Bạn hãy thử tưởng tượng mình có một chiếc hộp đựng đầy hạt đậu. Có những hạt đậu đỏ, những hạt đậu xanh và những hạt đậu trắng trộn lẫn với nhau. Nếu có người hỏi trong hộp có tất cả bao nhiêu hạt đậu, bạn sẽ làm gì? Bạn sẽ đếm từng loại rồi cộng lại: số hạt đỏ cộng số hạt xanh cộng số hạt trắng. Nghe thì đơn giản, nhưng đó chính là cách các nhà Hóa học đếm hạt trong một nguyên tử. Một nguyên tử cũng giống như chiếc hộp đậu đó, chỉ khác là bên trong nó có ba loại hạt: proton, electron và neutron. Muốn biết nguyên tử có tất cả bao nhiêu hạt, bạn chỉ cần đếm đủ ba loại rồi cộng lại với nhau.
Vậy mà trong các bài kiểm tra Hóa học lớp 10, có rất nhiều bạn vẫn mất điểm ở dạng bài tưởng như dễ nhất này. Có bạn chỉ cộng proton với neutron mà quên mất electron đang bay quanh hạt nhân. Có bạn lại nhầm số khối với tổng số hạt, hoặc dùng số hiệu nguyên tử thay cho số khối. Bài viết này sẽ giúp bạn nắm chắc công thức tính tổng số hạt trong nguyên tử, hiểu rõ từng kí hiệu trong công thức, luyện tập với bốn ví dụ tính từng bước, tránh năm lỗi sai mà học sinh hay mắc nhất, rồi tự kiểm tra mình bằng năm câu trắc nghiệm kèm giải thích cặn kẽ. Khi đọc xong, bạn sẽ đếm hạt nguyên tử nhanh như đếm hạt đậu trong hộp, và không bao giờ còn nhầm lẫn nữa.
1. Công thức tính tổng số hạt trong nguyên tử
Nguyên tử được cấu tạo từ ba loại hạt cơ bản. Ở giữa nguyên tử là hạt nhân, nơi tập trung các hạt proton mang điện tích dương và các hạt neutron không mang điện. Xung quanh hạt nhân là các electron mang điện tích âm, chuyển động trên các lớp vỏ khác nhau. Vì vậy, tổng số hạt trong một nguyên tử bằng số proton cộng số electron cộng số neutron. Viết gọn lại, nếu gọi p là số proton, e là số electron và n là số neutron thì tổng số hạt bằng p cộng e cộng n.
Trong một nguyên tử trung hòa về điện, số proton luôn bằng số electron, vì điện tích dương của proton và điện tích âm của electron triệt tiêu lẫn nhau. Số proton lại chính bằng số hiệu nguyên tử, kí hiệu là Z. Từ đó, số electron cũng bằng Z. Còn số neutron, kí hiệu là N, được tính bằng số khối A trừ đi số hiệu nguyên tử Z, tức là N bằng A trừ Z. Ghép tất cả lại, ta có công thức gọn nhất: tổng số hạt bằng 2Z cộng N. Đây là công thức bạn sẽ dùng trong hầu hết các bài tập, vì đề bài thường chỉ cho Z và A, hoặc cho Z và N, mà không cho trực tiếp số proton, số electron hay số neutron.
Bạn cần phân biệt rõ ba con số Z, A và N, vì nhầm lẫn giữa chúng là nguyên nhân mất điểm phổ biến nhất. Số hiệu nguyên tử Z cho biết nguyên tử có bao nhiêu proton, cũng là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Số khối A bằng tổng số proton và số neutron, tức là A bằng Z cộng N, và nó cho biết khối lượng tương đối của hạt nhân. Số neutron N thì bằng A trừ Z. Ví dụ nguyên tử natri có Z bằng 11 và A bằng 23, suy ra số neutron N bằng 23 trừ 11, bằng 12. Khi đã có Z và N, bạn tính tổng số hạt bằng 2 nhân 11 cộng 12, bằng 34 hạt. Bạn hãy nhớ rằng số khối A không phải là tổng số hạt, vì A chỉ gồm proton và neutron mà chưa tính electron.
