03/11/2019
[Series Thế giới Nguyên tử]
[Phần 2: Đôi nét về nguyên tử]
Phần 1: Tại sao chỉ một proton cũng có thể thay đổi hoàn toàn một nguyên tố và tính chất của nó?
Xem câu trả lời tại: https://www.facebook.com/clbvatlivui/photos/pcb.2496002427285739/2496000147285967/?type=3&theater
Câu hỏi tiếp theo: Vậy neutron thì liên quan gì tới đống này?
Hiện tại, chúng ta cơ bản đã giải quyết xong phần tính chất hóa học của các nguyên tố. Đa số đều liên quan tới cấu trúc electron: dù là khí hay rắn, màu sắc của chất liệu, cách phản ứng, cách dẫn nhiệt hoặc dẫn điện,... tất cả đều dựa vào các electron, và số proton giúp giữ cho nguyên tử ở trạng thái cân bằng.
Tại sao các nguyên tố lại cần neutron? Công dụng của neutron là gì?
Đây là lúc hóa học sẽ biến hình thành vật lý nè. Hãy nhớ lại hồi bạn chơi với nam châm khi còn nhỏ (hoặc khi lớn cũng được, mấy cục nam châm vui mà, tôi không đánh giá gì đâu). Nam châm có một đầu dương (+) và một đầu âm (-). Đầu dương và đầu âm sẽ luôn gắn bó hạnh phúc bên nhau, nhưng nếu bạn cố đưa hai đứa dương lại với nhau thì mọi chuyện sẽ khác. Chúng sẽ đẩy nhau ra xa ngay và luôn.
Giờ thì nghĩ lại về cấu trúc của nguyên tử mà chúng ta mới bàn lúc nãy đi. Đám electron thì chạy lung tung xung quanh, làm mấy trò con bò gì đó, có điều chúng ở quá xa để có thể đẩy được nhau dù chúng có cùng điện tích (vì mấy cháu đó vốn thấp bé nhẹ cân mà). Nhưng ở trong trung tâm nguyên tử, ta lại có một quả cầu nặng chứa đầy proton, tất cả đều bị nhét vào một chỗ rất nhỏ (Nhỏ thực sự luôn đấy, bán kính của một hạt nhân nguyên tử chỉ vào khoảng 1/10,000 kích thước tổng của chính nó thôi, bao gồm cả quỹ đạo của electron nữa, nghĩa là dù mang phần lớn khối lượng, thì hạt nhân lại chỉ chiếm một phần nhỏ kích cỡ của nguyên tử mà thôi).
Và giờ chúng ta có thêm một vấn đề mới: đám hạt tích điện dương đó luôn muốn tránh nhau càng xa càng tốt, giống như khi đưa hai đầu dương của nam châm lại với nhau vậy đó. Như vậy thì lẽ ra hạt nhân sẽ nổ tung... nhưng lại không như vậy. Chủ yếu là nhờ một thứ gọi là lực tương tác mạnh, vốn thuộc về thế giới của vật lý lượng tử, và cái đống đó thì hại não thôi rồi luôn, cho nên tôi sẽ không đi sâu vào đó, nhưng nó vẫn có ích vì liên quan tới neutron trong đó. Chúng ta đều biết chuyện gì sẽ xảy ra khi đưa hai đầu dương lại với nhau rồi, nhưng tại sao khi càng ở gần thì chúng càng đẩy nhau mạnh hơn, còn ở càng xa thì càng yếu? Đó là vì khi càng ở xa thì lực điện từ tác động càng yếu. Một hạt mang điện tích ở xa gấp đôi thì lực sẽ không yếu đi một nửa, mà sẽ yếu đi gấp bốn lần, tương tự như vậy, một hạt tích điện ở xa gấp ba thì lực sẽ yếu đi gấp chín lần và cứ tiếp tục. Như vậy, chúng ta có thể xem các neutron như mấy cục xốp nhỏ (packing peanut) dùng khi đóng gói hàng hóa vậy đó, về cơ bản thì chúng chả có công dụng gì, nhưng thiếu chúng thì lại nhớ.
Tuy số lượng proton và electron trong từng nguyên tố là cố định, nhưng với neutron thì không. Đa số các nguyên tố đều có nhiều trạng thái bền vững khác nhau (và kém bền vững nữa, nhưng chúng ta sẽ nói đến sau), tất cả là nhờ lượng neutron có trong chúng. Ví dụ như Clo, theo bảng tuần hoàn, ô của Clo là như này: (*)
Nếu nhìn vào phía trên, ta có thể thấy clo có số hiệu nguyên tử là 17, đó chính là số proton mà nó có, hoàn toàn khác biệt với những nguyên tố còn lại; ở phía dưới chính là số khối tương đối của một nguyên tử clo: 35.4527. Để tính được số neutron, ta chỉ việc trừ đi số lượng proton là xong (vì khối lượng của electron vốn không đáng kể mà), và kết quả là 18.4527 neutron. Nhìn vào là thấy gì đó sai sai phải không? Vì làm gì có 0.4527 neutron được, nhưng nguyên nhân là do nguyên tử khối chỉ là một con số trung bình, có được qua thí nghiệm. Khoảng chừng 76% số nguyên tử clo trong tự nhiên có 18 neutron (được xác định theo nguyên tử khối của nó, còn được gọi là clo-35) và khoảng 24% còn lại có 20 neutron (tức clo-37). Cho nên theo trung bình, ta có thể xem như clo có nguyên tử khối tương đối là 35.4527. Các nguyên tử của cùng một nguyên tố nhưng lại có số neutron khác nhau được gọi là đồng vị, và lũ này cũng khá có máu mặt đấy. Một nguyên tử clo-35 thường sẽ phản ứng giống như một nguyên tử clo-37, tuy nhiên, vì chúng là các đồng vị bền (nghĩa là tụi nó chả cần phải làm gì nhiều, chỉ việc ngồi chơi xơi nước thôi).
Vậy còn đồng vị không bền thì sao? Còn nhớ lúc tôi nói neutron giống như các mấy cục xốp nhỏ dùng cho gói hàng chứ? Đám này thì không được đóng gói cẩn thận lắm. Có đôi lúc, khi số lượng xốp không đủ để giữ cho đồ đạc bên trong nằm yên, và khi chúng không bền thì... ờ, đôi khi vài điều kì lạ sẽ xảy ra. Giờ thì chuẩn bị nào mấy đứa, vì chúng ta sẽ tiến vào thế giới kì diệu của phóng xạ.
Đón xem phần tiếp theo: Thế giới kì diệu của phóng xạ.
Nguồn: RDVN r/explainlikeimfive
![[Series Thế giới Nguyên tử][Phần 2: Đôi nét về nguyên tử]Phần 1: Tại sao chỉ một proton cũng có thể thay đổi hoàn toàn m...](https://img4.glartent.com/677/398/2501119966773985.jpg)
