O atomima se najbolje misli kao o najmanjim nedjeljivim komadićima obične materije. Zapravo je njihovo ime izvedeno iz grčkog jer se "ne može rezati". Atomi se sastoje od protona, neutrona i elektrona, iako najmanja i najjednostavnija vrsta, atom vodika, ne sadrži neutrone.
Element je materija koja se sastoji od jedne vrste atoma. Kada pogledate periodni sustav elemenata, svaki okvir koji vidite zauzima tvar s jedinstvenim rasporedom protona i neutrona. U posebnom slučaju prisutnosti samo jednog atoma elementa, definicije "atoma" i "elementa" identične su. Alternativno, mogli biste imati 10 ili 100 ili 1.000.000 tona materije koja se sastoji od samo jednog elementa, sve dok je svaki atom u toj divovskoj masi identičan. Stavite malo drugačije, kad vam se predstave atom i element i kaže da je samo jedan mikroskopski, znate što je primjer element (iako nisu sve nakupine pojedinog elementa, naravno, dovoljno velike da bi se mogle vidjeti golim okom ili čak konvencionalnim mikroskop).
Koji su primjeri atoma?
Primjeri atoma za koje ste gotovo sigurni da ste čuli - osim ako, to jest, niste upravo sletjeli ovdje s drugog planeta ili možda u paralelnom svemiru u kojem su atomi sami nečuveni - uključuju vodik, kisik i ugljik, na minimumu. Vodik i kisik su dva atoma u vodi, s kemijskom formulom vode koja je H2O jer jedan molekula vode sadrži dva atoma vodika i jedan atom kisika. Imajte na umu da voda, iako ne može izgubiti niti jedan od svojih sastavnih atoma i još uvijek može biti voda, nije element, jer nisu svi njezini atomi identični. Umjesto toga, to je spoj. (Uskoro više o ovoj nomenklaturi.)
Svaki atom može sadržavati tri različite komponente: protone, neutrone i elektrone. U stvari, svaki atom osim atoma vodika sadrži barem jedan od svakog; vodik se sastoji od jednog protona i jednog elektrona, ali nema neutrone. Protoni i neutroni imaju gotovo jednaku masu, s tim da je masa protona 1,6726231 x 10-27 kg, a elektrona 1,6749286 x 10-27 kg Elektroni su još uvijek sitniji, toliko da se njihova zajednička masa može zanemariti u praktične svrhe pri izračunavanju mase određenog atoma. Jedan elektron ima masu 9,1093897 x 10-31 kg
Atomi u svom elementarnom obliku sadrže jednak broj protona i elektrona. Proton nosi mali pozitivni električni naboj, označen s +1, dok elektron nosi naboj od -1. Neutroni ne nose naboj, tako da obični atom nema neto naboj, jer se pozitivni naboj protona i negativni naboj elektrona međusobno poništavaju. Neki atomi, međutim, imaju nejednak broj protona i elektrona i stoga nose neto naboj (npr. -2 ili +3); ti atomi se zovu ioni.
Fizički su atomi raspoređeni otprilike poput Sunčevog sustava, s manjim dijelovima materije koji se vrte oko daleko masivnijeg središta. Međutim, u astronomiji je gravitacijska sila ta koja održava planete da se okreću oko Sunca; u atomima je elektrostatička sila. Protoni i neutroni atoma skupljaju se tvoreći središte, koje se naziva jezgra. Budući da jezgra uključuje samo pozitivne i one koji ne nose naboje, ona je pozitivno nabijena. U međuvremenu, elektroni postoje u oblaku oko jezgre privučen pozitivnim nabojem. Položaj elektrona u bilo kojem trenutku ne može se precizno znati, ali se s velikom točnošću može izračunati vjerojatnost boravka na određenom mjestu u svemiru. Ova nesigurnost čini osnovu kvantne fizike, rastućeg polja koje je iz teoretske prešlo u niz važnih primjena u inženjerstvu i računalnoj tehnologiji.
Koja su imena atoma?
Periodni sustav elemenata univerzalno je sredstvo i za znanstvenike i za početnike upoznati se s imenima svih različitih atoma, zajedno sa sažetkom njihovih kritičnih Svojstva. Nalaze se u svim udžbenicima kemije i na neograničenim mjestima na mreži. Trebali biste imati jedan priručnik za referencu prilikom pregledavanja ovog odjeljka.
Periodni sustav sadrži nazive i skraćenice od jedno ili dva slova svih 103 elementa, ili ako želite, vrste atoma. 92 od njih se prirodno javljaju, dok je najtežih 11, brojeva 93 do 103, proizvedeno samo u laboratorijskim uvjetima. Broj svakog elementa u periodnom sustavu odgovara njegovom atomskom broju, a time i broju protona koje sadrži. Kutija u tablici koja odgovara elementu obično prikazuje njegovu atomsku masu - odnosno ukupnu masu njegovih protona, neutrona i elektrona - na dnu kutije, ispod naziva atoma. Budući da to u praktične svrhe iznosi samo masu protona i neutrona, i zato što protoni i neutroni imaju vrlo blizu iste mase, možete odrediti koliko neutrona ima atom oduzimajući njegov atomski broj (broj protona) od atomske mase i zaokružujući isključiti. Na primjer, natrij (Na) je broj 11 u periodnom sustavu i ima masu od 22,99 atomskih jedinica mase (amu). Zaokružujući ovo na 23, tada možete izračunati da natrij mora imati 23 - 11 = 12 neutrona.
Iz svega navedenog možete shvatiti da atomi postaju teži dok se čovjek kreće slijeva udesno i od vrha prema dno u tablici, poput čitanja stranice u knjizi na kojoj je svaka nova riječ samo malo veća od prethodne riječ.
