דוגמאות לאטומים, אלמנטים ואיזוטופים

עדיף לחשוב על אטומים כעל החלקים הקטנים ביותר שאינם ניתנים לחלוקה של חומר רגיל. למעשה, שמם נגזר מיוונית עבור "לא ניתן לחתוך". אטומים מורכבים מפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים, אם כי הסוג הקטן והפשוט ביותר, אטום המימן, אינו מכיל נויטרונים.

יסוד הוא חומר המורכב מסוג אטום אחד. כשאתה מסתכל על הטבלה המחזורית של היסודות, כל תיבה שאתה רואה תפוסה על ידי חומר עם סידור ייחודי של פרוטונים ונויטרונים. במקרה המיוחד של אטום בודד של אלמנט שנמצא, ההגדרה של "אטום" ו"יסוד "זהה. לחלופין, ייתכן שיהיה לך 10 או 100 או 1,000,000 טונות של חומר המורכב מרכיב יחיד בלבד, כל עוד כל אטום במסה הענקית זהה. במילים אחרות, כשאתם מוצגים אטום ואלמנט ואומרים לו שרק אחד הוא מיקרוסקופי, אתם יודעים שזו דוגמה אלמנט (אם כי לא כל הצבירות של אלמנט אחד, כמובן, גדולות מספיק כדי להיראות בעין בלתי מזוינת או אפילו עם קונבנציונאלי מִיקרוֹסקוֹפּ).

דוגמאות לאטומים שאתה כמעט בטוח ששמעת עליהם - אלא אם כן פשוט נחתת כאן מכוכב אחר, או אולי ביקום מקביל בו האטומים עצמם אינם נשמעים - כוללים מימן, חמצן ופחמן, לכל הפחות. מימן וחמצן הם שני האטומים במים, כאשר הנוסחה הכימית של מים היא H

כל אטום יכול לכלול שלושה מרכיבים שונים: פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. למעשה, כל אטום מלבד אטום המימן מכיל לפחות אחד מכל אחד מהם; מימן מורכב מפרוטון אחד ואלקטרון אחד, אך אין לו נויטרונים. לפרוטונים ולנויטרונים יש כמעט אותה מסה, כאשר הפרוטון הוא 1.6726231 x 10^-27 ק"ג וזה של אלקטרון שהוא 1.6749286 x 10^-27 ק"ג. האלקטרונים עדיין דקים יותר, עד כדי כך שניתן להזניח את המסה המשולבת שלהם למטרות מעשיות בעת חישוב המסה של אטום נתון. לאלקטרון אחד יש מסה של 9.1093897 x 10^-31 ק"ג.

אטומים בצורתם האלמנטרית מכילים מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים. פרוטון נושא מטען חשמלי חיובי קטן, המיועד +1, ואילו אלקטרון נושא מטען של -1. נויטרונים אינם נושאים מטען, כך שלאטום רגיל אין מטען נטו שכן המטען החיובי של הפרוטון והמטען השלילי של האלקטרון מבטלים זה את זה. בחלק מהאטומים יש מספר לא שווה של פרוטונים ואלקטרונים, ולכן הם נושאים מטען נטו (למשל, -2 או +3); אטומים אלה נקראים יונים.

מבחינה פיזית, אטומים מסודרים בערך כמו מערכת השמש, כשפיסות חומר קטנות יותר מסתובבות במרכז המסיבי הרבה יותר. אולם באסטרונומיה כוח הכבידה הוא זה שמחזיק את כוכבי הלכת מסתובבים סביב השמש; באטומים, זהו כוח אלקטרוסטטי. הפרוטונים והנייטרונים של אטום מתקבצים יחד ליצירת המרכז, הנקרא הגרעין. מכיוון שהגרעין כולל רק רכיבים חיוביים ולא מטענים, הוא טעון חיובי. האלקטרונים, בינתיים, קיימים בענן סביב הגרעין, נמשך אליו על ידי המטען החיובי שלו. לא ניתן לדעת במדויק את מיקומו של אלקטרון בכל רגע, אך ניתן לחשב את דיוקו הגבוה בהימצאותו במיקום נתון בחלל. אי וודאות זו מהווה את הבסיס לפיזיקה קוונטית, תחום צומח שעבר מהתיאורטי למספר יישומים חשובים בתחום ההנדסה והטכנולוגיה הממוחשבת.

