TRƯỜNG MẦM

Hiển thị các bài đăng có nhãn HÓA HỌC. Hiển thị tất cả bài đăng

Công nghệ biến than chì thành kim cương

Các nhà nghiên cứu Mỹ vừa phát hiện một cơ chế tiềm năng mới, giúp biến than chì thành kim cương.

Ảnh

Than chì và kim cương là 2 dạng khác nhau của cùng một nguyên tố hóa học - carbon. Tuy nhiên, chúng sở hữu các đặc điểm rất khác nhau.

Ở than chì, các nguyên tử carbon được sắp xếp thành những mảng 2 chiều, có thể dễ dàng trượt lên nhau. Cấu trúc này khiến vật liệu tương đối mềm và có thể được sử dụng làm các sản phẩm như ruột bút chì.

Ngược lại, ở kim cương, các nguyên tử carbon gắn kết chặt chẽ ở mọi hướng, nên kim cương rất cứng. Ngoài sức mạnh cơ học, các đặc tính vượt trội về điện, quang học và hóa học khiến kim cương có giá trị rất lớn cho những ứng dụng công nghiệp.

Các nhà khoa học luôn muốn tìm hiểu và kiểm soát quá trình chuyển đổi cấu trúc giữa các dạng carbon khác nhau, để có thể biến đổi dạng này thành dạng khác một cách có chọn lọc. Một cách biến than chì thành kim cương đã biết hiện nay là sử dụng áp suất. Tuy nhiên, do than chì là dạng carbon ổn định nhất ở điều kiện bình thường, chúng ta cần phải tăng gấp 150.000 lần áp suất khí quyển trên bề mặt Trái đất mới có thể làm được điều đó.

Các nhà nghiên cứu đến từ phòng thí nghiệm SLAC, do Đại học Stanford quản lí cho Cục Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, vừa khám phá ra một giải pháp mới, khả thi hơn nhờ sử dụng cơ chế hydro hóa graphene để tạo ra các màng giống kim cương siêu mỏng, mà không cần áp suất cực lớn.

Nhóm nghiên cứu đã cho thêm một vài lớp graphene, thực chất là các tấm than chì có độ dày chỉ 1 nguyên tử, vào một cột chống kim loại và cho lớp trên cùng tiếp xúc với hydro. Kết quả thu được khiến họ sửng sốt: Phản ứng trên bề mặt đã kích hoạt hiệu ứng lôi kéo dây chuyền, làm thay đổi cấu trúc của tất cả các lớp graphene từ trạng thái than chì sang trạng thái giống kim cương.

Khám phá trên đang mở ra triển vọng về việc sản xuất đại trà các màng kim cương mỏng cho vô số ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ công cụ cắt đến thiết bị điện tử và cảm biến điện hóa học.

Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục khám phá đầy đủ tiềm năng của graphene được hydro hóa vài lớp. Họ cũng kì vọng có thể xác định được, liệu các màng giống kim cương có thể sản sinh trên những chất nền kim loại khác hay không, với graphene có các độ dày khác nhau.

(Nguồn: Thông tin công nghệ)

NGUYÊN TỬ – PHÂN TỬ VÀ ION – PHẦN 2

I.2 Đồng vị:

Mặc dù tất cả các nguyên tử của một nguyên tố giống nhau số protons nhưng có thể khác nhau số neutrons. Các nguyên tử khác nhau này của cùng một nguyên tố gọi là đồng vị.

Ví dụ:

Hình 1.1: Các đồng vị của nguyên tố Helium (He)

Tất cả các nguyên tử Chlorine đều chứa 17 protons, nhưng các đồng vị của Chlorine chứa từ 15 – 23 neutrons. Chỉ có 2 loại đồng vị của Chlorine chiếm số lượng đáng kể trong môi trường tự nhiên, đó là đồng vị chlorine chứa 18 neutrons (chiếm 75,53%) và đồng vị chlorine chứa 20 neutrons (chiếm 24,47%).

Để viết ký hiệu của một đồng vị, vị trí nguyên tử số xem như chỉ số dưới, vị trí số khối (số protons cộng với số neutrons) xem như chỉ số trên, 2 chỉ số này được bố trí bên trái của ký hiệu nguyên tử.

Ví dụ:

Bảng 1.2: Cấu trúc của các nguyên tử và Ion điển hình

I.3 Phân tử:

Các nguyên tử được cấu tạo từ các hạt cơ sở, đó là những đơn vị nhỏ nhất trong cấu trúc của vật liệu. Khi khoảng cách của một nguyên tử này đủ gần một nguyên tử khác thì các electron ngoài cùng của hai nguyên tử sẽ tương tác với nhau, khi đó lực hút được hình thành giữa hai nguyên tử và nếu lực hút đó đủ mạnh để liên kết chúng với nhau trong bất kỳ điều kiện thì gọi là liên kết hóa học.

Trường hợp đơn giản nhất, liên kết được hình thành từ 2 electron, với mỗi electron do mỗi nguyên tử góp chung sẽ hình thành nên một liên kết gọi là liên kết cộng hóa trị. Khi đó, hai hay nhiều nguyên tử kết hợp với nhau bằng liên kết cộng hóa trị thì gọi là phân tử.

Một trong những thành công chính của thuyết cơ học lượng tử trong hóa học (Chương 8) là khả năng dự đoán các loại nguyên tử sẽ liên kết với nhau, cấu trúc 3 chiều và kết quả phản ứng của các phân tử.

Trong sơ đồ phân tử, một liên kết cộng hóa trị được biểu thị bằng một đường thẳng nối liền hai nguyên tử.

Ví dụ: Trong phân tử nước, thì một nguyên tử Oxigen sẽ liên kết với hai nguyên tử Hydrogen, khi đó sơ đồ phân tử nước sẽ có dạng sau:

Một dạng sơ đồ thứ hai thừa nhận cấu trúc của phân tử nước không nằm trên một đường thẳng mà liên kết H – O tạo thành một góc 105^o với một liên kết khác.

Sau đây là một số sơ đồ phân tử của một số chất:

Hình 1.2: Hình dạng và kích thước của một vài phân tử đơn giản

Những sơ đồ này chỉ thể hiện được liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử nhưng không thể hiện được cấu trúc 3D của phân tử (Hình 1.2). Lưu ý, góc liên kết trong phân tử có nhiều hơn 2 nguyên tử có thể khác nhau. Góc liên kết trong phân tử nước là 105^o, trong phân tử H₂S là 92^o; 4 nguyên tử Hydrogen kết nối với nguyên tử carbon trung tâm trong phân tử methanol và methyl alcohol tạo thành 4 góc của hình tứ diện. Cấu trúc liên kết trong chuỗi thẳng của octane, một thành phần của khí đốt

Mỗi sơ đồ phân tử có thể được tóm gọn lại thành công thức phân tử, cách này rút gọn các nguyên tử của cùng một nguyên tố nhưng không thể hiện hoặc rất ít thông tin về liên kết giữa các nguyên tử.

Ví dụ: Công thức phân tử của Hydrogen là H₂

Công thức phân tử của nước là H₂O

Công thức phân tử của Hydrogen sulfide là H₂S, …

Công thức phân tử của Octane được viết như sau: