ატომების, ელემენტების და იზოტოპების მაგალითები

ატომები საუკეთესოდ მოიაზრება, როგორც ჩვეულებრივი მატერიის უმცირესი განუყოფელი ნაწილაკები. სინამდვილეში, მათი სახელი ბერძნულიდან არის მიღებული "არ შეიძლება მოჭრა". ატომები შედგება პროტონის, ნეიტრონისა და ელექტრონისგან, თუმცა ყველაზე პატარა და მარტივი სახის, წყალბადის ატომი, ნეიტრონებს არ შეიცავს.

ელემენტი არის მატერია, რომელიც შედგება ერთი სახის ატომისგან. ელემენტების პერიოდულ ცხრილს რომ ათვალიერებთ, ყველა ყუთს, რომელსაც ხედავთ, პროტონებისა და ნეიტრონების უნიკალური განლაგების ნივთიერება იკავებს. განსაკუთრებული ელემენტის მხოლოდ ერთი ატომის განსაკუთრებული შემთხვევის შემთხვევაში, ”ატომის” და ”ელემენტის” განმარტება იდენტურია. გარდა ამისა, თქვენ შეიძლება გქონდეთ 10 ან 100 ან 1 000 000 ტონა მატერია, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი ელემენტისგან, რადგან ამ გიგანტური მასის ყველა ატომი იდენტურია. განათავსეთ ოდნავ განსხვავებულად, როდესაც წარმოდგენილია ატომი და ელემენტი და გითხარით, რომ მხოლოდ ერთია მიკროსკოპული, თქვენ იცით რომელია ელემენტი (თუმცა, ერთი ელემენტის ყველა აგრეგაცია, რა თქმა უნდა, არ არის საკმარისად დიდი, რომ შიშველი თვალით ან თუნდაც ჩვეულებრივი იყოს მიკროსკოპი).

ატომების მაგალითები, რომელთა შესახებ თქვენ პრაქტიკულად გსმენიათ - თუ, უბრალოდ, აქ სხვა პლანეტიდან არ ჩამოხვედით, ან შესაძლოა პარალელურ სამყაროში, რომელშიც თავად ატომები არ არიან მოსმენილი - მოიცავს წყალბადს, ჟანგბადს და ნახშირბადს, მინიმუმ მინიმუმამდე. წყალბადი და ჟანგბადი არის ორი ატომი წყალში, წყლის ქიმიური ფორმულაა H₂იმიტომ რომ ერთი მოლეკულა წყალი შეიცავს წყალბადის ორ ატომს და ჟანგბადის ერთ ატომს. გაითვალისწინეთ, რომ წყალი, მართალია მას არ შეუძლია დაკარგოს რომელიმე შემადგენელი ატომი და მაინც იყოს წყალი, მაგრამ ეს არ არის ელემენტი, რადგან მისი ყველა ატომი იდენტური არ არის. ამის ნაცვლად, ეს არის ა რთული. (დაწვრილებით ამ ნომენკლატურის შესახებ მალე.)

ყველა ატომი შეიძლება შეიცავდეს სამ განსხვავებულ კომპონენტს: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. სინამდვილეში, წყალბადის ატომის გარდა, ყველა ატომი შეიცავს თითოეულისგან მინიმუმ ერთს; წყალბადის შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ელექტრონისგან, მაგრამ არ აქვს ნეიტრონები. პროტონებსა და ნეიტრონებს თითქმის იგივე მასა აქვთ, პროტონის მასა 1,6726231 x 10^-27 კგ და ელექტრონის 1,6749286 x 10^-27 კგ. ელექტრონები ჯერ კიდევ უფრო მცირე ზომისაა, იმდენად, რამდენადაც მათი კომბინირებული მასის უგულებელყოფა შესაძლებელია პრაქტიკული მიზნებისათვის მოცემული ატომის მასის გამოთვლისას. ერთ ელექტრონს აქვს 9.1093897 x 10 მასა^-31 კგ.

ატომები ელემენტარული სახით შეიცავს პროტონისა და ელექტრონის თანაბარ რაოდენობას. პროტონი ატარებს მცირე დადებით ელექტრულ მუხტს, დანიშნულია +1, ხოლო ელექტრონი ახდენს მუხტს -1. ნეიტრონებს არანაირი დატვირთვა არ აქვთ, ამიტომ ჩვეულებრივ ატომს არ აქვს წმინდა მუხტი, რადგან პროტონის დადებითი მუხტი და ელექტრონის უარყოფითი მუხტი გააუქმებენ ერთმანეთს. ზოგიერთ ატომს აქვს პროტონისა და ელექტრონის არათანაბარი რაოდენობა და ამრიგად ატარებს წმინდა მუხტს (მაგალითად, -2 ან +3); ამ ატომებს უწოდებენ იონები.

