What is the shape of a molecule? - George Zaidan and Charles Morton

What is the shape of a molecule? - George Zaidan and Charles Morton

Translator: Thanh Nguyen Reviewer: Phạm Thanh Quý

What is the shape of a molecule?

Hình dạng của một phân tử là gì ?

Well, a molecule is mostly empty space.

Vâng, một phân tử chủ yếu có không gian rỗng.

Almost all of its mass is concentrated

Hầu như cả khối lượng của nó tập trung

in the extremely dense nuclei of its atoms.

ở hạt nhân cực kì dày đặc của nguyên tử của nó.

And its electrons,

Và electron của nó,

which determine how the atoms

thứ xác định cách các nguyên tử

are bonded to each other,

liên kết với nhau,

are more like clouds of negative charge

thì giống những đám mây điện tích âm

than individual, discrete particles.

hơn là các hạt đơn, rời rạc.

So, a molecule doesn't have a shape

Vì vậy, một phân tử không có hình dạng

in the same way that, for example,

theo cách mà, ví dụ,

a statue has a shape.

một bức tượng có.

But for every molecule,

Nhưng với mỗi phân tử,

there's at least one way

có ít nhất một cách

to arrange the nuclei and electrons

để sắp xếp hạt nhân và các electron

so as to maximize the attraction

để tối đa hoá sức hút của

of opposite charges

các điện tích trái dấu

and minimize the repulsion

và giảm thiểu lực hút

of like charges.

của các điện tích cùng dấu.

Now, let's assume that the only electrons

Bây giờ, giả sử chỉ các electron có

that matter to a molecule's shape

liên quan đến hình dạng phân tử

are the outermost ones from each participating atom.

là những electron ngoài cùng từ nguyên tử tham gia

And let's also assume

Và cũng giả sử

that the electron clouds in between atoms,

những đám mây electron ở giữa các nguyên tử,

in other words, a molecule's bonds,

nói cách khác là liên kết phân tử,

are shaped kind of like sausages.

có kiểu hình dạng như xúc xích.

Remember that nuclei are positively charged

Nhớ rằng hạt nhân được tích điện dương

and electrons are negatively charged,

và electron được tích điện âm, và nếu

and if all of a molecule's nuclei

tất cả hạt nhân của 1 phân tử

were bunched up together

được cột lại với nhau

or all of its electrons were bunched up together,

hoặc tất cả electron của nó được cột lại với nhau,

they would just repel each other and fly apart,

chúng sẽ chỉ đẩy nhau và bay ra ngoài,

and that doesn't help anyone.

và điều đó thì chẳng giúp bất cứ ai.

In 1776, Alessandro Volta,

Vào năm 1776, Alessandro Volta,

decades before he would eventually invent batteries,

nhiều thập kỉ trước khi ông ta phát minh pin,

discovered methane.

đã tìm ra metan.

Now, the chemical formula of methane is CH4.

Hiện nay, công thức hoá học của metan là CH4.

And this formula tells us

Công thức này cho

that every molecule of methane

ta thấy rằng mỗi phân tử của metan

is made up of one carbon and four hydrogen atoms,

được tạo nên bởi 1 nguyên tử cacbon và 4 nguyên tử hidro,

but it doesn't tell us what's bonded to what

nhưng nó không cho ta biết gì được liên kết với gì

or how they atoms are arranged in 3D space.

hoặc nguyên tử của chúng được sắp xếp thế nào trong không gian 3 chiều.

From their electron configurations,

Từ cấu hình electron của chúng,

we know that carbon can bond

chúng ta biết cacbon liên kết

with up to four other atoms

được tới bốn nguyên tử khác

and that each hydrogen can only bond

và mỗi hidro chỉ có thể liên kết

with one other atom.

với một nguyên tử khác.

So, we can guess

Vì vậy, ta có thể đoán được

that the carbon should be the central atom

cacbon nên là nguyên tử trung tâm

bonded to all the hydrogens.

được liên kết với tất cả hidro.

