Đang tải bài học…

AP Chemistry

neutron

Còn gọi: nơtron

Neutron là hạt hạ nguyên tử không mang điện tích, nằm trong hạt nhân nguyên tử và có khối lượng xấp xỉ khối lượng proton.

Nơtron là một trong ba loại hạt hạ nguyên tử cấu tạo nên nguyên tử, bên cạnh prôtôn và êlectron. Khác với prôtôn mang điện tích dương và êlectron mang điện tích âm, nơtron hoàn toàn trung hòa về điện, nghĩa là điện tích của nó bằng không. Vì vậy, nơtron không bị lệch hướng khi đi qua điện trường, trong khi các hạt mang điện như prôtôn hay êlectron thì luôn bị lệch trong cùng điều kiện đó. Chính tính chất trung hòa này khiến nơtron trở thành hạt đặc biệt trong ba loại hạt cấu tạo nên nguyên tử.

Ngoài ra, nơtron cũng có khối lượng (mass) gần bằng prôtôn: khối lượng của một nơtron xấp xỉ $1{,}675 \times 10^{-27}$ kg, trong khi khối lượng prôtôn vào khoảng $1{,}673 \times 10^{-27}$ kg. Hai loại hạt này được gọi chung là nuclêôn, cùng tập trung ở hạt nhân và chiếm gần như toàn bộ khối lượng của nguyên tử. Do đó, số khối (mass number) của nguyên tử được tính bằng tổng số prôtôn và số nơtron có trong hạt nhân.

Hơn nữa, số nơtron trong hạt nhân còn đóng vai trò quyết định trong việc phân biệt các đồng vị (isotope) của cùng một nguyên tố (element). Các nguyên tử có cùng số prôtôn nhưng khác số nơtron sẽ có khối lượng khác nhau, và vì thế cũng có thể có độ bền hạt nhân khác nhau. Nhờ đó, nơtron không chỉ là một thành phần cấu trúc mà còn là chìa khóa để hiểu tính phóng xạ và phản ứng hạt nhân, những chủ đề thường xuất hiện trong đề thi AP Chemistry.

Ký hiệu

A = Z + N

, trong đó

A

là số khối,

Z

là số proton,

N

là số neutron

Trực giác: Hãy tưởng tượng hạt nhân nguyên tử như một hộp bi: proton là những viên bi nam châm cùng cực đẩy nhau nhưng cũng có keo dính, còn neutron là những viên bi thường được phủ keo dính mạnh — chúng chen giữa các viên bi nam châm, tăng thêm lực dính tổng cộng mà không làm tăng lực đẩy, giúp hộp bi giữ chặt nhau hơn despite các viên bi nam châm muốn đẩy ra.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1921 (đặt tên) — 1932 (Chadwick phát hiện)William Draper HarkinsJames ChadwickErnest Rutherford

Hạt neutron được nhà hóa học người Mỹ William Draper Harkins đặt tên năm 1921 cho một hạt trung hòa điện mà Rutherford mới chỉ phỏng đoán, và được James Chadwick chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1932, qua đó hoàn thiện bức tranh về hạt nhân nguyên tử.

Thử nghiệm tương tác

Thêm từng neutron vào hạt nhân đồng — nhìn số khối nhảy mà chữ Cu vẫn đứng yên

Hay hiểu sai

Số neutron không phải số khối.

Thêm hay bớt neutron không làm nguyên tử mang điện.

Số neutron không quyết định nguyên tố nào.

Khối lượng nguyên tử trên bảng tuần hoàn không phải khối lượng của một nguyên tử cụ thể.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Cesium-134 là một đồng vị phóng xạ được phát hiện trong môi trường sau sự cố hạt nhân. Trong bảng tuần hoàn, cesium có số hiệu nguyên tử (atomic number)

Z = 55

, còn sắt có

Z = 26

và thường xuất hiện trong đề dưới dạng ký hiệu

{}_{26}^{56}\text{Fe}

aXác định số proton, neutron và electron trong một nguyên tử cesium-134 trung hòa về điện.
bXác định số proton, neutron và electron trong ion ${}_{26}^{56}\text{Fe}^{3+}$ , rồi cho biết đại lượng nào thay đổi khi nguyên tử trở thành ion.

