的伟大 nguyên tử hạt nhân
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | hạt nhân |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | proton |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | neutron |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | hạt nhân |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | số proton |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | số nucleon |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | nucleon |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | đồng vị |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | đơn vị khối lượng nguyên tử |
Bắn vào lá vàng
- Đội nghiên cứu của Rutherford đã bắn các hạt α vào một lá vàng mỏng.
- Hầu hết đi xuyên thẳng qua — nhưng một số rất ít bị bật lại gần như ngược hướng.
- "Giống như bạn bắn một viên đạn pháo vào giấy tissue và nó bay ngược về phía bạn.".
Phòng thí nghiệm chứng minh nguyên tử hạt nhân
Nối quan sát với mô hình nguyên tử hạt nhân.
Những gì hiện tượng tán xạ tiết lộ
- Hầu hết xuyên qua → nguyên tử chủ yếu là khoảng trống.
- Một số ít bị lệch hướng mạnh → một hạt nhân nhỏ bé, đặc chắc, mang điện tích dương giữ điện tích và khối lượng.
Hầu hết hạt alpha xuyên gần như thẳng qua; một số bị lệch hướng mạnh bởi hạt nhân nhỏ bé
Hầu hết các hạt α đi thẳng qua lá vàng cho thấy nguyên tử:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Nếu hầu hết đi thẳng qua, có rất ít vật cản — nguyên tử chủ yếu là khoảng trống rỗng, với khối lượng và điện tích tập trung trong một hạt nhân nhỏ bé.
Mô hình hạt nhân
- Hạt nhân: proton (điện tích $+e$) và neutron (không điện tích). Electron ($-e$) bao quanh hạt nhân.
- Nguyên tử là $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; hạt nhân chỉ chiếm $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — nhưng chứa gần như toàn bộ khối lượng.
- Một nguyên tử trung hòa có số lượng electron bằng số lượng proton.
Mô hình đơn giản của nguyên tử heli và nguyên tử lithium (không đúng tỷ lệ)
Hầu hết khối lượng của nguyên tử nằm trong hạt nhân.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Proton và neutron ~1 u mỗi cái; electron ~1/1836 u, nên hạt nhân chứa gần như toàn bộ khối lượng.
Ký hiệu
- Một nuclid được viết $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = số hiệu nguyên tử (xác định nguyên tố), $A$ = số nucleon.
- Số lượng neutron $N = A - Z$. Proton và neutron gọi chung là nucleon.
Proton và neutron cùng được gọi là ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Số nuclon $A$ đếm số proton cộng số neutron trong hạt nhân.
Có bao nhiêu neutron trong $^{14}_{6}\text{C}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$N = A - Z = 14 - 6 = 8$ neutron.
Đồng vị
- Đồng vị có số hiệu nguyên tử $Z$ giống nhau nhưng số lượng neutron khác nhau.
- Ví dụ: $^{12}_{6}\text{C}$ và $^{14}_{6}\text{C}$ — cùng nguyên tố, khác khối lượng.
Ký hiệu nuclid: số nucleon ở trên, số hiệu nguyên tử ở dưới
Các đồng vị của một nguyên tố có:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Cùng $Z$ (nên cùng nguyên tố và hóa học) nhưng khác nhau về $N$, dẫn đến số khối khác nhau là $A$.
Đại lượng bảo toàn
- Trong bất kỳ quá trình hạt nhân nào, số nucleon $A$ và điện tích đều được bảo toàn.
- Hai quy tắc này giúp bạn cân bằng mọi phương trình phân rã: tổng các số ở hàng trên phải bằng nhau ở hai vế, và tương tự như vậy đối với các số ở hàng dưới.
Trong quá trình hạt nhân, đại lượng nào luôn được bảo toàn?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Số nuclon và điện tích được bảo toàn. Số proton và neutron có thể thay đổi riêng lẻ (ví dụ: trong phân rã β, neutron trở thành proton).
Nối mỗi hạt phát ra với cách viết trong phương trình phân rã.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Số phía trên là số nuclon và số phía dưới là điện tích; cả hai phải cân bằng trong suốt phương trình.
Ví dụ giải chi tiết: Tritium
Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, là đồng vị phóng xạ của hydro phát ra hạt β$^{-}$.
- Các hạt trong nguyên tử trung hòa: $Z = 1$ proton; $N = 3 - 1 = 2$ neutron; $1$ electron (bằng số proton).
- Phương trình phân rã: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Kiểm tra: tổng hàng trên $3 = 3 + 0$; tổng hàng dưới $1 = 2 + (-1)$. Hạt thứ ba thêm vào là antineutrino.
- Quark trong hạt nhân: một proton là uud và một neutron là udd, vì vậy một proton và hai neutron chứa $2 + 1 + 1 = 4$ quark lên và $1 + 2 + 2 = 5$ quark xuống.
- Kiểm tra điện tích: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, đúng bằng điện tích của proton duy nhất.
Ví dụ giải chi tiết: Chuỗi phân rã
Một hạt nhân radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, phân rã qua một chuỗi các bước trong đó năm hạt α và bốn hạt β$^{-}$ được phát ra. Xác định hạt nhân cuối cùng.
- Số nucleon: mỗi hạt α làm giảm $4$, mỗi hạt β$^{-}$ không làm giảm: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Số hiệu nguyên tử: mỗi hạt α làm giảm $2$, mỗi hạt β$^{-}$ tăng $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Đáp án: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — chì.
- Kiểm tra: thứ tự các bước phân rã không quan trọng; chỉ có tổng số mới quan trọng. Điện tích và số nucleon được bảo toàn ở từng bước riêng lẻ, nên cũng được bảo toàn trên toàn bộ quá trình.
Một hạt nhân có số proton $92$ phát ra ba hạt α và hai hạt β⁻. Số proton của hạt nhân cuối cùng là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi α làm giảm $Z$ đi $2$ và mỗi β⁻ làm tăng nó lên $1$: $92 - 6 + 2 = 88$.
Một nguyên tử trung hòa có $Z$ electron — chính là số proton, không bao giờ là $A$. Các đồng vị chỉ khác nhau về neutron, nên tính chất hóa học của chúng giống hệt nhau. Khi cân bằng phương trình phân rã, hãy cân bằng cả hai hàng: một hạt β$^{-}$ được ký hiệu là $^{0}_{-1}\beta$, do đó nó để lại $A$ không đổi và làm tăng $Z$ lên một đơn vị. Và "hạt nhân rất nhỏ" có nghĩa là khoảng $10^{-15}\ \text{m}$ — nhỏ hơn nguyên tử một trăm nghìn lần, chứ không phải mười lần.
Đơn vị khối lượng nguyên tử
- Đơn vị $\text{u}$ được thiết lập sao cho $^{12}_{6}\text{C}$ có khối lượng chính xác là $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; một proton và một neutron mỗi cái nặng khoảng $1\ \text{u}$, một hạt α nặng khoảng $4\ \text{u}$ với điện tích $+2e$.
Đơn vị khối lượng nguyên tử thống nhất được định nghĩa sao cho carbon-12 có khối lượng đúng 12 u.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Có — định nghĩa đó cố định $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.
Bạn đã nắm vững
- Tán xạ α → nguyên tử chủ yếu là khoảng trống với một hạt nhân nhỏ bé, đặc chắc
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ proton, $A$ nucleon, $N = A - Z$ neutron, $Z$ electron khi trung hòa; các đồng vị chia sẻ $Z$
- các quá trình hạt nhân bảo toàn số nucleon và điện tích — cân bằng cả hai hàng của mọi phương trình