Les atomes sont mieux considérés comme les plus petits morceaux indivisibles de la matière ordinaire. En fait, leur nom est dérivé du grec pour "ne peut pas être coupé". Les atomes sont constitués de protons, de neutrons et d'électrons, bien que le type le plus petit et le plus simple, l'atome d'hydrogène, ne contienne pas de neutrons.
Un élément est une matière constituée d'un seul type d'atome. Lorsque vous regardez le tableau périodique des éléments, chaque case que vous voyez est occupée par une substance avec un arrangement unique de protons et de neutrons. Dans le cas particulier où un seul atome d'un élément est présent, les définitions d'"atome" et d'"élément" sont identiques. Alternativement, vous pourriez avoir 10, 100 ou 1 000 000 de tonnes de matière constituées d'un seul élément, tant que chaque atome de cette masse géante est identique. En d'autres termes, lorsqu'on vous présente un atome et un élément et qu'on vous dit qu'un seul est microscopique, vous savez quel est l'exemple d'un élément (bien que tous les agrégats d'un seul élément, bien sûr, ne soient pas assez grands pour être vus à l'œil nu ou même avec un microscope).
Quels sont quelques exemples d'atomes?
Exemples d'atomes dont vous êtes pratiquement certain d'avoir entendu parler - à moins que vous ne veniez d'atterrir ici depuis une autre planète, ou peut-être dans un univers parallèle dans lequel les atomes eux-mêmes sont inconnus – comprennent l'hydrogène, l'oxygène et le carbone, au strict minimum. L'hydrogène et l'oxygène sont les deux atomes de l'eau, la formule chimique de l'eau étant H2O parce qu'un molécule d'eau contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Notez que l'eau, bien qu'elle ne puisse perdre aucun de ses atomes constitutifs et être toujours de l'eau, n'est pas un élément, car tous ses atomes ne sont pas identiques. Au lieu de cela, c'est un composé. (Plus d'informations sur cette nomenclature bientôt.)
Chaque atome peut comprendre trois composants différents: les protons, les neutrons et les électrons. En fait, chaque atome en plus de l'atome d'hydrogène en contient au moins un; l'hydrogène se compose d'un proton et d'un électron, mais n'a pas de neutrons. Les protons et les neutrons ont presque la même masse, celle d'un proton étant de 1,6726231 x 10-27 kg et celui d'un électron étant 1,6749286 x 10-27 kg. Les électrons sont encore plus petits, à tel point que leur masse combinée peut être négligée à des fins pratiques lors du calcul de la masse d'un atome donné. Un électron a une masse de 9.1093897 x 10-31 kg.
Les atomes sous leur forme élémentaire contiennent un nombre égal de protons et d'électrons. Un proton porte une petite charge électrique positive, désignée +1, alors qu'un électron porte une charge -1. Les neutrons ne portent aucune charge, donc un atome ordinaire n'a pas de charge nette car la charge positive du proton et la charge négative de l'électron s'annulent. Certains atomes, cependant, ont un nombre inégal de protons et d'électrons, et portent donc une charge nette (par exemple, -2 ou +3); ces atomes sont appelés ions.
Physiquement, les atomes sont arrangés à peu près comme le système solaire, avec de plus petits morceaux de matière tournant autour du centre beaucoup plus massif. En astronomie, cependant, la force gravitationnelle est ce qui maintient les planètes en rotation autour du soleil; dans les atomes, c'est une force électrostatique. Les protons et les neutrons d'un atome s'agglutinent pour former le centre, appelé noyau. Parce que le noyau ne comprend que des composants positifs et non porteurs de charge, il est chargé positivement. Les électrons, quant à eux, existent dans un nuage autour du noyau, attirés par sa charge positive. La position d'un électron à un instant donné ne peut pas être connue avec précision, mais sa probabilité d'être à un endroit donné dans l'espace peut être calculée avec une grande précision. Cette incertitude constitue la base de la physique quantique, un domaine en plein essor qui est passé de la théorie à un certain nombre d'applications importantes en ingénierie et en informatique.
