Bài giảng Điện học (Phần 9)

2.3 Số nguyên tử Như đã nói tới trong câu hỏi thảo luận trong một phần trước, các nhà khoa học thuộc giai đoạn này đã có một ý tưởng rất gần đúng có bao nhiêu đơn vị điện tích nằm trong hạt nhân của các nguyên tố hóa học khác nhau.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện học (Phần 9) Bài giảng Điện học (Phần 9) 2.3 Số nguyên tử Như đã nói tới trong câu hỏi thảo luận trong một phần trước, các nhà khoahọc thuộc giai đoạn này đã có một ý tưởng rất gần đúng có bao nhiêu đơn vị điệntích nằm trong hạt nhân của các nguyên tố hóa học khác nhau. Mặc dù ngày naychúng ta liên tưởng số đơn vị điện tích hạt nhân với vị trí của nguyên tố trong bảngtuần hoàn hóa học, và gọi nó là số nguyên tử, nhưng họ thì không hề có ý tưởng gìvề một mối quan hệ như thế. Bảng tuần hoàn của Mendeleev trông chỉ như mộtcông cụ mang tính tổ chức hóa, chứ không có tầm quan trọng vật lí cần thiết nào cả.Và mọi thứ mà Mendeleec đã làm cũng hợp lí nếu như bạn chuyển lộn ngược bảnglại, hoặc đảo phía bên trái và bên phải của nó, hay thậm chí bạn muốn đánh sốnguyên tố liên tiếp với những số nguyên thì cũng có tình trạng cho bạn làm nhưvậy. Bảng tuần hoàn gốc của Mendeleev trong thực tế là lộn ngược so với bảngtuần hoàn hiện nay. Trong thời kì ngay sau khi khám phá ra hạt nhân, các nhà vật lí chỉ có sự ướctính thô về điện tích của những hạt nhân khác nhau. Trong trường hợp của hạtnhân nhẹ nhất, họ dễ dàng tìm được số electron tối đa mà họ có thể bứt ra bằngnhững phương pháp khác nhau: phản ứng hóa học, cho phóng điện, chiếu ánh sángcực tím, và vân vân. Ví dụ, họ có thể dễ dàng bóc ra một hoặc hai electron khỏihelium, tạo ra He+ hay He++, nhưng không ai tạo ra được He+++, có thể đoán chừnglà do điện tích hạt nhân của helium chỉ là +2e. Thật không may, chỉ có một vàinguyên tố nhẹ nhất có thể bị bóc ra hoàn toàn, vì càng có nhiều electron bị bứt ra,thì các electron tích điện âm còn lại sẽ bị giữ càng chặt. Số nguy ên tử của cácnguyên tố nặng chỉ có thể ngoại suy thô từ các nguyên tố nhẹ, trong đó số nguyêntử vào khoảng phân nửa khối lượng nguyên tử biểu diễn bằng đơn vị khối lượngnguyên tử hydrogen. Ví dụ, vàng có khối lượng gấp khoảng 197 lần hydrogen, nênsố nguyên tử của nó được ước tính là khoảng phân nửa giá trị đó, hay đâu đó trêndưới 100. Ngày nay chúng ta biết nó là 79. Cuối cùng, chúng ta giải quyết vấn đề đó như thế nào ? Bức màn bí ẩn củađiện tích hạt nhân cuối cùng đã bị chọc thủng thành công bằng hai kĩ thuật khácnhau, cho kết quả phù hợp nhau. Một bộ thí nghiệm, sử dụng tia X, được thực hiệnbởi chàng trai trẻ Henry Mosely, người có tài năng khoa học sớm hi sinh trong mộttrận đánh giữa các đế quốc châu Âu tranh giành quyền sở hữu xứ Dardanelles,trong cuộc xung đột vô nghĩa khi ấy gọi là cuộc chiến nhằm kết thúc mọi cuộcchiến, còn ngày nay gọi là Thế chiến thứ nhất. l/ Hạt alpha tiến gần hơn nhiều đến sát hạt nhân đồng điện tích thấp để bị lệch qua góc như nhau. Vì phân tích của Mosely yêu cầu một vài khái niệm mà đến đây bạn vẫn chưaquen thuộc, nên thay vì vậy, chúng ta sẽ mô tả kĩ thuật do James Chadwick sử dụngvào khoảng thời gian đó. Một cái lợi nữa của việc mô tả những thí nghiệm củaChadwick là chúng báo trước sự ra đời của kĩ thuật hiện đại quan trọng nghiên cứusự va chạm của các hạt hạ nguyên tử. Ở trường đại học, tôi đã từng làm việc vớimột vị giáo sư có cố vấn của cố vấn luận án của ông là Chadwick, và ông đã kể mộtsố mẫu chuyện lí thú về nhà khoa học đó. Chadwick nhìn bên ngoài hơi bảnh traivà hoàn toàn cuồng tín với khoa học, cho tới khi ông bị bắt giữ trong nhà tù Đứctrong Thế chiến thứ hai, ông vẫn phỉnh phờ những kẻ giam giữ ông cho phép ông“chôm” những bộ phận radio vỡ nát để ông có thể cố gắng thực hiện những thínghiệm vật lí. Thí nghiệm của Chadwick hoạt động như thế này. Giả sử bạn tiến hành haiphép đo tán xạ hạt alpha theo kiểu Rutherford, thí nghiệm đầu với lá vàng làm bianhư trong thí nghiệm gốc của Rutherford, và thí nghiệm thứ hai với một lá đồng.Trong cả hai trường hợp đều có thể thu được góc lệch lớn, nhưng như chỉ rõ tronghinh m, hạt alpha phải hướng gần như thẳng về phía hạt nhân đồng để có cùng góclệch như xảy ra với những hạt alpha ở xa mục tiêu hơn nhiều; điện tích của hạtnhân vàng lớn hơn nhiều so với điện tích của hạt nhân đồng, nên nó tác dụng lựclớn lên hạt alpha ngay cả khi hạt này ở xa. Tình huống rất giống với một người bịtmắt chơi trò ném phi tiêu. Giống như không thể nhắm một hạt alpha lên một hạtnhân nào đó trên bia, người bị bịt mắt thật sự không thể nào nhắm được phi tiêu.Thu được một va chạm rất gần với hạt nhân đồng tương tự như ném lọt vào vòngtròn trong trên bảng phóng tiêu. Còn na ná hơn nữa là người ta luôn có cơ mayném trúng vòng tròn ngoài, nó bao phủ số inch vuông lớn hơn. Tương tự, nếu bạnđo tần suất hạt alpha bị tán xạ bởi hạt nhân đồng ở một số góc nhất định, ví dụgiữa 19 và 20 độ, và rồi tiến hành cùng phép đo ở cùng góc đó với hạt nhân vàng,bạn sẽ thu được tỉ lệ phần trăm cho vàng cao hơn nhiều so với cho đồng. Trên thực tế, tỉ số điện tích của hai hạt nhân có thể thu được từ tỉ số cùngđược xác định bằng thực ngh ...