Примеры атомов, элементов и изотопов

Атомы лучше всего рассматривать как мельчайшие неделимые частицы обычной материи. Фактически, их название происходит от греческого слова «нельзя разрезать». Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов, хотя самый маленький и простой вид, атом водорода, не содержит нейтронов.

Элемент - это материя, состоящая из одного вида атомов. Когда вы смотрите на периодическую таблицу элементов, каждая коробка, которую вы видите, занята веществом с уникальным расположением протонов и нейтронов. В частном случае, когда присутствует только один атом элемента, определения «атом» и «элемент» идентичны. В качестве альтернативы у вас может быть 10, 100 или 1 000 000 тонн вещества, состоящего только из одного элемента, при условии, что все атомы в этой гигантской массе идентичны. Иными словами, если представить атом и элемент и сказать, что только один из них микроскопический, вы знаете, что является примером элемент (хотя не все скопления одного элемента, конечно, достаточно велики, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом или даже обычным микроскоп).

Примеры атомов, о которых вы практически наверняка слышали - если, конечно, вы только что не приземлились здесь с другой планеты или возможно, в параллельной вселенной, в которой о самих атомах ничего не слышно - как минимум, водород, кислород и углерод. Водород и кислород - два атома в воде, химическая формула воды - H₂О, потому что один молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. Обратите внимание, что вода, хотя она не может потерять ни одного из составляющих ее атомов и по-прежнему оставаться водой, не является элементом, потому что не все ее атомы идентичны. Вместо этого это сложный. (Подробнее об этой номенклатуре скоро.)

Каждый атом может включать в себя три разных компонента: протоны, нейтроны и электроны. Фактически, каждый атом, кроме атома водорода, содержит по крайней мере по одному из каждого атома; водород состоит из одного протона и одного электрона, но не имеет нейтронов. Протоны и нейтроны имеют почти одинаковую массу, при этом масса протона составляет 1,6726231 x 10.^-27 кг, а для электрона - 1,6749286 x 10^-27 кг. Электроны еще мельче, настолько, что их совокупной массой для практических целей можно пренебречь при вычислении массы данного атома. Один электрон имеет массу 9,1093897 x 10^-31 кг.

Атомы в своей элементарной форме содержат равное количество протонов и электронов. Протон несет небольшой положительный электрический заряд, обозначенный +1, тогда как электрон несет заряд -1. Нейтроны не несут заряда, поэтому у обычного атома нет чистого заряда, поскольку положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона нейтрализуют друг друга. Однако некоторые атомы имеют неравное количество протонов и электронов и поэтому несут суммарный заряд (например, -2 или +3); эти атомы называются ионы.

Физически атомы устроены примерно как Солнечная система, с более мелкими частицами материи, вращающимися вокруг гораздо более массивного центра. В астрономии, однако, гравитационная сила - это то, что заставляет планеты вращаться вокруг Солнца; в атомах это электростатическая сила. Протоны и нейтроны атома слипаются, образуя центр, называемый ядром. Поскольку ядро ​​включает только положительные и не несущие заряд компоненты, оно заряжено положительно. Между тем электроны существуют в облаке вокруг ядра, притягиваясь к нему его положительным зарядом. Положение электрона в любой момент не может быть точно известно, но вероятность его нахождения в данном месте в пространстве может быть рассчитана с высокой точностью. Эта неопределенность составляет основу квантовой физики, развивающейся области, которая перешла из теории в ряд важных приложений в инженерии и компьютерных технологиях.

Периодическая таблица элементов - универсальное средство как для ученых, так и для начинающих студентов. ознакомьтесь с названиями всех различных атомов, а также с кратким изложением их критических характеристики. Их можно найти в каждом учебнике химии и в бесчисленных местах в Интернете. При обращении к этому разделу вы должны иметь под рукой один удобный справочник.

Периодическая таблица содержит названия и одно- или двухбуквенные сокращения всех 103 элементов или, если хотите, типов атомов. 92 из них встречаются в природе, а самые тяжелые 11, с номерами от 93 до 103, были произведены только в лабораторных условиях. Номер каждого элемента в периодической таблице соответствует его атомному номеру и, следовательно, количеству протонов, которые он содержит. Поле в таблице, соответствующее элементу, обычно показывает его атомную массу, то есть общую массу его протонов, нейтронов и электронов, в нижней части поля под названием атома. Поскольку для практических целей это составляет массу только протонов и нейтронов, и поскольку протоны и нейтроны очень близки к массе той же массы, вы можете определить, сколько нейтронов имеет атом, вычитая его атомный номер (количество протонов) из атомной массы и округляя выключенный. Например, натрий (Na) находится под номером 11 в периодической таблице, а его масса составляет 22,99 атомных единиц массы (а.е.м.). Округляя это до 23, вы можете рассчитать, что натрий должен иметь 23-11 = 12 нейтронов.

Из всего вышесказанного вы можете сделать вывод, что атомы становятся тяжелее при движении слева направо и сверху вниз. внизу таблицы, как если бы вы читали страницу в книге, на которой каждое новое слово чуть больше предыдущего слово.

