Cấu trúc của Nguyên tử

Các Phần Của Một Nguyên Tử

Mỗi nguyên tử có ba loại hạt:

Proton: mang điện tích dương, nằm ở hạt nhân (phần trung tâm)

Neutron: không mang điện tích, cũng nằm ở hạt nhân

Electron: mang điện tích âm, quay quanh hạt nhân trong đám mây electron

Hạt nhân cực kỳ nhỏ so với toàn bộ nguyên tử. Nếu một nguyên tử có kích thước bằng một sân bóng đá, thì hạt nhân sẽ chỉ bằng một viên bi đặt trên đường 50-yard. Các electron sẽ như những con muỗi bay lượn quanh các khán đài trên cao.

Đây là sự kiện quan trọng: số lượng proton xác định nguyên tố của một nguyên tử. Số lượng này được gọi là số hiệu nguyên tử.

Mỗi nguyên tử hydro có đúng 1 proton. Mỗi nguyên tử carbon có đúng 6 proton. Mỗi nguyên tử vàng có đúng 79 proton.

Thay đổi số lượng proton & bạn thay đổi hoàn toàn nguyên tố.

Điều gì tạo nên một nguyên tố?

Vàng có 79 proton. Sắt có 26 proton. Chúng trông khác nhau, cảm giác khác nhau, & hành xử khác nhau.

Nhưng cả hai đều chỉ là tập hợp của proton, neutron, & electron.

Bản đồ của Mendeleev

Bảng tóm tắt mạnh mẽ nhất trong khoa học

Năm 1869, một nhà hóa học người Nga tên Dmitri Mendeleev đã làm một việc rất thông minh. Ông viết các nguyên tố đã biết lên các thẻ và sắp xếp chúng theo khối lượng nguyên tử.

Ông nhận thấy rằng các nguyên tố có tính chất tương tự xuất hiện theo những khoảng đều đặn: một mô hình tuần hoàn.

Ông sắp xếp chúng thành một bảng với hàng (chu kỳ) và cột (nhóm).

Nước đi thiên tài: Mendeleev để lại các khoảng trống. Ông dự đoán rằng các nguyên tố chưa được phát hiện sẽ lấp đầy những khoảng trống đó: và ông đã đúng. Gallium và germanium được tìm thấy nhiều năm sau, khớp với dự đoán của ông gần như hoàn hảo.

Chu kỳ (hàng): Mỗi hàng đại diện cho một lớp vỏ electron mới đang được lấp đầy.

Nhóm (cột): Các nguyên tố trong cùng một cột có cùng số electron lớp ngoài: và đó là lý do chúng có hành vi tương tự nhau.

Bảng tuần hoàn được chia đại khái thành kim loại (bên trái và giữa: bóng, dẫn điện, dễ uốn), phi kim (phía trên bên phải: khí, chất rắn giòn), và bán kim (dọc theo đường bậc thang: có tính chất của cả hai).

Và còn có khí hiếm ở cột ngoài cùng bên phải: heli, neon, argon. Chúng có lớp electron ngoài cùng đầy đủ, so với đó chúng hầu như không bao giờ phản ứng với bất kỳ thứ nào. Chúng là những kẻ cô đơn của bảng tuần hoàn.

Mẫu Hình Trong Bảng

Liti, natri, & kali là tất cả trong cột 1 của bảng tuần hoàn. Cả ba đều là kim loại mềm phản ứng dữ dội với nước.

Flo, clo, & brom là tất cả trong cột 17. Cả ba đều là phi kim phản ứng mạnh, thích lấy electron từ các nguyên tử khác.

Cách các nguyên tử kết nối

Tại sao các nguyên tử liên kết

Hầu hết các nguyên tử không ổn định khi ở dạng riêng lẻ. Chúng muốn có vỏ electron ngoài cùng đầy đủ: giống như các khí hiếm.

Để đạt được điều đó, các nguyên tử liên kết với các nguyên tử khác theo hai cách chính:

Liên kết ion: một nguyên tử chuyển electron cho nguyên tử khác.

Muối ăn (NaCl) là ví dụ điển hình. Natri có 1 electron ngoài cùng mà nó muốn mất đi. Clorua có 7 electron ngoài cùng và muốn thêm 1 electron nữa. Natri chuyển electron của mình cho Clorua. Sau đó, cả hai đều có vỏ electron ngoài cùng đầy đủ: nhưng natri mang điện tích dương (đã mất electron) và Clorua mang điện tích âm (đã nhận electron). Các điện tích trái dấu hút nhau, và chúng gắn kết với nhau.

