Atomų, elementų ir izotopų pavyzdžiai

Geriausiai apie atomus galvojama kaip apie mažiausius nedalomus paprastosios materijos gabaliukus. Tiesą sakant, jų vardas yra kilęs iš graikų kalbos, nes „negalima supjaustyti“. Atomus sudaro protonai, neutronai ir elektronai, nors mažiausioje ir paprasčiausioje vandenilio atomo rūšyje neutronų nėra.

Elementas yra materija, susidedanti iš vienos rūšies atomo. Pažvelgus į periodinę elementų lentelę, kiekvieną matomą langelį užima medžiaga, turinti unikalų protonų ir neutronų išdėstymą. Ypatingu atveju, kai yra tik vienas elemento atomas, „atomo“ ir „elemento“ apibrėžimai yra identiški. Arba galite turėti 10 arba 100 arba 1 000 000 tonų medžiagos, susidedančios tik iš vieno elemento, jei kiekvienas tos milžiniškos masės atomas yra identiškas. Šiek tiek kitaip sakant, kai pateikiamas atomas ir elementas ir pasakoma, kad tik vienas yra mikroskopinis, žinai, kuris yra elementas (nors ne visos vieno elemento sankaupos, be abejo, yra pakankamai didelės, kad būtų galima pamatyti plika akimi ar net įprastu elementu mikroskopas).

Atomų, apie kuriuos esate tikri, girdėję pavyzdžiai, nebent jūs tiesiog nusileidote čia iš kitos planetos ar galbūt lygiagrečioje visatoje, kurioje patys atomai yra negirdėti, yra vandenilis, deguonis ir anglis, bent jau minimalus. Vandenilis ir deguonis yra du vandenyje esantys atomai, kurių vandens cheminė formulė yra H₂O todėl, kad vienas molekulė vandens yra du vandenilio atomai ir vienas deguonies atomas. Atkreipkite dėmesį, kad vanduo, nors ir negali prarasti nė vieno sudedamojo atomo ir vis tiek būti vanduo, nėra elementas, nes ne visi jo atomai yra identiški. Vietoj to, tai yra junginys. (Daugiau apie šią nomenklatūrą netrukus.)

Kiekvienas atomas gali apimti tris skirtingus komponentus: protonus, neutronus ir elektronus. Tiesą sakant, kiekviename atome, išskyrus vandenilio atomą, yra bent vienas iš jų; vandenilis susideda iš vieno protono ir vieno elektrono, tačiau neturi neutronų. Protonų ir neutronų masė yra beveik vienoda, o protono masė yra 1,6726231 x 10^-27 kg ir 1,6749286 x 10 elektrono svoris^-27 kilogramas. Elektronai yra vis dar plonesni, tiek, kad jų bendra masė gali būti ignoruojama praktiniais tikslais skaičiuojant tam tikro atomo masę. Vieno elektrono masė yra 9,1093897 x 10^-31 kilogramas.

Elemento formos atomuose yra vienodas protonų ir elektronų skaičius. Protonas turi mažą teigiamą elektrinį krūvį, pažymėtą +1, o elektronas - -1. Neutronai neturi jokio krūvio, todėl paprastas atomas neturi grynojo krūvio, nes teigiamas protono ir neigiamas elektrono krūvis panaikina vienas kitą. Kai kurie atomai turi nevienodą protonų ir elektronų skaičių, todėl turi grynąjį krūvį (pvz., -2 arba +3); šie atomai vadinami jonai.

Fiziškai atomai išsidėstę maždaug taip, kaip Saulės sistema, aplink žymiai masyvesnį centrą sukasi mažesni materijos gabalėliai. Tačiau astronomijoje gravitacinė jėga palaiko planetas, besisukančias aplink saulę; atomuose tai yra elektrostatinė jėga. Atomo protonai ir neutronai susikaupia ir sudaro centrą, vadinamą branduoliu. Kadangi branduolys apima tik teigiamus ir nekraunančius komponentus, jis yra teigiamai įkrautas. Tuo tarpu elektronai egzistuoja debesyje aplink branduolį, kurį traukia teigiamas krūvis. Elektrono padėtis bet kuriuo momentu negali būti tiksliai žinoma, tačiau jo tikimybę būti tam tikroje erdvės vietoje tikimybę galima apskaičiuoti labai tiksliai. Šis neapibrėžtumas sudaro kvantinės fizikos pagrindą, augantį lauką, kuris nuo teorinio perėjo prie daugelio svarbių inžinerijos ir kompiuterių technologijų taikymų.

