Buzz
1. Tổng quan về nguyên tử
1.1 Nguyên tử là gì?
Nguyên tử là đơn vị cơ bản cấu thành vật chất với kích thước chỉ khoảng vài phần mười nanomet. Nó bao gồm một hạt nhân ở trung tâm và các electron mang điện tích âm quay xung quanh.
Các nguyên tử cấu thành các trạng thái vật chất khác nhau, bao gồm rắn, lỏng, khí và plasma. Sự thay đổi của các yếu tố như mật độ, nhiệt độ và áp suất có thể dẫn đến việc chuyển pha giữa các trạng thái này.
Ký hiệu nguyên tử Z, từ tiếng Đức là 'Zahl', có nghĩa là số.
1.2 Thành phần cấu tạo của nguyên tử
Mỗi nguyên tử được cấu tạo từ ba loại hạt cơ bản: Proton, neutron và electron.
1.2.1 Proton
Proton là hạt mang điện tích dương nằm trong hạt nhân nguyên tử, được phát hiện bởi Ernest Rutherford trong các thí nghiệm từ năm 1911 đến 1919. Số lượng proton trong nguyên tử giúp xác định nguyên tố hóa học; ví dụ, cacbon có 6 proton, còn oxy có 8 proton.
Proton được cấu tạo từ các hạt quark. Thông thường, một proton chứa 3 quark, bao gồm 2 quark 'lên' và 1 quark 'xuống', kết nối với nhau qua các hạt gluon. Do đó, proton có điện tích dương (+1e), tương đương +1.602 x 10^(-19) Coulomb.
Khối lượng của proton là 1.6726 x 10^(-27) kg, gần bằng khối lượng của neutron, nhưng gấp 1836 lần so với khối lượng của electron.
Proton là một loại hạt ổn định nhưng có thể chuyển hóa thành neutron thông qua quá trình bắt giữ electron khi có đủ năng lượng.
p^(+) + e^(-) → n + ve
1.2.2. Neutron
Neutron là hạt không mang điện tích nằm trong hạt nhân nguyên tử, với khối lượng khoảng 1.67492716 x 10^-27 kg, lớn hơn khối lượng của proton. Nó được phát hiện bởi nhà vật lý người Anh James Chadwick vào năm 1932 và thường được gọi là Nucleon.
Một neutron được cấu tạo từ 3 quark, gồm 1 quark 'lên' và 2 quark 'xuống'.
1.2.3. Electron
Electron là hạt mang điện tích âm, bị hút về phía proton có điện tích dương. Khối lượng của electron chỉ khoảng 1/1836 khối lượng của proton. Các electron quay quanh hạt nhân nguyên tử trong các quỹ đạo gọi là orbital. Các orbital gần hạt nhân có dạng hình cầu, trong khi các orbital xa hơn thì có hình dạng phức tạp hơn.
Các nhà hóa học sử dụng cấu hình electron cùng các nguyên lý vật lý để dự đoán các tính chất của nguyên tử, bao gồm điểm sôi và độ dẫn.
1.3 Khối lượng nguyên tử
Trong mỗi nguyên tử, số lượng proton luôn bằng số lượng electron. Khối lượng của proton và neutron gần như tương đương, trong khi khối lượng của electron rất nhỏ, do đó, khối lượng nguyên tử chủ yếu được xác định bởi khối lượng hạt nhân.
Khối lượng thực của một nguyên tử thường được biểu diễn bằng đơn vị khối lượng nguyên tử (u) hoặc dalton (Da). Đơn vị này tương đương với 1/12 khối lượng của nguyên tử cacbon-12, khoảng 1.66 x 10^-27 kg. Mặc dù nguyên tử nặng nhất cũng có khối lượng quá nhỏ để nghiên cứu trực tiếp, và đơn vị khối lượng này có vẻ phức tạp.
2. Tổng quan về phân tử
2.1 Phân tử là gì?
Phân tử là một nhóm các nguyên tử kết hợp với nhau bằng các liên kết hóa học, không mang điện tích. Phân tử thường bao gồm nhiều hơn hai nguyên tử và khác với ion ở chỗ không có điện tích. Trong các lĩnh vực như vật lý lượng tử, hóa học hữu cơ và hóa sinh, khái niệm phân tử được áp dụng nghiêm ngặt hơn cho các ion đa nguyên tử.
Trong lý thuyết động học của khí, thuật ngữ phân tử được dùng để chỉ bất kỳ hạt khí nào, không phân biệt thành phần. Theo cách định nghĩa này, các nguyên tử của khí trơ cũng được xem là phân tử vì chúng là các phân tử đơn phân tử.
2.2 Đặc điểm của phân tử
Khi vật chất bị chia nhỏ, các phần nhỏ hơn có thể có cấu trúc và tính chất hóa học khác biệt so với vật chất ban đầu. Trong quá trình phân mảnh, các liên kết hóa học giữ các nguyên tử cùng nhau sẽ bị phá vỡ.
