1. Nguyên tử

1.1 Nguyên tử là gì?

Nguyên tử là một đơn vị cơ bản của vật chất có đường kính chỉ bằng khoảng vài phần mười của nm, giúp xác định cấu trúc của các nguyên tố. Mỗi nguyên tử sẽ có một hạt nhân ở trung tâm và xung quanh là các electron mang điện tích âm.

Các nguyên tử tham gia cấu thành nên những trạng thái vật chất khác nhau và nó phụ thuộc vào các yếu tố như: mật độ, nhiệt độ, áp suất. Khi các yếu tố này thay đổi đến một điều kiện giới hạn thì sự chuyển pha vật chất giữa các pha, rắn, khí, lỏng và Plasma sẽ xảy ra.

Ký hiệu của nguyên tử Z và nó xuất phát từ tiếng Đức - Zahl, có nghĩa là số.

 

1.2 Các thành phần cấu tạo của nguyên tử

Mỗi nguyên tử đều được cấu tạo từ ba loại hạt đó là: Proton, neutron và lectron.

 1.2.1. Proton

Proton là hạt mang điện tích dương được tìm thấy bên trong hạt nhân nguyên tử và nó được phát hiện bởi Ernest Rutherford trong những thí nghiệm tiến hành vào những năm từ 1911 - 1919. Thông qua số lượng proton, người ta xác định được tên của loại nguyên tố đang kiểm tra, ví dụ như Cacbon có 6 proton, oxy có 8 proton.

Proton lại được cấu tạo từ những hạt quark. Thôn thường, trong mỗi proton sẽ có 3 quark với 2 quark "lên" và 1 quark "xuống" và chúng được liên kết lại với nhau bởi các hạt gluon. Do đó, proton mang điện tích dương (+1e) hay chính bằng +1.602 x 10^(-19)

Khối lượng của proton là 1.6726 x 10^(-27) và khối lượng này gần bằng với khối lượng của neutron, nhưng gấp 1836 so với khối lượng electron.

Một đặc điểm nữa của proton là chúng là một loại hạt khá ổn định nhưng vẫn có thể biến đổi thành neutron thông qua việt bắt giữ electron dưới tác động của năng lượng

                                                                p^(+) + e^(-) → n + ve

 1.2.2. Neutron

Neutron là hạt không mang điện trong hạt nhân nguyên tử có khối lượng bằng 1.67492716 x 10^-27 kg, lớn hơn khối lượng của một proton. Nó được phát hiện bởi nhà vật lý học người Anh là James Chadwick vào năm 1932 và được gọi là Nucleon.

Mỗi neutron được cấu tạo từ 3 quark với 1 quark "lên" và 2 quark "xuống"

1.2.3. Electron

Electron là hạt có điện tích âm bị hút về phía các điện tích dương là proton. Nó có khối lượng xấp xủ bằng 1/1836 khối lượng của proton. Các lectron bao xung quanh hạt nhân nguyên tử trong lộ tình orbital. Các orbital bên trong vây xunh quang nguyên tử có dạng hình cầu, còn những orbital bên ngoài nguyên tử thì phức tạp hơn.

Các nhà hóa học dựa vào cấu hình electron và các nguyên lý vật lí để dự đoán các tính chất của một nguyên tử ổn định, điểm sôi, độ dẫn.

 

1.3 Khối lượng của nguyên tử

Trong một nguyên tử, số proton bằng số lectron. Khối lượng proton tương đương khối lượng neutron, còn khối lượng của lectron thì rất nhỏ nên khối lượng của nguyên tử chính là khối lượng của hạt nhân.

Khối lượng thực của một nguyên tử khi nó đang đứng yên thường được biểu diễn bằng đơn vị khối lượng của nguyên tử đó, kí hiệu là "u" hoặc dalton (Da). Đơn vị này được xác định bằng 1/12 khối lượng nghỉ của nguyên tử tự do được trung hòa điện cacbon-12 với khối lượng xấp xỉ 1.66 x 10^-27 Kg. Dù là các nguyên tử nặng nhất thì khối lượng của nó cũng quá nhẹ để các nhà khoa học có thể nghiên cứu trực tiếp, hơn nữa, đơn vị khối lượng của nó cũng khá rườm rà. 

 

2. Phân tử

2.1 Phân tử là gì?

Phân tử là một nhóm trung hòa điện tích, có nhiều hơn 2 nguyên tử, được kết hợp với nhau bằng các liên kết hóa học. Các phân tử sẽ được phân biệt với các ion do thiếu điện tích. Thế nhưng, trong vật lý lượng tử, hóa học hữu có và hóa sinh, khái niệm phân tử được sử dụng nghiêm ngặt hơn, áp dụng cho các idon đa nguyên tử.

