Khối lượng của nguyên tử là gì? Cách tính khối lượng nguyên tử?

Tính khối lượng của nguyên tử là một dạng bài phổ biến trong chương trình học môn Hóa học tại Việt Nam. Vậy khối lượng của nguyên tử là gì? Cách tính khối lượng nguyên tử như thế nào? Hãy theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi để được tư vấn.

1. Nguyên tử là gì?

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

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

Trong đó, Proton và neutron mang 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 khôn cùng nhẹ và tồn tại trong một đám mây bao xung quanh hạt nhân. Đám mây electron này mang bán kính to gấp 10.000 lần hạt nhân.

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

Những nguyên tử tham gia cấu thành nên những trạng thái vật chất khác nhau và phụ thuộc rất nhiều vào những điều kiện vật lý như: mật độ, nhiệt độ và áp suất. Lúc những điều kiện này thay đổi tới một điều kiện giới hạn thì sẽ xảy ra sự chuyển pha vật chất giữ những 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 mang 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 những thí nghiệm được tiến hành từ năm 1911 tới 1919. Số lượng proton trong nguyên tử sẽ giúp xác định nó là nhân tố nào.

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

Proton được tạo thành từ những hạt khác mang tên gọi là quark. Mỗi proton thường mang 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 ko 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 cấu tạo 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 mang điện tích âm sẽ bị hút điện về phía những proton tích điện dương. Những Electron bao xung quanh hạt nhân nguyên tử trong những lộ trình được gọi là orbital. Những orbital bên trong vây xung quanh nguyên tử mang hình dáng cầu, còn những orbital bên ngoài thì phức tạp hơn.

Cấu hình electron của một nguyên tử là mô tả orbital tới vị trí của những electron trong một nguyên tử ko bị kích thích. Do vậy nhờ vào việc sử dụng cấu hình electron và những nguyên lí vật lí thì những nhà hóa học mang thể dự đoán những 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 to khối lượng của nguyên tử là do 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 thuần tuý là một số tự nhiên và mang đơn vị là nucleon.

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

Khối lượng thực của nguyên tử lúc 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 sắp bằng 1.66 x 10−27 Kg. Với những nguyên tử nặng nhất thì nó cũng quá nhẹ để những nhà nghiên cứu mang thể nghiên cứu trực tiếp và đơn vị khối lượng của nó cũng khá rườm rà.

3. Cách tính khối lượng nguyên tử:

Trong hệ đo lường quốc tế 1u = 1/N_A gram = 1/(1000NA)kg (Với N_A 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

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

Khối lượng của những hạt cấu tạo 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 cách 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

Mối 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 mang hình dáng cầu mang thể tích V = 4/3πr³ (r là bán kính nguyên tử).

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

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

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

Nguyên tử mang khối lượng vô cùng nhỏ bé, nếu tính bằng đơn vị gam thì số trị quá bé, ko 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.

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

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

5. Cách học thuộc nguyên tử khối của những nhân tố hóa học:

Việc học thuộc bảng nguyên tử khối của những chất hóa học thường khá khó khăn đối với những 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 thuận tiện hơn:

5.1. Làm nhiều những bài tập hóa học:

Những bài tập môn hóa học thì vô cùng rộng rãi, chúng đòi hỏi những em học trò phải thật siêng năng, làm đi làm lại nhiều lần, động não suy nghĩ. Lúc mới làm quen với bảng tuần hoàn hóa học thì đây là cách học thuộc nguyên tử khối thuần tuý 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 ghi nhớ mà ko cần học vẹt.

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

Học thuộc một tri thức qua bài hát luôn là cách thức dễ học, dễ nhớ nhất đối với những em học trò. Hiện nay, mang rất nhiều những bài thơ chế của bảng nguyên tử khối hay. Mỗi câu thơ đều mang liên quan tới những nhân tố hóa học và đi kèm với nguyên tử khối của chúng. Đặc điểm của những bài thơ là siêu dễ nhớ, những bạn chỉ cần đọc qua vài lần là mang thể thuộc làu từng câu chữ, từ đó mang thể tiếp thu nguyên tử khối của những nhân tố một cách nhanh nhất và khôn cùng hiệu quả.

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

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

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

6. Bài tập tính khối lượng nguyên tử và lời giải chi tiết:

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)

Tương tự 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 mang trong 13g đồng vị 13C. Số Avogadro được kí hiệu là N, N mang trị giá là 6,023.10²³. Khối lượng của nguyên tử 13C bằng bao nhiêu?

Lời giải

Khối lượng của Một nguyên tử cacbon 13 là:

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