Atom, Element ve İzotop Örnekleri

Atomlar en iyi, sıradan maddenin en küçük bölünmez parçaları olarak düşünülür. Aslında, isimleri "kesilemez" için Yunancadan türetilmiştir. Atomlar proton, nötron ve elektronlardan oluşur, ancak en küçük ve en basit tür olan hidrojen atomu nötron içermez.

Element, tek cins atomdan oluşan maddedir. Elementlerin periyodik tablosuna baktığınızda, gördüğünüz her kutu, benzersiz bir proton ve nötron düzenine sahip bir madde tarafından işgal edilir. Bir elementin sadece tek bir atomunun mevcut olduğu özel durumda, "atom" ve "element" tanımları aynıdır. Alternatif olarak, o dev kütledeki her atom aynı olduğu sürece, yalnızca tek bir elementten oluşan 10 veya 100 veya 1.000.000 ton maddeye sahip olabilirsiniz. Biraz farklı bir şekilde ifade edersek, bir atom ve bir element ile sunulduğunda ve sadece birinin mikroskobik olduğu söylendiğinde, hangisinin bir örnek olduğunu bilirsiniz. eleman (tek bir elemanın tüm kümeleri, elbette, çıplak gözle veya hatta geleneksel bir şekilde görülebilecek kadar büyük olmasa da) mikroskop).

Duyduğunuzdan neredeyse emin olduğunuz atom örnekleri - yani, buraya başka bir gezegenden yeni indiyseniz veya belki de atomların kendilerinin duyulmamış olduğu paralel bir evrende - en azından hidrojen, oksijen ve karbonu içerir. Hidrojen ve oksijen sudaki iki atomdur ve suyun kimyasal formülü H'dir.₂O çünkü bir molekül su iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu içerir. Suyun, kurucu atomlarından hiçbirini kaybetmemesine ve yine de su olmasına rağmen, bir element olmadığına dikkat edin, çünkü tüm atomları aynı değildir. Bunun yerine, bir bileşik. (Yakında bu terminoloji hakkında daha fazla bilgi.)

Her atom üç farklı bileşen içerebilir: protonlar, nötronlar ve elektronlar. Aslında, hidrojen atomu dışındaki her atom, her birinden en az birini içerir; hidrojen bir proton ve bir elektrondan oluşur, ancak nötronu yoktur. Protonlar ve nötronlar, bir protonun kütlesi 1.6726231 x 10 olmak üzere hemen hemen aynı kütleye sahiptir.^-27 kg ve bir elektronunki 1.6749286 x 10^-27 kilogram. Elektronlar daha da küçüktür, öyle ki, belirli bir atomun kütlesini hesaplarken, pratik amaçlar için birleşik kütleleri ihmal edilebilir. Bir elektronun kütlesi 9.1093897 x 10^-31 kilogram.

Atomlar temel formlarında eşit sayıda proton ve elektron içerir. Bir proton, +1 olarak adlandırılan küçük bir pozitif elektrik yükü taşırken, bir elektron -1 yükü taşır. Nötronlar yük taşımazlar, bu nedenle protonun pozitif yükü ve elektronun negatif yükü birbirini yok ettiği için sıradan bir atomun net yükü yoktur. Ancak bazı atomlar eşit olmayan sayıda proton ve elektrona sahiptir ve bu nedenle net bir yük taşır (örneğin, -2 veya +3); bu atomlara denir iyonlar.

Fiziksel olarak, atomlar kabaca güneş sistemi gibi düzenlenir ve daha küçük madde parçaları çok daha büyük merkez etrafında döner. Ancak astronomide, gezegenlerin güneşin etrafında dönmesini sağlayan şey yerçekimi kuvvetidir; atomlarda elektrostatik bir kuvvettir. Bir atomun protonları ve nötronları, çekirdek adı verilen merkezi oluşturmak için bir araya toplanır. Çekirdek yalnızca pozitif ve yük taşımayan bileşenler içerdiğinden pozitif yüklüdür. Bu arada elektronlar, çekirdeğin etrafındaki bir bulutta bulunur ve pozitif yüküyle kendisine çekilir. Bir elektronun herhangi bir andaki konumu kesin olarak bilinemez, ancak uzayda belirli bir yerde bulunma olasılığı yüksek doğrulukla hesaplanabilir. Bu belirsizlik, teorikten mühendislik ve bilgisayar teknolojisindeki bir dizi önemli uygulamaya geçen gelişen bir alan olan kuantum fiziğinin temelini oluşturur.