1Bước 1: Trước hết cần tách rõ hai con số trong ký hiệu đồng vị. Số dưới là số hiệu nguyên tử

Z

, bằng số proton và quyết định đó là nguyên tố nào; số trên là số khối (mass number)

A

, bằng tổng số proton và neutron trong hạt nhân. Quan hệ giữa chúng là

A = Z + N

, với

N

là số neutron.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyCấu trúc & tính chất nguyên tử · bài “Cấu trúc & tính chất nguyên tử” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớisự phân hạch hạt nhân (sắp có)

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

proton (proton)proton

Khác nhau ở đâuProton mang điện tích dương và quyết định danh tính nguyên tố. Neutron không mang điện và quyết định đồng vị.

Hay nhầm khikhi đề hỏi hạt nào trong hạt nhân xác định nguyên tố so với đồng vị

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 20, 37, 97.

Đầu những năm 1920, mô hình hạt nhân chỉ có proton và electron để lại một mâu thuẫn khó chịu: khối lượng của hạt nhân luôn lớn hơn nhiều so với phần điện tích dương mà nó mang. Ngay từ năm 1920, Rutherford đã phỏng đoán rằng phải tồn tại một hạt cơ bản có khối lượng xấp xỉ proton nhưng không mang điện, thậm chí ông còn hình dung nó như sự kết hợp của một proton với một electron. Phỏng đoán ấy nằm im hơn mười năm cho đến khi Chadwick, qua các thí nghiệm về bức xạ va chạm, chỉ ra rằng thứ gây ra hiện tượng quan sát được đúng là một hạt trung hòa điện. Nhờ đó cấu trúc hạt nhân được hiểu lại là gồm proton và neutron, đồng thời mở đường cho khái niệm lực hạt nhân, cho lý thuyết đồng vị (isotope) và sau này là phân hạch hạt nhân (nuclear fission).

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên không hề bí ẩn: nó được đặt theo đúng đặc điểm nổi bật nhất của hạt, tức là không mang điện tích. Gốc từ là chữ Latin "neutro" nghĩa là trung hòa, kết hợp với đuôi "-on" vốn đã quen thuộc trong tên các hạt cùng thời như electron và proton. Điều thú vị là tên gọi ra đời trước vật thật: Harkins gọi hạt giả định ấy là neutron từ năm 1921, hơn mười năm trước khi Chadwick thực sự tìm thấy nó. Vì vậy, khi đề thi nhắc đến hạt trung hòa (neutral particle) trong hạt nhân, chính tên gọi đã nói sẵn câu trả lời về điện tích bằng không của nó.

Thêm từng neutron vào hạt nhân đồng — nhìn số khối nhảy mà chữ Cu vẫn đứng yên

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Viết ra ba con số $Z$ , $A$ và $A - Z$ ngay cạnh ký hiệu trước khi nhìn đáp án.

Với phổ khối, hãy so vị trí khối lượng trung bình với hai số khối rồi mới xét chiều cao đỉnh.

Trong câu tự luận, phải viết hẳn phép trừ ra giấy chứ không chỉ ghi kết quả.

Tần suất trong đề AP ChemistryÍt gặp

Bước 2: Với cesium-134, tên gọi đã cho biết

A = 134

, còn bảng tuần hoàn cho

Z = 55

. Do đó số neutron là

N = A - Z = 134 - 55 = 79

. Vì nguyên tử trung hòa về điện nên điện tích dương của các proton phải bị triệt tiêu hoàn toàn, tức số electron cũng bằng

55

. Kết quả cho ý (a):

55

proton,

79

neutron,

55

electron.

3Bước 3: Với

{}_{26}^{56}\text{Fe}^{3+}

, hạt nhân hoàn toàn không bị đụng đến khi tạo ion, nên vẫn có

26

proton và

N = 56 - 26 = 30

neutron. Dấu

3+

cho biết nguyên tử đã mất ba electron, vì vậy số electron là

26 - 3 = 23

. Có thể kiểm tra lại bằng điện tích tổng:

(+26) + (-23) = +3

, đúng như ký hiệu.

