Aatomite, elementide ja isotoopide näited

Aatomeid peetakse kõige paremini tavalise aine väikseimateks jagamatuteks osadeks. Tegelikult tuleneb nende nimi kreeka keelest sõnaga "ei saa lõigata". Aatomid koosnevad prootonitest, neutronitest ja elektronidest, ehkki kõige väiksem ja lihtsam liik, vesinikuaatom, ei sisalda neutroneid.

Element on aine, mis koosneb ühest aatomiliigist. Kui vaatate elementide perioodilisustabelit, on igas kuvatavas kastis ainet, millel on ainulaadne prootonite ja neutronite paigutus. Erijuhul, kui elemendis on ainult üks aatom, on "aatomi" ja "elemendi" definitsioonid identsed. Teise võimalusena võib teil olla 10 või 100 või 1 000 000 tonni ainet, mis koosneb ainult ühest elemendist, kui selle aatomi kõik aatomid on identsed. Pisut teisiti öeldes, kui esitatakse aatom ja element ning öeldakse, et ainult üks on mikroskoopiline, teate, mis on näide element (ehkki üksiku elemendi kõik liitmised pole muidugi piisavalt suured, et neid palja silmaga või isegi tavapärase silmaga näha mikroskoop).

Näited aatomitest, millest olete peaaegu kindel, et olete kuulnud - kui just ei maandunud siia teiselt planeedilt või võib-olla paralleelses universumis, kus aatomid ise on ennekuulmatud, hõlmata vesinikku, hapnikku ja süsinikku, minimaalselt. Vesinik ja hapnik on vees kaks aatomit, vee keemiline valem on H₂O sest üks molekul vees sisaldab kahte vesiniku aatomit ja ühte hapniku aatomit. Pange tähele, et kuigi vesi ei saa kaotada ühtki oma aatomit ja olla siiski vesi, ei ole see siiski element, sest kõik selle aatomid pole identsed. Selle asemel on see a ühend. (Sellest nomenklatuurist varsti lähemalt.)

Iga aatom võib sisaldada kolme erinevat komponenti: prootonid, neutronid ja elektronid. Tegelikult sisaldab iga aatom peale vesiniku aatomi vähemalt ühte neist; vesinik koosneb ühest prootonist ja ühest elektronist, kuid sellel pole neutroneid. Prootonitel ja neutronitel on peaaegu sama mass, prootonite mass on 1,6726231 x 10^-27 kg ja elektron on 1,6749286 x 10^-27 kg. Elektronid on veel väiksemad, nii et nende aatomi massi arvutamisel võib nende kombineeritud massi praktilistel eesmärkidel tähelepanuta jätta. Ühe elektroni mass on 9,1093897 x 10^-31 kg.

Aatomid nende elementaarsel kujul sisaldavad võrdset arvu prootoneid ja elektrone. Prootonil on väike positiivne elektrilaeng tähisega +1, samal ajal kui elektronil on laeng -1. Neutronitel pole laengut, seega pole tavalisel aatomil võrgulaengut, kuna prootoni positiivne laeng ja elektroni negatiivne laeng tühistavad üksteise. Mõnel aatomil on siiski ebavõrdne arv prootoneid ja elektrone ning seega kannavad nad netolaengut (nt -2 või +3); neid aatomeid nimetatakse ioonid.

Füüsiliselt on aatomid paigutatud umbes nagu Päikesesüsteem, kusjuures väiksemad aineosakesed keerlevad palju massiivsema keskme ümber. Astronoomias on aga gravitatsioonijõud see, mis hoiab planeete ümber päikese; aatomites on see elektrostaatiline jõud. Aatomi prootonid ja neutronid koonduvad kokku, moodustades keskpunkti, mida nimetatakse tuumaks. Kuna tuum sisaldab ainult positiivseid ja laengut mitte kandvaid komponente, on see positiivselt laetud. Elektronid eksisteerivad vahepeal tuuma ümber olevas pilves, mille tõmbab tema positiivne laeng. Elektroni asukohta igal hetkel ei saa täpselt teada, kuid selle tõenäosust viibida ruumis kindlas asukohas saab arvutada suure täpsusega. See ebakindlus on aluseks kvantfüüsikale, kasvavale valdkonnale, mis on liikunud teoreetiliselt paljudesse olulistesse rakendustesse inseneri- ja arvutitehnikas.

