Атомите най-добре се възприемат като най-малките неделими битове от обикновената материя. Всъщност името им произлиза от гръцкото „не може да се реже“. Атомите се състоят от протони, неутрони и електрони, въпреки че най-малкият и прост вид, водородният атом, не съдържа неутрони.
Елементът е материя, състояща се от един вид атом. Когато погледнете периодичната таблица на елементите, всяка кутия, която видите, е заета от вещество с уникално разположение на протони и неутрони. В специалния случай само на един атом от присъстващ елемент, определенията за "атом" и "елемент" са идентични. Като алтернатива може да имате 10 или 100 или 1 000 000 тона материя, състояща се само от един елемент, стига всеки атом в тази гигантска маса да е идентичен. Поставете малко по-различно, когато се представят с атом и елемент и се каже, че само един е микроскопичен, знаете кой е пример за елемент (макар че не всички агрегации на отделен елемент, разбира се, са достатъчно големи, за да се видят с просто око или дори конвенционален микроскоп).
Кои са някои примери за атоми?
Примери за атоми, за които на практика сте сигурни, че сте чували - освен ако не сте кацнали тук от друга планета или може би в паралелна вселена, в която самите атоми са нечувани - включват водород, кислород и въглерод, в минимум. Водородът и кислородът са двата атома във водата, като химическата формула на водата е Н2О, защото един молекула вода съдържа два водородни атома и един кислороден атом. Имайте предвид, че водата, въпреки че не може да загуби нито един от съставните си атоми и все пак е вода, не е елемент, тъй като не всички нейни атоми са идентични. Вместо това е a съединение. (Още за тази номенклатура скоро.)
Всеки атом може да включва три различни компонента: протони, неутрони и електрони. Всъщност всеки атом освен водородния атом съдържа поне един от всеки; водородът се състои от един протон и един електрон, но няма неутрони. Протоните и неутроните имат почти еднаква маса, като тази на протон е 1.6726231 x 10-27 kg и този на електрон е 1.6749286 x 10-27 килограма. Електроните са все още по-малки, дотолкова, че тяхната обща маса може да бъде пренебрегната за практически цели при изчисляване на масата на даден атом. Един електрон има маса 9.1093897 x 10-31 килограма.
Атомите в своята елементарна форма съдържат равен брой протони и електрони. Протонът носи малък положителен електрически заряд, обозначен с +1, докато електронът носи заряд от -1. Неутроните не носят заряд, така че обикновеният атом няма нетен заряд, тъй като положителният заряд на протона и отрицателният заряд на електрона се отменят взаимно. Някои атоми обаче имат неравен брой протони и електрони и по този начин носят нетен заряд (например -2 или +3); тези атоми се наричат йони.
Физически атомите са разположени приблизително като Слънчевата система, с по-малки частици материя, въртящи се около далеч по-масивния център. В астрономията обаче гравитационната сила е това, което поддържа планетите да се въртят около слънцето; в атомите това е електростатична сила. Протоните и неутроните на атом се събират, за да образуват центъра, наречен ядро. Тъй като ядрото включва само положителни и ненатоварващи компоненти, то е заредено положително. Междувременно електроните съществуват в облак около ядрото, привлечен към него от неговия положителен заряд. Положението на електрона във всеки момент не може да бъде точно известно, но вероятността да се намира на дадено място в пространството може да бъде изчислена с висока точност. Тази несигурност формира основата на квантовата физика, процъфтяваща област, която се е преместила от теоретичната в редица важни приложения в инженерството и компютърните технологии.
Какви са имената на атомите?
Периодичната таблица на елементите е универсално средство както за учените, така и за начинаещите студенти запознайте се с имената на всички различни атоми, заедно с обобщение на техните критични Имоти. Те се намират във всеки учебник по химия и на неограничени места онлайн. Трябва да имате един удобен за справка, когато се консултирате с този раздел.
Периодичната таблица съдържа имената и едно- или двубуквени съкращения на всички 103 елемента, или ако предпочитате, типове атоми. 92 от тях са естествено срещащи се, докато най-тежките 11, номерирани от 93 до 103, са произведени само в лабораторни условия. Номерът на всеки елемент в периодичната таблица съответства на атомния му номер и следователно на броя на протоните, които съдържа. Кутията в таблицата, съответстваща на елемент, обикновено показва неговата атомна маса - т.е. общата маса на неговите протони, неутрони и електрони - в долната част на кутията, под името на атома. Тъй като за практически цели това се равнява на масата на протоните и неутроните, и тъй като протоните и неутроните имат много близо до същата маса, можете да изчислите колко неутрона има един атом, като извадите атомния му номер (броя на протоните) от атомната маса и закръглете изключен. Например натрият (Na) е номер 11 в периодичната таблица и има маса от 22,99 атомни единици маса (amu). Закръглявайки това до 23, след това можете да изчислите, че натрият трябва да има 23 - 11 = 12 неутрона.
От всичко казано по-горе можете да разберете, че атомите стават по-тежки, когато човек се движи отляво надясно и отгоре към отдолу в таблицата, като четене на страница в книга, на която всяка нова дума е малко по-голяма от предходната дума.
