Nguyên tử và những dạng bài tập thường gặp

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN LÝ TỰ TRỌNG

TỔ HOÁ HỌC
––––––––

CHUYÊN ĐỀ

NHỮNG DẠNG BÀI TẬP
THƯỜNG GẶP VỀ NGUYÊN TỬ
––––––––––––––––––––––

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Cô Đinh Thị Lan Hương
HỌC SINH THỰC HIỆN

1. Nguyễn Hoàng Tuấn Anh
2. Nguyễn Công Sang
3. Nguyễn Thị Mỹ Quyên
Lớp: 10A4

Năm học: 2015-2016




MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... 7
1/ MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 8
1.1.

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI......................................................................................... 8

1.2.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................... 8

1.3.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 9

1.4.

NƠI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – THỜI GIAN VÀ TIẾN ĐỘ NGHIÊN CỨU ... 9

2/ TÓM TẮT LÝ THUYẾT NGUYÊN TỬ ..................................................................... 11
2.1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ........................................................................................ 11
2.1.1. Thành phần – Kích thước – Khối lượng ............................................................. 11
2.1.2. Nguyên tố hóa học – Đồng vị ............................................................................. 14
Sơ đồ tư duy 1. Tóm tắt về cấu tạo nguyên tử............................................................. 15
2.2. CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ................................................................................. 16
2.2.1. Tính chất sóng - hạt của ánh sáng ....................................................................... 16
2.2.2. Cấu tạo vỏ nguyên tử .......................................................................................... 16
Sơ đồ tư duy 2. Tóm tắt cấu tạo vỏ nguyên tử ............................................................ 22
2.3. CẤU TẠO HẠT NHÂN – CÁC PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ................................ 23
2.3.1. Độ bền của hạt nhân – Độ hụt khối – Năng lượng liên kết................................. 23
2.3.2. Phản ứng hạt nhân ............................................................................................... 24
Sơ đồ tư duy 3. Tóm tắt hạt nhân và phản ứng hạt nhân .......................................... 31
2.4. HÓA HỌC PHÓNG XẠ ......................................................................................... 32
2.4.1. Năng lượng học của phân rã phóng xạ và phản ứng hạt nhân ............................ 32
2.4.2. Động học phóng xạ ............................................................................................. 32

2.4.3. Cân bằng phóng xạ .............................................................................................. 33
3/ CÁC DẠNG BÀI TẬP ................................................................................................... 35
3.1. CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ CẤU TẠO HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ................... 35


3.1.1. Bài tập xác định số lượng các loại hạt (p, n ,e) và xác định nguyên tử. ............. 35
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 45
3.1.2. Bài tập xác định khối lượng, khối lượng riêng, thể tích của hạt nhân và nguyên
tử.................................................................................................................................... 67
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 68
3.2. CÁC DẠNG BÀI TẬP CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ ......................................... 71
3.2.1. Tính chất sóng – hạt ánh sáng. Quang phổ nguyên tử ........................................ 71
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 77
3.2.2. Năng lượng ion hóa – Cấu hình electron ............................................................ 80
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 87
3.2.3. Bài tập tổng hợp .................................................................................................. 92
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 92
3.3. HÓA HỌC PHÓNG XẠ ......................................................................................... 95
3.3.1. Độ bền của hạt nhân – Năng lượng liên kết ........................................................ 95
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 96
3.3.2. Định luật chuyển dịch phóng xạ ......................................................................... 98
Bài tập tham khảo.......................................................................................................... 99
3.3.3. Định luật phân rã phóng xạ ............................................................................... 102
Bài tập tham khảo........................................................................................................ 107
3.3.4. Năng lượng học của phân rã phóng xạ và phản ứng hạt nhân .......................... 121
Bài tập tham khảo........................................................................................................ 122
3.3.5. Bài tập tổng hợp ................................................................................................ 124
Bài tập tham khảo........................................................................................................ 126
3.4. CÁC BÀI TẬP ICHO THAM KHẢO ................................................................. 134
4/ KẾT LUẬN ............................................................................................................... 139

4.1. KINH NGHIỆM RÚT RA .................................................................................... 139
4.2. Ý KIẾN – KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 139


