Thuyết nguyên tử

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'thuyết nguyên tử', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thuyết nguyên tử

Thuy Thuy t nguyên t Thuy t Thuy t nguyên t là s mô t c a các nguyên t , nh ng ơn v nh nh t c a các nguyên t . B ng ch ng khoa h c cho s t n t i c a các nguyên t và nh ng thành ph n còn nh hơn c a nó có quá nhi u, cho nên a s m i ngư i ngày nay xem s t n t i c a nguyên t là m t th c t , ch không ơn gi n ch là m t lí thuy t. Lch s s B t u vào kho ng năm 600 trư c Công nguyên, nhi u nhà tri t h c Hi L p ã n l c tìm hi u b n ch t c a v t ch t. M t s ngư i cho r ng v n v t c u t o t nư c, chúng có ba d ng (băng th r n, nư c l ng và hơi nư c). M t s ngư i khác thì tin r ng v t ch t c u t o hoàn toàn t l a d ng bi n i không ng ng. Tuy nhiên, nh ng ngư i khác thì tin r ng cho dù v t ch t c u t o t cái gì thì nó ph i là cái gì ó không th b phá h y mà ch k t h p l i thành nh ng d ng th c m i. N u h có th nhìn th y nh ng cái nh , h s th y nh ng “viên g ch c u trúc” c a chúng. M t trong nhà tri t h c này có tên g i là Democritus. Ông tư ng tư ng b t u v i m t m u l n v t ch t và d n d n chia c t nó thành nh ng m u m i lúc m t nh hơn, cu i cùng thì t t i m u nh nh t. Viên g ch c u trúc nh nh t không th chia c t ư c n a này ư c g i là atomos, ti ng Hi L p có nghĩa “không th chia c t”. T atomos bư c sang th i kì hi n i ã bi n i thành atom (nguyên t ). Các nguyên t mà Democritus hình dung ra ch khác nhau v hình d ng và kích c . Trong lí thuy t c a ông, nh ng v t khác nhau trông khác nhau vì cách các nguyên t s p x p. Aristotle, m t trong nh ng nhà tri t h c có s c nh hư ng nh t c a th i kì y, tin vào m t s lo i “ph n t nh nh t” c a v t ch t nhưng không theo các mô t c a Democritus. Aristotle nói ch có b n nguyên t ( t, không khí, l a, nư c) và nh ng nguyên t này có m t s ơn v nh nh t c u t o nên toàn b v t ch t. S thuy t giáo c a Aristotle ch ng l i quan i m nguyên t c a Democritus quá m nh m nên quan i m nguyên t ã b g t ra kh i th gi i tri t h c trong 2000 năm sau ó. M c dù thuy t nguyên t b b rơi trong kho ng th i gian lâu dài như v y, nhưng s th c nghi m khoa h c, c bi t là hóa h c, ã phát tri n. T th i Trung c (kho ng năm 1100) v sau, nhi u ph n ng hóa h c ã ư c nghiên c u. Vào th k th 17, m t s nhà hóa h c này b t u nghĩ t i nh ng ph n ng mà h nhìn th y dư i d ng nh ng ph n t nh nh t. Th m chí, h còn b t u s d ng t nguyên t tr l i. M t trong nh ng nhà hóa h c n i ti ng nh t vào cu i th k th 18 là Antoine Lavoisier. Các thí nghi m hóa h c c a ông ã cân r t kĩ t t c các hóa ch t. Ông cho nh ng ch t khác nhau ph n ng cho n khi chúng tr ng thái ơn gi n nh t c a chúng. Ông tìm ra hai y u t quan tr ng: (1) nh ng ch t ơn gi n nh t, cái ông g i là nguyên t , không th b phân tách thành ch t khác n a, và (2) nh ng nguyên t này luôn ph n ng v i nhau theo nh ng t l gi ng nhau. Nh ng ch t ph c t p hơn mà gi ng nhau ó ông g i là h p ch t. Thí d , hai th tích hydrogen ph n ng chính xác v i m t th tích oxygen t o ra nư c. Nư c có th b phân tách luôn cho chính xác hai th tích