Tính khối lượng nguyên tử là môn học phổ biến trong chương trình hóa học ở Việt Nam. Vậy khối lượng của nguyên tử là bao nhiêu? Làm thế nào để tính khối lượng nguyên tử? Hãy theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi để có câu trả lời.
Nguyên tử là gì?
Về mặt khái niệm, nguyên tử được hiểu là đơn vị cơ bản của vật chất và được dùng để xác định cấu trúc của các nguyên tố. Mỗi nguyên tử chứa một hạt nhân ở trung tâm và được bao quanh bởi một đám mây electron mang điện tích âm. Các nguyên tử rất nhỏ, đường kính chỉ vài phần mười nanomet.
Nguyên tử được tạo thành từ ba loại hạt: proton, neutron và electron.
Đặc biệt, proton và neutron nặng hơn nhiều so với electron và nằm ở trung tâm nguyên tử, còn gọi là hạt nhân. Mặt khác, electron cực kỳ nhẹ và tồn tại trong đám mây bao quanh hạt nhân. Đám mây điện tử này có bán kính lớn hơn bán kính hạt nhân 10.000 lần.
Protron và neutron có trọng lượng xấp xỉ nhau. Ngược lại, một proton nặng tới 1.800 electron.
Các nguyên tử tham gia hình thành các trạng thái vật chất khác nhau và phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện vật lý như mật độ, nhiệt độ và áp suất. Khi các điều kiện này trở thành điều kiện biên, sự chuyển pha của vật chất xảy ra giữa các pha rắn, khí, lỏng và plasma. Ở một trạng thái, vật liệu cũng sẽ có hình dạng khác nhau.
Ví dụ: Với carbon rắn, nó có thể xuất hiện dưới dạng: graphene, than chì hoặc kim cương.
Proton
Proton là các hạt tích điện dương có trong hạt nhân nguyên tử. Nó được Ernest Rutherford phát hiện trong các thí nghiệm được thực hiện từ năm 1911 đến năm 1919. Số lượng proton trong nguyên tử giúp người ta có thể xác định đó là nguyên tố nào.
Ví dụ, nguyên tử cacbon có 6 proton, nguyên tử oxy có 8 proton và nguyên tử hydro có 1 proton. Số proton trong nguyên tử được gọi là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.
Proton được tạo thành từ các hạt khác gọi là quark. Mỗi proton thường có ba quark, hai quark “lên” và một quark “xuống”, và chúng được giữ với nhau bởi các hạt khác gọi là gluon.
Neutron
Neutron là các hạt không mang điện có trong hạt nhân nguyên tử. Khối lượng của neutron lớn hơn khối lượng của proton. Tương tự như proton, neutron cũng được tạo thành từ các quark – một quark “lên” và hai quark “xuống”. Neutron được nhà vật lý người Anh James Chadwick phát hiện vào năm 1932.
Electron
Các electron mang điện tích âm sẽ bị hút về phía các proton mang điện tích dương. Các electron bao quanh hạt nhân nguyên tử theo những con đường gọi là quỹ đạo. Các quỹ đạo bên trong bao quanh nguyên tử có dạng hình cầu, trong khi các quỹ đạo bên ngoài phức tạp hơn.
Cấu hình electron của nguyên tử là sự mô tả quỹ đạo về vị trí của các electron trong nguyên tử không bị kích thích. Do đó, bằng cách sử dụng cấu hình điện tử và các nguyên lý vật lý, các nhà hóa học có thể dự đoán các tính chất của nguyên tử, chẳng hạn như độ ổn định, điểm sôi và độ dẫn điện của nó.
Khối lượng của nguyên tử là gì?
Phần lớn khối lượng của nguyên tử là do việc cung cấp proton và neutron cho hạt nhân của nó. Tổng số hạt này trong nguyên tử được gọi là số khối. Số khối đơn giản là một số tự nhiên có đơn vị là nucleon.
Ví dụ: số khối của “Carbon-12” phải có 12 nucleon (trong đó có 6 proton và 6 neutron).
Khối lượng thực tế của một nguyên tử ở trạng thái nghỉ thường được biểu thị bằng đơn vị khối lượng nguyên tử “u” hoặc dalton (Da). Đơn vị này được định nghĩa là 1/12 khối lượng còn lại của nguyên tử carbon-12 trung hòa điện tự do với khối lượng gần bằng 1,66 x 10−27 Kg. Đối với các nguyên tử nặng nhất, nó quá nhẹ để các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu trực tiếp, và đơn vị khối lượng của nó rất cồng kềnh.
Cách tính khối lượng nguyên tử
Trong hệ đo lường quốc tế 1u = 1/N Một gam = 1/(1000NA)kg (Trong đó NA là hằng số Avogadro)
1u 1.66053886 x 10 -27kg
1u ≈ 1,6605 x 10 -24g
Công thức tính mật độ của nguyên tử là d = m/V
1 mol nguyên tử chứa N = 6.02.10 23 nguyên tử
Khối lượng của các hạt cấu tạo nên nguyên tử:
– Khối lượng của electron: me = 9,1094,10 -31 kg.
