Atome je najbolje razumeti kot najmanjše nedeljive delce navadne snovi. Pravzaprav njihovo ime izhaja iz grščine, ker "ni mogoče rezati." Atomi so sestavljeni iz protonov, nevtronov in elektronov, čeprav najmanjša in najpreprostejša vrsta, atom vodika, ne vsebuje nevtronov.
Element je snov, sestavljena iz ene vrste atoma. Ko pogledate periodni sistem elementov, vsako polje, ki ga vidite, zaseda snov z edinstveno razporeditvijo protonov in nevtronov. V posebnem primeru, če je prisoten samo en atom elementa, sta definiciji "atom" in "element" enaki. Lahko pa imate tudi 10 ali 100 ali 1.000.000 ton snovi, sestavljene iz samo enega elementa, če je vsak atom v tej velikanski masi enak. Povedano nekoliko drugače, če je predstavljen z atomom in elementom in mu je rečeno, da je le eden mikroskopski, veste, kateri primer je element (čeprav vse agregacije enega samega elementa seveda niso dovolj velike, da bi jih lahko videli s prostim očesom ali celo običajnim mikroskop).
Kateri primeri atoma?
Primeri atomov, za katere ste skoraj prepričani, da ste že slišali - razen če ste tu pravkar pristali z drugega planeta ali morda v vzporednem vesolju, v katerem so atomi sami nezaslišani - vključujejo vsaj vodik, kisik in ogljik. Vodik in kisik sta dva atoma v vodi, pri čemer je kemijska formula vode H
2O, ker ena molekula vode vsebuje dva atoma vodika in en atom kisika. Upoštevajte, da voda, čeprav ne more izgubiti nobenega sestavnega atoma in je še vedno voda, ni element, ker niso vsi njeni atomi enaki. Namesto tega je spojina. (Kmalu več o tej nomenklaturi.)Vsak atom lahko vključuje tri različne komponente: protone, nevtrone in elektrone. Pravzaprav vsak atom poleg vodikovega atoma vsebuje vsaj enega; vodik je sestavljen iz enega protona in enega elektrona, vendar nima nevtronov. Protoni in nevtroni imajo skoraj enako maso, pri čemer je masa protona 1,6726231 x 10-27 kg in elektrona 1,6749286 x 10-27 kg Elektroni so še vedno bolj drobni, tako da je njihovo skupno maso mogoče praktično zanemariti pri izračunu mase danega atoma. Masa enega elektrona je 9,1093897 x 10-31 kg
Atomi v svoji osnovni obliki vsebujejo enako število protonov in elektronov. Proton nosi majhen pozitiven električni naboj, imenovan +1, medtem ko ima elektron naboj -1. Nevtroni nimajo naboja, zato navadni atom nima neto naboja, saj se pozitivni naboj protona in negativni naboj elektrona medsebojno izničita. Nekateri atomi pa imajo neenako število protonov in elektronov in tako nosijo neto naboj (npr. -2 ali +3); ti atomi se imenujejo ioni.
Fizično so atomi razporejeni približno tako kot sončni sistem, manjši delci snovi se vrtijo okoli veliko bolj masivnega središča. V astronomiji pa je gravitacijska sila tista, zaradi katere se planeti vrtijo okoli sonca; v atomih je elektrostatična sila. Protoni in nevtroni atoma se strgajo, da tvorijo središče, imenovano jedro. Ker jedro vključuje samo pozitivne in nenapolnjene komponente, je pozitivno nabito. Elektroni medtem obstajajo v oblaku okoli jedra, ki ga vanj vleče njegov pozitivni naboj. Položaja elektrona v katerem koli trenutku ni mogoče natančno poznati, vendar je mogoče z visoko natančnostjo izračunati njegovo verjetnost, da se nahaja na določeni lokaciji v vesolju. Ta negotovost je osnova kvantne fizike, naraščajočega področja, ki se je iz teoretičnega preselilo v številne pomembne aplikacije v tehniki in računalniški tehnologiji.
