Примери атома, елемената и изотопа

Атоми се најбоље сматрају најмањим недељивим комадићима обичне материје. Заправо, њихово име је изведено из грчког, јер се „не може резати“. Атоми се састоје од протона, неутрона и електрона, иако најмања и најједноставнија врста, атом водоника, не садржи неутроне.

Елемент је материја која се састоји од једне врсте атома. Када погледате периодни систем елемената, сваки оквир који видите заузима супстанца са јединственим распоредом протона и неутрона. У посебном случају присутности само једног атома елемента, дефиниције „атома“ и „елемента“ су идентичне. Алтернативно, можда имате 10 или 100 или 1.000.000 тона материје која се састоји од само једног елемента, под условом да је сваки атом у тој џиновској маси идентичан. Ставите мало другачије, када вам се представе атом и елемент и каже да је само један микроскопски, знате који је пример елемент (мада наравно нису све накупине једног елемента довољно велике да би се могле видети голим оком или чак конвенционалним микроскоп).

Примери атома за које сте готово сигурни да сте чули - осим ако, то јест, нисте управо слетјели овде са друге планете или можда у паралелном универзуму у којем су атоми сами нечувени - укључују водоник, кисеоник и угљеник, на минимуму. Водоник и кисеоник су два атома у води, са хемијском формулом воде Х₂О јер један молекула воде садржи два атома водоника и један атом кисеоника. Имајте на уму да вода, иако не може изгубити ниједан од својих саставних атома и још увек је вода, није елемент, јер нису сви њени атоми идентични. Уместо тога, то је једињење. (Ускоро више о овој номенклатури.)

Сваки атом може садржати три различите компоненте: протоне, неутроне и електроне. У ствари, сваки атом осим атома водоника садржи бар један од сваког; водоник се састоји од једног протона и једног електрона, али нема неутроне. Протони и неутрони имају готово исту масу, с тим што је маса протона 1.6726231 к 10^-27 кг и електрона 1,6749286 к 10^-27 кг. Електрони су још увек ситнији, толико да се њихова комбинована маса може занемарити у практичне сврхе приликом израчунавања масе датог атома. Један електрон има масу 9,1093897 к 10^-31 кг.

Атоми у свом елементарном облику садрже једнак број протона и електрона. Протон носи мали позитивни електрични набој, означен са +1, док електрон носи набој од -1. Неутрони не носе наелектрисање, тако да обични атом нема нето наелектрисање, јер се позитивни набој протона и негативни набој електрона међусобно поништавају. Неки атоми, међутим, имају неједнак број протона и електрона, и стога носе нето наелектрисање (нпр. -2 или +3); ти атоми се зову јони.

Физички су атоми распоређени отприлике попут Сунчевог система, са мањим комадићима материје који се врте око далеко масивнијег центра. У астрономији, међутим, гравитациона сила је та која одржава планете да се окрећу око Сунца; у атомима је електростатичка сила. Протони и неутрони атома се скупљају да би формирали центар назван језгро. Будући да језгро садржи само позитивне и ненаелектрисане компоненте, позитивно је наелектрисано. У међувремену, електрони постоје у облаку око језгра привученим позитивним наелектрисањем. Положај електрона у било ком тренутку не може се тачно знати, али се вероватноћа да се налази на датој локацији у свемиру може израчунати са великом тачношћу. Ова несигурност чини основу квантне физике, растућег поља које је са теоријске прешло у низ важних примена у инжењерству и рачунарској технологији.

Периодни систем елемената универзално је средство за научнике и студенте почетнике упознати се са именима свих различитих атома, заједно са резимеом њихових критичних својства. Налазе се у свим уџбеницима хемије и на неограниченим местима на мрежи. Требали бисте имати један приручник за референцу током прегледа овог одељка.

Периодни систем садржи имена и скраћенице од једно или два слова свих 103 елемента, или ако желите, врсте атома. 92 од њих се природно јављају, док је најтежих 11, бројева од 93 до 103, произведено само у лабораторијским условима. Број сваког елемента у периодном систему одговара његовом атомском броју, а тиме и броју протона које садржи. Кутија у табели која одговара елементу обично приказује његову атомску масу - односно укупну масу његових протона, неутрона и електрона - на дну кутије, испод имена атома. Будући да то у практичне сврхе износи само масу протона и неутрона, и зато што протони и неутрони имају врло близу исте масе, можете утврдити колико неутрона има атом одузимањем његовог атомског броја (броја протона) од атомске масе и заокруживањем ван. На пример, натријум (На) је број 11 у периодном систему и има масу од 22,99 атомских јединица масе (аму). Заокружујући ово на 23, можете израчунати да натријум мора имати 23 - 11 = 12 неутрона.

Из свега претходно реченог, можете схватити да атоми постају све тежи док се човек креће слева удесно и од врха ка дно у табели, попут читања странице у књизи на којој је свака нова реч само мало већа од претходне реч.

