Câu hỏi mở đầu trang 13

Đề bài: Nguyên tử gồm các loại hạt cơ bản nào? Các nhà khoa học đã phát hiện ra các loại hạt cơ bản đó như thế nào?

Lời giải:

Nguyên tử gồm 3 loại hạt cơ bản: proton (p), neutron (n) và electron (e).

Lịch sử phát hiện các hạt:

• Electron (1897): J. J. Thomson phát hiện qua thí nghiệm phóng điện qua không khí loãng. Chùm tia từ cực âm bị hút lệch về phía cực dương → chúng mang điện tích âm, chính là các electron.
• Hạt nhân nguyên tử (1911): E. Rutherford phát hiện qua thí nghiệm bắn phá lá vàng mỏng bằng hạt α. Quan sát hầu hết hạt α xuyên thẳng, chỉ một số ít bị lệch hoặc bật lại → trong nguyên tử có hạt nhân nhỏ, mang điện dương.
• Proton (1918): E. Rutherford và cộng sự phát hiện khi bắn phá hạt nhân nguyên tử nitrogen.
• Neutron (1932): J. Chadwick phát hiện khi bắn phá hạt nhân nguyên tử beryllium bằng hạt α.

I. Các loại hạt cấu tạo nên nguyên tử

Câu 1 trang 14

Đề bài: Nguyên tử chứa những hạt mang điện là:

A. proton và hạt α.

B. proton và neutron.

C. proton và electron.

D. electron và neutron.

Lời giải:

Đáp án: C. proton và electron.

Giải thích: Trong nguyên tử có 3 loại hạt:

• Proton: mang điện tích dương (+1).
• Electron: mang điện tích âm (−1).
• Neutron: không mang điện (0).

Vậy hai hạt mang điện trong nguyên tử là proton và electron.

Câu 2 trang 14

Đề bài: Quan sát hình ảnh mô phỏng kết quả thí nghiệm bắn phá lá vàng thực hiện bởi E. Rutherford (Hình 1.3) và nhận xét về đường đi của các hạt α.

Lời giải:

Quan sát Hình 1.3, đường đi của các hạt α có thể chia thành 3 trường hợp:

• Hầu hết các hạt α đi thẳng xuyên qua lá vàng → chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo rỗng, phần lớn không gian trong nguyên tử là khoảng trống.
• Một số ít hạt α bị lệch hướng ban đầu → chứng tỏ trong nguyên tử có những phần mang điện đẩy hạt α (cùng dấu điện tích dương).
• Rất ít hạt α bị bật ngược trở lại → chứng tỏ trong nguyên tử có hạt nhân nhỏ nhưng rất đặc và mang điện tích dương lớn, đủ để đẩy bật hạt α trở lại.

II. Kích thước và khối lượng của nguyên tử

Câu 3 trang 15

Đề bài: Nếu phóng đại một nguyên tử vàng lên 1 tỉ ($10^9$) lần thì kích thước của nó tương đương một quả bóng rổ (có đường kính 30 cm) và kích thước của hạt nhân tương đương một hạt cát (có đường kính 0,003 cm). Hãy cho biết kích thước nguyên tử vàng lớn hơn so với hạt nhân bao nhiêu lần.

Lời giải:

Khi phóng đại 1 tỉ lần, kích thước được nhân lên với cùng tỉ lệ, nên tỉ số kích thước nguyên tử/hạt nhân không thay đổi.

Bước 1: Đường kính sau phóng đại:

• Nguyên tử vàng: $d_1 = 30$ cm.
• Hạt nhân: $d_2 = 0{,}003$ cm.

Bước 2: Tỉ số kích thước:

$$\dfrac{d_1}{d_2} = \dfrac{30}{0{,}003} = 10\,000 \text{ (lần)}$$

Vậy kích thước nguyên tử vàng lớn hơn hạt nhân khoảng 10 000 lần.

