Nếu bạn từng nhìn vào mô hình nguyên tử phổ biến trong sách giáo khoa, có thể bạn sẽ thấy nó giống như một hệ Mặt Trời thu nhỏ: hạt nhân nằm ở giữa, còn các electron thì quay xung quanh như các hành tinh. Nhưng nếu xét về khối lượng, thì thực tế lại không “công bằng” như vậy.
Hạt nhân – Trái tim của nguyên tử và cũng là nơi gánh mọi trọng trách
Khối lượng của một nguyên tử gần như hoàn toàn tập trung ở hạt nhân, nơi chứa proton và notron. Điều này là vì hai loại hạt này có khối lượng gần như bằng nhau và lớn hơn electron rất nhiều lần.
Proton có khối lượng khoảng 1.6726 × 10⁻²⁷ kg
Notron có khối lượng khoảng 1.6750 × 10⁻²⁷ kg
Electron nhẹ hơn rất nhiều, chỉ khoảng 9.109 × 10⁻³¹ kg
Nhìn vào con số này, có thể thấy proton và notron nặng hơn electron khoảng 1836 lần! Vì vậy, nếu xem xét nguyên tử về mặt khối lượng, thì phần lớn trọng lượng của nó nằm ở hạt nhân.
Electron – Nhẹ như lông hồng, nhưng lại quyết định tính chất hóa học
Mặc dù electron gần như không đóng góp vào tổng khối lượng của nguyên tử, nhưng chúng lại có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc quyết định tính chất hóa học. Electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo những lớp vỏ năng lượng khác nhau, quyết định nguyên tử đó có thể tương tác với nguyên tử khác như thế nào.
Nhưng nếu xét về khối lượng, thì những hạt electron gần như không đáng kể. Nếu bạn hình dung một nguyên tử như một sân vận động, thì hạt nhân chỉ nhỏ bằng một hạt đậu ở trung tâm, còn electron giống như những hạt bụi bay quanh rìa sân.
Tại sao khối lượng không phân bố đều trong nguyên tử?
Nguyên nhân chủ yếu là do lực hạt nhân mạnh – một trong bốn lực cơ bản của vũ trụ. Lực này có nhiệm vụ “kéo” các proton và notron lại với nhau trong một không gian rất nhỏ, tạo thành hạt nhân có mật độ cực kỳ lớn. Trong khi đó, electron bị giữ lại bởi lực điện từ, nhưng vì chúng quá nhẹ nên không đóng góp gì đáng kể vào khối lượng tổng thể.
Nếu so sánh, thì mật độ hạt nhân nguyên tử thực sự đáng kinh ngạc. Một cm³ vật chất có mật độ giống hạt nhân có thể nặng đến tỷ tấn!
Kết luận: Trọng lượng của nguyên tử nằm ở đâu?
Câu trả lời rõ ràng là hạt nhân – nơi chứa proton và notron. Dù nguyên tử có vẻ to so với kích thước thực của hạt nhân, nhưng nếu xét về khối lượng, electron gần như không đóng góp gì cả.
Vậy nên, khi bạn nghĩ về nguyên tử, hãy nhớ rằng khối lượng của nó không nằm rải rác mà được gói gọn chặt chẽ trong một vùng siêu nhỏ ở trung tâm. Một sự phân bố không hề công bằng, nhưng lại là quy luật tất yếu của tự nhiên!
