topic
stringclasses
149 values
context
stringlengths
84
21k
Evidence
stringlengths
51
1.33k
Nội Mông
Ban đầu, khu tự trị Mông Cổ chỉ bao gồm khu vực Hô Luân Bối Nhĩ, sau đó nó được mở rộng về phía tây khi quân Cộng sản thành lập Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa và kiểm soát hoàn toàn Trung Quốc đại lục. Nội Mông cuối cùng bao gồm lãnh thổ 5/6 minh từ thời nhà Thanh (riêng minh Trác Tác Đồ vẫn thuộc tỉnh Liêu Ninh), phần phía bắc của khu vực Sát Cáp Nhĩ (khu vực phía nam thuộc tỉnh Hà Bắc), vùng Hà Sáo. Năm 1954, chính phủ nhân dân khu tự trị Nội Mông Cổ dời đến thành phố Quy Tuy, đổi tên thành Hohhot. Cùng năm, tỉnh Ninh Hạ bị bãi bỏ, các kì A Lạp Thiện và Ngạch Tể Nạp quy thuộc khu tự trị Nội Mông. Năm 1955, tỉnh Nhiệt Hà bị bãi bỏ, ba huyện Xích Phong, Ô Đan, Ninh Thành cùng ba kì Ngao Hán, Khách Lạt Thấm, Ông Ngưu Đặc quy thuộc minh Chiêu Ô Đạt của khu tự trị Nội Mông.
Ban đầu, khu tự trị Mông Cổ chỉ bao gồm khu vực Hô Luân Bối Nhĩ, sau đó nó được mở rộng về phía tây khi quân Cộng sản thành lập Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa và kiểm soát hoàn toàn Trung Quốc đại lục. Năm 1955, tỉnh Nhiệt Hà bị bãi bỏ, ba huyện Xích Phong, Ô Đan, Ninh Thành cùng ba kì Ngao Hán, Khách Lạt Thấm, Ông Ngưu Đặc quy thuộc minh Chiêu Ô Đạt của khu tự trị Nội Mông.
Nội Mông
Khu tự trị Nội Mông có lãnh thổ trải dài từ đông sang tây, lần lượt tiếp giáp với các tỉnh Hắc Long Giang, Cát Lâm, Liêu Ninh, Hà Bắc, Sơn Tây, Thiểm Tây, Cam Túc và Khu tự trị dân tộc Hồi Ninh Hạ. Nội Mông có 4.200 km đường biên giới quốc tế với Nga (vùng Zabaykalsky) ở phía tây của địa cấp thị Hulunbuir và với Mông Cổ (các tỉnh Dornod, Sukhbaatar, Dornogovi, Omnogovi, Bayankhongor và một đoạn nhỏ với tỉnh Govi-Altai) ở phía bắc. Nội Mông trải dài 2.400 km theo chiều đông tây, 1.700 km theo chiều bắc nam và nằm trên ba khu vực lớn của Trung Quốc là: Đông Bắc, Hoa Bắc và tây bắc. Tổng diện tích của khu tự trị Mông Cổ là 1,183 triệu km², chiếm 12,3% tổng diện tích toàn Trung Quốc, đứng thứ ba trong số các đơn vị hành chính cấp tỉnh tại Trung Quốc.
Khu tự trị Nội Mông có lãnh thổ trải dài từ đông sang tây, lần lượt tiếp giáp với các tỉnh Hắc Long Giang, Cát Lâm, Liêu Ninh, Hà Bắc, Sơn Tây, Thiểm Tây, Cam Túc và Khu tự trị dân tộc Hồi Ninh Hạ. Tổng diện tích của khu tự trị Mông Cổ là 1,183 triệu km², chiếm 12,3% tổng diện tích toàn Trung Quốc, đứng thứ ba trong số các đơn vị hành chính cấp tỉnh tại Trung Quốc.
Nội Mông
Nhìn chung, khu tự trị Nội Mông Cổ có địa mạo cao nguyên, phần lớn các khu vực có cao độ trên 1.000 mét. Cao nguyên Nội Mông Cổ là cao nguyên cao thứ hai trong bốn cao nguyên lớn của Trung Quốc (cùng với cao nguyên Thanh Tạng, cao nguyên Hoàng Thổ và cao nguyên Vân-Quý). Ngoài ra, một số bộ phận nhỏ ở cực nam của Nội Mông cũng thuộc về cao nguyên Hoàng Thổ. Ngoài cao nguyên, Nội Mông còn có các vùng núi, gò đồi, bình nguyên, sa mạc, mặt nước.
Nhìn chung, khu tự trị Nội Mông Cổ có địa mạo cao nguyên, phần lớn các khu vực có cao độ trên 1.000 mét. Ngoài cao nguyên, Nội Mông còn có các vùng núi, gò đồi, bình nguyên, sa mạc, mặt nước.
Nội Mông
Nội Mông có hàng nghìn sông và gần một nghìn hồ lớn nhỏ, trong đó có 107 sông có diện tích lưu vực trên 1000 km², 258 sông có diện tích lưu vực 300 km². Sông lớn nhất tại Nội Mông là Hoàng Hà, chảy vào Nội Mông ở phụ cận Thạch Chủy Sơn thuộc Ninh Hạ. Trên địa phận Nội Mông, ban đầu Hoàng Hà chảy từ nam lên bắc sau đó lại chuyển hướng đông-tây (từ Bayan Nur) và bắc-nam (từ Hohhot), quanh cao nguyên Ordos, hình thành một hình móng ngựa. Khu vực quanh đoạn hình móng ngựa này của Hoàng Hà được gọi là Hà Sáo (河套) và được chia tiếp thành hai phần đông và tây, trong đó phần thuộc Nội Mông chủ yếu thuộc Đông Sáo.
Nội Mông có hàng nghìn sông và gần một nghìn hồ lớn nhỏ, trong đó có 107 sông có diện tích lưu vực trên 1000 km², 258 sông có diện tích lưu vực 300 km². Trên địa phận Nội Mông, ban đầu Hoàng Hà chảy từ nam lên bắc sau đó lại chuyển hướng đông-tây (từ Bayan Nur) và bắc-nam (từ Hohhot), quanh cao nguyên Ordos, hình thành một hình móng ngựa.
Nội Mông
Lưu vực Hắc Long Giang ở Hulunbuir và Hưng An ở đông bộ chiếm 27% diện tích toàn Nội Mông, tuy nhiên tổng tài nguyên nước lại chiếm 65% của toàn khu tự trị. Hồ Hô Luân ở Hunlunbuir là một trong các hồ nước ngọt có diện tích bề mặt lớn nhất Trung Quốc với diện tích 2.339 km². Hồ bị đóng băng từ đầu tháng 11 tới đầu tháng 5 năm sau và lớp băng có thể dày tới 1 mét. Đổ nước vào hồ Hô Luân là sông Khắc Lỗ Luân có tổng chiều dài 1.254 km, chảy từ nước Mông Cổ sang và sông Ô Nhĩ Tốn (乌尔逊河) dài 223 km chảy từ hồ Bối Nhĩ trên biên giới giữa Nội Mông và nước Mông Cổ, chảy vào hồ Bối Nhĩ là sông Khalkhyn Gol nổi tiếng. Thông qua một hệ thống sông nhỏ và kênh rạch, nước từ hồ Hô Luân chảy vào sông Ngạch Nhĩ Cổ Nạp. Sông Ngạch Nhĩ Cổ Nạp bắt nguồn từ sườn tây của Đại Hưng An lĩnh, sau đó sông tạo thành 944 km đường biên giới tự nhiên giữa Trung Quốc (Nội Mông) với Nga (vùng Zabaykalsky). Sông Ngạch Nhĩ Cổ Nạp sau đó hợp lưu với sông Shilka để tạo thành Hắc Long Giang. Sườn đông Đại Hưng An lĩnh của Nội Mông thuộc lưu vực Nộn Giang, một số chi lưu của Nộn Giang chảy trên địa phận Nội Mông là Cam Hà (甘河), sông Hoắc Lâm (霍林河), sông Nhã Lỗ (雅鲁河), sông Nặc Mẫn (诺敏河), sông Thao Nhi (洮儿河).
Lưu vực Hắc Long Giang ở Hulunbuir và Hưng An ở đông bộ chiếm 27% diện tích toàn Nội Mông, tuy nhiên tổng tài nguyên nước lại chiếm 65% của toàn khu tự trị. Đổ nước vào hồ Hô Luân là sông Khắc Lỗ Luân có tổng chiều dài 1.254 km, chảy từ nước Mông Cổ sang và sông Ô Nhĩ Tốn (乌尔逊河) dài 223 km chảy từ hồ Bối Nhĩ trên biên giới giữa Nội Mông và nước Mông Cổ, chảy vào hồ Bối Nhĩ là sông Khalkhyn Gol nổi tiếng.
Nội Mông
Sa mạc Gobi trải trên một diện tích lớn lãnh thổ Nội Mông và phía nam của nước Mông Cổ. Sa mạc Gobi là sa mạc có diện tích lớn thứ 4 trên thế giới. Phần tây nam của sa mạc Gobi thuộc tây bộ Nội Mông còn được gọi với cái tên Tiểu Gobi được giới hạn bởi Hoàng Hà ở phía đông, sông Ngạch Tể Nạp (额济纳河) ở phía tây và phía tây nam là dãy Kỳ Liên Sơn với cao độ 3.200 đến 3.500 m (10.500 đến 11.500 ft). Sa mạc Ordos bao trùm phần Đông Bắc của cao nguyên Ordos, tại đoạn uốn khúc cực bắc của Hoàng Hà, là một bộ phận của vùng sinh thái này. Sa mạc Badain Jaran ở minh Alxa của Nội Mông cũng là một trong các sa mạc lớn nhất Trung Quốc với diện tích vào khoảng 44.300 km², đây cũng là sa mạc có đỉnh cát cao nhất thế giới với cao độ 1609,597 m so với mực nước biển. Sa mạc Tengger nằm ở tây bộ Nội Mông và trung bộ Cam Túc, kéo dài từ Hạ Lan Sơn (贺兰山) ở phía đông đến Nhã Bố Lại Sơn (雅布赖山) ở phía tây cũng là một trong các sa mạc lớn nhất Trung Quốc. Chính quyền trung ương Trung Quốc và chính quyền Nội Mông cũng tích cực chống hoang mạc hóa và sa hóa, năm 2009 toàn khu tự trị có 926 triệu mẫu bị hoang mạc hóa, giảm 3.100 mẫu so với năm 1999; diện tích bị sa hóa của Nội Mông vào năm 2009 là 622 triệu mẫu, giảm 9,18 triệu mẫu so với năm 1999.
Sa mạc Gobi trải trên một diện tích lớn lãnh thổ Nội Mông và phía nam của nước Mông Cổ. Phần tây nam của sa mạc Gobi thuộc tây bộ Nội Mông còn được gọi với cái tên Tiểu Gobi được giới hạn bởi Hoàng Hà ở phía đông, sông Ngạch Tể Nạp (额济纳河) ở phía tây và phía tây nam là dãy Kỳ Liên Sơn với cao độ 3.200 đến 3.500 m (10.500 đến 11.500 ft).
Nội Mông
Nội Mông có 2.718 loài thực vật hoang dã, chủ yếu gồm các loại cây cao, cây bụi, thực vật nửa thân gỗ, thực vật thân cỏ, trong đó thực vật thân cỏ phân bố trên diện tích rộng lớn nhất. Theo phân loại sinh học, Nội Mông có 2.208 loài thực vật có hạt, 62 loài quyết, 511 loài rêu. Về động vật, Nội Mông có 712 loài động vật hoang dã, chủ yếu bao gồm 138 loại thú, 436 loại chim, 28 loài bò sát, 9 loài lưỡng cư. Trong đó có 116 loài động vật được liệt vào danh sách bảo hộ trọng điểm cấp quốc gia và khu vực, với 26 loài động vật được bảo hộ cấp 1, 90 loài động vật được bảo hộ cấp 2.
Nội Mông có 2.718 loài thực vật hoang dã, chủ yếu gồm các loại cây cao, cây bụi, thực vật nửa thân gỗ, thực vật thân cỏ, trong đó thực vật thân cỏ phân bố trên diện tích rộng lớn nhất. Trong đó có 116 loài động vật được liệt vào danh sách bảo hộ trọng điểm cấp quốc gia và khu vực, với 26 loài động vật được bảo hộ cấp 1, 90 loài động vật được bảo hộ cấp 2.
Nội Mông
Khi thành lập khu tự trị Nội Mông Cổ vào năm 1947, người Hán đã chiếm 83,6% tổng dân số, trong khi người Mông Cổ chiếm 14,8%. Đến năm 2000, tỷ lệ người Hán giảm xuống còn 79,17%. Khu vực Hà Sáo dọc theo Hoàng Hà từ xa xưa đã có sự xen kẽ giữa những người nông dân ở phía nam và dân du mục ở phía bắc, những thế hệ người Hán nhập cư gần đây bắt đầu từ thế kỷ XVIII với sự khuyến khích của nhà Thanh và tiếp tục cho đến thế kỷ XX. Người Hán sinh sống chủ yếu tại vùng Hà Sáo cũng như các trung tâm dân cư khác ở trung và miền đông Nội Mông Cổ.
Khi thành lập khu tự trị Nội Mông Cổ vào năm 1947, người Hán đã chiếm 83,6% tổng dân số, trong khi người Mông Cổ chiếm 14,8%. Khu vực Hà Sáo dọc theo Hoàng Hà từ xa xưa đã có sự xen kẽ giữa những người nông dân ở phía nam và dân du mục ở phía bắc, những thế hệ người Hán nhập cư gần đây bắt đầu từ thế kỷ XVIII với sự khuyến khích của nhà Thanh và tiếp tục cho đến thế kỷ XX.
Nội Mông
Theo luật, tất cả các ký hiệu đường phố, cửa hàng thương mại và các văn bản chính quyền đều được thể hiện bằng song ngữ Mông Cổ và Hán. Hiện có ba kênh truyền hình tiếng Mông Cổ của mạng Truyền hình vệ tinh Nội Mông Cổ. Gần đây, điều này cũng áp dụng cho các phương tiện giao thông công cộng, và tất cả các cáo thị đều viết bằng song ngữ. Nhiều người Mông Cổ, đặc biệt là giới trẻ hiện có thể nói tiếng Trung lưu loát, và tiếng Mông Cổ đang dần trở nên vắng bóng trong cuộc sống thường nhật tại các khu vực đô thị. Tuy vậy, người Mông Cổ ở khu vực nông thôn vẫn duy trì các truyền thống văn hóa của mình. Về chữ viết, Nội Mông Cổ vẫn sử dụng chữ cái Mông Cổ truyền thống trong khi nước Mông Cổ độc lập ngày nay sử dụng bảng chữ cái Kirin.
Theo luật, tất cả các ký hiệu đường phố, cửa hàng thương mại và các văn bản chính quyền đều được thể hiện bằng song ngữ Mông Cổ và Hán. Hiện có ba kênh truyền hình tiếng Mông Cổ của mạng Truyền hình vệ tinh Nội Mông Cổ.
Nội Mông
Theo hạch toàn sơ bộ, năm 2011, tổng GDP của Nội Mông là 1,424611 nghìn tỉ NDT, theo giá cả so sánh thì tăng trưởng 14,3% so với năm trước đó. Nếu chỉ tính số người thường trú thì GDP bình quân đầu người là 57.515 NDT, theo tỷ giá hối đoái trung bình năm thì tương đương với 8.950 USD. Năm 2011, tỷ lệ giữa ba khu vực trong nền kinh tế của Nội Mông là 9,2:56,8:34.Nội Mông có 7.149.000 ha đất canh tác, 86.667.000 ha đồng cỏ. Theo số liệu năm 2008 thì toàn khu tự trị có 659 triệu mẫu đất rừng, diện tích rừng là 355 triệu mẫu, tỷ lệ che phủ rừng đạt 20%. Năm 2011, tổng sản lượng lương thực của Nội Mông đạt 47,75 tỉ cân, toàn khu có 107,62 triệu đầu gia súc, liên tục bảy năm có trên 100 triệu đầu gia súc. Trong đó có 83,4747 triệu con cừu, 9,5633 triệu con bò. Tuy nhiên, lượng cừu và bò chăn nuôi thuần mục tại Nội Mông đang giảm xuống, kiểu chăn nuôi bán nông bán mục và ở các khu vực nông nghiệp đang tăng lên. Năm 2011, sản lượng thịt, sữa bò, trứng gia cầm của Nội Mông lần lượt đạt 2,55 triệu tấn, 9,6 triệu tấn và 530.000 tấn.Sáu ngành công nghiệp có ưu thế và chiếm vị trí chủ đạo là năng lượng, luyện kim, chế biến nông sản và mục sản, công nghiệp hóa học, chế tạo thiết bị và các ngành công nghệ cao. Năm 2011, sáu ngành này chiếm tới 94,4% giá trị công nghiệp của Nội Mông. Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền nằm ở kì Ejin ở tây bộ Nội Mông. Đây là nơi đã phóng một số vệ tinh của Trung Quốc, bao gồm cả Đông Phương Hồng 1 vào năm 1970 và các tàu Thần Châu về sau này.
Theo hạch toàn sơ bộ, năm 2011, tổng GDP của Nội Mông là 1,424611 nghìn tỉ NDT, theo giá cả so sánh thì tăng trưởng 14,3% so với năm trước đó. Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền nằm ở kì Ejin ở tây bộ Nội Mông.
Nội Mông
Tính đến cuối năm 2010, người ta đã phát hiện ra 143 chủng loại khoáng sản tại Nội Mông, trong đó đã xác minh được trữ lượng của 97 loại. Nội Mông đứng đầu tại Trung Quốc về trữ lượng 12 loại khoáng sản, và có trữ lượng 30 loại đứng vào hàng ba địa phương cao nhất tại Trung Quốc. Trữ lượng đất hiếm đã được xác minh của Nội Mông đứng ở vị trí đầu tiên trên thế giới, tổng lượng quặng oxide của chúng là 106.654.100 tấn. Trữ lượng than đá theo ước tính của toàn Nội Mông là 760,142 tỉ tấn, trong đó đã xác minh được trữ lượng 362,981 tỉ tấn, đứng đầu tại Trung Quốc. Cũng đã xác minh được tại Nội Mông có trữ lượng 1,474663 nghìn tỉ m³ khí thiên nhiên và 556.712.000 tấn dầu mỏ, 504,46 tấn vàng và 31.500 tấn bạc.
Tính đến cuối năm 2010, người ta đã phát hiện ra 143 chủng loại khoáng sản tại Nội Mông, trong đó đã xác minh được trữ lượng của 97 loại. Trữ lượng than đá theo ước tính của toàn Nội Mông là 760,142 tỉ tấn, trong đó đã xác minh được trữ lượng 362,981 tỉ tấn, đứng đầu tại Trung Quốc.
