Thành phần cấu tạo nguyên tử - Kiến thức và bài tập tổng hợp

Thành phần cấu tạo nguyên tử: Lý thuyết và Bài tập tổng hợp có đáp án chi tiết.
1. Khái niệm thành phần cấu tạo nguyên tử:
1.1. Nguyên tử là gì?
Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất, bao gồm những hạt vô cùng nhỏ và trung hòa về điện. Nguyên tử bao gồm một hạt nhân ở trung tâm và được bao bọc bởi đám mây điện tích âm electron.
Những nguyên tử thường có kích thước rất nhỏ, đường kính chỉ bằng vài phần mười của nano mét. Nguyên tử kí hiệu là Z (tiếng Đức là Zahl)
1.2. Thành phần cấu tạo nguyên tử gồm những gì?
Thành phần cấu tạo của nguyên tử gồm 2 lớp: Vỏ nguyên tử và hạt nhân

• Vỏ nguyên tử là những electron mang điện tích âm
• Hạt nguyên tử là những hạt mang điện tích dương là hạt proton và không mang điện notron.

Như vậy, cấu tạo nguyên tử gồm 3 loại hạt đó là: electron, proton và notron. Trong đó, số electron bằng với số proton, trọng lượng của 1 proto = 1800 electron. Tùy thuộc vào điều kiện vật lý như mật độ, nhiệt độ, áp suất sẽ dẫn đến sự chuyển pha vật chất giữa rắn, lỏng khí và plasma.

2. Mô hình cấu tạo nguyên tử
Sơ đồ tư duy cấu tạo nguyên tử bao gồm lớp vỏ và lớp hạt nhân liên kết với nhau bằng các hạt mang điện tích (-+) và các hạt không mang điện. Có hạt nhận e và hạt nhường e tạo ra liên kết nguyên tử vững chắc.

3. Kích thước và khối lượng của cấu tạo nguyên tử
3.1. Kích thước
Nguyên tử có kích thước cực kỳ nhỏ, đường kính nguyên tử khoảng 10-10 m và của hạt nhân khoảng 10-14 m.
Đơn vị của kích thước nguyên tử là angstron (1Å = 10-10m) hoặc nanomet (1nm = 10-9m)

Đường kính nguyên tử khoảng 10-10 m và của hạt nhân khoảng 10-14 m
3.2. Khối lượng nguyên tử
Khối lượng của nguyên tử tập trung chủ yếu ở hạt nhân, đo đó, khối lượng nguyên tử còn được gọi là khối lượng hạt nhân với đơn vị tính kí hiệu là u(đvC)
Giá trị của 1u(đvC) =1/12 khối lượng của 1 nguyên tử cacbon. Trong đó: Khối lượng nguyên tử cacbon = 19,9265.10-27kg => 1u = 19,9265.10-27kg /12 = 1,6605.10-27kg
4. Sự khác nhau giữa phân tử và nguyên tử
Sau khi nắm được thành phần cấu tạo nguyên tử là gì, chúng ta có thể so sánh được sự khác nhau giữa nguyên tử và phân tử thông qua các dữ liệu sau:

5. Phân lớp e trong cấu tạo nguyên tử
5.1. Lớp e là gì?
Trong cấu tạo nguyên tử, lớp e là các electron có các mức năng lượng gần bằng nhau, thứ tự sắp xếp tăng dần từ mức năng lượng thấp cho đến mức năng lượng cao và được chia thành 7 lớp.