Now, each bond represents

Bây giờ, mỗi liên kết

the sharing of two electrons

đại diện sự chia sẻ 2 electron

and we draw each shared pair of electrons as a line.

chúng ta vẽ mỗi cặp electron được chia sẻ bằng 1 đường thẳng.

So, now we have a flat representation

Vì vậy, giờ đây chúng ta có sự miêu tả phẳng

of this molecule,

của phân tử này,

but how would it look in three dimensions?

nhưng nó trông như thế nào trong không gian 3 chiều?

We can reasonably say

Chúng ta có thể nói

that because each of these bonds

1 cách hợp lí là bởi mỗi cặp

is a region of negative electric charge

liên kết này là vùng của điện tích âm

and like charges repel each other,

và những điện tích cùng dấu đẩy nhau,

the most favorable configuration of atoms

cấu hình thuận tiện nhất của nguyên tử

would maximize the distance between bonds.

sẽ tối đa hoá khoảng cách giữa các liên kết.

And to get all the bonds

Và để tất cả các liên kết này

as far away from each other as possible,

xa nhau nhất có thể,

the optimal shape is this.

hình dạng tối ưu là đây.

This is called a tetrahedron.

Đây được gọi là một tứ diện. Bây giờ, tuỳ thuộc

Now, depending on the different atoms involved,

vào các nguyên tử khác nhau có liên quan,

you can actually get lots of different shapes.

bạn có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhau.

Ammonia, or NH3, is shaped like a pyramid.

Amoniac, hoặc NH3, có hình như kim tự tháp.

Carbon dioxide, or CO2, is a straight line.

Cacbon dioxit, hoặc CO2, là một đường thẳng.

Water, H2O, is bent like your elbow would be bent.

Nước, hoặc H2O, bị uốn cong như cùi chỏ của bạn bị bẻ cong.

And chlorine trifluoride, or ClF3,

Và chlorine trifluoride, hoặc ClF3,

is shaped like the letter T.

có hình giống chữ T.

Remember that what we've been doing here

Nhớ rằng cái chúng ta làm ở đây

is expanding on our model of atoms and electrons

là mở rộng mô hình của nguyên tử và các electron

to build up to 3D shapes.

để dựng lên dạng 3D.

We'd have to do experiments

Chúng ta phải làm các

to figure out if these molecules

thí nghiệm để tìm ra liệu

actually do have the shapes we predict.

các phân tử này có hình dạng thực như ta dự đoán.

Spoiler alert:

Cảnh báo: phần lớn

most of the do, but some of them don't.

chúng thì như vậy, nhưng số khác thì không.

Now, shapes get more complicated

Giờ, các hình dạng thì phức

as you increase the number of atoms.

tạp hơn khi bạn tăng số lượng nguyên tử.

All the examples we just talked about

Tất cả các ví dụ chúng ta vừa nói

had one obviously central atom,

có một nguyên tử rõ ràng là trung tâm,

but most molecules,

nhưng hầu hết các phân tử,

from relatively small pharmaceuticals

từ những dược phẩm tương đối nhỏ

all the way up to long polymers

đến những polymer dài

like DNA or proteins, don't.

như DNA hoặc protein thì không như thế.

The key thing to remember

Chìa khoá để nhớ là

is that bonded atoms will arrange themselves

các nguyên tử được liên kết sẽ tự sắp xếp

to maximize the attraction between opposite charges

để tối đa hoá lực hấp dẫn giữa các điện tích trái dấu.

and minimize the repulsion between like charges.

và giảm thiểu sự đẩy nhau giữa các điện tích cùng dấu.

Some molecules even have two or more

Một số phân tử thậm chí có hai hoặc nhiều hơn sự

stable arrangements of atoms,

sắp xếp ổn định của nguyên tử,

and we can actually get really cool chemistry

và chúng ta có thể có hoá chất tuyệt vời

from the switches between those configurations,

từ những sự chuyển mạch giữa các cấu hình đó

even when the composition of that molecule,

thậm chí khi thành phần của phân tử đó,

that's to say the number and identity of its atoms,

nói về số lượng và bản sắc của nguyên tử của nó,

has not changed at all.

vẫn không thay đổi.