hydrogen và m t th tích oxygen. Lavoisier không có s gi i thích nào cho nh ng k t qu nh t quán b t ng này. Tuy nhiên, vô s nh ng phép o th n tr ng c a ông ã cung c p manh m i cho m t nhà hóa h c khác tên là John Dalton. Dalton nh n ra r ng n u như các nguyên t c u t o g m nh ng nguyên t , m i nguyên t khác nhau có m t lo i nguyên t riêng, thì thuy t nguyên t có th gi i thích các k t qu c a Lavoisier. N u hai nguyên t hydrogen luôn luôn k t h p v i m t nguyên t oxygen, thì t h p nguyên t thu ư c, g i là phân t , s là nư c. Dalton công b s gi i 1
thích c a ông vào năm 1803. Năm này ư c xem là năm ra i c a thuy t nguyên t hi n i. Các thí nghi m khoa h c sau Dalton ã c g ng mô t c trưng xem có bao nhiêu nguyên t , nguyên t c a m i nguyên t trông như th nào, các nguyên t thu c cùng m t nguyên t gi ng nhau như th nào và chúng khác nhau như th nào và, cu i cùng, li u có cái gì nh hơn nguyên t n a hay không. Mô tþ î c~ t Mô tþ các îc tròng c~a nguyên t M t trong nh ng thu c tính u tiên c a các nguyên t ư c mô t là tr ng lư ng nguyên t tương i. M c dù m t nguyên t ơn l là quá nh mà cân, nhưng ngư i ta có th so sánh các nguyên t v i nhau. Nhà hóa h c Jons Berzelius gi s r ng nh ng th tích khí b ng nhau i u ki n nhi t và áp su t như nhau ch a s lư ng nguyên t ngang nhau. Ông ã s d ng quan i m này so sánh tr ng lư ng c a các ch t khí ang ph n ng. Thí d , ông có th xác nh r ng nguyên t oxygen n ng g p 16 l n nguyên t hydrogen. Ông ã l p danh sách nh ng tr ng lư ng nguyên t tương i này cho nhi u nguyên t mà ông bi t. Ông ã nghĩ ra kí hi u cho các nguyên t b ng cách s d ng kí t th nh t ho c hai kí t u tiên trong tên g i Latin c a chúng, h th ng kí hi u ó v n ư c s d ng ngày nay. Kí hi u cho hydrogen là H, cho oxygen là O, cho natrium là Na, và vân vân. Nh ng kí hi u ó còn t ra h u ích trong vi c mô t nhi u nguyên t k t h p v i nhau như th nào t o ra phân t thu c m t h p ch t nào ó. Thí d , th hi n nư c có c u t o g m hai nguyên t hydrogen và m t nguyên t oxygen, kí hi u cho nư c là H2O. M t nguyên t oxygen còn có th k t h p v i m t nguyên t oxygen khác to ra m t phân t oxygen v i kí hi u O2. S phát tri n c a thuy t nguyên t Khi ngư i ta khám phá ra ngày m t nhi u nguyên t hơn, cái ti n l i là nên b t u l p danh sách chúng d ng kí hi u trong m t bi u . Năm 1869, Dmitri Mendeleev ã l p danh sách các nguyên t theo tr t t tr ng lư ng nguyên t tăng d n và phân nhóm nh ng nguyên t dư ng như có nh ng ph n ng hóa h c gi ng nhau. Thí d , lithium (Li), natrium (Na), và kalium (K) u là nh ng nguyên t kim lo i b c cháy khi chúng b m. 2
Trong bi u c a ông, nh ng nguyên t tương t nhau ư c t trong cùng m t c t. Mendeleev b t u nhìn th y m t ki u phân b trong s các nguyên t , trong ó m i tám nguyên t trên danh sách li t kê tr ng lư ng nguyên t s thu c v cùng m t c t. Do s l p l i hay tu n hoàn c a ki u phân b này, nên bi u c a Mendeleev ư c ngư i ta g i là “B ng tu n hoàn hóa h c”. Th t ra, b ng tu n hoàn ó không u l m, vì có nh ng “ch tr ng” trong b ng. Mendeleev d oán r ng cu i cùng ngư i ta s khám phá ra nguyên t l p y ch tr ng ó. Ch