Các nguyên tử ngoài đời thật không hề giống với hình vẽ này

Trên đây là biểu tượng mà có lẽ chúng ta đã từng gặp qua ít nhất là một lần trong đời, có thể trong các trang sách giáo khoa, các nơi có liên quan tới “khoa học” hoặc trong cả những bộ phim.
Các nguyên tử ngoài đời thật không hề giống với hình vẽ này

Người ta hay gọi đó là “mô hình nguyên tử” nhưng trớ trêu thay, đây lại không phải là hình dạng thật ngoài đời của nguyên tử và người ta đã biết điều đó từ hơn 1 thế kỷ qua. Tuy nhiên, sức ảnh hưởng của biểu tượng trên đã mạnh tới mức nhiều người vẫn còn nghĩ rằng nguyên tử chỉ đơn giản là một hạt nhân và các e quay quanh nó một cách tròn vành vạnh đẹp mắt đến thế.

Hình vẽ mô hình nguyên tử đầu tiên đến từ đâu?

Để biết về biểu tượng mô hình nguyên tử nói trên thì đầu tiên, chúng ta hãy tìm hiểu xem nó đến từ đâu. Cho đơn giản thì có lẽ nên bắt đầu từ những năm 1990 (chứ thật ra nếu truy xa hơn thì còn về tới tận thời Hy Lạp cổ đại), bắt đầu từ lúc nhà vật lý người Anh Joseph John Thomson phát hiện ra electron, còn gọi là các điện tử - những thành phần mang điện âm trong nguyên tử. Khi đó, ông đề xuất rằng các e này đã bị “bắt” nằm trong các mặt cầu đồng nhất của vật chất tích điện dương. Người ta gọi đây là “mô hình bánh nho khô” bởi các nguyên tử nằm trong các vật chất tích điện dương tương tự như nho khô nằm trong bánh pudding.

Sau đó, nhà vật lý người New Zealand Ernest Rutherford phát hiện rằng nếu bạn bắn một hạt mang điện dương vào vào các nguyên tử (dưới dạng lá vàng) thì không phải tất đều phản xạ theo kiểu như nằm trong một “khối bánh pudding” khối lượng lớn. Thay vào đó, dù vẫn có phần phản xạ nhưng hầu hết đều bị xuyên qua, cho thấy rằng các electron phải nằm quanh một hạt vật chất mang điện dương có khối lượng nhỏ (hạt nhân), ở giữa là khoảng không. Tới năm 1911, ông mô phỏng lại mô hình đã phát hiện được, trong đó có các e quay quanh một hạt nhân tương tự các hành tinh quay quanh Mặt Trời. Cũng vì lý do này mà người ta còn gọi mô hình nguyên tử kiểu này là mô hình hành tinh nguyên tử.

Tuy nhiên, nếu chuyển động theo mô hình hành tinh nguyên tử thì các e sẽ bị mất năng lượng do có quỹ đạo quanh mặt nhân, khiến chúng va chạm vào hạt nhân. Bởi thế 2 năm sau khi Rutherford đề xuất mô hình hành tinh nguyên tử, nhà vật lý Đan Mạch Niels Bohr. đã giải quyết nhược điểm đó lý thuyết rằng: các e không mãi đi theo quỹ đạo mà thay vào đó, chúng chỉ đi theo quỹ đạo tại những mức năng lượng cụ thể.

Cụ thể, các e có thể nhảy từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác nếu chúng hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng, tuy nhiên chúng không bao giờ lệch ra khỏi các mức năng lượng đó. Và mô hình của Bohr cũng đã được dùng để minh họa trong vô số sách giáo khoa trên toàn cầu (các bạn có còn nhớ hình vẽ các e quay quanh hạt nhân trên 2-3 vòng tròn khác nhau). Tuy nhiên, những hình vẽ này cũng không phải là cách các nguyên tử tồn tại ngoài đời.

