Tính khối lượng của nguyên tử là một dạng bài phổ quát trong Khóa học học môn Hóa học tại Việt Nam. Vậy khối lượng của nguyên tử là gì? Phương pháp tính khối lượng nguyên tử ra sao? Hãy theo dõi nội dung bài viết về sau của chúng tôi để được trả lời.

Bạn Đang Xem: Khối lượng của nguyên tử là gì? Cách tính khối lượng nguyên tử?

1. Nguyên tử là gì?

Về khái niệm, nguyên tử được hiểu là một đơn vị cơ bản của vật chất và được dùng làm xác định cấu trúc của khá nhiều yếu tố. Mỗi nguyên tử chứa một hạt nhân ở trung tâm và xung quanh được bao quanh bởi đám mây điện tích âm các electron. Nguyên tử rất nhỏ với đường kính chỉ tầm vài phần mười của nano mét.

Nguyên tử được kết cấu bởi ba loại hạt đó là: Proton, neutron và electron.

Trong số đó, Proton và neutron có khối lượng nặng hơn electron rất nhiều và chúng trú ngụ trong tâm của nguyên tử hay còn được gọi là hạt nhân. Còn electron thì lại cực kỳ nhẹ và tồn tại trong một đám mây bao xung quanh hạt nhân. Đám mây electron này còn có nửa đường kính lớn gấp 10.000 lần hạt nhân.

Protron và neutron có trọng lượng xấp xỉ bằng nhau. Một proton lại sở hữu trọng lượng nặng tới 1.800 electron.

Các nguyên tử tham gia cấu thành nên những trạng thái vật chất khác nhau và phụ thuộc rất nhiều vào các ĐK vật lý như: xác suất, nhiệt độ và áp suất. Lúc các ĐK này thay đổi đến một ĐK giới hạn thì sẽ xẩy ra sự chuyển pha vật chất giữ các pha, rắn, khí, lỏng và Plasma. Trong một trạng thái, vật liệu cũng sẽ thể hiện những hình dáng thù khác nhau.

Ví dụ: Với Carbon rắn nó có thể hiện như: graphene, graphite hay xoàn.

1.1. Proton:

Proton là hạt điện mang điện dương được tìm thấy trong hạt nhân nguyên tử. Nó được Ernest Rutherford phát hiện trong các thí nghiệm được tiến hành từ thời điểm năm 1911 đến 1919. Số lượng proton trong nguyên tử sẽ giúp xác định nó là yếu tố nào.

Ví dụ: Nguyên tử cacbon có 6 proton, nguyên tử oxi có 8 proton, nguyên tử hiđro có một proton. Số lượng proton trong một nguyên tử được gọi là số nguyên tử của yếu tố đó.

Proton được tạo thành từ những hạt khác mang tên gọi là quark. Mỗi proton thường có ba quark, hai quark “lên” và một quark “xuống” và chúng được liên kết lại với nhau bởi những hạt khác nữa gọi là gluon.

1.2. Neutron:

Neutron là hạt không mang điện được phát hiện ra ở trong hạt nhân nguyên tử. Khối lượng của một neutron thì sẽ to hơn khối lượng của một proton. Tương tự như proton thì neutron cũng được kết cấu từ quark – một quark “lên” và hai quark “xuống”. Neutron được khám phá ra bởi nhà Vật Lý người Anh – James Chadwick vào năm 1932.

1.3. Electron:

Electron có điện tích âm sẽ bị hút điện về phía các proton tích điện dương. Các Electron bao xung quanh hạt nhân nguyên tử trong những lộ trình được gọi là orbital. Các orbital bên trong vây xung quanh nguyên tử có hình dáng cầu, còn những orbital phía ngoài thì phức tạp hơn.

Cấu hình electron của một nguyên tử là mô tả orbital đến vị trí của khá nhiều electron trong một nguyên tử không bị kích thích. Do vậy nhờ vào việc sử dụng cấu hình electron và các nguyên lí vật lí thì những nhà hóa học có thể dự đoán các tính chất của một nguyên tử, ví dụ: độ ổn định, điểm sôi và độ dẫn.

2. Khối lượng của nguyên tử là gì?

Phần lớn khối lượng của nguyên tử là vì sự đóng góp của proton và neuton trong hạt nhân của nó. Tổng những hạt này trong một nguyên tử được gọi là số khối. Số khối chỉ đơn giản là một số tự nhiên và có đơn vị là nucleon.

Ví dụ: Số khối của “Cacbon-12” nên nó sẽ sở hữu được 12 nucleon (trong đó có 6 proton và 6 neuton).