Елементи могу постојати у облику чврстих материја, течности или гасова у свом изворном стању. Угљеник (Ц) је пример чврсте супстанце; жива (Хг), која се налази у термометрима "старе школе", је течност; а водоник (Х) постоји као гас. Могу се груписати, уз помоћ периодног система, у категорије на основу њихових физичких својстава. Један од погодних начина за поделу је на метале и неметале. Метали укључују шест подтипова, док неметали имају само два. (Бор, арсен, силицијум, германијум, антимон, телур и астатин сматрају се металоидима.)

Периодни систем садржи 18 колона, мада није заузет сваки могући простор у свакој колони. Први комплетни ред - односно прва инстанца од свих 18 колона које садрже елемент - започиње бројем елемента 19 (К или калијум) и завршава бројем 36 (Кр или криптон). На први поглед ово делује неугодно, али осигурава атоме сличних својстава у смислу њихових понашање везивања и друге променљиве остају у лако препознатљивим редовима, колонама или другим групама унутар сто.

Изотопи су различити атоми који имају исти атомски број, па су према томе исти елемент, али имају различит број неутрона. Стога се разликују у својој атомској маси. Више информација о изотопима појављује се у наредном одељку.

Понашање везивања један је од различитих критеријума помоћу којих се атоми могу раздвојити. На пример, шест елемената који се природно јављају у колони 18 (Хе, Не, Ар, Кр, Ксе, Рн) назива се племените гасове јер у основи не реагују са другим елементима; ово подсећа на то како се у стара времена припадници племићких сталежа нису мешали са обичним народом.

Метали се могу поделити на шест типова (алкали, земноалкалијске, транзиционе, пост-транзиционе и актиноиди и лантаноиди). Све то спада у различите регионе у периодном систему. Већина елемената су неке врсте метали, али 17 неметала укључује неке од познатијих атома, укључујући кисеоник, азот, сумпор и фосфор, који су сви неопходни за живот.

Једињење се прави од једног или више елемената. На пример, вода је једињење. Али такође можете имати један или више елемената или једињења растворених у другом, течном једињењу (обично води), попут шећера раствореног у води. Ово је пример решења, јер се молекули у раствореној супстанци (растворена чврста супстанца) не везују за молекуле растворене супстанце (попут воде, етанола или онога што имате).

Најмања јединица једињења назива се молекул. Однос атома према елементима одражава однос између молекула и једињења. Ако имате део чистог натријума, елемента и смањите га на најмању могућу величину, оно што остаје је атом натријума. Ако имате колекцију чистог натријум хлорида (кухињске соли; НаЦл) и смањите на најмању могућу количину, задржавајући све његове физичке и хемијске особине, остаје вам молекул натријум хлорида.

Десет најраспрострањенијих елемената на Земљи чине око 99 процената масе свих елемената који се налазе широм планете, укључујући и атмосферу. Само кисеоник (О) чини 46,6 процената Земљине масе. Силицијум (Си) чини 27,7 одсто, док алуминијум (Ал) има 8,1 одсто, а гвожђе (Фе) 5,0 одсто. Следећа четири најобилнија постоје као електролити у људском телу: калцијум (Ца) у 3,6 процента, натријум (На) у 2,8 процента, калијум (К) у 2,6 процента и магнезијум (Мг) у 2,1 процента.

Елементи који се налазе у значајним количинама у видљивом облику или елементи који су само озлоглашени, могу се у неком смислу сматрати главним елементима. Када гледате чисто злато, било да је то сићушна љускица или велика цигла (ово последње је мало вероватно!), Гледате један елемент. Тај комад злата и даље би се сматрао златом чак и када би остали сви осим једног атома. С друге стране, како примећује НАСА, златник може имати око 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 септиљиона) атома злата, у зависности од величине новчића.

Ан изотоп је варијанта атома, отприлике на исти начин на који је добермански пинч варијанта пса. Сетићете се да је једно важно својство дате врсте атома то што се његов атомски број, а тиме и број протона које садржи, не може променити. Према томе, ако атоми долазе у варијантама, ова варијација мора бити резултат разлика у неутронском броју.

Већина елемената има један стабилни изотоп, што је облик у којем се елемент најчешће налази. Неки елементи, међутим, природно постоје као мешавина изотопа. На пример, гвожђе (Фе) чини око 5,845 процената ⁵⁴Фе, 91,754 посто од ⁵⁶Фе, 2,119 посто од ⁵⁷Фе и 0,282 процента ⁵⁸Фе. Горњи натписи на левој страни скраћеница елемената означавају број протона и неутрона. Пошто је атомски број гвожђа 26, горе наведени изотопи редом имају 28, 30, 31 и 32 неутрона.

Сви изотопи датог атома имају иста хемијска својства, што значи да је њихово понашање везивања исто. Њихова физичка својства, као што су масе, тачке кључања и тачке топљења, различита су и представљају средство којим се разликују.