Số khối là gì? Số hiệu nguyên tử là gì? Công thức, cách tính?

1. Số khối là gì?Số hiệu nguyên tử là gì? 

1.1. Số khối là gì?

Trong lĩnh vực vật lý hạt nhân, “số khối” của một hạt nhân (được kí hiệu là A) thường là tổng của số hạt proton (kí hiệu là Z) và số hạt nơtron (kí hiệu là N) có trong hạt nhân đó. 

Số khối (Mass Number) của một nguyên tử có vai trò quan trọng trong việc xác định khối lượng của hạt nhân, cùng với các tác động quan trọng khác trong lĩnh vực hạt nhân và hóa học. Dưới đây là một số vai trò quan trọng của số khối:

Xác định khối lượng của hạt nhân: Số khối cho biết tổng khối lượng của hạt proton và nơtron trong hạt nhân của một nguyên tử. Nó quyết định về trọng lượng của nguyên tử đó, trong đó khối lượng chủ yếu tập trung ở hạt nhân.

Xác định tính chất hóa học: Mặc dù số khối không ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất hóa học của nguyên tố, nhưng nó ảnh hưởng đến khả năng tạo ra các đơn chất và hợp chất khác nhau thông qua sự tương tác giữa các nguyên tử. Số khối quyết định về tỷ lệ của các nguyên tử khác nhau trong một mẫu, có thể tạo ra các khối lượng phân tử và khối lượng phần trăm khác nhau trong một hợp chất.

Tạo thành các nguyên tố khác nhau: Số khối quyết định về loại nguyên tử và có ảnh hưởng đến các tính chất hóa học của các nguyên tố khác nhau. Các nguyên tố khác nhau được xác định bởi số proton trong hạt nhân, và số khối thể hiện cả khối lượng của proton và nơtron trong hạt nhân đó.

Tính toán năng lượng liên quan đến hạt nhân: Số khối liên quan chặt chẽ đến năng lượng liên quan đến hạt nhân, bao gồm năng lượng liên kết giữa các hạt proton và nơtron trong hạt nhân. Tính toán năng lượng này quan trọng trong việc hiểu về các hiện tượng hạt nhân như phản ứng hạt nhân và phân hạt nhân.

Tóm lại, số khối chơi một vai trò quan trọng trong việc xác định khối lượng và tính chất hóa học của nguyên tử, cũng như ảnh hưởng đến tính ổn định và năng lượng liên quan đến hạt nhân

1.2. Số hiệu nguyên tử là gì? 

Số hiệu nguyên tử (được kí hiệu là Z) là số hạt proton (p) có trong hạt nhân của một nguyên tử. Bản chất, số hiệu nguyên tử xác định loại nguyên tố và cũng định nghĩa hoàn toàn tính chất hóa học của nguyên tố đó.

Số hiệu nguyên tử (Z) quyết định về cách mà các hạt electron xoay quanh hạt nhân và tạo thành cấu trúc electron của nguyên tử. Sự phân bố các electron này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất hoá học của nguyên tố. Ví dụ, nguyên tử với cùng một số hiệu nguyên tử (Z) sẽ có cấu trúc electron giống nhau và thuộc cùng một phân lớp hóa học.

Một ví dụ cụ thể, nguyên tử hidro (Hydrogen) có số hiệu nguyên tử là 1 vì nó chỉ chứa một hạt proton trong hạt nhân. Nguyên tử heli (Helium) có số hiệu nguyên tử là 2 vì nó có hai hạt proton trong hạt nhân. Số hiệu nguyên tử giúp xác định tên và tính chất hóa học của các nguyên tố trong bảng hợp phối hạt nhân và hệ thống các nguyên tố hóa học.

2. Công thức tính số khối:

2.1. Công thức tính số khối:

Số khối (kí hiệu là A) của một nguyên tử là tổng của số proton (Z) và số nơtron (N) có mặt trong hạt nhân của nguyên tử đó. Công thức biểu diễn là:

A = Z + N

Cụ thể:

– A là số khối của hạt nhân, đại diện cho tổng số hạt proton và hạt nơtron trong hạt nhân.

– Z là số proton trong hạt nhân, còn được gọi là số hiệu nguyên tử.

– N là số hạt nơtron trong hạt nhân.

Thông qua mối quan hệ này, chúng ta có thể tính được số khối của hạt nhân (A) khi biết số proton (Z) và số hạt nơtron (N). Điều này có ứng dụng quan trọng trong việc nghiên cứu và hiểu về tính chất của các nguyên tử và hạt nhân. Số khối của hạt nhân là một thông số quan trọng, nó quyết định về khối lượng của hạt nhân và có tác động lớn đến các tính chất và sự ổn định của hạt nhân. Trong bảng hợp phối hạt nhân (periodic table), “số khối” thông thường được làm tròn và viết gần số nguyên của nguyên tố.

Ví dụ, cho nguyên tử heli (He) với số proton $Z=2$ và số nơtron $N=2$, số khối của nguyên tử này sẽ là:

$A=Z+N=2+2=4.$

Số khối ở đây là 4, và trong bảng hợp phối hạt nhân, helium thường được biểu thị bằng He-4 để chỉ số khối.

2.2. Bài tập liên quan tính số khối:

Bài tập 1: Cho một nguyên tử có số hiệu nguyên tử (Z) là 8 và số nơtron (N) trong hạt nhân là 8. Hãy tính số khối (A) của nguyên tử đó.

Giải: Theo công thức số khối: $A=Z+N.$

Thay vào giá trị số hiệu nguyên tử $Z=8$ và số nơtron $N=8$, ta có: $A=8+8=16.$

Vậy, số khối của nguyên tử là 16.

