Mục lục
Nguyên tử là cụm từ đã trở nên quen thuộc với chúng ta từ năm lớp 8 ở môn hóa học. Không chỉ riêng trong môn hóa, chúng còn được nhắc đến rất nhiều trong cả môn vật lý và các sự kiện trong môn lịch sử. Vậy nguyên tử là gì? Hãy cùng chúng tôi khám phá qua bài viết sau đây.
1. Nguyên tử là gì?
Nguyên tử là đơn vị cơ bản nhất cấu tạo nên các loại vật chất trong vũ trụ này. Nó chứa một hạt nhân ở trung tâm và được bao quanh bởi các hạt mang điện tích âm được gọi là các hạt electron.
Hạt nhân nguyên tử tồn tại ở dạng liên kết giữa các hạt proton mang điện tích dương và các hạt neutron không mang điện (ngoại trừ trường hợp của nguyên tử hydro, nó có hạt nhân đã ở dạng ổn định, nhưng chỉ chứa một proton duy nhất không có hạt neutron nào bên trong nó cả).
Electron của nguyên tử liên kết với hạt nhân bởi lực điện từ và tuân theo các nguyên lý của khoa học lượng tử. Hai vật mang hai điện tích trái dấu sẽ hút nhau.
Tương tự như vậy, các nguyên tử liên kết với nhau có thể là liên kết đơn, đôi hoặc ba bằng lực điện từ, từ đó cấu tạo nên các nguyên tố hóa học.
Một nguyên tử bình thường sẽ chứa số hạt electron bằng số hạt proton thì gọi là trung hòa về điện tích. Trong khi số electron nhiều hoặc ít hơn so với số hạt proton thì nguyên tử đó sẽ mang điện tích âm hoặc dương và sẽ được gọi là các ion tự do.
Nguyên tử được phân loại dựa trên số proton và neutron bên trong hạt nhân của nó. Số neutron xác định đồng vị của các nguyên tố, nghĩa là một nguyên tố có nhiều đồng vị khác nhau. Số proton sẽ quy định tính chất của các nguyên tố đó ra sao. Tóm lại một nguyên tố hóa học có thể có 1 hay nhiều đồng vị khác nhau nhưng lại không tồn tại bền ở dạng đó và có thể thay đổi sang dạng khác ổn định hơn.
Tên gọi nguyên tử hóa học mà nay gọi đơn giản là các “nguyên tử” là những vật chất vô cùng nhỏ với đường kính nhỏ hơn một nanomet. Khối lượng của các hạt này rất nhỏ và thường tỷ lệ thuận với thể tích trong lòng của nó.
Chúng ta chỉ có thể quan sát một nguyên tử đơn lẻ bằng các thiết bị chuyên nghiệp như kính hiển vi trong các phòng thí nghiệm, bệnh viện,….
Hạt nhân nguyên tử chiếm hơn 99,94% khối lượng của một nguyên tử. Trong đó, tổng khối lượng các hạt proton xấp xỉ bằng tổng khối lượng các hạt neutron. Điều này chứng minh rằng khối lượng của các đám mây electron nói chung và các hạt electron nói riêng là không đáng kể.
Mỗi nguyên tố có ít nhất một đồng vị. Hạt nhân của đồng vị đó không ổn định và có thể trải qua quá trình phóng xạ. Quá trình này dẫn đến việc làm biến đổi hạt nhân, từ đó làm thay đổi số hạt proton hoặc số hạt neutron trong hạt nhân và cuối cùng là biến đổi trở thành một nguyên tố khác.
Electron liên kết trong nguyên tử có những mức năng lượng ổn định, và có thể di chuyển xoay quay hạt nhân theo các quỹ đạo cố định. Nó còn được gọi là các obitan. Số lượng các electron của một nguyên tử sẽ quy định nên các tính chất hóa học của một nguyên tố. Nó ảnh hưởng mạnh tới từ tính (từ trường) của nguyên tử cũng như vật liệu, vật chất mà nó đó cấu tạo nên.
2. Lịch sử hình thành
Electron, ion mang điện tích âm tồn tại trong Vũ trụ đã từ giai đoạn sơ khai sau khi xảy ra vụ nổ Big Bang. Hạt nhân nguyên tử hình thành thông qua xúc tác trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân được kích hoạt trong vụ nổ Big Bang. Quá trình tổng hợp hạt nhân sau vụ nổ lớn tạo ra phần lớn heli, liti, deuteri berili và bo trong vũ trụ.