Ngoài công thức chính, bạn cũng nên nhớ thêm một điều quan trọng: công thức tổng số hạt bằng 2Z cộng N chỉ đúng với nguyên tử trung hòa, tức là nguyên tử chưa mất hay nhận thêm electron. Khi nguyên tử đã biến thành ion, số electron không còn bằng Z nữa. Ví dụ ion Na⁺ đã mất đi một electron nên chỉ còn 10 electron, tổng số hạt của nó bằng 11 cộng 10 cộng 12, bằng 33 hạt, chứ không phải 34 hạt như nguyên tử natri trung hòa. Bạn sẽ gặp lại tình huống này trong ví dụ 4 và trong bài tập ở phần sau, vì vậy hãy ghi nhớ ngay từ bây giờ: thấy chữ ion là phải dừng lại kiểm tra số electron trước khi cộng.
Công thức này còn là chìa khóa để bạn bước sang các bài toán khác trong chương cấu tạo nguyên tử. Khi bạn đã đếm được số hạt, bạn có thể tính tiếp số hạt mang điện trong nguyên tử bằng cách bỏ neutron ra khỏi phép cộng, hoặc xác định số electron tối đa trong một lớp để biết các electron phân bố như thế nào trên các lớp vỏ. Khi cần kiểm tra lại phép tính, bạn có thể nhờ máy tính Casio online trên ClassOn hỗ trợ.
2. Bốn ví dụ đếm hạt trong nguyên tử từng bước
Ví dụ 1: Nguyên tử Na có Z = 11, N = 12. Tính tổng số hạt 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, số neutron N bằng 12. 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 tổng số hạt bằng p cộng e cộng n, rồi thay số vào: 11 cộng 11 cộng 12. Bước cuối cùng, bạn tính kết quả: 11 cộng 11 bằng 22, 22 cộng 12 bằng 34. Vậy tổng số hạt trong nguyên tử natri bằng 34 hạt. Bạn cũng có thể dùng công thức gọn 2Z cộng N: 2 nhân 11 cộng 12 cũng bằng 34, kết quả giống hệt nhau.
Ví dụ 2: Nguyên tử Fe có Z = 26, A = 56. Tính tổng số hạt trong nguyên tử.
Ví dụ này khó hơn một chút, vì đề bài không cho trực tiếp số neutron N mà cho số khối A. Bạn đừng vội thay số, mà hãy tính N trước. Bước đầu tiên, bạn ghi dữ kiện: Z bằng 26, A bằng 56. Bước thứ hai, bạn tính số neutron: N bằng A trừ Z, bằng 56 trừ 26, bằng 30. Bước thứ ba, bạn suy ra số proton và số electron: p bằng Z, bằng 26; e bằng Z, bằng 26. Bước cuối cùng, bạn cộng ba loại hạt lại: 26 cộng 26 cộng 30 bằng 82. Vậy nguyên tử sắt có tổng cộng 82 hạt. Bạn hãy kiểm tra lại bằng công thức gọn: 2 nhân 26 cộng 30 bằng 52 cộng 30, bằng 82, khớp với kết quả vừa tính. Nếu bạn quên tính N mà lấy A thay cho N thì sẽ ra 26 cộng 26 cộng 56 bằng 108, sai hoàn toàn, vì vậy bước tính N là bước không được bỏ qua.
Ví dụ 3: Nguyên tử O có Z = 8, A = 16. Tính tổng số hạt trong nguyên tử.
Ví dụ này cho bạn luyện thêm một lần nữa với các con số nhỏ hơn. Bước đầu tiên, bạn ghi dữ kiện: Z bằng 8, A bằng 16. Bước thứ hai, bạn tính số neutron: N bằng A trừ Z, bằng 16 trừ 8, bằng 8. Bước thứ ba, bạn suy ra số proton và số electron: p bằng 8, e bằng 8. Bước cuối cùng, bạn cộng lại: 8 cộng 8 cộng 8 bằng 24. Vậy nguyên tử oxi có tổng cộng 24 hạt. Bạn có nhận ra điều thú vị không: nguyên tử oxi có số proton, số electron và số neutron bằng nhau, đều bằng 8, nên tổng số hạt bằng 3 nhân 8, bằng 24. Không phải nguyên tử nào cũng có ba loại hạt bằng nhau như vậy, nhưng khi gặp trường hợp đặc biệt này, bạn có thể tính nhẩm rất nhanh để kiểm tra lại kết quả của mình.