Câu 4 trang 15

Đề bài: Một loại nguyên tử nitrogen có 7 proton và 7 neutron trong hạt nhân. Dựa vào Bảng 1.1, hãy tính và so sánh:

a) Khối lượng hạt nhân với khối lượng nguyên tử.

b) Khối lượng hạt nhân với khối lượng vỏ nguyên tử.

Lời giải:

Vì nguyên tử trung hoà điện nên số electron = số proton = 7.

Theo Bảng 1.1:

• Khối lượng proton: $m_p = 1{,}673 \cdot 10^{-27}$ kg.
• Khối lượng neutron: $m_n = 1{,}675 \cdot 10^{-27}$ kg.
• Khối lượng electron: $m_e = 9{,}109 \cdot 10^{-31}$ kg.

Bước 1: Tính khối lượng hạt nhân (gồm 7 proton + 7 neutron):

$$m_{hn} = 7 \cdot m_p + 7 \cdot m_n = 7 \cdot (1{,}673 + 1{,}675) \cdot 10^{-27}$$

$$m_{hn} = 7 \cdot 3{,}348 \cdot 10^{-27} = 23{,}436 \cdot 10^{-27} \text{ kg} \approx 2{,}344 \cdot 10^{-26} \text{ kg}$$

Bước 2: Tính khối lượng vỏ nguyên tử (gồm 7 electron):

$$m_{vỏ} = 7 \cdot m_e = 7 \cdot 9{,}109 \cdot 10^{-31} \approx 6{,}376 \cdot 10^{-30} \text{ kg}$$

Bước 3: Tính khối lượng nguyên tử:

$$m_{nt} = m_{hn} + m_{vỏ} \approx 2{,}344 \cdot 10^{-26} + 6{,}376 \cdot 10^{-30} \approx 2{,}344 \cdot 10^{-26} \text{ kg}$$

(vì $m_{vỏ}$ rất nhỏ so với $m_{hn}$, có thể bỏ qua)

a) So sánh khối lượng hạt nhân với khối lượng nguyên tử:

$$\dfrac{m_{hn}}{m_{nt}} \approx \dfrac{2{,}344 \cdot 10^{-26}}{2{,}344 \cdot 10^{-26}} \approx 1$$

→ Khối lượng hạt nhân xấp xỉ bằng khối lượng nguyên tử (hạt nhân chiếm hầu hết khối lượng của nguyên tử).

b) So sánh khối lượng hạt nhân với khối lượng vỏ nguyên tử:

$$\dfrac{m_{hn}}{m_{vỏ}} = \dfrac{2{,}344 \cdot 10^{-26}}{6{,}376 \cdot 10^{-30}} \approx 3676 \text{ (lần)}$$

→ Khối lượng hạt nhân lớn hơn khối lượng vỏ nguyên tử khoảng 3676 lần.

III. Điện tích hạt nhân và số khối

Câu 5 trang 16

Đề bài: Aluminium (nhôm) là kim loại phổ biến nhất trên vỏ Trái Đất, được sử dụng trong các ngành xây dựng, ngành điện hoặc sản xuất đồ gia dụng. Hạt nhân của nguyên tử aluminium có điện tích bằng +13 và có số khối bằng 27. Tính số proton, số neutron và số electron có trong nguyên tử aluminium.

Lời giải:

Tóm tắt: điện tích hạt nhân $= +13$ → $Z = 13$; số khối $A = 27$.

Bước 1: Số proton:

Điện tích hạt nhân $= +Z$, nên:

$$Z = 13 \Rightarrow \text{số proton} = 13$$

Bước 2: Số neutron:

Từ công thức $A = Z + N$:

$$N = A – Z = 27 – 13 = 14$$

Bước 3: Số electron:

Vì nguyên tử trung hoà về điện nên:

$$\text{số electron} = \text{số proton} = 13$$

Kết luận: Nguyên tử aluminium có 13 proton, 14 neutron và 13 electron.

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