Kiến thức

Nguyên tử là gì? Khám phá lịch sử và cấu thành nguyên tử

Nguyên tử là gì? Khám phá lịch sử và cấu thành nguyên tử
Rate this post

Nguyên tử được ví như cuộc sống chúng ta, nếu con người bắt đầu từ xe hơi, nhà ở, động vật, cây cối và hàng tỷ thứ khác thì nguyên tử cũng có vài chục loại khác nhau giống như một khối xây dựng nhỏ bé. Để hiểu rõ hơn nguyên tử là gì, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn

Nguyên tử là gì?

Nguyên tử là đơn vị cơ bản của vật chất và cấu trúc xác định của các nguyên tố. Trong tiếng anh, nguyên tử là “atoms”, từ này xuất phát từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là không thể chia cắt, bởi vì người ta đã từng nghĩ rằng các nguyên tử là những thứ nhỏ nhất trong vũ trụ và không thể phân chia. Bây giờ chúng ta biết rằng các nguyên tử được tạo thành từ ba hạt: proton, neutron và electron – bao gồm các hạt thậm chí nhỏ hơn như quark.

nguyên tử là gì

Các nguyên tử được tạo ra sau Vụ nổ lớn 13,7 tỷ năm trước. Khi vũ trụ mới nóng lên rồi được làm mát, đó là các điều kiện trở nên phù hợp để các quark và electron hình thành. Các quark kết hợp với nhau để tạo thành proton và neutron, và các hạt này kết hợp thành hạt nhân. Tất cả điều này diễn ra trong vài phút đầu tiên của sự tồn tại của vũ trụ, theo CERN.

Phải mất 380.000 năm để vũ trụ hạ nhiệt đủ để làm chậm các electron để hạt nhân có thể bắt chúng tạo thành các nguyên tử đầu tiên. Các nguyên tử đầu tiên chủ yếu là hydro và heli, vẫn là những nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ. Trọng lực cuối cùng đã khiến các đám mây khí kết lại và tạo thành các ngôi sao, và các nguyên tử nặng hơn đã được tạo ra trong các ngôi sao và được gửi đi khắp vũ trụ khi ngôi sao nổ tung (siêu tân tinh).

Lịch sử về khái niệm nguyên tử

Lý thuyết về nguyên tử có niên đại ít nhất là từ 440 trước Công nguyên đối với Democritus, một nhà khoa học và triết gia Hy Lạp. Democritus rất có thể đã xây dựng lý thuyết nguyên tử của mình dựa trên công trình của các nhà triết học trong quá khứ – theo Andrew G. Van Melsen, tác giả của “Từ nguyên tử đến nguyên tử: Lịch sử của khái niệm nguyên tử”.

Lời giải thích của Democritus về nguyên tử bắt đầu bằng một hòn đá. Một hòn đá cắt làm đôi cho hai nửa viên đá giống nhau. Nếu hòn đá được cắt liên tục, đến một lúc nào đó sẽ tồn tại một mảnh đá đủ nhỏ để nó không còn có thể cắt được nữa. Thuật ngữ “nguyên tử” xuất phát từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là không thể chia cắt, mà Democritus đã kết luận phải là điểm mà tại đó một thực thể (bất kỳ dạng vật chất nào) không thể được phân chia nữa. Lời giải thích của ông bao gồm các ý tưởng các nguyên tử tồn tại tách biệt với nhau, rằng có vô số nguyên tử, các nguyên tử có thể di chuyển, chúng có thể kết hợp với nhau để tạo ra vật chất nhưng không hợp nhất để trở thành một nguyên tử mới và chúng không thể được chia. Tuy nhiên, bởi vì hầu hết các nhà triết học thời đó – đặc biệt là Aristotle có ảnh hưởng lớn – tin rằng tất cả vật chất được tạo ra từ trái đất, không khí,

John Dalton, một nhà hóa học người Anh, đã xây dựng dựa trên ý tưởng của Democritus vào năm 1803 khi ông đưa ra lý thuyết nguyên tử của riêng mình, theo khoa hóa học tại Đại học Purdue. Lý thuyết của Dalton bao gồm một số ý tưởng từ Democritus như các nguyên tử là không thể chia cắt và không thể phá hủy và các nguyên tử khác nhau hợp lại để tạo ra tất cả vật chất.