הטבלה המחזורית של היסודות היא אמצעי אוניברסלי עבור מדענים וסטודנטים מתחילים כאחד להכיר את שמות כל האטומים השונים, יחד עם סיכום ביקורתם נכסים. אלה נמצאים בכל ספר לימוד בכימיה ובמקומות בלתי מוגבלים ברשת. אתה צריך להיות אחד שימושי לעיון בעת ​​התייעצות עם סעיף זה.

הטבלה המחזורית מכילה את השמות והקיצורים של אות אחת או שתיים של כל 103 האלמנטים, או אם אתה מעדיף, סוגי אטומים. 92 מתוכם מתרחשים באופן טבעי, ואילו 11 הכבדים ביותר, שמספרם 93 עד 103, הופקו רק בתנאי מעבדה. המספר של כל יסוד בטבלה המחזורית תואם את המספר האטומי שלו ומכאן מספר הפרוטונים שהוא מכיל. התיבה בטבלה המתאימה לאלמנט מראה בדרך כלל את המסה האטומית שלו - כלומר, המסה הכוללת של הפרוטונים, הנייטרונים והאלקטרונים שלו - בתחתית התיבה, מתחת לשם האטום. מכיוון שמטרות מעשיות זה מסתכם במסת הפרוטונים והנויטרונים בלבד, ומכיוון שלפרוטונים והניטרונים יש קרוב מאוד ל אותה מסה, ניתן להסיק כמה נויטרונים יש לאטום על ידי הפחתת מספר האטום שלו (מספר הפרוטונים) ממסת האטום והעיגול כבוי. לדוגמא, נתרן (Na) הוא מספר 11 בטבלה המחזורית, ובעל מסה של 22.99 יחידות מסה אטומית (אמו). כשמעגלים את זה ל 23, אז אתה יכול לחשב שלנתרן חייבים להיות 23 - 11 = 12 נויטרונים.

מכל האמור לעיל, אתה יכול לאסוף שהאטומים הופכים כבדים יותר ככל שעוברים משמאל לימין וממעלה למעלה בתחתית הטבלה, כמו לקרוא דף בספר שכל מילה חדשה בו גדולה מעט יותר מהקודם מִלָה.

אלמנטים יכולים להתקיים כמוצקים, נוזלים או גזים במדינתם. פחמן (C) הוא דוגמה למוצק; כספית (Hg), המצוי במדי חום "ישנים", הוא נוזל; ומימן (H) קיים כגז. ניתן לקבץ אותם בעזרת הטבלה המחזורית לקטגוריות על בסיס המאפיינים הפיזיים שלהם. דרך נוחה אחת לחלק אותם היא למתכות ולא למתכות. מתכות כוללות שישה תת-סוגים, ואילו מתכות לא כוללות שניים בלבד. (בורון, ארסן, סיליקון, גרמניום, אנטימון, טלוריום ואסטטין נחשבים למטלואידים).

הטבלה המחזורית כוללת 18 עמודות, אם כי לא כל שטח אפשרי בכל עמודה תפוס. השורה השלמה הראשונה - כלומר המופע הראשון של כל 18 העמודות המכילות אלמנט - מתחילה באלמנט מספר 19 (K, או אשלגן) ומסתיימת במספר 36 (Kr, או קריפטון). זה נראה מביך במבט אחד, אבל זה מבטיח כי אטומים בעלי תכונות דומות מבחינת שלהם התנהגות מליטה ומשתנים אחרים נשארים בשורות, עמודות או קבוצות אחרות שניתן לזהות בקלות שולחן.

איזוטופים הם אטומים שונים בעלי מספר אטומי זהה, ולכן הם מאותו יסוד, אך בעלי מספר שונה של נויטרונים. לכן הם משתנים במסתם האטומית. מידע נוסף על איזוטופים מופיע בחלק הבא.

התנהגות קשירה היא אחד הקריטריונים השונים לפיהם ניתן להפריד בין אטומים. לדוגמה, ששת האלמנטים המופיעים באופן טבעי בעמודה 18 (הוא, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) נקראים גזים אצילים מכיוון שהם בעצם אינם מגיבים עם אלמנטים אחרים; זה מזכיר את האופן שבו, בימי קדם, בני כיתות האצולה לא התערבבו עם אנשים רגילים.

ניתן לחלק מתכות לשישה סוגים (אלקלי, אדמה אלקליין, מעבר, לאחר מעבר, והאקטינואידים והלנתנואידים). כל אלה מתחלקים לאזורים מובחנים בטבלה המחזורית. רוב היסודות הם מתכות מסוג כלשהו, ​​אך 17 הלא מתכות כוללות כמה אטומים ידועים יותר, כולל חמצן, חנקן, גופרית וזרחן, שכולם חיוניים לכל החיים.