Nội Mông
Nội Mông có sự đa dạng về các cảnh quan du lịch như thảo nguyên, rừng, sa mạc, sông, hồ, suối nước nóng, băng tuyết, biên giới, tập quán dân tộc, di tích lịch sử. Lăng Thành Cát Tư Hãn tại Ordos là một điểm du lịch tầm cỡ của Nội Mông, tuy nhiên đây thực chất là một bảo tàng chứ không có di cốt của vị đại hãn này, và người ta cũng chưa phát hiện được di cốt của đại hãn. Chiêu Quân mộ ở thủ phủ Hohhot được cho là nơi yên nghỉ của Vương Chiêu Quân, một trong Tứ đại mỹ nhân Trung Hoa. Nội Mông cũng sở hữu nhiều đoạn Trường Thành cổ. Ở Đông Bắc Âm Sơn trên địa phận Bao Đầu có Ngũ Đang Triệu (五當召), một tu viện Phật giáo Tây Tạng có tuổi đời hàng trăm năm. Ngoài ra, Nội Mông còn có còn có chùa Đại Chiêu (大召) ở Hohhot được xây dựng từ năm 1579, miếu Bối Tử (贝子庙) ở Xilinhot được xây từ năm 1743, chùa Ngũ Tháp (五塔寺) ở Hohhot được xây từ thế kỷ XV. Thảo nguyên Hulunbuir là đồng cỏ tự nhiên đẹp nhất Trung Quốc. Công viên địa chất quốc gia kì Hexigten (克什克腾旗国家地质公园), công viên địa chất quốc gia suối nước nóng và núi lửa Arxan (阿尔山火山温泉国家地质公园) có cảnh quan độc đáo, có giá trị cao về mặt khoa học. Tính đến cuối năm 2011, khu tự trị Nội Mông Cổ có trên 300 điểm du lịch có quy mô nhất định. Ngoài ra, lễ hội Naadam hay lễ hội nghệ thuật trang phục dân tộc Mông Cổ, lễ hội du lịch ba nước Trung-Nga-Mông ở Mãn Châu Lý cũng là các sản phẩm du lịch đem đến sự đặc sắc cho du lịch Nội Mông.
Nội Mông có sự đa dạng về các cảnh quan du lịch như thảo nguyên, rừng, sa mạc, sông, hồ, suối nước nóng, băng tuyết, biên giới, tập quán dân tộc, di tích lịch sử. Lăng Thành Cát Tư Hãn tại Ordos là một điểm du lịch tầm cỡ của Nội Mông, tuy nhiên đây thực chất là một bảo tàng chứ không có di cốt của vị đại hãn này, và người ta cũng chưa phát hiện được di cốt của đại hãn.
Nguyên phân
Trong sinh học tế bào, nguyên phân hay phân bào nguyên nhiễm là một phần của chu kỳ tế bào khi các NST kép được tách và đi về hai nhân tế bào mới. Nguyên phân (phân chia nhân) có tiền đề từ giai đoạn S của pha trung gian (DNA được nhân đôi ở giai đoạn này) và thường đi kèm hoặc tiếp theo là phân chia tế bào chất, bào quan và màng tế bào về hai tế bào mới khá cân bằng về những thành phần này. Phân chia nhân và phân chia tế bào chất cùng nhau tạo nên pha nguyên phân (M) trong chu kỳ tế bào động vật. Nguyên phân chia tế bào mẹ thành hai tế bào con giống hệt nhau về mặt di truyền.
Trong sinh học tế bào, nguyên phân hay phân bào nguyên nhiễm là một phần của chu kỳ tế bào khi các NST kép được tách và đi về hai nhân tế bào mới. Nguyên phân (phân chia nhân) có tiền đề từ giai đoạn S của pha trung gian (DNA được nhân đôi ở giai đoạn này) và thường đi kèm hoặc tiếp theo là phân chia tế bào chất, bào quan và màng tế bào về hai tế bào mới khá cân bằng về những thành phần này.
Nguyên phân
Quá trình nguyên phân được chia thành các kỳ tương ứng với việc hoàn thành một tập hợp các hoạt động và bắt đầu kỳ tiếp theo. Các kỳ này là kỳ đầu, kỳ trước giữa, kỳ giữa, kỳ sau và kỳ cuối. Trong nguyên phân, các nhiễm sắc thể kép sẽ cuộn xoắn và gắn vào các thoi vô sắc. Khi tâm động của nhiễm sắc thể kép tách, các thoi này sẽ kéo một bản sao (nhiễm sắc thể đơn) về một cực của tế bào. Kết quả là tạo ra hai nhân giống hệt nhau về mặt di truyền. Phần còn lại của tế bào sau đó có thể tiếp tục phân chia bởi phân chia tế bào chất để tạo ra hai tế bào con. Nếu phân chia tế bào chất tạo ra ba hoặc nhiều tế bào con thay vì hai như bình thường thì đây là một lỗi phân bào được gọi là phân chia ba cực hoặc phân cực đa cực. Các lỗi khác trong quá trình phân bào có thể gây chết rụng tế bào (chết lập trình) hoặc gây đột biến. Một số loại ung thư có thể phát sinh từ những đột biến như vậy.Nguyên phân chỉ xảy ra ở các tế bào nhân chuẩn. Tế bào nhân sơ, chưa có cấu trúc nhân, thì phân chia bằng một quá trình khác gọi là phân đôi hay trực phân. Bản thân nguyên phân cũng khác nhau giữa các sinh vật. Ví dụ, các tế bào động vật trải qua một kỳ nguyên phân "mở", tức là màng nhân không còn khi nhiễm sắc thể tách ra, trong khi nấm trải qua một quá trình nguyên phân "đóng", khi nhiễm sắc thể tách nha trong một nhân tế bào còn nguyên vẹn. Hầu hết các tế bào động vật trải qua một sự biến đổi hình dạng, được gọi là làm tròn tế bào nguyên phân, làm cho tế bào có hình gần giống hình cầu vào lúc bắt đầu nguyên phân. Hầu hết các tế bào của con người là tế bào xôma đều trải qua nguyên phân. Nguyên phân cũng xảy ra trong quá trình hình thành giao tử để phát sinh giao tử là tinh trùng và noãn, nhưng chỉ là giai đoạn đầu, còn giai đoạn sau được tiến hành theo cơ chế giảm phân.
Quá trình nguyên phân được chia thành các kỳ tương ứng với việc hoàn thành một tập hợp các hoạt động và bắt đầu kỳ tiếp theo. Ví dụ, các tế bào động vật trải qua một kỳ nguyên phân "mở", tức là màng nhân không còn khi nhiễm sắc thể tách ra, trong khi nấm trải qua một quá trình nguyên phân "đóng", khi nhiễm sắc thể tách nha trong một nhân tế bào còn nguyên vẹn.
Nguyên phân
Nhiều mô tả về phân chia tế bào được thực hiện trong thế kỷ 18 và 19, với các mức độ chính xác khác nhau. Năm 1835, nhà thực vật học người Đức Hugo von Mohl, đã mô tả sự phân chia tế bào ở tảo xanh Cladophora glomerata, cho thấy các tế bào có thể tăng lên nhờ vào phân chia tế bào. Năm 1838, Schleiden khẳng định rằng sự hình thành các tế bào mới từ bên trong là một quy luật chung để giải thích cho sự nhân lên tế bào ở thực vật. Quan điểm này sau đó bị từ chối để ủng hộ mô hình Mohl, nhờ công đóng góp của Robert Remak và những người khác.Ở tế bào động vật, phân chia tế bào với nguyên phân được phát hiện ở tế bào giác mạc ếch, thỏ và mèo vào năm 1873 và được mô tả lần đầu tiên bởi nhà mô học người Ba Lan Wacław Mayzel vào năm 1875.Bütschli, Schneider và Fol có thể cũng đã tuyên bố phát hiện ra quá trình hiện nay được gọi là "nguyên phân". Năm 1873, nhà động vật học người Đức Otto Bütschli đã công bố dữ liệu từ các quan sát trên giun tròn. Một vài năm sau đó, ông phát hiện và mô tả nguyên phân dựa trên những quan sát đó.Thuật ngữ "nguyên phân" (mitosis), được đặt ra bởi Walther Flemming năm 1882, có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp μίτος (mitos, "sợi dọc"). Có một số tên thay thế cho quá trình, ví dụ, "karyokinesis" (phân chia nhân), một thuật ngữ được Schleicher giới thiệu vào năm 1878, hoặc "phân chia đồng đều", được Weismann đề xuất vào năm 1887. Tuy nhiên, thuật ngữ "nguyên phân" cũng được sử dụng rộng rãi bởi một số tác giả để tham khảo "phân chia nhân" và "phân chia tế bào chất" với nhau. Hiện nay, "phân chia đồng đều" thường được sử dụng để chỉ giảm phân II, một phần của giảm phân mà giống nguyên phân nhất.
Nhiều mô tả về phân chia tế bào được thực hiện trong thế kỷ 18 và 19, với các mức độ chính xác khác nhau. Tuy nhiên, thuật ngữ "nguyên phân" cũng được sử dụng rộng rãi bởi một số tác giả để tham khảo "phân chia nhân" và "phân chia tế bào chất" với nhau.
Nguyên phân
Điểm căn bản đầu tiên của nguyên phân chính là sự phân chia của bộ gen của tế bào mẹ sang cho hai tế bào con. Bộ gen được cấu thành từ một số lượng các nhiễm sắc thể-cấu trúc với DNA và histone, là nơi lưu trữ toàn bộ thông tin di truyền, rất quan trọng cho các chức năng của tế bào. Và vì mỗi tế bào con cần phải có bộ gen giống hệt với tế bào mẹ, tế bào mẹ chắc chắn phải sao chép mỗi nhiễm sắc thể trước khi nguyên phân. Điều này xảy ra trong suốt pha S, một pha nhỏ trong chu kỳ tế bào đóng góp vào việc chuẩn bị cho nguyên phân. Mỗi nhiễm sắc thể kép gồm hai bản sao giống hệt nhau gọi là nhiễm sắc tử chị em (sister chromatids) bám với nhau tại tâm động.
Điểm căn bản đầu tiên của nguyên phân chính là sự phân chia của bộ gen của tế bào mẹ sang cho hai tế bào con. Điều này xảy ra trong suốt pha S, một pha nhỏ trong chu kỳ tế bào đóng góp vào việc chuẩn bị cho nguyên phân.
Nguyên phân
Khi nguyên phân bắt đầu, các nhiễm sắc thể bắt đầu cô đặc lại và có thể quan sát được. Ở một số sinh vật nhân chuẩn, chẳng hạn như động vật, màng nhân, lớp màng giúp tách biệt DNA và tế bào chất, được phân rã thành các mảnh nhỏ. Nhân con, phần mã hóa cho các RNA ribosome trong tế bào, cũng sẽ biến mất. Các vi ống sẽ được "phóng ra" từ hai cực đối diện của tế bào, gắn với các tâm động, và sắp xếp các nhiễm sắc thể thẳng hàng trong tế bào. Các vi ống sau đó sẽ co để kéo hai nhiễm sắc tử tách nhau ra. Nhiễm sắc thể lúc này có thể gọi là nhiễm sắc thể con. Khi tế bào dài ra, các nhiễm sắc tử tương ứng sẽ được kéo về hai cực đối diện của tế bào và cuộn xoắn tối đa ở kỳ sau. Một màng nhân mới hình thành bao lấy các nhiễm sắc thể con mới tách rời. Các nhiễm sắc tử này sẽ duỗi xoắn để tạo thành nhân ở kỳ cuối.
Khi nguyên phân bắt đầu, các nhiễm sắc thể bắt đầu cô đặc lại và có thể quan sát được. Các nhiễm sắc tử này sẽ duỗi xoắn để tạo thành nhân ở kỳ cuối.
Nguyên phân
Tiếp tục quá trình phân bào, thường sau khi bắt đầu kỳ cuối, tế bào có thể tiến hành phân chia tế bào chất. Ở tế bào động vật, một màng tế bào sẽ "thắt" vào giữa hai nhân đang hình thành để tạo ra hai tế bào mới (giống như kéo dải rút vào tế bào cho đến khi chúng tách làm đôi). Ở tế bào thực vật, một phiến tế bào hình thành giữa hai nhân mới. Phân chia tế bào chất không phải lúc nào cũng xảy ra; tế bào đa nhân có thể có nhờ trải qua phân chia nhân mà không có phân chia tế bào chất.
Tiếp tục quá trình phân bào, thường sau khi bắt đầu kỳ cuối, tế bào có thể tiến hành phân chia tế bào chất. Ở tế bào thực vật, một phiến tế bào hình thành giữa hai nhân mới.
Nguyên phân
Pha phân bào chỉ là một khoảng thời gian tương đối ngắn của chu kỳ tế bào. Pha này được xen kẽ với pha trung gian dài hơn nhiều; đây là pha tế bào tự chuẩn bị cho pha phân bào. Pha trung gian được chia thành ba giai đoạn: G1 (Gap 1-"khoảng cách đầu tiên"), S (synthesis-"tổng hợp") và G2 (Gap 2-"khoảng cách thứ hai"). Trong cả ba giai đoạn của pha trung gian, tế bào tăng về kích thước bằng cách sản xuất protein và bào quan trong bào tương. Tuy nhiên, nhiễm sắc thể được nhân đôi chỉ trong pha S. Vì vậy, khi tế bào tăng trưởng (G1), chúng sẽ tiếp tục quá trình này khi nhân đôi nhiễm sắc thể (S), và tiếp tục tăng trưởng nhiều hơn và chuẩn bị cho nguyên phân (G2), và cuối cùng là phân bào (M) trước khi khởi động lại chu kỳ. Tất cả các giai đoạn này trong chu trình tế bào được điều chỉnh mức độ cao bởi các cyclin, các kinase phụ thuộc vào cyclin (Cdk) và các protein chu kỳ tế bào khác. Các giai đoạn được theo nhau theo một trình tự nghiêm ngặt và có các "điểm kiểm soát" cung cấp tín hiệu cho việc chuyển từ giai đoạn này sang giai đoạn khác. Các tế bào cũng có thể tạm thời hoặc vĩnh viễn rời khỏi chu kỳ tế bào và bước vào pha G0 để dừng phân chia. Điều này có thể xảy ra khi các tế bào trở nên quá nhiều (ức chế phụ thuộc vào mật độ) hoặc khi chúng biệt hóa để thực hiện các chức năng đa dạng cho sinh vật, như trường hợp của các tế bào cơ tim người và tế bào thần kinh. Một số tế bào G0 có khả năng nhập lại chu trình tế bào.
Pha phân bào chỉ là một khoảng thời gian tương đối ngắn của chu kỳ tế bào. Các tế bào cũng có thể tạm thời hoặc vĩnh viễn rời khỏi chu kỳ tế bào và bước vào pha G0 để dừng phân chia.
Nguyên phân
Chỉ ở tế bào thực vật, kỳ đầu được bắt đầu bằng một giai đoạn gọi là kì trước đầu. Ở các tế bào với không bào lớn, nhân phải di chuyển vào trung tâm của tế bào trước khi phân bào có thể bắt đầu. Điều này đạt được nhờ hình thành cấu trúc phragmosome, một tấm ngang tế bào chất chia tế bào dọc theo mặt phẳng phân cắt tương lai của phân bào. Ngoài hình thành phragmosome, kỳ trước đầu được đặc trưng bởi sự hình thành của một vòng vi ống và sợi actin (gọi là dải trước đầu) bên dưới màng sinh chất và chạy xung quanh mặt phẳng xích đạo của trục chính phân bào trong tương lai. Dải sợi này đánh dấu vị trí cuối cùng tế bào sẽ phân chia. Các tế bào của thực vật bậc cao (chẳng hạn như thực vật có hoa) không có các trung thể; thay vào đó, vi ống tạo nên thoi vô sắc trên bề mặt của nhân và sau đó được tổ chức thành thoi phân bào bởi chính các nhiễm sắc thể, sau khi màng nhân phân rã. Dài trước đầu sẽ biến mất trong quá trình phân rã màng nhân và hình thành thoi vô sắc ở kỳ trước giữa.
Chỉ ở tế bào thực vật, kỳ đầu được bắt đầu bằng một giai đoạn gọi là kì trước đầu. Dải sợi này đánh dấu vị trí cuối cùng tế bào sẽ phân chia.
Nguyên phân
Ở kỳ đầu, sẽ xảy ra sau khi tế bào kết thúc pha G2, tế bào chuẩn bị phân chia bằng cuộn xoắn các nhiễm sắc thể và bắt đầu hình thành thoi vô sắc. Ở pha trung gian, vật chất di truyền trong nhân vẫn chỉ là các sợi nhiễm sắc lỏng lẻo. Khi bắt đầu kỳ đầu, các sợi nhiễm sắc thể được kết tụ thành các nhiễm sắc thể riêng biệt và có thể quan sát ở độ phóng đại cao nhờ kính hiển vi quang học. Trong kỳ này, nhiễm sắc thể có dạng dài, mỏng và giống như sợi chỉ. Mỗi nhiễm sắc thể gồm hai nhiễm sắc tử. Hai nhiễm sắc tử được nối ở tâm động.
Ở kỳ đầu, sẽ xảy ra sau khi tế bào kết thúc pha G2, tế bào chuẩn bị phân chia bằng cuộn xoắn các nhiễm sắc thể và bắt đầu hình thành thoi vô sắc. Khi bắt đầu kỳ đầu, các sợi nhiễm sắc thể được kết tụ thành các nhiễm sắc thể riêng biệt và có thể quan sát ở độ phóng đại cao nhờ kính hiển vi quang học.
Nguyên phân
Việc phiên mã gen chấm dứt ở kỳ đầu và không tiếp tục cho đến khi đến cuối kỳ cuối hoặc pha G1 của chu kỳ sau.. Hạch nhân cũng biến mất trong giai đoạn này.Gần với nhân của tế bào động vật là các cấu trúc được gọi là trung thể, bao gồm một cặp trung tử bao quanh bởi một tập hợp protein lỏng lẻo. Trung thể là trung tâm tổ chức vi ống của tế bào. Một tế bào kế thừa một trung thể duy nhất tại phân chia tế bào, trung thể này được nhân đôi trước khi một vòng mới của nguyên phân bắt đầu, tạo thành một cặp trung thể. Hai trung thể sẽ trùng hợp tubulin để giúp tạo thành thoi phân bào nhờ vi ống. Protein động cơ sau đó đẩy hai trung thể dọc theo các vi ống đến hai cực đối diện của tế bào. Mặc dù các trung thể giúp tổ chức lắp ráp vi ống, chúng không cần thiết cho sự hình thành của thoi vô sắc, vì trung thể không có ở tế bào thực vật, và không hoàn toàn cần thiết cho sự phân bào của tế bào động vật. Ở kì đầu của nguyên phân, nhiễm sắc thể co xoắn trước rồi mang nhân mới dần tiêu biến
Việc phiên mã gen chấm dứt ở kỳ đầu và không tiếp tục cho đến khi đến cuối kỳ cuối hoặc pha G1 của chu kỳ sau.. Hạch nhân cũng biến mất trong giai đoạn này.Gần với nhân của tế bào động vật là các cấu trúc được gọi là trung thể, bao gồm một cặp trung tử bao quanh bởi một tập hợp protein lỏng lẻo. Ở kì đầu của nguyên phân, nhiễm sắc thể co xoắn trước rồi mang nhân mới dần tiêu biến
Nguyên phân
Khi bắt đầu kỳ trước giữa ở tế bào động vật, quá trình phosphoryl hóa các tấm lót màng nhân làm cho màng nhân bị phân rã thành các mảnh nhỏ. Sau khi lớp màng này biến mất, các vi ống có thể thâm nhập vào không gian nhân. Quá trình này được gọi là "nguyên phân mở", chúng xảy ra ở một số sinh vật đa bào. Nấm và một số sinh vật nguyên sinh, chẳng hạn như tảo hoặc trichomonad, thì lại trải qua một biến thể của quá trình trên gọi là "nguyên phân đóng", tức là các thoi sẽ hình thành ngay bên trong nhân, hoặc các vi ống sẽ thâm nhập nhưng không cần phá hủy màng nhân.Trong đoạn cuối của kỳ trước giữa, các vi ống thể động bắt đầu tìm kiếm và gắn vào các thể động của nhiễm sắc thể. Thể động là một cấu trúc gắn vi ống gồm nhờ các protein, hình thành trên tâm động nhiễm sắc thể trong giai đoạn sau. Một số vi ống cực tìm và tương tác với các vi ống cực tương ứng từ trung thể đối diện để hình thành thoi vô sắc. Mặc dù cấu trúc và chức năng thể động không được hiểu đầy đủ, người ta biết rằng chúng có chứa một số dạng động cơ phân tử. Khi một vi ống nối với thể động, "động cơ" này sẽ được kích hoạt, sử dụng năng lượng từ ATP để "bước" trên vi ống đi về phía trung thể gốc. Hoạt động của động cơ này, cùng với quá trình trùng hợp và giải trùng hợp vi ống, cung cấp lực kéo cần thiết để sau đó tách hai nhiễm sắc tử của nhiễm sắc thể.
