Khối lượng Electron là gì? Cấu tạo, Đặc điểm & Bài tập (A-Z)

Bạn đang tìm hiểu khối lượng Electron là bao nhiêu? Electron (ký hiệu: e^–) là một hạt hạ nguyên tử cơ bản, mang điện tích âm. Chúng là thành phần không thể thiếu trong cấu tạo nguyên tử, đóng vai trò then chốt trong các liên kết hóa học và hiện tượng dẫn điện.

Bài viết này sẽ đi sâu vào giá trị khối lượng chính xác của electron, các đặc điểm độc đáo của nó và hướng dẫn viết cấu hình electron chi tiết, giúp bạn nắm vững kiến thức nền tảng quan trọng này.

Hạt Electron là gì?

Electron (e^–) là một hạt hạ nguyên tử cơ bản mang điện tích âm (giá trị ≈ -1.602 × 10^-19 C), có khối lượng cực nhỏ. Chúng chuyển động xung quanh hạt nhân và quyết định các tính chất hóa học của nguyên tử.

Electron (hay điện tử) là hạt hạ nguyên tử mang điện tích âm, với giá trị cơ bản là -1.602 × 10^-19 Coulomb. Chúng chuyển động không ngừng xung quanh hạt nhân nguyên tử.

Electron là nhân tố chính quyết định các liên kết ion và liên kết cộng hóa trị, đồng thời là hạt tải điện trong hầu hết các vật liệu. Khối lượng của Electron cực kỳ nhỏ, chỉ bằng khoảng 1/1836 lần khối lượng của Proton.

Khối lượng Electron chính xác là bao nhiêu?

Giá trị khối lượng nghỉ chính xác của Electron (ký hiệu: m_e) là:

m_e ≈ 9.1094 × 10^-31 kg

Giá trị này vô cùng nhỏ bé, chỉ bằng khoảng 1/1836 lần khối lượng của hạt Proton.

Đây là thông tin cốt lõi bạn cần nắm. Giá trị khối lượng Electron (khối lượng nghỉ) được xác định chính xác là:

m_e ≈ 9.1094 × 10^-31 kg

Giá trị này vô cùng nhỏ bé so với Proton (1.6726 × 10^-27 kg) và Neutron (1.6748 × 10^-27 kg). Do khối lượng của nó quá nhỏ, Electron dễ dàng đạt tốc độ cao và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của các hiệu ứng cơ học lượng tử, chẳng hạn như nguyên lý bất định Heisenberg.

Các đặc điểm cơ bản của Electron

Electron sở hữu 4 đặc điểm cơ bản:

1. Tính sóng – hạt: Thể hiện tính chất kép, vừa là hạt vừa là sóng.

2. Khối lượng nhỏ: Dễ dàng di chuyển và chịu ảnh hưởng lượng tử.

3. Tính dẫn điện: Tạo ra dòng điện khi di chuyển có hướng.

4. Spin: Có spin ±1/2, ảnh hưởng đến tính chất từ.

Khối lượng E rất nhỏ và có tính dẫn điện, tính sóng - tính hạt — Khối lượng E rất nhỏ và có tính dẫn điện, tính sóng – tính hạt

Electron sở hữu những đặc tính vật lý độc đáo, quyết định hành vi của vật chất:

Tính sóng – hạt: Electron thể hiện tính chất kép. Nó vừa là hạt (có thể va chạm, có khối lượng) vừa là sóng (có thể giao thoa, nhiễu xạ), như đã được chứng minh trong thí nghiệm khe đôi.
Tính dẫn điện: Trong các kim loại dẫn điện tốt, các electron tự do (electron hóa trị ở lớp ngoài cùng) di chuyển có hướng dưới tác động của điện trường, tạo ra dòng điện.
Spin Electron: Electron có một đại lượng lượng tử nội tại gọi là spin (có giá trị +1/2 hoặc -1/2). Spin là yếu tố quyết định tính chất từ và cách các electron sắp xếp vào obitan.
Tính lưỡng cực từ: Chuyển động quỹ đạo và spin nội tại tạo ra từ trường, biến electron thành một nam châm vi mô.

Cấu tạo của Electron và Nguyên tử

Bản thân Electron được coi là hạt cơ bản (hạt điểm), không có cấu trúc bên trong. Nó là thành phần của lớp vỏ nguyên tử, chuyển động xung quanh hạt nhân (nơi chứa Proton và Neutron).

Bản thân Electron được coi là một hạt cơ bản (hạt điểm) trong Mô hình Chuẩn, nghĩa là nó không có cấu trúc bên trong hay kích thước không gian cụ thể mà chúng ta có thể đo lường.

Tuy nhiên, Electron là một phần không thể thiếu của cấu tạo nguyên tử, một hệ thống bao gồm:

Lớp vỏ ngoài: Gồm các Electron (mang điện tích âm) chuyển động trên các orbital nguyên tử (obitan) với các mức năng lượng khác nhau.

