ตัวอย่างของอะตอม ธาตุ และไอโซโทป

อะตอมคิดว่าเป็นสสารธรรมดาที่เล็กที่สุดที่แบ่งแยกไม่ได้ อันที่จริงชื่อของพวกเขามาจากภาษากรีกว่า "ไม่สามารถตัดได้" อะตอมประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน แม้ว่าอะตอมไฮโดรเจนชนิดที่เล็กและเรียบง่ายที่สุดจะไม่มีนิวตรอนก็ตาม

องค์ประกอบคือสสารที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียว เมื่อคุณดูที่ตารางธาตุของธาตุ ทุกกล่องที่คุณเห็นจะถูกครอบครองโดยสสารที่มีการจัดเรียงตัวของโปรตอนและนิวตรอนที่เป็นเอกลักษณ์ ในกรณีพิเศษที่มีเพียงอะตอมเดียวของธาตุที่มีอยู่ คำจำกัดความของ "อะตอม" และ "องค์ประกอบ" จะเหมือนกัน หรือคุณอาจมีสสาร 10 หรือ 100 หรือ 1,000,000 ตันที่ประกอบด้วยธาตุเพียงธาตุเดียว ตราบใดที่ทุกอะตอมในมวลขนาดมหึมานั้นเหมือนกัน ใส่ต่างกันเล็กน้อยเมื่อนำเสนอด้วยอะตอมและธาตุและบอกว่ามีเพียงอันเดียวที่เป็นจุลทรรศน์ คุณก็รู้ว่าอันไหนเป็นตัวอย่างของ องค์ประกอบ (แม้ว่าการรวมตัวขององค์ประกอบเดียวไม่ทั้งหมด มีขนาดใหญ่พอที่จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าหรือแม้แต่แบบธรรมดา กล้องจุลทรรศน์).

ตัวอย่างของอะตอมที่คุณแทบไม่เคยได้ยินมาก่อน เว้นแต่ว่าคุณเพิ่งลงมาจากดาวดวงอื่น หรือ บางทีในจักรวาลคู่ขนานที่อะตอมไม่เคยได้ยินมาก่อน - รวมถึงไฮโดรเจนออกซิเจนและคาร์บอนอย่างน้อยที่สุด ไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นสองอะตอมในน้ำ โดยมีสูตรทางเคมีของน้ำคือ H

ทุกอะตอมสามารถมีองค์ประกอบที่แตกต่างกันสามอย่าง ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน อันที่จริง ทุกอะตอมนอกเหนือจากไฮโดรเจนอะตอมมีอย่างน้อยหนึ่งอะตอม ไฮโดรเจนประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว แต่ไม่มีนิวตรอน โปรตอนและนิวตรอนมีมวลเกือบเท่ากัน โดยที่โปรตอนมีขนาด 1.6726231 x 10^-27 กิโลกรัมและของอิเล็กตรอนคือ 1.6749286 x 10^-27 กิโลกรัม. อิเล็กตรอนยังคงมีขนาดเล็กกว่า มากจนไม่สามารถละเลยมวลรวมของพวกมันเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติเมื่อคำนวณมวลของอะตอมที่กำหนด อิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีมวล 9.1093897 x 10^-31 กิโลกรัม.

อะตอมในรูปแบบธาตุมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกเล็กน้อย กำหนด +1 ในขณะที่อิเล็กตรอนมีประจุ -1 นิวตรอนไม่มีประจุ ดังนั้นอะตอมธรรมดาจึงไม่มีประจุสุทธิ เนื่องจากประจุบวกของโปรตอนและประจุลบของอิเล็กตรอนจะตัดกัน อะตอมบางตัวมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน จึงมีประจุสุทธิ (เช่น -2 หรือ +3) อะตอมเหล่านี้เรียกว่า ไอออน.