Elementlerin periyodik tablosu, bilim adamları ve yeni başlayan öğrenciler için evrensel bir araçtır. kritiklerinin bir özeti ile birlikte tüm farklı atomların adlarına aşina olun özellikleri. Bunlar her kimya ders kitabında ve çevrimiçi olarak sınırsız yerde bulunur. Bu bölüme başvururken referans olması için elinizin altında bir tane olmalıdır.

Periyodik tablo, tüm 103 elementin veya tercih ederseniz atom türlerinin adlarını ve bir veya iki harfli kısaltmalarını içerir. Bunlardan 92'si doğal olarak meydana gelirken, 93'ten 103'e kadar numaralandırılmış en ağır 11'i yalnızca laboratuvar koşullarında üretilmiştir. Periyodik tablodaki her elementin numarası, atom numarasına ve dolayısıyla içerdiği proton sayısına karşılık gelir. Tablodaki bir elemente karşılık gelen kutu, genellikle atom kütlesini - yani protonlarının, nötronlarının ve elektronlarının toplam kütlesini - kutunun altında, atom adının altında gösterir. Pratik amaçlar için bu, yalnızca protonların ve nötronların kütlesine tekabül ettiğinden ve protonlar ve nötronlar, aynı kütlede, atom numarasını (proton sayısı) atom kütlesinden çıkararak ve yuvarlayarak bir atomun kaç nötronu olduğunu öğrenebilirsiniz. kapalı. Örneğin, sodyum (Na) periyodik tabloda 11 numaradır ve 22.99 atomik kütle birimi (amu) kütlesine sahiptir. Bunu 23'e yuvarlayarak, sodyumun 23 - 11 = 12 nötrona sahip olması gerektiğini hesaplayabilirsiniz.

Yukarıdakilerin hepsinden, soldan sağa ve yukarıdan aşağıya hareket ettikçe atomların ağırlaştığını anlayabilirsiniz. tablonun alt kısmında, her yeni kelimenin bir öncekinden biraz daha büyük olduğu bir kitap sayfasını okumak gibi kelime.

Elementler doğal hallerinde katı, sıvı veya gaz olarak bulunabilirler. Karbon (C) bir katı örneğidir; "Eski tarz" termometrelerde bulunan cıva (Hg) bir sıvıdır; ve hidrojen (H) bir gaz olarak bulunur. Periyodik tablo yardımıyla fiziksel özelliklerine göre kategorilere ayrılabilirler. Bunları ayırmanın uygun bir yolu metaller ve ametaller şeklindedir. Metaller altı alt tip içerirken ametaller sadece iki alt tip içerir. (Bor, arsenik, silikon, germanyum, antimon, tellür ve astatin metaloidler olarak kabul edilir.)

Periyodik tablo 18 sütun içerir, ancak her sütundaki olası tüm boşluklar doldurulmamıştır. İlk tam satır – yani bir element içeren 18 sütunun hepsinin ilk örneği – 19 numaralı element (K veya potasyum) ile başlar ve 36 sayısı (Kr veya kripton) ile biter. Bu, ilk bakışta tuhaf görünse de, benzer özelliklere sahip atomların, özellikleri bakımından benzer olmasını sağlar. bağlanma davranışı ve diğer değişkenler, kolayca tanımlanabilen satırlarda, sütunlarda veya diğer gruplarda kalır. masa.

İzotoplar, aynı atom numarasına sahip olan ve dolayısıyla aynı element olan, ancak farklı sayıda nötrona sahip olan farklı atomlardır. Bu nedenle atom kütlelerinde farklılık gösterirler. İzotoplar hakkında daha fazla bilgi sonraki bir bölümde görünür.

Bağlanma davranışı, atomların ayrılabileceği çeşitli kriterlerden biridir. Örneğin, 18. sütunda (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) doğal olarak oluşan altı elemente denir. soy gazlar çünkü esasen diğer elementlerle reaktif değildirler; bu, eski zamanlarda asalet sınıflarının üyelerinin sıradan halkla nasıl kaynaşmadıklarını hatırlatıyor.