Mọi chuyện sau đó như thế nào?

Tới những năm 1920, các nhà vật lý học đã phát hiện rằng vật chất còn có tính chất giống như sóng và quỹ đạo nguyên tử được biểu diễn bằng một hàm toán học mô tả lại trạng thái như sóng điện từ của các e. Một cách dễ hiểu, hàm số này được dùng để tính xác suất tìm thấy e của một nguyên tử tại vị trí bất kỳ nằm trong không gian bao quanh hạt nhân.

Nói cách khác, các e không đi theo những con đường nhất định nhưng sự xuất hiện của chúng trong không gian quanh hạt nhân là có thể xác định. Sau này, các nhà vật lý còn phát hiện ra rằng chúng còn là những hạt lượng tử có thể tồn tại ở nhiều điểm khác nhau cùng lúc. Các e lúc này vẫn nắm giữ các mức năng lượng độc lập nhưng thay vì đi theo đường, mỗi e (với sự hiện diện tại nhiều nơi cùng lúc) có thể được hình dung đám mây. Và đó là lý do có khái niệm là “mô hình đám mây e”.

Cho dễ hình dung thì đó là một vùng không gian quanh hạt nhân và tại bất cứ điểm nào, xác suất tìm thất e là 90%, tức là cứ 100 giây thì có 90 e có mặt tại một điểm nào đó trong đám mây e. Năm 1932, nhà hóa học Robert Mulliken dùng khái niệm “orbital” để diễn tả trạng thái hoạt động của các e trong nguyên tử thay cho từ “orbit” để tránh nhầm lẫn. Và cuối cùng, vẫn không thể nói là mô hình khi xưa của Bohr là không tốt bởi nó vẫn là một cách đơn giản, giúp dễ hình dung một mô hình rất phức tạp. Và kỳ thực, đó cũng là một mô hình cực đẹp mà có lẽ, bất kỳ ai đam mê khoa học đều có ấn tượng không thể phai nhòa về nó.

Tham khảo UWGB, Wiki (1), (2), (3)

TIN LIÊN QUAN

NASA giải mã thành công âm thanh bí ẩn ngoài vũ trụ hơn 60 năm qua

Âm thanh kỳ dị mà nhà khoa học gọi với cái tên 'Whistler waves' được các thiết bị vô tuyến cực nhạy thu được vào những năm 1950.

Lần đầu tiên phát hiện hành tinh lùn có vành đai giống sao Thổ

Các nhà thiên văn học đã phát hiện một vành đai quanh hành tinh lùn Haumea ngoài quỹ đạo sao Hải Vương, rất giống quỹ đạo sao Thổ. Hành tinh lùn Haumea được phát hiện vào năm 2004, đây là lần đầu tiên một vành đai được nhìn thấy xung quanh nó trong

Người ngoài hành tinh đã truyền đạt tri thức cho con người như thế nào?

Vốn kiến thức đáng kinh ngạc của bộ tộc Dogon ở Châu Phi về thiên văn và vật lý vẫn là một bí ẩn lớn về lịch sử nhân loại. Tuy nhiên gần đây tác giả Temple đã đưa ra những lập luận rõ ràng hướng đến giả thuyết gần như chắc chắn rằng đã ...

Nhà ngoại cảm nhìn thấy vành đai sao Mộc trước khi tàu vũ trụ chụp được bức ảnh đầu tiên

Trong dự án bí mật của CIA, NASA, kết hợp cùng Đại học Stanford, nhà ngoại cảm Ingo Swann đã trực tiếp quan sát và mô tả vành đai sao Mộc từ trên Trái Đất, không cần đến kính thiên văn. Phi thuyền Pioneer 10 của NASA được phóng lên không gian vào

Hai xe tải va chạm trên đường vành đai 3, tài xế nhập viện cấp cứu

Cú đâm mạnh khiến lái xe tải BKS 29A-600.59 là anh Nguyễn Thanh Hải (SN 1972, ở phường Phương Liệt, quận Thanh Xuân) bị thương nặng phải đưa đi cấp cứu tại Bệnh viện 19-8.