Periodinė elementų lentelė yra universali priemonė tiek mokslininkams, tiek pradedantiems studentams susipažinti su visų skirtingų atomų pavadinimais ir jų kritinių santrauka savybes. Tai yra kiekviename chemijos vadovėlyje ir neribotose vietose internete. Peržiūrėdami šį skyrių turėtumėte turėti vieną patogią nuorodą.

Periodinėje lentelėje yra visų 103 elementų pavadinimai ir vienos ar dviejų raidžių santrumpos arba, jei norite, atomų tipai. 92 iš jų yra natūraliai pasitaikančios, o sunkiausios 11, sunumeruotos nuo 93 iki 103, buvo pagamintos tik laboratorinėmis sąlygomis. Kiekvieno elemento skaičius periodinėje lentelėje atitinka jo atominį skaičių, taigi ir jame esančių protonų skaičių. Lentelės langelis, atitinkantis elementą, paprastai rodo jo atominę masę - tai yra bendrą protonų, neutronų ir elektronų masę - dėžutės apačioje, po atomo pavadinimu. Kadangi praktiniais tikslais tai sudaro tik protonų ir neutronų masę ir todėl, kad protonai ir neutronai yra labai arti tą pačią masę, galite išskaičiuoti, kiek neutronų yra atome, iš atomo masės ir apvalinimo atimdami jo atominį skaičių (protonų skaičių). išjungtas. Pavyzdžiui, natris (Na) yra periodinės lentelės numeris 11, o jo masė yra 22,99 atominės masės vieneto (amu). Suapvalinę tai iki 23, galite paskaičiuoti, kad natris turi turėti 23 - 11 = 12 neutronų.

Iš visų aukščiau išvardytų dalykų galite surinkti, kad atomai tampa sunkesni, kai žmogus juda iš kairės į dešinę ir iš viršaus į viršų lentelės apačioje, pavyzdžiui, skaityti knygos puslapį, kuriame kiekvienas naujas žodis yra šiek tiek didesnis nei ankstesnis žodis.

Elementai gali egzistuoti kaip kietosios medžiagos, skysčiai ar dujos savo gimtojoje būsenoje. Anglis (C) yra kietosios medžiagos pavyzdys; gyvsidabris (Hg), randamas „senosios mokyklos“ termometruose, yra skystis; o vandenilis (H) egzistuoja kaip dujos. Remiantis jų fizinėmis savybėmis, periodinės lentelės pagalba juos galima suskirstyti į kategorijas. Vienas patogus jų padalijimo būdas yra metalai ir nemetalai. Metalai apima šešis potipius, o nemetalai - tik du. (Boras, arsenas, silicis, germanis, stibis, telūras ir astatinas laikomi metaloidais.)

Periodinėje lentelėje yra 18 stulpelių, nors ne kiekviena stulpelio vieta yra užimta. Pirmoji visa eilutė - tai yra visų 18 stulpelių, kuriuose yra elementas, pradžia - prasideda elemento numeriu 19 (K arba kalis) ir baigiasi skaičiumi 36 (Kr arba kriptonas). Iš pirmo žvilgsnio tai atrodo nepatogu, tačiau tai užtikrina, kad atomai, turintys panašias savybes pagal jų savybes ryšys ir kiti kintamieji lieka lengvai atpažįstamose eilutėse, stulpeliuose ar kitose grupėse stalo.

Izotopai yra skirtingi atomai, turintys tą patį atomų skaičių, taigi ir tą patį elementą, tačiau turintys skirtingą neutronų skaičių. Todėl jie skiriasi savo atomine mase. Daugiau informacijos apie izotopus pateikiama kitame skyriuje.

Klijavimo elgesys yra vienas iš įvairių kriterijų, pagal kuriuos atomai gali būti atskirti. Pavyzdžiui, šeši 18 stulpelyje natūraliai pasitaikantys elementai (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) vadinami tauriųjų dujų nes jie iš esmės nereaguoja su kitais elementais; tai primena, kaip senais laikais bajorų klasės nariai nesimaišė su paprastaisiais.