Metaller altı türe ayrılabilir (alkali, toprak alkali, geçiş, geçiş sonrası ve aktinoidler ve lantanoidler). Bunların hepsi periyodik tabloda farklı bölgelere ayrılır. Elementlerin çoğu bir tür metaldir, ancak 17 ametal, tümü yaşam için gerekli olan oksijen, azot, kükürt ve fosfor dahil olmak üzere daha iyi bilinen bazı atomları içerir.

Bileşik bir veya daha fazla elementten oluşur. Örneğin su bir bileşiktir. Ancak, suda çözünmüş şeker gibi başka bir sıvı bileşikte (genellikle su) çözünmüş bir veya daha fazla element veya bileşik de olabilir. Bu bir çözüm örneğidir çünkü çözünen (çözünmüş katı) içindeki moleküller çözünen moleküllere (su, etanol veya ne varsa) bağlanmaz.

Bir bileşiğin en küçük birimine molekül denir. Atomların elementlerle ilişkisi, moleküller ve bileşikler arasındaki ilişkiyi yansıtır. Bir element olan saf sodyum yığınınız varsa ve onu mümkün olan en küçük boyutuna indirgerseniz, geriye bir sodyum atomu kalır. Saf sodyum klorür (sofra tuzu; NaCl) ve tüm fiziksel ve kimyasal özelliklerini korurken alabileceği en küçüğüne indirirseniz, bir sodyum klorür molekülü kalır.

Dünyada en bol bulunan 10 element, atmosfer de dahil olmak üzere gezegende bulunan tüm elementlerin kütlesinin yaklaşık yüzde 99'unu oluşturur. Oksijen (O) tek başına Dünya kütlesinin yüzde 46,6'sını oluşturur. Silikon (Si) yüzde 27,7'yi oluştururken, alüminyum (Al) yüzde 8,1 ve demir (Fe) yüzde 5,0'ı kontrol ediyor. Sonraki en bol bulunan dört tanesi insan vücudunda elektrolit olarak bulunur: Kalsiyum (Ca) yüzde 3,6, sodyum (Na) yüzde 2,8, potasyum (K) yüzde 2,6 ve magnezyum (Mg) yüzde 2,1.

Görünür biçimde büyük miktarlarda bulunan elementler veya sadece kötü şöhretli elementler, bir anlamda ana elementler olarak kabul edilebilir. Saf altına baktığınızda, ister küçük bir pul, ister büyük bir tuğla (ikincisi olası değildir!), tek bir elemente bakıyorsunuz. Tek bir atom dışında hepsi kalsa bile, o altın parçası hala altın olarak kabul edilecektir. Öte yandan, NASA'nın belirttiği gibi, bir altın madeni para, madeni paranın boyutuna bağlı olarak yaklaşık 20.000.000.000.000.000.000.000 (20 septilyon) altın atomuna sahip olabilir.

bir izotop bir atomun bir çeşididir, tıpkı bir Doberman Pinscher'ın bir köpeğin bir çeşidi olması gibi. Belirli bir atom türünün önemli bir özelliği, hatırlayacaksınız, atom numarasının ve dolayısıyla içerdiği proton sayısının değişemeyeceğidir. Bu nedenle, atomlar varyantlar halinde gelecekse, bu varyasyon nötron sayısındaki farklılıklardan kaynaklanmalıdır.

Çoğu element, elementin en yaygın olarak bulunduğu form olan tek bir kararlı izotopa sahiptir. Bununla birlikte, bazı elementler doğal olarak izotopların bir karışımı olarak bulunur. Örneğin, demir (Fe), demirin yaklaşık yüzde 5.845'ini oluşturur. ⁵⁴Fe, yüzde 91.754 ⁵⁶Fe, yüzde 2.119 ⁵⁷Fe ve yüzde 0.282 ⁵⁸Fe. Element kısaltmalarının sol tarafındaki üst simgeler, proton artı nötron sayısını gösterir. Demirin atom numarası 26 olduğundan, yukarıda sıralanan izotoplar sırasıyla 28, 30, 31 ve 32 nötrona sahiptir.

Belirli bir atomun tüm izotopları aynı kimyasal özelliklere sahiptir, yani bağlanma davranışları aynıdır. Kütleleri, kaynama noktaları ve erime noktaları gibi fiziksel özellikleri farklıdır ve bunları ayırt etmek için kullanılan araçlardır.