Ví dụ 4: Ion Na⁺ có Z = 11, N = 12. Tính tổng số hạt 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 Na⁺, tức là nguyên tử natri đã mất đi một electron và mang điện tích dương. Bước đầu tiên, bạn ghi dữ kiện: Z bằng 11, N bằng 12, ion mang điện tích 1+. Bước thứ hai, bạn xác định số proton: p bằng Z, bằng 11, vì số proton không thay đổi khi tạo ion. Bước thứ ba, bạn xác định số electron: vì ion Na⁺ đã mất một electron nên số electron bằng 11 trừ 1, bằng 10, chứ không còn bằng 11 nữa. Bước cuối cùng, bạn cộng ba loại hạt lại: 11 cộng 10 cộng 12 bằng 33. Vậy ion Na⁺ có tổng cộng 33 hạt, ít hơn nguyên tử natri trung hòa đúng một hạt. Bài học ở đây rất rõ ràng: công thức 2Z cộng N chỉ dùng cho nguyên tử trung hòa, còn gặp ion thì bạn phải tính lại số electron theo điện tích của ion trước khi cộng.
3. Năm lỗi sai thường gặp khi đếm hạt trong nguyên tử
Lỗi 1: Nhầm số khối A với tổng số hạt.
Nhiều bạn thấy đề bài cho A bằng 23 thì trả lời ngay tổng số hạt bằng 23. Đây là lỗi sai phổ biến nhất, vì số khối A chỉ bằng proton cộng neutron, tức là 11 cộng 12 bằng 23, mà chưa tính 11 electron đang bay quanh hạt nhân. Cách tránh rất đơn giản: mỗi khi thấy số khối A, bạn hãy tự nhắc mình rằng A chưa có electron, muốn có tổng số hạt thì phải cộng thêm số electron, tức là cộng thêm Z. Với nguyên tử natri, tổng số hạt bằng A cộng Z, bằng 23 cộng 11, bằng 34, chứ không phải 23.
Lỗi 2: Quên cộng electron, chỉ cộng proton với neutron.
Nhiều bạn viết đúng công thức tổng số hạt bằng p cộng e cộng n, nhưng khi thay số lại chỉ cộng 11 cộng 12 rồi ghi đáp án 23, bỏ quên mất 11 electron. Nguyên nhân là các bạn nghĩ electron quá nhẹ nên không đáng tính, nhưng bài toán đếm hạt thì đếm số lượng, không đếm khối lượng, vì vậy mỗi electron đều được tính là một hạt. Cách tránh: sau khi viết phép cộng, bạn hãy đếm lại xem mình đã cộng đủ ba số hạng chưa, proton, electron và neutron, thiếu một số hạng nào thì kết quả cũng sai.
Lỗi 3: Nhầm số hiệu nguyên tử Z với số khối A.
Nhiều bạn đọc đề bài cho nguyên tử Fe có Z bằng 26 và A bằng 56, nhưng khi tính lại lấy N bằng 56 trừ 26 thì đúng, rồi lại lấy tổng số hạt bằng 56 cộng 56 cộng 30. Lỗi này xuất phát từ việc không phân biệt được Z và A: Z là số proton, còn A là tổng số proton và neutron. Cách tránh: bạn hãy viết rõ ra giấy Z bằng bao nhiêu, A bằng bao nhiêu, rồi mới tính N bằng A trừ Z. Viết rõ từng bước như vậy thì không bao giờ nhầm được Z với A.
Lỗi 4: Dùng công thức 2Z cộng N cho ion.
Nhiều bạn thấy ion Cl⁻ có Z bằng 17 và N bằng 18 thì áp dụng ngay công thức 2 nhân 17 cộng 18, bằng 52. Nhưng ion Cl⁻ đã nhận thêm một electron nên có tới 18 electron, tổng số hạt thật sự bằng 17 cộng 18 cộng 18, bằng 53. 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. Chỉ một nhịp dừng lại đó thôi cũng đủ giúp bạn tránh mất điểm oan.
Lỗi 5: Tính số neutron bằng A cộng Z thay vì A trừ Z.
Nhiều bạn nhớ mang máng công thức liên hệ giữa A, Z và N, nhưng khi làm bài lại viết N bằng A cộng Z. Với nguyên tử Fe, lỗi này cho ra N bằng 56 cộng 26, bằng 82, một con số vô lí vì số neutron không thể lớn hơn số khối. Cách tránh: bạn hãy nhớ bằng hình ảnh, số khối A là tổng của proton và neutron, tức là A bằng Z cộng N, nên muốn tìm N thì phải lấy A trừ Z. Bạn cũng có thể kiểm tra nhanh: số neutron N luôn nhỏ hơn số khối A, nếu tính ra N lớn hơn A thì chắc chắn bạn đã cộng nhầm.
