Bạn đã bao giờ chà một quả bóng bay lên tóc rồi dí nó vào tường và thấy quả bóng dính chặt vào tường, không rơi xuống chưa? Hoặc bạn đã bao giờ dùng một chiếc lược chải tóc rồi đưa lại gần những mẩu giấy vụn và thấy giấy bị hút dính lên lược chưa? Những trò chơi tưởng như chỉ để vui đó thực ra là minh chứng sống động cho sự tồn tại của các hạt mang điện trong nguyên tử. Khi bạn chà xát quả bóng bay, bạn đã làm cho các electron di chuyển từ nơi này sang nơi khác, và chính sự mất cân bằng điện tích đó đã tạo ra lực hút mà bạn nhìn thấy bằng mắt thường.
Trong một nguyên tử, không phải hạt nào cũng mang điện. Proton mang điện tích dương, electron mang điện tích âm, còn neutron thì không mang điện, nó chỉ đứng yên trong hạt nhân và góp phần tạo nên khối lượng. Vì vậy, khi đề bài hỏi có bao nhiêu hạt mang điện trong nguyên tử, bạn chỉ được tính proton và electron, còn neutron thì bỏ ra ngoài. Bài viết này sẽ giúp bạn nắm chắc công thức tính số hạt mang điện, hiểu vì sao neutron không được tính, luyện tập với bốn ví dụ tính từng bước, trong đó có cả trường hợp ion mà nhiều bạn hay sai nhất, rồi tự kiểm tra bằng năm câu trắc nghiệm kèm giải thích cặn kẽ.
1. Công thức tính số hạt mang điện trong nguyên tử
Số hạt mang điện trong nguyên tử bằng số proton cộng số electron. Viết gọn lại, nếu gọi p là số proton và e là số electron thì số hạt mang điện bằng p cộng e. Neutron không xuất hiện trong công thức này, vì neutron không mang điện tích, nó không hút cũng không đẩy các hạt mang điện khác, và cũng không tham gia vào các hiện tượng điện mà bạn quan sát được trong đời sống.
Trong một nguyên tử trung hòa về điện, số proton bằng số electron và đều bằng số hiệu nguyên tử Z. Từ đó, công thức tính số hạt mang điện được viết gọn thành 2Z. Đây là công thức bạn sẽ dùng nhiều nhất, vì đề bài thường chỉ cho Z mà không cho trực tiếp số proton hay số electron. Ví dụ nguyên tử natri có Z bằng 11 thì số hạt mang điện bằng 2 nhân 11, bằng 22 hạt, trong đó có 11 proton mang điện dương và 11 electron mang điện âm.
Bạn cần phân biệt rõ số hạt mang điện với tổng số hạt mà bạn đã học ở bài trước. Tổng số hạt bằng proton cộng electron cộng neutron, còn số hạt mang điện chỉ bằng proton cộng electron. Hai con số này chỉ khác nhau ở số neutron, vì vậy nếu bạn đã biết tổng số hạt thì chỉ cần trừ đi số neutron là ra số hạt mang điện. Với nguyên tử natri, tổng số hạt bằng 34, số neutron bằng 12, nên số hạt mang điện bằng 34 trừ 12, bằng 22, khớp với kết quả tính bằng công thức 2Z.
Cũng giống như công thức tính tổng số hạt, công thức số hạt mang điện bằng 2Z chỉ đúng với nguyên tử trung hòa. Khi nguyên tử đã biến thành ion, số electron thay đổi nên bạn không thể dùng 2Z được nữa, mà phải tính lại số electron theo điện tích của ion rồi cộng với số proton. Ion dương đã mất electron nên số hạt mang điện ít hơn 2Z, còn ion âm đã nhận thêm electron nên số hạt mang điện nhiều hơn 2Z. Bạn sẽ thấy rõ điều này trong ví dụ 3 và ví dụ 4, vì vậy hãy ghi nhớ ngay từ bây giờ: thấy chữ ion là phải dừng lại kiểm tra số electron.
