Cấu tạo hạt nhât nguyên tử? Thí nghiện tán xạ hạt alpha, mô hình đơn giản nguyên tử? Vật lí 12 bài 14 CTST

Vậy cấu tạo hạt nhân nguyên tử như nào? thí nghiệm tán xạ hạt alpha ra sao? được hayhochoi trình bày ngắn gọn, dễ hiểu trong bài viết này.

I. Giới thiệu về thí nghiệm tán xạ hạt alpha

1. Thí nghiệm tán xạ hạt alpha

Năm 1897, nhà vật lí Joseph Thompson (Giô-sếp Giôn Tôm-xơn) đã phát hiện sự tồn tại của các electron mang điện âm trong nguyên tử dựa trên những nghiên cứu về tia âm cực (tia cathode).

Nhằm kiểm chứng mô hình nguyên tử do Thompson đề xuất, Ernest Rutherford (O-nớt Rơ-dơ-pho) (Hình 14.2) và các cộng sự gồm Geiger (Gây-gơ) (1882 - 1928) và Marsden (Mát-xđân) (1889 - 1970) đã thực hiện thí nghiệm bắn phá các tấm mica mỏng bằng các chùm hạt nhân helium (hạt alpha - α), là các hạt tích điện dương. Khi động năng của chùm hạt alpha đủ lớn, kết quả thí nghiệm cho thấy một lượng lớn các hạt alpha xuyên qua những tấm mica.

Phần lớn không gian bên trong nguyên tử là rỗng, toàn bộ điện tích dương trong nguyên tử chỉ tập trung tại một vùng có bán kính rất nhỏ nằm ở tâm của nguyên tử, được gọi là hạt nhân của nguyên tử.

2. Mô hình đơn giản của nguyên tử

Những kết quả từ thí nghiệm tán xạ hạt alpha đã phủ định mô hình nguyên tử của Thompson và ủng hộ mô hình nguyên tử của Rutherford (Hình 14.5):

- Nguyên tử có cấu trúc rỗng với hạt nhân nằm ở tâm của nguyên tử. Khối lượng của hạt nhân xấp xỉ bằng khối lượng của nguyên tử, điện tích của hạt nhân có giá trị dương (bằng tổng điện tích các hạt proton).

- Các electron phân bố trong không gian trống xung quanh hạt nhân và chuyển động trong các quỹ đạo khép kín quanh hạt nhân giống như chuyển động của các hành tinh xung quanh Mặt Trời.

Năm 1913, nhà vật lí Niels Bohr (Nây Bo) (1885 - 1962) đã bổ sung 2 tiên đề vào mô hình nguyên tử của Rutherford để giải quyết hạn chế trên, trong đó có tiên đề liên quan đến trạng thái dừng: Nguyên tử chỉ tồn tại trong các trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không phát xạ.

II. Hạt nhân của nguyên tử

1. Cấu tạo hạt nhân

Các kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ rằng hạt nhân của nguyên tử được tạo nên bởi các hạt proton và neutron, trong đó:

- Proton được kí hiệu là p, mang điện tích dương, có độ lớn đúng bằng điện tích nguyên tố q_p = +e ≈ 1,6.10^-19 C và có khối lượng m_p ≈ 1,673.10^-27 kg.

- Neutron được kí hiệu là n, trung hoà về điện, có khối lượng m_n ≈ 1,675.10^-27 kg.

Số proton trong hạt nhân Z là số hiệu nguyên tử, bằng số thứ tự của nguyên tố đang xét trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học.

Tổng số các nucleon trong hạt nhân được gọi là số khối: A = Z + N

với N là số neutron trong hạt nhân.

2. Kí hiệu hạt nhân: 

Kí hiêu hạt nhân: 

Trong đó: X là kí hiệu hóa học của nguyên tố

Z là số proton trong hạt nhân (bằng số hiệu nguyên tử) và bằng số điện tích nguyên tố

A là số khối và bằng tổng các nucleon trong hạt nhân: A = Z + N

(N là số neutron).

3. Đồng vị

Các hạt nhân đồng vị có cùng số proton Z nhưng khác số neutron N

Ví dụ: Hydrogen có ba đồng vị: hydrogen thường ; hydrogen nặng  còn gọi là deuterium (); hydrogen siêu nặng  còn gọi là tritium ().

4. Kích thước hạt nhân

Hạt nhân của nguyên tử được xem gần đúng là một quả cầu có bán kính r. Bán kính của hạt nhân được xác định gần đúng bởi công thức:

A là số khối, 1fm = 10^-15 m.