I- THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA NGUYÊN TỬ
1. Electron
a. Sự tìm ra electron
Năm $1987$, Tôm- xơn (J.J. Thomson), nhà bác học người Anh, khi nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong chân không đã phát hiện ra tia cực âm, mà bản chất là chùm các hạt nhỏ bé mang điện tích, gọi là các êlectron.
Tôm- xơn cho phóng điện với hiệu điện thế $15 000$ vôn qua hai điện cực gắn vào đầu của một ống kín đã rút gần hết không khí ( áp suất chỉ còn $0,001 mm Hg$) thì thấy màn huỳnh quang trong ống thuỷ tinh phát sáng. Màn huỳnh quang phát sáng do sự xuất hiện các tia không nhìn thấy được đi từ cực âm đến cực dương. Tia này được gọi là âm cực, tia âm cực lệch về phía cực dương khi đặt ống thuỷ tinh trong một điện trường. Tia âm cực là chùm hạt mang điện tích âm và mỗi hạt đều có khối lượng được gọi là electron, kí hiệu là e (hình $1.1$ và $1.2$)
b. Khối lượng và điện tích của electron
Khối lượng : $m_e=9,1094.10^{-31} kg $
Điện tích : $q_e=-1,602.10^{-19} C $ (cu- lông)
Người ta chưa phát hiện được điện tích nào nhỏ hơn $1,602.10^{-19} C$ nên nó được dùng làm điện tích đơn
vị, điện tích của electron được quy ước là $1-.$
2. Sự tìm ra hạt nhân nguyên tử
Năm $1911$, Rơ-dơ-pho (E.Rutherford) và các cộng sự đã cho các hạt $\alpha $ bắn phá một lá vàng mỏng và dùng màn huỳnh quang đặt sau lá vàng để theo dõi đường đi của hạt $\alpha $. Kết quả thí nghiệm cho thấy
hầu hết các hạt $\alpha $ đều xuyên thẳng qua lá vàng, nhưng có một số ít hạt đi lệch hướng ban đầu và một số rất ít hạt bị lật lại phía sau khi gặp lá vàng.
Điều này chỉ có thể được giải thích là nguyên tử có cấu tạo rỗng, các electron chuyển động tạo ra vỏ electron bao quanh một hạt mang điện tích dương có kích thước rất nhỏ so với kích thước của nguyên tử, nằm ở tâm của nguyên tử. Đó là hạt nhân của nguyên tử.
3. Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử
Năm $1918$, Rơ-dơ-pho khi đã bắn hạt nhân nguyên tử nitơ bằng hạt $\alpha $ đã quan sát được sự xuất hiện hạt nhân nguyên tử oxi và một loại hạt có khối lượng $1,6726.10^{-27}kg $, mang một đơn vị điện tích dương ($e_0$ hay $1+$). Hạt này là một thành phần cấu tạo của hạt nhân nguyên tử được gọi là proton, được kí hiệu bằng chữ $p$.
b. Sự tìm ra nơtron
Năm $1932$, (Chat-uých) (cộng tác viên của Rơ-dơ-pho) dùng hạt $\alpha $ bắn phá hạt nhân nguyên tử beri đã quan sát được sự xuất hiện một loại hạt mới có khối lượng xấp xỉ khối lượng của proton, nhưng không mang điện, được gọi là nơtron, được kí hiệu bằng chữ n.
Như vậy, hạt nhân nguyên tử của mọi nguyên tố đều có các hạt proton và nơtron
Kết luận : Thành phần cấu tạo của nguyên tử gồm :
Hạt nhân nằm ở tâm cấu tạo của nguyên tử gồm các hạt proton và nơtron
Vỏ nguyên tử gồm cac electron chuyển động xung quanh hạt nhân
Khối lượng và điện tích của các hạt cấu tạo nên nguyên tử
Qua bảng ta thấy khối lượng của proton hoặc nơtron lớn hơn khối lượng của electron khoảng $1840$ lần, do đó có thể kết luận : Khối lượng của nguyên tử tập trung hầu hết ở hạt nhân, khối lượng của các electron là không đáng kể so với khối lượng của nguyên tử.
II- KÍCH THƯỚC VÀ KHỐI LƯỢNG CỦA NGUYÊN TỬ
Ngày nay, các nhà khoa học cũng đã xác định được kích thước và khối lượng các hạt tạo nên nguyên tử.
Nguyên tử của các nguyên tố khác nhau có kích thước và khối lượng khác nhau
1. Kích thước
Nếu hình dung nguyên tử như một quả cầu trong đó có các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân, thì nguyên tử đó có đường kính khoảng $10^{-10}m $.
Để biểu thị kích thước nguyên tử, người ta dùng đơn vị nanomet (viết tắt là $nm$) hay angstrom (kí hiệu $\mathop A\limits^0 $)
$1nm=10^{-9}m; 1\mathop A\limits^0 =10^{-10}m ; 1nm=10\mathop A\limits^0 $
a. Nguyên tử nhỏ nhất là nguyên tử hiđrô có bán kính khoảng $0,053 nm$.
b. Đường kính của hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn, vào khoảng $10^{-5}nm $
Như vậy, đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân khoảng $10 000$ lần $(\frac{10^{-1}nm }{10^{-5}nm } =10^4)$
Nếu hình dung hạt nhân là quả cầu có đường kính $10cm$ thì nguyên tử là quả cầu có đường kính$1000m=1km$
c. Đường kính của electron và của proton còn nhỏ hơn nhiều (khoảng $10^{-8} nm$). Electron chuyển động xung quanh hạt nhân trong không gian rỗng của nguyên tử.
2. Khối lượng
Ta khó tưởng tượng được $1g$ của bất kì chất nào cũng chứa tới hàng tỉ tỉ nguyên tử.
Thí dụ : $1g$ cacbon có tới $5.10^{22} (50 000.10^9.10^9)$ nguyên tử cacbon (tức là năm mươi nghìn tỉ tỉ nguyên tử cacbon)
Vậy để biểu thị khối lượng của nguyên tử, phân tử và các hạt proton, nơtron, electron người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là $u$, $u$ còn được gọi là đv$C$.
$1u$ bằng $\frac{1}{12} $ khối lượng của một nguyên tử đồng vị cacbon $12$. Nguyên tử này có khối lượng là $19,9265.10^{-27} kg$
$1u=\frac{19,9265.10^{-27}kg }{12} =1,6605.10^{-27}kg $
Khối lượng của $1$ nguyên tử hiđro là $1,6738.10^{-27}kg \approx 1u $
Khối lượng của $1$ nguyên tử cacbon là $19,9265.10^{-27}kg\approx 12u $