I. Khám Phá Hóa Học Đại Cương Nguyên Tử và Phân Tử Cực Hay
Cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19, các nhà bác học đã khám phá ra những định luật cơ bản của hóa học dựa trên kết quả thực nghiệm. Dalton và Avogadro đã đề xuất giả thuyết về nguyên tử và phân tử. Giả thuyết nguyên tử của Dalton (1807) khẳng định rằng nguyên tử là hạt nhỏ nhất cấu tạo nên các chất, không thể chia nhỏ hơn bằng các phương pháp hóa học. Avogadro (1811) đưa ra định luật Avogadro, nói rằng trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, những thể tích bằng nhau của các chất khí khác nhau chứa cùng số phân tử. Các khái niệm này là nền tảng cho hóa học đại cương và hiểu biết về cấu trúc nguyên tử và phân tử.
1.1. Tìm Hiểu Định Luật Bảo Toàn Khối Lượng và Tỉ Lệ Bội
Định luật bảo toàn khối lượng (Lavoisier, Lomonosov) phát biểu rằng trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất tạo thành bằng tổng khối lượng của các chất tham gia. Định luật tỉ lệ không đổi (Proust, 1801) khẳng định rằng đối với một hợp chất xác định, tỉ số khối lượng của các nguyên tố tạo thành là một tỉ số xác định, không đổi. Định luật tỉ lệ bội (Dalton 1804) mô tả mối quan hệ giữa các khối lượng của một nguyên tố trong hai hợp chất khác nhau khi kết hợp với cùng một khối lượng của nguyên tố kia.
1.2. Số Avogadro và Khối Lượng Mol Hướng Dẫn Tính Toán
Số Avogadro (N = 6,022.10^23) là số nguyên tử 12C có trong 12 g cacbon 12. Mol là lượng chất chứa N hạt vi mô (nguyên tử, phân tử, điện tử). Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) bằng 1/12 khối lượng của một nguyên tử 12C. Khối lượng nguyên tử tương đối (Ar) hay nguyên tử khối cho biết khối lượng của nguyên tử gấp bao nhiêu lần khối lượng được chọn làm khối lượng so sánh. Khối lượng mol của một chất là khối lượng của một mol chất đó, tính bằng gam/mol.
II. Thành Phần Cấu Trúc Nguyên Tử Bí Mật Bên Trong Mới Nhất
Cuối thế kỷ 19, các nhà vật lý đã nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong khí loãng và phát hiện ra tia âm cực, sau này được xác định là dòng các hạt mang điện tích âm gọi là điện tử (electron). Rutherford (1911) thực hiện thí nghiệm tán xạ alpha và đưa ra mô hình nguyên tử có hạt nhân, trong đó hầu hết khối lượng của nguyên tử tập trung ở hạt nhân mang điện tích dương, kích thước rất nhỏ so với thể tích của nguyên tử. Hạt nhân được cấu tạo bởi proton và nơtron, gọi chung là nucleon.
2.1. Khám Phá Điện Tử Khối Lượng và Điện Tích Của Electron
Thông qua thực nghiệm, người ta xác định được chính xác khối lượng và điện tích của điện tử. Khối lượng của điện tử là mc = 5,4858.10^-4 u. Điện tích âm của điện tử là e = -1,602.10^-19 C, được gọi là điện tích sơ đẳng. Phát hiện ra điện tử cho thấy nguyên tử là một hệ thống phức tạp được cấu tạo bởi các hạt vô cùng nhỏ bé.
2.2. Cấu Tạo Hạt Nhân Nguyên Tử Proton và Nơtron
Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi hai loại hạt là proton và nơtron. Proton mang điện tích dương (qp = 1,602.10^-19 C). Nơtron không mang điện tích. Số proton trong hạt nhân bằng số điện tử trong nguyên tử trung hòa điện. Khối lượng của proton và nơtron xấp xỉ bằng một đơn vị khối lượng nguyên tử.
2.3. Số Điện Tích Hạt Nhân Z và Số Khối A Cách Xác Định
Số proton trong hạt nhân được gọi là số điện tích hạt nhân (Z). Z là số đặc trưng cho nguyên tố hóa học. Tổng số proton (Z) và số nơtron (N) trong hạt nhân được gọi là số khối (A). Vì proton và nơtron đều có khối lượng xấp xỉ bằng một đơn vị u nên số khối hạt nhân còn có nghĩa là giá trị gần đúng của nguyên tử khối.