4Bước 4: So sánh hai phần cho thấy một quy luật mà đề rất hay khai thác. Thay đổi số neutron thì được đồng vị mới nhưng vẫn là cùng một nguyên tố; thay đổi số electron thì được ion nhưng khối lượng gần như không đổi; chỉ khi thay đổi số proton mới chuyển sang nguyên tố khác.

Nguyên tử cesium-134 trung hòa có $55$ proton, $79$ neutron và $55$ electron. Ion ${}_{26}^{56}\text{Fe}^{3+}$ có $26$ proton, $30$ neutron và $23$ electron: việc ion hóa chỉ lấy đi electron, còn số neutron trong hạt nhân giữ nguyên.

2Ví dụ 2/2

Đồng trong tự nhiên gồm hai đồng vị bền, một đồng vị có

34

neutron và một đồng vị có

36

neutron. Nguyên tử khối trung bình (average atomic mass) của đồng ghi trong bảng tuần hoàn là

63{,}55\ \text{amu}

, và đồng có

Z = 29

aTính số khối của hai đồng vị đó.
bTính phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị và mô tả phổ khối lượng mà một mẫu đồng đại diện sẽ cho.

1Bước 1: Vì mọi nguyên tử đồng đều có

29

proton, số khối của mỗi đồng vị được tính trực tiếp từ số neutron. Đồng vị thứ nhất có

A = 29 + 34 = 63

, đồng vị thứ hai có

A = 29 + 36 = 65

. Vậy hai đồng vị là

^{63}\text{Cu}

và

^{65}\text{Cu}

, và trên trục hoành của phổ khối lượng (mass spectrum) chỉ được phép có hai vạch, đặt tại

63

và

65

2Bước 2: Gọi

x

là phần thập phân của

^{63}\text{Cu}

thì phần của

^{65}\text{Cu}

là

1 - x

, vì hai đồng vị chiếm trọn mẫu. Nguyên tử khối trung bình là trung bình có trọng số theo độ phổ biến:

63x + 65(1-x) = 63{,}55

Phương trình này nói rằng khối lượng ghi trên bảng tuần hoàn không phải khối lượng của một nguyên tử cụ thể nào, mà là giá trị trung bình mà một mẫu tự nhiên thể hiện.

3Bước 3: Khai triển vế trái:

63x + 65 - 65x = 65 - 2x

, nên

65 - 2x = 63{,}55

, suy ra

2x = 1{,}45

và

x = 0{,}725

. Vậy

^{63}\text{Cu}

chiếm

72{,}5\%

còn

^{65}\text{Cu}

chiếm

27{,}5\%

. Kiểm tra lại:

63 \times 0{,}725 = 45{,}675

và

65 \times 0{,}275 = 17{,}875

, cộng lại đúng bằng

63{,}55\ \text{amu}

4Bước 4: Từ đó suy ra hình dạng phổ phải chọn. Phổ đúng có hai vạch tại

63

và

65

, trong đó vạch tại

63

cao hơn hẳn vạch tại

65

với tỉ lệ chiều cao xấp xỉ

72{,}5 : 27{,}5

, tức khoảng

2{,}6

lần. Một mẹo kiểm tra nhanh không cần tính: vì

63{,}55

gần

63

hơn gần

65

, đồng vị nhẹ bắt buộc phải phổ biến hơn, nên mọi phương án vẽ hai vạch cao bằng nhau hoặc vạch tại

65

cao hơn đều bị loại ngay.

Hai đồng vị là $^{63}\text{Cu}$ và $^{65}\text{Cu}$ , với độ phổ biến lần lượt $72{,}5\%$ và $27{,}5\%$ . Phổ khối lượng đại diện của mẫu đồng gồm đúng hai vạch tại $63$ và $65$ , vạch tại $63$ cao gấp khoảng $2{,}6$ lần vạch tại $65$ .

số khối (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.