תרכובת מיוצרת מאלמנט אחד או יותר. לדוגמא, מים הם תרכובת. אבל אתה יכול גם להיות אחד או יותר אלמנטים או תרכובות מומסים בתרכובת נוזלית אחרת (בדרך כלל מים), כמו סוכר מומס במים. זו דוגמה לפתרון מכיוון שהמולקולות במומס (המוצק המומס) אינן נקשרות למולקולות המומס (כגון מים, אתנול או מה יש לך).

היחידה הקטנה ביותר של תרכובת נקראת מולקולה. יחס האטומים לאלמנטים משקף את הקשר בין מולקולות לתרכובות. אם יש לך נתח של נתרן טהור, יסוד, ומצמצם אותו לגודלו הקטן ביותר, מה שנשאר הוא אטום נתרן. אם יש לך אוסף של נתרן כלורי טהור (מלח שולחן; NaCl) ולהפחית אותו לקטן ביותר ממנו יכול לקחת תוך שמירה על כל התכונות הפיזיקליות והכימיות שלו, אתה נשאר עם מולקולת נתרן כלורי.

10 האלמנטים השכיחים ביותר על פני כדור הארץ מהווים כ 99 אחוז ממסתם של כל היסודות הנמצאים בכל כדור הארץ, כולל האטמוספירה. חמצן (O) לבדו מהווה 46.6 אחוז ממסת כדור הארץ. סיליקון (Si) מהווה 27.7 אחוזים, בעוד שאלומיניום (אל) בודק 8.1 אחוזים וברזל (Fe) 5.0 אחוזים. ארבעת הבאים הבאים בשפע הבאים קיימים כאלקטרוליטים בגוף האדם: סידן (Ca) ב -3.6%, נתרן (Na) ב -2.8%, אשלגן (K) ב -2.6% ומגנזיום (Mg) ב -2.1%.

אלמנטים שנמצאים בכמויות נכבדות בצורה גלויה, או אלמנטים ידועים לשמצה בלבד, יכולים להיחשב כמרכיבים עיקריים במובן מסוים. כשאתה מסתכל על זהב טהור, אם זה פתית זעיר או לבנה גדולה (האחרונה לא סבירה!), אתה מסתכל על אלמנט אחד. אותה פיסת זהב עדיין תיחשב לזהב גם אם כל האטום היחיד למעט יישאר. מצד שני, כפי שציינה נאס"א, מטבע זהב יכול להכיל כ -20,000,000,000,000,000,000,000,000 (20 ספטיליון) אטומי זהב בהתאם לגודל המטבע.

An אִיזוֹטוֹפּ הוא גרסה של אטום, בערך באותו אופן שדוברמן פינשר הוא גרסה של כלב. כזכור, מאפיין חשוב של סוג אטום מסוים הוא שמספרו האטומי, ומכאן שמספר הפרוטונים שהוא מכיל, אינו יכול להשתנות. לכן, אם אטומים מגיעים בגרסאות, וריאציה זו חייבת להיות תוצאה של הבדלים במספר הנויטרונים.

לרוב האלמנטים יש איזוטופ יציב אחד, שהוא הצורה בה נמצא האלמנט הנפוץ ביותר. אלמנטים מסוימים, לעומת זאת, קיימים באופן טבעי כתערובת של איזוטופים. לדוגמה, ברזל (Fe) מורכב מכ- 5.845 אחוזים מ- ⁵⁴Fe, 91.754 אחוזים מה- ⁵⁶Fe, 2.119 אחוזים מה- ⁵⁷Fe ו- 0.282 אחוזים מה- ⁵⁸Fe. כתבי העל בצד שמאל של קיצורי היסודות מציינים את מספר הפרוטונים בתוספת נויטרונים. מכיוון שמספר האטום של ברזל הוא 26, האיזוטופים המפורטים לעיל, לפי הסדר, כוללים 28, 30, 31 ו -32 נויטרונים.

לכל האיזוטופים של אטום נתון יש את אותם תכונות כימיות, כלומר התנהגות הקשר שלהם זהה. המאפיינים הפיזיים שלהם, כמו המסה, נקודות הרתיחה ונקודות ההיתוך שלהם, הם שונים, והם האמצעים המשמשים להבחנה ביניהם.