Điện tích của hạt nhân do hạt nào quyết định? Vật lý hạt nhân

Điện tích của hạt nhân do proton quyết định — đây là hạt duy nhất trong hạt nhân mang điện tích dương (+1), còn neutron không mang điện. Nếu hạt nhân có Z proton, điện tích hạt nhân bằng +Z, và Z cũng chính là số hiệu nguyên tử đặc trưng cho mỗi nguyên tố hóa học.

Điện tích của hạt nhân do hạt nào quyết định?

Điện tích của hạt nhân do hạt proton quyết định. Hạt nhân nguyên tử gồm hai loại hạt là proton và neutron, trong đó proton mang điện tích dương (+1), còn neutron trung hòa về điện nên không đóng góp vào tổng điện tích.

Nếu một hạt nhân có Z proton thì tổng điện tích của hạt nhân bằng +Z. Mỗi proton mang điện tích nguyên tố dương có giá trị tuyệt đối 1,602 × 10⁻¹⁹ coulomb, tương ứng với một đơn vị điện tích cơ sở.

Trong nguyên tử trung hòa, số electron ở lớp vỏ luôn bằng số proton trong hạt nhân. Vì vậy, số đơn vị điện tích hạt nhân = số proton = số electron = Z, còn gọi là số hiệu nguyên tử.

Vì sao proton quyết định điện tích hạt nhân mà không phải neutron hay electron?

Lý do nằm ở bản chất điện tích của từng loại hạt cơ bản. Proton mang điện tích dương, neutron hoàn toàn không mang điện, còn electron mang điện tích âm nhưng lại chuyển động ở lớp vỏ – không thuộc hạt nhân – nên không ảnh hưởng đến điện tích của hạt nhân.

Theo sách giáo khoa Hóa học 10 (Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam, bộ Chân trời sáng tạo), proton được Ernest Rutherford phát hiện năm 1918 khi bắn phá hạt nhân nitrogen bằng hạt α, còn neutron được James Chadwick phát hiện năm 1932 khi bắn phá hạt nhân beryllium.

“Proton khẳng định điện tính của một hạt nhân nguyên tử, bao gồm cả tính chất hóa học của nó. Neutron là hạt không mang điện tích, nhưng đóng vai trò mang đến khối lượng cho hạt nhân.” — Wikipedia tiếng Việt, mục Hạt nhân nguyên tử

Vì thế, khi tính điện tích hạt nhân, ta chỉ cần đếm số proton — neutron giữ vai trò ổn định hạt nhân và tạo ra các đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố.

Mối quan hệ giữa số proton, điện tích hạt nhân và số hiệu nguyên tử

Ba đại lượng này có mối quan hệ trùng khớp tuyệt đối trong mọi nguyên tử trung hòa, được tóm gọn bằng công thức: Số hiệu nguyên tử (Z) = số proton = số đơn vị điện tích hạt nhân = số electron. Bảng dưới đây minh họa quan hệ này với một số nguyên tố quen thuộc.

Chính vì điện tích hạt nhân đặc trưng duy nhất cho nguyên tố, nên hai nguyên tử có cùng số proton luôn thuộc cùng một nguyên tố hóa học. Nếu số proton thay đổi, nguyên tử sẽ biến thành nguyên tố khác — đây là bản chất của các phản ứng hạt nhân như phân hạch và tổng hợp hạt nhân.

Câu hỏi thường gặp về điện tích hạt nhân

Neutron có ảnh hưởng đến điện tích hạt nhân không?

Không. Neutron không mang điện nên hoàn toàn không đóng góp vào điện tích hạt nhân, chỉ ảnh hưởng đến khối lượng.

Hạt nhân có bao giờ mang điện tích âm không?

Không. Hạt nhân luôn mang điện tích dương vì chỉ chứa proton (dương) và neutron (trung hòa), không có electron bên trong.

Khi nguyên tử trở thành ion, điện tích hạt nhân có thay đổi không?

Không. Ion hóa chỉ thay đổi số electron ở lớp vỏ, số proton trong hạt nhân giữ nguyên nên điện tích hạt nhân không đổi.

Số đơn vị điện tích hạt nhân và số hiệu nguyên tử có giống nhau không?

Giống nhau. Số đơn vị điện tích hạt nhân đúng bằng số proton, cũng chính là số hiệu nguyên tử Z.

Tóm lại, proton là hạt duy nhất quyết định điện tích hạt nhân nhờ mang điện tích dương +1, còn neutron trung hòa và electron nằm ngoài hạt nhân. Hiểu đúng nguyên lý này là chìa khóa để nắm vững cấu tạo nguyên tử, xác định nguyên tố và giải mã quy luật tuần hoàn trong bảng hệ thống các nguyên tố hóa học.