Nguyên tố Hóa học

Nguyên tố hóa học là tập hợp các nguyên tử có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân (Z)

Trong nguyên tử, số đơn vị điện tích hạt nhân bằng số electron ở vỏ nguyên tử. Các electron trong nguyên tử quyết định tính chất hóa học của nguyên tử, nên các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học có tính chất hóa học giống nhau.

Ví dụ 1: Tất cả nguyên tử có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân là 6 đều thuộc nguyên tố carbon dù chúng có thể có số neutron khác nhau.

Hiện nay người ta đã biết tới 118 nguyên tố hóa học (4 nguyên tố tồn tại trong tự nhiên, 24 nguyên tố tạo ra trong phòng thí nghiệm)

Ví dụ 2: Cho các nguyên tử sau: B (Z = 8, A = 16), D (Z = 7, A = 14), E (Z = 9, A = 19), F (Z = 8, A = 18).

Trong các nguyên tử trên, nguyên tử B và F thuộc cùng một nguyên tố hóa học vì có cùng số đơn vị điện tích hạt nhân (Z = 8).

II. Kí hiệu nguyên tử

Số đơn vị điện tích hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố hóa học (còn được gọi là số hiệu nguyên tử (Z) của nguyên tố đó) và số khối (A) là những đặc trưng cơ bản của một nguyên tử.

Trong đó:

• X là kí hiệu nguyên tố
• Số Z (số hiệu nguyên tử)
• Số khối A là những đặc trưng cơ bản của nguyên tử

Ví dụ 1: Kí hiệu nguyên tử Sodium là \(_{11}^{23}Na\). Cho biết:

• Nguyên tử sodium có kí hiệu là Na.
• Số hiệu nguyên tử sodium là Z = 11 = số proton = số electron.
• Số khối của nguyên tử sodium  là A = 23.

A = Z + N → Số neutron = N = A – Z = 23 – 11 = 12.

Ví dụ 2: Nguyên tử nitrogen có 7 proton và 7 neutron.

Ta có:

• Số hiệu nguyên tử Z = số proton = 7.
• Số khối của nguyên tử nitrogen là A = Z + N = 7 + 7 = 14.

→ Kí hiệu nguyên tử nitrogen là _{\({}_7^{14}N\)}.

III. Đồng vị

Ví dụ 1: Hydrogen có 3 đồng vị, _{\(_{1}^{1}H\)} (kí hiệu là P), _{\(_{1}^{2}H\)} (kí hiệu là D), _{\(_{1}^{3}H\)} (kí hiệu là T)

a) Protium ( \(_{1}^{1}H\))

b) Deuterium ( \(_{1}^{2}H\))

c) Tritium ( \(_{1}^{3}H\))

Mô hình cấu tạo nguyên tử các đồng vị của nguyên tố hydrogen.

Các đồng vị khác nhau về số neutron nên khác nhau về khối lượng của hạt nhân nguyên tử, đồng thời khác nhau về một số tính chất vật lí.

Ví dụ 2: Ở dạng đơn chất, đồng vị _{\(_{17}^{37}Cl\)} có tỉ khối lớn hơn, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao hơn đồng vị \(_{17}^{35}Cl\).

IV. Nguyên tử khối

1. Nguyên tử khối

Ví dụ: 

Một nguyên tử oxygen có khối lượng là\(2,656.10^{-23} gam =\frac{2,656.10^{-23} }{1,661.10^{-24}} =16\: amu\)

⇒ Khối lượng nguyên tử oxygen nặng gấp khoảng 16 lần đơn vị khối lượng nguyên tử.

Do khối lượng proton và neutron đều xấp xỉ 1,0 amu, còn khối lượng electron nhỏ hơn rất nhiều (0,00055 amu), nên có thể coi khối lượng nguyên tử xấp xỉ số khối.

Ví dụ: Nguyên tử của nguyên tố potassium có 19 proton và 20 neutron.

Nguyên tử khối của potassium là A = 19 + 20 = 39.

2. Nguyên tử khối trung bình

Nguyên tử khối của một nguyên tố là nguyên tử khối trung bình (kí hiệu _\(\bar{A}\)) của hỗn hợp các đồng vị của nguyên tố đó.

Ví dụ 1: Bằng phương pháp phổ khối lượng, người ta xác định được trong tự nhiên, nguyên tố chlorine có hai đồng vị bền là _{\(_{17}^{35}Cl\)} (chiếm 75,77%) và _{\(_{17}^{37}Cl\)} (chiếm 24,23% số nguyên tử).

Hướng dẫn 

Nguyên tử khối trung bình của chlorine:

\(\bar{A} =\frac{35.75,77+37.24,23}{100} =35,48≈ 35,5\)

Ví dụ 2: Nguyên tử khối trung bình của copper bằng 63,546. Copper tồn tại trong tự nhiên dưới hai dạng đồng vị _{\(_{29}^{63}Cu\)} và _{\(_{29}^{65}Cu\)}. Tính phần trăm số nguyên tử của đồng vị _{\(_{29}^{63}Cu\)} tồn tại trong tự nhiên.

Hướng dẫn

Gọi phần trăm số nguyên tử của đồng vị _{\(_{29}^{63}Cu\)} và _{\(_{29}^{65}Cu\)} lần lượt là x (%) và y (%).

Ta có: x + y = 100 (1).

Nguyên tử khối trung bình của copper:

\(\bar{A}_{Cu} =\frac{63.x+65.y}{100} =63,546\: (2)\)

Từ (1) và (2) giải hệ phương trình suy ra:

x = 72,7 và y = 27,3.

Vậy phần trăm số nguyên tử của đồng vị _{\(_{29}^{63}Cu\)} tồn tại trong tự nhiên là 72,7%.