BÀI 21. CẤU TRÚC HẠT NHÂN

KHỞI ĐỘNG

Kích thước nguyên tử nhỏ tới mức kính hiển vi quang học hiện đại nhất cũng không thể giúp chúng ta quan sát rõ. Hạt nhân có kích thước còn nhỏ hơn rất nhiều ( khoảng 0,0001 lần) so với nguyên tử. Các nhà khoa học đã làm thế nào để phát hiện ra điều đó?

Đáp án chuẩn:

- Thí nghiệm Geiger-Marsden (1919): Bắn phá một lá vàng mỏng bằng chùm hạt alpha (α) có năng lượng cao.

- Thí nghiệm Rutherford (1911):Sử dụng thí nghiệm Geiger-Marsden và phân tích quỹ đạo của các hạt alpha bị lệch hướng.

I. THÍ NGHIỆM TÁN XẠ HẠT ALPHA

Hoạt động 1: Dựa vào kết quả thí nghiệm tán xạ hạt để trả lời các câu hỏi sau:

a) Tần suất đốm sáng xuất hiện khi kính hiển vi ở vị trí (1) (vị trí đối diện với nguồn phát tia – Hình 21.2 b) là lớn nhất chứng tỏ điều gì.

b) Tại sao có một số hạt đổi hướng chuyển động khi đi qua lá vàng?

c) Số hạt không đi qua lá vàng mà bật lại tới vị trí (2) với tần suất chỉ bằng 

10^-4 lần tần suất hạt đi qua lá vàng tới vị trí (1) chứng tỏ điều gì?

Đáp án chuẩn:

a) Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng. 

b) Vì va chạm với hạt nhân nguyên tử. Khi hạt alpha va chạm với hạt nhân, do tương tác điện tích dương, hạt alpha có thể bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược.

c) Hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ. 

Hoạt động 2: Dựa trên thí nghiệm tán xạ hạt , Rutherford đề xuất một mô hình hành tinh nguyên tử (Hình 21.5 a).

a) Mô tả mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford.

b) Giải thích mô hình cấu tạo nguyên tử của Rutherford dựa vào các câu trả lời ở ý 1.

Đáp án chuẩn:

a)

- Hạt nhân: nằm ở trung tâm nguyên tử, mang điện tích dương và tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử.

- Electron: chuyển động xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo tròn, giống như các hành tinh quay quanh mặt trời.

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

- Lực hút: Lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân mang điện tích dương và electron mang điện tích âm giữ cho nguyên tử bền vững.

b) Kết quả:

- Hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng.

- Một số ít hạt alpha bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược lại.

Vì: 

- Phần lớn nguyên tử là không gian trống, do đó các hạt alpha có thể đi qua lá vàng mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.

- Khi hạt alpha va chạm với hạt nhân, do tương tác điện tích dương, hạt alpha có thể bị lệch hướng hoặc phản xạ ngược lại.

Mô hình hành tinh nguyên tử:

- Giải thích được kết quả thí nghiệm tán xạ alpha.

- Mô tả cấu trúc nguyên tử với hạt nhân ở trung tâm và electron chuyển động xung quanh.

II. NUCLEON VÀ KÍ HIỆU HẠT NHÂN

1. Nucleon

Câu hỏi 1: Xác định khối lượng của proton và neutron theo đơn vị amu.

Đáp án chuẩn:

;

Câu hỏi 2: Công thức 21.1 cho kết quả tốt hơn với A>12. Nghiệm lại sự chính xác của công thức này cho các hạt nhân trong Bảng 21.1

Đáp án chuẩn:

Công thức trên chỉ là một công thức xấp xỉ. 

2. Kí hiệu hạt nhân

Câu hỏi 1: Trong kí hiệu hạt nhân, đại lượng N= A – Z cho biết số lượng của loại hạt nào trong hạt nhân? Vì sao?

Đáp án chuẩn:

Số lượng của neutron.

Vì A là số khối, đại diện cho số proton và neutron trong hạt nhân. Z là số hiệu nguyên tử, đại diện cho số lượng proton trong hạt nhân.

Câu hỏi 2: Bằng cách nào có thể tìm được số Z và số N của hạt nhân có kí hiệu dạng ^AX ?

Đáp án chuẩn:

Số neutron (N): N = A – Z 

Dùng bảng tuần hoàn để xác định số N

Câu hỏi 3: Viết kí hiệu hạt nhân vàng (Au), helium (He) và nitrogen (N) , biết rằng số lượng nucleon của các hạt nhân này lần lượt là 197, 4 và 14

Đáp án chuẩn:

; ;

3. Đồng vị

Câu hỏi: Giải thích tại sao các chất cấu tạo từ cùng một loại nguyên tố nhưng khối lượng riêng vẫn có thể khác nhau.

Đáp án chuẩn:

- Cấu trúc tinh thể: tồn tại ở dạng tinh thể khác nhau, dẫn đến mật độ khác nhau.

- Nhiệt độ: khi nhiệt độ tăng, các nguyên tử trong chất chuyển động mạnh hơn, làm tăng khoảng cách giữa các nguyên tử, dẫn đến giảm mật độ và khối lượng riêng.

- Áp suất: áp suất cao làm giảm khoảng cách giữa các nguyên tử, dẫn đến tăng mật độ và khối lượng riêng.

- Đồng vị: các nguyên tố có thể có đồng vị, là các nguyên tử cùng số hiệu nguyên tử nhưng có số neutron khác nhau.

Em có thể: 

- Giải thích được thế giới vật chất vĩ mô đa dạng quanh ta đều được tạo thành bởi các hạt proton, neutron và electron.

- Đánh giá được kích thước của hạt nhân từ thí nghiệm tán xạ hạt

Đáp án chuẩn:

- Giải thích:

 Cấu tạo nguyên tử: Nguyên tử là đơn vị cấu tạo nên vật chất, bao gồm hạt nhân và các electron quay xung quanh. Hạt nhân nguyên tử bao gồm proton và neutron. Electron mang điện tích (-) , proton mang điện tích (+), neutron không mang điện. Số lượng neutron (N) có thể thay đổi, tạo ra các đồng vị của cùng một nguyên tố.

- Đánh giá: hạt nhân nguyên tử có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tử.