Bài 21. Cấu trúc hạt nhân

1. Kiến thức trọng tâm

1.1. Thí nghiệm tán xạ hạt α của Rutherford

Kết quả:

• Đa số hạt α xuyên thẳng qua lá vàng.

• Một số ít hạt α bị lệch hướng.

• Rất ít hạt α bị bật ngược trở lại.

Kết luận:

• Nguyên tử có cấu trúc rỗng.

• Hạt nhân rất nhỏ, mang điện tích dương.

• Gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân.

1.2. Cấu tạo hạt nhân

• Hạt nhân gồm proton và neutron (gọi chung là nucleon).

• Proton (p): điện tích $\mathrm{+e}$, khối lượng xấp xỉ $\mathrm{1u}$.

• Neutron (n): không mang điện, khối lượng xấp xỉ $\mathrm{1u}$.

• Điện tích hạt nhân:

$$q_{\mathrm{hn}}\text{=+Ze}$$

trong đó $Z$ là số proton.

• Đơn vị khối lượng nguyên tử:

$$\mathrm{1u=}\frac{1}{12}m{(}_6^{12}\text{C)≈1,6605×}{10}^{\mathrm{-27}}\mathrm{kg}$$

• Khối lượng nguyên tử gần bằng khối lượng hạt nhân:

$$m_{\mathrm{nt}}\approx m_{\mathrm{hn}}$$

do khối lượng electron rất nhỏ.

1.3. Kí hiệu hạt nhân

$${}_Z^{A}X$$

Trong đó:

• $X$: kí hiệu nguyên tố.

• $Z$: số proton (số hiệu nguyên tử).

• $A$: số nucleon (số khối).

Công thức quan trọng: $\text{A=Z+N}$; $\text{N=A-Z}$

với $N$ là số neutron.

1.4. Kích thước hạt nhân

• Bán kính hạt nhân:

$$\text{R=1,2×}{10}^{\mathrm{-15}}{A}^{1/3}\mathrm{(m)}$$

• Kích thước hạt nhân cỡ ${10}^{\mathrm{-15}}m$, nhỏ hơn kích thước nguyên tử (${10}^{\mathrm{-10}}m$) khoảng ${10}^5$ lần.

1.5. Đồng vị

• Đồng vị là các hạt nhân cùng số proton $Z$ nhưng khác số khối $A$.

Ví dụ:

$${}_1^1\mathrm{H;}{}_2^1\mathrm{H;}{}_3^1\mathrm{H;}$$

• Các đồng vị có tính chất hóa học giống nhau nhưng khối lượng khác nhau.

2. Hiểu sâu bản chất

💡 Phần lớn thể tích nguyên tử là khoảng trống.

💡 Số proton $Z$ quyết định nguyên tố hóa học.

💡 Các đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng số proton nhưng khác số neutron.

💡 Kích thước hạt nhân rất nhỏ so với kích thước nguyên tử.

💡 Khối lượng nguyên tử gần như tập trung hoàn toàn ở hạt nhân.

3. Ghi nhớ nhanh

• Điện tích hạt nhân: $q_{\mathrm{hn}}\mathrm{=+Z}e$

• Kí hiệu hạt nhân:${}_Z^{A}X$

• Số khối: $\text{A=Z+N}$

• Số neutron: $\text{N=A-Z}$

• Bán kính hạt nhân: $\text{R=1,2×}{10}^{\mathrm{-15}}{A}^{1/3}\mathrm{(m)}$

• Đồng vị: cùng $Z$, khác $A$.

4. Lưu ý cho học sinh

• Không nhầm lẫn số khối $A$ với số proton $Z$.

• Trong kí hiệu ${}_Z^{A}X$: $A$ viết phía trên, $Z$ viết phía dưới.

• Đồng vị có cùng số proton nhưng khác số neutron.

• Điện tích hạt nhân phụ thuộc số proton $Z$, không phụ thuộc số neutron.

• Luôn sử dụng hệ thức:$\text{A=Z+N}$

để xác định số neutron hoặc số khối.

• Không nhầm kích thước hạt nhân (${10}^{\mathrm{-15}}m$) với kích thước nguyên tử (${10}^{\mathrm{-10}}m$).