Sự tồn tại và tính ổn định của nguyên tử dựa trên năng lượng liên kết của nó. Điều đó có nghĩa là nếu nó có năng lượng thấp hơn sẽ tồn tại bền hơn và ít xảy ra phản ứng khi bị môi trường bên ngoài tác động.
Khi nhiệt độ môi trường của vật chất cao hơn năng lượng ion hóa, vật chất sẽ tồn tại ở trạng thái plasma. Chất khí trong môi trường ấy sẽ chứa ion điện tích dương (hoặc thậm chí cả hạt nhân đơn lẻ) và electron. Khi nhiệt độ môi trường giảm xuống dưới mức năng lượng ion hóa, các nguyên tử bắt đầu hình thành theo các định luật vật lý, các ion âm sẽ bắt đầu liên kết với các ion mang điện tích dương.
Hạt nhân khi đã kết hợp với các electron sẽ trở thành nguyên tử. Đây là quá trình đã từng diễn ra mạnh mẽ sau 380.000 năm từ Big Bang. Một kỷ nguyên gọi là “tái kết hợp” đã được ra đời, khi Vũ trụ giãn nở ra và lạnh đi cho phép các electron gắn kết được với hạt nhân tạo ra các nguyên tử đầu tiên trong vũ trụ.
3. Sự thật về nguyên tử
Rất ít các nguyên tố hoá học tồn tại dưới dạng 1 nguyên tử. Hầu hết chúng đều tồn tại ở dạng phân tử bao gồm các nguyên tử lên kết với nhau.
Giữa các phân tử luôn tồn tại những khoảng trống. Các khoảng trống này giải thích cho việc thất thoát đi khí bên trong một quảng bóng bay trong khi không có có một khe hở nào.
Lực liên kết trong một phân tử là rất lớn. Nhiều phân tử cần phải dùng đến nhiệt độ của tia sét (29.726 °C) mới có thể tách đôi chúng ra thành 2 nguyên tử riêng biệt.
4. Bom nguyên tử là gì?
Bom nguyên tử là một loại vụ khí hạt nhân có sức huỷ diệt hàng loạt với quy mô khổng lồ. Bom nguyên tử có được năng lượng từ các phản ứng nhiệt hạch bao gồm: phản ứng phân hạch hạt nhân hoặc phản ứng hợp hạch gây ra.
Vũ khí hạt nhân mang sức tàn phá vượt xa các loại vũ khí khác. Chỉ một quả bom hạt nhân nhỏ cũng có sức công phá tương đương với 10 triệu tấn thuốc nổ, có thể hủy diệt hoàn toàn một thành phố. Một quả bom lớn hơn thậm chí có thể phá hủy 1 vùng với bán kính từ 100 – 160km xung quanh tâm nổ.
Quả bom nguyên tử đầu tiên mang tên “Little Boy” do Hoa Kỳ sử dụng vào cuối thế chiến thứ II. Và nơi phải hứng chịu hậu quả nghiêm trọng từ quả bơm này là Hiroshima, Nhật Bản. Chỉ ba ngày sau, quả bom thứ 2 mang tên “Fat Man” đã được không quân hoa kỳ thả xuống thành phố Nagasaki, Nhật Bản. Chỉ 2 quả bom nguyễn tử đã cướp đi 200.000 sinh mạng người vô tội.
Ngày nay, nhiều nước vẫn đang sản xuất và sử dụng vũ khí hạt nhân để phục vụ cho mục đích quân sự. Mặc dù nhiều nước đã ký kết các thỏa thuận nghiêm cấm loại vũ khí này, nhiều tổ chức vẫn tiếp tục nghiên cứu và phát triển chúng.
5. Hoạt động của vũ khí hạt nhân, bom nguyên tử
Bom nguyên tử hoạt động theo nguyên tắc phân hủy các hạt nhân nặng và không bền như urani, plutoni thành các hạt nhân nhẹ hơn và giải phóng năng lượng. Năng lượng được giải phóng thường là nhiệt lượng hoặc bức xạ.
Bom nguyên tử hoạt động dựa trên một phản ứng dây chuyền. Nó bắt đầu khi một hạt neutron tới và va chạm kích mồi đầu tiên cho một hạt nhân urani hoặc plutoni. Việc này làm hạt nhân vỡ ra thành các nguyên tố bền hơn, thường là barium và krypton.
