Những con số làm nên vũ trụ - Phần 26

Cấu trúc của các hợp chất hóa học

Những viên gạch, khi ghép lại với nhau, tạo nên những tòa nhà – và các nguyên tử, khi ghép lại với nhau, tạo nên các hợp chất hóa học. Giống như việc biết cần có bao nhiêu viên gạch và nơi đặt chúng là cái cần thiết để xây dựng một tòa nhà, để tạo nên các hợp chất hóa học điều cần thiết là phải biết cần những nguyên tử gì và đặt chúng ở đâu. Phải thừa nhận rằng, vào đầu thế kỉ mười chín, các nhà khoa học không nhận thức được vai trò của sự sắp xếp của các nguyên tử bên trong một phân tử; chỉ việc xác định số lượng nguyên tử trong một hợp chất thôi đã là một công việc khó khăn rồi.

Lí thuyết ban đầu của Dalton cho phép xây dựng những hợp chất khác nhau sử dụng cùng những nguyên tố đó. Chẳng hạn, Dalton biết hai oxide khác nhau của carbon, cái ngày nay chúng ta gọi là carbon monoxide và carbon dioxide. Ông đã có thể biết chắc rằng một phân tử carbon monoxide gồm một nguyên tử carbon và một nguyên tử oxygen, còn một phân tử carbon dioxide cần hai nguyên tử oxygen kết hợp với một nguyên tử carbon. Điều này cho phép ông suy luận ra trọng lượng tương đối của nguyên tử carbon và oxygen với một độ chính xác nhất định. Tuy nhiên, độ chính xác này có phần bị lu mờ bởi kiến thức không hoàn chỉnh của Dalton về thành phần hóa học của chất thiết yếu nhất và hay gặp nhất – đó là nước.

Dalton đã phát triển một phương pháp có hệ thống để mô tả các hợp chất hóa học. Theo sắp xếp của Dalton, một hợp chất nhị phân là một hợp chất trong đó một nguyên tử của một nguyên tố này kết hợp với một nguyên tử của một nguyên tố khác; một hợp chất tam phân là một hợp chất trong đó một nguyên tử của một nguyên tố này kết hợp với hai nguyên tử của một nguyên tố khác; một hợp chất tứ phân thì gồm một nguyên tử của một nguyên tố này kết hợp với ba nguyên tử của một nguyên tố khác. Sự phân loại này mô tả tốt hợp chất nhị phân carbon monoxide và hợp chất tam phân carbon dioxide. Tuy nhiên, vào thời đại của Dalton chỉ mới có một hợp chất của oxygen và hydrogen được biết tới – nước – nên Dalton giả sử nó gồm một nguyên tử oxygen và một nguyên tử hydrogen. Dalton biết rằng trọng lượng của nước hình thành từ lượng oxygen và hydrogen bằng nhau là gấp chín lần trọng lượng của thành phần hydrogen, và vì ông giả sử số lượng nguyên tử oxygen và hydrogen có mặt trong nước là bằng nhau, nên ông đã suy luận bằng phép tính đại số đơn giản rằng trọng lượng của một nguyên tử oxygen xấp xỉ bằng tám lần trọng lượng của một nguyên tử hydrogen.