Khối lượng thực của nguyên tử khi nó đứng yên thường được trình diễn bằng đơn vị khối lượng của nguyên tử kí hiệu “u” hoặc dalton (Da). Đơn vị này được xác định bằng 1/12 khối lượng nghỉ của nguyên tử tự do trung hòa điện cacbon – 12 với khối lượng gần bằng 1.66 x 10−27 Kg. Với những nguyên tử nặng nhất thì nó cũng quá nhẹ để các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu trực tiếp và đơn vị khối lượng của nó cũng tương đối rườm rà.

3. Phương pháp tính khối lượng nguyên tử:

Trong hệ giám sát và đo lường quốc tế 1u = 1/NA gram = 1/(1000NA)kg (Với NA là hằng số Avogadro)

1u ≈ 1.66053886 x 10-27kg

1u ≈ 1.6605 x 10-24g

Công thức tính khối lượng riêng của nguyên tử là d = m/V

Xem Thêm : KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ MẠNG ĐIỆN

1mol nguyên tử chứa N = 6,02.1023 nguyên tử

Khối lượng của khá nhiều hạt kết cấu nên nguyên tử:

– Khối lượng của một electron: me = 9,1094.10-31 kg.

– Khối lượng của một proton: mp = 1,6726.10-27 kg.

– Khối lượng của một nơtron: mn = 1,6748.10-27 kg.

Vậy phương pháp tính khối lượng nguyên tử hóa 10 là công thức sau:

m (nguyên tử) = m (p) x n (p) + m (n) x n (n)

Cần nhớ:

1u = 1,6605. 10-27 kg

1Å = 10-8cm = 10-10 m

Khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng nguyên tử tuyệt đối :

– Khối lượng tuyệt đối (m) của nguyên tử là khối lượng thực của nguyên tử (rất nhỏ)

– Khối lượng tương đối của nguyên tử (M) là khối lượng nguyên tử tính theo đơn vị Cacbon (đvC) hay còn gọi là khối lượng mol.

Quy ước: 1đvC = 1u = 1/12 khối lượng tuyệt đối của 12C = 1,66 . 10-24 g

Quan hệ giữa khối lượng tương đối và khối lượng tuyệt đối : m = 1,66.10-24M (gam) hoặc m = M/(6,023.1023) (gam)

– Nguyên tử có hình dáng cầu có thể tích V = 4/3πr3 (r là nửa đường kính nguyên tử).

– Khối lượng riêng của nguyên tử d = m/V .

– 1 mol nguyên tử chứa N = 6,02.1023 nguyên tử

Nhận xét: Proton và nơtron có khối lượng xấp xỉ nhau và chúng to hơn khối lượng của electron khoảng tầm 1836 lần, do đó có thể coi khối lượng của nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân nguyên tử (khối lượng của khá nhiều electron là không đáng kể, có thể bỏ qua).

Nguyên tử có khối lượng vô cùng nhỏ bé, nếu tính bằng đơn vị gam thì số trị quá nhỏ, không tiện sử dụng. Do đó, quy ước lấy 1/12 khối lượng của nguyên tử C làm đơn vị khối lượng cho nguyên tử, gọi là đơn vị cacbon, viết tắt là đvC, kí hiệu quốc tế là u.

Lưu ý: Khối lượng tính bằng đơn vị cacbon chỉ là khối lượng tương đối giữa các nguyên tử. Người ta gọi khối lượng này là nguyên tử khối.

4. Nguyên tử khối của một số yếu tố thường gặp:

Số proton Tên yếu tố Kí hiệu hóa học Nguyên tử khối Hóa trị 1 Hiđro H 1 I 2 Heli He 4 3 Liti Li 7 I 4 Beri Be 9 II 5 Bo B 11 III 6 Cacbon C 12 IV, II 7 Nitơ N 14 III, II, IV… 8 Oxi O 16 II 9 Flo F 19 I 10 Neon Ne 20 11 Natri Na 23 I 12 Magie Mg 24 II 13 Nhôm Al 27 III 14 Silic Si 28 IV 15 Photpho P. 31 III, V 16 Lưu huỳnh S 32 II, IV,VI 17 Clo Cl 35,5 I, … 18 Agon Ar 39,9 19 Kali K 39 I 20 Canxi Ca 40 II . . . 24 Crom Cr 52 II, III, … 25 Mangan Mn 55 II, IV, VII… 26 Sắt Fe 56 II, III 29 Đồng Cu 64 I, II 30 Kẽm Zn 65 II 35 Brom Br 80 I, … 47 Bạc Bẽo Ag 108 I 56 Bari Ba 137 II 80 Thủy ngân Hg 201 I, II 82 Chì Pb 207 II, IV