Bảng thống kê số electron Max trong mỗi lớp

5.2. Phân lớp e
Lớp e có 4 phân lớp đó là s, p, d, f và gồm những e có các mức năng lượng bằng nhau.

6. Các dạng bài tập về thành phần cấu tạo nguyên tử
Có 3 dạng bài tập về nguyên tử hay gặp trong sách giáo khoa, đề thi học kỳ và đề thi đại học hóa học mà các bạn học sinh hay gặp. Nắm được lý thuyết phần này sẽ là hành trang giải các bài tập nguyên tử, hạt nhân dễ dàng hơn.
6.1. Xác định nguyên tố
Dựa vào số Z của nguyên tử để xác định được nguyên tử này là nguyên tố hóa học nào
Z=p=e=E
Số khối A = Z + N
Tổng số hạt mang điện là = Z + E = 2Z
Tổng số hạt là = 2Z + N
6.2. Nêu cấu tạo nguyên tử
- Cách 1: Lập phương trình dựa vào cấu tạo vỏ nguyên tử và ion, sau đó giải ra để tìm được số hạt.
- Cách 2: Dựa vào các loại kí hiệu của nguyên tử sau đó suy ra số hạt của mỗi loại nguyên tử
M → Mn + ne (nhường e)
(nhận e) X + me → Xm-
6.3. Viết cấu hình e
Bước 1: Xác định số lượng e có trong nguyên tử
Bước 2: Phân bố các electron với thứ tự mức năng lượng tăng dần
Bước 3: Viết cấu hình của các e theo thứ tự của các phân lớp electron trong cùng một lớp
7. Bài tập thực hành về thành phần cấu tạo nguyên tử:
Bài tập 1: Nêu cấu tạo nguyên tử của lớp hạt nhân gồm các loại hạt nào?
A: electron, proton và nơtron
B: electron và nơtron
C: proton và nơtron
D: electron và proton
Lời Giải: Đáp án C
Bài tập 2: Hạt mang điện tích dương trong cấu tạo nguyên tử và liên kết hóa học là:
A: electron và proton
B: proton
C: proton và notron
D: notron
Lời GIải: Đáp án B
Bài tập 3: Khối lượng nguyên tử cacbon -12 là bao nhiêu?
A: 1u
B: 12 gam
C: 1 đvC
C: 12u
Lời Giải: Đáp án D
Bài tập 4: Hạt nhân X có tổng số hạt cơ bản là 40, tổng số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 12 hạt. Vậy hạt nhân X có số hạt là bao nhiêu?
Lời Giải:

• Trong nguyên tử số p=e nên tổng số hạt sẽ được tính là: 2P + N=40
• Số hạt mang điện tích nhiều hơn số hạt không mang điện tích là 12 => 2P - N = 12
• Giải phương trình ta được: P = 13 và N = 14 => Hạt nhân X có số hạt là P + N = 27 hạt

Bài tập 5: X có tổng số hạt cơ bản là 18. Hãy tính số hạt mang điện tích dương trong X
Lời Giải:

• Theo lý thuyết: Đối với các nguyên tố có Z < 82 thì ta luôn có: 1 ≤ Z/N ≤ 1,5.
• Theo đề bải ta có 2Z + N = 18
• Vì Z< 82 nên ta có 1 ≤ Z/N ≤ 1,5 ⇒ Z ≤ N ≤1,5Z => 5,11 ≤ Z ≤ 6
• Trong đó, Z luôn nguyên => Z = 6
• Kết luận: Số hạt mang điện tích dương trong X là 6 hạt

Bài tập 6: Canxi kim loại có khối lượng riêng là 1,55 g/cm3 . Nếu trong tinh thể canxi các nguyên tử là hình cầu chiếm 74% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe rỗng, cho NTK của Ca là 40đvC, Hãy tính bán kính nguyên tử canxi
Lời Giải:

• Ta có 1cm3 tinh thể canxi có khối lượng 1,55 gam, tổng thể tích các nguyên tử canxi là 0,74cm3
• 1,55 gam canxi tương ứng với 0,03875 mol hay 2,325.1022 nguyên tử.
• Thể tích 1 nguyên tử canxi là 3,18.10-23 cm3. Mà coi nguyên tử là hình cầu vậy bán kính nguyên tử canxi là 1,96.10-8 cm hay 0,196nm.

Nắm được các thành phần cấu tạo nguyên tử bao gồm những gì sẽ giúp bạn có thêm lý thuyết và vận dụng vào làm bài tập cho kết quả chính xác nhất.