Lớp vỏ ngoài của nguyên tử là các Electron mang điện tích âm

Hạt nhân: Nằm ở trung tâm, tập trung gần như toàn bộ khối lượng nguyên tử (số khối). Hạt nhân gồm:
- Proton (P): Mang điện tích dương (+1.602 × 10^-19 C). Số đơn vị điện tích hạt nhân (ký hiệu Z) chính là số Proton.
- Neutron (N): Trung hòa về điện, không mang điện tích.

Cấu tạo nguyên tử gồm lớp vỏ và hạt nhân

Trong một nguyên tử trung hòa về điện, số Electron luôn bằng số Proton (số Z).

Hướng dẫn viết cấu hình Electron

Để viết cấu hình electron, bạn thực hiện 2 bước chính:

1. Xác định số Electron: Dựa vào số thứ tự (Z) của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

2. Phân bố Electron: Điền electron theo thứ tự mức năng lượng tăng dần (Nguyên lý Aufbau, Pauli, Quy tắc Hund).

Cấu hình Electron mô tả sự phân bố electron vào các lớp và phân lớp. Đây là kỹ năng cơ bản để hiểu tính chất hóa học của một nguyên tố.

Các bước thực hiện:

Xác định số Electron: Tra bảng tuần hoàn hóa học, số thứ tự (Z) của nguyên tố chính là số electron (đối với nguyên tử trung hòa).
Phân bố Electron: Điền electron theo thứ tự mức năng lượng tăng dần (Nguyên lý Aufbau), tuân thủ Nguyên lý loại trừ Pauli (mỗi obitan tối đa 2e ngược spin) và Quy tắc Hund (ưu tiên số electron độc thân tối đa).
- Thứ tự mức năng lượng: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s…
Viết cấu hình: Ghi lại cấu hình theo thứ tự các lớp.

Ví dụ minh họa:

Nguyên tố: Oxi (O) (Z=8)
- Có 8 electron.
- Phân bố: 1s² 2s² 2p⁴.
- Viết gọn: [He] 2s² 2p⁴.
Nguyên tố: Kẽm (Zn) (Z=30)
- Có 30 electron.
- Phân bố theo mức năng lượng: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰.
- Viết lại theo thứ tự lớp: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s².
- Viết gọn: [Ar] 3d¹⁰ 4s².

Bài tập vận dụng về khối lượng Electron và Nguyên tử

Bài tập 1: So sánh khối lượng nguyên tử của Magie (Mg) và Cacbon (C).

Khối lượng nguyên tử Mg (≈ 24 đvC) nặng gấp 2 lần khối lượng nguyên tử C (≈ 12 đvC). (Tỷ lệ: 24 ÷ 12 = 2).

Giải:
- Khối lượng nguyên tử của Magie (Mg) ≈ 24 đvC.
- Khối lượng nguyên tử của Cacbon (C) ≈ 12 đvC.
- Tỷ lệ: 24 ÷ 12 = 2.
Đáp án: Nguyên tử Magie nặng hơn nguyên tử Cacbon 2 lần.

Bài tập 2: Khối lượng nguyên tử của nguyên tố A gấp 4 lần khối lượng nguyên tử của Nitơ (N). Xác định nguyên tố A.

Khối lượng nguyên tử A = 14 đvC (của Nitơ) × 4 = 56 đvC. Tra bảng tuần hoàn, nguyên tố có nguyên tử khối 56 đvC là Sắt (Fe).

Giải:
- Khối lượng nguyên tử của Nitơ (N) ≈ 14 đvC.
- Khối lượng nguyên tử của A: 14 × 4 = 56 đvC.
Đáp án: Tra bảng tuần hoàn, nguyên tố có nguyên tử khối 56 đvC là Sắt (Fe). (Xem thêm về hợp chất: Sắt(III) oxit – Fe₂O₃).

Bài tập 3: Tính khối lượng của 1 mol Electron.

Khối lượng 1 mol Electron = (Khối lượng 1 Electron) × (Số Avogadro)

= (9.1094 × 10^-31 kg) × (6.022 × 10²³) ≈ 5.4858 × 10^-7 kg.

Giải:
- 1 mol chứa 6.022 × 10²³ hạt (số Avogadro).
- Khối lượng 1 Electron là 9.1094 × 10^-31 kg.
- Khối lượng 1 mol Electron = (9.1094 × 10^-31 kg) × (6.022 × 10²³)
- Khối lượng 1 mol Electron ≈ 5.4858 × 10^-7 kg.
Đáp án: Khối lượng của 1 mol Electron là khoảng 5.4858 × 10^-7 kg (cực kỳ nhỏ).

Kết luận

Electron là hạt hạ nguyên tử nền tảng, quyết định tính chất của vật chất. Dù khối lượng Electron (9.1094 × 10^-31 kg) là vô cùng nhỏ, vai trò của nó trong hóa học, vật lý và kỹ thuật điện là không thể thay thế. Hiểu rõ về electron và cách viết cấu hình là chìa khóa để nắm vững các khái niệm về hóa chất và vật liệu.