SAL: Mọi thứ chúng ta đã đề cập cho đến nay trong hành trình tìm hiểu về hóa học đều xoay quanh sự ổn định của electron và vị trí electron thích hợp nhất trong các lớp electron bền vững Giống như tất cả mọi thứ trong cuộc sống, nếu bạn khám phá nguyên tử sâu hơn một chút, bạn sẽ nhận ra rằng electron không phải là thứ duy nhất diễn ra trong một nguyên tử Bản thân hạt nhân cũng có những tương tác hoặc có một số trạng thái không bền vững, cần được giải phóng theo cách nào đó Đó là những gì chúng ta sẽ nói trong video này Thực ra cơ chế của quá trình này vượt xa phạm vi của một khóa học hóa học năm nhất, nhưng ít nhất thì biết rằng nó diễn ra cũng là điều cần thiết Rồi sẽ có một ngày khi chúng ta học về lực hạt nhân mạnh vật lý lượng tử và các lĩnh vực tương tự, chúng ta có thể bắt đầu giải thích chính xác về lý do tại sao các proton, neutron và các quark cấu thành nên chúng lại tương tác theo cách chúng đang làm Nhưng như đã nói, ít nhất chúng ta hãy nghĩ về các kiểu phân rã chính của hạt nhân Vậy giả sử tôi có một số proton Tôi sẽ chỉ vẽ một vài hạt ở đây Một số proton ở đó, và tôi sẽ vẽ một số neutron Và tôi sẽ vẽ chúng bằng một màu trung tính Có lẽ màu xám sẽ phù hợp Để tôi vẽ một số neutron ở đây Vậy tôi có bao nhiêu proton? Tôi có 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Tôi sẽ vẽ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 neutron Hãy gọi đây là hạt nhân của nguyên tử của chúng ta điều này đã được đề cập đến trong video đầu tiên tôi tạo về nguyên tử-- hạt nhân nếu bạn thực sự muốn vẽ một nguyên tử thực sự-- và thực sự rất khó để vẽ một nguyên tử vì nó không có ranh giới rõ ràng Electron thực sự có thể ở bất kỳ thời điểm nào nó có thể ở bất cứ đâu Nhưng nếu bạn hỏi, vậy 90% thời gian electron sẽ ở đâu Bạn sẽ nói, đó là bán kính, hoặc đường kính của nguyên tử Trong video đầu tiên, chúng ta đã học rằng hạt nhân chỉ chiếm một phần cực nhỏ bé trong thể tích của hình cầu nơi electron sẽ xuất hiện 90% thời gian Điều thú vị ở đây là hầu hết những gì chúng ta nhìn thấy trong cuộc sống chỉ là không gian trống Tất cả những thứ này chỉ là không gian mở Nhưng tôi chỉ muốn nhắc lại điều đó bởi vì điểm nhỏ xíu mà chúng ta đã nói đến trước đó mặc dù nó chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong thể tích của một nguyên tử--thực ra nó gần như là toàn bộ khối lượng của nguyên tử-- đó là thứ tôi đang phóng to đến điểm này. Đây không phải là các nguyên tử, đây không phải là các electron. Bây giờ chúng ta đang phóng to hạt nhân Hóa ra, đôi khi hạt nhân không ổn định và nó muốn đạt đến trạng thái cấu hình ổn định hơn Chúng ta sẽ không đi sâu vào cơ chế chính xác xác định hạt nhân không bền và những thứ tương tự Nhưng để đạt được trạng thái ổn định hơn, đôi khi hạt nhân phát ra thứ được gọi là hạt alpha, hoặc quá trình này được gọi là phân rã alpha Phân rã alpha Và nó phát ra một hạt alpha, nghe có vẻ rất kỳ lạ Nó chỉ đơn giản là một tập hợp các neutron và proton Vì vậy, một hạt