Bài học

Điện tích hạt nhân và số hiệu nguyên tử

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em định nghĩa được số hiệu nguyên tử Z, tính được điện tích hạt nhân từ Z, phát biểu được định nghĩa nguyên tố hoá học dựa trên Z, và từ số hạt proton của một nguyên tử, em xác định được nguyên tố hoá học tương ứng.

Kiến thức nền cần nhớ

Chương 1 đã cho biết proton mang điện tích +1 và nằm trong hạt nhân, còn nguyên tử trung hoà có số electron bằng số proton. Bài này dùng đúng số proton đó — con số không đổi trong mọi phản ứng hoá học thông thường — làm căn cứ định danh cho từng nguyên tố hoá học.

Khởi động

Một miếng vàng nung chảy, đập dẹt, hay hoà tan trong nước cường toan rồi kết tủa trở lại — dù trải qua bao nhiêu biến đổi vật lí hay hoá học thông thường, nó vẫn luôn là vàng, không bao giờ tự biến thành chì hay bạc. Điều gì trong nguyên tử vàng không hề thay đổi qua tất cả những biến đổi đó, để nó luôn giữ được 'căn cước' của một nguyên tố?

Kiến thức trọng tâm

Điện tích hạt nhân của một nguyên tử bằng tổng điện tích các proton trong hạt nhân, tức bằng $Z+$ (Z là số proton). Số hiệu nguyên tử, kí hiệu Z, chính là số proton trong hạt nhân của một nguyên tử — đồng thời cũng là số electron trong nguyên tử trung hoà tương ứng. Trong các phản ứng hoá học thông thường, hạt nhân nguyên tử không bị phá vỡ hay biến đổi, nên số proton — và do đó Z — luôn được bảo toàn. Đây chính là lí do một miếng vàng dù trải qua bao phản ứng hoá học vẫn luôn là vàng: nguyên tử của nó luôn giữ nguyên Z = 79.

**Điện tích hạt nhân** của một nguyên tử bằng tổng điện tích các proton trong hạt nhân, tức bằng $Z+$ (Z là số proton). **Số hiệu nguyên tử**, kí hiệu **Z**, chính là số proton trong hạt nhân của một nguyên tử — đồng thời cũng là số electron trong nguyên tử trung hoà tương ứng. Trong các phản ứng hoá học thông thường, hạt nhân nguyên tử không bị phá vỡ hay biến đổi, nên số proton — và do đó Z — luôn được bảo toàn. Đây chính là lí do một miếng vàng dù trải qua bao phản ứng hoá học vẫn luôn là vàng: nguyên tử của nó luôn giữ nguyên Z = 79.

Nguyên tố hoá học là tập hợp các nguyên tử có cùng số hiệu nguyên tử Z. Nói cách khác, Z chính là 'chứng minh thư' để nhận diện một nguyên tố — hai nguyên tử có cùng Z chắc chắn thuộc cùng một nguyên tố, dù chúng có thể khác nhau về số neutron (điều này bài học sau sẽ gọi là hiện tượng đồng vị). Ngược lại, hai nguyên tử khác Z chắc chắn là hai nguyên tố khác nhau, dù khối lượng của chúng có thể vô tình gần bằng nhau. Một vài giá trị Z quen thuộc: hydrogen Z = 1, helium Z = 2, carbon Z = 6, nitrogen Z = 7, oxygen Z = 8, sodium Z = 11, magnesium Z = 12, aluminium Z = 13, chlorine Z = 17.

**Nguyên tố hoá học** là tập hợp các nguyên tử có cùng số hiệu nguyên tử Z. Nói cách khác, Z chính là 'chứng minh thư' để nhận diện một nguyên tố — hai nguyên tử có cùng Z chắc chắn thuộc cùng một nguyên tố, dù chúng có thể khác nhau về số neutron (điều này bài học sau sẽ gọi là hiện tượng đồng vị). Ngược lại, hai nguyên tử khác Z chắc chắn là hai nguyên tố khác nhau, dù khối lượng của chúng có thể vô tình gần bằng nhau. Một vài giá trị Z quen thuộc: hydrogen Z = 1, helium Z = 2, carbon Z = 6, nitrogen Z = 7, oxygen Z = 8, sodium Z = 11, magnesium Z = 12, aluminium Z = 13, chlorine Z = 17.