ทางกายภาพ อะตอมถูกจัดเรียงอย่างคร่าว ๆ เหมือนกับระบบสุริยะ โดยมีสสารเล็ก ๆ หมุนรอบศูนย์กลางมวลมาก ในทางดาราศาสตร์ แรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ในอะตอม มันคือแรงไฟฟ้าสถิต โปรตอนและนิวตรอนของกระจุกอะตอมรวมกันเพื่อสร้างศูนย์กลาง เรียกว่า นิวเคลียส เนื่องจากนิวเคลียสประกอบด้วยส่วนประกอบที่เป็นบวกและไม่มีประจุเท่านั้น จึงมีประจุบวก อิเล็กตรอนมีอยู่ในเมฆรอบๆ นิวเคลียส ซึ่งถูกดึงเข้ามาโดยประจุบวกของมัน ไม่สามารถทราบตำแหน่งของอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำ แต่ความน่าจะเป็นที่จะอยู่ในตำแหน่งที่กำหนดในอวกาศสามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำ ความไม่แน่นอนนี้เป็นพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาที่กำลังเติบโตซึ่งย้ายจากทฤษฎีไปสู่การประยุกต์ใช้ที่สำคัญจำนวนหนึ่งในด้านวิศวกรรมและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์

ตารางธาตุเป็นวิธีการสากลสำหรับนักวิทยาศาสตร์และนักเรียนระดับเริ่มต้นถึง ทำความคุ้นเคยกับชื่อของอะตอมต่าง ๆ ทั้งหมดพร้อมกับบทสรุปที่สำคัญของพวกมัน คุณสมบัติ. สิ่งเหล่านี้มีอยู่ในตำราเคมีทุกเล่มและในสถานที่ที่ไร้ขีดจำกัดทางออนไลน์ คุณควรมีข้อมูลอ้างอิงที่มีประโยชน์เมื่อพิจารณาในส่วนนี้

ตารางธาตุประกอบด้วยชื่อและตัวย่อหนึ่งหรือสองตัวอักษรขององค์ประกอบทั้งหมด 103 ธาตุ หรือประเภทอะตอมหากต้องการ 92 สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในขณะที่ 11 ที่หนักที่สุดซึ่งมีหมายเลข 93 ถึง 103 นั้นผลิตขึ้นภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการ จำนวนของธาตุแต่ละธาตุในตารางธาตุสอดคล้องกับเลขอะตอมของมัน และด้วยเหตุนี้จำนวนของโปรตอนที่มีอยู่ กล่องในตารางที่สอดคล้องกับธาตุมักจะแสดงมวลอะตอม นั่นคือมวลรวมของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน ที่ด้านล่างของกล่อง ใต้ชื่ออะตอม เนื่องจากในทางปฏิบัติ ปริมาณนี้เท่ากับมวลของโปรตอนและนิวตรอนเพียงอย่างเดียว และเนื่องจากโปรตอนและนิวตรอนมีค่าใกล้เคียงกันมาก มวลเท่ากัน คุณสามารถอนุมานได้ว่าอะตอมมีกี่นิวตรอนโดยลบเลขอะตอม (จำนวนโปรตอน) ออกจากมวลอะตอมแล้วปัดเศษ ปิด ตัวอย่างเช่น โซเดียม (Na) เป็นเลข 11 ในตารางธาตุ และมีมวล 22.99 หน่วยมวลอะตอม (amu) เมื่อปัดเศษขึ้นเป็น 23 คุณสามารถคำนวณได้ว่าโซเดียมต้องมี 23 - 11 = 12 นิวตรอน

จากที่กล่าวมาทั้งหมด คุณสามารถรวบรวมอะตอมที่หนักขึ้นเมื่อเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวาและจากบนลงล่าง ล่างสุดของตาราง เหมือนอ่านหนังสือที่คำศัพท์ใหม่ทุกคำจะใหญ่กว่าคำก่อนหน้าเล็กน้อย คำ.

