Trả lời nhanh
Với kí hiệu AZX: số proton = Z (số hiệu nguyên tử), số electron = Z (nếu nguyên tử trung hòa), số nơtron N = A − Z. Các đồng vị của cùng một nguyên tố có cùng Z nên cùng số proton và electron, chỉ khác số nơtron, do đó khác số khối A.
Đề bài thường cho một dãy đồng vị (ví dụ 12C, 13C, 14C…) rồi yêu cầu “xác định thành phần nguyên tử: số proton, nơtron, electron của mỗi đồng vị”. Vì đề cụ thể có thể khác nhau, bài này hướng dẫn phương pháp chung và giải mẫu bằng các đồng vị tự chọn để em áp dụng cho bất kì đề nào.
Ba công thức cần nhớ
- Số proton (P) = Z: Z là số hiệu nguyên tử, cũng là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.
- Số electron (E) = P = Z khi là nguyên tử trung hòa về điện.
- Số nơtron (N) = A − Z, vì số khối A = Z + N (khối lượng electron rất nhỏ nên không tính vào A).
Mẹo nhớ: số nhỏ ở dưới là Z (số “hiệu”), số lớn ở trên là A (số “khối”). Nơtron là phần chênh giữa số trên và số dưới.
Các bước giải
- Đọc kí hiệu: xác định A (số khối) và Z (số hiệu). Nếu đề chỉ cho kí hiệu hóa học và số khối, tra Z trong bảng tuần hoàn.
- Kết luận P = Z.
- Kết luận E = Z (nguyên tử trung hòa).
- Tính N = A − Z.
- Kiểm tra lại: P + N phải bằng A.
Ví dụ: xác định thành phần của một số đồng vị
Các đồng vị dưới đây là ví dụ tự chọn để minh họa cách làm.
| Đồng vị | Z | A | Số proton | Số electron | Số nơtron |
|---|---|---|---|---|---|
| 1H | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 2H | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| 3H | 1 | 3 | 1 | 1 | 2 |
| 12C | 6 | 12 | 6 | 6 | 6 |
| 13C | 6 | 13 | 6 | 6 | 7 |
| 14C | 6 | 14 | 6 | 6 | 8 |
| 16O | 8 | 16 | 8 | 8 | 8 |
| 17O | 8 | 17 | 8 | 8 | 9 |
| 18O | 8 | 18 | 8 | 8 | 10 |
| 35Cl | 17 | 35 | 17 | 17 | 18 |
| 37Cl | 17 | 37 | 17 | 17 | 20 |
| 63Cu | 29 | 63 | 29 | 29 | 34 |
| 65Cu | 29 | 65 | 29 | 29 | 36 |
Nhận xét: trong mỗi nhóm, hai cột proton và electron không đổi, chỉ cột nơtron thay đổi. Đó chính là định nghĩa đồng vị: những nguyên tử cùng số proton nhưng khác số nơtron.
Trường hợp ion: electron thay đổi
Khi nguyên tử tạo ion, hạt nhân không đổi (P và N giữ nguyên), chỉ số electron thay đổi.
- Cation Xn+: mất n electron → E = Z − n.
- Anion Xn−: nhận n electron → E = Z + n.
| Ion | Số proton | Số electron | Số nơtron |
|---|---|---|---|
| 2311Na+ | 11 | 10 | 12 |
| 2412Mg2+ | 12 | 10 | 12 |
| 3517Cl− | 17 | 18 | 18 |
| 168O2− | 8 | 10 | 8 |
| 2713Al3+ | 13 | 10 | 14 |
Khi đề chỉ cho tổng số hạt
Dạng này hay gặp ngay sau bài đồng vị. Gọi tổng số hạt là S = 2Z + N (2Z vì proton và electron bằng nhau).
Ví dụ (tự đặt): Nguyên tử X có tổng số hạt là 40, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 12. Tìm P, E, N và số khối.
Giải: 2Z + N = 40 và 2Z − N = 12. Cộng hai vế: 4Z = 52 → Z = 13. Suy ra N = 40 − 26 = 14. Vậy P = E = 13, N = 14, A = 13 + 14 = 27 (X là nhôm, Al).
Nếu hệ chỉ có một phương trình (chỉ biết tổng S), dùng bất đẳng thức với các nguyên tử bền có Z ≤ 82: 1 ≤ N/Z ≤ 1,5, nên 3Z ≤ S ≤ 3,5Z, tức S/3,5 ≤ Z ≤ S/3.
Lỗi sai thường gặp
- Lấy A làm số nơtron hoặc quên trừ Z. Hãy nhớ A là tổng proton và nơtron.
- Nhầm vị trí số khối và số hiệu khi viết kí hiệu: A luôn ở trên, Z luôn ở dưới.
- Giữ nguyên số electron cho ion. Với ion, E khác Z.
- Cho rằng đồng vị khác số electron. Đồng vị cùng Z nên cùng số electron (khi trung hòa).
- Quên Z từ bảng tuần hoàn khi đề chỉ viết 35Cl: phải tra Z = 17.
Bài luyện tập có đáp án
- Xác định số proton, electron, nơtron của 31P (Z = 15).
Đáp án: P = 15, E = 15, N = 31 − 15 = 16. - Xác định số proton, electron, nơtron của ion 56Fe3+ (Z = 26).
Đáp án: P = 26, E = 26 − 3 = 23, N = 56 − 26 = 30. - Nguyên tử Y có tổng số hạt là 58, số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 18. Tìm Z, N, A.
Đáp án: 2Z + N = 58 và 2Z − N = 18 → 4Z = 76 → Z = 19; N = 58 − 38 = 20; A = 39 (Y là kali, K).
Câu hỏi thường gặp
Số proton có luôn bằng số electron không?
Chỉ đúng với nguyên tử trung hòa về điện. Với ion, số electron khác số proton: cation mất electron nên E = Z − n, anion nhận electron nên E = Z + n.
Làm sao tính số nơtron khi biết kí hiệu nguyên tử?
Lấy số khối A trừ số hiệu nguyên tử Z: N = A − Z. Ví dụ ³⁵Cl có Z = 17, A = 35 nên N = 18.
Các đồng vị của một nguyên tố khác nhau ở điểm nào?
Các đồng vị có cùng số proton (cùng Z) và cùng số electron nhưng khác số nơtron, nên có số khối A khác nhau. Tính chất hóa học giống nhau vì có cùng cấu hình electron.
Nếu đề không cho Z thì tìm ở đâu?
Tra số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn, đó chính là Z. Hoặc dùng dữ kiện tổng số hạt để lập hệ phương trình tìm Z.