Nguyên tố hóa học là gì?

Mọi thứ đều được tạo từ nguyên tử

Mọi thứ quanh bạn, từ chiếc bàn đến không khí bạn hít thở, đều được tạo từ những hạt nhỏ bé gọi là nguyên tử. Chúng nhỏ đến mức không thể nhìn thấy, ngay cả bằng kính hiển vi thông thường.

Nguyên tử có nhiều loại khác nhau. Nguyên tố là chất mà các nguyên tử đều cùng một loại. Một thanh vàng nguyên chất chỉ chứa nguyên tử vàng, và một quả bóng bơm đầy heli nguyên chất chỉ chứa nguyên tử heli.

Vậy điều gì khiến hai nguyên tử cùng loại? Đó là số proton, những hạt nhỏ mang điện tích dương ở tâm của mọi nguyên tử. Mỗi nguyên tử cacbon có 6 proton và mỗi nguyên tử oxi có 8. Số này gọi là số hiệu nguyên tử, và không có hai nguyên tố nào có cùng số hiệu.

Nguyên tố là những chất đơn giản nhất

Bạn có thể nấu chảy, làm đông, cắt hay nghiền một nguyên tố, nó vẫn là nguyên tố đó. Vàng nóng chảy vẫn là vàng. Không phản ứng hóa học nào có thể tách một nguyên tố thành các chất đơn giản hơn.

Nước thì khác. Bằng điện, các nhà hóa học có thể tách nước thành hai chất khí là hiđro và oxi. Vì nước có thể bị phân tách như vậy nên nó không phải là nguyên tố. Hiđro và oxi không thể tách thêm nữa, nên chúng là các nguyên tố.

Hợp chất: các nguyên tố liên kết với nhau

Hợp chất hình thành khi nguyên tử của hai hay nhiều nguyên tố khác nhau liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học. Nước là hợp chất của hiđro và oxi. Công thức H₂O cho thấy cứ một nguyên tử oxi luôn có hai nguyên tử hiđro.

“Công thức” của một hợp chất không bao giờ thay đổi. Nước tinh khiết từ sông băng và nước tinh khiết từ ấm đun có đúng cùng tỉ lệ hai trên một.

Một hợp chất có thể hoàn toàn khác với các nguyên tố tạo nên nó. Natri là kim loại mềm, sáng bóng, sủi bọt và chạy vụt trên mặt nước, còn clo là chất khí độc màu vàng lục. Kết hợp lại, chúng tạo thành natri clorua (NaCl), muối ăn bạn rắc lên thức ăn.

Hỗn hợp: trộn lẫn nhưng không liên kết

Trong một hỗn hợp, hai hay nhiều chất được trộn lẫn nhưng không liên kết hóa học. Mỗi chất giữ tính chất riêng của mình, và lượng của chúng có thể thay đổi. Bạn có thể khuấy ít đường hay nhiều đường vào trà, và vẫn có trà ngọt.

Vì không có liên kết nào nên có thể tách hỗn hợp bằng các phương pháp vật lí đơn giản. Nam châm hút mạt sắt ra khỏi cát, phễu lọc giữ cát lại khỏi nước, và đun cạn nước muối thì muối còn lại.

Không khí cũng là một hỗn hợp. Nó chủ yếu gồm nitơ và oxi, đều là nguyên tố, cùng một lượng nhỏ agon, cacbon đioxit và hơi nước.

Cách phân biệt chúng

Hãy tự hỏi ba câu. Chỉ có một loại nguyên tử? Đó là nguyên tố. Các nguyên tố khác nhau liên kết với nhau theo tỉ lệ cố định? Đó là hợp chất. Các chất khác nhau chỉ trộn lẫn và dễ tách ra? Đó là hỗn hợp.

Hãy cẩn thận với khí oxi, O₂. Các nguyên tử của nó đi thành cặp, nhưng cả hai nguyên tử trong mỗi cặp đều là oxi, nên khí oxi vẫn là một nguyên tố. Cacbon đioxit, CO₂, chứa hai nguyên tố khác nhau liên kết với nhau, nên nó là hợp chất.

Trong 118 nguyên tố đã biết, khoảng 94 nguyên tố có trong tự nhiên trên Trái Đất, một số chỉ ở dạng vết rất nhỏ. Các nhà khoa học đã tạo ra phần còn lại trong phòng thí nghiệm. Bốn nguyên tố mới nhất, trong đó có oganesson (118), được đặt tên vào năm 2016.