4.3 Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ......................................................... 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 141


LỜI CẢM ƠN
Đây là lần đầu tiên nhóm chúng em thực hiện chuyên đề, còn gặp nhiều khó khăn
trong việc tìm kiếm tài liệu cũng như về mặt hình thức, nên khó tránh khỏi những sai sót.
Tuy nhiên, sau hơn nhiều tháng kể từ khi nhận chuyên đề (tháng 9/2015), chúng em đã
hoàn thành xong chuyên đề nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy cô tổ hóa học -Trường THPT
Chuyên Lý Tự Trọng và đặc biệt là cô Đinh Thị Lan Hương. Nhóm chúng em cám ơn cô
đã hướng dẫn chúng em trong việc tìm tòi, đúc kết những kiến thức từ sách vở cũng như
đã quan tâm đến chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề cương để chúng em có thể
hoàn thành tốt công việc và hiểu sâu hơn về vấn đề trong bộ môn mà chúng em yêu thích.
Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cám ơn đến Ban Giám Hiệu nhà trường cũng như
Thư Viện trường đã tạo điều kiện để nhóm em có thể tìm được những tài liệu, thông tin bổ
ích phục vụ cho chuyên đề từ thư viện của trường. Chúng em xin chân thành cám ơn!
Nhóm thực hiện đề tài
––––––––––––


1/ MỞ ĐẦU
1.1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Nguyên tử là một khái niệm khá trừu tượng mà con người khó nắm bắt một cách
trực quan. Tuy nhiên nguyên tử lại là thành phần cấu tạo nên thế giới vật chất xung quanh
chúng ta, và nó quyết định rất lớn đến thế giới vật chất đó. Trong suốt quá trình nghiên cứu
về hạt nhân của các nguyên tử, người ta biết thêm về phản ứng hạt nhân, là một bước

ngoặc rất lớn trong công nghệ năng lượng và quân sự. Sự sống bắt nguồn chỉ từ những
nguyên tử vô tri vô giác phổ biến trong tự nhiên, rồi dần hình thành nên các phân tử, đại
phân tử phức tạp tạo nên cấu trúc tế bào, rồi các tế bào tạo nên một thế giới sống đa dạng
và phong phú như ngày nay. Trong đó nó tạo nên con người có trí tuệ và cảm xúc để rồi lại
nghiên cứu về nó, tức là nghiên cứu về chính coi người vậy.
Vì sự ảnh hưởng rất lớn đó mà chủ đề nguyên tử sớm được đưa vào để giảng dạy
cho các bạn học sinh. Tuy nhiên, nguyên tử dù là hạt vật chất rất nhỏ như lại có cấu tạo
cực kì phức tạp, cũng như các mối quan hệ giữa chúng. Điều này đôi lúc làm các bạn học
sinh chưa nắm bắt và hiểu rõ về nguyên tử.
Hiểu được điều này, nhóm chúng em quyết định tìm hiểu về chuyên đề nguyên tử.
Chuyên đề “Những dạng bài tập về nguyên tử” được chúng em hệ thống kiến thức một
cách ngắn gọn, đầy đủ, dưới dạng những sơ đồ tư duy. Sưu tầm, phân loại những dạng bài
tập thường gặp xoay quanh về vỏ nguyên tử, hạt nhân nguyên tử trong chương trình
chuyên từ cơ bản đến nâng cao, những đề thi Olympic trong và ngoài nước, các kì thi HSG
Quốc Gia với mong muốn làm tài liệu học tập không chỉ cho riêng bản thân mình mà còn
giúp ích được phần nào đó cho học sinh khối chuyên hóa.
1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Chuyên đề nguyên tử là một chuyên đề hay trong các chuyên đề của hóa đại
cương. Tuy nhiên kiến thức của chuyên đề cũng khá nhiều mang tính trừu tượng, điều này
đã khiến việc học tập chuyên đề gặp không ít khó khăn. Qua tham khảo, nhóm nhận thấy
đã có tài liệu tự học của các anh chị đi trước viết về chủ đề này, song vẫn còn hạn chế về
số lượng bài tập. Vì vậy nhóm chúng em đã chọn viết lại chuyên đề nguyên tử theo một
hướng khác. Đó là hệ thống kiến thức cơ bản dưới dạng những sơ đồ tư duy kèm theo hình
ảnh minh họa. Tập hợp và phân loại bài tập, đi sâu tìm hiểu các dạng bài tập thường xuất
hiện trong các đề thi học sinh giỏi, đặc biệt là HSG Quốc gia và Olympic Quốc tế với


mong muốn đây không chỉ làm nguồn tài liệu học tập cho bản thân mà còn là cuốn chuyên
đề cho các bạn học sinh khác tham khảo, học tập…
1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