Các nguyên tử gồm một hạt nhân duy nhất mang điện tích dương, bao quanh bởi các electron mang điện tích âm. Khi các nguyên tử tiếp cận nhau ở khoảng cách gần, đám mây electron và hạt nhân sẽ tương tác với nhau. Nếu sự tương tác này làm giảm tổng năng lượng của hệ, các nguyên tử sẽ kết hợp để tạo thành phân tử.
Từ góc độ cấu trúc, đặc điểm của phân tử là gì? Phân tử bao gồm một nhóm nguyên tử liên kết với nhau thông qua các liên kết hóa trị. Các phân tử diatomic có hai nguyên tử liên kết hóa học.
Ví dụ, khi hai nguyên tử giống nhau như hai nguyên tử oxy tạo thành phân tử diatomic O2, thì nếu các nguyên tử khác nhau như trong phân tử cacbon monoxide (CO) gồm cacbon và oxy, chúng sẽ tạo thành phân tử gì? Đó là phân tử lưỡng tính hạt nhân.
Các phân tử có nhiều hơn hai nguyên tử được gọi là phân tử đa nguyên tử, như cacbon dioxide (CO2) hoặc nước (H2O). Phân tử polyme có thể bao gồm hàng nghìn nguyên tử liên kết với nhau.
2.3 Liên kết phân tử là gì?
Tỉ lệ số lượng nguyên tử kết hợp để tạo thành phân tử là cố định, điều này giúp phân biệt các hợp chất hóa học với dung dịch và các hỗn hợp cơ học khác.
Hydro và oxy có thể tham gia vào các hỗn hợp cơ học với bất kỳ tỷ lệ nào, nhưng khi nói đến nước (H2O), chúng chỉ kết hợp theo tỷ lệ nhất định.
Các nguyên tử cùng loại có thể kết hợp theo các tỷ lệ cụ thể để tạo thành các phân tử khác nhau. Ví dụ, hai nguyên tử hydro kết hợp với một nguyên tử oxy tạo thành nước (H2O), trong khi hai nguyên tử hydro kết hợp với hai nguyên tử oxy tạo thành hydrogen peroxide (H2O2).
Hơn nữa, các nguyên tử có thể kết hợp theo các tỷ lệ giống nhau để tạo ra các phân tử khác nhau, gọi là đồng phân. Đồng phân khác nhau chỉ ở cách sắp xếp của các nguyên tử trong phân tử. Ví dụ, ethyl alcohol (CH3CH2OH) và methyl ether (CH3OCH3) đều có cùng số lượng nguyên tử oxy, carbon và hydro, nhưng các nguyên tử được liên kết theo các cấu trúc khác nhau.
2.4 Khối lượng phân tử là gì và có giá trị bao nhiêu?
Khối lượng phân tử của một phân tử là tổng khối lượng của các nguyên tử cấu thành nó. Nếu một chất có khối lượng phân tử là M, thì M gram của chất đó tương đương với 1 mole của chất.
Số lượng phân tử trong một mole là giống nhau cho tất cả các chất và được gọi là Hằng số Avogadro (6.022140857 x 10^23). Khối lượng phân tử có thể được xác định bằng phương pháp khối phổ, hoặc qua các công nghệ liên quan đến nhiệt động lực học và hiện tượng vận chuyển động lực.
2.5 Phân tử khối là gì?
Phân tử khối là khối lượng của một phân tử, tính theo đơn vị của cacbon. Để tính phân tử khối của một chất, bạn cộng tổng khối lượng nguyên tử của tất cả các nguyên tử trong phân tử đó lại với nhau.
3. Sự khác biệt giữa nguyên tử và phân tử
| Đặc điểm so sánh | Nguyên tử | Phân tử |
| Khái niệm | Nguyên tử là hạt vô cùng nhỏ và trung hòa về điện. Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương và vỏ tạo bởi một hay nhiều electron mang điện tích âm | Phân tử là hạt đại diện cho chất, gồm một số nguyên tử liên kết với nhau và thể hiện đầy đủ tính chất hóa học của chất |
| Ví dụ | Nguyên tử oxi, nguyên tử cacbon | Oxy (O2), nước (H2O) |
| Hình dạng | Hình cầu | Nhiều hình dáng |
| Tính chất | Không thể phân đôi nguyên tử | Các nguyên tố trong phân tử có thể tách rời và kết hợp với nhau |
| Sự tồn tại | Có thể tồn tại hoặc không tồn tại ở trạng thái tự do | Tồn tại trong trạng thái tự do |
| Tầm nhìn | Không nhìn thấy bằng mắt thường | Không thể nhìn thấy bằng mắt thường nhưng nếu có kính hiển vi vẫn có thể quan sát |
| Khả năng phản ứng | Phản ứng cao, có ngoại lệ nhất định | Ít phản ứng |
| Liên kết | Liên kết hạt nhân | Liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết cộng ion |
Trên đây, Mytour đã chia sẻ thông tin chi tiết về nguyên tử, phân tử và sự khác biệt giữa chúng. Hy vọng rằng bài viết đã mang đến cho quý độc giả những kiến thức giá trị. Cảm ơn sự quan tâm của các bạn!