Kakšna so imena atomov?
Periodična tabela elementov je univerzalno sredstvo za znanstvenike in začetnike seznanite se z imeni vseh različnih atomov, skupaj s povzetkom njihovih kritičnih lastnosti. Te najdemo v vseh učbenikih kemije in na neomejenih mestih na spletu. Pri iskanju tega razdelka bi morali imeti eno priročno referenco.
Periodična tabela vsebuje imena in eno- ali dvočrkovne okrajšave vseh 103 elementov ali, če želite, vrste atomov. 92 od njih je naravnih, najtežjih 11, od 93 do 103, pa so bile proizvedene samo v laboratorijskih pogojih. Številka vsakega elementa v periodnem sistemu ustreza njegovemu atomskemu številu in s tem številu protonov, ki jih vsebuje. Polje v tabeli, ki ustreza elementu, ponavadi prikazuje njegovo atomsko maso - to je skupno maso njegovih protonov, nevtronov in elektronov - na dnu polja, pod imenom atoma. Ker to v praktične namene znaša samo maso protonov in nevtronov in ker imajo protoni in nevtroni zelo blizu enako maso lahko ugotovite, koliko nevtronov ima atom tako, da od atomske mase odštejete njegovo atomsko število (število protonov) in zaokrožite izključeno. Na primer, natrij (Na) je v periodnem sistemu številka 11 in ima maso 22,99 atomskih masnih enot (amu). Če to zaokrožite na 23, lahko izračunate, da mora natrij vsebovati 23 - 11 = 12 nevtronov.
Iz vsega navedenega lahko ugotovite, da atomi postanejo težji, ko se človek premika od leve proti desni in od zgoraj proti spodaj v tabeli, kot bi prebrali stran v knjigi, na kateri je vsaka nova beseda le malo večja od prejšnje beseda.
Elementi lahko obstajajo kot trdne snovi, tekočina ali plini v svojem izvornem stanju. Ogljik (C) je primer trdne snovi; živo srebro (Hg), ki ga najdemo v termometrih "stare šole", je tekočina; in vodik (H) obstaja kot plin. S pomočjo periodnega sistema jih lahko razvrstimo v kategorije na podlagi njihovih fizičnih lastnosti. Eden izmed priročnih načinov njihove razdelitve je na kovine in nekovine. Kovine vključujejo šest podtipov, medtem ko imajo nekovine le dva. (Bor, arzen, silicij, germanij, antimon, telur in astatin se štejejo za metaloide.)
Periodična tabela vključuje 18 stolpcev, čeprav ni zaseden vsak možen prostor v vsakem stolpcu. Prva popolna vrstica - torej prvi primerek vseh 18 stolpcev, ki vsebujejo element - se začne s številko elementa 19 (K ali kalij) in konča s številko 36 (Kr ali kripton). Na prvi pogled se to zdi nerodno, vendar zagotavlja, da atomi s podobnimi lastnostmi glede na svoje vezanje vezi in druge spremenljivke ostanejo v zlahka prepoznavnih vrsticah, stolpcih ali drugih skupinah znotraj miza.
Katere so različne vrste atomov?
Izotopi so različni atomi, ki imajo enako atomsko število in so torej isti element, vendar imajo različno število nevtronov. Zato se razlikujejo po svoji atomski masi. Več informacij o izotopih je v nadaljnjem poglavju.
Vedenje vezanja je eno izmed različnih meril, po katerem je mogoče ločiti atome. Na primer, šest naravnih elementov v stolpcu 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) se imenuje žlahtni plini ker v bistvu ne reagirajo z drugimi elementi; to spominja na to, kako se v starih časih pripadniki plemiških slojev niso mešali s preprostimi ljudmi.