ng h n, có m t kho ng tr ng dành cho m t nguyên t v i tr ng lư ng nguyên t kho ng 72 (n ng hơn hydrogen 72 l n) nhưng là nguyên t chưa bi t. Năm 1886, 15 năm sau s d oán c a nó, nguyên t Germanium (Ge) ã ư c tách li và ngư i ta th y nó có tr ng lư ng nguyên t 72,3. Nhi u nguyên t khác ti p t c ư c d oán và tìm ra theo cách như v y. Tuy nhiên, khi có thêm nhi u nguyên t b sung vào b ng tu n hoàn hóa h c, ngư i ta th y n u m t s nguyên t ư c t trong nh ng c t thích h p do nh ng ph n ng gi ng nhau c a chúng, thì chúng không tuân theo tr t t úng c a tr ng lư ng nguyên t tăng d n. M t s c trưng nguyên t khác là c n thi t s p x p có tr t t các nguyên t . Nhi u năm trôi qua trư c khi tính ch t thích h p ó ư c tìm th y. Khi các thí nghi m hóa h c tìm ki m và mô t c trưng ư c nhi u nguyên t hơn, nh ng ngành khoa h c khác ã và ang th c hi n nh ng khám phá v dòng i n và ánh sáng ã góp ph n cho s phát tri n c a thuy t nguyên t . Michael Faraday ã ti n hành nhi u nghiên c u mô t c trưng dòng i n; James Clerk Maxwell mô t c trưng ánh sáng. Vào nh ng năm 1870, William Crookes ã ch t o m t thi t b , ngày nay g i là ng Crookes, kh o sát nh ng “tia” do kim lo i gi i phóng ra. Ông mu n bi t nh ng tia y là ánh sáng hay dòng i n d a trên nghiên c u c a Faraday l n Maxwell. ng Crookes g m m t bóng èn th y tinh, trong ó a ph n không khí ã b rút ra, b c hai b n kim lo i g i là hai i n c c. M t i n c c g i là anode, còn i n c c kia g i là cathode. M i b n có m t dây d n n i bóng chân không v i m t ngu n i n. Khi n i i n cho các i n c c, các tia phát ra t phía cathode. Crookes xác nh ư c nh ng tia cathode này là nh ng h t có i n tích âm do kim lo i gi i phóng kh i b n cathode. Năm 1897, J.J. Thomson phát hi n th y nh ng h t tích i n âm này gi i phóng t nguyên t ra và ph i có m t trong các nguyên t kim lo i lúc ban u. Ông g i nh ng h t h nguyên t tích i n âm này là “electron”. Vì electron mang i n âm, nên ph n còn l i c a nguyên t ph i mang i n dương. Thomson tin r ng các electron phân tán trong nguyên t gi ng như nh ng mi ng nho r c trong bánh bông lan v y. M c dù m u “bánh bông lan r c nho” c a Thomson là không chính xác, nhưng nó là n l c u tiên cho th y các nguyên t th t ra ph c t p hơn nh ng qu c u thu n nh t. Vào th i gian y, các nhà khoa h c ang kh o sát nh ng lo i tia bí n khác phát ra t ng Crookes và không phát sinh t i cathode c a nó. Năm 1895, Wilhelm Roentgen ý th y nh ng t m kính nh g n m t ng Crookes s tr nên m i do m t s tia chưa bi t, không nhìn th y nào ó gây ra. Roentgen g i nh ng tia này là “tia X”, v i ch “x” là bi n chưa bi t trong toán h c. Roentgen còn ch ng minh vi c s d ng các t m kính nh là m t phương pháp ch p nh c a nh ng tia bí n ó. Ông nh n th y khi dùng tay c a ông ch n tia X l i, ch ng h n, xương trong bàn tay ch n ư c tia X nhưng da và các mô thì không. Các bác sĩ v n s d ng tia X c a Roentgen ch p nh cơ th con ngư i. Kính nh tr thành thi t b chu n i v i các nhà khoa h c thu c th i i c a Roentgen. M t trong nh ng nhà khoa h c này, Henri Becquerel, ã m t s kính nh trong ngăn kéo cùng v i uranium, m t nguyên t m i mà ông ang nghiên c u. Khi ông mang kính nh ra, ông nh n th y chúng b m i. Vì ch ng có cái gì khác trong ngăn kéo n a, cho nên ông k t lu n r ng uranium ph i gi i phóng m t lo i tia nào ó. Becquerel ch ra r ng b c x này không có tính âm xuyên như tia X vì nó có th b gi y ch n l i. Chính nguyên t uranium t sinh ra b c x , m t tính ch t g i là s phóng x . Ph n l n qua 3