Элементы могут существовать как твердые тела, жидкости или газы в своем естественном состоянии. Углерод (C) является примером твердого вещества; ртуть (Hg), содержащаяся в термометрах «старой школы», представляет собой жидкость; а водород (H) существует в виде газа. С помощью таблицы Менделеева их можно сгруппировать по категориям на основе их физических свойств. Один из удобных способов разделить их на металлы и неметаллы. Металлы включают шесть подтипов, тогда как неметаллы - только два. (Бор, мышьяк, кремний, германий, сурьма, теллур и астатин считаются металлоидами.)

Таблица Менделеева включает 18 столбцов, хотя не все возможные места в каждом столбце заняты. Первая полная строка - то есть первый экземпляр всех 18 столбцов, содержащих элемент - начинается с элемента номер 19 (K, или калий) и заканчивается номером 36 (Kr или криптон). На первый взгляд это кажется неудобным, но это гарантирует, что атомы с аналогичными свойствами с точки зрения их поведение связывания и другие переменные остаются в легко идентифицируемых строках, столбцах или других группах внутри Таблица.

Изотопы - это разные атомы, которые имеют одинаковый атомный номер и, следовательно, являются одним и тем же элементом, но имеют разное количество нейтронов. Поэтому они различаются по своей атомной массе. Более подробная информация об изотопах представлена ​​в следующем разделе.

Связывание - это один из различных критериев, по которым можно разделить атомы. Например, шесть встречающихся в природе элементов в столбце 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) называются благородные газы потому что они по существу не реагируют с другими элементами; это напоминает о том, как в старые времена представители дворянского сословия не смешивались с простым народом.

Металлы можно разделить на шесть типов (щелочные, щелочноземельные, переходные, постпереходные, а также актиноиды и лантаноиды). Все они попадают в отдельные области периодической таблицы. Большинство элементов являются металлами того или иного вида, но 17 неметаллов включают некоторые из наиболее известных атомов, включая кислород, азот, серу и фосфор, все из которых необходимы для жизни.

Соединение состоит из одного или нескольких элементов. Например, вода - это соединение. Но вы также можете растворить один или несколько элементов или соединений в другом жидком соединении (обычно в воде), например, в сахаре, растворенном в воде. Это пример раствора, потому что молекулы растворенного вещества (растворенного твердого вещества) не связываются с молекулами растворенного вещества (например, воды, этанола или чего-то еще).

Наименьшая единица соединения называется молекулой. Отношение атомов к элементам отражает отношения между молекулами и соединениями. Если у вас есть кусок чистого натрия, элемент, и уменьшить его до минимально возможного размера, останется атом натрия. Если у вас есть сбор из чистого хлорида натрия (поваренная соль; NaCl) и уменьшить его до минимально возможного количества, сохраняя при этом все его физические и химические свойства, вы остаетесь с молекулой хлорида натрия.

10 самых распространенных элементов на Земле составляют около 99 процентов массы всех элементов, обнаруженных на всей планете, в том числе в атмосфере. Один только кислород (O) составляет 46,6% массы Земли. Кремний (Si) составляет 27,7%, алюминий (Al) - 8,1%, а железо (Fe) - 5,0%. Следующие четыре наиболее распространенных из них существуют в человеческом теле в виде электролитов: кальций (Ca) - 3,6 процента, натрий (Na) - 2,8 процента, калий (K) - 2,6 процента и магний (Mg) - 2,1 процента.

Элементы, обнаруженные в заметных количествах в видимой форме, или элементы, которые являются просто печально известными, в некотором смысле могут считаться основными элементами. Когда вы смотрите на чистое золото, будь то крошечная чешуйка или большой кирпич (последнее маловероятно!), Вы смотрите на один элемент. Этот кусок золота все равно считался бы золотом, даже если бы остались все, кроме одного атома. С другой стороны, как отмечает НАСА, золотая монета может содержать около 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 септиллионов) атомов золота в зависимости от размера монеты.

An изотоп это вариант атома, примерно так же, как доберман-пинчер - вариант собаки. Как вы помните, одним из важных свойств атома данного типа является то, что его атомный номер и, следовательно, количество протонов, которые он содержит, не могут измениться. Следовательно, если атомы должны поступать в различных вариантах, это изменение должно быть результатом различий в количестве нейтронов.

Большинство элементов имеют один стабильный изотоп, который является формой, в которой элемент встречается чаще всего. Однако некоторые элементы существуют в природе в виде смеси изотопов. Например, железо (Fe) на 5,845% состоит из ⁵⁴Fe, 91,754% от ⁵⁶Fe, 2,119% ⁵⁷Fe и 0,282% ⁵⁸Fe. Верхние индексы в левой части аббревиатур элементов указывают количество протонов плюс нейтроны. Поскольку атомный номер железа 26, перечисленные выше изотопы по порядку имеют 28, 30, 31 и 32 нейтрона.

Все изотопы данного атома имеют одинаковые химические свойства, а это означает, что их поведение связи одинаково. Их физические свойства, такие как их масса, точки кипения и температуры плавления, различны, и они используются для их различения.