ფიზიკურად, ატომები განლაგებულია დაახლოებით მზის სისტემის მსგავსად, მატერიის მცირე ნაწილაკები ტრიალებენ გაცილებით მასიური ცენტრის გარშემო. ასტრონომიაში, გრავიტაციული ძალა არის ის, რაც პლანეტებს მზის გარშემო ბრუნავს; ატომებში, ეს არის ელექტროსტატიკური ძალა. ატომის პროტონები და ნეიტრონები გროვდება და ქმნის ცენტრს, რომელსაც ბირთვი ეწოდება. იმის გამო, რომ ბირთვი მოიცავს მხოლოდ დადებით და არამიმუხტ კომპონენტებს, იგი დადებითად დამუხტულია. იმავდროულად, ელექტრონები არსებობენ ბირთვის გარშემო არსებულ ღრუბელში, რომელსაც მას დადებითი მუხტი იზიდავს. ელექტრონის პოზიცია ნებისმიერ მომენტში არ შეიძლება ზუსტად იყოს ცნობილი, მაგრამ მისი ალბათობა სივრცეში მოცემულ ადგილას იყოს გამოანგარიშებული მაღალი სიზუსტით. ეს გაურკვევლობა ქმნის კვანტური ფიზიკის საფუძველს, მზარდ ველს, რომელიც თეორიულიდან გადავიდა ინჟინერიასა და კომპიუტერული ტექნიკის მრავალ მნიშვნელოვან პროგრამაში.

ელემენტების პერიოდული სისტემა უნივერსალური საშუალებაა მეცნიერებისა და დამწყები სტუდენტებისათვის გაეცნოს ყველა განსხვავებული ატომის სახელებს, მათი კრიტიკულობის რეზიუმესთან ერთად თვისებები. ესენი გვხვდება ქიმიის ყველა სახელმძღვანელოში და ონლაინ უსაზღვრო ადგილებში. მითითებული ინფორმაციის მისაღებად უნდა გქონდეთ ერთი მოსახერხებელი.

პერიოდული ცხრილი შეიცავს ყველა 103 ელემენტის სახელებს და ერთ ან ორ ასოს აბრევიატურას, ან თუ გირჩევნიათ, ატომის ტიპებს. აქედან 92 ბუნებრივად გვხვდება, ხოლო ყველაზე მძიმე 11, 93 – დან 103 – მდე, მხოლოდ ლაბორატორიულ პირობებში იწარმოება. პერიოდულ ცხრილში თითოეული ელემენტის ნომერი შეესაბამება მის ატომურ რიცხვს და, შესაბამისად, მასში შემავალი პროტონის რაოდენობას. ელემენტის შესაბამისი ცხრილის უჯრა ჩვეულებრივ აჩვენებს მის ატომურ მასას - ეს არის მისი პროტონის, ნეიტრონისა და ელექტრონის საერთო მასა - ყუთის ქვედა ნაწილში, ატომის სახელის ქვემოთ. ვინაიდან პრაქტიკული მიზნებისათვის ეს მხოლოდ პროტონებისა და ნეიტრონების მასას შეადგენს და რადგან პროტონები და ნეიტრონები ძალიან ახლოს არიან იგივე მასა, შეგიძლიათ გამოანგარიშოთ რამდენი ნეიტრონი აქვს ატომს ატომური მასის გამოკლებით (პროტონების რაოდენობა) და დამრგვალება გამორთულია. მაგალითად, ნატრიუმი (Na) არის პერიოდული ცხრილის მე -11 ნომერი და მასა 22,99 ატომური მასის ერთეული (ამუ). ამის დამრგვალება 23-მდე, შემდეგ შეგიძლიათ გამოანგარიშოთ, რომ ნატრიუმს უნდა ჰქონდეს 23 - 11 = 12 ნეიტრონი.