Metalus galima suskirstyti į šešis tipus (šarmas, šarminis žemė, pereinamasis laikotarpis, pokytis ir aktinoidai bei lantanoidai). Visa tai periodinėje lentelėje patenka į atskirus regionus. Dauguma elementų yra tam tikros rūšies metalai, tačiau 17 nemetalų yra keletas geriau žinomų atomų, įskaitant deguonį, azotą, sierą ir fosforą, kurie visi yra būtini gyvybei.

Junginys gaminamas iš vieno ar daugiau elementų. Pavyzdžiui, vanduo yra junginys. Bet jūs taip pat galite turėti vieną ar daugiau elementų ar junginių, ištirpintų kitame, skystame junginyje (paprastai vandenyje), pavyzdžiui, vandenyje ištirpintą cukrų. Tai yra tirpalo pavyzdys, nes ištirpusios medžiagos molekulės (ištirpusi kieta medžiaga) nesijungia su ištirpusios medžiagos molekulėmis (pvz., Vandeniu, etanoliu ar kuo jūs turite).

Mažiausias junginio vienetas vadinamas molekule. Atomų ir elementų santykis atspindi santykį tarp molekulių ir junginių. Jei turite gryno natrio gabalėlį, elementą ir sumažinate jį iki mažiausio įmanomo dydžio, lieka natrio atomas. Jei turite gryno natrio chlorido (valgomosios druskos) kolekciją; NaCl) ir sumažinkite jį iki mažiausio kiekio, kurio gali prireikti išlaikant visas jo fizines ir chemines savybes, jums lieka natrio chlorido molekulė.

10 gausiausių elementų Žemėje sudaro apie 99 procentus visų planetoje, įskaitant atmosferą, randamų elementų masės. Vien deguonis (O) sudaro 46,6 proc. Žemės masės. Silicio (Si) dalis sudaro 27,7 proc., O aliuminio (Al) kiekis siekia 8,1 proc., O geležies (Fe) - 5,0 proc. Keturi kiti gausiausi elektrolitai yra žmogaus organizme: kalcio (Ca) - 3,6, natrio (Na) - 2,8, kalio (K) - 2,6 ir magnio (Mg) - 2,1 procento.

Elementai, randami dideliu kiekiu matoma forma, arba elementai, kurie yra tik pagarsėję, tam tikra prasme gali būti laikomi pagrindiniais elementais. Pažvelgus į gryną auksą, ar tai būtų mažytė dribsniai, ar didelė plyta (pastarosios mažai tikėtina!), Jūs žiūrite į vieną elementą. Tas aukso gabalas vis tiek būtų laikomas auksu, net jei liktų visi, išskyrus vieną atomą. Kita vertus, kaip pažymi NASA, auksinėje monetoje, priklausomai nuo monetos dydžio, gali būti apie 20 000 000 000 000 000 000 000 000 (20 septilijonų) aukso atomų.

An izotopas yra atomo variantas, panašiai kaip Dobermano pinčeris yra šuns variantas. Viena svarbi tam tikro tipo atomo savybė, kurią prisiminsite, yra ta, kad jo atomo skaičius, taigi ir jame esančių protonų skaičius, negali pasikeisti. Todėl, jei atomai turi būti variantai, tai turi būti neutronų skaičiaus skirtumų rezultatas.

Daugelis elementų turi vieną stabilų izotopą, kuris yra forma, kurioje elementas dažniausiai randamas. Kai kurie elementai natūraliai egzistuoja kaip izotopų mišinys. Pavyzdžiui, geležį (Fe) sudaro apie 5,845 proc ⁵⁴Fe, 91,754 proc ⁵⁶Fe, 2,119 proc ⁵⁷Fe ir 0,282 proc ⁵⁸Fe. Kairėje elemento santrumpų pusėje esantys užrašai nurodo protonų ir neutronų skaičių. Kadangi geležies atominis skaičius yra 26, aukščiau išvardyti izotopai turi 28, 30, 31 ir 32 neutronus.

Visi tam tikro atomo izotopai turi tas pačias chemines savybes, o tai reiškia, kad jų jungimosi elgsena yra vienoda. Jų fizinės savybės, tokios kaip jų masės, virimo ir lydymosi temperatūros, yra skirtingos ir tai yra priemonė, skirta joms atskirti.