Quels sont les noms des atomes ?
Le tableau périodique des éléments est un moyen universel pour les scientifiques et les étudiants débutants de se familiariser avec les noms de tous les différents atomes, ainsi qu'un résumé de leur critique Propriétés. Ceux-ci se trouvent dans tous les manuels de chimie et dans des endroits illimités en ligne. Vous devriez en avoir un à portée de main pour référence lors de la consultation de cette section.
Le tableau périodique contient les noms et les abréviations d'une ou deux lettres des 103 éléments, ou si vous préférez, des types d'atomes. 92 d'entre eux sont d'origine naturelle, tandis que les 11 plus lourds, numérotés de 93 à 103, n'ont été produits que dans des conditions de laboratoire. Le numéro de chaque élément dans le tableau périodique correspond à son numéro atomique et donc au nombre de protons qu'il contient. La case du tableau correspondant à un élément indique généralement sa masse atomique – c'est-à-dire la masse totale de ses protons, neutrons et électrons – au fond de la case, sous le nom de l'atome. Étant donné qu'à des fins pratiques, cela équivaut à la masse des protons et des neutrons seuls, et parce que les protons et les neutrons sont très proches de la même masse, vous pouvez déduire le nombre de neutrons d'un atome en soustrayant son numéro atomique (le nombre de protons) de la masse atomique et en arrondissant désactivé. Par exemple, le sodium (Na) est le numéro 11 dans le tableau périodique et a une masse de 22,99 unités de masse atomique (amu). En arrondissant à 23, vous pouvez alors calculer que le sodium doit avoir 23 - 11 = 12 neutrons.
De tout ce qui précède, vous pouvez déduire que les atomes deviennent plus lourds lorsque l'on se déplace de gauche à droite et de haut en en bas du tableau, comme lire une page dans un livre sur laquelle chaque nouveau mot est juste un peu plus gros que le précédent mot.
Les éléments peuvent exister sous forme de solides, de liquides ou de gaz dans leur état natif. Le carbone (C) est un exemple de solide; le mercure (Hg), que l'on trouve dans les thermomètres « old-school », est un liquide; et l'hydrogène (H) existe sous forme de gaz. Ils peuvent être regroupés, à l'aide du tableau périodique, en catégories sur la base de leurs propriétés physiques. Une façon pratique de les diviser est en métaux et non-métaux. Les métaux comprennent six sous-types, tandis que les non-métaux n'en comportent que deux. (Le bore, l'arsenic, le silicium, le germanium, l'antimoine, le tellure et l'astate sont considérés comme des métalloïdes.)
Le tableau périodique comprend 18 colonnes, bien que tous les espaces possibles dans chaque colonne ne soient pas occupés. La première ligne complète, c'est-à-dire la première instance des 18 colonnes contenant un élément, commence par l'élément numéro 19 (K ou potassium) et se termine par le numéro 36 (Kr ou krypton). Cela semble gênant à première vue, mais cela garantit que les atomes ayant des propriétés similaires en termes de le comportement de liaison et d'autres variables restent dans des lignes, des colonnes ou d'autres groupes facilement identifiables au sein du tableau.
Quels sont les différents types d'atomes ?
Les isotopes sont des atomes différents qui ont le même numéro atomique et sont donc le même élément, mais ont des nombres de neutrons différents. Ils varient donc dans leur masse atomique. Plus d'informations sur les isotopes apparaissent dans une section suivante.
Le comportement de liaison est l'un des divers critères par lesquels les atomes peuvent être séparés. Par exemple, les six éléments naturels de la colonne 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) sont appelés les gaz nobles parce qu'ils sont essentiellement non réactifs avec d'autres éléments; cela rappelle comment, dans les temps anciens, les membres des classes nobles ne se mêlaient pas aux gens du commun.