-

Áp dụng sơ đồ tư duy cho việc hệ thống lại các kiến thức giúp dễ dàng nhớ và khắc

sâu hơn.
-

Nghiên cứu, tham khảo các tài liệu từ các tác giả có uy tín, có kinh nghiệm.

-

Đưa ra các dạng bài tập tiêu biểu để minh họa sau đó có bài tập tương tự.

-

Trao đổi, học hỏi từ các thầy cô, bạn bè nhiều nơi.

-

Dùng hình ảnh trực quan sinh động để mô tả.

-

Tổng hợp, phân tích, đề xuất nhiều phương pháp giải cho cùng một bài tập và lựa

chọn cách hay, phù hợp nhất với học sinh.
1.4. NƠI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – THỜI GIAN VÀ TIẾN ĐỘ NGHIÊN CỨU
Nơi thực hiện: Trường THPT Chuyên Lý Tự Trọng.
Thời gian thực hiện đề tài: Từ 9/2015 – 3/2016.
Gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1 (tháng 9/2015):
- Nhận đề tài.
- Phân công công việc, tìm kiếm tài liệu.
Giai đoạn 2 (tháng 10 – 17/11/2015):
- Hoàn chỉnh đề cương, trình bày với giáo viên hướng dẫn.
- Tiếp tục hoàn thiện đề tài.
- Báo cáo đề cương chi tiết (17/11/2015).
Giai đoạn 3 (tháng 11/2015 – đến HK II)
- Hoàn thiện chuyên đề, trình bài với giáo viên hướng dẫn.
- Báo cáo chuyên đề.
––––––––––––



Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

2/ TÓM TẮT LÝ THUYẾT NGUYÊN TỬ: Cấu tạo nguyên tử – Cấu tạo vỏ nguyên
tử – Cấu tạo hạt nhân và các phản ứng hạt nhân – Hóa học phóng xạ
2.1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ
Nguyên tử (Atom) là hạt vi mô trung hòa về điện, đại diện cho nguyên tố hóa học và
không bị chia nhỏ trong phản ứng hóa học.
2.1.1. Thành phần – Kích thước – Khối lượng
2.1.1.1. Thành phần
- Nguyên tử gồm 2 phần: hạt nhân nguyên tử và vỏ nguyên tử. Được cấu tạo từ 3 loại
hạt: proton, neutron, và electron.
Hình 1. Cấu tạo của nguyên tử theo mô hình nguyên tử Borh.

Hạt nhân nguyên tử:

Hình 2. Hạt nhân nguyên tử
- Hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương.

Trang 11

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

- Gồm các hạt proton và neutron. Proton và neutron được gọi chung là các hạch tử
(nucleon).
- Mỗi nguyên tố có số lượng proton riêng biệt trong hạt nhân nguyên tử của nguyên tố đó.
Đó là đặc điểm để phân biệt các loại nguyên tố khác nhau.
- Hầu hết khối lượng của nguyên tử tập trung ở hạt nhân.
- Trong nguyên tử ta luôn có:

𝑍 = ∑ 𝑝 = ∑ 𝑒 = điện tích hạt nhân = số đơn vị điện tích hạt nhân
Vỏ nguyên tử:

Hình 3. Sự chuyển động cơ bản của electron xung quanh hạt nhân theo mô hình nguyên tử
Bohr.
- Vỏ nguyên tử mang điện tích âm.
- Gồm các hạt electron chuyển động không theo quỹ đạo xung quanh hạt nhân.
- Khối lượng của electron là rất bé, xấp xỉ

1

1840

lần khối lượng proton.