Khi bắt đầu kỳ trước giữa ở tế bào động vật, quá trình phosphoryl hóa các tấm lót màng nhân làm cho màng nhân bị phân rã thành các mảnh nhỏ. Sau khi lớp màng này biến mất, các vi ống có thể thâm nhập vào không gian nhân.
Nguyên phân
Sau khi các vi ống vào vị trí và gắn với các thể động trong kì trước giữa, hai trung thể bắt đầu kéo các nhiễm sắc thể về hai đầu đối diện của tế bào. Sức căng gây ra làm cho các nhiễm sắc thể sắp xếp dọc theo cái gọi là tấm kỳ giữa hoặc mặt phẳng xích đạo, một mặt phẳng ảo nằm ở giữa hai trung thể (ở khoảng trung tâm của tế bào). Để đảm bảo sự phân bố đồng đều của nhiễm sắc thể khi kết thúc nguyên phân, điểm kiểm soát kỳ giữa đảm bảo rằng tất cả các thể động đều được gắn vào thoi và các nhiễm sắc thể được sắp xếp dọc theo tấm kỳ giữa. Nếu tế bào vượt qua điểm chốt này thành công, tế bào sẽ chuyển sang kì sau.
Sau khi các vi ống vào vị trí và gắn với các thể động trong kì trước giữa, hai trung thể bắt đầu kéo các nhiễm sắc thể về hai đầu đối diện của tế bào. Nếu tế bào vượt qua điểm chốt này thành công, tế bào sẽ chuyển sang kì sau.
Nguyên phân
Kì sau chia làm hai giai đoạn: A và B. Trong giai đoạn A, các cohensin đang gắn kết các nhiễm sắc tử chị em sẽ được phân giải, hai nhiễm sắc tử sẽ tách nhau và tạo thành hai nhiễm sắc thể con giống hệt nhau. Việc rút ngắn các vi ống thể động giúp kéo các nhiễm sắc thể con mới được hình thành đến hai cực đối diện của tế bào. Trong giai đoạn B, các vi ống cực sẽ đẩy nhau, làm cho tế bào dài ra. Cuối kì sau, nhiễm sắc thể cũng đạt đến mức cuộn xoắn tối đa của chúng, để giúp phân tách nhiễm sắc thể và hình thành lại của hạt nhân. Ở hầu hết các tế bào động vật, giai đoạn A đứng trước giai đoạn B, nhưng một số tế bào trứng ở động vật có xương sống lại có thứ tự ngược lại của các sự kiện.
Kì sau chia làm hai giai đoạn: A và B. Trong giai đoạn A, các cohensin đang gắn kết các nhiễm sắc tử chị em sẽ được phân giải, hai nhiễm sắc tử sẽ tách nhau và tạo thành hai nhiễm sắc thể con giống hệt nhau. Trong giai đoạn B, các vi ống cực sẽ đẩy nhau, làm cho tế bào dài ra.
Nguyên phân
Kì cuối, như tên gọi của nó, là kết thúc cho nguyên phân. Kì này giống như đảo ngược các sự kiện ở kỳ đầu và kì trước giữa. Tại kì cuối, các vi ống cực phân cực tiếp tục đẩy nhau, làm tế bào dài ra nhiều hơn. Trong trường hợp lớp màng nhân bị phá võ, một màng nhân mới sẽ được hình thành nhờ sử dụng các mảnh màng nhân cũ của tế bào mẹ. Màng nhân mới sẽ hình thành xung quanh mỗi bộ nhiễm sắc thể con riêng biệt (mặc dù màng không bao lấy cả các trung thể) và nhân con lại xuất hiện. Cả hai bộ nhiễm sắc thể, giờ đây được bao quanh bởi màng nhân mới, bắt đầu "duỗi xoắn" hoặc giải co xoắn. Nguyên phân đến đây là hoàn tất. Mỗi nhân mới có một bộ nhiễm sắc thể giống hệt nhau. Quá trình phân chia tế bào chất có thể hoặc có thể không xảy ra, điều này tùy thuộc vào sinh vật.
Kì cuối, như tên gọi của nó, là kết thúc cho nguyên phân. Kì này giống như đảo ngược các sự kiện ở kỳ đầu và kì trước giữa.
Nguyên phân
Phân chia tế bào chất không phải là một giai đoạn của nguyên phân mà là một quá trình riêng biệt, cần thiết để hoàn thành việc phân chia tế bào. Ở các tế bào động vật, một rãnh phân cắt (eo) có chứa một vòng co được hình thành ở vị trí mặt phẳng xích đạo cũ, sẽ thắt vào và cho ra các hai tế bào mới rời nhau. Ở cả tế bào động vật và thực vật, phân chia tế bào chất đều được điều khiển bởi các túi có nguồn gốc từ bộ máy Golgi, di chuyển dọc theo các vi ống đến giữa tế bào. Ở thực vật, cấu trúc này sẽ hòa với nhau thành một phiến ngăn ở trung tâm của cấu trúc phragmoplast và phát triển thành thành tế bào, tách nhân ra. Phragmoplast là một cấu trúc vi ống điển hình cho các thực vật bậc cao, trong khi một số tảo xanh sử dụng cấu trúc vi ống phycoplast cho phân chia tế bào cất. Mỗi tế bào con có một bản sao hoàn chỉnh bộ gen của tế bào gốc. Sự kết thúc của phân chia tế bào chất đánh dấu sự kết thúc của pha M.
Phân chia tế bào chất không phải là một giai đoạn của nguyên phân mà là một quá trình riêng biệt, cần thiết để hoàn thành việc phân chia tế bào. Sự kết thúc của phân chia tế bào chất đánh dấu sự kết thúc của pha M.
Nguyên phân
Một số sinh vật sản sinh ra đời sau với đặc điểm di truyền tương tự nhờ sinh sản vô tính. Ví dụ, thủy tức sinh sản vô tính bằng cách nảy chồi. Các tế bào ở bề mặt của thủy tức trải qua nguyên phân và tạo thành một khối tế bào được gọi là một chồi. Nguyên phân sẽ tiếp tục trong các tế bào chồi và nhờ vậy, chồi này sẽ phát triển thành một cá thể mới. Sự phân chia tương tự xảy ra trong quá trình sinh sản vô tính hoặc nhân giống sinh dưỡng ở thực vật.
Một số sinh vật sản sinh ra đời sau với đặc điểm di truyền tương tự nhờ sinh sản vô tính. Các tế bào ở bề mặt của thủy tức trải qua nguyên phân và tạo thành một khối tế bào được gọi là một chồi.
Nhiễm sắc thể
Ban đầu khái niệm nhiễm sắc thể chỉ áp dụng với các loài sinh vật nhân thực, bởi cho rằng sinh vật nhân sơ chưa có NST, mà chỉ có DNA vùng nhân. Gần đây, khái niệm này mở rộng sang cả sinh vật nhân sơ, dùng để chỉ phân tử DNA duy nhất có kích thước lớn nhất trong tế bào của nhóm này. NST nhân sơ (prokaryote chromosome) thường là phân tử DNA không có kết hợp với prôtêin (như histôn). Trạng thái cấu trúc này đã được gọi là "DNA trần". Kích thước rất thay đổi tuỳ loài, thường ở trong khoảng 160.000 bp (như vi khuẩn Candidatus Carsonella ruddii) cho đến 12.200.000 bp (như vi khuẩn đất Sorangium Cellulum) hoặc hơn nữa. Phần lớn các NST nhân sơ là DNA vòng (Circular DNA), nhưng có nhiều loài (như Borrellia Spirochetes - gây bệnh Lyme) lại có DNA tuyến tính (DNA mạch thẳng).
Ban đầu khái niệm nhiễm sắc thể chỉ áp dụng với các loài sinh vật nhân thực, bởi cho rằng sinh vật nhân sơ chưa có NST, mà chỉ có DNA vùng nhân. Kích thước rất thay đổi tuỳ loài, thường ở trong khoảng 160.000 bp (như vi khuẩn Candidatus Carsonella ruddii) cho đến 12.200.000 bp (như vi khuẩn đất Sorangium Cellulum) hoặc hơn nữa.
Nhiễm sắc thể
Ở sinh vật nhân thực, NST cấu trúc rất phức tạp và có nhiều dạng rất khác nhau, nhưng về cơ bản có những đặc trưng chung như sau.Ở tế bào thực vật, động vật sau khi nhân đôi mỗi NST có 2 crômatit, mỗi crômatit có một sợi phân tử DNA mà một nửa là nguyên liệu cũ, một nửa nguyên liệu mới lấy từ môi trường tế bào. Các crômatit này đóng xoắn tới giá trị xoắn cực đại nên cùng có hình dạng và kích thước đặc trưng. Mỗi NST (NST) có 2 crômatit đính nhau ở tâm động tại eo thứ nhất. Một số NST còn có eo thứ 2, tại eo này là nơi tổng hợp RNA. Các RNA tích tụ lại tạo nên nhân con. Lúc bước vào phân bào, NST ngừng hoạt động, nhân con biến mất. Khi phân bào kết thúc, NST hoạt động, nhân con lại tái hiện.
Ở sinh vật nhân thực, NST cấu trúc rất phức tạp và có nhiều dạng rất khác nhau, nhưng về cơ bản có những đặc trưng chung như sau.Ở tế bào thực vật, động vật sau khi nhân đôi mỗi NST có 2 crômatit, mỗi crômatit có một sợi phân tử DNA mà một nửa là nguyên liệu cũ, một nửa nguyên liệu mới lấy từ môi trường tế bào. Mỗi NST (NST) có 2 crômatit đính nhau ở tâm động tại eo thứ nhất.
Nhiễm sắc thể
NST của các loài có hình dạng khác nhau: hình hạt, hình que, hình chữ V và hình móc. Ở một số loài sinh vật trong vòng đời có trải qua giai đoạn ấu trùng có xuất hiện các NST có kích thước lớn dần hàng nghìn lần gọi là NST khổng lồ (như ấu trùng của loài ruồi giấm và các loài thuộc bộ hai cánh). Điển hình là NST có hình chữ V với 2 cánh kích thước bằng nhau hoặc khác nhau. chiều dài của NST từ 0.5 đến 50 micrômét, chiều ngang từ 0,2 đến 2 micrômét.
NST của các loài có hình dạng khác nhau: hình hạt, hình que, hình chữ V và hình móc. Ở một số loài sinh vật trong vòng đời có trải qua giai đoạn ấu trùng có xuất hiện các NST có kích thước lớn dần hàng nghìn lần gọi là NST khổng lồ (như ấu trùng của loài ruồi giấm và các loài thuộc bộ hai cánh).
Nhiễm sắc thể
NST được cấu tạo từ chất nhiễm sắc bao gồm DNA và prôtêin (chủ yếu là loại Histôn). Phân tử DNA quấn quanh khối cầu prôtêin tạo nên nuclêôxôm là đơn vị cấu trúc cơ bản theo chiều dọc của NST. Mỗi nuclêôxôm gồm 8 phân tử prôtêin histôn tạo nên khối cầu dẹt phía ngoài được gói bọc bởi 7/4 vòng xoắn DNA có khoảng 146 cặp nuclêôtit. Các nuclêôxôm được nối với nhau bằng các đoạn DNA và một prôtêin histôn. Mỗi đoạn có khoảng 15-100 cặp nuclêôtit. Tổ hợp DNA với prôtêin histôn tạo thành sợi cơ bản có chiều ngang 11 nm, sợi cơ bản cuộn xoắn thứ cấp thành sợi nhiễm sắc có chiều ngang 30 nm. Sợi nhiễm sắc tiếp tục đóng xoắn tạo thành một ống rỗng có chiều ngang 300 nm gọi là sợi siêu xoắn, sợi siêu xoắn tiếp tục đóng xoắn tạo thành crômatit có chiều ngang khoảng 700 nm
NST được cấu tạo từ chất nhiễm sắc bao gồm DNA và prôtêin (chủ yếu là loại Histôn). Tổ hợp DNA với prôtêin histôn tạo thành sợi cơ bản có chiều ngang 11 nm, sợi cơ bản cuộn xoắn thứ cấp thành sợi nhiễm sắc có chiều ngang 30 nm.
Nhiễm sắc thể
Bộ NST là số lượng NST có trong 1 tế bào của 1 loài. Tế bào của mỗi loài sinh vật khác nhau thì có bộ NST khác nhau, đặc trưng về số lượng và hình dạng của mỗi loài. Bộ NST chứa các cặp NST tương đồng gọi là bộ NST lưỡng bội (ký hiệu là 2n). Bộ NST trong giao tử chỉ chứa một NST của mỗi cặp tương đồng gọi là bộ NST đơn bội (ký hiệu là n). Số lượng bộ NST trong bộ lưỡng bội không phản ánh được trình độ tiến hóa của loài.
Bộ NST là số lượng NST có trong 1 tế bào của 1 loài. Số lượng bộ NST trong bộ lưỡng bội không phản ánh được trình độ tiến hóa của loài.
Chất bán dẫn
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Gọi là "bán dẫn" (chữ "bán" theo nghĩa Hán Việt có nghĩa là một nửa), vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau. Trường hợp hai chất bán dẫn khác nhau được gắn với nhau, nó tạo ra một lớp tiếp xúc. Các tính chất của các hạt mang điện như electron, các ion và lỗ trống điện tử trong lớp tiếp xúc này là cơ sở để tạo nên diode, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay..
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Tính bán dẫn có thể thay đổi khi có tạp chất, những tạp chất khác nhau có thể tạo tính bán dẫn khác nhau.
Chất bán dẫn
Quan điểm hiện đại người ta dùng vật lý lượng tử để giải thích các tính chất bán dẫn thông qua sự chuyển động của các hạt mang điện tích trong cấu trúc tinh thể. Tạp chất làm thay đổi đáng kể tính chất này của chất bán dẫn. Nếu người ta pha tạp chất và tạo ra nhiều lỗ trống hơn trong chất bán dẫn người ta gọi là chất bán dẫn loại p, ngược lại nếu tạo ra nhiều electron chuyển động tự do hơn trong chất bán dẫn người ta gọi là chất bán dẫn loại n. Việc pha tỷ lệ chính xác các tạp chất đồng thời kết hợp các loại chất bán dẫn p-n với nhau ta có thể tạo ra các linh kiện điện tử với tỷ lệ hoạt động chính xác cực cao.
Quan điểm hiện đại người ta dùng vật lý lượng tử để giải thích các tính chất bán dẫn thông qua sự chuyển động của các hạt mang điện tích trong cấu trúc tinh thể. Nếu người ta pha tạp chất và tạo ra nhiều lỗ trống hơn trong chất bán dẫn người ta gọi là chất bán dẫn loại p, ngược lại nếu tạo ra nhiều electron chuyển động tự do hơn trong chất bán dẫn người ta gọi là chất bán dẫn loại n. Việc pha tỷ lệ chính xác các tạp chất đồng thời kết hợp các loại chất bán dẫn p-n với nhau ta có thể tạo ra các linh kiện điện tử với tỷ lệ hoạt động chính xác cực cao.
Chất bán dẫn
Chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên của chúng là chất dẫn điện kém vì dòng điện yêu cầu dòng điện tử và chất bán dẫn có dải hóa trị của chúng được lấp đầy, ngăn chặn dòng vào của electron mới. Có một số kỹ thuật được phát triển cho phép các vật liệu bán dẫn hoạt động giống như vật liệu dẫn điện. Những sửa đổi này có hai kết quả: loại n và loại p. Chúng lần lượt đề cập đến sự thừa hoặc thiếu điện tử. Một số lượng điện tử không cân bằng sẽ khiến một dòng điện chạy qua vật liệu.
Chất bán dẫn ở trạng thái tự nhiên của chúng là chất dẫn điện kém vì dòng điện yêu cầu dòng điện tử và chất bán dẫn có dải hóa trị của chúng được lấp đầy, ngăn chặn dòng vào của electron mới. Một số lượng điện tử không cân bằng sẽ khiến một dòng điện chạy qua vật liệu.
Chất bán dẫn
Các dị thể xảy ra khi hai vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau được nối với nhau. Ví dụ, một cấu hình có thể bao gồm p-pha tạp và n-pha tạp germanium. Điều này dẫn đến sự trao đổi điện tử và lỗ trống giữa các vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau. Germanium pha tạp n sẽ có thừa electron và Germanium pha tạp p sẽ có quá nhiều lỗ trống. Sự chuyển đổi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng bởi một quá trình gọi là tái hợp, khiến các electron di chuyển từ loại n tiếp xúc với các lỗ di chuyển từ loại p. Một sản phẩm của quá trình này là các ion tích điện, dẫn đến hiệu ứng điện trường.
Các dị thể xảy ra khi hai vật liệu bán dẫn pha tạp khác nhau được nối với nhau. Ví dụ, một cấu hình có thể bao gồm p-pha tạp và n-pha tạp germanium.
Chất bán dẫn
Sự khác biệt về điện thế trên vật liệu bán dẫn sẽ khiến nó rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt và tạo ra tình trạng không cân bằng. Điều này giới thiệu các electron và lỗ trống cho hệ thống, tương tác thông qua một quá trình gọi là khuếch tán xung quanh. Bất cứ khi nào cân bằng nhiệt bị xáo trộn trong vật liệu bán dẫn, số lượng lỗ trống và điện tử sẽ thay đổi. Sự gián đoạn như vậy có thể xảy ra do sự chênh lệch nhiệt độ hoặc photon, có thể xâm nhập vào hệ thống và tạo ra các electron và lỗ trống. Quá trình tạo ra và tự hủy electron và lỗ trống được gọi là thế hệ và tái tổ hợp.
Sự khác biệt về điện thế trên vật liệu bán dẫn sẽ khiến nó rời khỏi trạng thái cân bằng nhiệt và tạo ra tình trạng không cân bằng. Bất cứ khi nào cân bằng nhiệt bị xáo trộn trong vật liệu bán dẫn, số lượng lỗ trống và điện tử sẽ thay đổi.
Chất bán dẫn
Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm (mức pha tạp). Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng vùng cấm, hay năng lượng vùng cấm (Band Gap). Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là dẫn điện hoặc không dẫn điện.Như vậy, tính dẫn điện của các chất rắn và tính chất của chất bán dẫn có thể lý giải một cách đơn giản nhờ lý thuyết vùng năng lượng như sau:
Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, không có mức năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng cấm. Nếu bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm (mức pha tạp).
Cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử dần dần xuất hiện từ các học thuyết giải thích cho những quan sát thực nghiệm mà vật lý cổ điển không miêu tả được, như lời giải của Max Planck năm 1900 cho vấn đề về bức xạ vật đen, hay mối liên hệ giữa năng lượng và tần số tương ứng trong bài báo năm 1905 của Albert Einstein nhằm giải thích hiệu ứng quang điện. Những nỗ lực ban đầu để nhận thức các hiện tượng vi mô, mà hiện nay gọi là "thuyết lượng tử cũ", đã dẫn đến sự phát triển đầy đủ của cơ học lượng tử vào giữa thập niên 1920 bởi Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born và những nhà khoa học khác. Lý thuyết hiện đại được hình thành và miêu tả bằng nhiều mô hình toán học đặc trưng. Một trong những mô hình này, một khái niệm toán học gọi là hàm sóng chứa đựng thông tin, dưới dạng các biên độ xác suất, về kết quả các phép đo năng lượng, động lượng và các tính chất vật lý khác của hạt.
Cơ học lượng tử dần dần xuất hiện từ các học thuyết giải thích cho những quan sát thực nghiệm mà vật lý cổ điển không miêu tả được, như lời giải của Max Planck năm 1900 cho vấn đề về bức xạ vật đen, hay mối liên hệ giữa năng lượng và tần số tương ứng trong bài báo năm 1905 của Albert Einstein nhằm giải thích hiệu ứng quang điện. Một trong những mô hình này, một khái niệm toán học gọi là hàm sóng chứa đựng thông tin, dưới dạng các biên độ xác suất, về kết quả các phép đo năng lượng, động lượng và các tính chất vật lý khác của hạt.
Cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử cho phép tính toán các tính chất và hành vi của các hệ thống vật lý. Nó thường được áp dụng cho các hệ thống vi mô: phân tử, nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử. Nó đã được chứng minh là có thể miêu tả đúng cho các phân tử phức tạp chứa hàng nghìn nguyên tử, nhưng ứng dụng của nó đối với con người làm nảy sinh những vấn đề mang tính triết học, chẳng hạn như thí nghiệm tưởng tượng người bạn của Wigner, và ứng dụng của nó đối với toàn thể vũ trụ vẫn chỉ là suy đoán. Các dự đoán của cơ học lượng tử đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm với độ chính xác cực cao.Đặc điểm cơ bản của lý thuyết đó là nó không thể dự đoán một cách chắc chắn điều gì sẽ xảy ra mà chỉ đưa ra xác suất cho mỗi khả năng. Về mặt toán học, xác suất được tìm bằng cách lấy bình phương của giá trị tuyệt đối của một số phức, được gọi là biên độ xác suất. Đây được gọi là quy tắc Born, quy tắc được đặt theo tên của nhà vật lý Max Born. Ví dụ, một hạt lượng tử như electron có thể được mô tả bằng một hàm sóng, hàm liên kết với mỗi điểm trong không gian tương ứng một biên độ xác suất. Áp dụng quy tắc Born cho các biên độ này sẽ cho một hàm mật độ xác suất cho vị trí mà electron sẽ được tìm thấy khi một thí nghiệm được thực hiện để đo nó. Đây là điều tốt nhất mà lý thuyết có thể làm được; nó không thể xác định chắc chắn nơi electron sẽ được tìm thấy. Phương trình Schrödinger liên hệ tập hợp các biên độ xác suất liên quan đến một thời điểm với tập hợp các biên độ xác suất liên quan đến một thời điểm khác.
Cơ học lượng tử cho phép tính toán các tính chất và hành vi của các hệ thống vật lý. Áp dụng quy tắc Born cho các biên độ này sẽ cho một hàm mật độ xác suất cho vị trí mà electron sẽ được tìm thấy khi một thí nghiệm được thực hiện để đo nó.
Cơ học lượng tử
Một hệ quả khác của các quy tắc toán học của cơ học lượng tử là hiện tượng giao thoa lượng tử, thường được minh họa bằng thí nghiệm hai khe. Trong dạng cơ bản của thí nghiệm này, một nguồn sáng kết hợp, chẳng hạn như chùm tia laser, chiếu sáng qua hai khe hẹp song song trên một tấm và ánh sáng đi qua các khe được quan sát trên một màn hình đặt phía sau tấm. Bản chất sóng của ánh sáng làm cho các sóng ánh sáng đi qua hai khe giao thoa, tạo ra các dải sáng và tối trên màn – một kết quả không thể có được nếu ánh sáng có thành phần là các hạt cổ điển. Tuy vậy, trên màn chắn ánh sáng luôn bị hấp thụ tại các điểm rời rạc, dưới dạng các hạt riêng lẻ chứ không phải là sóng; hình ảnh giao thoa xuất hiện thông qua mật độ thay đổi của các hạt va chạm vào màn. Hơn nữa, nếu đặt các máy dò tại ngay sau các khe thì mỗi photon được phát hiện sẽ đi qua chỉ một khe (giống như một hạt cổ điển), và không đi qua cả hai khe (như một sóng). Song, các thí nghiệm này cũng chứng tỏ, các hạt sẽ không hình thành vân giao thoa nếu máy dò thu được chúng đi qua khe hẹp nào. Những thực thể ở cấp độ nguyên tử khác, như electron, cũng được phát hiện có hành xử tương tự khi bắn các electron qua hai khe hẹp. Đặc điểm này được gọi là lưỡng tính của sóng hạt.
Một hệ quả khác của các quy tắc toán học của cơ học lượng tử là hiện tượng giao thoa lượng tử, thường được minh họa bằng thí nghiệm hai khe. Những thực thể ở cấp độ nguyên tử khác, như electron, cũng được phát hiện có hành xử tương tự khi bắn các electron qua hai khe hẹp.
Cơ học lượng tử
Một hiện tượng phản trực giác khác được dự đoán bởi cơ học lượng tử là sự xuyên hầm lượng tử: một hạt có thể đi qua một hàng rào hố thế, ngay cả khi động năng của nó nhỏ hơn thế năng của hố. Trong cơ học cổ điển hiện tượng này không thể xảy ra. Sự xuyên hầm lượng tử có một vài hệ quả quan trọng: chẳng hạn, nó cho phép giải thích hiện tượng phân rã phóng xạ, phản ứng tổng hợp hạt nhân bên trong các sao, và các ứng dụng khác như kính hiển vi quét xuyên hầm và diode tunnel.Khi các hệ lượng tử tương tác, kết quả có thể dẫn đến hiệu ứng rối lượng tử: các thuộc tính của chúng trở nên gắn bó với nhau đến mức không còn có thể mô tả tổng thể theo từng phần riêng lẻ nữa. Erwin Schrödinger gọi sự vướng víu là "... đặc điểm đặc trưng của cơ học lượng tử, đặc điểm bắt buộc nó hoàn toàn tách khỏi các dòng tư tưởng cổ điển". Vướng víu lượng tử cho phép các tính chất phản trực giác như trong lý thuyết trò chơi giả lượng tử (quantum pseudo-telepathy), và là một nguồn đặc điểm vô giá trong các giao thức truyền thông, như phân bố chìa khóa lượng tử trong lý thuyết thông tin lượng tử. Trái ngược với quan niệm sai lầm phổ biến, hiệu ứng vướng víu lượng tử không cho phép gửi tín hiệu nhanh hơn ánh sáng, như được chứng minh bởi định lý không thể liên lạc (no-communication theorem).Một khả năng khác mở ra bởi sự vướng víu lượng tử đó là thực hiện kiểm nghiệm "lý thuyết biến ẩn", các tính chất giả thuyết cơ bản hơn các đại lượng được miêu tả trong chính thuyết lượng tử, mà những hiểu biết liên quan cho phép các dự đoán chính xác hơn so với thuyết lượng tử có thể đưa ra. Tập hợp các kết quả, quan trọng nhất là định lý Bell, đã chứng minh rằng các lớp lý thuyết biến ẩn như vậy trên thực tế không tương thích với vật lý lượng tử. Theo định lý Bell, nếu tự nhiên thực sự hoạt động tuân theo một lý thuyết biến ẩn cục bộ nào, thì các kết quả của một thí nghiệm Bell sẽ bị ràng buộc theo một cách đặc biệt, định lượng được. Nhiều thí nghiệm Bell đã được thực hiện, sử dụng các hạt vướng víu, và chúng cho kết quả không tương thích với các ràng buộc áp đặt bởi các biến ẩn cục bộ.Không thể trình bày các khái niệm này một cách sâu sắc hơn mà không đưa ra giới thiệu các định nghĩa toán học liên quan; để hiểu cơ học lượng tử đòi hỏi không chỉ nắm được các phép toán trên các số phức, mà còn có đại số tuyến tính, phương trình vi phân, lý thuyết nhóm, và các chủ đề toán học cao cấp khác. Theo đó, bài viết này sẽ trình bày một khuôn khổ toán học của cơ học lượng tử và đưa ra các ứng dụng của nó ở một số ví dụ hữu ích và đã được nghiên cứu.
Một hiện tượng phản trực giác khác được dự đoán bởi cơ học lượng tử là sự xuyên hầm lượng tử: một hạt có thể đi qua một hàng rào hố thế, ngay cả khi động năng của nó nhỏ hơn thế năng của hố. Trái ngược với quan niệm sai lầm phổ biến, hiệu ứng vướng víu lượng tử không cho phép gửi tín hiệu nhanh hơn ánh sáng, như được chứng minh bởi định lý không thể liên lạc (no-communication theorem).Một khả năng khác mở ra bởi sự vướng víu lượng tử đó là thực hiện kiểm nghiệm "lý thuyết biến ẩn", các tính chất giả thuyết cơ bản hơn các đại lượng được miêu tả trong chính thuyết lượng tử, mà những hiểu biết liên quan cho phép các dự đoán chính xác hơn so với thuyết lượng tử có thể đưa ra.
Cơ học lượng tử
Các đại lượng vật lý quan tâm – vị trí, xung lượng, năng lượng, spin – được biểu diễn bằng các đại lượng quan sát được, gọi là các toán tử tuyến tính Hermit (chính xác hơn, toán tử tự liên hợp) tác dụng trên không gian Hilbert. Một trạng thái lượng tử là một vectơ riêng của một đại lượng quan sát được, trong trường hợp nó được gọi là trạng thái riêng, và giá trị riêng đi kèm tương ứng với giá trị của đại lượng quan sát được trong trạng thái riêng đó. Tổng quát hơn, một trạng thái lượng tử sẽ là tổ hợp tuyến tính của các trạng thái riêng, hay gọi là chồng chập lượng tử. Khi một đại lượng quan sát được được đo, kết quả đo sẽ là một trong các giá trị riêng của nó với xác suất cho bởi quy tắc Born: trong trường hợp đơn giản nhất giá trị riêng
Các đại lượng vật lý quan tâm – vị trí, xung lượng, năng lượng, spin – được biểu diễn bằng các đại lượng quan sát được, gọi là các toán tử tuyến tính Hermit (chính xác hơn, toán tử tự liên hợp) tác dụng trên không gian Hilbert. Một trạng thái lượng tử là một vectơ riêng của một đại lượng quan sát được, trong trường hợp nó được gọi là trạng thái riêng, và giá trị riêng đi kèm tương ứng với giá trị của đại lượng quan sát được trong trạng thái riêng đó.
Cơ học lượng tử
Bản chất xác suất của cơ học lượng tử do vậy có nguồn gốc từ tác động của phép đo. Đây là một trong những khía cạnh khó hiểu nhất của cơ học lượng tử. Nó là chủ đề trung tâm trong cuộc tranh luận Bohr–Einstein nổi tiếng, khi hai nhà vật lý học cố gắng hiểu rõ những nguyên lý cơ bản này bằng các thí nghiệm tưởng tượng. Trong hàng thập kỷ kể từ khi hình thành cơ học lượng tử, câu hỏi về cái gì tạo lên một "phép đo" đã được nghiên cứu rộng rãi. Các giải thích mới về cơ học lượng tử đã được đưa ra theo cách khác so với quan điểm "suy sập hàm sóng" (ví dụ như cách giải thích đa thế giới). Ý tưởng cơ bản đó là khi một hệ lượng tử tương tác với một thiết bị đo, hàm sóng tương ứng của nó trở lên vướng víu do đó hệ lượng tử ban đầu mất đi sự tồn tại như là một thực thể độc lập. Về chi tiết, xem bài viết về phép đo trong cơ học lượng tử.Sự tiến triển theo thời gian của một hệ lượng tử được miêu tả bằng phương trình Schrödinger:
Bản chất xác suất của cơ học lượng tử do vậy có nguồn gốc từ tác động của phép đo. Nó là chủ đề trung tâm trong cuộc tranh luận Bohr–Einstein nổi tiếng, khi hai nhà vật lý học cố gắng hiểu rõ những nguyên lý cơ bản này bằng các thí nghiệm tưởng tượng.
Cơ học lượng tử
Một số hàm sóng có phân bố xác suất độc lập với thời gian, như trạng thái riêng của Hamiltonian. Nhiều hệ có tính động lực trong cơ học cổ điển được miêu tả bằng những hàm sóng tĩnh như thế. Ví dụ, một electron ở trạng thái bình thường trong nguyên tử được hình dung theo cách cổ điển như là một hạt chuyển động tròn trên quỹ đạo quanh hạt nhân nguyên tử, trong khi đó ở cơ học lượng tử, nó được miêu tả bằng một hàm sóng tĩnh (không phụ thuộc thời gian) bao quanh hạt nhân. Ví dụ, hàm sóng cho electron đối với một nguyên tử hydro ở trạng thái bình thường là một hàm đối xứng cầu gọi là orbital s (Hình 1).
Một số hàm sóng có phân bố xác suất độc lập với thời gian, như trạng thái riêng của Hamiltonian. Nhiều hệ có tính động lực trong cơ học cổ điển được miêu tả bằng những hàm sóng tĩnh như thế.
Cơ học lượng tử
Tuy vậy đã có những kỹ thuật để tìm các nghiệm xấp xỉ. Một phương pháp gọi là lý thuyết nhiễu loạn, sử dụng kết quả giải tích của một một hình cơ học lượng tử đơn giản nhằm tạo ra kết quả cho những mô hình liên quan phức tạp hơn (chẳng hạn) bằng cách thêm vào một thế năng yếu. Một phương pháp khác gọi là "phương trình chuyển động bán cổ điển", áp dụng cho các hệ mà cơ học lượng tử chỉ tạo ra những chênh lệch nhỏ so với hệ cổ điển. Những chênh lệch nhỏ này khi ấy có thể được tính từ những chuyển động cổ điển. Cách tiếp cận này đặc biệt quan trọng trong lý thuyết hỗn loạn lượng tử (quantum chaos).
Tuy vậy đã có những kỹ thuật để tìm các nghiệm xấp xỉ. Một phương pháp gọi là lý thuyết nhiễu loạn, sử dụng kết quả giải tích của một một hình cơ học lượng tử đơn giản nhằm tạo ra kết quả cho những mô hình liên quan phức tạp hơn (chẳng hạn) bằng cách thêm vào một thế năng yếu.
Cơ học lượng tử
Một hệ quả cơ bản của hình thức luận cơ bản cơ học lượng tử đó là nguyên lý bất định. Trong dạng quen thuộc nhất, nguyên lý phát biểu rằng không có sự chuẩn bị nào của một hạt lượng tử có thể cho phép dự đoán chính xác đồng thời kết quả đo vị trí và kết quả đo động lượng của hạt. Cả vị trí và động lượng là những đại lượng quan sát được, có nghĩa rằng chúng được biểu diễn bởi các toán tử Hermit. Hai toán tử vị trí
Một hệ quả cơ bản của hình thức luận cơ bản cơ học lượng tử đó là nguyên lý bất định. Trong dạng quen thuộc nhất, nguyên lý phát biểu rằng không có sự chuẩn bị nào của một hạt lượng tử có thể cho phép dự đoán chính xác đồng thời kết quả đo vị trí và kết quả đo động lượng của hạt.
Cơ học lượng tử
Các trạng thái không tách được được gọi là vướng víu hay rối lượng tử.Nếu trạng thái cho một hệ tổ hợp là rối (hay không tách được), không thể miêu tả được các hệ thành phần A hoặc hệ B bằng một vectơ trạng thái. Thay vào đó có thể xác định ma trận mật độ thu gọn miêu tả sự thống kê thu được bằng các phép đo trên từng hệ thành phần. Mặc dù thế phép đo làm mất thông tin: khi biết ma trận mật độ thu gọn của từng hệ thành phần là không đủ để tái dựng được trạng thái của hệ tổ hợp. Giống như ma trận mật độ xác định trạng thái của một hệ thành phần trong hệ lớn hơn, một cách tương tự, độ đo giá trị toán tử dương (POVM) miêu tả hiệu ứng trên một hệ thành phần của một phép đo thực hiện trên hệ lớn hơn. POVM được sử dụng thường xuyên trong lý thuyết thông tin lượng tử.Như miêu tả ở trên, vướng víu lượng tử là một đặc trưng quan trọng của các tiến trình đo trong đó một thiết bị trở lên vướng víu với hệ được đo. Các hệ tương tác với môi trường mà chúng nằm trong thông thường bị vướng víu với môi trường đó, một hiện tượng được gọi là sự mất kết hợp lượng tử (quantum decoherence). Điều này giải thích tại sao, trong thực hành, các hiệu ứng lượng tử trở lên khó quan sát ở những hệ lớn hơn cấp độ vi mô.
Các trạng thái không tách được được gọi là vướng víu hay rối lượng tử.Nếu trạng thái cho một hệ tổ hợp là rối (hay không tách được), không thể miêu tả được các hệ thành phần A hoặc hệ B bằng một vectơ trạng thái. Mặc dù thế phép đo làm mất thông tin: khi biết ma trận mật độ thu gọn của từng hệ thành phần là không đủ để tái dựng được trạng thái của hệ tổ hợp.
Cơ học lượng tử
Có nhiều hình thức luận toán học tương đương trong cơ học lượng tử. Một trong những hình thức luận lâu đời nhất và phổ biến nhất đó là "lý thuyết biến đổi" do Paul Dirac đưa ra, lý thuyết này thống nhất và tổng quát hóa hai hình thức luận sớm nhất của cơ học lượng tử – cơ học ma trận (do Werner Heisenberg, Max Born, và Pascual Jordan đưa ra) và cơ học sóng (bởi Erwin Schrödinger). Một hình thức luận khác của cơ học lượng tử đó là hình thức luận tích phân lộ trình của Feynman, trong đó một biên độ xác suất cơ học lượng tử được xem như là tổng của tất cả các đường đi khả dĩ cổ điển và phi cổ điển giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng. Hình thức luận của Feynman được xem là dạng tương đương của nguyên lý tác dụng trong cơ học cổ điển.
Có nhiều hình thức luận toán học tương đương trong cơ học lượng tử. Một hình thức luận khác của cơ học lượng tử đó là hình thức luận tích phân lộ trình của Feynman, trong đó một biên độ xác suất cơ học lượng tử được xem như là tổng của tất cả các đường đi khả dĩ cổ điển và phi cổ điển giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng.
Cơ học lượng tử
Một giếng thế hữu hạn là trường hợp tổng quát của bài toán giếng thế vô hạn đối với giếng thế có độ sâu hữu hạn. Bài toán giếng thế hữu hạn phức tạp hơn về mặt toán học so với bài toán hạt trong một hộp vô hạn vì hàm sóng không triệt tiêu tại các tường của giếng thế. Thay vào đó, hàm sóng phải thỏa mãn các điều kiện biên toán học phức tạp hơn khi nó khác 0 tại các vùng bên ngoài giếng thế. Các bài toán liên quan khác đó là rào thế hình vuông, một mô hình minh họa cho hiệu ứng xuyên hầm lượng tử đóng vai trò quan trọng trong sự hoạt động của các công nghệ hiện đại như bộ nhớ flash và kính hiển vi quét xuyên hầm.