nghiên c u c a Pierre và Marie Curie, ngư i ta tìm ra thêm nhi u ch t phóng x khác. Nh ng n l c nh m mô t nh ng lo i phóng x khác nhau ã ưa n chương quan tr ng ti p theo trong s phát tri n c a thuy t nguyên t . Năm 1896, Ernest Rutherford, m t sinh viên c a J.J. Thomson, b t u nghiên c u s phóng x . Khi ki m tra nh ng nguyên t khác nhau và xác nh xem nh ng lo i ch t li u nào có th ch n ư c b c x i n kính nh, Rutherford k t lu n r ng có hai lo i phóng x phát ra t các nguyên t . Ông t tên cho chúng b ng hai kí t u tiên c a b ng ch cái Hi L p, alpha và beta. B c x alpha g m nh ng h t tích i n dương n ng g p b n l n nguyên t hydrogen. B c x beta g m nh ng h t tích i n âm dư ng như gi ng h t như các electron. Rutherford quy t nh th m t thí nghi m s d ng h t alpha. Ông b trí m t lá vàng m ng v i nh ng t m kính nh t xung quanh nó. Sau ó, ông cho các h t alpha i t i lá vàng. Ph n l n các h t alpha i th ng qua lá vàng. Nhưng m t vài h t alpha không i như v y. M t vài h t alpha b l ch kh i qu o th ng c a chúng. Rutherford vi t r ng th t b t ng vì i u ó tương t như b n m t viên n vào m t m nh gi y mà viên n b d i ngư c tr l i. Rutherford k t lu n r ng vì a s h t alpha i xuyên qua, cho nên các nguyên t vàng ch y u ph i là không gian tr ng r ng, ch không gi ng như m u bánh bông lan y kín c a Thomson. Vì m t vài h t alpha b ch ch hư ng, nên ph i có m t vùng tích i n dương r t c trong m i nguyên t g i là h t nhân. V i toàn b i n tích dương h t nhân, câu h i ti p theo là các electron trong nguyên t s p x p như th nào. Năm 1900, nhà v t lí Max Planck ang nghiên c u các quá trình ánh sáng và nhi t, c bi t tìm hi u b c x ánh sáng phát ra b i m t “v t en”, m t h p lí tư ng có nh ng thành ph n x hoàn h o. Ngư i ta tư ng tư ng nh ng h p này ch a nh ng v t g i là dao ng t h p th và phát x ánh sáng và nhi t. Cho th i gian thì b c x phát ra t m t v t en như v y s t o ra m t s phân b ánh sáng nhi u màu s c g i là quang ph ch ph thu c vào nhi t c a v t en ch không ph thu c vào thành ph n c u t o c a nó. Nhi u nhà khoa h c ã n l c i tìm m t m i liên h toán h c d oán nh ng dao ng t c a m t v t en có th t o ra m t s phân b ph c bi t như th nào. Max Planck ã tìm ra m i liên h toán h c chính xác ó. Ông gi nh r ng năng lư ng h p th ho c phát ra b i các dao ng t luôn luôn là b i s c a m t s “gói năng lư ng” cơ b n mà ông g i là m t lư ng t . Các v t phát x hay h p th năng lư ng thành t ng ph n r i r c, g i là các lư ng t. Vào th i gian này, có m t nhà v t lí ang nghiên c u v i Thomson và Rutherford tên g i là Niels Bohr. Bohr nh n th y r ng quan i m lư ng t năng lư ng có th gi i thích các electron trong nguyên t s p x p như th nào. Ông mô t các electron ang “ trên qu o” xung quanh h t nhân gi ng h t như các hành tinh quay xung quanh m t tr i. Gi ng như các dao ng t trong m t v t en không th phát ra nh ng lư ng năng lư ng b t kì, các electron trong nguyên t không th có qu o b t kì. Ch nh ng kho ng cách nh t nh m i ư c năng lư ng mà m i electron có cho phép. N u m t electron thu c m t nguyên t nào ó h p th m t lư ng t năng lư ng chính xác, thì nó có th chuy n lên m t qu o xa h t nhân hơn. N u m t electron qu o xa h t nhân phát ra m t lư ng t năng lư ng chính xác, thì nó có th chuy n xu ng qu o g n h t nhân hơn. Nh ng giá tr năng lư ng chính xác ó khác nhau i v i nh ng nguyên t khác nhau. Nh ng giá tr này có th xác nh b ng m t quá trình g i là quang ph nguyên t , m t kĩ thu t th c nghi m kh o sát quang ph ánh sáng do các nguyên t t o ra. M t nguyên t ư c làm nóng n m c toàn b các electron c a nó chuy n ra xa h t nhân h t. Khi chúng chuy n xu ng g n h t nhân hơn, các electron b t u phát ra nh ng lư ng t năng lư ng c a chúng dư i d ng ánh sáng. Quang ph c a ánh sáng t o ra có th ư c ngư i ta kh o sát b ng m t lăng kính. Quang ph t o ra theo ki u này không th hi n h t m i màu s c, mà ch có m t vài màu phù h p v i năng lư ng tương ng nh ng s chênh l ch qu o electron. M c dù sau này có tinh ch nh thêm, nhưng “mô hình hành tinh” nguyên t c a Bohr gi i thích ư c s li u 4
quang ph nguyên t t t nên các nhà khoa h c ã chuy n s chú ý c a h tr l i v i h t nhân nguyên t . Rutherford, cùng v i Frederick Soddy, ti p t c nghiên c u v i các nguyên t phóng x . c bi t, Soddy ý th y khi h t alpha và h t beta phát ra kh i nguyên t , các nguyên t ó bi n i theo m t trong hai ki u: (1) nguyên t ó tr thành m t nguyên t khác hoàn toàn v i nh ng ph n ng hóa h c hoàn toàn m i, ho c (2) nguyên t ó v n duy trì nh ng ph n ng hóa h c như cũ và quang ph nguyên t như cũ nhưng ch thay i tr ng lư ng nguyên t . Ông g i các nguyên t thu c nhóm th hai v a nói là các ng v , nh ng nguyên t thu c cùng m t nguyên t v i tr ng lư ng nguyên t khác nhau. Trong b t kì m u nguyên t t nhiên nào, có th có vài lo i ng v . K t qu là tr ng lư ng nguyên t c a m t nguyên t mà Berzelius tính ư c th t ra là giá tr trung bình c a m i tr ng lư ng ng v thu c nguyên t ó. ây là nguyên do m t s nguyên t không rơi vào tr t t úng trên b ng tu n hoàn Mendeleev – tr ng lư ng nguyên t trung bình ph thu c vào m i lo i ng v có m t bao nhiêu. Soddy xu t t các nguyên t vào b ng tu n hoàn d a trên s tương ng ph n ng hóa h c và sau ó ánh s th t chúng. Con s gán cho m i nguyên t theo ki u này ư c g i là s nguyên t . S nguyên t là phương pháp ti n l i ch các nguyên t . Các ng v c a hydrogen: hydrogen, deuterium và tritium. Trong khi ó, Thomson ti p t c nghiên c u c a ông v i ng Crookes. Ông nh n th y, không nh ng tia cathode g m nh ng electron ư c sinh ra, mà còn g m nh ng h t mang i n dương. Sau nhi u nghiên c u th n tr ng, ông ã có th tách li nhi u lo i h t dương khác nhau b ng tr ng lư ng. D a trên nh ng phép o này, ông ã có th xác nh m t h t cơ b n, h t mang i n dương nh nh t ư c t o ra, g i là proton. Vì nh ng h t này ư c sinh ra b i nh