2.1.1.2. Kích thước và khối lượng
- Đường kính hạt nhân là 10-14 m.
- Đường kính nguyên tử là 10-10 m (gấp 104 lần đường kính hạt nhân).
Đơn vị Cacbon là đơn vị quy ước để đo khối lượng nguyên tử, khối lượng phân tử và khối
lượng các hạt cơ bản. Kí hiệu: đvC, u hay amu (atomic mass unit).
1 đvC =

1
12

khối lượng nguyên tử Cacbon =

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

19,92.10−24
12

= 1,66.10-24 g.

Trang 12


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Hạt

Đường kính hạt

Khối lượng hạt

Proton (p)

10−15 m

1,6726.10-27 kg ≈ 1u

Neutron (n)

10−15 m

1,6750.10-27 kg ≈ 1u

Electron (e)

10−15 m

Nhân

Vỏ

Lớp 10A4

9,1095.10-31 kg ≈

1
1836

u

Hình 4. Kích thước của các tiểu phân.
Khối lượng của nguyên tử được xác định bởi công thức:
∑ 𝑚𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử = ∑ 𝑚𝑝 + ∑ 𝑚𝑛 + ∑ 𝑚𝑒
Hoặc tương đối khối lượng nguyên tử được xác định bởi công thức:
∑ 𝑚𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử (𝑢) ≈ 𝐴 = 𝑍 + 𝑁(𝑛)

Khối lượng nguyên tử trung bình của các nguyên tố hóa học là khối lượng nguyên tử
trung bình của hỗn hợp các đồng vị có tính đến tỉ lệ phần trăm của mỗi đồng vị.
̅=
M

𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 + ⋯
100

̅ : khối lượng nguyên tử trung bình.
M
A: khối lượng của đồng vị thứ nhất, a: tỉ lệ phần trăm của đồng vị thứ nhất.
B: khối lượng của đồng vị thứ hai, b: tỉ lệ phần trăm của đồng vị thứ hai.

Trang 13

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

2.1.2. Nguyên tố hóa học – Đồng vị
Đồng vị (Isotopes) là những dạng nguyên tử khác nhau của cùng một nguyên tố mà
hạt nhân nguyên tử của chúng tuy có cùng số proton song lại khác nhau về số nơtron do
đó số khối của chúng khác nhau.

Hình 5. Các đồng vị của nguyên tố Cacbon.
Hầu hết các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của các đồng vị nên nguyên tố hóa học
được định nghĩa lại như sau: Nguyên tố hóa học (Chemical Elements) là tập hợp các
nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Trang 14


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

Sơ đồ tư duy 1. Tóm tắt về cấu tạo nguyên tử

Trang 15

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

2.2. CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ
2.2.1. Tính chất sóng - hạt của ánh sáng
Bản chất hạt ánh sáng thể hiện ở hiệu ứng quang điện, khi đó ánh sáng như là một
dòng hạt photon có khối lượng , xung lượng xác định với năng lượng E được xác định bởi
công thức: E = m.c2.
Với: m là khối lượng hạt photon (kg).
c là hằng số tốc độ ánh sáng (𝑐 ≈ 3. 108 m/s).
Bản chất sóng của ánh sáng thể hiện ở hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa, khi đó ánh sáng
như sóng truyền đi trong không gian với tốc độ c xác định bởi công thức:

c   v
 là bước sóng của ánh sáng (m).
v

là tần số của ánh sáng (s-1).

Hình 6. Hạt và sóng phản xạ bởi gương.
2.2.2. Cấu tạo vỏ nguyên tử
2.2.2.1. Lớp, phân lớp, obitan nguyên tử
Lớp
- Trong nguyên tử, các electron được sắp sếp thành từng lớp, các lớp được sắp xếp
từ gần hạt nhân ra ngoài. Các electron trên cùng một lớp năng lượng gần bằng nhau.
- Năng lượng của electron ở lớp trong thấp hơn năng lượng electron ở lớp ngoài.Vì
vậy, năng lượng của electron chủ yếu phụ thuộc vào số thứ tự của lớp.
- Lớp K(n=1) là lớp gần hạt nhân nhất. Năng lượng của electron trên lớp này là thấp
nhất. Sự liên kết giữa electron trên lớp này với hạt nhân là bền chặt nhất.