Một giếng thế hữu hạn là trường hợp tổng quát của bài toán giếng thế vô hạn đối với giếng thế có độ sâu hữu hạn. Bài toán giếng thế hữu hạn phức tạp hơn về mặt toán học so với bài toán hạt trong một hộp vô hạn vì hàm sóng không triệt tiêu tại các tường của giếng thế.
Cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử đã có sự thành công lớn trong giải thích nhiều đặc điểm của vũ trụ, nhắm tới các phạm vi nhỏ và các đại lượng rời rạc và các tương tác mà không thể giải thích bằng các phương pháp cổ điển. Cơ học lượng tử thường chỉ là lý thuyết có thể miêu tả được các hành xử của các hạt hạ nguyên tử cấu thành lên mọi dạng vật chất (electron, proton, neutron, photon, và các hạt khác). Vật lý trạng thái rắn và khoa học vật liệu chủ yếu hoàn toàn dựa vào cơ học lượng tử.Ở nhiều khía cạnh các công nghệ hiện đại hoạt động ở phạm vi mà các hiệu ứng lượng tử trở lên quan trọng. Các ứng dụng quan trọng của lý thuyết lượng tử bao gồm hóa học lượng tử, quang học lượng tử, tính toán lượng tử, nam châm siêu dẫn, diode phát quang, khuếch đại quang học và laser, transistor và chất bán dẫn như vi xử lý, chụp ảnh nghiên cứu và y học như chụp cộng hưởng từ và kính hiển vi điện tử. Nhiều sự giải thích cho nhiều hiện tượng vật lý và sinh học có nguồn gốc từ bản chất của liên kết hóa học, như nổi bật nhất là đại phân tử DNA.
Cơ học lượng tử đã có sự thành công lớn trong giải thích nhiều đặc điểm của vũ trụ, nhắm tới các phạm vi nhỏ và các đại lượng rời rạc và các tương tác mà không thể giải thích bằng các phương pháp cổ điển. Cơ học lượng tử thường chỉ là lý thuyết có thể miêu tả được các hành xử của các hạt hạ nguyên tử cấu thành lên mọi dạng vật chất (electron, proton, neutron, photon, và các hạt khác).
Cơ học lượng tử
Các quy tắc của cơ học lượng tử khẳng định rằng không gian trạng thái của một hệ thống là một không gian Hilbert và rằng các đại lượng quan sát được của hệ là các toán tử Hermit tác dụng lên các vectơ trong không gian đó – mặc dù chúng không nói cho chúng ta biết không gian Hilbert nào hoặc toán tử nào. Những điều này có thể được chọn một cách phù hợp để có thể nhận được miêu tả định lượng về một hệ lượng tử, một bước cần thiết để đưa ra các dự đoán vật lý. Một hướng dẫn quan trọng cho việc thực hiện các lựa chọn này đó là sử dụng nguyên lý tương ứng, một phép toán suy nghiệm phát biểu rằng các tiên đoán của cơ học lượng tử trở thành các miêu tả của cơ học cổ điển trong vùng các số lượng tử lớn. Chúng ta cũng có thể bắt đầu từ thiết lập một mô hình cổ điển của một hệ đặc biệt, rồi thử đoán mô hình lượng tử ẩn dưới mà sẽ cho ra mô hình cổ điển trong giới hạn tương ứng. Cách tiếp cận này được biết đến là sự lượng tử hóa.
Các quy tắc của cơ học lượng tử khẳng định rằng không gian trạng thái của một hệ thống là một không gian Hilbert và rằng các đại lượng quan sát được của hệ là các toán tử Hermit tác dụng lên các vectơ trong không gian đó – mặc dù chúng không nói cho chúng ta biết không gian Hilbert nào hoặc toán tử nào. Một hướng dẫn quan trọng cho việc thực hiện các lựa chọn này đó là sử dụng nguyên lý tương ứng, một phép toán suy nghiệm phát biểu rằng các tiên đoán của cơ học lượng tử trở thành các miêu tả của cơ học cổ điển trong vùng các số lượng tử lớn.
Cơ học lượng tử
Những nỗ lực ban đầu để hợp nhất cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp bao gồm việc thay thế phương trình Schrödinger bằng một phương trình hiệp biến như phương trình Klein–Gordon hoặc phương trình Dirac. Trong khi các lý thuyết này đã thành công trong việc giải thích nhiều kết quả thực nghiệm, chúng có những đặc điểm không phù hợp xuất phát từ việc lý thuyết bỏ qua việc sinh và hủy các cặp hạt tương đối tính. Một lý thuyết lượng tử tương đối tính đầy đủ đòi hỏi sự phát triển của lý thuyết trường lượng tử, ở đây áp dụng sự lượng tử hóa vào một trường (hơn là đối với một tập hợp các hạt cố định). Lý thuyết trường lượng tử hoàn thiện đầu tiên, điện động lực học lượng tử, cung cấp một miêu tả lượng tử đầy đủ về tương tác điện từ. Điện động lực học lượng tử là, cùng với thuyết tương đối rộng, một trong những lý thuyết vật lý chính xác nhất từng được đưa ra.Thường không cần thiết phải dùng toàn bộ nội dung của lý thuyết trường lượng tử để miêu tả các hệ thống điện động lực. Một cách tiếp cận đơn giản hơn, mà đã từng được sử dụng từ lúc khai sinh ra cơ học lượng tử, đó là coi các hạt mang điện như là các đối tượng cơ học lượng tử bị tác động bởi một trường điện từ cổ điển. Ví dụ, mô hình lượng tử cơ bản của nguyên tử hydro miêu tả điện trường của nguyên tử hydro sử dụng một thế Coulomb cổ điển
Những nỗ lực ban đầu để hợp nhất cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp bao gồm việc thay thế phương trình Schrödinger bằng một phương trình hiệp biến như phương trình Klein–Gordon hoặc phương trình Dirac. Một lý thuyết lượng tử tương đối tính đầy đủ đòi hỏi sự phát triển của lý thuyết trường lượng tử, ở đây áp dụng sự lượng tử hóa vào một trường (hơn là đối với một tập hợp các hạt cố định).
Cơ học lượng tử
Mặc dù các dự đoán của cả cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát đã được kiểm nghiệm nhiều lần bằng các chứng cứ thực nghiệm phức tạp và chặt chẽ, dạng thức luận của chúng lại mâu thuẫn với nhau và chúng đã được chứng minh là cực kỳ khó hợp nhất được với nhau thành một lý thuyết nhất quán và thống nhất. Hấp dẫn là rất nhỏ trong nhiều phạm vi của vật lý hạt, do đó sự thống nhất giữa thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử không phải là một vấn đề cấp bách trong các ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, hiện chưa có một lý thuyết đúng đắn về hấp dẫn lượng tử là một vấn đề quan trọng trong vũ trụ học vật lý và sự tìm kiếm của các nhà vật lý đi đến một "lý thuyết vạn vật" (TOE) tao nhã. Do đó, mục tiêu giải quyết được những mâu thuẫn giữa hai lý thuyết là một trong những mục tiêu lớn của vật lý thế kỷ 20 và thế kỷ 21. Thuyết TOE sẽ kết hợp không chỉ các mô hình của vật lý hạt hạ nguyên tử nhưng cũng cho phép suy ra bốn lực trong tự nhiên từ một lực thống nhất hoặc một hiện tượng.Một đề xuất nổi bật đó là lý thuyết dây, lý thuyết cho rằng các hạt điểm của vật lý hạt được thay thế bằng các đối tượng một chiều được gọi là dây. Lý thuyết dây miêu tả cách mà những dây này lan truyền trong không gian và tương tác với nhau. Trên những phạm vi khoảng cách lớn hơn phạm vi của dây, một dây sẽ trông giống như một hạt cơ bản bình thường, với khối lượng, điện tích, và các tính chất khác được xác định bởi các trạng thái rung động của dây. Trong lý thuyết dây, một trong nhiều các trạng thái rung động của dây tương ứng với hạt graviton, một hạt lượng tử truyền lực hấp dẫn.Một lý thuyết phổ biến khác đó là hấp dẫn lượng tử vòng (LQG), lý thuyết miêu tả các tính chất lượng tử của hấp dẫn cũng như miêu tả không thời gian lượng tử. LQG cố gắng hợp nhất và chấp nhận cơ học lượng tử chuẩn và thuyết tương đối rộng chuẩn. Lý thuyết này miêu tả không gian như một tấm vải cực kỳ mịn được dệt bằng những vòng khép kín hữu hạn gọi là mạng lưới spin. Sự tiến triển của một mạng lưới spin theo thời gian được gọi là bọt spin. Độ dài đặc trưng của bọt spin bằng độ dài Planck, xấp xỉ 1,616×10−35 m, do vậy các độ dài và kích thước nhỏ hơn độ dài Planck không có ý nghĩa trong LQG.
Mặc dù các dự đoán của cả cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát đã được kiểm nghiệm nhiều lần bằng các chứng cứ thực nghiệm phức tạp và chặt chẽ, dạng thức luận của chúng lại mâu thuẫn với nhau và chúng đã được chứng minh là cực kỳ khó hợp nhất được với nhau thành một lý thuyết nhất quán và thống nhất. Lý thuyết dây miêu tả cách mà những dây này lan truyền trong không gian và tương tác với nhau.
Cơ học lượng tử
Kể từ khi ra đời, nhiều khía cạnh phản trực giác và kết quả của cơ học lượng tử đã gây ra các cuộc tranh luận triết học mạnh mẽ và nhiều cách giải thích khác nhau. Các lập luận tập trung vào bản chất xác suất của cơ học lượng tử, những khó khăn với sự suy sụp hàm sóng và vấn đề đo lường liên quan, và tính phi định xứ lượng tử. Có lẽ sự đồng thuận duy nhất tồn tại về những vấn đề này là không có sự đồng thuận nào cả. Richard Feynman từng nói, "Tôi nghĩ tôi có thể tự tin khi nói rằng không ai hiểu cơ học lượng tử." Theo Steven Weinberg, "Theo quan điểm của tôi, hiện nay không có cách giải thích nào hoàn toàn thỏa đáng về cơ học lượng tử."Quan điểm của Niels Bohr, Werner Heisenberg và của các nhà vật lý khác thường được nhóm lại với nhau bằng cách "giải thích Copenhagen". Theo những quan điểm này, bản chất xác suất của cơ học lượng tử không phải là một đặc điểm tạm thời mà cuối cùng sẽ bị thay thế bởi một lý thuyết xác định, mà thay vào đó là sự từ bỏ ý tưởng cổ điển về "quan hệ nhân quả". Bohr đặc biệt nhấn mạnh rằng bất kỳ ứng dụng nào được xác định rõ ràng của hình thức luận cơ lượng tử phải luôn tham chiếu đến cách sắp xếp thí nghiệm, do bản chất bổ sung của bằng chứng thu được trong các tình huống thí nghiệm khác nhau. Cách giải thích kiểu Copenhagen vẫn còn phổ biến trong thế kỷ 21.Bản thân Albert Einstein, một trong những người sáng lập thuyết lượng tử, đã gặp khó khăn khi lý thuyết rõ ràng không tuân theo một số nguyên lý siêu hình được ưa thích, như tính tất định và tính định xứ. Những cuộc trao đổi lâu dài của Einstein với Bohr về ý nghĩa và trạng thái của cơ học lượng được biết đến là tranh luận Bohr–Einstein. Einstein tin rằng bên dưới cơ học lượng tử phải có một lý thuyết không cho phép tồn tại tác dụng ở một khoảng cách từ xa (action at a distance). Ông cho rằng cơ học lượng tử là lý thuyết chưa đầy đủ, lý thuyết có giá trị đúng nhưng chưa ở mức cơ bản, tương tự như nhiệt động lực học là đúng, nhưng lý thuyết cơ bản bên dưới nó là cơ học thống kê. Năm 1935, Einstein và các cộng sự Boris Podolsky và Nathan Rosen công bố lập luận cho rằng nguyên lý định xứ hàm ý sự không hoàn chỉnh của cơ học lượng tử, sau đó một thí nghiệm tưởng tượng được đặt tên là nghịch lý Einstein–Podolsky–Rosen. Năm 1964, John Bell đã chỉ ra rằng nguyên lý định xứ của EPR, cùng với thuyết tất định, thực sự không tương thích với cơ học lượng tử: chúng ngụ ý những ràng buộc đối với các mối tương quan tạo ra bởi các hệ thống khoảng cách, ngày nay được gọi là các bất đẳng thức Bell, có thể bị vi phạm bởi các hạt vướng víu. Kể từ đó đã có một số thí nghiệm được thực hiện để kiểm tra các mối tương quan này, với kết quả thu được đúng là chúng vi phạm bất đẳng thức Bell, và do vậy bác bỏ sự kết hợp giữa tính định xứ và thuyết tất định.Lý thuyết De Broglie–Bohm chỉ ra có thể viết lại hình thức luận của cơ học lượng tử để cho nó tương thích với thuyết tất định, nhưng với giá làm cho lý thuyết thể hiện rõ tính phi định xứ. Nó không chỉ quy một hàm sóng cho một hệ thống vật lý, mà còn cho một vị trí thực, tiến triển một cách xác định theo một phương trình hướng dẫn phi cục bộ. Sự tiến triển của một hệ thống vật lý được cho bởi ở mọi thời gian từ phương trình Schrödinger cùng với phương trình hướng dẫn; do vậy không bao giờ có sự suy sụp của hàm sóng. Điều này giải quyết vấn đề đo lường.Cách giải thích đa thế giới của Everett, đưa ra vào năm 1956, cho rằng mọi xác suất miêu tả bởi thuyết lượng tử đồng thời xuất hiện trong một đa vũ trụ chứa các vũ trụ song song độc lập với nhau. Đây là hệ quả của việc xóa bỏ tiên đề về sự suy sụp bó sóng. Mọi trạng thái khả dĩ của hệ được đo và thiết bị đo, cùng với người quan sát, được biểu diễn trong sự chồng chập lượng tử vật lý thực. Trong khi đa vũ trụ là tất định, chúng ta chỉ nhận thức các hành xử phi tất định bị chi phối bởi các xác suất, bởi vì chúng ta không quan sát được đa vũ trụ một cách tổng thể, mà chỉ có thể quan sát được một vũ trụ song song ở một thời điểm. Chính xác cách thức hoạt động của điều này đã là chủ đề của nhiều cuộc tranh luận. Một số nỗ lực đã được thực hiện để hiểu điều này và rút ra quy tắc Born, mà không có sự đồng thuận về việc liệu chúng có thành công hay không.Cơ học lượng tử quan hệ (Relational quantum mechanics) xuất hiện vào cuối thập niên 1990 như là một thuyết phái sinh hiện đại của những ý tưởng kiểu Copenhagen, và QBism được phát triển ở một vài năm về sau.
Kể từ khi ra đời, nhiều khía cạnh phản trực giác và kết quả của cơ học lượng tử đã gây ra các cuộc tranh luận triết học mạnh mẽ và nhiều cách giải thích khác nhau. Có lẽ sự đồng thuận duy nhất tồn tại về những vấn đề này là không có sự đồng thuận nào cả.
Cơ học lượng tử
Cơ học lượng tử được phát triển vào những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, được thúc đẩy bởi nhu cầu giải thích các hiện tượng, trong một số trường hợp, đã được quan sát thấy trong thời gian trước đó. Nghiên cứu khoa học về bản chất sóng của ánh sáng bắt đầu vào thế kỷ 17 và 18, khi các nhà khoa học như Robert Hooke, Christiaan Huygens và Leonhard Euler đề xuất lý thuyết sóng của ánh sáng dựa trên các quan sát thực nghiệm. Năm 1803 nhà bác học Thomas Young người Anh miêu tả thí nghiệm hai khe nổi tiếng. Thí nghiệm này đóng vai trò quan trọng trong việc chấp nhận chung lý thuyết sóng của ánh sáng.
Cơ học lượng tử được phát triển vào những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, được thúc đẩy bởi nhu cầu giải thích các hiện tượng, trong một số trường hợp, đã được quan sát thấy trong thời gian trước đó. Nghiên cứu khoa học về bản chất sóng của ánh sáng bắt đầu vào thế kỷ 17 và 18, khi các nhà khoa học như Robert Hooke, Christiaan Huygens và Leonhard Euler đề xuất lý thuyết sóng của ánh sáng dựa trên các quan sát thực nghiệm.
Cơ học lượng tử
Vào đầu thế kỷ 19, các nghiên cứu khoa học của John Dalton và Amedeo Avogadro đã giúp củng cố thuyết nguyên tử của vật chất, một ý tưởng mà về sau được James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann và nhiều nhà khoa học khác tiếp tục xây dựng để hình thành nên thuyết động học chất khí. Những kết quả của thuyết động học đã phần nào làm sáng tỏ quan điểm rằng vật chất được cấu tạo bởi nguyên tử, song, lý thuyết này vẫn còn những thiếu sót chỉ có thể giải quyết được nhờ sự phát triển của cơ học lượng tử. Dù khái niệm ban đầu về nguyên tử từ triết học Hy Lạp cho rằng chúng là đơn vị không thể chia nhỏ – cụm từ "nguyên tử" lấy từ nguyên gốc trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là "không cắt nhỏ được" – nhưng thế kỷ 19 đã chứng kiến sự xuất hiện các giả thuyết về cấu trúc hạ nguyên tử. Một thành tựu quan trọng liên quan vấn đề này là quan sát của Michael Faraday năm 1838 về một lớp sáng được tạo ra nhờ phóng điện bên trong một ống thủy tinh chứa khí ở áp suất thấp. Công trình của Faraday sau đó tiếp tục được phát triển bởi Julius Plücker, Johann Wilhelm Hittorf và Eugen Goldstein dẫn đến sự nhận diện tia âm cực, vốn được J. J. Thomson phát hiện có chứa các hạt hạ nguyên tử mà về sau được gọi là electron.Vấn đề bức xạ vật đen được Gustav Kirchhoff khám phá vào năm 1859. Đến năm 1900, Max Planck đưa ra giả thuyết rằng năng lượng được bức xạ và hấp thụ trong các "lượng tử" (hay gói năng lượng) rời rạc khớp chính xác với các dạng bức xạ vật đen quan sát được. Từ lượng tử bắt nguồn từ tiếng Latinh, có nghĩa là "lớn như thế nào" hoặc "bao nhiêu". Theo Planck, các đại lượng năng lượng có thể được coi chia thành các "phần tử" có độ lớn (E) tỷ lệ với tần số (ν) của chúng:
Vào đầu thế kỷ 19, các nghiên cứu khoa học của John Dalton và Amedeo Avogadro đã giúp củng cố thuyết nguyên tử của vật chất, một ý tưởng mà về sau được James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann và nhiều nhà khoa học khác tiếp tục xây dựng để hình thành nên thuyết động học chất khí. Theo Planck, các đại lượng năng lượng có thể được coi chia thành các "phần tử" có độ lớn (E) tỷ lệ với tần số (ν) của chúng:
Cơ học lượng tử
Giai đoạn này được biết đến như là thuyết lượng tử cũ. Không bao giờ hoàn chỉnh hoặc tự nhất quán, lý thuyết lượng tử cũ đúng hơn là một tập hợp các hiệu chỉnh heuristic đối với cơ học cổ điển. Lý thuyết hiện nay được hiểu là một phép gần đúng bán cổ điển đối với cơ học lượng tử hiện đại. Các kết quả đáng chú ý từ thời kỳ này bao gồm, ngoài công trình của Planck, Einstein và Bohr đã đề cập ở trên, công trình của Einstein và Peter Debye về nhiệt dung riêng của chất rắn, chứng minh của Bohr và Hendrika Johanna van Leeuwen rằng vật lý cổ điển không thể giải thích cho hiện tượng nghịch từ, và sự mở rộng của Arnold Sommerfeld về mô hình Bohr để bao gồm các hiệu ứng tương đối tính đặc biệt.
