Thuyết nguyên tử - Phần 2

Rutherford, cùng với Frederick Soddy, tiếp tục nghiên cứu với các nguyên tố phóng xạ. Đặc biệt, Soddy để ý thấy khi hạt alpha và hạt beta phát ra khỏi nguyên tử, các nguyên tử đó biến đổi theo một trong hai kiểu: (1) nguyên tố đó trở thành một nguyên tố khác hoàn toàn với những phản ứng hóa học hoàn toàn mới, hoặc (2) nguyên tố đó vẫn duy trì những phản ứng hóa học như cũ và quang phổ nguyên tử như cũ nhưng chỉ thay đổi trọng lượng nguyên tử. Ông gọi các nguyên tử thuộc...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuyết nguyên tử - Phần 2 Thuyết nguyên tử - Phần 2Rutherford, cùng với Frederick Soddy, tiếp tục nghiên cứu vớicác nguyên tố phóng xạ. Đặc biệt, Soddy để ý thấy khi hạt alphavà hạt beta phát ra khỏi nguyên tử, các nguyên tử đó biến đổitheo một trong hai kiểu: (1) nguyên tố đó trở thành một nguyêntố khác hoàn toàn với những phản ứng hóa học hoàn toàn mới,hoặc (2) nguyên tố đó vẫn duy trì những phản ứng hóa học nhưcũ và quang phổ nguyên tử như cũ nhưng chỉ thay đổi trọnglượng nguyên tử.Ông gọi các nguyên tử thuộc nhóm thứ hai vừa nói là các đồngvị, những nguyên tử thuộc cùng một nguyên tố với trọng lượngnguyên tử khác nhau. Trong bất kì mẫu nguyên tố tự nhiên nào,có thể có vài loại đồng vị. Kết quả là trọng lượng nguyên tử củamột nguyên tố mà Berzelius tính được thật ra là giá trị trungbình của mọi trọng lượng đồng vị thuộc nguyên tố đó. Đây lànguyên do một số nguyên tố không rơi vào trật tự đúng trênbảng tuần hoàn Mendeleev – trọng lượng nguyên tử trung bìnhphụ thuộc vào mỗi loại đồng vị có mặt bao nhiêu. Soddy đề xuấtđặt các nguyên tố vào bảng tuần hoàn dựa trên sự tương đồngphản ứng hóa học và sau đó đánh số thứ tự chúng. Con số gáncho mỗi nguyên tố theo kiểu này được gọi là số nguyên tử. Sốnguyên tử là phương pháp tiện lợi để chỉ các nguyên tố. + Phóng to hìnhCác đồng vị của hydrogen: hydrogen, deuterium và tritium.Trong khi đó, Thomson tiếp tục nghiên cứu của ông với ốngCrookes. Ông nhận thấy, không những tia cathode gồm nhữngelectron được sinh ra, mà còn gồm những hạt mang điện dương.Sau nhiều nghiên cứu thận trọng, ông đã có thể tách li nhiều loạihạt dương khác nhau bằng trọng lượng. Dựa trên những phép đonày, ông đã có thể xác định một hạt cơ bản, hạt mang điệndương nhỏ nhất được tạo ra, gọi là proton. Vì những hạt nàyđược sinh ra bởi những nguyên tử của cathode và vì Rutherfordđã chứng minh rằng hạt nhân mang điện dương, nên Thomsonnhận thấy hạt nhân nguyên tử phải chứa proton. Một nhà khoahọc trẻ tên là Henry Moseley đã làm thí nghiệm bắn phá nguyêntử thuộc những nguyên tố khác nhau bằng tia X. Giống nhưtrong quang phổ nguyên tử, trong đó nhiệt cấp cho các electronthêm năng lượng, tia X truyền thêm năng lượng cho các protontrong hạt nhân. Và giống như các electron giải phóng ánh sángthuộc những năng lượng nhất định khi chúng nguội đi, hạt nhânphát ra tia X thuộc một năng lượng nhất định khi nó “thôi kíchthích”. Moseley phát hiện thấy năng lượng của tia X phát ra đốivới mỗi nguyên tố tuân theo một mối liên hệ toán học đơn giản.Năng lượng đó phụ thuộc vào số nguyên tử của nguyên tố đó, vàsố nguyên tử tương ứng với số điện tích dương trong hạt nhân.Cho nên trật tự đúng của bảng tuần hoàn hóa học là sắp theo sốproton tăng dần trong hạt nhân nguyên tử. Trong một nguyên tửtrung hòa, số lượng proton bằng số electron. Các electron lànguyên nhân gây ra các phản ứng hóa học. Các nguyên tố thuộccùng một cột của bảng tuần hoàn có sự sắp xếp electron thuộcmức năng lượng cao nhất giống nhau, và đây là nguyên do phảnứng hóa học của chúng giống nhau.Chỉ còn lại một trở ngại nữa. Electron có trọng lượng rất nhỏ,bằng 1/1836 trọng lượng của một proton. Nhưng các protonkhông lí giải nổi toàn bộ trọng lượng nguyên tử của một nguyêntử. Mãi đến năm 1932 thì James Chadwick mới phát hiện ra sựtồn tại của một hạt trong hạt nhân không mang điện tích nhưngcó khối lượng hơi nhỉnh hơn proton một chút. Ông đặt tên chohạt này là neutron. Neutron giải thích cho sự tồn tại của cácđồng vị. Hai nguyên tử thuộc cùng một nguyên tố sẽ có sốproton và electron như nhau, nhưng chúng có thể có số neutronkhác nhau, và vì thế nên trọng lượng nguyên tử khác nhau. Cácđồng vị được đặt tên theo tên của nguyên tố và theo sau đó là sốproton cộng với số neutron có trong hạt nhân. Tổng số proton vàneutron được gọi là số khối. Thí dụ, uranium-235 có 235 protonvà neutron. Chúng ta có thể nhìn vào bảng tuần hoàn hóa học đểtìm số nguyên tử của uranium (92), số nguyên tử cho chúng tabiết proton. Sau đó, làm toán trừ, chúng ta biết đồng vị này có143 neutron. Có một đồng vị khác của uranium, 238U, với 92proton và 146 neutron. Một số kết hợp của proton và neutron thìkém bền hơn những kết hợp khác. Hãy hình dung bạn đang cốgiữ 10 quả bóng bowling trong tay. Sẽ có một số sắp xếp bạn cóthể làm chủ được như vậy. Nhưng giờ hãy thử giữ 11 hoặc 9 quảthôi. Có thể sẽ không còn một sắp xếp bền và bạn sẽ làm rơi cácquả bóng. Điều tương tự xảy ra với các proton và neutron.Những sắp xếp không bền sẽ tự động phân rã, giải phóng cáchạt, cho đến khi đạt tới một cấu trúc bền. Đây là cách thứcnhững hạt phóng xạ như hạt alpha được sinh ra. Hạt alpha gồmhai proton và hai neutron giải phóng ra từ một hạt nhân khôngbền ...