4. Năm bài tập trắc nghiệm về tổng số hạt trong nguyên tử
Câu 1: Nguyên tử Al có Z = 13, A = 27. Tổng số hạt trong nguyên tử Al bằng bao nhiêu?
A. 27 hạt
B. 53 hạt
C. 40 hạt
D. 14 hạt
Câu 2: Nguyên tử Ca có Z = 20, A = 40. Tổng số hạt trong nguyên tử Ca bằng bao nhiêu?
A. 40 hạt
B. 20 hạt
C. 80 hạt
D. 60 hạt
Câu 3: Ion Cl⁻ có Z = 17, N = 18. Tổng số hạt trong ion Cl⁻ bằng bao nhiêu?
A. 53 hạt
B. 52 hạt
C. 35 hạt
D. 51 hạt
Câu 4: Nguyên tử X có Z = 6, N = 6. Tổng số hạt trong nguyên tử X bằng bao nhiêu?
A. 12 hạt
B. 24 hạt
C. 18 hạt
D. 6 hạt
Câu 5: Nguyên tử Y có tổng số hạt bằng 34 và Z = 11. Số neutron trong nguyên tử Y bằng bao nhiêu?
A. 11
B. 23
C. 34
D. 12
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | C | D | A | C | D |
Giải thích Câu 1 — Đáp án C (40 hạt) đúng: Số neutron N bằng A trừ Z, bằng 27 trừ 13, bằng 14. Tổng số hạt bằng 2Z cộng N, bằng 2 nhân 13 cộng 14, bằng 26 cộng 14, bằng 40 hạt. Đáp án A (27 hạt) sai vì 27 chỉ là số khối A, tức là proton cộng neutron, chưa tính electron. Đáp án B (53 hạt) sai vì 53 bằng 27 cộng 26, tức là bạn đã cộng số khối với 2Z một cách vô nghĩa. Đáp án D (14 hạt) sai vì 14 chỉ là số neutron, chưa cộng proton và electron.
Giải thích Câu 2 — Đáp án D (60 hạt) đúng: Số neutron N bằng 40 trừ 20, bằng 20. Tổng số hạt bằng 20 cộng 20 cộng 20, bằng 60 hạt. Đáp án A (40 hạt) sai vì 40 chỉ là số khối A, chưa tính electron. Đáp án B (20 hạt) sai vì 20 chỉ là số proton, chưa cộng electron và neutron. Đáp án C (80 hạt) sai vì 80 bằng 40 cộng 40, tức là bạn đã cộng số khối với chính nó, không có ý nghĩa gì trong công thức.
Giải thích Câu 3 — Đáp án A (53 hạt) đúng: Ion Cl⁻ đã nhận thêm một electron nên số electron bằng 17 cộng 1, bằng 18. Tổng số hạt bằng 17 cộng 18 cộng 18, bằng 53 hạt. Đáp án B (52 hạt) sai vì 52 là tổng số hạt của nguyên tử Cl trung hòa, tức là 17 cộng 17 cộng 18, bạn đã quên ion Cl⁻ có thêm một electron. Đáp án C (35 hạt) sai vì 35 bằng 17 cộng 18, tức là bạn chỉ cộng proton với neutron mà quên electron. Đáp án D (51 hạt) sai vì 51 bằng 17 cộng 17 cộng 17, tức là bạn đã lấy số neutron bằng 17 thay vì 18.
Giải thích Câu 4 — Đáp án C (18 hạt) đúng: Tổng số hạt bằng 6 cộng 6 cộng 6, bằng 18 hạt, vì nguyên tử X có 6 proton, 6 electron và 6 neutron. Đáp án A (12 hạt) sai vì 12 là số khối A, bằng 6 cộng 6, chưa tính electron. Đáp án B (24 hạt) sai vì 24 bằng 6 nhân 4, không có cơ sở nào trong công thức. Đáp án D (6 hạt) sai vì 6 chỉ là số proton, chưa cộng electron và neutron.