Kovine lahko razdelimo na šest vrst (alkalijske, zemeljskoalkalijske, prehodne, post-prehodne ter aktinoidi in lantanoidi). Vse te spadajo v različna območja v periodnem sistemu. Večina elementov je nekakšnih kovin, vendar 17 nekovin vključuje nekatere bolj znane atome, vključno s kisikom, dušikom, žveplom in fosforjem, ki so vsi bistveni za življenje.
Kaj so spojine in molekule?
Spojina je narejena iz enega ali več elementov. Na primer, voda je spojina. Lahko pa imate tudi enega ali več elementov ali spojin, raztopljenih v drugi, tekoči spojini (običajno v vodi), kot je sladkor, raztopljen v vodi. To je primer rešitve, ker se molekule v topljeni snovi (raztopljeni trdni snovi) ne vežejo na molekule topljene snovi (kot so voda, etanol ali kaj drugega).
Najmanjša enota spojine se imenuje molekula. Razmerje atomov do elementov odraža odnos med molekulami in spojinami. Če imate košček čistega natrija, elementa in ga zmanjšate na najmanjšo možno velikost, ostane natrijev atom. Če imate zbirko čistega natrijevega klorida (kuhinjska sol; NaCl) in ga zmanjšajte na najmanjšo možno količino, obenem pa ohranite vse njegove fizikalne in kemijske lastnosti, ostane vam molekula natrijevega klorida.
Kateri so glavni elementi?
Deset najbolj razširjenih elementov na Zemlji predstavlja približno 99 odstotkov mase vseh elementov, ki jih najdemo po vsem planetu, tudi v ozračju. Že samo kisik (O) predstavlja 46,6 odstotka Zemljine mase. Silicij (Si) predstavlja 27,7 odstotka, aluminij (Al) pa 8,1 odstotka in železo (Fe) 5,0 odstotka. Naslednji štirje največji vsi obstajajo kot elektroliti v človeškem telesu: kalcij (Ca) v 3,6 odstotka, natrij (Na) v 2,8 odstotka, kalij (K) v 2,6 odstotka in magnezij (Mg) v 2,1 odstotka.
Elemente, ki jih v vidni obliki najdemo v precejšnjih količinah, ali elemente, ki so zgolj razvpiti, lahko v nekem smislu štejemo za glavne elemente. Ko pogledate čisto zlato, naj bo to drobna kosmiča ali velika opeka (slednje je malo verjetno!), Gledate en sam element. Ta kos zlata bi še vedno veljal za zlata, tudi če bi ostali vsi razen enega samega atoma. Po drugi strani pa, kot ugotavlja NASA, lahko zlati kovanec vsebuje približno 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 septilijonov) zlatih atomov, odvisno od velikosti kovanca.
Kaj so izotopi?
An izotop je različica atoma, nekako tako kot dobermanski pinč različica psa. Pomembna lastnost dane vrste atoma je, da se spomnite, da se njeno atomsko število in s tem število protonov, ki jih vsebuje, ne more spremeniti. Če naj bi torej atomi obstajali v različicah, mora biti ta sprememba rezultat razlik v nevtronskem številu.
Večina elementov ima en sam stabilen izotop, ki je oblika, v kateri je element najpogosteje najden. Nekateri elementi pa obstajajo naravno kot mešanica izotopov. Na primer, železo (Fe) vsebuje približno 5,845 odstotka 54Fe, 91,754 odstotkov 56Fe, 2.119 odstotkov 57Fe in 0,282 odstotka 58Fe. Nadpisniki na levi strani okrajšav elementov označujejo število protonov in nevtronov. Ker je atomsko število železa 26, imajo zgoraj navedeni izotopi 28, 30, 31 in 32 nevtronov.
Vsi izotopi danega atoma imajo enake kemijske lastnosti, kar pomeni, da je njihovo vezno vedenje enako. Njihove fizikalne lastnosti, kot so mase, vrelišča in tališča, so različne in so sredstvo za razlikovanje med njimi.