ng nguyên t c a cathode và vì Rutherford ã ch ng minh r ng h t nhân mang i n dương, nên Thomson nh n th y h t nhân nguyên t ph i ch a proton. M t nhà khoa h c tr tên là Henry Moseley ã làm thí nghi m b n phá nguyên t thu c nh ng nguyên t khác nhau b ng tia X. Gi ng như trong quang ph nguyên t , trong ó nhi t c p cho các electron thêm năng lư ng, tia X truy n thêm năng lư ng cho các proton trong h t nhân. Và gi ng như các electron gi i phóng ánh sáng thu c nh ng năng lư ng nh t nh khi chúng ngu i i, h t nhân phát ra tia X thu c m t năng lư ng nh t nh khi nó “thôi kích thích”. Moseley phát hi n th y năng lư ng c a tia X phát ra i v i m i nguyên t tuân theo m t m i liên h toán h c ơn gi n. Năng lư ng ó ph thu c vào s nguyên t c a nguyên t ó, và s nguyên t tương ng v i s i n tích dương trong h t nhân. Cho nên tr t t úng c a b ng tu n hoàn hóa h c là s p theo s proton tăng d n trong h t nhân nguyên t . Trong m t nguyên t trung hòa, s lư ng proton b ng s electron. Các electron là nguyên nhân gây ra các ph n ng hóa h c. Các nguyên t thu c cùng m t c t c a b ng 5
tu n hoàn có s s p x p electron thu c m c năng lư ng cao nh t gi ng nhau, và ây là nguyên do ph n ng hóa h c c a chúng gi ng nhau. Ch còn l i m t tr ng i n a. Electron có tr ng lư ng r t nh , b ng 1/1836 tr ng lư ng c a m t proton. Nhưng các proton không lí gi i n i toàn b tr ng lư ng nguyên t c a m t nguyên t . Mãi n năm 1932 thì James Chadwick m i phát hi n ra s t n t i c a m t h t trong h t nhân không mang i n tích nhưng có kh i lư ng hơi nh nh hơn proton m t chút. Ông t tên cho h t này là neutron. Neutron gi i thích cho s t n t i c a các ng v . Hai nguyên t thu c cùng m t nguyên t s có s proton và electron như nhau, nhưng chúng có th có s neutron khác nhau, và vì th nên tr ng lư ng nguyên t khác nhau. Các ng v ư c t tên theo tên c a nguyên t và theo sau ó là s proton c ng v i s neutron có trong h t nhân. T ng s proton và neutron ư c g i là s kh i. Thí d , uranium-235 có 235 proton và neutron. Chúng ta có th nhìn vào b ng tu n hoàn hóa h c tìm s nguyên t c a uranium (92), s nguyên t cho chúng ta bi t proton. Sau ó, làm toán tr , chúng ta bi t ng v này có 143 neutron. Có m t ng v khác c a uranium, 238U, v i 92 proton và 146 neutron. M t s k t h p c a proton và neutron thì kém b n hơn nh ng k t h p khác. Hãy hình dung b n ang c gi 10 qu bóng bowling trong tay. S có m t s s p x p b n có th làm ch ư c như v y. Nhưng gi hãy th gi 11 ho c 9 qu thôi. Có th s không còn m t s p x p b n và b n s làm rơi các qu bóng. i u tương t x y ra v i các proton và neutron. Nh ng s p x p không b n s t ng phân rã, gi i phóng các h t, cho n khi t t i m t c u trúc b n. ây là cách th c nh ng h t phóng x như h t alpha ư c sinh ra. H t alpha g m hai proton và hai neutron gi i phóng ra t m t h t nhân không b n. ng v : hydrogen, 2H (deuterium) và 3H (tritium). Hydrogen có ba Tr ng lư ng nguyên t c a nh ng nguyên t khác ban u ư c so sánh v i hydrogen mà không nói rõ là ng v nào. Cũng th t khó có ư c ơn nguyên t hydrogen vì nó thư ng ph n ng v i nh ng nguyên t khác t o thành nh ng phân