Les métaux peuvent être divisés en six types (alcali, alcalino-terreux, transition, post-transition et les actinoïdes et les lanthanoïdes). Ceux-ci tombent tous dans des régions distinctes du tableau périodique. La majorité des éléments sont des métaux d'une certaine sorte, mais les 17 non-métaux comprennent certains des atomes les plus connus, notamment l'oxygène, l'azote, le soufre et le phosphore, qui sont tous essentiels à la vie.
Que sont les composés et les molécules ?
Un composé est composé d'un ou plusieurs éléments. Par exemple, l'eau est un composé. Mais vous pouvez également avoir un ou plusieurs éléments ou composés dissous dans un autre composé liquide (généralement de l'eau), comme le sucre dissous dans l'eau. Ceci est un exemple de solution car les molécules du soluté (le solide dissous) ne se lient pas aux molécules de soluté (comme l'eau, l'éthanol ou autre).
La plus petite unité d'un composé s'appelle une molécule. La relation entre les atomes et les éléments reflète la relation entre les molécules et les composés. Si vous avez un morceau de sodium pur, un élément, et que vous le réduisez à sa plus petite taille possible, ce qui reste est un atome de sodium. Si vous avez une collection de chlorure de sodium pur (sel de table; NaCl) et de le réduire au minimum possible tout en conservant toutes ses propriétés physiques et chimiques, il vous reste une molécule de chlorure de sodium.
Quels sont les éléments majeurs ?
Les 10 éléments les plus abondants sur Terre représentent environ 99% de la masse de tous les éléments présents sur la planète, y compris dans l'atmosphère. L'oxygène (O) représente à lui seul 46,6% de la masse terrestre. Le silicium (Si) représente 27,7%, tandis que l'aluminium (Al) représente 8,1% et le fer (Fe) 5,0%. Les quatre suivants les plus abondants existent tous sous forme d'électrolytes dans le corps humain: le calcium (Ca) à 3,6 %, le sodium (Na) à 2,8 %, le potassium (K) à 2,6 % et le magnésium (Mg) à 2,1 %.
Les éléments trouvés en quantités importantes sous une forme visible, ou des éléments simplement notoires, peuvent être considérés comme des éléments majeurs dans un certain sens. Lorsque vous regardez de l'or pur, qu'il s'agisse d'un petit éclat ou d'une grosse brique (ce dernier étant peu probable !), vous regardez un seul élément. Cette pièce d'or serait toujours considérée comme de l'or même s'il ne restait plus qu'un seul atome. D'autre part, comme le note la NASA, une pièce d'or pourrait avoir environ 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 septillions) d'atomes d'or selon la taille de la pièce.
Que sont les isotopes ?
Un isotope est une variante d'un atome, de la même manière qu'un Doberman Pinscher est une variante d'un chien. Une propriété importante d'un type donné d'atome, vous vous en souviendrez, est que son numéro atomique, et donc le nombre de protons qu'il contient, ne peut pas changer. Par conséquent, si les atomes doivent venir dans des variantes, cette variation doit être le résultat de différences de nombre de neutrons.
La plupart des éléments ont un seul isotope stable, qui est la forme sous laquelle l'élément se trouve le plus souvent. Certains éléments, cependant, existent naturellement sous forme de mélange d'isotopes. Par exemple, le fer (Fe) se compose d'environ 5,845% de 54Fe, 91,754% de 56Fe, 2,119 pour cent de 57Fe et 0,282 pour cent de 58Fé. Les exposants sur le côté gauche des abréviations des éléments indiquent le nombre de protons plus les neutrons. Étant donné que le numéro atomique du fer est 26, les isotopes énumérés ci-dessus ont, dans l'ordre, 28, 30, 31 et 32 neutrons.
Tous les isotopes d'un atome donné ont les mêmes propriétés chimiques, ce qui signifie que leur comportement de liaison est le même. Leurs propriétés physiques, telles que leurs masses, points d'ébullition et points de fusion, sont différentes, et sont les moyens utilisés pour les distinguer.