Giai đoạn này được biết đến như là thuyết lượng tử cũ. Các kết quả đáng chú ý từ thời kỳ này bao gồm, ngoài công trình của Planck, Einstein và Bohr đã đề cập ở trên, công trình của Einstein và Peter Debye về nhiệt dung riêng của chất rắn, chứng minh của Bohr và Hendrika Johanna van Leeuwen rằng vật lý cổ điển không thể giải thích cho hiện tượng nghịch từ, và sự mở rộng của Arnold Sommerfeld về mô hình Bohr để bao gồm các hiệu ứng tương đối tính đặc biệt.
Cơ học lượng tử
Vào giữa những năm 1920, cơ học lượng tử đã được phát triển để trở thành lý thuyết tiêu chuẩn cho vật lý nguyên tử. Năm 1923, nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie đưa ra lý thuyết của mình về sóng vật chất bằng cách phát biểu rằng các hạt có thể biểu hiện các đặc tính của sóng và ngược lại. Dựa trên cách tiếp cận của de Broglie, cơ học lượng tử hiện đại ra đời vào năm 1925, khi các nhà vật lý người Đức Werner Heisenberg, Max Born, và Pascual Jordan phát triển cơ học ma trận và nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger phát minh ra cơ học sóng. Born đã giới thiệu cách giải thích xác suất của hàm sóng Schrödinger vào tháng 7 năm 1926. Do đó, toàn bộ lĩnh vực vật lý lượng tử đã xuất hiện, dẫn đến việc nó được chấp nhận rộng rãi hơn tại hội nghị Solvay lần thứ năm vào năm 1927.Đến năm 1930, cơ học lượng tử đã được David Hilbert, Paul Dirac và John von Neumann thống nhất và toán học hóa hơn nữa với sự nhấn mạnh nhiều hơn vào phép đo, bản chất thống kê của kiến thức về thực tế của chúng ta và suy đoán triết học về 'người quan sát'. Kể từ đó, nó đã thâm nhập vào nhiều ngành, bao gồm hóa học lượng tử, điện tử lượng tử, quang học lượng tử và khoa học thông tin lượng tử. Nó cũng cung cấp một khuôn khổ hữu ích cho nhiều đặc điểm của bảng tuần hoàn các nguyên tố hiện đại, và mô tả hành vi của các nguyên tử trong quá trình liên kết hóa học và dòng electron trong chất bán dẫn máy tính, và do đó đóng vai trò quan trọng trong nhiều công nghệ hiện đại. Trong khi cơ học lượng tử được xây dựng để mô tả thế giới rất nhỏ, nó cũng cần thiết để giải thích một số hiện tượng vĩ mô chẳng hạn như chất siêu dẫn và siêu lỏng.
Vào giữa những năm 1920, cơ học lượng tử đã được phát triển để trở thành lý thuyết tiêu chuẩn cho vật lý nguyên tử. Kể từ đó, nó đã thâm nhập vào nhiều ngành, bao gồm hóa học lượng tử, điện tử lượng tử, quang học lượng tử và khoa học thông tin lượng tử.
Bức xạ điện từ
Mức nặng là biến tính mạnh, phân tử không còn tham dự được vào hoạt động sống. Nếu lượng phân tử bị biến tính lớn thì tế bào chết.Khi có nhiều tế bào chết thì được gọi là "bỏng vi sóng". Số tế bào chết nằm xen với tế bào sống, và giảm dần từ mặt da vào đến bề dày da, của sóng 2450 MHz là đến 17 mm. Hiện tượng này có thể xảy ra khi đặt laptop làm việc lên đùi, do quá gần vi sóng dư do laptop phát ra. Tổn thương vi sóng không hiện ra thành vùng rõ như bỏng nhiệt truyền thống, và nhiều người không nhận ra. Thông thường thì bạch cầu dọn được các tế bào chết, nhưng việc dọn các tế bào lỗi di truyền thì tùy thuộc vào khả năng của hệ thống bạch huyết của từng cá thể, để lại nguy cơ phát sinh ung thư.
Mức nặng là biến tính mạnh, phân tử không còn tham dự được vào hoạt động sống. Số tế bào chết nằm xen với tế bào sống, và giảm dần từ mặt da vào đến bề dày da, của sóng 2450 MHz là đến 17 mm.
Bức xạ điện từ
Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có ba loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau). Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ ba loại tế bào này tạo nên những phổ màu sắc phong phú. Để tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng ba loại đèn phát sáng ở 3 vùng quang phổ nhạy cảm của người.
Các dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có ba loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau).
Hằng số Avogadro
Hằng số Avogadro (ký hiệu là NA hoặc L) là một hằng số tỉ lệ thuận liên hệ số hạt (thường là nguyên tử, phân tử hoặc ion) trong một mẫu với lượng chất trong mẫu đó. Trong hệ SI, hằng số Avogadro có đơn vị là nghịch đảo của mol và được xác định là NA = 6,022 140 76 × 1023 mol−1. Nó được đặt tên theo nhà khoa học người Ý Amedeo Avogadro.Giá trị đại số của hằng số Avogadro là một đại lượng không thứ nguyên, được gọi là số Avogadro (ký hiệu là N hoặc N0) và bằng số hạt trong 1 mol chất (đơn vị đo lượng chất trong hệ đo lường quốc tế) hay bằng đúng 6,022 140 76 × 1023.Giá trị của hằng số Avogadro được chọn sao cho khối lượng của một mol hợp chất (đơn vị gam) bằng khối lượng trung bình của một phân tử hợp chất đó về mặt số học (đơn vị dalton – đơn vị khối lượng nguyên tử); một dalton bằng 1/12 khối lượng của một nguyên tử cacbon-12 và gần bằng khối lượng của một nucleon (proton hoặc neutron). Chẳng hạn, khối lượng trung bình của một phân tử nước là khoảng 18,0153 dalton và một mol nước (N phân tử) nặng khoảng 18,0153 gam. Do đó, hằng số Avogadro NA là đại lượng tỉ lệ thuận giữa khối lượng mol của một chất và khối lượng trung bình của một phân tử, đồng thời số Avogadro cũng gần bằng số nucleon trong một gam vật chất.Hằng số Avogadro còn có trong liên hệ giữa thể tích mol của một chất với thể tích trung bình do một trong những hạt cấu thành chất đó chiếm dụng về mặt lý thuyết khi cả hai đại lượng trên được đo cùng một đơn vị thể tích. Chẳng hạn, vì thể tích mol của nước ở điều kiện thường là khoảng 18 ml/mol nên thể tích mà một phân tử nước chiếm dụng là khoảng 18/6,022 × 10−23 ml, hay khoảng 30 Å3 (ångström khối). Đối với tinh thể, nó liên hệ thể tích mol của tinh thể đó (đo bằng ml/mol), thể tích của ô cơ sở lặp lại (đơn vị ml) và số phân tử trong ô cơ sở đó.
Hằng số Avogadro (ký hiệu là NA hoặc L) là một hằng số tỉ lệ thuận liên hệ số hạt (thường là nguyên tử, phân tử hoặc ion) trong một mẫu với lượng chất trong mẫu đó. Chẳng hạn, khối lượng trung bình của một phân tử nước là khoảng 18,0153 dalton và một mol nước (N phân tử) nặng khoảng 18,0153 gam.
Hằng số Avogadro
Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về hằng số Avogadro trong lịch sử. Josef Loschmidt lần đầu tiên xác định giá trị gần đúng của nó vào năm 1865. Sau này, Jean Perrin định nghĩa nó là số nguyên tử trong 16 gam oxy. Tại hội nghị lần thứ 14 của Văn phòng Cân đo Quốc tế (BIPM), tái định nghĩa hằng số Avogadro là số nguyên tử trong 12 gam đồng vị cacbon-12 (12C). Trong mỗi trường hợp trên, mol được định nghĩa là đại lượng chỉ lượng chất chứa cùng số lượng nguyên tử với các mẫu tham khảo. Đặc biệt, đối với cacbon-12, một mol cacbon-12 đúng bằng 12 gam nguyên tố đó.
Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về hằng số Avogadro trong lịch sử. Josef Loschmidt lần đầu tiên xác định giá trị gần đúng của nó vào năm 1865.
Hằng số Avogadro
Các khái niệm trên cho thấy giá trị của số Avogadro phụ thuộc vào giá trị khối lượng (đo bằng gam) của một nguyên tử thuộc các nguyên tố trên thông qua thực nghiệm, nên trước đây người ta chỉ biết đến số Avogadro dưới dạng một số thập phân hữu hạn. Tuy vậy, tại hội nghị lần thứ 26, BIPM đã công bố định nghĩa mới về số Avogadro, mol và lượng chất. Theo đó, từ ngày 20 tháng 5 năm 2019, số Avogadro là số N = 6,022 140 76 × 1023 và mol là lượng chất được xét chứa N hạt thành phần của chất đó. Với khái niệm mới, khối lượng của một mol chất bất kỳ (gồm hydro, cacbon-12 và oxy-16) bằng N lần khối lượng trung bình của một hạt được xét trong chất đó − một đại lượng vật lý mà giá trị chính xác của nó phải xác định bằng thực nghiệm.
Các khái niệm trên cho thấy giá trị của số Avogadro phụ thuộc vào giá trị khối lượng (đo bằng gam) của một nguyên tử thuộc các nguyên tố trên thông qua thực nghiệm, nên trước đây người ta chỉ biết đến số Avogadro dưới dạng một số thập phân hữu hạn. Theo đó, từ ngày 20 tháng 5 năm 2019, số Avogadro là số N = 6,022 140 76 × 1023 và mol là lượng chất được xét chứa N hạt thành phần của chất đó.
Hằng số Avogadro
Hằng số Avogadro được đặt tên theo nhà khoa học người Ý Amedeo Avogadro (1776−1856). Năm 1811, ông lần đầu tiên cho rằng thể tích của chất khí (tại áp suất và nhiệt độ xác định) tỉ lệ thuận với số nguyên tử hoặc phân tử bất kể tính chất của chất khí đó.Nhà vật lý Jean Perrin đặt ra thuật ngữ số Avogadro vào năm 1909. Ông định nghĩa nó là số phân tử trong đúng 32 gam oxy. Mục đích của định nghĩa này là để khối lượng một mol chất (đơn vị gam) bằng (về mặt số học) với khối lượng của một phân tử so với khối lượng của nguyên tử hydro. Vì theo định luật thành phần không đổi, khối lượng của nguyên tử hydro là đơn vị tự nhiên của nguyên tử khối và bằng 1/16 nguyên tử khối của oxy.
Hằng số Avogadro được đặt tên theo nhà khoa học người Ý Amedeo Avogadro (1776−1856). Năm 1811, ông lần đầu tiên cho rằng thể tích của chất khí (tại áp suất và nhiệt độ xác định) tỉ lệ thuận với số nguyên tử hoặc phân tử bất kể tính chất của chất khí đó.Nhà vật lý Jean Perrin đặt ra thuật ngữ số Avogadro vào năm 1909.
Hằng số Avogadro
trong đó p0 là áp suất, R là hằng số khí và T0 là nhiệt độ tuyệt đối. Vì vậy, ký hiệu L thỉnh thoảng được dùng cho hằng số Avogadro. Tại Đức, tên gọi này có thể dùng chung cho cả hai hằng số, chỉ có thể phân biệt qua đơn vị đo.Perrin cũng xác định số Avogadro qua các phương pháp thí nghiệm. Nhờ vào đóng góp này mà ông được trao Giải Nobel Vật lý năm 1926.Điện tích trên một mol electron là một hằng số được gọi là hằng số Faraday và được biết đến từ năm 1834 khi Michael Faraday công bố định luật về điện phân của ông. Năm 1910, Robert Millikan lần đầu tiên đo được điện tích của một electron. Nếu lấy điện tích của một mol electron chia cho điện tích của một electron thì được kết quả là giá trị ước tính chính xác hơn của số Avogadro.
trong đó p0 là áp suất, R là hằng số khí và T0 là nhiệt độ tuyệt đối. Tại Đức, tên gọi này có thể dùng chung cho cả hai hằng số, chỉ có thể phân biệt qua đơn vị đo.Perrin cũng xác định số Avogadro qua các phương pháp thí nghiệm.
Hằng số Avogadro
Năm 2017, BIPM quyết định thay đổi khái niệm về mol và lượng chất. Theo định nghĩa mới, mol là lượng chất chứa đúng 6,022 140 76 × 1023 hạt đơn vị. Hệ quả của thay đổi trên là khối lượng của một mol 12C không còn bằng đúng 0,012 kg. Mặt khác, dalton (đơn vị khối lượng nguyên tử) vẫn được giữ nguyên khái niệm, tức bằng 1/12 khối lượng 12C. Do đó, hằng số khối lượng mol không còn bằng đúng 1 g/mol, tuy nhiên người ta thường bỏ qua sai số 3,5 × 10−10 trong tính toán thông thường.
Năm 2017, BIPM quyết định thay đổi khái niệm về mol và lượng chất. Mặt khác, dalton (đơn vị khối lượng nguyên tử) vẫn được giữ nguyên khái niệm, tức bằng 1/12 khối lượng 12C.
Hợp chất
Trong hóa học, hợp chất là 1 chất được cấu tạo bởi từ 2 nguyên tố khác loại trở lên, với tỷ lệ thành phần cố định và trật tự nhất định. Thành phần của hợp chất khác với hỗn hợp, ở chỗ không thể tách các nguyên tố hóa học ra khỏi hợp chất bằng phương pháp vật lý. Ví dụ, nước (H2O) là hợp chất gồm 1 nguyên tử H cho mỗi nguyên tử O. Trái ngược với hợp chất là đơn chất.
Trong hóa học, hợp chất là 1 chất được cấu tạo bởi từ 2 nguyên tố khác loại trở lên, với tỷ lệ thành phần cố định và trật tự nhất định. Ví dụ, nước (H2O) là hợp chất gồm 1 nguyên tử H cho mỗi nguyên tử O. Trái ngược với hợp chất là đơn chất.
Hợp chất
Một công thức hóa học xác định số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong một phân tử hợp chất, sử dụng chữ viết tắt tiêu chuẩn cho các nguyên tố hóa học và số kí hiệu. Ví dụ, một phân tử nước có công thức H2O chỉ ra hai nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử oxy. Nhiều hợp chất hóa học có số nhận dạng số CAS duy nhất được chỉ định bởi Dịch vụ tóm tắt hóa học. Trên toàn cầu, hơn 350.000 hợp chất hóa học (bao gồm cả hỗn hợp hóa chất) đã được đăng ký để sản xuất và sử dụng.Một hợp chất có thể được chuyển đổi thành một thành phần hóa học khác nhau bằng cách tương tác với một hợp chất hóa học thứ hai thông qua một phản ứng hóa học. Trong quá trình này, liên kết giữa các nguyên tử bị phá vỡ trong cả hai hợp chất tương tác và liên kết mới được hình thành.
Một công thức hóa học xác định số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong một phân tử hợp chất, sử dụng chữ viết tắt tiêu chuẩn cho các nguyên tố hóa học và số kí hiệu. Trong quá trình này, liên kết giữa các nguyên tử bị phá vỡ trong cả hai hợp chất tương tác và liên kết mới được hình thành.
Hợp chất
Bất kỳ chất nào bao gồm hai hoặc nhiều loại nguyên tử (nguyên tố hóa học) khác nhau theo tỷ lệ cân bằng hóa học cố định đều có thể được gọi là hợp chất hóa học; khái niệm này dễ hiểu nhất khi xem xét các chất hóa học tinh khiết. Nó xuất phát từ việc chúng bao gồm các tỷ lệ cố định của hai hoặc nhiều loại nguyên tử mà các hợp chất hóa học có thể được chuyển đổi, thông qua phản ứng hóa học, thành các hợp chất hoặc các chất mà mỗi nguyên tử có ít nguyên tử hơn. Tỷ lệ của mỗi nguyên tố trong hợp chất được thể hiện bằng tỷ lệ trong công thức hóa học của nó. Một công thức hóa học là một cách để thể hiện thông tin về tỷ lệ của các nguyên tử tạo thành một hợp chất hóa học đặc biệt, sử dụng chữ viết tắt tiêu chuẩn cho các nguyên tố hóa học, và kí hiệu để chỉ số nguyên tử có liên quan. Ví dụ, nước bao gồm hai nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử oxy: công thức hóa học là H 2 O. Trong trường hợp của các hợp chất không cân bằng hóa học, tỷ lệ có thể biến thiên liên quan đến việc điều chế của chúng với, và đưa ra tỷ lệ cố định của các yếu tố thành phần của chúng, nhưng tỷ lệ mà có thể nằm trong một phạm vi [ví dụ, đối với palladium hydride, PDH x (0,02 <x <0,58)].Các hợp chất hóa học có cấu trúc hóa học độc nhất và xác định được tổ chức với nhau theo cách sắp xếp không gian xác định bằng các liên kết hóa học. Các hợp chất hóa học có thể là các hợp chất phân tử được giữ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, muối hay axit được liên kết với nhau bằng liên kết ion, hợp chất intermetallic được giữ với nhau bằng liên kết kim loại hoặc tập hợp các phức hợp hóa học được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Các nguyên tố hóa học tinh khiết thường không được coi là hợp chất hóa học, không đáp ứng yêu cầu hai nguyên tử trở lên, mặc dù chúng thường bao gồm các phân tử gồm nhiều nguyên tử (như trong phân tử diatomic H 2, hoặc phân tử polyatomic S 8, v.v.). Nhiều hợp chất hóa học có số nhận dạng số duy nhất được chỉ định bởi Dịch vụ tóm tắt hóa học (CAS): số CAS của nó.
Bất kỳ chất nào bao gồm hai hoặc nhiều loại nguyên tử (nguyên tố hóa học) khác nhau theo tỷ lệ cân bằng hóa học cố định đều có thể được gọi là hợp chất hóa học; khái niệm này dễ hiểu nhất khi xem xét các chất hóa học tinh khiết. Tỷ lệ của mỗi nguyên tố trong hợp chất được thể hiện bằng tỷ lệ trong công thức hóa học của nó.
Hợp chất
Có các chất khác biệt danh pháp khác nhau và đôi khi không nhất quán, bao gồm các ví dụ thực sự không cân bằng hóa học, từ các hợp chất hóa học, đòi hỏi các tỷ lệ cố định. Nhiều chất hóa học rắn, ví dụ như nhiều khoáng vật silicat là các chất hóa học, nhưng không có công thức đơn giản phản ánh liên kết hóa học của các nguyên tố với nhau theo tỷ lệ cố định; mặc dù vậy, các chất kết tinh này thường được gọi là "các hợp chất không cân bằng hóa học". Có thể lập luận rằng chúng có liên quan đến, chứ không phải là các hợp chất hóa học, trong trường hợp sự biến đổi trong thành phần của chúng thường là do sự có mặt của các nguyên tố lạ bị mắc kẹt trong cấu trúc tinh thể của một hợp chất hóa học thực sự khác, hoặc do nhiễu loạn trong cấu trúc liên quan đến hợp chất đã biết phát sinh do sự thiếu hụt của các yếu tố cấu thành tại các vị trí trong cấu trúc của nó; các chất không cân bằng hóa học này (cùng các loại có trong nhiều khoáng vật khác) tạo thành hầu hết lớp vỏ và lớp phủ của Trái Đất. Các hợp chất khác được coi là giống hệt nhau về mặt hóa học có thể có tỉ lệ đồng vị nặng hoặc nhẹ khác nhau của các nguyên tố cấu thành, làm thay đổi tỷ lệ các nguyên tố theo khối lượng một chút.
