Hướng dẫn làm toán hạt nguyên tử, phân tử và ion

1. Toán hạt trong nguyên tử dạng cơ bản

Nhớ trong nguyên tử, ta có

• số hạt p = số hạt e
• số hạt p (hoặc số e) ≤ số hạt n

Đặt số hạt p = Z; số e = Z; số n = N

• Số khối A = số p + số n = Z + N
• Tổng số hạt, đặt T = số p + số e + số n  = Z + Z + N = 2Z  +  N
• Hạt không mang điện = số n = N
• Hạt mang điện âm = số e = Z
• Hạt mang điện dương = số p = Z
• Nói hạt mang điện = số p + số e = Z + Z = 2Z (hay sai!)

Ta lập hệ phương trình hai ẩn (Z và N); bấm máy giải ra ngay trị Z, N

Từ số Z, ta biết được tên nguyên tố hóa học là gì, bằng cách:

• Bạn làm bài tập nhiều sẽ nhớ luôn, hoặc
• Tra số Z trong bảng tuần hoàn tại đây, hoặc
• Ngâm thơ để nhớ 20 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn (Z = 1 đến Z = 20), chỉ được khi đề cho 1 trong 20 nguyên tố này thôi!

Thơ là	Hóa học dịch là
Hoàng Hôn Lặng Bờ Bắc Có Nhớ Ở Fương Nam Nắng Mai Ánh Sương Phủ Song Cửa Ai Không Cài	1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne 11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar 19K 20Ca

Bạn hãy xem các ví dụ đã giải sau đây.

1.1. Một nguyên tử X có tổng số hạt proton và nơtron là 35,

hiệu số hạt nơtron và proton là 1. Xác định tên nguyên tố và viết ký hiệu nguyên tử đầy đủ của X?

Đặt số hạt p = Z; số e = Z; số n = N. Theo đề có

• Tổng p và n là 35 => Z + N = 35
• Hiệu số n và p là 1 => N – Z = 1 ⇔ -Z + N = 1

Giải hệ phương trình (lưu ý trong máy tính chỉ có ẩn x, y; do vậy mình xem ẩn x = Z; ẩn y = N để nhập số tương ứng!).

Bấm máy giải ra: Z = 17, N = 18

• Z = 17 => nguyên tố Clo.
• A = Z + N = 17 + 18 = 35 => kí hiệu nguyên tử là ³⁵₁₇Cl.

1.2. Nguyên tử R có tổng số các loại hạt proton, nơtron, electron là 115.

Số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 25 hạt. Viết ký hiệu nguyên tử đầy đủ của R?

Đặt số hạt p = Z; số e = Z; số n = N. Theo đề có

• Tổng p, n và e là 115 => 2Z + N = 115
• Hạt điện (2Z) > hạt không điện (N) là 25 => 2Z – N = 25

Giải hệ phương trình ra: Z = 35, N = 45

• Z = 35 => nguyên tố Brom (phải tra bảng tuần hoàn thôi!).
• A = Z + N = 35 + 45 = 80 => kí hiệu nguyên tử là ⁸⁰₃₅Br.

2. Toán hạt trong nguyên tử không lập được hệ

Đề chỉ cho tổng số hạt p, n, e => đặt T = 2Z + N

Ở bài học vỡ lòng Hóa lớp 10, với nguyên tố có số Z từ 2 đến 82, mình đã có

1 ≤ số n : số p ≤ 1,524

Đặt số hạt p = Z; số e = Z; số n = N. Bất đẳng thức trên bây giờ là

1 ≤ N : Z ≤ 1,524

• quy đồng mẫu số được Z ≤ N ≤ 1,524Z
• tiếp tục cộng tất cả các vế với 2Z được 3Z ≤ 2Z + N ≤ 3,524Z
• mà T = 2Z + N => 3Z ≤ T ≤ 3,524Z
• giải 2 bất đẳng thức, ra được đoạn chặn trên dưới của số Z là

(T : 3,524) ≤ Z ≤ (T : 3) *

• Z đương nhiên phải là số nguyên dương => mình tìm các giá trị của Z
• từ các dữ liệu của đề, mình nhận giá trị đúng của Z là xong!

Bạn hãy xem các ví dụ đã giải sau đây.

2.1. Tổng số hạt p, n và e trong một nguyên tử nguyên tố X là 13.

Viết kí hiệu nguyên tử X đầy đủ?