Công thức này còn giúp bạn hiểu vì sao nguyên tử trung hòa không hút hay đẩy các vật khác, dù bên trong nó có rất nhiều hạt mang điện. Số proton mang điện dương bằng đúng số electron mang điện âm, nên tổng điện tích của nguyên tử bằng không. Chỉ khi nguyên tử mất hoặc nhận thêm electron, nó mới trở thành ion mang điện và bắt đầu tương tác điện với các vật xung quanh. Đây cũng là cầu nối để bạn học tiếp về tổng số hạt trong nguyên tử và số electron hóa trị, vì electron hóa trị chính là những electron ở lớp ngoài cùng quyết định khả năng tạo liên kết của nguyên tử. Khi cần kiểm tra lại phép tính, bạn có thể nhờ máy tính Casio online trên ClassOn hỗ trợ.
2. Bốn ví dụ tính số hạt mang điện từng bước
Ví dụ 1: Nguyên tử Na có Z = 11. Tính số hạt mang điện trong nguyên tử.
Đây là ví dụ gốc của bài, và bạn hãy làm theo đúng bốn bước chuẩn. Bước đầu tiên, bạn ghi lại những gì đề bài đã cho: số hiệu nguyên tử Z bằng 11. Bước thứ hai, bạn suy ra số proton và số electron: số proton p bằng Z, bằng 11; vì nguyên tử trung hòa nên số electron e cũng bằng Z, bằng 11. Bước thứ ba, bạn viết công thức số hạt mang điện bằng p cộng e, rồi thay số vào: 11 cộng 11. Bước cuối cùng, bạn tính kết quả: 11 cộng 11 bằng 22. Vậy nguyên tử natri có 22 hạt mang điện, trong đó 11 hạt mang điện dương và 11 hạt mang điện âm. Bạn cũng có thể dùng công thức gọn 2Z: 2 nhân 11 bằng 22, kết quả giống hệt nhau.
Ví dụ 2: Nguyên tử Fe có Z = 26. Tính số hạt mang điện trong nguyên tử.
Ví dụ này giống hệt ví dụ 1, chỉ khác con số, để bạn luyện cho quen tay. Bước đầu tiên, bạn ghi dữ kiện: Z bằng 26. Bước thứ hai, bạn suy ra số proton và số electron: p bằng 26, e bằng 26. Bước thứ ba, bạn viết công thức số hạt mang điện bằng p cộng e, rồi thay số vào: 26 cộng 26. Bước cuối cùng, bạn tính kết quả: 26 cộng 26 bằng 52. Vậy nguyên tử sắt có 52 hạt mang điện. Bạn hãy đối chiếu với tổng số hạt của nguyên tử sắt mà bạn đã tính ở bài trước: tổng số hạt bằng 82, số neutron bằng 30, nên số hạt mang điện bằng 82 trừ 30, bằng 52, khớp với kết quả vừa tính. Hai cách tính khác nhau mà cho cùng một kết quả, đó là dấu hiệu cho thấy bạn đã tính đúng.
Ví dụ 3: Ion Mg²⁺ có Z = 12. Tính số hạt mang điện trong ion.
Ví dụ này là cái bẫy mà nhiều bạn hay sập nhất, vì vậy bạn hãy đọc thật kĩ. Đề bài cho ion Mg²⁺, tức là nguyên tử magie đã mất đi hai electron và mang điện tích 2+. Bước đầu tiên, bạn ghi dữ kiện: Z bằng 12, ion mang điện tích 2+. Bước thứ hai, bạn xác định số proton: p bằng Z, bằng 12, vì số proton không thay đổi khi tạo ion. Bước thứ ba, bạn xác định số electron: vì ion Mg²⁺ đã mất hai electron nên số electron bằng 12 trừ 2, bằng 10, chứ không còn bằng 12 nữa. Bước cuối cùng, bạn cộng hai loại hạt mang điện lại: 12 cộng 10 bằng 22. Vậy ion Mg²⁺ có 22 hạt mang điện, ít hơn 2 hạt so với con số 24 mà công thức 2Z cho ra. Bài học ở đây rất rõ ràng: gặp ion dương thì số electron bằng Z trừ đi điện tích của ion, rồi mới cộng với số proton.
Ví dụ 4: Ion O²⁻ có Z = 8. Tính số hạt mang điện trong ion.
