Công thức tính khối lượng nguyên tử

Nguyên tử được cấu tạo bởi 3 loại hạt proton, electron và notron. Do đó, khi tính khối lượng nguyên tử chúng ta sẽ cộng khối lượng của 3 loại hạt đó. Thế nhưng, làm cách nào để xác định được khối lượng của từng hạt của nguyên tử? Cùng Toploigiai tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!

Khái niệm nguyên tử là gì?

Nguyên tử là hạt vô cùng nhỏ, là đơn vị cơ bản của vật chất. Nguyên tử trung hòa về điện gồm hạt nhân mang điện tích dương và vỏ mang điện tích âm. 

Như vậy, dựa vào khái niệm có thể thấy nguyên tử được cấu tạo bởi vỏ và hạt nhân. Trong đó: vỏ chính là lớp electron và hạt nhân gồm hai hạt là proton và notron:

- Proton (kí hiệu p): Proton là hạt mang điện tích dương và nằm ở hạt nhân của nguyên tử. 1 proton = 1800 electron. Dựa vào số proton, chúng ta sẽ xác định được nguyên tố đó là nguyên tố nào. Ví dụ: Nguyên tử Cacbon có 6 proton, Hidro có 1 proton,...

- Notron (kí hiệu n): notron không mang điện tích và nằm ở hạt nhân của nguyên tử. Khối lượng của 1 notron sẽ lớn hơn khối lượng của 1 proton. 

- Electron (kí hiệu e): là hạt mang điện tích âm và nằm ở lớp vỏ của nguyên tử, electron bị hút về phía proton mang điện tích dương. Bao quanh hạt nhân nguyên tử là các electron được gọi là orbital có dạng hình cầu. Dựa vào việc sắp xếp các orbital mà người ta xác định được cấu hình electron của nguyên tử. Nhờ đó mà các nhà khoa học dự đoán được một số tính chất vật lí, hóa học của nguyên tử đó như điểm sôi, độ dẫn điện,...

Công thức tính khối lượng nguyên tử

Ta thấy, nguyên tử được cấu tạo bởi 3 hạt proton, notron và electron. Do đó, để tính khối lượng nguyên tử, ta tính khối lượng của các hạt này trong nguyên tử. Công thức tính khối lượng nguyên tử là:

m_{nguyên tử}  = ∑m_p + ∑m_n + ∑m_e

Trong đó:

+ Khối lượng của một electron: me = 9,1094.10^-31 kg.

+ Khối lượng của một proton: mp = 1,6726.10^-27 kg.

+ Khối lượng của một nơtron: mn = 1,6748.10^-27 kg.

Có thể thấy, khối lượng của notron xấp xỉ bằng khối lượng của proton. Còn electron thì vô cùng nhỏ bé so với proton và notron nên khối lượng của e không đáng kể, có thể bỏ qua bvaf giá trị coi như bằng 0. Khi đó, công thức tính khối lượng nguyên tử là:

m_{nguyên tử} = m_{hạt nhân} = ∑m_p +∑m_n

Khi nguyên tử đứng yên, khối lượng thực của nguyên tử được biểu diễn bằng đơn vị khối lượng của nguyên tử đó. Đơn vị khối lượng nguyên tử là u hoặc Dalton (kí hiệu Da). Do khối lượng nguyên tử vô cùng bé, tính bằng gam thì rất bé nên người ta quy ước lấy 1/12 khối lượng của nguyên tử C làm đơn vị khối lượng cho nguyên tử, gọi là đơn vị cacbon, viết tắt là đvC, kí hiệu quốc tế là u.

1u = 1,6605.10^-27 kg = 1,6605.10^-24 g.

Ví dụ: nguyên tử khối của cacbon là 12 đvC, nguyên tử khối của H là 1đvC,…

Bài tập tính khối lượng nguyên tử có lời giải

Bài 1.

Biết nguyên tử nhôm có 13 proton, 14 nơtron. Khối lượng tính bằng gam của một nguyên tử nhôm là bao nhiêu?

Lời giải:

Ta có mp = 13 . 1,6726 . 10^-24 = 2,174.10^-23 = 21,74.10^-24 gam

mn = 14 . 1,675 . 10^-24 = 2,345.10^-23 = 23,45.10^-24 gam

me = 13 . 9,1 . 10^-28 = 1,183 . 10^-26 = 0,01183 . 10^-24 gam

=> Khối lượng 1 nguyên tử nhôm là:

mp + mn + me = 21,74.10^-24 + 23,45.10^-24 + 0,01183 . 10^-24 = 45,201 . 10^-24 gam

Bài 2.