ყოველივე ზემოთქმულიდან შეგიძლიათ ატომები დამძიმდეს, როდესაც ადამიანი მარცხნიდან მარჯვნივ და ზემოდან გადადის ცხრილის ბოლოში, მაგალითად წიგნში გვერდის წაკითხვა, რომელზეც ყოველი ახალი სიტყვა ცოტათი უფრო დიდია ვიდრე წინა სიტყვა

ელემენტები შეიძლება არსებობდნენ როგორც მყარი, თხევადი ან გაზები თავიანთ მშობლიურ მდგომარეობაში. ნახშირბადი (C) მყარი ნივთიერების მაგალითია; მერკური (Hg), რომელიც გვხვდება "ძველი სკოლის" თერმომეტრებში, არის სითხე; და წყალბადის (H) არსებობს როგორც გაზი. პერიოდული ცხრილის დახმარებით მათი დაჯგუფება შესაძლებელია კატეგორიებად, მათი ფიზიკური თვისებების საფუძველზე. მათი დაყოფის ერთი მოსახერხებელი გზაა ლითონებად და არამეტალებად. ლითონები მოიცავს ექვს ქვეტიპს, ხოლო არამეტალებს მხოლოდ ორი. (ბორი, დარიშხანი, სილიციუმი, გერმანიუმი, სტიბიუმი, ტელურიუმი და ასტატინი მეტალოიდებად ითვლება.)

პერიოდული ცხრილი მოიცავს 18 სვეტს, თუმცა ყველა სვეტში ყველა შესაძლო ადგილი არ არის დაკავებული. პირველი სრული მწკრივი - ეს არის ელემენტის შემცველი ყველა 18 სვეტის პირველი ინსტანცია - იწყება ელემენტის ნომრით 19 (K, ან კალიუმი) და მთავრდება 36 ნომრით (Kr, ან კრიპტონი). ეს ერთი შეხედვით უხერხულია, მაგრამ უზრუნველყოფს მსგავსი თვისებების მქონე ატომების არსებობას შემაკავშირებელ ქცევა და სხვა ცვლადები რჩება ადვილად გამოვლენილ რიგებში, სვეტებში ან სხვა ჯგუფებში მაგიდა

იზოტოპები არის სხვადასხვა ატომები, რომლებსაც აქვთ ერთი და იგივე ატომური ნომერი და, შესაბამისად, ერთი და იგივე ელემენტია, მაგრამ აქვთ ნეიტრონების სხვადასხვა რაოდენობა. ამიტომ ისინი განსხვავდებიან მათი ატომური მასით. დამატებითი ინფორმაცია იზოტოპების შესახებ მოცემულია შემდეგ განყოფილებაში.

შემაკავშირებელ ქცევა არის ერთ – ერთი სხვადასხვა კრიტერიუმი, რომლითაც შესაძლებელია ატომების გამოყოფა. მაგალითად, მე –18 სვეტში ბუნებრივად გამოვლენილ ექვს ელემენტს (ის, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) ეწოდება კეთილშობილი გაზები რადგან ისინი არსებითად არ რეაგირებენ სხვა ელემენტებთან; ეს მოგაგონებთ, თუ როგორ, ძველად, თავადაზნაურობის კლასების წევრები არ ერეოდნენ ხალხთან.

მეტალები შეიძლება დაიყოს ექვს ტიპად (ტუტე, ტუტე დედამიწა, გარდამავალი, გარდამავალი პერიოდი და აქტინოიდები და ლანთნოიდები). ეს ყველაფერი პერიოდულ ცხრილში გარკვეულ რეგიონებში ხვდება. ელემენტების უმრავლესობა ლითონებია, მაგრამ 17 არა მეტალში შედის რამდენიმე უკეთ ცნობილი ატომი, მათ შორის ჟანგბადი, აზოტი, გოგირდი და ფოსფორი, რაც სიცოცხლისთვის აუცილებელია.

ნაერთი მზადდება ერთი ან მეტი ელემენტისგან. მაგალითად, წყალი არის ნაერთი. მაგრამ თქვენ ასევე შეგიძლიათ გქონდეთ ერთი ან მეტი ელემენტი ან ნაერთი გახსნილი სხვა, თხევად ნაერთში (ჩვეულებრივ წყალში), მაგალითად წყალში გახსნილი შაქარი. ეს არის ხსნარის მაგალითი, რადგან ხსნადში არსებული ხსნარი (გახსნილი მყარი) არ უკავშირდება ხსნადი ნივთიერების მოლეკულას (მაგალითად, წყალს, ეთანოლს ან რა გაქვთ).

