Chương 1 bao gồm các kiến thức Sơ lược về cầu tạo của chất: Câu tạo nguyên tử; Các mẫu nguyên tử của Thomson, Rutherfor và mẫu nguyên tử của Bohr; Cấu tạo hạt nhân nguyên tử; Sơ lược về cầu tạo hạt nhân; Phản ứng hạt nhân và các định luật xảy ra trong các phản ứng hạt nhân. Sơ lược về câu tạo của chất 1. Thuyết cấu tạo phân tử Mọi vật chất được cấu tạo bởi các hạt vô cùng nhỏ bé gọi là các phân tử, các phân tử được tạo nên bởi các nguyên tử: - Các hạt phân tử, nguyên tử vô cùng nhỏ bé, mắt thương không nhìn thấy được - Các hạt phân tử luôn chuyên động hỗn độn không ngừng, nhiệt độ càng tăng các phân tử chuyển động càng nhanh. - Giữa các phân tử luôn có khoảng cách - Các lực tương tác giữa các phân tử là lực hút hoặc lực day.
Chuyễn động Brown và cách giải thích bằng chuyển động nhiệt của phân tử + Mô tả chuyên động Brown Năm 1827, Brown trong khi quan sát các hạt phấn hoa trong nước bằng kính hiển vi đã phát hiện ra rằng các hạt phân hoa chuyên động không ngừng. Hiện tượng này gọi là chuyển động Brown. Quỹ đạo chuyển động là một đường gãy khúc không theo quy luật nào cả. Chuyển động Brown phụ thuộc vào kích thước hạt, nhiệt độ môi trường, độ nhớt môi trường.
+ Giải thích chuyển động Brown Tại sao các hạt Brown chuyên động hỗn loạn không ngừng? Hình 11: Chuyển động Brawn Gợi ý: Giải thích trên cơ sở chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên môi trường và tính chất vĩ mô của môi trường. Tóm lại, nguyên nhân của chuyên động Brown là chuyên động nhiệt của phân tử (hay nguyên tử) của môi trường. Ngược lại, chuyên động Brown là một sự kiện thực nghiệm rất quan trọng chứng tỏ sự ton tai chuyén động nhiệt của các hat cau tao nén m6i truong. Cấu tạo nguyên tử 1.
Mẫu nguyên tử Thomson, Rutherfor a) Mô hình nguyên tử Thomson Năm 1903, nhà vật lí học người Anh JJ. Thomson - cũng chính là người đã tìm thấy electron - đưa ra mô hình nguyên tử đầu tiên. Ông cho rằng nguyên tử có đạng hình cầu với kích thước vao bac angstrom (1A = 107° m) tich điện dương dưới dạng một môi trường đồng chất, còn các electron thì phân bố rải rác và các hạt electron ngẫu nhiên bên trong mỗi nguyên tử. Điện tích đương của môi trường và điện tích âm của các electron cân bằng nhau để đảm bảo tính trung hòa về điện của nguyên tử.
Mô hình nguyên tử của Thomson đã được công nhận trên thế giới vì đã đưa ra ánh sáng đâu tiên về câu hinh cua cac proton va electron trong cau tric cla nguyên tử. Trong một thời gian dài, mẫu nguyên tử của Thomson đã tồn tại với hình thức bề ngoài có vẻ hợp lí như vậy. Để diễn đạt nó, Thomson đã so sánh mô hình của mình với bánh pudding mận. Tuy nhiên, do một số tranh cãi giữa các nhà khoa học (lý thuyết và thực nghiệm) về sự phân bổ điện tích trong nguyên tử, mô hình nguyên tử của Thomson đã bị vô hiệu vào năm 1911.
Bởi vì, muốn khẳng định mô hình này có thực sự đúng đắn hay không, cần phải tiến hành những thí nghiệm có khả năng thăm dò sâu vảo tận bên trong nguyên tử. Tám năm sau (1911), người ta mới thực hiện được một thí nghiệm như thé. Theo sự chỉ đạo của Rutherford (vốn là học trò và trở thành người cộng tác của Thomson), thí nghiệm do Geiger và Marsden thực hiện nhằm kiểm chứng mẫu Thomson va tìm hiểu xem cấu trúc bên trong nguyên tử thực sự là như thế nao. Mô hình nguyên tử Thomson được mô tả dựa trên ba nội dung chính: + Nguyên tử được cấu tạo từ các electron.