alpha bao gồm hai neutron và hai proton Có thể những hạt này cảm thấy chúng không thực sự phù hợp ở bên trong hạt nhân, vì vậy chúng tập hợp lại ở đây Và chúng được phát ra Chúng rời khỏi hạt nhân hãy cùng suy nghĩ xem điều gì sẽ xảy ra với một nguyên tử khi một thứ gì đó như thế xảy ra Giả sử tôi có một nguyên tố bất kỳ, tôi sẽ gọi nó là nguyên tố E Giả sử nó có p, proton Tôi sẽ tô màu chúng theo màu của proton Nó có p, proton Nó có số khối nguyên tử, là tổng số proton cộng với số neutron Và tôi sẽ phải tô neutron màu xám, đúng chứ? Vậy, khi nó trải qua phân rã alpha, điều gì sẽ xảy ra với nguyên tố này? Số proton của nó sẽ giảm đi 2 Vì vậy, số proton của nó sẽ bằng p trừ 2 Và số neutron của nó cũng sẽ giảm đi 2 Vì vậy, số khối của nó sẽ giảm đi 4 Ở trên bạn sẽ có p trừ 2, cộng với số neutron trừ 2, do đó chúng ta sẽ có trừ 4 Vậy, khối lượng của nó sẽ giảm đi 4 và nó thực sự sẽ biến thành một nguyên tố mới Hãy nhớ rằng, các nguyên tố được xác định bởi số lượng proton Vì vậy, trong quá trình phân rã alpha, khi bạn mất đi hai neutron và hai proton, nhưng đặc biệt là các proton sẽ biến bạn thành một nguyên tố khác nếu gọi nguyên tố này là số 1, thì chúng ta sẽ có một nguyên tố khác, nguyên tố số 2 Nếu bạn nghĩ về những gì được tạo ra, chúng ta đang phát ra một thứ gì đó có hai proton và hai neutron Vì vậy, khối lượng của nó sẽ bằng khối lượng của hai proton và hai neutron Vậy chúng ta đang phát ra cái gì Chúng ta đang phát ra một thứ gì đó có khối lượng là 4 Vậy nếu bạn nhìn vào, 2 proton và 2 neutron là gì? Thực ra tôi không nhớ bảng tuần hoàn Tôi quên dán nó trước video này Nhưng bạn không cần mất nhiều thời gian để tìm nguyên tố có hai proton trong bảng tuần hoàn, đó chính là heli Nó thực sự có khối lượng nguyên tử là 4 Vì vậy, đây thực chất là hạt nhân heli được giải phóng trong quá trình phân rã alpha Đây thực chất là một hạt nhân heli Và vì nó là hạt nhân heli và không có electron nào để cân bằng với hai proton của nó, nên đây sẽ là một ion heli Về cơ bản nó không có electron Nó có hai proton nên nó có điện tích cộng 2 Vì vậy, một hạt alpha thực sự chỉ là một ion heli, một ion heli tích điện dương 2 được giải phóng tự phát bởi hạt nhân để đạt đến trạng thái ổn định hơn Đây là một loại phân rã Chúng ta hãy khám phá các loại khác Bây giờ hãy để tôi vẽ một hạt nhân khác ở đây Tôi sẽ vẽ một số neutron Tôi sẽ chỉ vẽ một số proton hóa ra đôi khi một neutron cảm thấy không thoải mái với chính nó Nó nhìn vào những gì các proton làm hàng ngày và nói, bạn biết là gì không? Vì lý do nào đó, khi nhìn vào trái tim mình, tôi cảm thấy mình thực sự nên là một proton Nếu tôi là một proton, thì toàn bộ hạt nhân sẽ ổn định hơn một chút Để trở thành 1 proton, những gì nó làm là -- hãy nhớ rằng, một neutron có điện tích trung hòa Những gì nó làm là phát ra một electron Và tôi biết bạn đang nghĩ, Sal, điều đó thật điên rồ, tôi thậm chí còn không biết neutron có electron bên trong, và tất cả những thứ đó Tôi đồng