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Trang 16


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

- Thứ tự các lớp electron được ghi bằng các số nguyên n=1,2,3,...,7 và các chữ cái
tương ứng K, L, M, N, O, P, Q,…
- Số electron tối đa trong lớp thứ n là 2n2 electron.
Phân lớp
- Mỗi lớp electron chia thành các phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái viết
thường: s,p,d,f
- Các electron trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.
- Số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó.
Lớp thứ nhất (lớp K) có 1 phân lớp, đó là phân lớp 1s
Lớp thứ hai (lớp L) có 2 phân lớp, đó là các phân lớp 2s và 2p
Lớp thứ ba (lớp M) có 3 phân lớp, đó là các phân lớp 3s,3p và 3d
Lớp thứ tư (lớp N) có 4 phân lớp, đó là các phân lớp 4s,4p,4d và 4f
Lớp thứ n có n phân lớp electron.
- Tuy nhiên, trên thực tế với hơn 110 nguyên tố đã biết, chỉ có số electron điền vào
bốn phân lớp s,p,d,f
- Các electron ở phân lớp s được gọi là các electron s, ở phân lớp p được gọi là các
electron p,...
Obitan nguyên tử
- Obitan nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt
(xác suất tìm thấy) electron khoảng 90%

Hình 7. Hình dạng của một số Obitan nguyên tử.
Trang 17

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

- Phân lớp s: Chỉ có 1 obitan, có đối xứng cầu trong không gian
- Phân lớp p: Có 3 obitan px,py,pz định hướng theo các trục x,y,z
- Phân lớp d: Có 5 obitan, định hướng khác nhau trong không gian
- Phân lớp f: Có 7 obitan, cũng định hướng khác nhau trong không gian.
Như vậy : Số obitan trong các phân lớp s,p,d,f tương ứng là các số lẻ : 1,3,5,7.
- Số obitan trong lớp electron thứ n là n2 obitan :
- Lớp K (n=1) có 12=1 obitan, đó là obitan 1s.
- Lớp L (n=2) có 22=4 obitan, gồm 1 obitan 2s và 3 obitan 2p .
- Lớp M (n=3) có 32=9 obitan, gồm 1 obitan 3s và 3 obitan 3p và 5 obitan 3d .
- Lớp N (n=4) có 42=16 obitan, gồm 1 obitan 4s, 3 obitan 4p, 5 obitan 4d và 7
obitan 4f.
2.2.2.2. Các số lượng tử
Số lượng tử chính n
- Có thể nhận giá trị nguyên dương = 1, 2, 3,…
- Số lượng tử chính quy định mức năng lượng của một electron.
- Năng lượng của một electron phụ thuộc chủ yếu vào giá trị của n (số thứ tự của
lớp electron) vì vậy n được gọi là số lượng tử chính.
- n có giá trị càng lớn, electron có mức năng lượng càng cao và liên kết với hạt nhân
càng kém chặt chẽ.
- Giá trị của n cũng qui định kích thước của obitan.
N

1

2

3

4…

K

L

M

N…

Tên lớp
electron

Số lượng tử momen góc orbitan 𝒍 :
- Có thể nhận giá trị nguyên từ 0 đến (n – 1), nghĩa là tổng cộng n giá trị .
- Số lượng tử obitan 𝑙 quy định hình dạng obitan hay kiểu obitan.
- Obitan s có dạng hình cầu, obitan p có dạng số 8 nổi, obitan d và f có dạng phức
tạp hơn
- Mỗi giá trị của 𝑙 ứng với một kiểu obitan
𝑙 = 0 được gọi là phân mức s và obitan trong phân mức s gọi là obitan s
GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Trang 18

Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

𝑙 = 1 ………….. phân mức p ………………………............. obitan p
𝑙 = 2 ………….. phân mức d ………………………............. obitan d
𝑙 = 3 ………….. phân mức f ……………………….............. obitan f…
l

