CHƯƠNG 4: VẬT LÍ HẠT NHÂN

BÀI 14. HẠT NHÂN VÀ MÔ HÌNH NGUYÊN TỬ

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Hơn 2000 năm trước, Democritus (Đêmôcrít), một triết gia người Hy Lạp, đã đưa ra ý tưởng vật chất được cấu tạo từ các hạt không thể chia nhỏ, được gọi là nguyên tử. Vào đầu thế kỉ XX, những quan sát thực nghiệm đã chứng tỏ nguyên tử có cấu tạo từ hạt nhân và các electron. Vật, kết quả thí nghiệm nào đã giúp các nhà khoa học khẳng định được sự tồn tại của hạt nhân? Từ đó, nguyên tử được mô hình hóa như thế nào?

Đáp án chuẩn:

* Kết quả thí nghiệm sử dụng chùm hạt alpha bắn phá một lá vàng mỏng.

* Mô hình nguyên tử gồm: 

- Hạt nhân mang điện tích + , nằm ở trung tâm nguyên tử, chứa proton và neutron.

- Hạt electron mang điện tích - ,di chuyển theo quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân.

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

1. GIỚI THIỆU VỀ THÍ NGHIỆM TÁN XẠ HẠT ALPHA

Thảo luận 1: Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, nguồn phát hạt alpha trong thí nghiệm phải được đặt trong buồng chứa được hút chân không. Hãy cho biết, nếu buồng chứa không được hút chân không (còn chứa không khí) thì kết quả thí nghiệm sẽ bị ảnh hưởng như thế nào?

Đáp án chuẩn:

Các điện tích dương của hạt alpha sẽ bị hút bởi các hạt electron của nguyên tử khí đó nếu buồng chứa có lẫn không khí.

Thảo luận 2: Từ kết quả thí nghiệm tán xạ của Rutherford, thảo luận để trả lời câu hỏi:

a) Nguyên tử có cấu trục đặc hoàn toàn như mô hình của Thompson không? Giải thích.

b) Nguyên nhân nào có thể số ít hạt alpha bị lệch khỏi phương truyền thẳng (bị tán xạ)?

Đáp án chuẩn:

a) Không có cấu trục đặc hoàn toàn. Vì phần lớn các hạt alpha xuyên thẳng qua tấm vàng mỏng mà không xảy ra tương tác với nguyên tử vàng.

b) Do đã tương tác với các hạt khác mang điện tích dương nằm bên trong nguyên tử vàng.

Vận dụng: Tìm hiểu và trình bày sơ lược về mô hình nguyên tử hiện đại.

Đáp án chuẩn:

- Nguyên tử gồm một hạt nhân nhỏ, mang điện tích dương có các e di chuyển xung quanh trên các quỹ đạo tròn 

- Khi đang ở một quỹ đạo dừng nào đó, e có năng lượng xác định

- Nguyên tử chỉ hấp thu hay phát xạ năng lượng khi e chuyển từ quỹ đạo dừng này sang quỹ đạo dừng khác.

2. HẠT NHÂN CỦA NGUYÊN TỬ

Thảo luận 3: Nêu những tính chất cơ bản của các hạt proton và neutron.

Đáp án chuẩn:

- Proton (p), điện tích dương,  q_p = +e 1,6.10^-19 C và có m_p 1,673.10^-27 kg.

- Neutron ( n) , trung hòa về điện, có m_n 1,675.10^-27 kg.

Thảo luận 4: Dựa vào Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, xác định số hiệu nguyên tử các hạt nhân của nguyên tử đối với nguyên tố carbon (C), sắt (Fe) và vàng (Au).

Đáp án chuẩn:

6; 26; 79

Thảo luận 5: Hãy biểu diễn kí hiệu hạt nhân của năm nguyên tố trong Bảng 14.1.

Đáp án chuẩn:

₁¹H; ₂⁴He; ₃⁷Li; ₆¹²C; ₇¹⁴N

Thảo luận 6: So sánh bán kính hạt nhân của hai đồng vị của nguyên tố carbon: ₆¹²C, ₆¹⁴C.

Đáp án chuẩn:

A_12C < A_14C → r_12C < r_14C

Luyện tập:

a) Hãy nêu tên gọi, số hiệu nguyên tử, số khối và số neutron của các hạt nhân sau: ₁¹H, ₂⁴He, ₁₂²⁴Mg, ₂₀⁴⁰Ca.

b) Hãy viết kí hiệu hạt nhân X, biết trong hạt nhân X có 14 neutron và 13 proton. Dựa vào Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, hãy gọi tên nguyên tố X.

Đáp án chuẩn:

a) 

b) ₁₃²⁷Al - nhôm

Vận dụng: Tìm hiểu về lịch sử khám phá hạt proton và neutron trong hạt nhân.

Đáp án chuẩn:

* Hạt proton:  

+ Ernest Rutherford là người đầu tiên khám phá ra proton. 

+ Năm 1918, ông nhận thấy rằng khi các hạt alpha bắn vào hơi nitơ, máy đo sự nhấp nháy chỉ ra dấu hiệu của hạt nhân hydro. Ông tin rằng hạt nhân hydro này chỉ có thể đến từ nitơ, vì vậy nitơ phải chứa hạt nhân hydro.

* Hạt neutron: 

+ Năm 1932, James đã tiến hành một thử nghiệm tán xạ các hạt alpha bằng cách bắn phá các hạt này bằng tia berili. 

+ Ông phát hiện ra bên trong hạt nhân nguyên tử có các hạt trung tính, mà sau này ông đặt tên là hạt neutron.

BÀI TẬP

1. Hạt nhân nguyên tử có thể được cấu tạo từ

A. nucleon, electron.                                      B. proton, electron.

C. neutron, electron.                                      D. proton, neutron.

Đáp án chuẩn:

Đáp án D.

2. Các hạt nhân đồng vị là những hạt nhân có

A. số neutron và bán kính hạt nhân bằng nhau.

B. số proton bằng nhau nhưng khác số neutron.

C. số neutron bằng nhau nhưng khác số proton.

D. số proton và bán kính hạt nhân bằng nhau.

Đáp án chuẩn:

Đáp án B.

3. Tìm số proton và số neutron trong các hạt nhân sau đây: ₃⁷Li, ₁₉³⁹K, ₆¹²C, ₁²H, ₁₅³¹P.

Đáp án chuẩn:

4. Một hạt nhân X có điện tích hạt nhân là +26e và số neutron nhiều hơn số proton là 2. Hãy gọi tên hạt nhân và viết kí hiệu hạt nhân X.

Đáp án chuẩn:

₂₆⁵⁴Fe – Sắt