ý với bạn Nó thật điên rồ Một ngày nào đó chúng ta sẽ nghiên cứu tất cả những gì tồn tại bên trong hạt nhân Nhưng hãy giả sử nó có thể phát ra một electron Vậy, nó phát ra một electron Và chúng tôi biểu thị nó bằng-- khối lượng của nó gần bằng 0 Chúng ta biết một electron thực sự không có khối lượng bằng 0, nhưng chúng ta đang nói về đơn vị khối lượng nguyên tử Nếu proton là 1, thì electron là 1/1836 Chúng ta chỉ làm tròn nó Chúng ta nói nó có khối lượng bằng 0 Khối lượng thực sự của nó không bằng 0 Và điện tích của nó là trừ 1 Nó mang tính nguyên tử, bạn có thể nói số hiệu nguyên tử của nó là trừ 1 Nó phát ra một electron Bằng cách phát ra một electron, thay vì trung hòa, bây giờ nó biến thành một proton Và quá trình này được gọi là phân rã beta Hạt beta thực chất chỉ là electron được phát ra Hãy quay trở lại trường hợp về một phần tử Nó có một số proton nhất định, và sau đó là một số neutron nhất định bạn có các proton và neutron, sau đó bạn có được số khối của nó Khi nó trải qua quá trình phân rã beta, thì điều gì xảy ra? Vậy, các proton có bị thay đổi không? Chắc chắn rồi, chúng ta có nhiều hơn một proton so với trước đây Vì một neutron đã biến thành một proton Vì vậy, bây giờ số proton của chúng ta là cộng 1 Số khối của chúng ta có thay đổi không? Cùng xem nào Số neutron giảm đi một nhưng số proton của bạn tăng lên một Vì vậy, số khối của bạn sẽ không thay đổi Nó vẫn sẽ là p cộng N khối lượng của bạn vẫn giữ nguyên, không giống như trường hợp phân rã alpha, nhưng nguyên tố của bạn sẽ thay đổi Số proton của bạn thay đổi Một lần nữa, bạn đang đối phó với một nguyên tố mới trong quá trình phân rã beta Giả sử chúng ta có một tình huống khác Giả sử có một tình huống mà một trong những proton này nhìn vào các neutron và nói, bạn biết là gì không? Tôi thấy cách chúng tồn tại Điều đó thật hấp dẫn đối với tôi Tôi nghĩ mình sẽ phù hợp hơn và cộng đồng các phân tử bên trong hạt nhân của chúng ta sẽ hạnh phúc hơn nếu tôi cũng là một neutron Tất cả chúng ta sẽ ở trong một trạng thái ổn định hơn Điều chúng làm là, proton nhỏ bé khó chịu đó có một xác suất phát ra-- đây là một khái niệm mới đối với bạn-- một positron, chứ không phải một proton Nó phát ra một positron Vậy positron là gì Nó là một thứ có khối lượng chính xác bằng electron Vì vậy, nó bằng 1/1836 khối lượng của một proton Nhưng chúng ta chỉ viết một số 0 ở đó vì trong đơn vị khối lượng nguyên tử nó gần như bằng 0 Nhưng nó có điện tích dương Và điều hơi khó hiểu là họ vẫn sẽ viết e ở đó Bất cứ khi nào tôi nhìn thấy ký hiệu e, tôi nghĩ ngay đến electron Nhưng không, họ nói e bởi vì nó giống như cùng một loại hạt, nhưng thay vì mang điện tích âm nó mang điện tích dương Đây là một positron Và bây giờ chúng ta bắt đầu đi vào các loại và vật chất kỳ lạ Nhưng điều này thực sự xảy ra Và nếu bạn có một proton phát ra hạt này, mang theo hầu hết điện tích dương của nó thì proton này sẽ biến thành một neutron Và đó được gọi là phát xạ positron Phát xạ positron thường khá dễ để xác định bản chất của nó, bởi vì họ gọi nó là phát xạ positron Nếu chúng ta bắt đầu với cùng một nguyên tử E, nó có một số proton nhất định và một số neutron nhất định Nguyên tố mới sẽ là gì? Nó sẽ mất đi một proton. p trừ 1 Và nó sẽ được chuyển thành 1 neutron Vì vậy, p sẽ giảm đi 1 N sẽ tăng lên 1 Do đó, khối lượng của toàn bộ nguyên tử sẽ không thay đổi Vậy thì nó sẽ bằng p cộng N Nhưng chúng ta vẫn sẽ có một nguyên tố khác, phải không? Khi xảy ra phân rã beta, chúng ta làm tăng số proton Vì vậy, chúng ta đã đi về bên phải trong bảng tuần hoàn hoặc chúng ta đã tăng dần về bên phải, bạn hiểu rồi đấy Khi xảy ra phát xạ positron, chúng ta làm giảm số proton Thực ra tôi nên viết điều đó ở đây trong cả hai phản ứng này Đây là phát xạ positron, và tôi còn lại một positron Và trong quá trình phân rã beta, tôi còn lại một electron Chúng được viết theo cách hoàn toàn giống nhau Bạn biết đây là một electron vì nó có điện tích trừ 1 Bạn biết đây là một positron vì nó có điện tích cộng 1 Bây giờ còn một loại phân rã cuối cùng mà bạn nên biết Nhưng nó không làm thay đổi số lượng proton hoặc neutron trong hạt nhân nó chỉ giải phóng rất nhiều năng lượng, hoặc đôi khi là một proton năng lượng cao Và đó gọi là phân rã gamma Phân rã gamma có nghĩa là các hạt nhân này tự sắp xếp lại cấu trúc Có thể chúng xích lại gần nhau hơn 1 chút Bằng cách đó, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng sóng điện từ có bước sóng rất cao Về cơ bản đây là tia gamma, bạn có thể gọi nó là hạt gamma hoặc tia gamma Và nó có năng lượng rất cao Tia gamma là thứ bạn không muốn tiếp xúc Chúng có khả năng gây chết người rất cao Mọi thứ chúng ta đã thảo luận cho đến nay chỉ mang tính lý thuyết Bây giờ, hãy giải một số bài toán thực tế và xác định xem chúng ta đang đối mặt với loại phóng xạ nào Ở đây tôi có Berili-7, với 7 là khối lượng nguyên tử của nó Và nó đang được chuyển đổi thành Liti-7. Vậy chuyện gì đang xảy ra Berili của tôi, khối lượng hạt nhân vẫn giữ nguyên, nhưng số proton giảm từ bốn xuống còn ba Vì vậy, tôi đang giảm số proton Tổng khối lượng của tôi không thay đổi Vì vậy, đây chắc chắn không phải là phân rã alpha Phân rã alpha là giải phóng toàn bộ 1 hạt heli ra khỏi hạt nhân Vậy tôi đang giải phóng thứ gì? Tôi đang giải phóng một điện tích dương, hoặc tôi đang giải phóng một positron Trên thực tế, tôi có cái này trong phương trình này Đây là một positron Vì vậy, loại phân rã của Berili-7 thành Liti-7 này là phát xạ positron Nghe hợp lý Bây giờ chúng ta hãy xem xét phân rã tiếp theo Chúng ta có urani-238 phân rã thành thori-234 Ta thấy khối lượng nguyên tử giảm 4, trừ 4, và số hiệu nguyên tử giảm, hay số proton giảm đi 2 Vì vậy, về bản chất, bạn phải giải phóng một thứ gì đó có khối lượng nguyên tử là 4, và số hiệu nguyên tử là 2, hoặc heli Như vậy đây là phân rã alpha Vậy đây chính là một hạt alpha Và đây là một ví dụ về phân rã alpha Bây giờ có lẽ bạn đang nói, này Sal, đợi đã, có điều