Mỗi nguyên tố còn có một kí hiệu hoá học riêng — thường là chữ cái đầu (viết hoa) của tên La-tinh hoặc tên quốc tế của nguyên tố, đôi khi kèm thêm một chữ cái thường thứ hai để phân biệt các nguyên tố trùng chữ cái đầu, ví dụ carbon là C, calcium là Ca, chlorine là Cl. Tính đến nay, khoa học đã xác nhận hơn 100 nguyên tố hoá học, mỗi nguyên tố ứng với đúng một giá trị Z từ 1 trở lên, không hai nguyên tố nào trùng Z. Toàn bộ các nguyên tố này được sắp xếp có hệ thống trong bảng tuần hoàn — nội dung em sẽ tìm hiểu ở một khoá học riêng.

Mỗi nguyên tố còn có một **kí hiệu hoá học** riêng — thường là chữ cái đầu (viết hoa) của tên La-tinh hoặc tên quốc tế của nguyên tố, đôi khi kèm thêm một chữ cái thường thứ hai để phân biệt các nguyên tố trùng chữ cái đầu, ví dụ carbon là C, calcium là Ca, chlorine là Cl. Tính đến nay, khoa học đã xác nhận hơn 100 nguyên tố hoá học, mỗi nguyên tố ứng với đúng một giá trị Z từ 1 trở lên, không hai nguyên tố nào trùng Z. Toàn bộ các nguyên tố này được sắp xếp có hệ thống trong bảng tuần hoàn — nội dung em sẽ tìm hiểu ở một khoá học riêng.

Mỗi nguyên tố có một giá trị Z riêng biệt, không trùng với bất kì nguyên tố nào khác.

Ví dụ

Xác định nguyên tố và điện tích hạt nhân từ số proton

1
Trong hạt nhân của một nguyên tử X có 12 proton. Xác định số hiệu nguyên tử, điện tích hạt nhân, và cho biết X là nguyên tố nào.
2
Số hiệu nguyên tử Z = số proton = 12.
3
Điện tích hạt nhân = Z+ = 12+.
4
Vậy X có Z = 12, điện tích hạt nhân +12 — đây là nguyên tố magnesium (Mg), vì magnesium có số hiệu nguyên tử đúng bằng 12.

Ví dụ

Biện luận nguyên tố từ ngữ cảnh phản ứng (dạng thi)

1
Một nguyên tử Y có 17 proton trong hạt nhân, thường tạo hợp chất muối ăn quen thuộc khi kết hợp với sodium. Xác định Y và giải thích tại sao dù Y tham gia phản ứng tạo hợp chất, số hiệu nguyên tử của nó vẫn không đổi.
2
Số hiệu nguyên tử Z = 17 tương ứng với nguyên tố chlorine (Cl), khớp với dữ kiện tạo hợp chất sodium chloride (muối ăn, NaCl) khi kết hợp với sodium.
3
Trong phản ứng hoá học, các nguyên tử chỉ trao đổi hoặc dùng chung electron ở lớp vỏ ngoài cùng để tạo liên kết — hạt nhân, nơi chứa proton quyết định Z, hoàn toàn không bị ảnh hưởng. Vì vậy số proton, tức Z, được bảo toàn qua mọi phản ứng hoá học thông thường.
4
Vậy Y là chlorine (Z = 17); dù Cl tham gia phản ứng tạo NaCl, số hiệu nguyên tử Z = 17 của nó không hề thay đổi, vì hạt nhân không bị biến đổi trong phản ứng hoá học.

Sai lầm thường gặp

Nhiều bạn nhầm số hiệu nguyên tử Z với số khối A, hoặc nghĩ rằng số neutron mới là yếu tố quyết định một nguyên tử thuộc nguyên tố nào — thực ra chỉ có Z (số proton) mới xác định nguyên tố; số neutron có thể khác nhau giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố (đồng vị), nhưng Z thì không bao giờ đổi.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Số hiệu nguyên tử Z = số proton = số electron (nguyên tử trung hoà). Điện tích hạt nhân = Z+. Nguyên tố hoá học là tập hợp nguyên tử có cùng Z — Z là 'căn cước' bất biến của nguyên tố qua mọi phản ứng hoá học thông thường, vì hạt nhân không bị biến đổi trong các phản ứng đó.

Bài tiếp theo bổ sung con số còn lại — số neutron — để ghép cùng Z thành một kí hiệu duy nhất mô tả đầy đủ một nguyên tử cụ thể: kí hiệu nguyên tử ᴬZX.