Hạt nhân và mô hình nguyên tử SVIP

1. GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM TÁN XẠ HẠT ALPHA

Mô hình nguyên tử đầu tiên được hình dung như một chiếc bánh ngọt có mận khô:
– Mận khô biểu diễn cho electron âm.
– Phần bánh là khối dương còn lại của nguyên tử.

Ảnh chụp bánh ngọt có mận khô

Thí nghiệm Rutherford: sử dụng chùm hạt alpha mang điện dương được phát ra từ nguồn R, bắn vào lá vàng mỏng D đặt trong hộp chân không G. Khi các hạt α va chạm vào màn huỳnh quang S, chúng tạo ra đốm sáng, được quan sát qua kính hiển vi M.

Hình vẽ phối cảnh thí nghiệm

Hình vẽ mặt cắt 

Kết quả

Minh họa kết quả thí nghiệm tán xạ hạt alpha

Hiện tượng tán xạ hạt alpha là hiện tượng hạt alpha bị lệch hướng khi đi gần hạt nhân nguyên tử vàng.

- Phần lớn các hạt alpha xuyên thẳng qua tấm vàng.

- Một số ít bị lệch khỏi phương ban đầu với các góc khác nhau.

- Một tỉ lệ rất nhỏ bị chệch hướng với góc lớn hơn 90^o.

Hiện tượng tán xạ hạt alpha

Phần lớn không gian nguyên tử là rỗng, điện tích dương tập trung tại vùng rất nhỏ ở tâm nguyên tử, gọi là hạt nhân.

Mô hình đơn giản của nguyên tử

Thí nghiệm tán xạ hạt alpha bác bỏ mô hình nguyên tử của Thompson, ủng hộ mô hình Rutherford:

- Nguyên tử có cấu trúc rỗng, hạt nhân dương nằm ở tâm, mang gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử.

- Electron chuyển động quanh hạt nhân trong các quỹ đạo khép kín.

Hạn chế: Theo lí thuyết điện từ, electron chuyển động có gia tốc sẽ phát bức xạ, mất năng lượng và rơi vào hạt nhân, mâu thuẫn với sự tồn tại của nguyên tử.

Khắc phục: Vào năm 1913, nhà vật lí Bohr đã khắc phục bằng hai tiên đề:

- Nguyên tử chỉ tồn tại ở các trạng thái dừng có năng lượng xác định.

- Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không phát xạ.

2. HẠT NHÂN CỦA NGUYÊN TỬ

a. Nucleon

Hạt nhân được tạo thành bởi hai loại hạt là proton và neutron, hai loại hạt này có tên chung là nucleon.

Khối lượng nguyên tử gồm khối lượng hạt nhân và electron, nhưng do hạt nhân nặng hơn nhiều, nên khối lượng nguyên tử gần như tập trung ở hạt nhân.

Chú ý: Đơn vị amu có giá trị bằng $\dfrac{1}{12}$ khối lượng nguyên tử của đồng vị carbon-12:

1 amu \(\approx\) 1,66054.10^-27 kg

Số proton trong hạt nhân bằng $Z$. Tổng số nucleon trong một hạt nhân được kí hiệu là $A$; $A$ gọi là số khối.

b. Kích thước hạt nhân

Bán kính hạt nhân nguyên tử:

$R=1,2.10^{-15}.A^{\frac{1}{3}}$ (m)

c. Kí hiệu hạt nhân

Người ta dùng kí hiệu hóa học $X$ của nguyên tố để kí hiệu cho hạt nhân, kèm theo hai số $Z$ và $A$ như sau: \(_Z^AX.\)

Ví dụ: hạt nhân oxygen có 16 nucleon trong đó có 8 proton được kí hiệu \(_8^{16}O\).

d. Đồng vị

Đồng vị là các hạt nhân có cùng số proton ($Z$) nhưng khác số neutron ($A$).

- Gồm hai loại: đồng vị bền và đồng vị phóng xạ.
- Chất tự nhiên thường là hỗn hợp của nhiều đồng vị.