Có các chất khác biệt danh pháp khác nhau và đôi khi không nhất quán, bao gồm các ví dụ thực sự không cân bằng hóa học, từ các hợp chất hóa học, đòi hỏi các tỷ lệ cố định. Các hợp chất khác được coi là giống hệt nhau về mặt hóa học có thể có tỉ lệ đồng vị nặng hoặc nhẹ khác nhau của các nguyên tố cấu thành, làm thay đổi tỷ lệ các nguyên tố theo khối lượng một chút.
Hợp chất
Lực phân tán London là lực yếu nhất trong tất cả các lực liên phân tử. Chúng là các lực hấp dẫn tạm thời hình thành khi các electron trong hai nguyên tử liền kề được định vị sao cho chúng tạo ra một lưỡng cực tạm thời. Ngoài ra, các lực phân tán London chịu trách nhiệm ngưng tụ các chất không phân cực thành chất lỏng và tiếp tục đóng băng đến trạng thái rắn phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường thấp như thế nào.Một liên kết cộng hóa trị, còn được gọi là liên kết phân tử, liên quan đến việc chia sẻ các electron giữa hai nguyên tử. Về cơ bản, loại liên kết này xảy ra giữa các nguyên tố gần nhau trên bảng tuần hoàn các nguyên tố, tuy nhiên nó được quan sát giữa một số kim loại và phi kim. Điều này là do cơ chế của loại trái phiếu này. Các nguyên tố nằm gần nhau trên bảng tuần hoàn có xu hướng có độ âm điện tương tự nhau, có nghĩa là chúng có ái lực tương tự với các điện tử. Do cả hai phần tử đều không có ái lực mạnh hơn để tặng hoặc thu được electron, nó khiến các phần tử chia sẻ electron để cả hai phần tử có octet ổn định hơn.
Lực phân tán London là lực yếu nhất trong tất cả các lực liên phân tử. Do cả hai phần tử đều không có ái lực mạnh hơn để tặng hoặc thu được electron, nó khiến các phần tử chia sẻ electron để cả hai phần tử có octet ổn định hơn.
Hợp chất
Liên kết ion xảy ra khi các electron hóa trị được chuyển hoàn toàn giữa các nguyên tố. Đối lập với liên kết cộng hóa trị, liên kết hóa học này tạo ra hai ion tích điện trái dấu. Các kim loại trong liên kết ion thường mất các electron hóa trị của chúng, trở thành một cation tích điện dương. Phi kim sẽ thu được các electron từ kim loại, làm cho phi kim trở thành một anion tích điện âm. Như đã phác thảo, liên kết ion xảy ra giữa một người cho điện tử, thường là kim loại và chất nhận điện tử, có xu hướng là một phi kim.Liên kết hydro xảy ra khi một nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử có độ âm điện tạo thành một kết nối tĩnh điện với một nguyên tử có độ âm điện khác thông qua các lưỡng cực hoặc điện tích tương tác.
Liên kết ion xảy ra khi các electron hóa trị được chuyển hoàn toàn giữa các nguyên tố. Như đã phác thảo, liên kết ion xảy ra giữa một người cho điện tử, thường là kim loại và chất nhận điện tử, có xu hướng là một phi kim.Liên kết hydro xảy ra khi một nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử có độ âm điện tạo thành một kết nối tĩnh điện với một nguyên tử có độ âm điện khác thông qua các lưỡng cực hoặc điện tích tương tác.
Cấu trúc hóa học
Trong việc xác định cấu trúc của các hợp chất hóa học, người ta thường nhằm mục đích tối thiểu là thu được dạng và tính đa dạng của liên kết giữa tất cả các nguyên tử trong phân tử; khi có thể, người ta tìm kiếm tọa độ không gian ba chiều của các nguyên tử trong phân tử (hoặc chất rắn khác). Các phương pháp mà người ta có thể làm sáng tỏ cấu trúc của phân tử bao gồm các phương pháp quang phổ như cộng hưởng từ hạt nhân (proton và carbon-13 NMR), các phương pháp khối phổ khác nhau (để đưa ra khối lượng phân tử tổng thể, cũng như khối lượng các mảnh), và tinh thể học tia x khi có thể áp dụng. Kỹ thuật cuối cùng có thể tạo ra các mô hình ba chiều ở độ phân giải quy mô nguyên tử, miễn là có sẵn các tinh thể. Khi một phân tử có spin điện tử chưa ghép đôi trong một nhóm chức của cấu trúc của nó, thì cũng có thể thực hiện phép đo phổ cộng hưởng spin điện tử và ENDOR. Các kỹ thuật như quang phổ hấp thụ và quang phổ dao động, quang phổ hồng ngoại và quang phổ Raman, lần lượt cung cấp thông tin hỗ trợ quan trọng về số lượng và độ cận của nhiều liên kết, và về các loại nhóm chức (mà liên kết bên trong tạo ra các dấu hiệu dao động); Các nghiên cứu suy luận sâu hơn cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc điện tử góp phần của các phân tử bao gồm phép đo vôn theo chu kỳ và quang phổ quang điện tử tia X. Các kỹ thuật sau này trở nên quan trọng hơn tất cả khi các phân tử chứa các nguyên tử kim loại và khi các tinh thể được yêu cầu bởi tinh thể học hoặc các loại nguyên tử cụ thể được yêu cầu bởi NMR không có sẵn để khai thác trong xác định cấu trúc. Cuối cùng, các phương pháp chuyên biệt hơn như kính hiển vi điện tử cũng được áp dụng trong một số trường hợp.
Trong việc xác định cấu trúc của các hợp chất hóa học, người ta thường nhằm mục đích tối thiểu là thu được dạng và tính đa dạng của liên kết giữa tất cả các nguyên tử trong phân tử; khi có thể, người ta tìm kiếm tọa độ không gian ba chiều của các nguyên tử trong phân tử (hoặc chất rắn khác). Kỹ thuật cuối cùng có thể tạo ra các mô hình ba chiều ở độ phân giải quy mô nguyên tử, miễn là có sẵn các tinh thể.
Đồng
Đồng( Tiếng Anh: Copper) là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu là Cu (từ tiếng Latinh: cuprum), có số hiệu nguyên tử bằng 29. Đồng là kim loại dẻo có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau.
Đồng( Tiếng Anh: Copper) là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu là Cu (từ tiếng Latinh: cuprum), có số hiệu nguyên tử bằng 29. Nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng, và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau.
Đồng
Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó, nó được con người sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 TCN. Nó là kim loại đầu tiên được nung chảy từ quặng của nó vào khoảng 5000 TCN, kim loại đầu tiên được đúc thành khối vào khoảng 4000 TCN và kim loại đầu tiên được tạo thành hợp kim với các loại khác, là thiếc để tạo ra đồng điếu vào khoảng 3500 TCN.Kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm. Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là сuprum. Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng(II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm. Các công trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục verdigris (hoặc patina).
Đồng là một trong số ít các kim loại xuất hiện trong tự nhiên ở dạng kim loại có thể sử dụng trực tiếp thay vì khai thác từ quặng. Do đó, nó được con người sử dụng từ rất sớm khoảng 8000 TCN.
Đồng
Các ion đồng(II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao hơn. Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương. Cơ thể người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1 mg đồng trên mỗi kg cân nặng.
Các ion đồng(II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương.
Đồng
Đồng, bạc và vàng đều nằm trong nhóm 11 của bảng tuần hoàn nên chúng có nhiều thuộc tính giống nhau: chúng có 1 electron trong phân lớp s1 nằm trước nhóm d10 và được đặc trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao. Các orbital được lấp đầy các electron trong các nguyên tố này không đóng góp nhiều vào các tương tác nội nguyên tử, chủ yếu ảnh hưởng bởi các electron phân lớp s thông qua các liên kết kim loại. Trái ngược với các kim loại mà phân lớp d không được lấp đầu bởi các electron, các liên kết kim loại trong đồng thiếu các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu. Điều này giải thích tại sao các tinh thể đồng riêng biệt có độ dẻo cao và độ cứng thấp. Ở quy mô lớn, việc thêm vào các khuyết tật trong ô mạng tinh thể như ranh giới hạt, sẽ làm cản trở dòng vật liệu dưới áp lực nén từ đó làm tăng độ cứng của nó. Ví dụ, đồng thường được đưa ra thị trường ở dạng polycrystalline hạt mịn, dạng này có độ cứng lớn hơn dạng monocrystalline.Độ cứng thấp của đồng giúp giải thích một phần tính dẫn điện cao của nó(59.6×106 S/m) và cũng như tính dẫn nhiệt cao, các tính chất này được xếp hạng thứ 2 trong số những kim loại nguyên chất có tính chất tương tự ở nhiệt độ phòng. (trong số các kim loại nguyên chất ở nhiệt độ phòng chỉ có bạc có độ dẫn điện cao hơn). Đặc điểm này là do điện trở suất đối với sự vận chuyển electron trong các kim loại ở nhiệt độ phòng chủ yếu bắt nguồn từ sự tán xạ của electron đối với dao động nhiệt của mạng tinh thể, mà điện trở xuất này tương đối yếu đối với cho một kim loại mềm. Mật độ dòng thấm tối đa của đồng trong không khí ngoài trời vào khoảng 3,1×106 A/m², vượt trên giá trị này nó bắt đầu nóng quá mức. Cùng với những kim loại khác, nếu đồng được đặt cạnh kim loại khác, ăn mòn galvanic sẽ diễn ra.Cùng với lưu huỳnh và vàng (cả hai đều có màu vàng), đồng là một trong 3 nguyên tố có màu tự nhiên khác với màu xám hoặc bạc. Đồng tinh khiết có màu đỏ cam và tạp ra màu lam ngọc khi tiếp xúc với không khí. Màu đặc trưng này của đồng tạo ra từ sự chuyển tiếp electron giữa phân lớp 3d và phân lớp 4s – năng lượng chênh lệch do sự chuyển đổi trạng thái electrong giữa hai phân lớp này tương ứng với ánh sáng cam. Cơ chế xảy ra tương tự đối với màu vàng của vàng và lưu huỳnh.
Đồng, bạc và vàng đều nằm trong nhóm 11 của bảng tuần hoàn nên chúng có nhiều thuộc tính giống nhau: chúng có 1 electron trong phân lớp s1 nằm trước nhóm d10 và được đặc trưng bởi tính dẻo và dẫn điện cao. Trái ngược với các kim loại mà phân lớp d không được lấp đầu bởi các electron, các liên kết kim loại trong đồng thiếu các đặc điểm của liên kết cộng hóa trị và chúng tương đối yếu.
Đồng
Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái oxy hóa +1 và +2, mà thường được gọi theo thứ tự là cuprous và cupric.Nó không phản ứng với nước, nhưng phản ứng chậm với oxy trong không khí tạo thành một lớp oxide đồng màu nâu đen. Ngược lại với sự oxy hóa của sắt trong không khí ẩm, lớp oxide này sau đó sẽ ngăn cản sự ăn mòn. Một lớp màu lục của verdigris (Đồng(II) carbonat) thường có thể bắt gặp trên các công trình cổ có sử dụng đồng như Tượng Nữ thần tự do, tượng bằng đồng lớn nhất trên thế giới được xây dựng dùng repoussé and chasing. Hydrogen sulfide và sulfide phản ứng với đồng tạo ra các hợp chất đồng sulfide khác nhau trên bề mặt. Trong trường hợp phản ứng với sulfide, ăn mòn đồng diễn ra khi đồng tiếp xúc với không khí có chứa các hợp chất sulfide. Các dung dịch amoni chứa oxy có thể tạo ra một phức chất hòa tan trong nước với đồng, khi phản ứng với oxy và acid clohydric để tạo thành đồng chloride và hydro peroxide bị acid hóa để tạo thành các muối đồng(II). Đồng(II) chloride và đồng phản ứng với nhau tạo thành đồng(I) chloride.
Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với các trạng thái oxy hóa +1 và +2, mà thường được gọi theo thứ tự là cuprous và cupric.Nó không phản ứng với nước, nhưng phản ứng chậm với oxy trong không khí tạo thành một lớp oxide đồng màu nâu đen. Một lớp màu lục của verdigris (Đồng(II) carbonat) thường có thể bắt gặp trên các công trình cổ có sử dụng đồng như Tượng Nữ thần tự do, tượng bằng đồng lớn nhất trên thế giới được xây dựng dùng repoussé and chasing.
Đồng
Đồng có 29 đồng vị.63Cu và 65Cu là đồng vị bền, với 63Cu chiếm khoảng 69% đồng có mặt trong tự nhiên; cả hai đều có spin 3/2. Các đồng vị còn lại có tính phóng xạ, trong đó đồng bị phóng xạ bền nhất là 67Cu với chu kỳ bán rã 61,83 giờ. Bảy đồng vị kích thích đặc trưng nhất là 68mCu tồn tại lâu nhất với chu kỳ bán rã 3,8 phút. Các đồng vị với số khối lớn hơn 64 phân rã β-, ngược lại các đồng vị có số khối dưới 64 thì phân rã β+. 64Cu, có chu kỳ bán rã 12,7 giờ, phân rã theo cả hai cơ chế trên.62Cu và 64Cu có những ứng dụng đáng chú ý.64Cu chất được sử dụng trong chụp hình tia-X, và dạng tạo phức với chelate có thể được dùng trong điều trị ung thư.62Cu được dùng trong 62Cu-PTSM là một phương pháp vết phóng xạ trong chụp cắt lớp bằng positron.
Đồng có 29 đồng vị.63Cu và 65Cu là đồng vị bền, với 63Cu chiếm khoảng 69% đồng có mặt trong tự nhiên; cả hai đều có spin 3/2. Các đồng vị còn lại có tính phóng xạ, trong đó đồng bị phóng xạ bền nhất là 67Cu với chu kỳ bán rã 61,83 giờ.
Đồng
Đồng có thể tìm thấy như là đồng tự nhiên hoặc trong dạng khoáng chất. Đồng tự nhiên là một dạng polycrystal, với các tinh thể riêng lẻ lớn nhất đã được ghi nhận có kích thước 4,4×3,2×3,2 cm. Khối đồng nguyên tố lớn nhất có cân nặng 420 tấn, được tìm thấy năm 1857 trên bán đảo Keweenaw ở Michigan, Hoa Kỳ. Có nhiều dạng khoáng chứa đồng như cacbonat azurit (2CuCO3Cu(OH)2) và malachit (CuCO3Cu(OH)2) là các nguồn để sản xuất đồng, cũng như là các sulfide như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các oxide như cuprit (Cu2O).
Đồng có thể tìm thấy như là đồng tự nhiên hoặc trong dạng khoáng chất. Có nhiều dạng khoáng chứa đồng như cacbonat azurit (2CuCO3Cu(OH)2) và malachit (CuCO3Cu(OH)2) là các nguồn để sản xuất đồng, cũng như là các sulfide như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các oxide như cuprit (Cu2O).
Đồng
Hầu hết đồng được khai thác hoặc chiết tách ở dạng đồng sulfide từ các mỏ đồng porphyr khai thác lộ thiên chứa từ 0,4 đến 1,0% đồng. Ví dụ một số mỏ như: mỏ Chuquicamata ở Chile; Bingham Canyon Mine ở Utah, Hoa Kỳ; và El Chino Mine ở New Mexico, Hoa Kỳ. Theo Cục Khảo sát địa chất Anh, năm 2005, Chile là nước dẫn đầu về khai thác đồng chiếm ít nhất 1/3 sản lượng đồng thế giới, theo sau là Hoa Kỳ, Indonesia và Peru. Đồng cũng được thu hồi qua quá trình In-situ leach. Nhiều nơi ở tiểu bang Arizona được xem là những ứng viên cho phương pháp này. Lượng đồng đang đượng sử dụng đang tăng và số lượng có sẵn là hầu như không đủ để cho phép tất cả các nước để đạt đến mức độ sử dụng của thế giới phát triển.
Hầu hết đồng được khai thác hoặc chiết tách ở dạng đồng sulfide từ các mỏ đồng porphyr khai thác lộ thiên chứa từ 0,4 đến 1,0% đồng. Nhiều nơi ở tiểu bang Arizona được xem là những ứng viên cho phương pháp này.
Đồng
Đồng đã được sử dụng ít nhất là cách nay 10.000 năm, nhưng có hơn 95% tất cả đồng đã từng được khai thác và nấu chảy đã được tách chỉ bắt đầu từ thập niên 1900. Với nhiều nguồn tài nguyên tự nhiên, tổng lượng đồng trên Trái Đất là rất lớn (khoảng 1014 tấn nằm trong vòng vài km của vỏ Trái Đất, hoặc tương đương 5 triệu năm khai thác với tốc độ khai thác hiện tại. Tuy nhiên, chỉ có một tỷ lệ nhỏ trữ lượng này là có giá trị kinh tế trong điều kiện chi phí và công nghệ hiện tại. Nhiều ước tính trữ lượng đồng hiện tại cho thấy việc khai thác có thể diễn ra từ 25 đến 60 năm tùy thuộc vào những giả định cốt lõi như tốc độ phát triển. Tái chế là một nguồn chính của đồng trong thế giới hiện đại. Do ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, sản lượng và cung ứng đồng trong tương lai là một chủ đề còn nhiều tranh cãi, bao gồm cả khái niệm về đỉnh đồng, tương tự như đỉnh dầu.
Đồng đã được sử dụng ít nhất là cách nay 10.000 năm, nhưng có hơn 95% tất cả đồng đã từng được khai thác và nấu chảy đã được tách chỉ bắt đầu từ thập niên 1900. Nhiều ước tính trữ lượng đồng hiện tại cho thấy việc khai thác có thể diễn ra từ 25 đến 60 năm tùy thuộc vào những giả định cốt lõi như tốc độ phát triển.
Đồng
Hàm lượng đồng trong quặng trung bình chỉ 0,6%, và hầu hết quặng thương mại là các loại đồng sulfide, đặc biệt là chalcopyrit (CuFeS2) và ít hơn là chalcocit (Cu2S). Các khoáng này được tách ra từ các quặng được nghiền để nâng hàm lượng lên 10–15% đồng bằng froth flotation hay bioleaching. Nung vật liệu này với silica trong flash smelting để loại sắt ở dạng xỉ. Quá trình này khai thác dễ dàng chuyển sắt sulfide thành dạng oxide của nó, sau đó các oxide này phản ứng với silica để tạo ra xỉ silicat nổi lên trên khối nóng chảy. Sản phẩm tạo ra copper matte chứa Cu2S sau đó được roasted để chuyển tất cả các sulfide thành oxide:
Hàm lượng đồng trong quặng trung bình chỉ 0,6%, và hầu hết quặng thương mại là các loại đồng sulfide, đặc biệt là chalcopyrit (CuFeS2) và ít hơn là chalcocit (Cu2S). Các khoáng này được tách ra từ các quặng được nghiền để nâng hàm lượng lên 10–15% đồng bằng froth flotation hay bioleaching.
