + \text{số n} + \text{số e} = 52$$

Thay số:

$$17 + \text{số n} + 17 = 52$$

$$\text{số n} = 52 – 17 – 17 = 18$$

Vậy: số e = 17, số n = 18.

Đáp án: D. 17 và 18

Dạng 4: Giải hệ phương trình tìm số hạt p, n, e (bài toán tổng – hiệu)

Phương pháp

Đây là dạng bài nâng cao và thường gặp nhất trong các đề kiểm tra. Đề bài cho tổng số hạt và mối liên hệ giữa hạt mang điện và hạt không mang điện.

Thiết lập hệ phương trình:

Vì nguyên tử trung hòa điện: $\text{số p} = \text{số e}$

• Hạt mang điện gồm: proton và electron → tổng = $p + e = 2p$
• Hạt không mang điện: neutron → $n$

Từ đó:

$$\text{Tổng số hạt: } 2p + n = S \quad (1)$$

$$\text{Hiệu: } 2p – n = D \quad (2)$$

(Trong đó $S$ là tổng số hạt, $D$ là hiệu giữa hạt mang điện và hạt không mang điện)

Cách giải:

Cộng (1) và (2):

$$4p = S + D \implies p = \dfrac{S + D}{4}$$

Trừ (1) cho (2):

$$2n = S – D \implies n = \dfrac{S – D}{2}$$

Và: $e = p$

Ví dụ 1

Nguyên tử của một nguyên tố có tổng số các loại hạt là 34, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 10. Xác định số p, n, e.

Lời giải:

Vì nguyên tử trung hòa điện nên $\text{số p} = \text{số e}$.

Lập hệ phương trình:

Tổng số hạt:

$$p + e + n = 34$$

$$\Rightarrow 2p + n = 34 \quad (1)$$

Số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 10:

$$( p + e ) – n = 10$$

$$\Rightarrow 2p – n = 10 \quad (2)$$

Giải hệ:

Cộng (1) và (2):

$$( 2p + n ) + ( 2p – n ) = 34 + 10$$

$$4p = 44$$

$$p = 11$$

Thay $p = 11$ vào (1):

$$2 \times 11 + n = 34$$

$$n = 34 – 22 = 12$$

Kết quả: Số p = 11, số e = 11, số n = 12.

Ví dụ 2

Tổng số hạt proton, neutron, electron của nguyên tố X là 40, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 12. Xác định số p, n, e của X.

Lời giải:

Vì nguyên tử trung hòa điện nên $\text{số p} = \text{số e}$.

Lập hệ phương trình:

$$2p + n = 40 \quad (1)$$

$$2p – n = 12 \quad (2)$$

Giải hệ:

Cộng (1) và (2):

$$4p = 40 + 12 = 52$$

$$p = 13$$

Thay $p = 13$ vào (1):

$$2 \times 13 + n = 40$$

$$n = 40 – 26 = 14$$

Kết quả: Số p = 13, số e = 13, số n = 14.

Phân bố electron: Lớp 1: 2e, lớp 2: 8e, lớp 3: 3e → Đây là nguyên tử nhôm (aluminium).

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

NGUYÊN TỬ

1. Định nghĩa

• Hạt vô cùng nhỏ tạo nên các chất
• Trung hòa về điện (số p = số e)

2. Hạt nhân (ở tâm, mang điện dương)

• 2.1. Proton (p): điện tích +1
• 2.2. Neutron (n): không mang điện
• 2.3. Số đơn vị điện tích hạt nhân $Z$ = số p

3. Vỏ nguyên tử (mang điện âm)

• 3.1. Gồm các electron (e): điện tích −1
• 3.2. Electron xếp thành từng lớp, từ trong ra ngoài:
  • Lớp 1: tối đa 2e
  • Lớp 2: tối đa 8e
  • Lớp 3: tối đa 8e hoặc nhiều hơn
• 3.3. Electron lớp ngoài cùng → quyết định tính chất hóa học

4. Khối lượng nguyên tử

• 4.1. Đơn vị: amu
• 4.2. 1 proton ≈ 1 neutron ≈ 1 amu
• 4.3. Electron có khối lượng rất nhỏ (≈ 0,00055 amu) → bỏ qua
• 4.4. $m_{\text{nguyên tử}} \approx m_{\text{hạt nhân}} = p + n$ (amu)

5. Các công thức quan trọng

• 5.1. Số p = Số e (trung hòa điện)
• 5.2. Tổng số hạt = $2p + n$
• 5.3. Khối lượng ≈ $p + n$ (amu)

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

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