Tổng hạt là 13 => 2Z + N = 13

Bạn làm lại như trên, cuối cùng suy ra như * (13 : 3,524) ≤ Z ≤ (13 : 3)

Bấm máy ra 3,69 ≤ Z ≤ 4,33 ; Z phải nguyên nên nhận Z = 4 →

• Z = 4 => N = 13 – 2Z = 5
• Z = 4 => nguyên tố Bery (ngâm thơ!)
• A = Z + N = 4 + 5 = 9 => kí hiệu nguyên tử là ⁹₄Be.

2.2. Tổng 3 loại hạt p, n, e trong nguyên tử của nguyên tố X là 34

và X có số khối nhỏ hơn 24. Viết ký hiệu nguyên tử đầy đủ của X?

Tổng hạt là 34 => 2Z + N = 34

Bạn làm lại như trên, cuối cùng suy ra như * (34 : 3,524) ≤ Z ≤ (34 : 3)

Bấm máy ra 9,65 ≤ Z ≤ 11,33 ; Z phải nguyên nên nhận Z = 10 ; 11

• Nếu Z = 10 => N = 14 => A = 10 + 14 = 24 không thỏa đề nói A < 24.
• Nếu Z = 11 => N = 12 => A = 11 + 12 = 23 thỏa đề

Vậy nhận Z = 11 => nguyên tố Natri

A = 23 => kí hiệu nguyên tử là ²³₁₁Na.

3. Toán hạt trong ion đơn nguyên tử

Trong bài Liên kết ion sẽ học, mình biết:

• để tạo ra ion DƯƠNG thì nguyên tử phải MẤT electron.
• để tạo ra ion ÂM thì nguyên tử phải THÊM electron.

Bạn hãy xem các ví dụ đã giải sau đây.

3.1. Ion M²⁺ có cấu hình electron giống cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố Ar. Tìm nguyên tố M?

+Ar có số Z = 18, tức có 18 electron ⇒ ion M²⁺ cũng có 18e.

+Phương trình tạo ion:

• viết là M → M²⁺ + 2e
• hiểu cho dễ là M = M²⁺ + 2e
• mà M²⁺ có 18e nên M có 18e + 2e = 20e

Hoặc đơn giản mình nói:

• Để tạo ion M²⁺, nguyên tử M phải cho đi 2e.
• Mà ion M²⁺ có 18e ⇒ nguyên tử M phải có 20e. (để cho đi 2 mới còn 18 chứ!)

+M có 20e tức Z = 20 ⇒ là Canxi (Ca).

3.2. Ion X^2- có cấu hình electron giống cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố Ne. Tìm nguyên tố X?

+Ne có số Z = 10, tức có 10 electron ⇒ ion X^2- cũng có 10e.

+Phương trình tạo ion:

• viết là X + 2e → X^2-
• hiểu cho dễ là X + 2e = X^2-
• mà X^2- có 10e nên X có 10e – 2e = 8e

Hoặc đơn giản mình nói:

• Để tạo ion X^2-, nguyên tử X phải nhận thêm 2e.
• Mà ion X^2- có 10e ⇒ nguyên tử X phải có 8e. (để nhận thêm 2 mới đạt 10 chứ!)

+X có 8e tức Z = 8 ⇒ là Oxi (O).

3.3. Ion M³⁺ có tổng số hạt proton, notron, electron là 79,

trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 19. Viết cấu hình electron của nguyên tử M?

Đặt	số e	số p	số n
Nguyên tử M	Z	Z	N
Ion M3+	Z – 3	Z	N

Một ion M³⁺ có

• tổng hạt là 79 ⇒ (Z – 3) + Z + N = 79 ⇔ 2Z + N = 82
• hạt điện (e và p) > không điện (n) là 19 ⇒ (Z – 3) + Z – N = 19 ⇔ 2Z – N = 22

Giải hệ ra Z = 26

• nguyên tử M có 26 electron
• cấu hình nguyên tử là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²
• cấu hình viết gọn hơn là [Ar] 3d⁶ 4s²

3.4. Ion X^– có tổng số hạt proton, nơtron, electron là 53 hạt;

trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 17 hạt. Viết cấu hình electron nguyên tử X?

Đặt	số e	số p	số n
Nguyên tử X	Z	Z	N
Ion X1-	Z + 1	Z	N

Một ion X^1- có

• tổng hạt là 53 ⇒ (Z + 1) + Z + N = 53 ⇔ 2Z + N = 52
• hạt điện (e và p) > không điện (n) là 17 ⇒ (Z +1) + Z – N = 17 ⇔ 2Z – N = 16

Giải hệ ra Z = 17

• nguyên tử X có 17 electron
• cấu hình nguyên tử là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
• cấu hình viết gọn hơn là [Ne] 3s² 3p⁵

Chia sẻ bài viết lên mạng xã hội