Елементите могат да съществуват като твърди вещества, течности или газове в своето естествено състояние. Въглеродът (С) е пример за твърдо вещество; живакът (Hg), намиращ се в термометрите от "старо училище", е течност; и водородът (Н) съществува като газ. Те могат да бъдат групирани с помощта на периодичната таблица в категории въз основа на техните физически свойства. Един удобен начин за разделянето им е на метали и неметали. Металите включват шест подтипа, докато неметалите имат само два. (Бор, арсен, силиций, германий, антимон, телур и астатин се считат за металоиди.)
Периодичната таблица включва 18 колони, въпреки че не всяко възможно място във всяка колона е заето. Първият пълен ред - т.е. първият екземпляр от всичките 18 колони, съдържащи елемент - започва с номер 19 (K или калий) и завършва с номер 36 (Kr или криптон). На пръв поглед това изглежда неудобно, но гарантира, че атомите със сходни свойства по отношение на техните поведението на свързване и други променливи остават в лесно разпознаваеми редове, колони или други групи в рамките на маса.
Какви са различните видове атоми?
Изотопите са различни атоми, които имат един и същ атомен номер и следователно са един и същ елемент, но имат различен брой неутрони. Следователно те се различават по своята атомна маса. Повече информация за изотопите се появява в следващ раздел.
Поведението на свързване е един от различните критерии, по които атомите могат да бъдат разделени. Например шестте естествено срещащи се елементи в колона 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) се наричат благородни газове защото те по същество не реагират с други елементи; това напомня за това как в стари времена членовете на благородническите класове не са се смесвали с обикновените хора.
Металите могат да бъдат разделени на шест типа (алкални, алкалоземни, преходни, следпреходни и актиноидите и лантаноидите). Всички те попадат в отделни региони в периодичната таблица. По-голямата част от елементите са някакви метали, но 17-те неметала включват някои от по-известните атоми, включително кислород, азот, сяра и фосфор, всички от които са жизненоважни за живота.
Какво представляват съединенията и молекулите?
Съединение се прави от един или повече елементи. Например водата е съединение. Но можете също така да имате един или повече елементи или съединения, разтворени в друго, течно съединение (обикновено вода), като захар, разтворена във вода. Това е пример за решение, тъй като молекулите в разтвореното вещество (разтвореното твърдо вещество) не се свързват с молекулите на разтвореното вещество (като вода, етанол или това, което имате).
Най-малката единица на съединението се нарича молекула. Връзката на атомите с елементите отразява връзката между молекулите и съединенията. Ако имате парче чист натрий, елемент и го намалите до най-малкия възможен размер, остава натриевият атом. Ако имате колекция от чист натриев хлорид (трапезна сол; NaCl) и го намалете до най-малкия от него, като същевременно запазите всичките му физични и химични свойства, оставате с молекула натриев хлорид.
Какви са основните елементи?
10-те най-разпространени елемента на Земята съставляват около 99 процента от масата на всички елементи, открити на цялата планета, включително в атмосферата. Кислородът (O) представлява 46,6% от масата на Земята. Силицият (Si) представлява 27,7%, докато алуминият (Al) се регистрира на 8,1% и желязото (Fe) - 5,0%. Следващите четири най-изобилни съществуват като електролити в човешкото тяло: калций (Ca) при 3,6%, натрий (Na) при 2,8%, калий (K) при 2,6% и магнезий (Mg) при 2,1%.
Елементи, намерени в значителни количества във видима форма, или елементи, които са просто известни, могат да се считат за основни елементи в някакъв смисъл. Когато гледате чисто злато, било то мъничка люспичка или голяма тухла (последната е малко вероятно!), Вие разглеждате един елемент. Това парче злато пак би се считало за злато, дори ако останаха всички освен един атом. От друга страна, както отбелязва НАСА, една златна монета може да има около 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 септилиона) златни атома в зависимост от размера на монетата.
Какво представляват изотопите?
An изотоп е вариант на атом, по същия начин, както доберманският пинчер е вариант на куче. Едно важно свойство на даден тип атом, ще си спомните, е, че неговият атомен номер и следователно броят на протоните, които съдържа, не може да се промени. Следователно, ако атомите трябва да дойдат във варианти, това изменение трябва да е резултат от разликите в неутронното число.
Повечето елементи имат един стабилен изотоп, който е формата, в която елементът се среща най-често. Някои елементи обаче съществуват естествено като смес от изотопи. Например желязото (Fe) се състои от около 5,845 процента от 54Fe, 91,754 процента от 56Fe, 2,119% от 57Fe и 0,282 процента от 58Fe. Горните индекси от лявата страна на съкращенията на елементите показват броя на протоните плюс неутроните. Тъй като атомният номер на желязото е 26, изброените по-горе изотопи имат 28, 30, 31 и 32 неутрона.
Всички изотопи на даден атом имат еднакви химични свойства, което означава, че тяхното свързващо поведение е еднакво. Техните физични свойства, като техните маси, точки на кипене и точки на топене, са различни и са средствата, използвани за различаването им.