Elementide perioodiline tabel on universaalne vahend nii teadlastele kui ka alustavatele üliõpilastele saavad tuttavaks kõigi erinevate aatomite nimed koos nende kriitiliste omaduste kokkuvõttega omadused. Neid leidub igas keemiaõpikus ja piiramatutes kohtades veebis. Selle jaotisega tutvumisel peaks teil olema üks käepärast juhend.

Perioodiline tabel sisaldab kõigi 103 elemendi või, kui soovite, aatomi tüübi nimesid ja ühe- või kahetähelisi lühendeid. Neist 92 on looduslikult esinevad, samas kui raskemaid 11, numbritega 93–103, on toodetud ainult laboritingimustes. Perioodilise tabeli iga elemendi number vastab selle aatomnumbrile ja seega ka prootonite arvule. Elemendile vastav tabeli lahter näitab tavaliselt selle aatommassi - see tähendab prootonite, neutronite ja elektronide kogumassi - kasti põhjas, aatomi nime all. Kuna praktilistel eesmärkidel moodustab see üksi prootonite ja neutronite massi ning kuna prootonitel ja neutronitel on sama massi, saate järeldada, kui palju neutrone on aatomil, lahutades aatomimassist (prootonite arv) ja ümardades väljas. Näiteks on naatrium (Na) perioodilisustabelis number 11 ja selle mass on 22,99 aatommassiühikut (amu). Ümardades selle 23-ni, saate seejärel arvutada, et naatriumis peab olema 23 - 11 = 12 neutronit.

Kõigist eelnevast võite koguda, et aatomid muutuvad raskemaks, kui inimene liigub vasakult paremale ja ülevalt üles nagu tabelis raamatu lehe lugemine, kus iga uus sõna on eelmisest veidi suurem sõna.

Elemendid võivad eksisteerida tahkete ainete, vedelike või gaasidena nende loomulikus olekus. Süsinik (C) on tahke aine näide; elavhõbe (Hg), mida leidub "vana kooli" termomeetrites, on vedelik; ja vesinik (H) eksisteerib gaasina. Neid saab perioodilise tabeli abil rühmitada kategooriatesse nende füüsikaliste omaduste põhjal. Üks mugav viis nende jagamiseks on metallid ja mittemetallid. Metallid sisaldavad kuut alamtüüpi, mittemetallid aga ainult kahte. (Metalloidideks loetakse boori, arseeni, räni, germaaniumi, antimoni, telluuri ja astatiini.)

Perioodiline tabel sisaldab 18 veergu, kuigi igas veerus pole kõik võimalikud ruumid hõivatud. Esimene täielik rida - see tähendab kõigi elementi sisaldavate 18 veeru esimene eksemplar - algab elemendi numbriga 19 (K või kaalium) ja lõpeb numbriga 36 (Kr või krüptoon). See tundub esmapilgul ebamugav, kuid see tagab, et aatomid on nende poolest sarnased liimikäitumine ja muud muutujad jäävad hõlpsasti tuvastatavatesse ridadesse, veergudesse või muudesse rühmadesse tabel.

Isotoopid on erinevad aatomid, millel on sama aatomnumber ja seega ka sama element, kuid neutronite arv on erinev. Seetõttu on nende aatommass erinev. Lisateavet isotoopide kohta leiate järgmises osas.

Liimikäitumine on üks erinevatest kriteeriumidest, mille järgi saab aatomeid eraldada. Näiteks nimetatakse veerus 18 kuut looduslikult esinevat elementi (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) väärisgaasid kuna need on teiste elementidega sisuliselt reageerimatud; see meenutab, kuidas vanasti aadliklassi liikmed tavalise rahvaga ei segunenud.