ნაერთის ყველაზე მცირე ერთეულს მოლეკულა ეწოდება. ატომების დამოკიდებულება ელემენტებთან ასახავს ურთიერთობას მოლეკულებსა და ნაერთებს შორის. თუ თქვენ გაქვთ სუფთა ნატრიუმის ერთეული, ელემენტი და შეამცირეთ ის მაქსიმალურად მცირე ზომამდე, რჩება ნატრიუმის ატომი. თუ თქვენ გაქვთ სუფთა ნატრიუმის ქლორიდის კოლექცია (სუფრის მარილი; NaCl) და შეამციროთ იგი მისგან მინიმუმამდე, რაც მთელი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების შენარჩუნებისას დარჩება ნატრიუმის ქლორიდის მოლეკულა.

დედამიწაზე 10 ყველაზე უხვი ელემენტი შეადგენს მთელ პლანეტაზე აღმოჩენილი ყველა ელემენტის მასის დაახლოებით 99 პროცენტს, მათ შორის ატმოსფეროში. მხოლოდ ჟანგბადი (O) შეადგენს დედამიწის მასის 46,6 პროცენტს. სილიციუმს (Si) შეადგენს 27,7 პროცენტი, ხოლო ალუმინის (ალ) შემოწმება 8,1 პროცენტით და რკინა (Fe) 5,0 პროცენტით. შემდეგი ოთხი ყველაზე უხვი ადამიანის ელექტროლიტების სახით არსებობს: კალციუმი (Ca) 3,6 პროცენტით, ნატრიუმი (Na) 2,8 პროცენტით, კალიუმი (K) 2,6 პროცენტით და მაგნიუმი (მგ) 2,1 პროცენტით.

საკმაოდ დიდი რაოდენობით ხილული ელემენტები ხილული ფორმით, ან ელემენტები, რომლებიც უბრალოდ ცნობილია, გარკვეული გაგებით შეიძლება ჩაითვალოს მთავარ ელემენტებად. როდესაც სუფთა ოქროს ათვალიერებთ, იქნება ეს პატარა ფანტელი თუ დიდი აგური (ეს უკანასკნელი ნაკლებად სავარაუდოა!), თქვენ უყურებთ ერთ ელემენტს. ეს ოქროს ოქრო მაინც ჩაითვლებოდა ოქროდ, მაშინაც კი, თუ ერთი ატომი დარჩებოდა. მეორეს მხრივ, როგორც NASA აღნიშნავს, ოქროს მონეტა შეიძლება ჰქონდეს დაახლოებით 20,000,000,000,000,000,000,000,000 (20 septillion) ოქროს ატომები მონეტის ზომიდან გამომდინარე.

ან იზოტოპი არის ატომის ვარიანტი, ერთნაირად იგივეა, რაც დობერმან პინშერი ძაღლის ვარიანტია. შეგახსენებთ, მოცემული ტიპის ატომის ერთი მნიშვნელოვანი თვისება ის არის, რომ მისი ატომური ნომერი და, შესაბამისად, მასში შემავალი პროტონის რაოდენობა, არ შეიძლება შეიცვალოს. ამიტომ, თუ ატომები უნდა შემოვიდეს ვარიანტებად, ეს ვარიაცია უნდა იყოს ნეიტრონის რიცხვის სხვაობების შედეგი.

ელემენტების უმეტესობას აქვს ერთი სტაბილური იზოტოპი, რომელიც არის ფორმა, რომელშიც ელემენტი ყველაზე ხშირად გვხვდება. ზოგი ელემენტი ბუნებრივად არსებობს, როგორც იზოტოპების ნარევი. მაგალითად, რკინა (Fe) შეადგენს დაახლოებით 5,845 პროცენტს ⁵⁴Fe, 91,754 პროცენტი ⁵⁶Fe, 2.119 პროცენტი ⁵⁷Fe და 0.282 პროცენტი ⁵⁸ფე ზედა ელემენტები მარცხენა მხარეს ელემენტების აბრევიატურა მიუთითებს პროტონის პლუს ნეიტრონების რაოდენობაზე. მას შემდეგ, რაც რკინის ატომური რაოდენობაა 26, ზემოთ ჩამოთვლილ იზოტოპებს, შესაბამისად, აქვთ 28, 30, 31 და 32 ნეიტრონები.

მოცემული ატომის ყველა იზოტოპს აქვს იგივე ქიმიური თვისებები, რაც ნიშნავს რომ მათი შემაკავშირებელ ქცევა ერთნაირია. მათი ფიზიკური თვისებები, როგორიცაა მათი მასები, დუღილის წერტილები და დნობის წერტილები, განსხვავებულია და მათ შორის გარჩევის საშუალებაა.