Đang tải câu hỏi…
Quiz Hoàn Tất!
Mục tiêu chính:
Chắc chắn rồi! Dựa trên nội dung bạn cung cấp, tôi đã biên soạn một bài viết chi tiết, diễn giải lại kiến thức một cách trực quan, dễ hiểu và tối ưu hóa cho việc đăng tải lên WordPress.
Bạn có thể sao chép và dán trực tiếp nội dung dưới đây vào trình soạn thảo của WordPress.
1. J.J. Thomson và Phát Hiện Ra Electron – Mô Hình “Bánh Pudding Mận”
Vào cuối thế kỷ 19, khái niệm về nguyên tử vẫn còn khá mơ hồ. Mọi thứ bắt đầu thay đổi vào năm 1898, nhờ vào thí nghiệm của nhà vật lý người Anh J. J. Thomson.
Thí nghiệm Tia Âm Cực Kinh Điển (H3)
Thomson thực hiện một thí nghiệm với ống phóng tia âm cực (một ống thủy tinh hút gần như toàn bộ không khí). Khi đặt một hiệu điện thế rất cao vào hai điện cực kim loại trong ống, ông nhận thấy một chùm tia bí ẩn phát ra từ cực âm, được gọi là tia âm cực.
Điểm mấu chốt là:
- Bình thường, chùm tia này đi thẳng.
- Tuy nhiên, khi đặt ống trong một từ trường hoặc điện trường, chùm tia này luôn bị lệch về phía cực dương.
Gợi ý: Chèn Hình 1.3 tại đây và đặt chú thích: Thí nghiệm tia âm cực của Thomson cho thấy chùm tia bị hút về phía cực dương.
Điều này chỉ có thể có một lời giải thích:
Chùm tia âm cực phải là một dòng các hạt mang điện tích âm. Thomson gọi những hạt này là electron. Hơn nữa, dù ông thay đổi kim loại làm điện cực, kết quả vẫn không đổi. Điều này chứng tỏ electron là một thành phần cơ bản có trong mọi loại nguyên tử.
Mô Hình Nguyên Tử “Bánh Pudding Mận” (H3)
Phát hiện ra electron đặt ra một câu hỏi lớn: Nguyên tử vốn trung hòa về điện, vậy nếu có hạt mang điện âm (electron) thì chắc chắn phải có phần mang điện dương để cân bằng.
Từ đó, Thomson đề xuất mô hình cấu tạo nguyên tử đầu tiên, thường được gọi vui là mô hình “bánh pudding mận”:
Nguyên tử được xem như một khối cầu đặc, mang điện tích dương, và các electron mang điện tích âm thì nằm rải rác bên trong khối cầu đó, giống như những quả mận trong một chiếc bánh pudding.
Gợi ý: Chèn Hình 1.4 tại đây và đặt chú thích: Mô hình nguyên tử “Bánh Pudding Mận” của Thomson.
2. Ernest Rutherford và Khám Phá Hạt Nhân – Mô Hình “Hành Tinh Nguyên Tử” (H2)
Mô hình của Thomson là một bước tiến lớn, nhưng nó đã sớm bị lung lay bởi thí nghiệm kinh điển của học trò ông, Ernest Rutherford, vào năm 1911.
Thí nghiệm Bắn Phá Lá Vàng Mỏng (H3)
Rutherford đã dùng các hạt alpha (là những hạt mang điện tích dương, được biết đến là hạt nhân của nguyên tử Heli) để bắn vào một lá vàng siêu mỏng. Ông đặt một màn huỳnh quang xung quanh để xem các hạt alpha sẽ đi về đâu sau khi xuyên qua lá vàng.
Nếu mô hình “bánh pudding mận” là đúng, các hạt alpha dương sẽ đi xuyên qua khối cầu dương một cách dễ dàng, chỉ bị lệch hướng nhẹ. Nhưng kết quả thực tế lại gây sốc:
- Hầu hết các hạt alpha đi xuyên thẳng qua lá vàng như không có gì cản trở.
- Một số ít hạt bị lệch khỏi hướng ban đầu một góc nhỏ.
- Đặc biệt, một số rất ít hạt (khoảng 1 trên 10.000) bị bật ngược trở lại.
Rutherford sau này đã mô tả sự kinh ngạc của mình rằng: “Nó cũng khó tin như thể bạn bắn một viên đạn 15-inch vào một tờ giấy lụa và viên đạn đó lại bật ngược lại và trúng vào bạn.”
