Khối lượng hạt nhân của cacbon

posted Aug 15, 2012, 4:29 AM by Huỳnh Thiên Lương   [ updated Sep 1, 2012, 11:26 PM ]

    Ngày nay, các nhà khoa học cũng đã xác định được kích thước và khối lượng các hạt cấu 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 thì trong đó electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân, thì nguyên tử đó có đường kính khoảng 10-10m.
Để biểu thị kích thước nguyên tử, người ta dùng đơn vị nanomet (viết tắt là nm) hay angstrom (kí hiệu là Å).
1nm = 10-9m; 1Å=10-10m; 1nm=10Å.
    a) Nguyên tử nhỏ nhất là nguyên tử hiđro có bán kính khoảng 0,053nm.
    b) Đường kính của hạt nhân nguyên tử còn nhỏ hơn, vào khoảng 10-5nm.
    Như vậy, đường kính của nguyên tử lớn hơn đường kính của hạt nhân khoảng 10.000 lần.
    Nếu hình dung hạt nhân là quả cầu có đường kính 10cm thì nguyên tử là quả cầu có đường kính 1.000m = 1km.
    c) Đường kính của electron và của proton còn nhỏ hơn nhiều (khoảng 10-8nm). 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 5.1022(50.000.109.109) nguyên tử cac bon (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(*) còn được gọi là đvC.
    1u bằng 1/12 khối lượng của một nguyên tử đồng vị cacbon 12. Nguyên tử này có khối lượng là 19,9265.10-27kg.

Khối lượng hạt nhân của cacbon

    Khối lượng của 1 nguyên tử hiđro là 1,6738.10-27kg ≈ 1u.
    Khối lượng của 1 nguyên tử cacbon là 19,9265.10-27kg ≈ 12u.

I. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

1. Điện tích hạt nhân

a) Proton mang điện tích $1+$

- Nếu hạt nhân có $Z$ proton

$ \Rightarrow$ Điện tích hạt nhân bằng $Z+$.

$ \Rightarrow$ Số đơn vị điện tích hạt nhân bằng $Z$.

- Ví dụ: Oxi có 8 proton

$ \Rightarrow$ Điện tích hạt nhân oxi là $8+$.

$ \Rightarrow$ Số đơn vị điện tích hạt nhân oxi là $8$.

b) Nguyên tử trung hòa về điện: số proton bằng số electron

$ \Rightarrow$ $Z$ = số proton = số electron

- Ví dụ: Nguyên tử nitơ có số đơn vị điện tích hạt nhân là 7

$ \Rightarrow$ Nguyên tử nitơ có 7 proton và 7 electron.

2. Số khối

a) Số khối hạt nhân ($A$) bằng tổng của tổng số hạt proton ($Z$) và tổng số hạt nơtron ($N$)

- Công thức: $A = Z + N$

- Ví dụ: Hạt nhân nguyên tử Liti có 3 proton và 4 nơtron

$ \Rightarrow {A_{\,Liti}} = 3+4 = 7$

b) Số đơn vị điện tích hạt nhân $Z$ và số khối $A$ đặc trưng cơ bản cho hạt nhân và nguyên tử

- Khi biết $Z$ và $A$ của một nguyên tử:

$ \Rightarrow$ Số proton, số electron, số nơtron ($N=A-Z$) của nguyên tử đó.

- Ví dụ: Nguyên tử $Na$ có $A=23$ và $Z=11$

$ \Rightarrow$ $Na$ có 11 proton, 11 electron, 12 nơtron.

II. NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

1. Định nghĩa

- Nguyên tố hóa học gồm những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân ($Z$) nhưng khác số khối ($A$).

- Ví dụ: Tất cả các nguyên tử có $Z = 6$ đều thuộc nguyên tố cacbon.

$ \Rightarrow$ Các nguyên tử cacbon đều có 6 proton và 6 electron.

$ \Rightarrow$ Những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân thì có cùng tính chất hóa học.

2. Số hiệu nguyên tử ($Z$)

- Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố được gọi là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó, kí hiệu là $Z$.

$ \Rightarrow$ Số hiệu nguyên tử = Số đơn vị điện tích hạt nhân = Số proton = Số electron = $Z$

3. Kí hiệu nguyên tử

- Nguyên tố $X$ có số khối $A$ và số hiệu $Z$ được kí hiệu như sau:

${}_{Z}^{A}X$

$ \longrightarrow$ $X$: Kí hiệu hóa học

$ \longrightarrow$ $A$: Số khối nguyên tử

$ \longrightarrow$ $Z$: Số hiệu nguyên tử

- Ví dụ:

${}_{11}^{23}Na$

$ \longrightarrow$ Số hiệu nguyên tử $Na$ = Số đơn vị điện tích hạt nhân = Số proton = Số electron = $Z$ = $11$

$ \longrightarrow$ Số khối nguyên tử $A_{Na}= 23$ $ \Rightarrow$ Số nơtron $N_{Na}=23-11=12$

III. ĐỒNG VỊ

- Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số nơtron, do đó số khối của chúng khác nhau.

- Ví dụ:

+ Hiđro có 3 đồng vị là: ${}_{1}^{1}H$ , ${}_{1}^{2}H$ , ${}_{1}^{3}H$

+ Clo có 2 đồng vị là: ${}_{17}^{35}Cl$ , ${}_{17}^{37}Cl$

IV. NGUYÊN TỬ KHỐI VÀ NGUYÊN TỬ KHỐI TRUNG BÌNH CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

1. Nguyên tử khối ($A$)

- Nguyên tử khối là khối lượng tương đối của nguyên tử: cho biết khối lượng của nguyên tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị khối lượng nguyên tử.

- Do khối lượng của $e$ quá nhỏ nên nguyên tử khối coi như bằng số khối $A$.

$Nguyên\,\,tử\,\,khối = {m_p} + {m_n} = A$

- Ví dụ: Nguyên tử $P$ có $Z=15$ và $N=16$ $ \Rightarrow$ Nguyên tử khối của $P$ là $31$

2. Nguyên tử khối trung bình ($\bar A$)

- Do một nguyên tố thường có nhiều đồng vị nên nguyên tử khối của nguyên tố này là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị đó.

- Công thức:

$\bar A = \frac{{{A_1}.{x_1} + {A_2}.{x_2} + \,...\, + {A_n}.{x_n}}}{{100}}$

$ \longrightarrow$ ${A_1}, {A_2},…\,{A_n}$: Nguyên tử khối của các đồng vị

$ \longrightarrow$ ${x_1}, {x_2},…\,{x_n}$: Phần trăm số nguyên tử của các đồng vị

- Ví dụ: Nguyên tố Clo có 2 đồng vị là ${}_{17}^{35}Cl$ chiếm $75,77\%$ và ${}_{17}^{37}Cl$ chiếm $24,23\%$. Nguyên tử khối trung bình của Clo là:

${\bar A_{\,Cl}} = \frac{35.75,77 + 37.24,23}{100} \approx 35.5$