Hình dạng của các phân tử trông như thế nào?

Bình luận Văn Thiện • 07:06, 16/07/22

Giúp NTDVN sửa lỗi

Phân tử là một nhóm các nguyên tử liên kết với nhau. Các phân tử tạo nên gần như mọi thứ - từ làn da, bàn, cho đến thức ăn của chúng ta.

Chúng có kích thước khác nhau, nhưng cực kỳ nhỏ. Bạn không thể nhìn thấy một phân tử riêng lẻ bằng mắt hoặc thậm chí bằng kính hiển vi. Chúng nhỏ hơn 100.000 lần so với chiều rộng của một sợi tóc.

Phân tử nhỏ nhất được tạo ra từ hai nguyên tử dính vào nhau, trong khi phân tử lớn có thể là sự kết hợp của trên 100.000 nguyên tử. Một phân tử có thể là sự kết hợp cùng một loại nguyên tử, chẳng hạn như phân tử oxy mà chúng ta hít thở, hoặc có thể được tạo thành từ nhiều loại nguyên tử khác nhau, chẳng hạn như phân tử đường được tạo thành từ carbon, oxy và hydro.

Nhưng các phân tử trông như thế nào? Tất cả đều bắt đầu với thành phần cơ bản hơn: nguyên tử.

Lực điện từ

Không phải tất cả các hạt cơ bản tạo nên một nguyên tử đều giống nhau. Chúng có thể có điện tích dương, điện tích âm hoặc không có điện tích. Các nhà khoa học gọi chúng là proton, electron và neutron.

Neutron không mang điện tích và proton mang điện tích dương tạo thành hạt nhân nặng của nguyên tử. Các electron mang điện tích âm bao quanh hạt nhân nhỏ này.

Khi các nguyên tử tiến lại gần nhau, để có khả năng liên kết và tạo thành phân tử, các electron âm trong nguyên tử này bị hút vào proton dương trong nguyên tử kia, và ngược lại. Cả hai nguyên tử đều tự điều chỉnh cho phù hợp.

nguyên tử, phân tử
Trong một nguyên tử riêng lẻ, các electron âm xung quanh tâm của nó là đối xứng. Khi hai nguyên tử tiến lại gần, các electron âm của nguyên tử này di chuyển về phía hạt nhân dương của nguyên tử kia. (Ảnh: Christine Helms , CC BY-SA)

Việc đó giống như khi bạn cố gắng chọn một chỗ ngồi trong lớp học. Có một số quy tắc. Ví dụ, bạn phải ở trong lớp và bạn không thể ngồi trên đầu ai đó. Ngoài ra, bạn có thể cũng cố gắng ngồi cạnh bạn bè và tránh xa đối thủ của mình. Việc tìm vị trí hoàn hảo để mọi người trong lớp đều vui vẻ tương tự như việc sắp xếp của các nguyên tử trong phân tử. Đôi khi, các nguyên tử không thể tìm thấy một vị trí phù hợp và không có phân tử nào được hình thành.

Làm thế nào để nhìn thấy phân tử?

Nếu các phân tử quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt của bạn hoặc thậm chí là một kính hiển vi mạnh mẽ, làm thế nào các nhà khoa học nhìn thấy chúng? Câu trả lời là họ đã phát triển các công cụ đặc biệt để làm điều đó.

Họ đã sử dụng tia X, một loại ánh sáng mà mắt người không thể nhìn thấy, giống như tia cực tím hoặc tia hồng ngoại.

Khi các nhà khoa học bắn tia X vào các phân tử, một số bị bật ra. Các nhà khoa học có thể ghi lại những tia X bị phản xạ lại này và sử dụng các mẫu của chúng để tìm ra các phân tử riêng lẻ trông như thế nào.

tia X, phân tử
Tia X bật ra khỏi các nguyên tử trong phân tử protein tạo thành các chấm đen trong hình trên. Vị trí của những chấm này cho các nhà khoa học biết cách các nguyên tử sắp xếp trong phân tử. (Ảnh: Del45/Wikimedia Commons, CC BY)

Một trong những phân tử đầu tiên được nhìn thấy theo cách này là muối (NaCl), thứ rất quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Các nhà khoa học cũng đã phát minh ra các phương pháp khác để xem xét các phân tử. Tương tự như cách các electron thay đổi hành vi của chúng khi hai nguyên tử đến gần nhau, hạt nhân của nguyên tử cũng có thể thay đổi hành vi của nó.

Các nhà khoa học đã sử dụng một kỹ thuật được gọi là cộng hưởng từ hạt nhân để phát hiện những thay đổi đó và sử dụng chúng làm manh mối để xác định những nguyên tử ở gần.

Kính hiển vi lực nguyên tử hoạt động giống như một tấm ván mỏng manh có thể rung chuyển khi bạn đi bộ và nhảy lên gần nó. Tấm ván này cực kỳ nhỏ, nhỏ đến mức một điện tích âm ở cuối nó sẽ bẻ cong nó về phía tâm dương của một nguyên tử. Việc di chuyển tấm ván này xung quanh và quan sát cách nó uốn cong có thể cho biết vị trí của các nguyên tử trong phân tử.

Hình ảnh động cho thấy cách thức hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử.

Một kỹ thuật khác mà các nhà khoa học đã phát triển để xem các phân tử được gọi là kính hiển vi điện tử tế bào. Đầu tiên, các nhà khoa học đóng băng các phân tử ở nhiệt độ cực lạnh. Sau đó, họ bắn các electron vào phân tử và thu thập các electron đi qua để tạo ra hình ảnh. Kỹ thuật này đã giành giải Nobel Hóa học năm 2017.

Phân tử có tất cả các loại hình dạng và kích cỡ

Vậy các phân tử trông như thế nào? Chúng là một nhóm các nguyên tử, với hạt nhân chứa phần lớn vật chất, trong khi phần còn lại chủ yếu là không gian trống. Mỗi nguyên tử có một vị trí cụ thể, giống như các học sinh trong lớp học đó.

hình dạng phân tử
Sơ đồ các nguyên tử tạo nên phân tử benzen, trái và fullerene, phải. Jynto (trái) Benjah-bmm27 (phải) (Ảnh: Wikimedia Commons)

Mọi phân tử đều khác nhau. Ví dụ, benzen phẳng như bánh kếp, trong khi fullerene có hình tròn như quả bóng. Penguinone có thể được vẽ để trông giống như một con chim cánh cụt. Mặc dù các phân tử trông hoàn toàn ngẫu nhiên, vị trí của các nguyên tử trong chúng lại luôn xác định.

Mặc dù đã biết rất nhiều phân tử trông như thế nào, các nhà khoa học vẫn đang phải cố gắng tìm hiểu về một số phân tử. Việc này có thể dẫn đến các phát minh về vật liệu hay thuốc mới.

Văn Thiện

Theo The Conversation

Bạn bình luận gì về tin này?



BÀI CHỌN LỌC

Hình dạng của các phân tử trông như thế nào?