+ Electron là các hạt tích điện âm. + Các nguyên tử được tích điện trung tính.2: Mô hình nguyên tử Thomson [9} Thomson dé xuat rằng vì các electron tích điện âm và các nguyên tử tích điện trung tính, nên có một điện tích dương trong nguyên tử để trung hòa điện tích âm của electron. Ông đề xuất rằng nguyên tử là có cấu trúc hình cầu và điện tử rắn, tích điện dương, được nhúng trong quả cầu đó. Vì cấu trúc này trông giống như một cái bánh pudding với mận nằm rải rác trên nó, nên nó được gọi là cấu trúc bánh mận của nguyên tử.
Tuy nhiên, cấu trúc này đã bị bác bỏ sau khi phát hiện hạt nhân nguyên tử. b) Hạn chế của mô hình nguyên tử Thomson - Không có chỉ tiết về hạt nhân nguyên tử. - Không có chỉ tiết về quỹ đạo nguyên tử. - Không có lời giải thích về các proton hoặc neutron.
- Xác định rằng nguyên tử có sự phân bồ khối lượng đồng đều, điều đó là sai. ©) Mô hình nguyên tử cua Rutherford Mô hình Rutherford được đề xuất bởi Ernst Rutherford sau khi phát hiện ra hạt nhân nguyên tử. Mô hình nguyên tử của Rutherford mô tả rằng nguyên tử bao gồm một hạt nhân nguyên tử và các electron bao quanh hạt nhân. Mô hình này đưa ra đã khắc phục hạn chế của mô hình nguyên tử Thomson.
Thí nghiệm lá vàng đã được Rutherford cùng các cộng sự sử dụng để đề xuất mô hình nguyên tử. Trong thí nghiệm này, các hạt alpha bị bắn phá qua một lá vàng; họ dự kiến sẽ đi thăng qua lá vàng. Nhưng thay vì xuyên thẳng qua lá vàng, các hạt alpha đã lệch theo các hướng khác nhau. Thí nghiệm này chỉ ra rằng có một vật liệu rắn tích điện dương ở giữa nguyên tử trong khi phần còn lại của nguyên tử có nhiều khoảng trống hơn.
Sau thí nghiệm này lõi rấn được đặt tên là hạt nhân. Ernest Rutherford (1871-1937) đưa ra mô hình nguyên tử của ông. Cùng với đồng nghiệp là Hans Geiger và Ernest Mardsen, Rutherford đã đùng một chùm hạt alpha bắn phá một lá vàng mỏng trong thí nghiệm mang tên ông. Hạt alpha là một hạt mang điện đương (+2), có khối lượng khoảng bốn lần khối lượng nguyên tố Hydrogen.
Kết quả thu được cho thấy hầu hết các hạt alpha đi qua lá vàng mà không bị lệch hướng, một số hạt (1/8000 so với số hạt đi thẳng) bị lệch hướng và một số ít hạt bị bật ngược trở lại. Kết quả này cho phép kết luận rằng nguyên tử có cầu tạo rong, các điện tử âm bao quanh một hạt có kích thước rất nhỏ so với kích thước nguyên tố. Trên lá kim loại các phần tử mang điện tích dương phân bố rất thưa thớt vì thế các hạt alpha đi qua lá kim loại đễ đàng. Một số hạt đi gần với các hạt điện tích dương và các hạt này tích điện lớn nên đây hạt alpha đi lệch hướng ban đầu hoặc ngược hướng ban đầu.
Ông gọi đó là hạt nhân. Hạt nhân có các điện tử quay xung quanh giống như các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời, tuy thê tích hạt nhân rất nhỏ so với nguyên tố nhưng phần lớn khối lượng nguyên tố lại tập trung ở trong hạt nhân. Vì thế mà mô hình này còn có cái tên là mẫu hành tinh nguyên tử. Và mô hình nguyén ttr cua Rutherford luc d6 1a proton va neutron tao nén hạt nhân nguyên tố, điện tử chuyên động xung quanh và chiếm phần lớn thê tích của nguyên tố.