องค์ประกอบสามารถดำรงอยู่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซในสภาพดั้งเดิม คาร์บอน (C) เป็นตัวอย่างของของแข็ง ปรอท (Hg) ที่พบในเทอร์โมมิเตอร์แบบ "โรงเรียนเก่า" เป็นของเหลว และไฮโดรเจน (H) มีอยู่ในรูปของก๊าซ พวกเขาสามารถจัดกลุ่มโดยใช้ตารางธาตุเป็นหมวดหมู่ตามคุณสมบัติทางกายภาพของพวกเขา วิธีหนึ่งที่สะดวกในการแบ่งพวกมันออกเป็นโลหะและอโลหะ โลหะประกอบด้วยหกประเภทย่อย ในขณะที่อโลหะมีเพียงสองประเภท (โบรอน สารหนู ซิลิกอน เจอร์เมเนียม พลวง เทลลูเรียม และแอสทาทีน ถือเป็นเมทัลลอยด์)

ตารางธาตุประกอบด้วย 18 คอลัมน์ แม้ว่าจะไม่ใช่ทุกพื้นที่ที่เป็นไปได้ในทุกคอลัมน์ก็ตาม แถวแรกที่สมบูรณ์ – นั่นคือ ตัวอย่างแรกของทั้ง 18 คอลัมน์ที่มีองค์ประกอบ – เริ่มต้นด้วยองค์ประกอบหมายเลข 19 (K หรือโพแทสเซียม) และลงท้ายด้วยหมายเลข 36 (Kr หรือคริปทอน) สิ่งนี้ดูน่าอึดอัดใจในทันที แต่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอะตอมที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันในแง่ของ พฤติกรรมการยึดติดและตัวแปรอื่นๆ ยังคงอยู่ในแถว คอลัมน์ หรือกลุ่มอื่นๆ ที่ระบุได้ง่ายภายใน easily โต๊ะ.

ไอโซโทปเป็นอะตอมที่แตกต่างกันซึ่งมีเลขอะตอมเท่ากัน จึงเป็นองค์ประกอบเดียวกัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน พวกมันจึงแปรผันตามมวลอะตอมของพวกมัน ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับไอโซโทปจะปรากฏในส่วนถัดไป

พฤติกรรมพันธะเป็นหนึ่งในเกณฑ์ต่างๆ ที่สามารถแยกอะตอมได้ ตัวอย่างเช่น ธาตุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติทั้งหกในคอลัมน์ที่ 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) เรียกว่า ก๊าซมีตระกูล เพราะโดยพื้นฐานแล้วจะไม่ทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่น สิ่งนี้ชวนให้นึกถึงว่าในสมัยโบราณสมาชิกของชนชั้นสูงไม่ได้ปะปนกับชาวบ้านทั่วไป

โลหะสามารถแบ่งออกเป็นหกประเภท (อัลคาไล อัลคาไลน์เอิร์ธ ทรานซิชัน หลังการเปลี่ยนภาพ และแอคตินอยด์และแลนทานอยด์) สิ่งเหล่านี้ทั้งหมดตกอยู่ในบริเวณที่แตกต่างกันในตารางธาตุ ธาตุส่วนใหญ่เป็นโลหะบางชนิด แต่อโลหะ 17 ชนิดรวมถึงอะตอมที่รู้จักกันดี ได้แก่ ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน และฟอสฟอรัส ซึ่งทั้งหมดนี้มีความจำเป็นต่อชีวิต

สารประกอบทำจากองค์ประกอบหนึ่งหรือหลายองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น น้ำเป็นสารประกอบ แต่คุณยังสามารถมีธาตุหรือสารประกอบตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปละลายในสารประกอบของเหลวอื่น (โดยปกติคือน้ำ) เช่น น้ำตาลที่ละลายในน้ำ นี่เป็นตัวอย่างของสารละลายเนื่องจากโมเลกุลในตัวถูกละลาย (ของแข็งที่ละลายได้) ไม่ได้จับกับโมเลกุลของตัวถูกละลาย (เช่น น้ำ เอทานอล หรืออะไรที่มีคุณ)

หน่วยที่เล็กที่สุดของสารประกอบเรียกว่าโมเลกุล ความสัมพันธ์ของอะตอมกับองค์ประกอบสะท้อนถึงความสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลและสารประกอบ หากคุณมีโซเดียมบริสุทธิ์เป็นองค์ประกอบ และลดขนาดให้เป็นขนาดที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ สิ่งที่เหลืออยู่ก็คือโซเดียมอะตอม หากคุณมีคอลเลกชันของโซเดียมคลอไรด์บริสุทธิ์ (เกลือแกง NaCl) และลดขนาดให้เล็กที่สุดในขณะที่รักษาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีทั้งหมด คุณจะเหลือโมเลกุลโซเดียมคลอไรด์