Giải thích Câu 5 — Đáp án D (12) đúng: Từ công thức tổng số hạt bằng 2Z cộng N, ta suy ra N bằng tổng số hạt trừ 2Z, bằng 34 trừ 2 nhân 11, bằng 34 trừ 22, bằng 12. Đáp án A (11) sai vì 11 là số hiệu nguyên tử Z, không phải số neutron. Đáp án B (23) sai vì 23 bằng 34 trừ 11, tức là bạn chỉ trừ một lần Z thay vì trừ 2Z. Đáp án C (34) sai vì 34 là tổng số hạt, không phải số neutron.
5. Câu hỏi thường gặp về tổng số hạt trong nguyên tử
Tổng số hạt trong nguyên tử gồm những hạt nào?
Tổng số hạt trong nguyên tử gồm ba loại hạt: proton mang điện tích dương nằm trong hạt nhân, neutron không mang điện nằm trong hạt nhân, và electron mang điện tích âm chuyển động quanh hạt nhân. Tổng số hạt bằng số proton cộng số electron cộng số neutron. Bạn cần nhớ rằng cả ba loại hạt đều được tính, dù electron nhẹ hơn proton và neutron rất nhiều, vì bài toán đếm hạt thì đếm số lượng chứ không đếm khối lượng.
Vì sao trong nguyên tử trung hòa, số proton bằng số electron?
Vì nguyên tử trung hòa về điện, tức là tổng điện tích của nó bằng không. Mỗi proton mang một đơn vị điện tích dương, mỗi electron mang một đơn vị điện tích âm, nên muốn tổng điện tích bằng không thì số proton phải bằng số electron. Chính vì vậy mà số electron cũng bằng số hiệu nguyên tử Z, và công thức tổng số hạt mới viết gọn được thành 2Z cộng N.
Số khối A cho biết điều gì?
Số khối A bằng tổng số proton và số neutron trong hạt nhân, tức là A bằng Z cộng N. Nó cho biết khối lượng tương đối của hạt nhân, vì gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân. Số khối không tính electron, vì khối lượng của electron quá nhỏ so với proton và neutron. Khi đề bài cho A và Z, bạn luôn tính được N bằng A trừ Z.
Ion có tính tổng số hạt giống nguyên tử trung hòa không?
Không giống nhau, vì ion đã mất hoặc nhận thêm electron. Ion dương mất electron nên tổng số hạt ít hơn nguyên tử trung hòa, ví dụ ion Na⁺ có 33 hạt trong khi nguyên tử Na có 34 hạt. Ion âm nhận thêm electron nên tổng số hạt nhiều hơn nguyên tử trung hòa, ví dụ ion Cl⁻ có 53 hạt trong khi nguyên tử Cl có 52 hạt. Vì vậy, khi gặp ion, bạn phải tính lại số electron theo điện tích của ion trước khi cộng.
Làm sao tìm số neutron khi chỉ biết tổng số hạt và Z?
Bạn dùng công thức tổng số hạt bằng 2Z cộng N rồi biến đổi để tìm N: N bằng tổng số hạt trừ 2Z. Ví dụ nguyên tử có tổng số hạt bằng 34 và Z bằng 11 thì N bằng 34 trừ 22, bằng 12. Đây là dạng bài ngược rất hay xuất hiện trong kiểm tra, vì vậy bạn hãy luyện cho quen cả chiều xuôi lẫn chiều ngược của công thức.
6. Kết luận
Tổng số hạt trong nguyên tử bằng proton cộng electron cộng neutron, và với nguyên tử trung hòa, công thức gọn nhất là tổng số hạt bằng 2Z cộng N, trong đó Z là số hiệu nguyên tử và N là số neutron tính bằng số khối A trừ Z. Bạn đã đi qua bốn ví dụ tính từng bước, từ nguyên tử natri quen thuộc với 34 hạt, qua nguyên tử sắt với 82 hạt, nguyên tử oxi với 24 hạt, đến ion Na⁺ chỉ còn 33 hạt vì đã mất một electron. Bạn cũng đã biết năm lỗi sai thường gặp, từ việc nhầm số khối với tổng số hạt, quên cộng electron, cho đến việc dùng công thức của nguyên tử trung hòa cho ion.
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 3 về ion Cl⁻, 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 đổi Z và A của nguyên tử Fe thành Z bằng 26 và A bằng 54 rồi tính lại tổng số hạt, hoặc tính tổng số hạt của ion Mg²⁺ khi biết Z bằng 12 và N bằng 12. 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 đếm hạt trong chương trình Hóa học lớp 10.