1

2

3

4

…

Kí hiệu

S

p

d

f

…

Ở lớp thứ nhất n = 1, 𝑙 có 1 kiểu obitan : obitan s.
Ở lớp thứ nhất n = 2, 𝑙 có 2 kiểu obitan : obitan s và obitan p.
Ở lớp thứ nhất n = 3, 𝑙 có 3 kiểu obitan : obitan s, p và d.
Ở lớp thứ nhất n = 3, 𝑙 có 3 kiểu obitan : obitan s, p, d và f.
Số lượng tử từ 𝒎𝒍
- Có thể nhận các giá trị từ - 𝑙 đến + 𝑙 kể cả giá trị 0, gồm (2𝑙 + 1) giá trị.
- Số lượng tử từ xác định sự định hướng của các obitan trong không gian. Mỗi
giá trị m ứng với một obitan.
- Mỗi obitan được đặc trưng bởi một tổ hợp ba số lượng tử n, 𝑙, m.
- Khi:
𝑙 = 0 ; 𝑚𝑙 = 0 có một giá trị 𝑚𝑙 tức là 1 orbitan s
𝑙 = 1 ; 𝑚𝑙 = -1 ;0 ;+1 có ba giá trị 𝑚𝑙 tức là 3 orbitan p : 𝑝𝑥 , 𝑝𝑦 , 𝑝𝑧 .
𝑙 = 2 ; 𝑚𝑙 = -2 ;-1 ;0 ;+1 ;+2 có năm giá trị 𝑚𝑙 tức là năm orbitan d :
𝑑𝑥𝑦 , 𝑑𝑥𝑧 , 𝑑𝑦𝑧 , 𝑑𝑧 2 , 𝑑𝑥2 −𝑦 2
𝑙 = 3 ; 𝑚𝑙 = -3 ;-2 ;-1 ;0 ;+1 ;+2 ;+3 có bảy giá trị 𝑚𝑙 tức là bảy orbitan f .
Số lượng tử spin electron 𝒎𝒔 :
- Có thể nhận một trong hai giá trị bằng +1/2 hay -1/2
- Tóm lại, trạng thái của một electron trong nguyên tử được đặc trưng bằng một bộ
bốn số lượng tử.
2.2.2.3. Cấu hình electron và nguyên tắc viết cấu hình electron
Cấu hình electron nguyên tử
- Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc
các lớp khác nhau.
Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử:
Trang 19

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

- Số thứ tự lớp electron được viết bằng các chữ số (1, 2, 3,…)
- Phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái thường (s, p, d, f)
- Số electron được ghi bằng chỉ số ở phía trên, bên phải của phân lớp.
Nguyên tắc viết cấu hình electron
- Xác định số electron của nguyên tử.
- Các electron được phân bố theo thứ tự tăng dần các mức năng lượng AO, theo các
nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử (đối với các nguyên tử không có
phân lớp d hoặc f thì thứ tự tăng dần mức năng lượng trùng với cấu hình electron).
- Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp trong một lớp và theo thứ tự các
lớp electron.
Thí dụ:
+ Mg (Z = 12):
Thứ tự tăng dần mức năng lượng trùng với cấu hình electron: 1s22s22p63s2.
+ Mn ( Z = 25):
Do sự chèn mức năng lượng, các electron được phân bố như sau: 1s22s22p63s23p64s23d5.
Sau đó phải sắp xếp các phân lớp theo từng lớp → Cấu hình electron:
1s22s22p63s23p63d54s2 hoặc viết gọn là [Ar]3d54s2.
([Ar] là cấu hình electrong nguyên tử của nguyên tố argon, là khí hiếm gần nhất đứng
trước Mn.)

Chú ý:
1. Cần hiểu electron lớp ngoài cùng theo cấu hình electron chứ không phải theo thứ tự
tăng dần mức năng lượng.
2. Đối với một số nguyên tố nhóm phụ (nhóm B), khi trên phân lớp d sát lớp ngoài
cùng có 4 electron hoặc 9 electron thường xảy ra hiện tượng “bán bão hòa gấp”

hoặc “bão hòa gấp”. Tức là 1 electron trên phân lớp ns chuyển vào phân lớp (n-1)d
để làm bền phân lớp này.