Khối lượng của điện tử rất nhỏ so với khối lượng của hạt nhân nguyên tử. Đến lúc đó người ta van không hiểu tại sao điện tử lại có thể ổn định trong nguyên tử mà không bị rơi vào hạt nhân - Preten 1 Ỉ Mele — “” ĩ NntRan o Pha fro Hình 1.3: Mô hình nguyên tử Rutherford Tóm lại ta có thể hình dung tổng quát về cấu tạo mẫu nguyên tử của Rutherford như sau. Nguyên tử gồm một hạt nhân chiếm một thể tích cực nhỏ ở chính giữa, tại đó tập trung điện tích đương và gần như toàn bộ khối lượng của nguyên tử; quanh hạt nhân có các electrôn chuyển động, tổng điện tích âm của các 7 electron bằng điện tích dương của hạt nhân. Nếu nguyên tử có Z electron thì hiển nhiên điện tích dương của hạt nhân sẽ là Z|e|.
So sánh kết quả thực nghiệm với lí thuyết, người ta phát hiện thấy một điều đặc sắc. ấy trùng với nguyên tử số của nguyên tố kim loại, cụ thể trong thí nghiệm tán xạ hạt œ trên lá vàng thì kết quả cho thấy Z = 79. Như vậy có thể nói rằng sự sắp xếp thứ tự của các nguyên tổ hóa học trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev thực chất do số electron của mỗi nguyên tố quyết định. Ngoài ra, nếu vận dụng các định luật cơ học cho chuyên động của electron trong trường lực xuyên tâm, người ta cho rằng các electron cũng phải quay quanh hạt nhân trên những quỹ đạo elip (trường hợp đặc biệt là tròn) giống như chuyên động của các hành tinh quanh Mặt Trời trong thái dương hệ.
Vì thế mẫu nguyên tử của Rutherford còn được gọi là mẫu hành tinh nguyên tử. Sự khác biệt duy nhất giữa hai hệ thống chỉ ở lực tương tác: đối với nguyên tử là lực tĩnh điện; còn đối với thái đương hệ là lực hấp dẫn. d) Những hạn chế của mô hình nguyên tử Rutherford Tuy nhiên, từ mẫu nguyên tử của Rutherford cũng nảy sinh một số mâu thuẫn không thê giải thích nổi. Trước tiên, theo lí thuyết điện động lực học, một hạt mang điện chuyên động có gia tốc sẽ liên tục bức xạ sóng điện từ: như vậy electron khi chuyên động quay quanh hạt nhân sẽ bức xạ sóng điện từ có tần số bằng tần số quay của nó.
Như vậy phổ phát xạ của nguyên tử phải là phổ liên tục, trong khi thực nghiệm lại xác nhận phổ phát xạ của nguyên tử bao giờ cũng là phổ vạch (gián đoạn). Mặt khác, khi electron bức xạ điện từ liên tục thì năng lượng của nó cũng giảm liên tục, dẫn đến kết quả là quỹ đạo của electron bị thu hẹp dần theo đường xoáy Ốc, cuối cùng nó sẽ rơi vào hạt nhân và nguyên tử bị phá hủy. Phép tính cho thấy quá trình này chỉ diễn ra trong khoảng thời gian nhỏ hơn 10s và toàn bộ thé giới vật chất quanh ta không còn tồn tại. Những mâu thuẫn trên đòi hỏi phải xây dựng những lí thuyết mới làm căn cứ để giải thích.
Sau đó, mô hình Rutherford cũng bị từ chối vì không thê giải thích được tại sao các hạt nhân và electron tích điện dương không bị hút vào nhau. e) Su khác biệt giữa mô hình nguyén tr Thomson va Rutherford + Dinh nghia Mô hình nguyên tử Thomson: Mô hình Thomson của các nguyên tử nói rằng các electron được nhúng trong một vật liệu ran tích điện dương có dạng hình cầu.