Elementi mogu postojati u obliku krutine, tekućine ili plina u svom izvornom stanju. Ugljik (C) je primjer krutine; živa (Hg), koja se nalazi u termometrima "stare škole", je tekućina; a vodik (H) postoji kao plin. Mogu se grupirati, uz pomoć periodnog sustava, u kategorije na temelju njihovih fizičkih svojstava. Jedan od prikladnih načina dijeljenja je na metale i nemetale. Metali uključuju šest podtipova, dok nemetali imaju samo dvije. (Bor, arsen, silicij, germanij, antimon, telur i astatin smatraju se metaloidima.)
Periodni sustav sadrži 18 stupaca, iako nije zauzet svaki mogući prostor u svakom stupcu. Prvi cjeloviti redak - odnosno prva instanca svih 18 stupaca koji sadrže element - započinje brojem elementa 19 (K ili kalij) i završava brojem 36 (Kr ili kripton). Na prvi pogled ovo izgleda neugodno, ali osigurava atome sličnih svojstava u smislu njihovih ponašanje vezivanja i ostale varijable ostaju u lako prepoznatljivim redovima, stupcima ili drugim skupinama unutar stol.
Koje su različite vrste atoma?
Izotopi su različiti atomi koji imaju isti atomski broj, pa su prema tome isti element, ali imaju različit broj neutrona. Stoga se razlikuju u svojoj atomskoj masi. Više informacija o izotopima pojavit će se u sljedećem odjeljku.
Ponašanje vezivanja jedan je od različitih kriterija pomoću kojih se atomi mogu razdvojiti. Na primjer, šest prirodnih elemenata u stupcu 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) naziva se plemeniti plinovi jer su u osnovi nereaktivni s drugim elementima; ovo podsjeća na to kako se u stara vremena pripadnici plemićkih staleža nisu miješali s običnim pukom.
Metali se mogu podijeliti u šest vrsta (lužine, zemnoalkalijske, prijelazne, post-prijelazne i aktinoidi i lantanoidi). Sve to spada u različita područja u periodnom sustavu. Većina elemenata su neke vrste metali, ali 17 nemetala uključuje neke od poznatijih atoma, uključujući kisik, dušik, sumpor i fosfor, koji su svi neophodni za život.
Što su spojevi i molekule?
Spoj se izrađuje od jednog ili više elemenata. Na primjer, voda je spoj. Ali također možete imati jedan ili više elemenata ili spojeva otopljenih u drugom, tekućem spoju (obično vodi), poput šećera otopljenog u vodi. Ovo je primjer otopine, jer se molekule u otopljenoj supstanci (otopljena krutina) ne vežu za molekule otopljene tvari (poput vode, etanola ili onoga što imate).
Najmanja jedinica spoja naziva se molekula. Odnos atoma prema elementima odražava odnos između molekula i spojeva. Ako imate komadić čistog natrija, elementa i smanjite ga na najmanju moguću veličinu, preostaje atom natrija. Ako imate kolekciju čistog natrijevog klorida (kuhinjska sol; NaCl) i smanjite na najmanju moguću količinu, zadržavajući sva njegova fizikalna i kemijska svojstva, ostaje vam molekula natrijevog klorida.
Koji su glavni elementi?
Deset najrasprostranjenijih elemenata na Zemlji čine oko 99 posto mase svih elemenata koji se nalaze na cijeloj planeti, uključujući i atmosferu. Samo kisik (O) čini 46,6 posto Zemljine mase. Silicij (Si) čini 27,7 posto, dok aluminij (Al) ima 8,1 posto, a željezo (Fe) 5,0 posto. Sljedeća četiri, najobilnija, postoje kao elektroliti u ljudskom tijelu: kalcij (Ca) 3,6 posto, natrij (Na) 2,8 posto, kalij (K) 2,6 posto i magnezij (Mg) 2,1 posto.
Elementi pronađeni u značajnim količinama u vidljivom obliku ili elementi koji su samo ozloglašeni, u nekom se smislu mogu smatrati glavnim elementima. Kada gledate čisto zlato, bilo da se radi o sitnoj ljuskici ili velikoj cigli (ovo potonje nije vjerojatno!), Gledate jedan element. Taj bi se komad zlata i dalje smatrao zlatom čak i kad bi ostali svi osim jednog atoma. S druge strane, kako napominje NASA, zlatnik bi mogao imati oko 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 septilija) zlatnih atoma, ovisno o veličini novčića.
Što su izotopi?
An izotop je varijanta atoma, otprilike na isti način na koji je dobermanski pinč varijanta psa. Sjetit ćete se da je jedno važno svojstvo dane vrste atoma da se njegov atomski broj, a time i broj protona koje sadrži, ne može promijeniti. Stoga, ako atomi dolaze u varijantama, ta varijacija mora biti rezultat razlika u neutronskom broju.
Većina elemenata ima jedan stabilni izotop, što je oblik u kojem se element najčešće nalazi. Neki elementi, međutim, prirodno postoje kao mješavina izotopa. Na primjer, željezo (Fe) sadrži oko 5,845 posto 54Fe, 91,754 posto od 56Fe, 2,119 posto 57Fe i 0,282 posto 58Fe. Gornji natpisi na lijevoj strani kratica elemenata označavaju broj protona i neutrona. Budući da je atomski broj željeza 26, gore navedeni izotopi redom imaju 28, 30, 31 i 32 neutrona.
Svi izotopi određenog atoma imaju ista kemijska svojstva, što znači da je njihovo ponašanje vezivanja isto. Njihova fizička svojstva, poput mase, vrelišta i tališta, različita su i sredstvo su kojim se razlikuju.