Có lẽ bạn biết rằng tất cả mọi vật được tạo thành từ các nguyên tử
và một nguyên tử
là một hạt thực sự, thực sự, thực sự, thực sự nhỏ bé.
Mỗi nguyên tử đều có một lõi,
được làm từ ít nhất một
hạt được tích điện dương
được gọi là proton,
và trong phần lớn các trường hợp,
một số hạt trung hoà được gọi là neutron.
Lõi đó được bao quanh
bởi các hạt được tích điện âm được gọi là electron.
Bản sắc của một nguyên tử được xác
định chỉ bởi số lượng proton trong hạt nhân của nó.
Hidro là hidro bởi vì nó chỉ có 1 proton,
cacbon là cacbon vì nó có 6,
vàng là vàng vì nó có 79,
và vân vân.
Thoả mãn trong một dòng suy nghĩ tạm thời.
Làm thế nào để ta biết về cấu trúc nguyên tử?
Chúng ta không thể thấy proton, neutron, hoặc electron.
Vì vậy, chúng ta làm một loạt các thí nghiệm
và phát triển 1 mô hình cho những gì chúng ta nghĩ là có.
Rồi chúng ta làm thêm các
thí nghiệm và để xem chúng có đồng ý với mô hình.
Nếu có, thật tuyệt.
Nếu không, có lẽ nên làm một mô hình mới.
Chúng ta đã có rất nhiều mô hình nguyên tử khác nhau
từ Democritus ở năm 400 trước công nguyên,
và gần như chắc chắn sẽ
có nhiều hơn xuất hiện.
Được rồi, dòng suy nghĩ đã qua.
Các lõi của nguyên tử có khuynh hướng dính với nhau,
nhưng các electron tự do di chuyển,
và đây là lí do tại sao các nhà hoá học yêu các electron.
Nếu ta có thể cưới chúng,
chúng ta có lẽ sẽ làm.
Nhưng các electron thì siêu lạ
Chúng có vẻ cư xử như các hạt,
giống những trái bóng chày nhỏ,
hoặc như các cơn sóng, như sóng nước,
phụ thuộc vào các thí nghiệm mà ta tiến hành.
1 trong những điều kì lạ nhất về electron
là ta không thể nói chính xác chúng ở đâu.
Nó không phải do ta không có thiết bị,
sự không chắc chắn này
là một phần của mô hình của chúng ta về các electron.
Vì vậy, chúng ta không thể xác định được chúng, tốt.
Nhưng ta có thể nói có 1 khả năng chắc chắn
về việc tìm thấy 1 electron trong 1 không
gian xung quanh nhân.
Và điều đó có nghĩa rằng chúng ta có thể hỏi câu hỏi sau:
Nếu ta vẽ một hình quanh nhân
như vậy ta sẽ chắc chắn 95%
tìm thấy một electron trong hình đó,
nó sẽ trông như thế nào?
Dưới đây là một vài trong số các hình dạng này.
Các nhà hoá học gọi chúng là các
orbitals, và mỗi orbital
trông thế nào, giữa các thứ khác, phụ thuộc
vào bao nhiêu năng lượng mà nó có.
Orbital càng có nhiều năng lượng
phần lớn mật độ của nó thì xa hơn
từ hạt nhân.
Nhân tiện, tại sao ta chọn 95%
mà không là 100%?
Đó là điều không minh bạch
khác của mô hình electron.
Qua một khoảng cách nhất định từ hạt nhân,
khả năng tìm thấy 1 electron
bắt đầu giảm
nhiều hoặc ít hơn theo cấp số nhân,
có nghĩa là trong khi nó tiến đến 0,
nó sẽ không bao giờ thực sự chạm đến 0.
Vậy, trong mỗi nguyên tử,
có một số nhỏ, nhưng không phải 0, xác suất
trong một khoảng thời gian rất, rất ngắn,
một trong các electron
của nó thì ở đầu kia của vũ trụ được biết đến.
Nhưng phần lớn các electron ở gần nhân của chúng
như các đám mây dày đặc điện tích âm
thay đổi và di chuyển với thời gian.
Làm thế nào các electron từ 1 nguyên tử
tương tác với các electron của nguyên tử khác
xác định hầu hết mọi thứ.
Các nguyên tử có thể bỏ các electron
của chúng, từ bỏ chúng cho các
nguyên tử khác, hoặc chúng có thể chia sẻ electron.
Và cơ năng của mạng lưới này
là cái làm hoá học thú vị.
Từ các đá cũ đơn giản
đến vẻ đẹp phúc tạp của sự sống,
bản chất của tất cả những gì ta thấy,
nghe,
nếm,
ngửi,
chạm,
và thậm chí cảm giác
được xác định ở mức độ nguyên tử.