Thomson, nhà vật lý người Anh đã phát hiện ra electron vào năm 1897, đã chứng minh rằng các nguyên tử thực sự có thể được phân chia, theo Tổ chức Di sản hóa học. Ông đã có thể xác định sự tồn tại của các hạt tích điện âm bằng cách nghiên cứu tính chất của sự phóng điện trong các ống tia âm cực. Theo bài báo năm 1897 của Thomson, các tia bị lệch trong ống, điều này chứng tỏ rằng có một thứ gì đó được tích điện âm trong ống chân không.

Nhà khoa học tiếp theo sửa đổi và phát triển mô hình nguyên tử là Rutherford, người đã nghiên cứu theo Thomson, theo khoa hóa học tại Đại học Purdue. Năm 1911, Rutherford đã xuất bản phiên bản nguyên tử của mình, trong đó bao gồm một hạt nhân tích điện dương được quay quanh bởi các electron. Mô hình này phát sinh khi Rutherford và các trợ lý của ông bắn các hạt alpha vào các tấm vàng rất mỏng. (Một hạt alpha được tạo thành từ hai proton và hai neutron, tất cả được giữ với nhau bởi cùng một lực hạt nhân mạnh liên kết hạt nhân của bất kỳ nguyên tử nào, theo Phòng thí nghiệm Jefferson.)

Một số nhà khoa học khác đã tiếp tục mô hình nguyên tử, bao gồm Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Murray Gell-Mann và George Zweig…

Các bộ phận cấu thành của một nguyên tử là gì?

Hầu hết các nguyên tử có ba hạt hạ nguyên tử khác nhau bên trong chúng: proton, neutron và electron.

Proton và neutron nặng hơn electron và nằm trong hạt nhân ở trung tâm của nguyên tử. Electron cực kỳ nhẹ và tồn tại trong một đám mây quay quanh hạt nhân. Đám mây điện tử có bán kính lớn hơn 10.000 lần so với hạt nhân. Proton và neutron có cùng khối lượng. Tuy nhiên, một proton nặng hơn 1.800 electron. Các nguyên tử luôn có số lượng proton và electron bằng nhau, và số lượng proton và neutron thường cũng giống nhau. Việc thêm một proton vào một nguyên tử sẽ tạo ra một nguyên tố mới, trong khi thêm một neutron sẽ tạo ra một đồng vị, hoặc phiên bản nặng hơn của nguyên tử đó.

cấu tạo nguyên tử

(Hạt nhân được phát hiện vào năm 1911 bởi Ernest Rutherford, một nhà vật lý từ New Zealand. Năm 1920 đã đề xuất tên proton cho các hạt tích điện dương của nguyên tử)

Hạt Proton: là các hạt tích điện dương được tìm thấy trong hạt nhân nguyên tử. Rutherford đã phát hiện ra chúng trong các thí nghiệm với các ống tia âm cực được tiến hành trong khoảng thời gian từ 1911 đến 1919. Các proton có khối lượng nhỏ hơn một chút so với neutron có khối lượng tương đối 0,9986 (so với khối lượng của neutron là 1) hoặc khoảng 1,673×10 -27 kg.

Hạt Electron: Electron nhỏ bé so với proton và neutron, nhỏ hơn 1.800 lần so với proton hoặc neutron. Các electron có khối lượng tương đối là 0,0005439 (so với khối lượng của neutron là 1) hoặc khoảng 9,10×10 -31 kg.

Hạt neutron: Neutron được sử dụng làm so sánh để tìm khối lượng tương đối của proton và electron (vì vậy nó có khối lượng tương đối là 1) và có khối lượng vật lý là 1,6749×10 -27 kg.

Lời kết

Cho đến thời điểm này các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu về nguyên tử với hy vọng phát hiện thêm nhiều điều thú vị khác để công bố cho nhân loại. Gần đây nhất là vào năm 2013 các nhà khoa học đã sử dụng kính hiển vi lượng tử để chụp những bức ảnh đầu tiên bên trong nguyên tử hydro. Trong tương lai chúng ta vẫn hy vọng các nhà khoa học sẽ có nhiều công bố thú vị hơn.

Post Comment