Gợi ý: Chèn Hình 1.5 tại đây và đặt chú thích: Sơ đồ thí nghiệm bắn phá lá vàng của Rutherford.
Một Mô Hình Nguyên Tử Hoàn Toàn Mới (H3)
Từ kết quả đáng kinh ngạc đó, Rutherford rút ra những kết luận làm thay đổi hoàn toàn hiểu biết về nguyên tử:
- Nguyên tử có cấu trúc rỗng: Vì hầu hết hạt alpha đi thẳng qua, chứng tỏ phần lớn không gian của nguyên tử là “trống rỗng”.
- Điện tích dương tập trung ở một vùng rất nhỏ: Việc có hạt alpha bị bật ngược lại chứng tỏ chúng đã va chạm với một thứ gì đó rất đặc, chắc và mang điện tích dương (vì điện tích dương mới đẩy được hạt alpha dương).
Từ đó, Rutherford đề xuất mô hình hành tinh nguyên tử:
Nguyên tử bao gồm một hạt nhân rất nhỏ, đặc, mang điện tích dương nằm ở trung tâm. Các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân này trên những quỹ đạo giống như các hành tinh quay quanh Mặt Trời.
Gợi ý: Chèn Hình 1.6 tại đây và đặt chú thích: Các hạt alpha bị lệch hướng khi đi gần hạt nhân mang điện dương của nguyên tử vàng.
Mô hình này đã giải thích thành công kết quả thí nghiệm, nhưng nó cũng vấp phải một vấn đề: Tại sao các electron (âm) lại không bị hút và rơi vào hạt nhân (dương) theo lực hút tĩnh điện? Câu hỏi này đã mở đường cho những lý thuyết vật lý lượng tử sau này.
3. Hoàn Thiện Bức Tranh: Sự Ra Đời Của Proton và Neutron (H2)
Mô hình của Rutherford đã cho chúng ta hạt nhân và electron, nhưng cấu tạo của hạt nhân vẫn còn là một bí ẩn.
Khám phá Proton (H3)
Năm 1918, chính Rutherford, qua các thí nghiệm bắn phá khí nitrogen bằng hạt alpha, đã xác định được rằng hạt nhân của nguyên tử hydro (H) chính là hạt mang điện tích dương cơ bản. Ông đặt tên cho nó là proton. Như vậy, điện tích dương trong hạt nhân được quyết định bởi các hạt proton.
James Chadwick và Hạt Neutron (H3)
Các nhà khoa học nhận thấy khối lượng của hạt nhân luôn lớn hơn tổng khối lượng của các proton trong đó. Điều này cho thấy phải có một loại hạt khác, không mang điện nhưng có khối lượng đáng kể.
Việc tìm ra hạt này rất khó khăn vì nó trung hòa về điện (không bị lệch trong điện trường hay từ trường). Mãi đến năm 1932, James Chadwick mới chứng minh được sự tồn tại của nó bằng cách dùng hạt alpha bắn phá nguyên tử Berylium (Be). Ông đặt tên cho hạt mới này là neutron.
Tổng Kết: Cấu Trúc Nguyên Tử Hoàn Chỉnh (H2)
Như vậy, qua những thí nghiệm đột phá của Thomson, Rutherford và Chadwick, bức tranh hoàn chỉnh về các hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử đã được hình thành:
- Nguyên tử gồm 2 phần chính:
- Hạt nhân (ở tâm): Có kích thước siêu nhỏ nhưng chiếm gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử. Hạt nhân được tạo thành từ:
- Proton: Hạt mang điện tích dương (+).
- Neutron: Hạt không mang điện (trung hòa).
- Lớp vỏ (xung quanh hạt nhân): Được tạo thành từ:
- Electron: Các hạt mang điện tích âm (-), chuyển động trong không gian rộng lớn xung quanh hạt nhân.
- Hạt nhân (ở tâm): Có kích thước siêu nhỏ nhưng chiếm gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử. Hạt nhân được tạo thành từ:
Hành trình từ một ý tưởng mơ hồ đến một mô hình cấu trúc chi tiết là minh chứng cho sự tò mò và tài năng không ngừng của con người. Những khám phá nền tảng này không chỉ định hình lại ngành hóa học, vật lý mà còn mở đường cho vô số công nghệ hiện đại ngày nay.
Comment ×