Thành phần của nguyên tử

• 1897 — J. J. Thomson: phóng điện qua không khí loãng, phát hiện chùm tia phát ra từ cực âm và bị hút lệch về phía cực dương của điện trường, chứng tỏ chúng mang điện tích âm. Đó là chùm electron. Electron là một thành phần của nguyên tử.
• 1911 — E. Rutherford: bắn chùm hạt α vào lá vàng rất mỏng. Hầu hết hạt α xuyên thẳng qua, một số ít lệch hướng, rất ít bị bật trở lại. Kết luận: nguyên tử có cấu tạo rỗng, ở tâm có một hạt nhân mang điện tích dương và kích thước rất nhỏ so với nguyên tử.
• 1918 — Rutherford dùng hạt α bắn phá hạt nhân nitrogen, phát hiện proton.
• 1932 — J. Chadwick bắn phá hạt nhân beryllium bằng hạt α, phát hiện neutron.

Nguyên tử gồm hai phần:

• Hạt nhân ở tâm, chứa proton mang điện tích dương và neutron không mang điện.
• Vỏ nguyên tử chứa electron mang điện tích âm, chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân.

Ngoại lệ duy nhất là nguyên tử ¹₁H — hạt nhân chỉ có một proton, không có neutron.

Trong nguyên tử, số proton bằng số electron nên nguyên tử trung hoà về điện.

Khối lượng electron nhỏ không đáng kể so với proton và neutron, nên khối lượng nguyên tử tập trung hầu hết ở hạt nhân.

Kích thước nguyên tử là khoảng không gian tạo bởi sự chuyển động của các electron. Coi nguyên tử như một khối cầu thì đường kính chỉ khoảng 10⁻¹⁰ m.

Vì quá nhỏ nên dùng đơn vị picomet (pm) hoặc angstrom (Å): 1 pm = 10⁻¹² m; 1 Å = 10⁻¹⁰ m. Nguyên tử hydrogen có bán kính khoảng 53 pm.

Hạt nhân có đường kính khoảng 10⁻² pm, tức nhỏ hơn nguyên tử khoảng 10 000 lần. Nếu phóng to một nguyên tử vàng lên 10⁹ lần thì nguyên tử to bằng quả bóng rổ đường kính 30 cm, còn hạt nhân chỉ bằng hạt cát đường kính 0,003 cm.

Khối lượng nguyên tử bằng tổng khối lượng proton, neutron và electron trong nguyên tử. Vì rất nhỏ nên một lượng chất nhỏ cũng chứa hàng tỉ tỉ nguyên tử: trong 2 g carbon có khoảng 10²³ nguyên tử carbon; trong 1 lít nước có khoảng 9·10²⁵ nguyên tử oxygen và hydrogen.

Người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu amu, định nghĩa bằng 1/12 khối lượng một nguyên tử carbon-12:

1 amu = 19,926·10⁻²⁷ kg ÷ 12 = 1,661·10⁻²⁷ kg

Ví dụ nguyên tử oxygen nặng 2,656·10⁻²⁶ kg, tức 15,990 amu.

Số proton trong hạt nhân bằng số đơn vị điện tích hạt nhân, kí hiệu Z. Ví dụ hạt nhân Na có 11 proton nên Z = 11.

Tổng số proton và số neutron (kí hiệu N) trong hạt nhân gọi là số khối (hay số nucleon), kí hiệu A:

A = Z + N

Ví dụ hạt nhân Na có 11 proton và 12 neutron nên A = 11 + 12 = 23.