Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất và xác định cấu trúc của các nguyên tố. Nguyên tử được cấu tạo từ ba loại hạt: proton, neutron, và electron.
Proton và neutron thì nặng hơn electron và cư trú trong tâm của nguyên tử, nơi được gọi là hạt nhân. Electron thì cực kì nhẹ và tồn tại trong một đám mây vây xung quanh hạt nhân. Đám mây electron có bán kính gấp 10.000 lần hạt nhân.
Proton và neutron có khối lượng xấp xỉ nhau. Tuy nhiên, một proton thì nặng hơn 1.800 electron. Nguyên tử luôn luôn có lượng proton và electron bằng nhau, và số lượng proton và neutron thường cũng ngang ngửa nhau. Thêm một proton vào một nguyên tử biến nó thành một nguyên tố mới, còn thêm một neutron vào một nguyên tử biến nó thành một đồng vị của nguyên tử đó.
Cấu trúc của một nguyên tử beryllium: 4 proton, 4 neutron và 4 electron.
Hạt nhân
Hạt nhân được khám phá ra vào năm 1911, nhưng đến năm 1932 thì các bộ phận của nó mới được nhận diện. Hầu như toàn bộ khối lượng của nguyên tử nằm ở hạt nhân. Hạt nhân được giữ lại bằng “lực mạnh”, một trong bốn lực cơ bản trong tự nhiên. Lực này giữa proton và neutron lấn át lực đẩy điện, theo quy tắc điện học, đẩy các proton ra xa nhau.
Proton
Proton là hạt mang điện dương được tìm thấy bên trong hạt nhân nguyên tử. Chúng được khám phá bởi Ernest Rutherford trong các thí nghiệm tiến hành vào năm 1911 đến 1919.
Số lượng proton trong một nguyên tử xác định nguyên tố là nguyên tố gì. Ví dụ, nguyên tử Bảng tuần hoàn các nguyên tố sắp xếp các nguyên tố theo trật tự số nguyên tử tăng dần.
Proton được cấu tạo từ những hạt khác gọi tên là quark. Có ba quark trong mỗi proton – hai quark “lên” (up) và một quark “xuống” (down) – và chúng được giữ lại với nhau bởi những hạt khác nữa gọi là gluon.
Electron
Electron có điện tích âm và bị hút điện về phía các proton tích điện dương. Electron vây xung quanh hạt nhân nguyên tử trong những lộ trình gọi là orbital. Các orbital phía trong vây xung quanh nguyên tử có dạng cầu, còn những orbital phía ngoài thì phức tạp hơn.
Cấu hình electron của một nguyên tử là mô tả orbital của vị trí của các electron trong một nguyên tử không bị kích thích. Sử dụng cấu hình electron và các nguyên lí vật lí, các nhà hóa học có thể dự đoán các tính chất của một nguyên tử, ví dụ như độ ổn định, điểm sôi và độ dẫn.
Thông thường, chỉ những lớp vỏ electron ngoài cùng mới liên quan đến hóa tính. Kí hiệu lớp vỏ electron phía trong thường được cắt xén bằng cách thay mô tả orbital dài dòng bằng kí hiệu cho một chất khí trơ ở trong ngoặc. Phương pháp kí hiệu này làm đơn giản hóa đi rất nhiều mô tả cho những phân tử lớn.
Ví dụ, cấu hình electron cho beryllium (Be) là 1s22s2, nhưng nó thường được viết là [He]2s2. [He] là tương đương cho mọi orbital electron trong một nguyên tử helium. Các kí tự s, p, d và f chỉ rõ hình dạng của các orbital và chỉ số trên cho biết số electron có trong orbital đó.
Neutron
Neutron là hạt không mang điện được tìm thấy trong hạt nhân nguyên tử. Khối lượng của một neutron thì hơi lớn hơn khối lượng của một proton. Giống như proton, neutron cũng được cấu tạo từ quark – một quark “lên” và hai quark “xuống”. Neutron được khám phá ra bởi James Chadwick vào năm 1932.
Đồng vị
Số lượng neutron trong một hạt nhân xác định đồng vị của nguyên tố đó. Ví dụ, hydrogen có ba đồng vị: protium, deuterium và tritium. Protium, kí hiệu là 1H, chinh là hydrogen thường; nó có một proton và một electron, và không có neutron nào. Deuterium (D hay 2H) có một proton, một electron và một neutron. Tritium (T hay 3H) có một proton, một electron và hai neutron.
Nguồn: LiveScience