Cho nguyên tử Na có 11 electron, 11proton, 12 nơtron. Hãy tính khối lượng của nguyên tử trên ra đơn vị kg?

Lời giải:

m_Na = m_p + m_n  + m_e 

= 11 . 1,6726.10^-27 + 12 . 1,6748.10^-27 + 11 . 9,1094.10^-31

= 385,0622.10^-28 kg.

Bài 3.

Cho biết 1u = 1,6605.10^-27 kg, nguyên tử khối của oxi bằng 15,999u. Hãy tính khối lượng của một nguyên tử oxi bằng bao nhiêu kg?

Lời giải

mO = 15,999 . 1,6605.10^-27 = 2,6566.10^-26 kg.

Bài 4.

Nguyên tử lithium có 3 proton. Biết hạt nhân nguyên tử lithium có 4 neutron, tính khối lượng nguyên tử của lithium theo đơn vị amu.

Lời giải

Coi khối lượng hạt nhân nguyên tử là khối lượng của nguyên tử.

⇒ Khối lượng của nguyên tử lithium là 3.1amu + 4.1 amu = 7 amu

Bài 5.

Hãy so sánh khối lượng nguyên tử đồng (29p, 36n) và nguyên tử kẽm (30p, 35n).

Lời giải

Khối lượng nguyên tử đồng (29p, 36n) = 29.1 + 36.1 = 65 amu

Khối lượng nguyên tử nhôm (30p, 35n) = 30.1 + 35.1 = 65 amu

Vậy khối lượng nguyên tử đồng bằng khối lượng nguyên tử kẽm

Bài 6.

Nguyên tử X có tổng số hạt là 48. Số hạt mang điện gấp 2 lần số hạt không mang điện. Khối lượng nguyên tử của X tính theo đơn vị amu là bao nhiêu?

Lời giải

Tổng số hạt trong nguyên tử X là 48 nên: p + n + e = 48

Mà nguyên tử trung hòa về điện nên p = e => 2p + n = 48 (1).

Trong nguyên tử X, số hạt mang điện gấp 2 lần số hạt không mang điện e + p = 2n

Mà e = p nên 2p = 2n hay p = n (2).

Thay (2) vào (1), ta có: 2p + p = 48 => p = 16.

=> Số hạt p = n = 16.

Khối lượng nguyên tử của X là:

16.1amu + 16.1 amu = 32 amu

Bài 7. 

Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt là 40. Tổng số hạt mang điện nhiều hơn tổng số hạt không mang điện là 12 hạt. Nguyên tử X có số proton là bao nhiêu?

Lời giải

Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt là 40.

Tổng số hạt = p + e + n = 2p + n = 40 (1)

Số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 12

=> p + e – n = 2p – n = 12 (2)

Từ (1) và (2) => p = 13; n = 14

Số proton có trong nguyên tử X bằng 13

Bài tập trắc nghiệm về khối lượng nguyên tử

Câu 1. Để biểu thị khối lượng của một nguyên tử, người ta dùng đơn vị

A. gam

B. miligam

C. kilogam

D. đvC

Đáp án D

Câu 2. Tìm tỉ số về khối lượng của electron với proton?

A. 4,2367.10-4.

B. 5,4463.10-4.

C. 6,4325.10-4.

D. 3,2879.10-4.

Đáp án B.

Câu 3. Khối lượng của một nguyên tử cacbon-12 là bao nhiêu?

A. 12u.

B. 12 gam.

C. 1 đvC.

D. 1u

Đáp án A

Câu 4. Cho nguyên tử Na có 11electron, 11 proton, 12 nơtron. Tính khối lượng của 1024 nguyên tử Na ra đơn vị gam?

A. 36,2018g.

B. 39,2102g.

C. 38,2015g.

D. 34,2019g.

Đáp án C.

Ta có: mNa = 11u + 12u + 11.0,00055u = 23,00605u

Khối lượng của 1024 nguyên tử Na là: 1024 . 23,00605 . 1,6605.10-24 = 38,2015 g.

Câu 5. Vì sao khối lượng nguyên tử được coi bằng khối lượng hạt nhân. Chọn đáp án đúng.

A. Do proton và nơtron có cùng khối lượng còn electron có khối lượng rất bé.

B. Do số p = số e.

C. Do hạt nhân tạo bởi proton và nơtron.

D. Do nơtron không mang điện.

Đáp án A.