Đồng
Đồng, giống như nhôm, có thể tái chế 100% mà không bị giảm chất lượng cho dù ở dạng thô hoặc nằm trong các sản phẩm khác. Về khối lượng, đồng là kim loại được tái chế phổ biến xếp hàng thứ 3 sau sắt và nhôm. Ước tính có khoảng 80% đồng đã từng được khai thác hiện tại vẫn còn sử dụng. Theo Metal Stocks in Society report của International Resource Panel, phân bổ bình quân đầu người về đồng hiện đang sử dụng trong xã hội là 35–55 kg. Phần nhiều trong số này là ở các nước phát triển nhiều (140–300 kg/người) hơn là các nước ít phát triển (30–40 kg/người).
Đồng, giống như nhôm, có thể tái chế 100% mà không bị giảm chất lượng cho dù ở dạng thô hoặc nằm trong các sản phẩm khác. Ước tính có khoảng 80% đồng đã từng được khai thác hiện tại vẫn còn sử dụng.
Đồng
Đồng xuất hiện trong tự nhiên ở dạng đồng kim loại và đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nền văn minh cổ đại, và nó có lịch sử sử dụng ít nhất là 9.000 năm TCN ở Trung Đông. Hoa tai bằng đồng đã được tìm thấy ở miền bắc Iraq có niên đại 8.700 năm TCN. Có bằng chứng cho thấy rằng vàng và sắt thiên thạch (không phải sắt nung chảy) là các kim loại duy nhất vào thời đó mà con người đã sử dụng trước khi xuất hiện đồng. Lịch sử nấu đồng được cho là theo các công đoạn sau: 1) làm cứng nguội đồng tự sinh, 2) Ủ luyện, 3) nung chảy, và 4) đúc mẫu chảy. Ở miền đông nam Anatolia, cả bốn kỹ thuật này đều xuất hiện trong khoảng đầu của thời đại đồ đá mới khoảng 7500 TCN.Chỉ khi nông nghiệp được phát minh động lập ở nhiều nơi trên thế giới, đồng nung chảy cũng được phát minh ở nhiều nơi khác nhau. Có lẽ đồng được phát hiện ở Trung Quốc trước 2800 TCN, ở Trung Mỹ vào khoảng năm 600, và Đông Phi vào khoảng thế kỷ IX hay X. Đúc mẫu chảy được phát minh năm 4500–4000 TCN ở Đông Nam Á và việc định tuổi cacbon đã được tiến hành ở một mỏ tại Alderley Edge, Cheshire, Vương Quốc Anh cho tuổi 2280 - 1890 TCN. Người băng Ötzi, người đàn ông được định tuổi vào khoảng 3300–3200 TCN, được phát hiện có bọc sáp với đồng ở phần đầu đồng có đô tinh khiết 99,7%; làm lượng asen cao trong tóc nên người ta cho rằng ông có liên quan đến việc nấu chảy đồng. Các thí nghiệm với đồng hỗ trợ với việc phát hiện ra các kim loại khác; đặc biệt, đồng nấu chảy làm phát hiện ra nấu chảy sắt. Việc sản xuất đồng trong xã hội Old Copper Complex ở Michigan và Wisconsin được xác định tuổi khoảng 6000 đến 3000 TCN.
Đồng xuất hiện trong tự nhiên ở dạng đồng kim loại và đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nền văn minh cổ đại, và nó có lịch sử sử dụng ít nhất là 9.000 năm TCN ở Trung Đông. Lịch sử nấu đồng được cho là theo các công đoạn sau: 1) làm cứng nguội đồng tự sinh, 2) Ủ luyện, 3) nung chảy, và 4) đúc mẫu chảy.
Đồng
Việc sử dụng đồng đỏ đã phát triển trong thời đại của các nền văn minh được đặt tên là thời đại đồ đồng hay thời đại đồng đỏ. Thời kỳ quá độ trong các khu vực nhất định giữa thời kỳ đồ đá mới và thời kỳ đồ sắt được đặt tên là thời kỳ đồ đồng, với một số công cụ bằng đồng có độ tinh khiết cao được sử dụng song song với các công cụ bằng đá. Đồ đồng của nền văn minh Vinča có tuổi 4500 TCN. Người ta còn tìm thấy các đồ vật bằng đồng nguyên chất và đồng đỏ ở các thành phố Sumeria có niên đại 3.000 năm TCN, và các đồ vật cổ đại của người Ai Cập bằng đồng và hợp kim của đồng với thiếc cũng có niên đại tương tựThời đại đồ đồng đã bắt đầu ở Đông Nam châu Âu vào khoảng 3700–3300 TCN, ổ Tây Bắc châu Âu khoảng 2500 TCN. Nó kết thúc khi bắt đầu thời đại đồ sắt khoảng 2000–1000 TCN ở vùng Cận Đông, và 600 TCN ở Bắc Âu. Sự chuyển tiếp giữa thời đại đồ đá mới và đồ đồng trước đây từng được gọi là thời kỳ đồ đồng đá, khi các công cụ bằng đồng được dùng cùng lúc với công cụ đồ đá. Thuật ngữ này dần bị giảm đi ở vài nơi trên thế giới, thời đại đồng đá và thời đại đá mới đều kết thúc cùng lúc. Đồng thau, một hợp kim của đồng với kẽm, được biết đến từ thời kỳ Hy Lạp nhưng chỉ được sử dụng rộng rãi bởi người La Mã.
Việc sử dụng đồng đỏ đã phát triển trong thời đại của các nền văn minh được đặt tên là thời đại đồ đồng hay thời đại đồng đỏ. Đồng thau, một hợp kim của đồng với kẽm, được biết đến từ thời kỳ Hy Lạp nhưng chỉ được sử dụng rộng rãi bởi người La Mã.
Đồng
Chất xúc tác cho phản ứng oxy hoá không hoàn toàn( Ví dụ như sản xuất benzophenone từ diphenylmethane)Đồ đồng là những sản phẩm làm từ nguyên liệu bằng đồng ví dụ như tượng đồng, tranh đồng, trống đồng, mâm đồng, thau đồng... Từ lâu đồ đồng đã được dùng như là những dụng cụ, đồ vật trang trí trong nhà không thể thiếu của người Việt Nam. Nhất là trong tín ngưỡng, văn hóa dân gian. Từ lâu người Việt đã dùng đồng để làm đồ thờ cúng trong ban thờ gia tiên như: hoành phi câu đối bằng đồng, bộ đồ thờ cúng bằng đồng, đỉnh đồng, lư đồng, hạc đồng...
Chất xúc tác cho phản ứng oxy hoá không hoàn toàn( Ví dụ như sản xuất benzophenone từ diphenylmethane)Đồ đồng là những sản phẩm làm từ nguyên liệu bằng đồng ví dụ như tượng đồng, tranh đồng, trống đồng, mâm đồng, thau đồng... Từ lâu đồ đồng đã được dùng như là những dụng cụ, đồ vật trang trí trong nhà không thể thiếu của người Việt Nam. Nhất là trong tín ngưỡng, văn hóa dân gian.
Đồng
Có rất nhiều chủng loại hợp kim của đồng - Các gương đồng là hợp kim của 4 phần đồng với một phần thiếc, đồng thau còn gọi là Latông hay đồng vàng là hợp kim của đồng với kẽm, và đồng đỏ hay còn gọi là Burông là hợp kim của đồng với thiếc, và có thể dùng để chỉ bất kỳ hợp kim nào của đồng như đồng điếu nhôm. Đồng là một trong những hợp phần quan trọng nhất của bạc và vàng carat và que hàn carat dùng trong công nghiệp đá quý, điều chỉnh màu, độ cứng và điểm nóng chảy của các hợp kim được tạo ra. Các loại que hàn không chì bao gồm kẽm tạo hợp kim với một lượng nhỏ đồng và các kim loại khác.Hợp kim của đồng với nickel được gọi là đồng niken, được sử dụng làm đồng tiền mệnh giá thấp ở dạng áo bên ngoài. Đồng 5-cent Mỹ (hiện được gọi là nickel) chứa 75% đồng và 25% nickel ở dạng đồng nhất. Hợp kim gồm 90% đồng và 10% nickel, có độ chống ăn mòn đáng chú ý, được dùng trong nhiều ứng dụng có tiếp xúc với nước biển, tuy nhiên nó dễ bị ăn mòn do các hợp chất sulfide tồn tại trong các cảng và cửa sông bị ô nhiễm. Các hợp kim của đồng với nhôm (khoảng 7%) có màu vàng nhạt và được dùng trong trang trí. Shakudō là một hợp kim đồng được dùng làm trang trí ở Nhật chứa một tỉ lệ thấp vàng, khoảng 4–10%, nó có thể bị gỉ tạo ra màu xanh đậm hoặc màu đen.
Có rất nhiều chủng loại hợp kim của đồng - Các gương đồng là hợp kim của 4 phần đồng với một phần thiếc, đồng thau còn gọi là Latông hay đồng vàng là hợp kim của đồng với kẽm, và đồng đỏ hay còn gọi là Burông là hợp kim của đồng với thiếc, và có thể dùng để chỉ bất kỳ hợp kim nào của đồng như đồng điếu nhôm. Hợp kim gồm 90% đồng và 10% nickel, có độ chống ăn mòn đáng chú ý, được dùng trong nhiều ứng dụng có tiếp xúc với nước biển, tuy nhiên nó dễ bị ăn mòn do các hợp chất sulfide tồn tại trong các cảng và cửa sông bị ô nhiễm.
Đồng
Đồng có khả năng tạo ra phức chất. Trong dung dịch lỏng, đồng(II) tồn tại ở dạng [Cu(H2O)6]2+. Phức này thể hiện tốc độ trao đổi với nước nhanh nhất (tốc độ các chất liên kết và tách liên kết với nước) trong bất kỳ phức nước-kim loại chuyển tiếp. Khi thêm dung dịch natri hydroxide vào sẽ tạo kết tủa chất rắn đồng(II) hydroxide có màu lam nhạt. Phương trình đơn giản là: Cu2+ + 2 OH− → Cu(OH)2Dung dịch amonia cũng tạo kết tủa tương tự. Khi thêm lượng amonia dư, kết tủa này tan tạo thành tetramin đồng(II):
Đồng có khả năng tạo ra phức chất. Khi thêm lượng amonia dư, kết tủa này tan tạo thành tetramin đồng(II):
Đồng
Polyol là hợp chất chứa nhiều hơn một nhóm chức alcohol, nhìn chung phản ứng với các muốn đồng(II). Ví dụ, các muối đồng được dùng để thử chất khử đường. Đặc biệt sử dụng thuốc thử Benedict và dung dịch Fehling có mặt đường được đánh dấu bằng màu của nó thay đổi từ xanh lam Cu(II) sang đỏ của đồng(I) oxide. Thuốc thử Schweizer và các phức liên quan với ethylenediamine và các amine tan trong cellulose. Các amino acid tạo thành các phức chelat rất bền với đồng(II). Các thử nghiệm hóa-ướt đối với các ion đồng tồn tại, nó liên quan đến kali ferrocyanua, tạo kết tủa với các muối đồng(II).
Polyol là hợp chất chứa nhiều hơn một nhóm chức alcohol, nhìn chung phản ứng với các muốn đồng(II). Các amino acid tạo thành các phức chelat rất bền với đồng(II).
Đồng
Các hợp chất chứa liên kết cacbon-đồng được gọi là các hợp chất đồng-hữu cơ. Chúng phản ứng mạnh với oxy tạo ra đồng(I) oxide và có nhiều ứng dụng trong hóa học. Chúng được tổng hợp bằng cách cho phản ứng giữa các hợp chất đồng(I) với thuốc thử Grignard, terminal alkyne hay thuốc thử organolithi; đặc biệt, phản ứng cuối cùng được mô tả tạo ra thuốc thử Gilman. Các chất này trãi qua các phản ứng thay thế với alkyl halide tạo thành các sản phẩm kết hợp; do đó, chúng có vai trò quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ. Đồng(I) acetylua nhạy sốc cao trong các phản ứng như Cadiod-Chodkiewicz coupling và Sonogashira coupling. Conjugate addition vào enone và carbocupration của các alkyne cũng có thể đạt được các hợp chất đồng hữu cơ. Đồng(I) tạo ra một loạt các phức yếu với anken và cacbon monoxide, đặc biệt có mặt của các phức amine.
Các hợp chất chứa liên kết cacbon-đồng được gọi là các hợp chất đồng-hữu cơ. Các chất này trãi qua các phản ứng thay thế với alkyl halide tạo thành các sản phẩm kết hợp; do đó, chúng có vai trò quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ.
Đồng
Đồng(III) thường được tìm thấy ở dạng xác oxide, ví dụ như kali cuprat, KCuO2 là chất rắn màu dương đen. Các hợp chất đồng(III) được nghiên cứu rộng rãi nhất là các chất siêu dẫn cuprat. Đồng ytri bari oxide (YBa2Cu3O7) có cả Cu(II) và Cu(III) nằm ở trung tâm. Giống như dạng oxide, fluoride là anion base cao và được dùng làm chất ổn định các ion kim loại ở các trạng thái oxy hóa cao. Cả đồng (III) và thậm chí đồng(IV) fluoride là tồn tại theo thứ tự ở dạng K3CuF6 và Cs2CuF6.Một số protein đồng tạo các phức oxo đặc trưng cho đồng(III). Với các tetrapeptit, một phức đồng(III) có màu tía được ổn định hóa bởi các chất amit khử proton.Các phức đồng(III) cũng được tìm thấy ở dạng trung gian trong các phản ứng của hợp chất đồng-hữu cơ.
Đồng(III) thường được tìm thấy ở dạng xác oxide, ví dụ như kali cuprat, KCuO2 là chất rắn màu dương đen. Cả đồng (III) và thậm chí đồng(IV) fluoride là tồn tại theo thứ tự ở dạng K3CuF6 và Cs2CuF6.Một số protein đồng tạo các phức oxo đặc trưng cho đồng(III).
Đồng
Mọi hợp chất của đồng là những chất độc. Đồng kim loại ở dạng bột là một chất dễ cháy. 30g đồng(II) sunfat có khả năng gây chết người. Đồng trong nước với nồng độ lớn hơn 1 mg/lít có thể tạo vết bẩn trên quần áo hay các đồ vật được giặt giũ trong nước đó. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn, nhưng có xu hướng nằm trong khoảng 1,5 – 2 mg/l. Mức cao nhất có thể chịu được về đồng theo DRI trong chế độ ăn uống đối với người lớn theo mọi nguồn đều là 10 mg/ngày.
Mọi hợp chất của đồng là những chất độc. Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống đối với con người dao động theo từng nguồn, nhưng có xu hướng nằm trong khoảng 1,5 – 2 mg/l.
Siêu dẫn
Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lực hút giữa một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làm cho các electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặp electron tương quan. Ngoài ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là các chất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn nhưng tính chất vật lý trái ngược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần. Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độ cao có tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý thuyết thường biết (nhưng hiện vẫn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ trong phòng). Hiện nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh về chất siêu dẫn nhiệt độ cao.
Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lực hút giữa một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làm cho các electron dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặp electron tương quan. Ngoài ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là các chất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn nhưng tính chất vật lý trái ngược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn thuần.
Siêu dẫn
Đối với kim loại nói chung, ở nhiệt độ rất cao thì điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ T. Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh khi T giảm. Nếu kim loại hoàn toàn tinh khiết, có thể nói rằng về nguyên tắc khi T=0 thì λ tiến tới vô cực, nghĩa là điện trở kim loại dần tiến tới 0. Nếu kim loại có lẫn tạp chất thì ở nhiệt độ rất thấp (khoảng vài độ K) kim loại có điện trở dư không phụ thuộc nhiệt độ và tỉ lệ với nồng độ tạp chất. Thực tế không thể đạt tới nhiệt độ T=0 độ K và không thể có kim loại nguyên chất hoàn toàn, nên vật thể có điện trở bằng 0 chỉ là vật dẫn lý tưởng.
Đối với kim loại nói chung, ở nhiệt độ rất cao thì điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ T. Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh khi T giảm. Thực tế không thể đạt tới nhiệt độ T=0 độ K và không thể có kim loại nguyên chất hoàn toàn, nên vật thể có điện trở bằng 0 chỉ là vật dẫn lý tưởng.
Siêu dẫn
Năm 1911, Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy rằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đối với kim loại khác. Khi nhiệt độ thấp, điện trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, chỉ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất. Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1 độ K, điện trở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt. Hiện tượng nói trên gọi là hiện tượng siêu dẫn, và Tc là nhiệt độ tới hạn.
Năm 1911, Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy rằng sự phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đối với kim loại khác. Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1 độ K, điện trở đột ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt.
Siêu dẫn
Chất siêu dẫn có những đặc tính phổ biến như cản từ trường và bóp méo từ trường. Chất siêu dẫn hầu như không tồn tại các dòng chảy electron tự do, sử dụng kĩ thuật đo khe năng lượng sẽ biết được hiệu ứng siêu dẫn trên vật liệu đó. Ngoài ra, vật liệu siêu dẫn không phát ra các bức xạ nhiệt nhưng khi lượng bức xạ đủ mạnh sẽ gây giảm tính siêu dẫn mặc dù chất vẫn trong điều kiện siêu lạnh. Các đặc tính siêu dẫn đó chỉ xảy ra ở một nhiệt độ xác định, thường là nhiệt độ thấp.
Chất siêu dẫn có những đặc tính phổ biến như cản từ trường và bóp méo từ trường. Các đặc tính siêu dẫn đó chỉ xảy ra ở một nhiệt độ xác định, thường là nhiệt độ thấp.
Thủy ngân
Nó có điểm đóng băng −38,83 °C và điểm sôi là 356,73 °C, thấp nhất so với bất kỳ kim loại ổn định nào, mặc dù các thí nghiệm sơ bộ về copernixi và flerovi đã chỉ ra rằng chúng có điểm sôi thấp hơn (copernici là nguyên tố dưới thủy ngân trong bảng tuần hoàn, đi theo xu hướng giảm điểm sôi xuống ở nhóm 12). Khi đóng băng, khối lượng thủy ngân giảm 3,59% và mật độ của nó thay đổi từ 13,69 g/cm³ khi ở trạng thái lỏng đến 14.184 g/cm³ khi ở trạng thái rắn. Hệ số giãn nở thể tích là 181,59 × 10 6 tại 0 °C, 181,71 × 10 6 ở 20 °C và 182,50 × 10 6 ở 100 °C (tính trên mỗi độ C). Thủy ngân rắn dễ uốn và có thể cắt được bằng dao.Một lời giải thích đầy đủ về tính biến động cực đoan của thủy ngân đi sâu vào lĩnh vực vật lý lượng tử, nhưng có thể tóm tắt như sau: thủy ngân có cấu hình electron duy nhất trong đó các electron lấp đầy tất cả các 1, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, và 6 subshells. Do cấu hình này chống lại việc loại bỏ electron mạnh mẽ, thủy ngân hoạt động tương tự như các khí hiếm, tạo thành liên kết yếu và do đó tan chảy ở nhiệt độ thấp.
Nó có điểm đóng băng −38,83 °C và điểm sôi là 356,73 °C, thấp nhất so với bất kỳ kim loại ổn định nào, mặc dù các thí nghiệm sơ bộ về copernixi và flerovi đã chỉ ra rằng chúng có điểm sôi thấp hơn (copernici là nguyên tố dưới thủy ngân trong bảng tuần hoàn, đi theo xu hướng giảm điểm sôi xuống ở nhóm 12). Do cấu hình này chống lại việc loại bỏ electron mạnh mẽ, thủy ngân hoạt động tương tự như các khí hiếm, tạo thành liên kết yếu và do đó tan chảy ở nhiệt độ thấp.