t như H2 ho c H2O. Cho nên, ngư i ta ã ch n m t ng v c a nguyên t khác so sánh. Tr ng lư ng 12 nguyên t ngày nay ư c xây d ng trên C (carbon-12). ng v này có 6 proton và 6 neutron trong h t nhân c a nó. Carbon-12 ư c nh nghĩa là b ng 12 ơn v kh i lư ng nguyên t . ( ơn v kh i lư ng nguyên t , vi t t t là u, là ơn v dùng so sánh tr ng lư ng tương i c a các nguyên t . M t u nh hơn 2000 ph n t t t c a m t gam). M i ng v thu c m i nguyên t khác ư c so sánh v i ơn v này. Khi ó, tr ng lư ng c a các ng v thu c m t nguyên t cho trư c ư c tính trung bình cho tr ng lư ng nguyên t s p x p vào b ng tu n hoàn hóa h c. Cho n ây, trong câu chuy n nguyên t , thì m i h t c u thành nên nguyên t ư c ngư i ta hình dung là nh ng qu c u r n, ng nh t. Bư c sang năm 1920, v i nghiên c u c a Louis de Broglie, thì b c tranh này ã thay i h n. De Broglie ch ng minh r ng nh ng h t như electron th nh tho ng có tính ch t sóng. Ch ng h n, n u như sóng nư c ư c t o ra b i hai ngu n, thí d th rơi hai hòn s i xu ng m t h nư c, thì nh ng con sóng có th giao thoa v i nhau. i u này có nghĩa là nh ng nh sóng cao c ng l i t o thành nh ng nh sóng cao hơn. Nh ng ch lõm c ng l i t o ra nh ng vùng lõm hơn. Khi cho các electron i qua m t khe ôi, v i m t s electron i qua m t khe và m t s electron i qua khe kia, thì chúng t o hai ngu n. Các electron th hi n s giao thoa này, t o ra m t h vân trên màn nh h ng. Kh năng c a electron và nh ng h t khác th nh tho ng th hi n tính ch t h t và th nh tho ng th hi n tính ch t sóng ư c g i là lư ng tính sóng h t. S b sung này cho b n ch t c a electron có nghĩa là quan i m hành tinh nguyên t c a Bohr là không chính xác cho l m. Các electron có nh ng m c năng lư ng r i r c khác nhau, nhưng chúng không tuân theo nh ng qu o tròn. Năm 1925, Werner Heisenberg ã phát bi u r ng t c và v trí chính xác c a m t electron là không th bi t ng th i. 6
“Nguyên lí b t nh Heisenberg” này ã kích thích Erwin Schrödinger nghĩ ra m t phương trình tính xem m t electron v i m t năng lư ng nh t nh chuy n ng như th nào. Phương trình Schrödinger mô t nh ng vùng trong m t nguyên t trong ó m t electron v i năng lư ng nh t nh có kh năng ó nhưng không bi t chính xác nó ch nào. Vùng xác su t này ư c g i là orbital. Các electron chuy n ng quá nhanh bên trong nh ng orbital này cho nên chúng ta có th hình dung chúng b m i thành m t ám mây electron. Các electron di chuy n t orbital này sang orbital khác b ng cách h p th ho c phát x m t lư ng t năng lư ng, gi ng như Bohr ã gi i thích. ng dng c~a thuy t nguyên t d c~ thuy t Nh ng nghiên c u bu i u v phóng x cho th y nh ng h t nhân nguyên t nh t nh có tính phóng x t nhiên. M t s nhà khoa h c nêu v n r ng n u có nh ng h t gi i phóng kh i nguyên t thì ngư i ta có th ưa các h t vào bên trong nguyên t hay không? Năm 1932, Cockcroft và Walton ã thành công trong vi c xây d ng m t máy gia t c h t, m t d ng c có th làm cho nh ng dòng h t tích i n chuy n ng m i lúc m t nhanh thêm. Nh ng h t chuy n ng nhanh này, thí d như proton, sau ó ư c nh m vào m t b n m ng thu c m t nguyên t nh như lithium (Li). N u m t h t