Ví dụ này là trường hợp ngược lại với ví dụ 3, để bạn thấy ion âm thì tính như thế nào. Đề bài cho ion O²⁻, tức là nguyên tử oxi đã nhận thêm hai electron và mang điện tích 2−. Bước đầu tiên, bạn ghi dữ kiện: Z bằng 8, ion mang điện tích 2−. Bước thứ hai, bạn xác định số proton: p bằng Z, bằng 8. Bước thứ ba, bạn xác định số electron: vì ion O²⁻ đã nhận thêm hai electron nên số electron bằng 8 cộng 2, bằng 10. Bước cuối cùng, bạn cộng hai loại hạt mang điện lại: 8 cộng 10 bằng 18. Vậy ion O²⁻ có 18 hạt mang điện, nhiều hơn 2 hạt so với con số 16 mà công thức 2Z cho ra. Bạn hãy nhớ cặp đôi này: ion dương thì trừ electron, ion âm thì cộng electron, và điện tích của ion cho biết mất hay nhận bao nhiêu electron.
3. Năm lỗi sai thường gặp khi tính số hạt mang điện
Lỗi 1: Tính cả neutron vào số hạt mang điện.
Nhiều bạn thấy đề bài hỏi số hạt mang điện thì cộng cả ba loại hạt lại, ví dụ với nguyên tử natri thì tính 11 cộng 11 cộng 12, bằng 34. Đây là lỗi sai cơ bản nhất, vì neutron không mang điện nên không được tính vào đây. Cách tránh rất đơn giản: mỗi khi thấy cụm từ hạt mang điện, bạn hãy tự nhắc mình rằng chỉ có proton và electron được tính, còn neutron thì bỏ ra ngoài. Bạn cũng có thể kiểm tra nhanh bằng cách nhớ rằng số hạt mang điện luôn nhỏ hơn tổng số hạt, nếu tính ra hai con số bằng nhau thì chắc chắn bạn đã tính nhầm.
Lỗi 2: Dùng công thức 2Z cho ion.
Nhiều bạn thấy ion Mg²⁺ có Z bằng 12 thì áp dụng ngay công thức 2 nhân 12, bằng 24. Nhưng ion Mg²⁺ đã mất hai electron nên chỉ còn 10 electron, số hạt mang điện thật sự bằng 12 cộng 10, bằng 22. Cách tránh: khi đề bài nhắc đến ion, bạn hãy dừng lại một nhịp và tự hỏi ion này mất hay nhận bao nhiêu electron, tính lại số electron rồi mới cộng với số proton. Chỉ một nhịp dừng lại đó thôi cũng đủ giúp bạn tránh mất điểm oan.
Lỗi 3: Nhầm số hạt mang điện với tổng số hạt.
Nhiều bạn đọc đề bài hỏi số hạt mang điện nhưng lại trả lời tổng số hạt, ví dụ nguyên tử sắt có 52 hạt mang điện nhưng bạn lại trả lời 82. Lỗi này xuất phát từ việc đọc đề không kĩ, vì hai cụm từ này chỉ khác nhau một chữ mà đáp án lại khác nhau rất xa. Cách tránh: bạn hãy gạch chân từ khóa trong đề bài ngay khi đọc, nếu thấy chữ mang điện thì chỉ cộng proton với electron, nếu thấy chữ tổng số hạt thì mới cộng thêm neutron.
Lỗi 4: Quên rằng ion dương mất electron nên số electron bằng Z trừ điện tích.
Nhiều bạn biết ion Na⁺ có 10 electron, nhưng khi gặp ion Ca²⁺ thì lại lấy số electron bằng 20, quên mất ion này đã mất hai electron nên chỉ còn 18 electron. Cách tránh: bạn hãy viết rõ ra giấy số electron bằng Z trừ đi điện tích của ion dương, ví dụ ion Ca²⁺ thì số electron bằng 20 trừ 2, bằng 18. Viết rõ từng bước như vậy thì không bao giờ quên được.
Lỗi 5: Nhầm Z với số hạt mang điện.
Nhiều bạn thấy nguyên tử Al có Z bằng 13 thì trả lời ngay số hạt mang điện bằng 13. Nhưng Z chỉ là số proton, còn số hạt mang điện phải cộng thêm số electron nữa, tức là 13 cộng 13, bằng 26. Cách tránh: bạn hãy nhớ rằng số hạt mang điện của nguyên tử trung hòa luôn gấp đôi Z, vì nó gồm cả proton và electron, mỗi loại đều bằng Z. Nếu đáp án của bạn bằng đúng Z thì chắc chắn bạn đã quên cộng một loại hạt.