III. Nguyên Tố Hóa Học Bản Chất Đồng Vị Ứng Dụng Chi Tiết
Khái niệm nguyên tố hóa học được sử dụng để chỉ các "chất cơ sở" tạo nên mọi chất và có những tính chất hóa học riêng biệt. Số điện tích hạt nhân Z là số đặc trưng cho nguyên tố hóa học. Ứng với một nguyên tố hóa học (có Z xác định), có thể có một số loại nguyên tử có số khối khác nhau, được gọi là những đồng vị. Những đồng vị là những dạng khác nhau của cùng một nguyên tố mà nguyên tử của chúng có số nơtron N khác nhau và do đó có số khối A khác nhau.
3.1. Số Thứ Tự Z Đặc Trưng Quan Trọng Của Nguyên Tố Hóa Học
Số thứ tự (Z) của nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn chính là số điện tích hạt nhân. Số điện tích hạt nhân quyết định tính chất hóa học của nguyên tử. Các nguyên tố được sắp xếp trong bảng tuần hoàn theo thứ tự tăng dần của số điện tích hạt nhân.
3.2. Đồng Vị Khái Niệm Ví Dụ và Ứng Dụng Thực Tế
Đồng vị là các dạng khác nhau của cùng một nguyên tố có cùng số proton nhưng khác số nơtron. Ví dụ, cacbon có hai đồng vị bền là 12C và 13C. Các đồng vị có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghiệp, ví dụ như trong y học hạt nhân và khảo cổ học.
IV. Hệ Thức Einstein Mối Liên Hệ Giữa Khối Lượng Năng Lượng
Theo thuyết tương đối của Einstein, giữa khối lượng m và năng lượng E của một vật thể có hệ thức E = mc^2, trong đó c là vận tốc của ánh sáng trong chân không. Trong mọi quá trình, sự biến thiên về năng lượng ΔE luôn luôn kèm theo sự biến thiên về khối lượng Δm và ngược lại (ΔE = Δmc^2). Định luật bảo toàn khối lượng và định luật bảo toàn năng lượng có thể được tổng hợp thành một định luật duy nhất gọi là định luật bảo toàn khối - năng lượng.
4.1. Ứng Dụng Hệ Thức Einstein Trong Phản Ứng Hạt Nhân
Hệ thức E = mc^2 có ứng dụng quan trọng trong việc tính toán năng lượng giải phóng trong các phản ứng hạt nhân. Với một sự tăng hay giảm khối lượng Δm = 1 u, có sự hấp thụ hay giải phóng một năng lượng bằng 931,5 MeV.
4.2. Khối Lượng Nghỉ và Khối Lượng Tương Đối Tính So Sánh
Khối lượng nghỉ là khối lượng của vật khi nó đứng yên trong hệ quy chiếu. Khối lượng tương đối tính là khối lượng của vật khi nó chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Khối lượng tương đối tính tăng lên khi vận tốc của vật tăng lên.
V. Liên Kết Hóa Học Bản Chất và Phân Loại Hướng Dẫn Chi Tiết
Liên kết hóa học là sự kết hợp giữa các nguyên tử để tạo thành phân tử hoặc mạng lưới tinh thể. Mục đích của liên kết hóa học là làm giảm năng lượng của hệ thống. Có nhiều loại liên kết hóa học khác nhau, bao gồm liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết kim loại và liên kết Van der Waals.
5.1. Liên Kết Ion Cơ Chế Hình Thành và Tính Chất
Liên kết ion được hình thành do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu. Liên kết ion thường được hình thành giữa các kim loại điển hình và các phi kim điển hình. Các hợp chất ion thường có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao, dẫn điện tốt khi tan trong nước.
5.2. Liên Kết Cộng Hóa Trị Chia Sẻ Electron và Các Loại Liên Kết
Liên kết cộng hóa trị được hình thành do sự chia sẻ electron giữa các nguyên tử. Liên kết cộng hóa trị có thể là liên kết đơn, liên kết đôi hoặc liên kết ba, tùy thuộc vào số lượng electron được chia sẻ. Các hợp chất cộng hóa trị thường có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp hơn các hợp chất ion.