Quá trình này giải phóng năng lượng cực lớn dưới dạng nhiệt, phóng xạ tia gamma và một số hạt neutron. Các neutron này lặp đi lặp lại quá trình va chạm trên cho tới khi hết nguyên liệu của chất phản ứng.
Phản ứng dây chuyền này diễn ra trong thời gian cực kỳ ngắn, cỡ một phần triệu giây. Nhưng lượng nhiệt cả nó sinh ra cứ tăng theo cấp số nhân, nên tác động của nó rất kinh khủng.
Mỗi loại nguyên tố được dùng trong bom nguyên tử sẽ có một khối lượng đặc trưng khác nhau, gọi là khối lượng tới hạn. Khối lượng này là khối lượng nhỏ nhất của vật liệu phân hạch để duy trì dây chuyền phản ứng hạt nhân.
Nguyên liệu phản ứng trong mỗi quả bom hạt nhân sẽ được chia tách ra các phần dưới hạn để đảm bảo an toàn hơn khi vận chuyển. Muốn kích nổ chỉ cần ghép các phần riêng rẽ này lại với nhau thành một khối và bắt đầu kích nổ. Khối lượng này của urani 235 tinh khiết là 50kg. Hoặc muốn kích nổ phải cần có một quả bom kích nổ bên trong, thúc đẩy quá trình phân hạch của các nguyên tử.
6. Hậu quả khó lường của bom nguyên tử
Trong bán kính 2km từ tâm nổ, hơn 40% cư dân chết ngay tại chỗ, 56,5% chết trong vòng 4 tháng sau đó, vào cuối tháng 11 năm 1945 sau ngày trúng bom. Trong 2 tuần đầu tiên, những người bị bỏng nặng và nhiễm lượng lớn phóng xạ đã tử vong. Trong 10 ngày, nhiều người chết vì các triệu chứng như: sốt, tiêu chảy và nôn ra máu. Đó là dấu hiệu của việc bị phơi nhiễm phóng xạ. Những người còn sống thường bị rụng tóc, tổn thương dây thanh quản, mệt mỏi, bệnh bạch cầu và từ từ dẫn đến cái chết.
Những người sống sót tiếp tục chết trong tương lai do bị bệnh ung thư từ việc nhiễm phóng xạ. Thân thể của những người còn sống sót sau vụ ném bom sẽ đầy rẫy những vết sẹo lồi xấu xí do bỏng trên diện rộng gây ra. Trẻ sơ sinh bị chiếu xạ trong bụng mẹ, khi sinh ra sẽ mang các dị tật, khuyết tật lớn trên cơ thể.
70.000 – 100.000 người trong tổng số 245.000 cư dân của thành phố Hiroshima đều chết trong tích tắc. Họ biến thành tro bụi và nhiều người chỉ để lại bóng trên các bức tường nơi họ đang đứng. Ở khoảng cách lên tới 19km, tất cả các cửa sổ trong nhà đều bị vỡ. Các mảnh kính xuyên qua cơ thể con người với tốc độ là 800km/h. Tất cả các ngôi nhà trong thành phố đều bị thiêu rụi. Con người bị thiêu chết trong sự đau đớn tột cùng.
Nagasaki lại bị ảnh hưởng do quả bom loại này ít hơn một chút do địa hình tại đây có những ngọn đồi xung quanh và một khu công nghiệp rộng lớn nhưng không hoạt động. Mặc dù công suất của quả bom “Fat Man” cao hơn nhiều lần so với quả trước, nhưng thiệt hại ít hơn khoảng 60.000-80.000 cư dân bị chết.
Thời kỳ ấy, người ta không biết gì về bức xạ. Các bác sĩ cho rằng tiêu chảy và nôn mửa là do bệnh kiết lị hoặc do dịch bệnh. Người dân tại đây nếu còn sống trong thời gian đó thì họ cũng đều bị nhiễm phóng xạ, do họ không biết rằng phóng xạ còn tồn tại trong một thời gian dài và dần xâm nhập vào cơ thể.
Hậu quả mà vũ khí hạt nhân mang lại quá lớn. Vì vậy, ngày nay con người cần chung tay lên án những hành vi sản xuất và sử dụng vũ khí hạt nhân trên toàn cầu. Việc này giúp đảm bảo an toàn và mang lại sự bình yên cho những con người vô tội.
Nếu bạn thấy bài viết về nguyên tử và bom nguyên tử này mang lại nhiều lợi ích cho bạn, hãy thường xuyên theo dõi trang web của chúng tôi để có được nhiều bài viết hay hơn nhé!
