[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!
ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.
Làm thế nào để cân một nguyên tử?
- Để xác định khối lượng của một vật chất bất kì, chỉ cần thả vật đó lên một chiếc cân có đủ độ nhạy thì ta sẽ thu được kết quả tương đối chính xác về khối lượng của vật chất đó, thât dễ dàng phải không ? Tuy nhiên, ta không thể "cân" một nguyên tử theo cách đó !
- Thả một nguyên tử xuống bàn cân, trong lúc nguyên tử đó "rơi" thì các hạt khí quyển khác đang bắn xung quanh và làm cản trở các phép đo của bạn.
Vậy làm sao để cân một nguyên tử?
Định luật Avogadro
- Một nhà khoa học người Ý, Amedeo Avogadro, nhận ra rằng thể tích của bất kỳ chất khí nào (ở áp suất và nhiệt độ nhất định) tỷ lệ thuận với số lượng nguyên tử hoặc phân tử cấu thành nó. Đây là một bước đột phá lớn, nó cho phép các nhà vật lý so sánh trọng lượng tương đối của các thể tích khí khác nhau bằng nhau để xác định khối lượng tương đối của các nguyên tử cấu thành chúng.
Nhà vật lí Avogadro
- Trọng lượng nguyên tử được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu - atomic mass unit), trong đó 1 amu bằng 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon-12. Ngay sau đó, hằng số nổi tiếng, được gọi là hằng số Avogadro (6,023 × 10^23) đã ra đời. Con số này cung cấp số lượng nguyên tử hoặc phân tử có trong 1 mol (lượng chất của một hệ có chứa nhiều thực thể cơ bản như có các nguyên tử trong 0,012 kg cacbon-12.) của một loại khí.
- Điều này giúp chúng ta đưa ra các ước tính sơ bộ về khối lượng của một nguyên tử bằng cách cân thể tích của toàn bộ khí và chia cho số Avogadro.
‘’Cân’’ nguyên tử bằng quang phổ kế
- Các định luật của Newton thật sự rất hữu ích trong việc này. Định luật II Newton chỉ ra rằng : F = ma, trong đó 'a' là gia tốc của một vật có khối lượng 'm' khi một lực 'F' tác dụng lên nó, là ý tưởng cơ bản đằng sau phép đo của một nguyên tử.
- Một dụng cụ được gọi là máy quang phổ khối được sử dụng để thực hiện thí nghiệm:
Máy quang phổ khối Bước đầu tiên là ion hóa một loại khí gồm các nguyên tử bằng cách bắn một chùm hạt vào khí, làm tăng thêm electron cho các nguyên tử hoặc loại bỏ một vài electron của chúng, tùy thuộc vào loại chùm hạt được sử dụng. Điều này mang lại cho các nguyên tử một điện tích âm hoặc điện tích dương và chúng tạo thành các ion.
Tiếp theo, các ion này được truyền qua một ống trong đó chúng phải chịu điện trường và từ trường . Cả hai trường này đều tác dụng lực lên các ion. Lực điện thay đổi tốc độ của các ion, trong khi lực từ uốn cong đường đi của chúng.
Các ion sau đó được thu thập bằng ‘’cốc Faraday’’ (một cốc kim loại được thiết kế để bắt các hạt tích điện trong chân không) ở cuối ống, tạo ra dòng điện trong các dây được gắn vào cốc. Bằng cách đo thời điểm và nơi dòng ion chạm vào cốc Faraday, các nhà vật lý có thể xác định gia tốc và hướng của các ion, dưới tác động của điện trường và từ trường.
Cuối cùng, theo định luật chuyển động thứ hai của Newton, F = ma được sắp xếp lại thành m = F / a, bạn chia tổng lực tác dụng lên các ion bằng gia tốc kết quả của chúng để xác định khối lượng của các ion. Tương tự, xác định khối lượng của các electrons bằng máy quang phổ khối.
Bây giờ chúng ta có phép đo khối lượng của cả ion và electron, chúng ta có thể cộng và trừ khối lượng cho phù hợp để tìm khối lượng của nguyên tử ban đầu, không có hoặc vượt quá số electron.