Liên kết cộng hóa trị: các nguyên tử chia sẻ electron.

Nước (H₂O) hoạt động theo cách này. Oxy cần thêm 2 electron. Mỗi hydro có 1 electron để chia sẻ. Vì vậy oxy chia sẻ electron với hai nguyên tử hydro. Không ai nhường electron: chúng hợp tác với nhau.

Các hợp chất ion thường tạo thành tinh thể và tan trong nước. Các hợp chất cộng hóa trị thường tạo thành phân tử: các đơn vị riêng lẻ như H₂O hoặc CO₂.

Tại sao Muối Tan

Khi bạn thả một tinh thể muối vào ly nước, nó biến mất. Chất rắn tan ra & các ion natri và clo lan tỏa trong nước.

Điều này xảy ra vì nước là một phân tử phân cực: đầu oxy mang điện tích âm nhẹ và các đầu hydro mang điện tích dương nhẹ.

Phản ứng là gì?

Chất phản ứng trở thành sản phẩm

Một phản ứng hóa học xảy ra khi các nguyên tử sắp xếp lại liên kết của chúng để tạo ra các chất mới.

Các vật liệu ban đầu được gọi là chất phản ứng. Các kết quả được gọi là sản phẩm.

Một quy tắc tuyệt đối: các nguyên tử không bao giờ được tạo ra hay bị phá hủy trong một phản ứng hóa học. Đây là định luật bảo toàn khối lượng. Mỗi nguyên tử đi vào phải đi ra: chỉ được sắp xếp lại.

Các phản ứng có thể là toả nhiệt (giải phóng năng lượng: lửa, vụ nổ, túi sưởi tay) hoặc thu nhiệt (hấp thụ năng lượng: túi lạnh, quang hợp, nấu chín trứng).

Hóa học ở khắp mọi nơi:

- Rỉ sét: sắt + oxy → oxit sắt. Chậm, tỏa nhiệt.

- Đốt cháy: nhiên liệu + oxy → carbon dioxide + nước. Nhanh, tỏa nhiệt mạnh.

- Quang hợp: carbon dioxide + nước + ánh sáng mặt trời → glucose + oxy. Thu nhiệt: cây trồng lưu trữ năng lượng mặt trời trong các liên kết hóa học.

Mỗi phản ứng trong số này chỉ là các nguyên tử phá vỡ các liên kết cũ & hình thành các liên kết mới.

Hóa học của Rỉ sét

Bạn đã từng thấy rỉ sét trên những chiếc ô tô cũ, dụng cụ, hoặc đinh ốc. Rỉ sét hình thành chậm, nhưng đây là một phản ứng hóa học thực sự.

Phương trình hóa học là: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Điều đó có nghĩa là: bốn nguyên tử sắt phản ứng với ba phân tử oxy để tạo ra hai đơn vị oxit sắt (rỉ sét).

Hóa học trong cuộc sống của bạn

Bạn đang sống trong một phòng thí nghiệm hóa học

Hóa học không chỉ xảy ra trong các ống nghiệm. Nó đang diễn ra xung quanh bạn, mọi lúc.

Nấu ăn: Khi bạn xào thịt hoặc nướng bánh mì, đó là phản ứng Maillard: các axit amin và đường sắp xếp lại thành hàng trăm hợp chất hương vị mới.

Y học: Mọi loại thuốc đều là một phân tử được thiết kế để gắn vào một thụ thể cụ thể trong cơ thể bạn, giống như chìa khóa trong ổ khóa.

Vật liệu: Màn hình bạn đang đọc nội dung này tồn tại vì các nhà hóa học đã tìm ra cách tạo ra tinh thể lỏng, chất bán dẫn và màng polymer.

Pin sạc: Điện thoại của bạn hoạt động nhờ hóa học pin lithium-ion: các nguyên tử lithium di chuyển electron qua lại giữa các điện cực.

Cơ thể bạn: Ngay lúc này, các enzyme trong tế bào của bạn đang xúc tác hàng nghìn phản ứng hóa học mỗi giây: phân hủy thức ăn, xây dựng protein, sao chép DNA.

Mọi vật liệu, mọi loại thuốc, mọi công nghệ đều bắt nguồn từ các nguyên tử hình thành liên kết.

Đến lượt bạn

Kết nối Hóa học với Thế giới của Bạn

Bạn đã biết về nguyên tử, nguyên tố, liên kết và phản ứng. Bạn có vốn từ vựng để mô tả nguồn gốc của mọi thứ và lý do chúng hoạt động theo cách của mình.