nhân nguyên t lithium “b t gi ” m t proton, thì h t nhân ó tr nên không b n và nó b v ra thành hai h t alpha. Kĩ thu t kích thích phóng x b ng cách b n phá v i nh ng h t gia t c như th này v n là phương pháp ư c s d ng nhi u nh t trong nghiên c u c u trúc h t nhân và các h t h nguyên t . Ngày nay, các máy gia t c cho các h t ch y ua h t t c l c trong nh ng ư ng th ng, ho c ti t ki m không gian, trong nh ng qu o vòng tròn ư ng kính hàng d m ư ng. S s p x p l i t phát c a h t nhân nguyên t luôn luôn mang l i s gi i phóng năng lư ng dư i d ng ng năng c a các neutron ang chuy n ng nhanh. Khi m t h t nhân l n v ra t o thành nh ng nguyên t nh hơn, quá trình ó ư c g i là phân h ch. Khi nh ng nguyên t nh b bu c h p l i v i nhau t o thành nh ng nguyên t n ng hơn, thì quá trình ư c g i là nhi t h ch. Trong m i trư ng h p u có neutron nhanh ư c gi i phóng. Nh ng neutron này có th truy n ng năng c a chúng cho môi trư ng xung quanh, làm môi trư ng nóng lên. Nhi t lư ng này có th dùng un sôi nư c, t o ra dòng hơi làm quay tuabin ch y máy phát i n. Nhi t h ch là quá trình x y ra trong lõi c a M t tr i và nh ng ngôi sao khác. Quá nhi u năng lư ng ư c gi i phóng trong th i gian ng n nên quá trình ó còn ư c s d ng ch t o bom khinh khí. Tuy nhiên, cho n nay ngư i ta v n chưa làm ch ph n ng nhi t h ch ch y nhà máy i n. Nghiên c u ang ti p t c tìm ki m nh ng phương pháp s d ng năng lư ng nhi t h ch có i u khi n. M t khác, ph n ng phân h ch còn ư c ngư i ta s d ng ch t o nh ng lo i vũ khí r t m nh. Qu bom nguyên t u tiên ã phát n vào năm 1945. Tuy nhiên, k t ó, năng lư ng phân h ch cũng ã ư c ki m soát ch y nhi u nhà máy i n h t nhân trên kh p th gi i. Trong khi nguyên t là thành ph n nh nh t c a m t nguyên t khi nó v n còn là nguyên t ó, thì các nguyên t không ph i là nh ng h t nh nh t t n t i. Th m chí, ngư i ta cũng tin r ng các proton và neutron trong h t nhân nguyên t ư c c u t o t nh ng h t còn nh hơn n a g i là h t quark. Nghiên c u hi n nay trong ngành v t lí nguyên t t p trung vào vi c mô t c u trúc bên trong c a nguyên t . B ng cách s d ng các máy gia t c h t, các nhà khoa h c ang c g ng mô t c trưng các quark có th k t h p theo m t s cách t o ra nh ng h t h nguyên t khác. Không ai t ng nhìn th y m t nguyên t ơn l , th m chí v i nh ng kính hi n vi quang h c t t nh t. Nh ng lo i kính hi n vi c bi t g i là kính hi n vi quét chui h m và kính hi n vi l c nguyên t khai thác các l c do các electron sinh ra thu ư c hình nh 7
c a nh ng ám mây electron. Nh ng ám mây này cho bi t các nguyên t ư c s p x p như th nào, m c dù chúng ta không th “nhìn” xuyên qua ám mây ó vào trong h t nhân. Do gi i h n v kích c , chúng ta s không bao gi nhìn th y nguyên t v i ôi m t c a mình. M i th chúng ta bi t v nguyên t ph i ư c suy lu n ra t nh ng thí nghi m quy mô l n. K t qu là s mô t nguyên t như trên v n ư c g i là m t lí thuy t. Tuy nhiên, lí thuy t này gi i thích các thí nghi m nguyên t quá t t nên chúng ta thư ng nghĩ s t n t i c a nguyên t là m t th c t . Theo Gale Encyclopedia of Science Tr n Nghiêm d ch Download t i thuvienvatly.com 8