องค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด 10 อย่างบนโลกคิดเป็น 99 เปอร์เซ็นต์ของมวลขององค์ประกอบทั้งหมดที่พบได้ทั่วโลก รวมถึงในชั้นบรรยากาศด้วย ออกซิเจน (O) เพียงอย่างเดียวคิดเป็น 46.6 เปอร์เซ็นต์ของมวลโลก ซิลิคอน (Si) คิดเป็น 27.7 เปอร์เซ็นต์ ขณะที่อลูมิเนียม (Al) เช็คอินที่ 8.1 เปอร์เซ็นต์ และธาตุเหล็ก (Fe) ที่ 5.0 เปอร์เซ็นต์ สี่ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดถัดไปทั้งหมดมีอยู่ในรูปของอิเล็กโทรไลต์ในร่างกายมนุษย์: แคลเซียม (Ca) ที่ 3.6 เปอร์เซ็นต์ โซเดียม (Na) ที่ 2.8 เปอร์เซ็นต์ โพแทสเซียม (K) ที่ 2.6 เปอร์เซ็นต์ และแมกนีเซียม (Mg) ที่ 2.1 เปอร์เซ็นต์

องค์ประกอบที่พบในปริมาณมากในรูปแบบที่มองเห็นได้ หรือองค์ประกอบที่เป็นเพียงฉาวโฉ่ ถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบหลักในบางความหมาย เมื่อคุณดูทองคำบริสุทธิ์ ไม่ว่าจะเป็นเกล็ดเล็กๆ หรือก้อนอิฐขนาดใหญ่ (อย่างหลังไม่น่าจะเป็นไปได้!) คุณกำลังมองที่องค์ประกอบเดียว ทองคำชิ้นนั้นจะยังคงถือว่าเป็นทองคำแม้ว่าจะเหลือเพียงอะตอมเดียวก็ตาม ในทางกลับกัน ตามที่ NASA ตั้งข้อสังเกต เหรียญทองอาจมีอะตอมทองคำประมาณ 20,000,000,000,000,000,000,000 (20 septillion) ขึ้นอยู่กับขนาดของเหรียญ

อัน ไอโซโทป เป็นตัวแปรของอะตอมในลักษณะเดียวกับที่ Doberman Pinscher เป็นตัวแปรของสุนัข คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของอะตอมชนิดใดชนิดหนึ่งที่คุณจำได้ก็คือเลขอะตอมของมัน และด้วยเหตุนี้จำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในนั้นจึงไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้น หากอะตอมมาในรูปแบบต่างๆ การแปรผันนี้จะต้องเป็นผลมาจากความแตกต่างของจำนวนนิวตรอน

ธาตุส่วนใหญ่มีไอโซโทปเสถียรตัวเดียว ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบธาตุมากที่สุด อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบบางอย่างมีอยู่ตามธรรมชาติโดยเป็นส่วนผสมของไอโซโทป ตัวอย่างเช่น เหล็ก (Fe) ประกอบด้วยประมาณ 5.845 เปอร์เซ็นต์ของ ⁵⁴เฟ, 91.754 เปอร์เซ็นต์ของ ⁵⁶เฟ, 2.119 เปอร์เซ็นต์ของ ⁵⁷Fe และ 0.282 เปอร์เซ็นต์ของ ⁵⁸เฟ ตัวยกทางด้านซ้ายของตัวย่อองค์ประกอบระบุจำนวนโปรตอนบวกนิวตรอน เนื่องจากธาตุเหล็กมีเลขอะตอมเป็น 26 ไอโซโทปที่ระบุไว้ข้างต้นจึงมี 28, 30, 31 และ 32 นิวตรอน

ไอโซโทปทั้งหมดของอะตอมที่กำหนดมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน หมายความว่าพฤติกรรมการยึดเหนี่ยวของพวกมันเหมือนกัน คุณสมบัติทางกายภาพของพวกมัน เช่น มวล จุดเดือด และจุดหลอมเหลว ต่างกัน และเป็นวิธีการที่ใช้ในการแยกแยะระหว่างคุณสมบัติเหล่านี้