4 trụ cột và 3 đột phá để phát triển khoa học công nghệ

KHCN đã đóng góp trên 30% giá trị gia tăng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp và 38% giá trị gia tăng trong sản xuất giống cây trồng, vật nuôi.

6 thí nghiệm chứng minh suy nghĩ của bạn có thể tác động lên vật chất xung quanh

Càng ngày càng có nhiều nghiên cứu khoa học mới chứng minh ý thức con người (suy nghĩ, dự định, lời cầu nguyện…) có tác động rất thực tại đối với thế giới vật chất xung quanh. Thiên tài Nikola Tesla, một trong những nhà phát minh vĩ đại nhất mọi

Thế giới ta đang sống phải chăng là thế giới ảo?Vì sao các nhà khoa học nói ngay cả tình yêu cũng là một ảo ảnh?

Vũ trụ tràn ngập những điều huyền bí vượt quá hiểu biết hiện nay của chúng ta. Trong chuyên đề “Khoa học huyền bí”, Đại Kỷ Nguyên sẽ thu thập các câu chuyện về những hiện tượng kỳ lạ, dẫn ta tới khám phá những chân trời mới đầy bất ngờ, thú vị.

THỦ THUẬT HAY

10 mẹo giúp laptop có thời gian sử dụng pin tốt hơn với Windows 10 [Phần 1]

Liệu máy tính xách tay của bạn đang gặp vấn đề về pin hoặc tuổi thọ pin không được như mong muốn? Nếu bạn đã cập nhật lên Windows 10 Fall Creators thì bạn sẽ có hàng loạt mẹo để có thể giúp kéo dài thời gian chạy trên

Cách giấu ảnh trên điện thoại để tránh người khác biết khi mượn máy

Bạn không muốn người khác thấy được những thông tin, ảnh và video trên điện thoại của mình? Vậy thì đây là hướng dẫn cách giấu ảnh trên điện thoại cực kỳ hiệu quả...

Cách ghim ghi chú trên ứng dụng Ghi chú iOS 11

Trên ứng dụng Ghi chú iOS 11 có tính năng ghi ghi chú trên đầu danh sách ghi chú đã tạo, giúp người dùng có thể mở ngay ghi chú quan trọng.

Learntalk: ứng dụng học tiếng Anh siêu tiết kiệm trên điện thoại di động

Nếu chúng ta khéo léo kết hợp học tiếng Anh qua ứng dụng trên điện thoại, nhất là khi chỉ có vốn thời gian hạn hẹp, việc học sẽ dễ dàng hơn rất nhiều. Với sự bùng nổ của điện thoại thông minh trên thị trường, các ứng

ĐÁNH GIÁ NHANH

Đánh giá Samsung KS9000 – TV SUHD cao cấp giá 100 triệu đồng

Thành công với dòng SUHD TV trong năm 2015, Samsung tiếp tục theo đuổi công nghệ này bằng việc trình làng series SUHD 2016 với 5 model. Nổi bật trong đó là KS9000, TV 4K...

So sánh Google Pixel 6 và Apple iPhone 13: Chênh lệch có thật sự lớn?

Thử so sánh oogle Pixel 6 với Apple iPhone 13 để xem những gì mà nhà sản xuất Google trang bị có đủ sức đánh bại siêu phẩm nhà Táo Khuyết không nhé.

Volvo S90 - Trang nhã, tinh tế và khác biệt - Phần 1

Volvo S90 là sự dung hòa tuyệt vời giữa sự sang trọng, an toàn và văn hóa Scandinavia. Dòng xe sedan hàng đầu của hãng xe Thụy Điển thực sự là đối thủ xứng tầm của những mẫu...