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Trang 20


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Bán bão hòa gấp

Lớp 10A4

Bão hòa gấp

(n-1)d5ns1 
ns2(n-1)d4

(n-1)d10ns1 
ns2(n-1)d9

(n-1)d ns 
4

(n-1)d9ns2 

2

Thí dụ:

+ Cr (Z = 24): 1s22s22p63s23p63d44s2
Thực tế: 1s22s22p63s23p63d54s1 (do hiện tượng “bán bão hòa gấp”).
+ Cu (Z = 29): 1s22s22p63s23p63d94s2
Thực tế: 1s22s22p63s23p63d104s1 (do hiện tượng “bão hòa gấp”).
3. Cấu hình electron còn mở rộng cho cả ion, khi đó để viết cấu hình electron của ion,
ta phải xuất từ cấu hình electron của nguyên tử, bằng cách bớt đi (cation) hoặc cộng
thêm (anion) số electron đúng bằng điện tích của ion.
Thí dụ: + Cl (Z = 17): 1s22s22p63s23p5 → Cl-: 1s22s22p63s23p6.
+ Fe (Z = 26): 1s22s22p63s23p63d64s2 → Fe3+: 1s22s22p63s23p63d5.
2.2.2.4. Đặc điểm electron lớp ngoài cùng
- Các electron lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố.
- Trong nguyên tử, số electron tối đa lớp ngoài cùng là 8 electron. Các nguyên tử có
8 electron lớp cùng đều rất bền vững, chúng hầu như không tham gia vào các phản ứng
hóa học. Đó là các khí hiếm (trừ He có số electron lớp ngoài cùng là 2).
+ Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử kim loại (trừ
H, He, và B).
+ Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là các nguyên tử phi
kim.

Trang 21

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

Sơ đồ tư duy 2. Tóm tắt cấu tạo vỏ nguyên tử

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Trang 22


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

2.3. CẤU TẠO HẠT NHÂN – CÁC PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
2.3.1. Độ bền của hạt nhân – Độ hụt khối – Năng lượng liên kết
Độ bền của hạt nhân
- Các proton cùng mang điện tích dương và ở rất gần nhau, do đó lực đẩy giữa
chúng là rất mạnh. Ngoài lực đẩy giữa các hạt proton với nhau, giữa các hạt proton với
nơtron và giữa các nơtron với nhau còn tồn tại một loại lực là lực hút khoảng cách ngắn.
Nếu lực đẩy lớn hơn lực hút, hạt nhân sẽ không bền và phân rã, đồng thời phát các bức xạ.
Nếu lực hút trội hơn, hạt nhân sẽ bền vững.
- Độ bền được xác định bởi công thức :

1≤

𝑁
𝑃

≤ 1,5

- Nguyên tử có 2, 8, 20, 50, 82 hay 126 proton hoặc nơtron thường bền hơn.
- Nguyên tử có số chẵn cả proton lẫn nơtron thường bền hơn.
- Kể từ Poloni (Z=84) trở đi nguyên tố đều có tính phóng xạ.
Số proton

Số nơtron

Số lượng các đồng vị bền

Lẻ

Lẻ

4

Lẻ

Chẵn

50

Chẵn

Lẻ

53

Chẵn

Chẵn

157

Độ hụt khối

- Độ hụt khối (độ hao hụt khối lượng) là sự chênh lệch khối lượng của nucleon với
khối lượng đo được của hạt nhân.
- Độ hụt khối được xác định bởi công thức:
∆𝑚 = [Z.mp + (A-Z)mn] – m
- Nguyên nhân là do các hạt nucleon ở trạng thái riêng rẽ thì không bền, khi kết hợp
lại thành hạt nhân nguyên tử bền thì giải phóng năng lượng ra bên ngoài dẫn đến sự hao
hụt về khối lượng.
Năng lượng liên kết hạt nhân
Trang 23

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

Lớp 10A4

- Năng lượng liên kết hạt nhân là năng lượng cần tiêu tốn để phá vỡ hạt nhân
nguyên tử thành các proton và notron.
- Độ bền của hạt nhân nguyên tử là đại lượng năng lượng liên kết hạt nhân.
∆𝐸 = ∆𝑚. 𝑐 2
c là tốc độ ánh sáng (c ≈ 3.108 m/s).
∆𝑚 là độ hụt khối (kg).
∆𝐸 là năng lượng được giải phóng (J); đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân nên được
gọi là năng lượng liên kết (Elk).
(1 MeV = 1,602.10-13 J; 1 u = 931,5 MeV = 1,492.10-10 J)
- Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho độ bền vững của hạt nhân, được xác định
bởi công thức:

E=

Elk
A

Elk là năng lượng liên kết của hạt nhân.
A là số khối của nguyên tử.
2.3.2. Phản ứng hạt nhân
2.3.2.1. Phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học
Phản ứng hạt nhân

Phản ứng hóa học

Thay đổi phần hạt nhân nguyên tử.

Chỉ có lớp vỏ electron thay đổi (thêm, bớt,

Biến nguyên tố này thành nguyên tố khác.

góp chung electron).
Không thay đổi hạt nhân.

Sự biến đổi năng lượng rất lớn.

Sự biến đổi năng lượng không nhiều bằng
phản ứng hạt nhân.

Bảo toàn số nguyên tử và bảo toàn nguyên

Bảo toàn số nucleon (bảo toàn số khối).

tố.

Bảo toàn điện tích (số hiệu nguyên tử).

2.3.2.2. Các kiểu phân rã hạt nhân
Sự phân rã tự nhiên: là hiện tượng một hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát
ra các tia phóng xạ và biến đổi thành các hạt nhân khác.
GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương

Trang 24


Chuyên đề: Những dạng bài tập thường gặp về nguyên tử

226
88𝑅𝑎

→

222
86𝑅𝑛

Lớp 10A4

+ 42𝐻𝑒

Hạt nhân của Radi tự phân rã ra hạt α.
Sự phân rã nhân tạo:
- Theo thí ngiệm của Rutherford thì một nguyên tố này có thể biến thành một nguyên tố
khác bằng phương pháp nhân tạo.

14
7𝑁

+ 42𝐻𝑒  178𝑂 + 11𝐻

- Đa số các nguyên tố mới điều chế bằng phương pháp nhân tạo đều là những nguyên tố
không bền và có tính phóng xạ. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phóng xạ nhân tạo.
Sự nổ hạt nhân: là sự phá vỡ các hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhẹ hơn.
1
0𝑛

+

235
92𝑈



162
72
1
30𝑍𝑛 + 62𝑆𝑚 + 2 0𝑛
153
1
{ 80
38𝑆𝑟 + 54𝑋𝑒 + 3 0𝑛
94
139
1
36𝐾𝑟 + 56𝐵𝑎 + 3 0𝑛

Sự tổng hợp hạt nhân: là quá trình kết hợp các hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng
hơn.
1
1𝐻
3
2𝐻𝑒

+ 21𝐻 → 32𝐻𝑒

+ 32𝐻𝑒 → 42𝐻𝑒 + 2 11𝐻

1
1𝐻

+ 11𝐻 → 21𝐻 +

0
−1𝛽

2.3.2.3. Các kiểu phóng xạ tự nhiên, phương trình hạt nhân
Các kiểu phóng xạ tự nhiên
- Phóng xạ kiểu 𝜶:
- Khả năng đâm thấu kém, khả năng ion hóa mạnh.
- Hạt 𝛼 là hạt nhân của nguyên tử He ( 42𝐻𝑒) gồm hai proton, 2 nơtron và 0 electron.
- Khi nguyên tử mất đi một hạt 𝛼 thì số khối giảm đi bốn đơn vị, số hiệu nguyên tử
giảm hai đơn vị. Ta thu được nguyên tố đứng trước nguyên tố ban đầu hai ô trong hệ thống
tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
- Phóng xạ kiểu 𝛼 thường xảy ra chủ yếu ở các nguyên tố thuộc vùng không bền sau
bismuth (Z >83) trong hệ thống tuần hoàn.

𝐴
4
𝐴−4
𝑍𝑋 → 2𝐻𝑒 + 𝑍−2𝑌

Ví dụ:

Trang 25

238
234
4
92𝑈→ 90𝑇ℎ+ 2𝐻𝑒

GVHD: Cô Đinh Thị Lan Hương