Còn trong lý thuyết động học của chất khí, thuật ngữ phân tử được sử dụng cho bất kỳ hạt khí nào bất kể thành phần của nó. Theo định nghĩa này, các nguyên tử khí trơ được coi là phân tử vì chúng là các phân tử đơn phân tử.

 

 2.2 Đặc điểm của phân tử

Việc chia nhỏ vật chất dẫn đến các phần nhỏ hơn mà thường sẽ khác biệt so với vật chất vốn có, về mặt cấu thành và luôn khác chất đó về mặt đặc tính hóa học. Ở giai đoạn phân mảnh lúc sau, các liên kết hóa học vốn giữ các nguyên tử với nhau đã bị phá vỡ.

Các nguyên tử gồm 1 hạt nhân duy nhất mang điện tích dương được bao quanh bởi các elctron mang điện tích âm. Khi các nguyên tử tiếp cận nhau ở phạm vi gần, đám mây electron sẽ phản ứng với nhau và với hạt nhân. Nếu tương tác này làm cho tổng năng lượng của hệ giảm xuống, thì các nguyên tử sẽ liên kết với nhau để hình thành nên một phân tử. 

Vì vật, từ quan điểm kiến trúc, đặc điểm của phân tử là gì? Nó bao gồm một tập hợp các nguyên tử được liên kết với nhau bằng các lực hóa trị. Các phân tử diatomic sẽ chứa 2 nguyên tử được liên kết hóa học.

Ví dụ, nếu 2 nguyên tử là như nhau, chẳng hạn như 2 nguyên tử Oxy tạo nên một phân tử diatomic hạt nhân (O2), trong khi nếu các nguyên tử khác nhau, như phân tử cacbon monoxide (CO) gồm cacbon và oxy, chúng sẽ tạo nên một loại phân tử là gì? Phân tử lưỡng tính hạt nhân.

Các phân tử gồm nhiều hơn 2 nguyên tử được gọi là các phân tử đa nguyên tử, như cacbon dioxide (CO2), hay nước (H20). Phân tử polyme có thể được cấu tạo từ hàng nghìn nguyên tử thành phần.

 

 2.3 Liên kết phân tử là gì?

Tỉ lệ số lượng nguyên tử có thể liên kết với nhau để hình thành phân tử là cố định. Chính đặc tính này giúp phân biệt các hợp chất hóa học với dung dịch và các hỗn hợp cơ học khác.

Vì vậy, hydro và oxy có thể góp mặt với bất cứ tỷ lệ nào trong các hỗn hợp cơ học nhưng khi nhắc tới nước (H20) thì chúng chỉ có thể kết hợp theo một tỉ lệ xác định.

Các nguyên tử cùng loại có thể kết hợp theo những tỷ lệ xác định khác biệt để hình thành các phân tử khác nhau. Ví dụ, 2 nguyên tử hydro sẽ liên kết hóa học với 1 nguyên tử oxy để tạo ra một phân tử nước, trong khi đó 2 nguyên tử hydro có thể liên kết hóa học với 2 nguyên tử oxy để hình thành một phần tử hydrogen peroxide (H2O2). 

Hơn thế nữa, các nguyên tử có thể kết nối với nhau trong các tỉ lệ như nhau để tạo ra các phân tử khác nhau. Các phân tử như vậy được gọi là các đồng phân và khác nhau chỉ ở cách sắp xếp của các nguyên tử trong phân tử đó. Ví dụ, ethyl alcohol (CH3CH2OH) và methyl ether (CH3OCH3), cả hai đều gồm lần lượt 1, 2 và 6 nguyên tử oxy, carbon và hydro, nhưng các nguyên tử này được liên kết theo những cách khác nhau.

 

2.4 Khối lượng phân tử là gì và bằng bao nhiêu?

Khối lượng phân tử của một phân tử là tổng khối lượng nguyên tử của các nguyên tử cấu thành nó. Nếu một chất có khối lượng phân tử là M, thì M gram của chất đó được xác định bằng 1 mole.

Số lượng các phân tử trong một mola là như nhau trong tất cả các chất; con số này được biết đến với cái tên Hằng số Avogadro (6.022140857 x 10^23). Khối lượng phân tử có thể được xác định bằng phương pháp khối phổ và bằng các công nghệ dựa trên nhiệt động lực học hoặc hiện tượng vận chuyển động lực.

 

2.5 Phân tử khối của phân tử là gì?

Phân tử khối được biết tới là khối lượng của một nguyên tử, tính toán dưới dạng cacbon. Phân tử khối của chất tính bằng cách cộng nguyên tử khối của các nguyên tử cấu tạo nên phân tử đó lại với nhau. 

 

3. Sự khác nhau 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, Luật Minh Khuê đã trình bày nội dung về Nguyên tử, phân tử và sự khác nhau giữa chúng. Hy vọng bài viết trên đã cung cấp cho quý bạn đọc những thông tin hữu ích. Xin chân thành cảm ơn!