Sử dụng máy quang phổ khối, các nhà vật lý đã xác định khối lượng của một nguyên tử hydro là 1,6737236 × 10 ^ -27 kg. Kết quả này có đủ độ chính xác cho hầu hết các mục đích ứng dụng.
- Để xác định khối lượng của một vật chất bất kì, chỉ cần thả vật đó lên một chiếc cân có đủ độ nhạy thì ta sẽ thu được kết quả tương đối chính xác về khối lượng của vật chất đó, thât dễ dàng phải không ? Tuy nhiên, ta không thể "cân" một nguyên tử theo cách đó !
- Thả một nguyên tử xuống bàn cân, trong lúc nguyên tử đó "rơi" thì các hạt khí quyển khác đang bắn xung quanh và làm cản trở các phép đo của bạn.
Vậy làm sao để cân một nguyên tử? Định luật Avogadro - Một nhà khoa học người Ý, Amedeo Avogadro, nhận ra rằng thể tích của bất kỳ chất khí nào (ở áp suất và nhiệt độ nhất định) tỷ lệ thuận với số lượng nguyên tử hoặc phân tử cấu thành nó. Đây là một bước đột phá lớn, nó cho phép các nhà vật lý so sánh trọng lượng tương đối của các thể tích khí khác nhau bằng nhau để xác định khối lượng tương đối của các nguyên tử cấu thành chúng.
Nhà vật lí Avogadro
- Trọng lượng nguyên tử được đo bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (amu - atomic mass unit), trong đó 1 amu bằng 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon-12. Ngay sau đó, hằng số nổi tiếng, được gọi là hằng số Avogadro (6,023 × 10^23) đã ra đời. Con số này cung cấp số lượng nguyên tử hoặc phân tử có trong 1 mol (lượng chất của một hệ có chứa nhiều thực thể cơ bản như có các nguyên tử trong 0,012 kg cacbon-12.) của một loại khí.
- Điều này giúp chúng ta đưa ra các ước tính sơ bộ về khối lượng của một nguyên tử bằng cách cân thể tích của toàn bộ khí và chia cho số Avogadro.
‘’Cân’’ nguyên tử bằng quang phổ kế- Các định luật của Newton thật sự rất hữu ích trong việc này. Định luật II Newton chỉ ra rằng : F = ma, trong đó 'a' là gia tốc của một vật có khối lượng 'm' khi một lực 'F' tác dụng lên nó, là ý tưởng cơ bản đằng sau phép đo của một nguyên tử.
- Một dụng cụ được gọi là máy quang phổ khối được sử dụng để thực hiện thí nghiệm:
Máy quang phổ khối
Tiếp theo, các ion này được truyền qua một ống trong đó chúng phải chịu điện trường và từ trường . Cả hai trường này đều tác dụng lực lên các ion. Lực điện thay đổi tốc độ của các ion, trong khi lực từ uốn cong đường đi của chúng.
Các ion sau đó được thu thập bằng ‘’cốc Faraday’’ (một cốc kim loại được thiết kế để bắt các hạt tích điện trong chân không) ở cuối ống, tạo ra dòng điện trong các dây được gắn vào cốc. Bằng cách đo thời điểm và nơi dòng ion chạm vào cốc Faraday, các nhà vật lý có thể xác định gia tốc và hướng của các ion, dưới tác động của điện trường và từ trường.
Cuối cùng, theo định luật chuyển động thứ hai của Newton, F = ma được sắp xếp lại thành m = F / a, bạn chia tổng lực tác dụng lên các ion bằng gia tốc kết quả của chúng để xác định khối lượng của các ion. Tương tự, xác định khối lượng của các electrons bằng máy quang phổ khối.
Bây giờ chúng ta có phép đo khối lượng của cả ion và electron, chúng ta có thể cộng và trừ khối lượng cho phù hợp để tìm khối lượng của nguyên tử ban đầu, không có hoặc vượt quá số electron.
Sử dụng máy quang phổ khối, các nhà vật lý đã xác định khối lượng của một nguyên tử hydro là 1,6737236 × 10 ^ -27 kg. Kết quả này có đủ độ chính xác cho hầu hết các mục đích ứng dụng.