4. Năm bài tập trắc nghiệm về số hạt mang điện trong nguyên tử
Câu 1: Nguyên tử Al có Z = 13. Số hạt mang điện trong nguyên tử Al bằng bao nhiêu?
A. 13 hạt
B. 27 hạt
C. 26 hạt
D. 40 hạt
Câu 2: Ion Na⁺ có Z = 11. Số hạt mang điện trong ion Na⁺ bằng bao nhiêu?
A. 22 hạt
B. 21 hạt
C. 11 hạt
D. 33 hạt
Câu 3: Nguyên tử X có 34 hạt mang điện. Số hiệu nguyên tử Z của X bằng bao nhiêu?
A. 34
B. 17
C. 68
D. 11
Câu 4: Nguyên tử S có Z = 16. Số hạt mang điện trong nguyên tử S bằng bao nhiêu?
A. 16 hạt
B. 48 hạt
C. 32 hạt
D. 30 hạt
Câu 5: Ion Ca²⁺ có Z = 20. Số hạt mang điện trong ion Ca²⁺ bằng bao nhiêu?
A. 40 hạt
B. 38 hạt
C. 42 hạt
D. 20 hạt
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | C | B | B | C | B |
Giải thích Câu 1 — Đáp án C (26 hạt) đúng: Số hạt mang điện bằng 2Z, bằng 2 nhân 13, bằng 26 hạt, trong đó có 13 proton và 13 electron. Đáp án A (13 hạt) sai vì 13 chỉ là số proton, chưa cộng electron. Đáp án B (27 hạt) sai vì 27 là số khối A của nhôm, không phải số hạt mang điện. Đáp án D (40 hạt) sai vì 40 là tổng số hạt của nguyên tử Al, tức là đã cộng thêm 14 neutron.
Giải thích Câu 2 — Đáp án B (21 hạt) đúng: Ion Na⁺ đã mất một electron nên số electron bằng 11 trừ 1, bằng 10. Số hạt mang điện bằng 11 cộng 10, bằng 21 hạt. Đáp án A (22 hạt) sai vì 22 là số hạt mang điện của nguyên tử Na trung hòa, bạn đã quên ion Na⁺ mất một electron. Đáp án C (11 hạt) sai vì 11 chỉ là số proton, chưa cộng electron. Đáp án D (33 hạt) sai vì 33 là tổng số hạt của ion Na⁺, tức là đã cộng thêm 12 neutron.
Giải thích Câu 3 — Đáp án B (17) đúng: Với nguyên tử trung hòa, số hạt mang điện bằng 2Z, nên Z bằng 34 chia 2, bằng 17. Đáp án A (34) sai vì 34 là số hạt mang điện, không phải số hiệu nguyên tử. Đáp án C (68) sai vì 68 bằng 34 nhân 2, tức là bạn đã nhân thay vì chia. Đáp án D (11) sai vì 11 không liên quan gì đến con số 34 trong đề bài.
Giải thích Câu 4 — Đáp án C (32 hạt) đúng: Số hạt mang điện bằng 2 nhân 16, bằng 32 hạt, trong đó có 16 proton và 16 electron. Đáp án A (16 hạt) sai vì 16 chỉ là số proton, chưa cộng electron. Đáp án B (48 hạt) sai vì 48 bằng 16 nhân 3, không có cơ sở nào trong công thức. Đáp án D (30 hạt) sai vì 30 không phải kết quả của phép tính nào giữa 16 và các con số trong đề bài.
Giải thích Câu 5 — Đáp án B (38 hạt) đúng: Ion Ca²⁺ đã mất hai electron nên số electron bằng 20 trừ 2, bằng 18. Số hạt mang điện bằng 20 cộng 18, bằng 38 hạt. Đáp án A (40 hạt) sai vì 40 là số hạt mang điện của nguyên tử Ca trung hòa, bạn đã quên ion Ca²⁺ mất hai electron. Đáp án C (42 hạt) sai vì 42 bằng 20 cộng 22, tức là bạn đã cộng thêm hai electron thay vì trừ đi hai electron. Đáp án D (20 hạt) sai vì 20 chỉ là số proton, chưa cộng electron.
5. Câu hỏi thường gặp về số hạt mang điện trong nguyên tử
Hạt nào trong nguyên tử mang điện?