Hãy nhớ rằng số khối (A) là tổng của số proton (Z) và số nơtron (N) có mặt trong hạt nhân của nguyên tử.

Bài tập 2: Một nguyên tử có số hiệu nguyên tử (Z) là 29 và số nơtron (N) trong hạt nhân là 34. Hãy tính số khối (A) của nguyên tử đó.

Giải: Theo công thức số khối: $A=Z+N.$

Thay vào giá trị số hiệu nguyên tử $Z=29$ và số nơtron $N=34$, ta có: ,$A=29+34=63.$

Vậy, số khối của nguyên tử là 63.

Bài tập 3: Một nguyên tử có số hiệu nguyên tử (Z) là 14 và số nơtron (N) trong hạt nhân là 20. Hãy tính số khối (A) và xác định tên của nguyên tử đó.

Giải: Theo công thức số khối: $A=Z+N.$

Thay vào giá trị số hiệu nguyên tử $Z=14$ và số nơtro  $N=20$, ta có: $A=14+20=34.$

Vậy, số khối của nguyên tử là 34.

Để xác định tên của nguyên tử, bạn có thể tra bảng hợp phối hạt nhân hoặc bảng tuần hoàn hóa học. Số hiệu nguyên tử 14 tương ứng với nguyên tử của Silicon (Si).

Vậy, nguyên tử có số hiệu nguyên tử (Z) là 14 và số nơtron (N) là 20 là nguyên tử Silicon (Si) có số khối (A) là 34.

3. Công thức tính số hiệu nguyên tử:

3.1. Công thức tính số hiệu nguyên tử:

Công thức tính số hiệu nguyên tử (Atomic Number) của một nguyên tử dựa vào thông tin về số khối (Mass Number) và số nơtron (N) có trong hạt nhân là:

$Z=A-N.$

Trong đó:

$–\; Z$ là số hiệu nguyên tử (số hạt proton trong hạt nhân),

$–\; A$ là số khối của hạt nhân (tổng số hạt trong hạt nhân),

$–\; N$ là số nơtron trong hạt nhân.

Số hiệu nguyên tử chính xác là số hạt proton trong hạt nhân và xác định tên và tính chất hóa học của nguyên tố.

3.2. Bài tập liên quan tính số hiệu nguyên tử:

Bài tập 1: Một nguyên tử có số khối (A) là 56 và số nơtron (N) trong hạt nhân là 30. Hãy tính số hiệu nguyên tử (Z) và xác định tên của nguyên tử đó.

Giải: Theo công thức số khối: $A=Z+N.$

Thay vào giá trị số khối $A=56$ và số nơtron $N=30$, ta có: $56=Z+30.$

Từ đó, ta tính được: $Z=56-30=26.$

Vậy, số hiệu nguyên tử của nguyên tử này là 26.

Để xác định tên của nguyên tử, bạn có thể tra bảng hợp phối hạt nhân hoặc bảng tuần hoàn hóa học. Số hiệu nguyên tử 26 tương ứng với nguyên tử của Sắt (Iron – Fe).

Vậy, nguyên tử có số khối (A) là 56 và số nơtron (N) là 30 là nguyên tử Sắt (Fe) có số hiệu nguyên tử (Z) là 26.

Bài tập 2: Trong một thí nghiệm hạt nhân, các nhà nghiên cứu phát hiện ra một nguyên tử mới. Họ biết rằng nguyên tử này có số khối (A) là 120 và tỷ lệ số nơtron (N) đến số proton (Z) là 1.5. Hãy tính số nơtron và số proton của nguyên tử này.

Giải: Ta biết tỷ lệ số nơtron đến số proton là 1.5: ZN​=1.5.

Vì $A=Z+N$, ta có thể viết lại: $N=A-Z.$

Thay vào tỷ lệ số nơtron đến số proton: $N=1.5Z.$

Thay vào công thức số khối: $A=Z+N=Z+1.5Z=2.5Z.$

Từ đó, ta tìm được: Z=2.5A​.

Với giá trị $A=120$, ta tính: Z=2.5120​=48.

Sau đó, tính số nơtron: $N=1.5Z=1.5\times 48=72.$

Vậy, số proton của nguyên tử là 48 và số nơtron là 72.

Bài tập 3: Một nguyên tử không được biết đến trước đó trong bảng hợp phối hạt nhân có số khối (A) là 207 và tỷ lệ số nơtron (N) đến số proton (Z) là 1.5. Hãy tính số nơtron và số proton của nguyên tử này và xác định tên của nguyên tử nếu có thể.

Giải: Tương tự như bài tập trước, chúng ta biết tỷ lệ số nơtron đến số proton là 1.5: ZN​=1.5.

Vì $A=Z+N$, ta có thể viết lại: $N=A-Z.$

Thay vào tỷ lệ số nơtron đến số proton: $N=1.5Z.$

Thay vào công thức số khối: $A=Z+N=Z+1.5Z=2.5Z.$

Từ đó, ta tìm được: Z=2.5A​.

Với giá trị $A=207$, ta tính: Z=2.5207​=82.8.

Vì số proton phải là một số nguyên, ta lấy phần nguyên của $Z$ là 82.

Sau đó, tính số nơtron: $N=1.5Z=1.5\times 82=123.$

Vậy, số proton của nguyên tử là 82 và số nơtron là 123.

Để xác định tên của nguyên tử, bạn có thể tra bảng hợp phối hạt nhân hoặc bảng tuần hoàn hóa học. Số hiệu nguyên tử 82 tương ứng với nguyên tử chì (Pb).

Vậy, nguyên tử có số khối (A) là 207 và tỷ lệ số nơtron (N) đến số proton (Z) là 1.5 là nguyên tử chì (Pb) có số proton là 82 và số nơtron là 123.