– Khối lượng của proton: mp = 1,6726,10 -27 kg.
– Khối lượng của neutron: mn = 1,6748,10 -27 kg.
Vì vậy, cách tính khối lượng nguyên tử của 10 là công thức sau:
m(nguyên tử) = m(p) xn(p) + m(n) xn(n)
Bạn phải nhớ:
1u = 1,6605. 10 -27kg
1Å = 10 -8 cm = 10 -10 m
Khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng nguyên tử tuyệt đối:
– Khối lượng tuyệt đối (m) của một nguyên tử là khối lượng thực của nguyên tử đó (rất nhỏ).
– Khối lượng tương đối của nguyên tử (M) là khối lượng nguyên tử tính theo đơn vị cacbon (dvC), còn gọi là khối lượng mol.
Quy ước: 1dvC = 1u = 1/12 khối lượng tuyệt đối của 12C = 1,66. 10-24g
Mối quan hệ giữa khối lượng tương đối và khối lượng tuyệt đối: m = 1,66,10 -24 M (gram) hoặc m = M/(6.023.10 23 ) (gram)
– Nguyên tử có dạng hình cầu, thể tích V = 4/3πr 3 (r là bán kính nguyên tử).
– Mật độ của nguyên tử d = m/V .
– 1 mol nguyên tử chứa N = 6.02.10 23 nguyên tử
Nhận xét: Proton và neutron có khối lượng xấp xỉ nhau và lớn hơn khối lượng của electron khoảng 1836 lần nên khối lượng của nguyên tử có thể coi là tập trung chủ yếu ở hạt nhân nguyên tử (khối lượng của electron không đáng kể, có thể bỏ qua ).
Nguyên tử có khối lượng cực kỳ nhỏ, nếu đo bằng gam thì giá trị quá nhỏ và bất tiện khi sử dụng. Vì vậy, quy ước lấy 1/12 khối lượng nguyên tử C làm đơn vị khối lượng của nguyên tử, gọi là đơn vị của cacbon, viết tắt là dv, ký hiệu quốc tế u.
Lưu ý: Khối lượng tính bằng đơn vị cacbon chỉ là khối lượng tương đối giữa các nguyên tử. Khối lượng này được gọi là khối lượng nguyên tử.
Cách ghi nhớ khối lượng nguyên tử của các nguyên tố hóa học
Việc ghi nhớ biểu đồ khối lượng nguyên tử của các chất hóa học thường khá khó khăn đối với học sinh. Dưới đây là một số phương pháp giúp việc ghi nhớ bảng khối lượng nguyên tử nhanh hơn và dễ dàng hơn:
Làm nhiều bài tập hóa học
Bài tập hóa học vô cùng đa dạng, đòi hỏi học sinh phải chăm chỉ, làm đi làm lại, phải suy nghĩ. Khi bạn mới làm quen với bảng tuần hoàn, đây là cách dễ dàng và hiệu quả nhất để ghi nhớ khối lượng nguyên tử .
Khối lượng nguyên tử thường được đưa ra vào đầu mỗi bài tập hóa học. Vì vậy, việc luyện tập nhiều bài sẽ giúp mình ghi nhớ tự động mà không cần học vẹt.
Ghi nhớ qua bài hát về khối lượng nguyên tử
Ghi nhớ kiến thức qua bài hát luôn là cách dễ dàng nhất để học sinh học và ghi nhớ. Hiện nay trên biểu đồ khối lượng nguyên tử có rất nhiều bài thơ. Mỗi câu thơ đều liên quan đến các nguyên tố hóa học và kèm theo khối lượng nguyên tử của chúng. Đặc điểm của các bài thơ rất dễ nhớ, chỉ cần đọc vài lần là có thể thuộc lòng từng câu, từ đó có thể hấp thụ khối lượng nguyên tử của các nguyên tố một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất.
Những câu thơ có vần dễ dàng đi vào trí nhớ con người. Từ đó môn hóa học cũng trở nên rất thú vị và bớt khó khăn hơn. Dưới đây là một số ví dụ về bài thơ ngắn
– Hydrogen #1 đắt tiền / Lithium #7 dễ nhớ / Carbon nhớ 12 / Nito 14 bạn đừng quên / Oxygen 16 trăng lên / Flo 19 đọng lại sầu riêng, …
– Hydro là 1/12 cột carbon/ Nitơ 14 tròn/ Oxy là 16/ Natri thông minh/ Nhảy 23/ Làm magie gần nhà/ Xấu hổ khi nhận 24/27 tiếng kêu từ nhôm, …