gì đó kỳ lạ đang xảy ra ở đây Bởi vì nếu tôi chỉ chuyển từ 92 proton sang 90 proton, tôi vẫn có 92 electron ở bên ngoài Vậy tôi sẽ không có điện tích âm 2 sao? Thậm chí còn tốt hơn, heli tôi giải phóng ra, nó không có bất kỳ electron nào đi kèm Nó chỉ là hạt nhân heli Vậy nó không có điện tích dương 2 sao? Và nếu bạn nói vậy, thì bạn hoàn toàn chính xác Nhưng thực tế là ngay khi quá trình phân rã này xảy ra thori không có lý do gì để giữ lại hai electron đó, vì vậy hai electron đó biến mất và thori trở lại trạng thái trung hòa Với heli, tương tự, cũng diễn ra rất nhanh Nó thực sự cần hai electron để ổn định, vì vậy nó nhanh chóng lấy hai electron từ bất cứ nơi nào nó va chạm vào và do đó trở nên ổn định Vậy nên bạn có thể viết theo hai cách Bây giờ hãy làm thêm một ví dụ nữa Tôi có đây là iốt Hãy xem điều gì sẽ xảy ra Khối lượng không thay đổi Vậy nên, chắc chắn phải có proton biến thành neutron hoặc neutron biến thành proton Tôi thấy ở đây tôi có 53 proton, và bây giờ tôi có 54 proton Vậy nên một neutron chắc chắn đã biến thành một proton Một neutron đã biến thành một proton Cách mà một neutron biến thành một proton là giải phóng một electron Chúng ta có thể thấy điều đó trong phản ứng này Một electron đã được giải phóng Đây là quá trình phân rã beta Đây là một hạt beta Và logic tương tự cũng được áp dụng Chờ đã, tôi vừa tăng từ 53 lên 54 proton Bây giờ tôi có thêm proton này, liệu tôi sẽ có 1 điện tích dương ở đây phải không Đúng vậy Nhưng rất nhanh điều này có thể xảy ra-- có thể sẽ không nhận được chính xác những electron này, có rất nhiều electron chạy xung quanh-- nhưng nó sẽ lấy một số electron từ một nơi nào đó để ổn định và sau đó nó sẽ ổn định trở lại Nhưng bạn hoàn toàn đúng khi nghĩ, chẳng phải nó sẽ là ion trong một khoảng thời gian ngắn sao? Bây giờ hãy làm thêm 1 ví dụ nữa chúng ta có radon-222, với số hiệu nguyên tử là 86 biến thành poloni-218, với số hiệu nguyên tử là 84 Và đây thực sự là một điều thú vị Poloni được đặt theo tên Ba Lan, bởi vì Marie Curie, Vào thời điểm đó, Ba Lan, đây là vào đầu thế kỷ trước khoảng cuối những năm 1800, Ba Lan không tồn tại như một quốc gia riêng biệt Nó bị chia cắt giữa Phổ, Nga và Áo Và họ thực sự muốn mọi người biết rằng, chúng ta nghĩ chúng ta là một dân tộc Vì vậy, họ đã phát hiện ra rằng khi radon phân rã nó tạo thành nguyên tố này Và họ đặt tên nó theo quê hương của họ, theo Ba Lan Đó là đặc quyền của những người khám phá ra các nguyên tố mới Dù sao thì hãy quay lại với bài toán Vậy chuyện gì đã xảy ra Khối lượng nguyên tử của chúng ta đã giảm đi 4 Số proton của chúng ta giảm đi 2 Một lần nữa, chúng ta có thể đã giải phóng một hạt alpha Hạt nhân heli, thứ có khối lượng nguyên tử là 4 và số proton là 2 Và đó chính là điều đã xảy ra Đây là quá trình phân rã alpha Chúng ta có thể viết nó như là một hạt nhân heli Vậy nên nó không có electron Thậm chí chúng ta có thể nói ngay rằng nó sẽ mang điện tích âm, nhưng sau đó nó lại mất đi điện tích