Trong nguyên tử có hai loại hạt mang điện: proton mang điện tích dương nằm trong hạt nhân, và electron mang điện tích âm chuyển động quanh hạt nhân. Neutron là loại hạt thứ ba trong nguyên tử, nhưng nó không mang điện nên không được tính vào số hạt mang điện. Khi đề bài hỏi số hạt mang điện, bạn chỉ cộng số proton với số electron.
Vì sao neutron không được tính vào số hạt mang điện?
Vì neutron không mang điện tích, nó trung hòa về điện. Neutron không bị hút hay đẩy bởi các điện tích khác, và nó cũng không tạo ra lực điện với các vật xung quanh. Vai trò của neutron là góp phần tạo nên khối lượng của hạt nhân và giữ cho các proton không đẩy nhau ra, chứ không tham gia vào các hiện tượng điện. Vì vậy, trong công thức tính số hạt mang điện, neutron không xuất hiện.
Nguyên tử trung hòa có bao nhiêu hạt mang điện?
Nguyên tử trung hòa có số hạt mang điện bằng 2Z, trong đó Z là số hiệu nguyên tử. Ví dụ nguyên tử natri có Z bằng 11 thì có 22 hạt mang điện, nguyên tử sắt có Z bằng 26 thì có 52 hạt mang điện. Con số này luôn là số chẵn, vì số proton bằng số electron, cộng hai số bằng nhau lại thì luôn được số chẵn.
Ion dương và ion âm khác nhau thế nào về số hạt mang điện?
Ion dương đã mất electron nên số hạt mang điện của nó ít hơn 2Z, còn ion âm đã nhận thêm electron nên số hạt mang điện của nó nhiều hơn 2Z. Ví dụ ion Mg²⁺ có 22 hạt mang điện, ít hơn 2 hạt so với nguyên tử Mg trung hòa, còn ion O²⁻ có 18 hạt mang điện, nhiều hơn 2 hạt so với nguyên tử O trung hòa. Điện tích của ion cho biết mất hay nhận bao nhiêu electron.
Số hạt mang điện có luôn bằng 2Z với mọi nguyên tử không?
Không, công thức 2Z chỉ đúng với nguyên tử trung hòa. Với ion, bạn phải tính lại số electron theo điện tích của ion rồi cộng với số proton. Ion dương thì số electron bằng Z trừ đi điện tích, ion âm thì số electron bằng Z cộng với giá trị tuyệt đối của điện tích. Đây là điểm mà đề kiểm tra hay khai thác nhất, vì vậy bạn hãy luyện cho quen cả hai trường hợp.
6. Kết luận
Số hạt mang điện trong nguyên tử bằng số proton cộng số electron, và với nguyên tử trung hòa, công thức gọn nhất là số hạt mang điện bằng 2Z, trong đó Z là số hiệu nguyên tử. Bạn đã đi qua bốn ví dụ tính từng bước, từ nguyên tử natri quen thuộc với 22 hạt mang điện, qua nguyên tử sắt với 52 hạt, đến ion Mg²⁺ chỉ còn 22 hạt vì đã mất hai electron, và ion O²⁻ có tới 18 hạt vì đã nhận thêm hai electron. Bạn cũng đã biết năm lỗi sai thường gặp, từ việc tính cả neutron vào hạt mang điện, dùng công thức 2Z cho ion, cho đến việc nhầm Z với số hạt mang điện.
Để học chắc bài này, bạn hãy tự làm lại năm câu trắc nghiệm mà không nhìn đáp án, rồi đối chiếu với bảng đáp án và đọc kĩ phần giải thích của từng câu, đặc biệt là câu 2 và câu 5 về ion Na⁺ và ion Ca²⁺, vì đó là dạng bài dễ mất điểm nhất. Sau đó, bạn hãy thử tự đặt thêm vài bài toán cho chính mình, ví dụ như tính số hạt mang điện của ion Al³⁺ khi biết Z bằng 13, hoặc tính số hạt mang điện của ion S²⁻ khi biết Z bằng 16. Khi cần kiểm tra phép tính, bạn có thể dùng máy tính Casio online để tính nhanh, nhưng bạn vẫn cần hiểu rõ từng bước để làm bài tốt trong phòng thi. Chúc bạn học tốt và luôn tự tin mỗi khi gặp bài toán về hạt mang điện trong chương trình Hóa học lớp 10.