5. Cách học thuộc nguyên tử khối của khá nhiều yếu tố hóa học:

Xem Thêm : "Con Ghẹ" trong Tiếng Anh là gì: Định Nghĩa, Ví Dụ Anh Việt

Việc học thuộc bảng nguyên tử khối của khá nhiều chất hóa học thường khá khó khăn khi đối chiếu với các em học trò. Vì vậy, sau đây chúng tôi sẽ chỉ ra một vài phương pháp giúp học thuộc bảng nguyên tử khối nhanh và dễ dàng hơn:

5.1. Làm nhiều các bài tập hóa học:

Các bài tập môn hóa học thì vô cùng đa dạng, chúng yên cầu các em học trò phải thật siêng năng, làm đi làm việc lại nhiều lần, động não suy nghĩ. Khi mới làm quen với bảng tuần hoàn hóa học thì đây là cách học thuộc nguyên tử khối đơn giản mà hiệu quả nhất.

Những nguyên tử khối thường sẽ cho ở đầu mỗi bài tập hóa học. Vậy nên, việc rèn luyện bài tập nhiều sẽ giúp em tự động hóa ghi nhớ mà không cần học vẹt.

5.2. Học thuộc thông qua bài ca nguyên tử khối:

Học thuộc một tri thức qua bài hát luôn là phương pháp dễ học, dễ nhớ nhất khi đối chiếu với các em học trò. Hiện nay, có rất nhiều những bài thơ chế của bảng nguyên tử khối hay. Mỗi câu thơ đều phải sở hữu liên quan tới các yếu tố hóa học và đi kèm với nguyên tử khối của chúng. Đặc điểm của khá nhiều bài thơ là siêu dễ nhớ, các bạn chỉ có đọc qua vài lần là có thể thuộc làu từng câu chữ, từ đó có thể tiếp thu nguyên tử khối của khá nhiều yếu tố một cách nhanh nhất và cực kỳ hiệu quả.

Những câu thơ có vần điệu rất dễ đi sâu vào bộ nhớ con người. Từ này mà môn Hóa học cũng trở thành vô cùng thú vị và bớt khó khăn đi nhiều. Sau đây là ví dụ về một vài bài thơ ngắn

– Hidro số 1 bạn ơi/Liti số 7 nhớ ngay dễ dàng/Cacbon thì nhớ 12/Nito 14 bạn thời chớ quên/Oxy 16 trăng lên/Flo 19 vương vít riêng sầu,…

– Hidro là 1 trong những/12 cột Cacbon/Nitơ 14 tròn/Oxi trăng 16/Natri hay láu táu/Nhảy tót lên 23/Khiến Magie gần nhà/Ngậm ngùi nhận 24/27 nhôm la lớn,…

6. Bài tập tính khối lượng nguyên tử và lời giải rõ ràng:

Bài tập 1: Cho nguyên tử kali là 22 proton, 23 notron và 23 electron. Tính khối lượng tuyệt đối của một nguyên tử kali

Lời giải

Khối lượng 22p là: 1,6726 . 10-27 . 22 = 3,67972.10-26 (kg)

Khối lượng 23e là: 9,1094 . 10-31 . 23 = 2.095162.10-29 (kg)

Khối lượng 23n là: 1,6748 . 10-27 . 23 = 3,85204.10-26 (kg)

Như vậy khối lượng nguyên tử tuyệt đối của một nguyên tử K là:

3,67972.10-26 + 2.095162.10-29 + 3,85204.10-26 = 7,533855162 . 10-26

Bài tập 2: Nguyên tử khối của neon là 21,189. Hãy tính khối lượng của mỗi nguyên tử neon theo kg

Lời giải

Khối lượng của một nguyên tử neon theo kg là:

M = 21,189 . 1,6605 . 10-27 = 3,51843345.10-26

Bài tập 3: Theo khái niệm, số Avogadro là một số bằng số nguyên tử đồng vị 13C có trong 13g đồng vị 13C. Số Avogadro được kí hiệu là N, N có mức giá trị là 6,023.1023. Khối lượng của nguyên tử 13C bằng bao nhiêu?

Lời giải

Khối lượng của một nguyên tử cacbon 13 là:

Mc = 13/ (6,023 . 1023) = 2,158392827 . 10-23