Wie stellen Wissenschaftler experimentell (d. h. nicht theoretisch) fest, dass ein Atom nicht mit einem anderen Atom verbunden ist?

Welche Labortests können durchgeführt werden, um festzustellen, ob eine unbekannte Probe (in makroskopischer Menge) eine Mischung aus reinen Elementen oder zu einem Molekül gebundenen Elementen enthält?

• Beim Binden wird normalerweise Energie absorbiert oder freigesetzt, daher können Experimente mit dem Unbekannten durchgeführt werden, um die Menge an Energie zu messen, die als Reaktion auf verschiedene Reagenzien entwickelt wird.
• Gebundene Atome bilden Verbindungen/Moleküle mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften. Indem wir die verschiedenen Eigenschaften des Unbekannten messen, können wir diese gemessenen physikalischen Parameter dann mit den physikalischen Eigenschaften bekannter Proben reiner Elemente und ihrer Verbindungen vergleichen.
• Der Vergleich und Abgleich der gemessenen Daten mit der Tabelle der aufgezeichneten Werte wird zeigen, ob die Unbekannte aus gebundenen Elementen oder einer Mischung aus reinen ungebundenen Elementen bestand.

Zu den Experimenten, die mit dem Unbekannten durchgeführt werden können, gehören:

• 1) Messen Sie die Wärmekapazität, die latente Schmelzwärme und die Verdampfungswärme des Unbekannten.
• 2) Lösen Sie das Unbekannte in verschiedenen Lösungsmitteln auf: Wasser, Säure, Alkali und unpolare Lösungsmittel. Was ist seine Löslichkeit in jedem?
• 3) Das Unbekannte mit verschiedenen Reagenzien reagieren lassen und die freigesetzte oder absorbierte Energiemenge und die gebildeten Verbindungen messen.
• 4) Messen Sie seine Gefrier- und Verdampfungstemperatur.
• 5) Führen Sie Röntgenkristallographie-Messungen durch – wie ist der interatomare Abstand und die Packungsreihenfolge des Unbekannten?
• 6) Wiegen und messen Sie die Verschiebung des Unbekannten, um seine Dichte zu bestimmen.
• 7) Stimulieren Sie das Unbekannte mit Strahlung verschiedener Frequenzen und zeichnen Sie seine Emissions- und Absorptionsfrequenzen, Reflexionsvermögen, Durchlässigkeit und Brechungsindex auf.
• 8) Lassen Sie das Unbekannte durch eine Säule oder einen Streifen mit und ohne elektrische Ladung und bei unterschiedlichen pH-Werten diffundieren.

Möglicherweise stellt sich jedoch die Frage, wie festgestellt werden kann, ob zwei Atome gebunden sind, wenn die Probe nur 2 Atome enthält. In diesem Fall müssen wir die Quantenzustandssignaturen messen, die mit gebundenen und ungebundenen Atomen verbunden sind, um das Vorhandensein oder Fehlen einer Bindung nachzuweisen.

• Wenn sich zwei Atome verbinden, wird der Bindungsprozess Energie absorbieren oder freisetzen. Somit unterscheidet sich die Masse des Moleküls von der Summe der Massen der einzelnen ungebundenen Atome. Das Erkennen des Massendefekts aufgrund des Energieverlusts aufgrund einer Änderung der Bindungsenergie kann möglich sein, aber ich überlasse die Einzelheiten dieser Technologie anderen mit mehr Wissen / Erfahrung in solchen Labortechniken.
• Die Absorption und Emission eines einfach gebundenen Moleküls hat eine deutliche spektrale Signatur. Es kann eine Technologie/ein Instrument geben, das in der Lage ist, die spektrale Signatur einer Probe zu untersuchen, die ein einzelnes Molekül enthält.
• Wie oben erwähnt, kann die Massenfeldantwort eines Atoms und Moleküls durch Ionisation, Beschleunigung und Feldablenkung von Partikeln bei einem unterschiedlichen Radius in Abhängigkeit von ihrem Ionisationszustand und ihrer Masse gemessen werden. Eine solche Technologie kann ein einzelnes Molekül oder Atom beschleunigen, aber normalerweise wird eine größere Probe verdampft und ihre Masse mit dieser Methode gemessen. Ein solches Verfahren trennt gebundene von den ungebundenen Atomen durch ihren Ablenkungsradius.
• Und wir können auf das Vorhandensein eines Atoms oder Moleküls durch das grundlegende Quantenphänomen schließen – die De-Broglie-Wellenlänge einer Hochgeschwindigkeitsmasse. Während mehrere Teilchen erforderlich sind, um ein Muster zu bilden, können wir ionisierte Atome/Moleküle beschleunigen, sie durch ein Doppelspalt-Interferometer führen und den einzigartigen Abstand von hellen und dunklen Rändern für jede Masse bei einer bestimmten Geschwindigkeit beobachten. Der durch die unbekannte Probe erzeugte Abstand spiegelt somit ihre Masse wider und daher das Vorhandensein oder Fehlen einer Bindung in der unbekannten Probe.