Metallid võib jagada kuueks tüübiks (leelismuld, leelismuld, siirde-, üleminekujärgsed ning aktinoidid ja lantanoidid). Need kõik jagunevad perioodilisustabeli erinevatesse piirkondadesse. Enamik elemente on mingisugused metallid, kuid 17 mittemetalli sisaldavad mõnda tuntumat aatomit, sealhulgas hapnikku, lämmastikku, väävlit ja fosforit, mis kõik on eluks hädavajalikud.

Ühend on valmistatud ühest või mitmest elemendist. Näiteks vesi on ühend. Kuid teil võib olla ka üks või mitu elementi või ühendit, mis on lahustatud teises vedelas ühendis (tavaliselt vees), nagu vees lahustunud suhkur. See on näide lahusest, kuna soluudis (lahustunud tahke aine) olevad molekulid ei seondu soluudi molekulidega (näiteks vesi, etanool või mis teil on).

Ühendi väikseimat ühikut nimetatakse molekuliks. Aatomite suhe elementidesse peegeldab molekuli ja ühendi suhet. Kui teil on tükike puhast naatriumi, element ja vähendate seda võimalikult väikeseks, jääb järele naatriumiaatom. Kui teil on puhta naatriumkloriidi (lauasool; NaCl) ja vähendage seda võimalikult väikeseks, säilitades samal ajal kõik selle füüsikalised ja keemilised omadused, jääb teile naatriumkloriidi molekul.

Kümme kõige rikkalikumat elementi Maal moodustavad umbes 99 protsenti kogu planeedil, sealhulgas atmosfääris leiduvate elementide massist. Ainuüksi hapnik (O) moodustab 46,6 protsenti Maa massist. Räni (Si) osakaal on 27,7 protsenti, alumiiniumi (Al) registreerumine on 8,1 protsenti ja rauda (Fe) 5,0 protsenti. Järgmised neli kõige rikkalikumat eksisteerivad inimorganismis elektrolüütidena: kaltsium (Ca) 3,6%, naatrium (Na) 2,8%, kaalium (K) 2,6% ja magneesium (Mg) 2,1%.

Elemente, mida leidub suures koguses nähtaval kujul, või elemente, mis on lihtsalt kurikuulsad, võib mõnes mõttes pidada põhielementideks. Kui vaatate puhast kulda, olgu see siis pisike helbeke või suur tellis (viimane on ebatõenäoline!), Siis vaatate ühte elementi. Seda kullatükki peetaks endiselt kullaks, isegi kui peale aatomi jäid kõik. Teiselt poolt, nagu märgib NASA, võib kuldmündil olla umbes 20 000 000 000 000 000 000 000 000 (20 septilli) kuldaatomit sõltuvalt mündi suurusest.

An isotoop on aatomi variant, umbes samamoodi on Dobermani pinšer koera variant. Meenutate, et antud tüüpi aatomi üks oluline omadus on see, et selle aatomite arv ja seega ka selles sisalduvate prootonite arv ei saa muutuda. Seega, kui aatomid tulevad variantidena, peab see variatsioon olema neutronite arvu erinevuste tulemus.

Enamikul elementidel on üks stabiilne isotoop, see on vorm, milles elementi kõige sagedamini leidub. Mõned elemendid eksisteerivad looduslikult isotoopide seguna. Näiteks raud (Fe) koosneb umbes 5,845 protsendist ⁵⁴Fe, 91,754 protsenti ⁵⁶Fe, 2,119 protsenti ⁵⁷Fe ja 0,282 protsenti ⁵⁸Fe. Elementide lühendite vasakul küljel olevad ülaindeksid näitavad prootonite ja neutronite arvu. Kuna raua aatomite arv on 26, on eelpool loetletud isotoopidel järjekorras 28, 30, 31 ja 32 neutronit.

Kõigil antud aatomi isotoopidel on ühesugused keemilised omadused, mis tähendab, et nende sidumiskäitumine on sama. Nende füüsikalised omadused, nagu mass, keemistemperatuurid ja sulamistemperatuurid, on erinevad ning neid kasutatakse nende eristamiseks.