Cheminiai elementai

Materijos struktūra

Mūsų žemė, gamta, visi gyvi daiktai, daiktai, žemynai, kalnai, vandenynai ir mes patys esame pagaminti iš cheminių elementų, kurie yra tarpusavyje susiję. Gyvenimas atsirado sujungus elementus. Cheminiai elementai yra atomai, kurių branduolyje yra vienodas protonų skaičius. Skaičius vadinamas atominiu skaičiumi (angl. Atomic number). Pavyzdžiui, anglis turi atominį skaičių 6, todėl jo branduolyje yra 6 protonai. Paprasčiausias elementas yra vandenilis (H) su vienu protonu ir vienu elektronu (atominis skaičius 1, be neutronų). Grynosios medžiagos taip pat vadinamos elementais, pavyzdžiui, grynosios deguonis. Jų negalima toliau skirstyti paprastais cheminiais ir fiziniais metodais. Elementai gali būti kieti, dujiniai arba rečiau skysti (agregacijos būsenos). Daugiau nei 94 elementai atsiranda natūraliai, o dar daugiau jų gaminama dirbtinai.

Elementų sudėtis

Atskiri cheminiai elementai susideda iš teigiamai įkrautų protonų, neutralių neutronų ir neigiamai įkrautų elektronų. Atomo branduolį sudaro protonai ir neutronai, kurie bendrai vadinami nukleonais, o elektronai yra atominiame apvalkale (elektronų apvalkale).

  • Nukleonai = protonai + neutronai.

Protonų ir elektronų skaičius prilygsta nepakraunamiems atomams. Nes kaltinimai subalansuoti, elementai iš išorės yra elektriškai neutralūs. Tačiau jei jie atsisako elektrono, jie yra teigiamai įkrauti (katijonai). Jei jie priima vieną, jie yra neigiamai įkrauti (anijonai). Įkrauti atomai vadinami jonais. Kartu jie formuojasi druskos. Atomai dažnai vaizduojami - taip pat ir šiame tekste - pasenusiu Bohro atominiu modeliu, kuriame elektronai skrieja apie atomo branduolį apibrėžtose orbitose, ty kaip planetos skrieja aplink saulę. Šiandien elektronams vaizduoti dažniausiai naudojamas kvantinis mechaninis orbitos modelis, kuriame elektronai turi neabejotiną apsigyvenimo tikimybę erdvėje aplink branduolį.

Izotopai

Izotopai yra atomai, kurie skiriasi tik neutronų skaičiumi, taigi ir masė. Tai yra su tuo pačiu protonų skaičiumi. Pavyzdžiui, deuteris (2H) yra vandenilis (1H) su vienu neutronu. Nes masė yra didesnis, deuteris (D) vadinamas sunkiuoju vandenilis o deuterio oksidas vadinamas sunkiuoju vanduo (D2O). Tarp žinomiausių izotopų yra urano izotopai, kurių branduoliai yra skilūs ir naudojami atominėse elektrinėse bei branduoliniams ginklams ir varomosioms sistemoms gaminti.

Elementų kilmė

Paprasčiausi elementai - vandenilis (= 1) ir helis (= 2) - susidarė prieš 13.8 milijardo metų Didžiojo sprogimo metu netrukus po to, kai susiformavo mūsų visata. Vandenilis išlieka labiausiai paplitęs elementas milžiniškoje šiandienos visatoje, po kurio seka helis. Dauguma likusių elementų buvo suformuoti žvaigždėse branduolio sintezės būdu arba supernovoje, mirštančiose žvaigždėse. Keletas susidarė dėl kosminių spindulių įtakos (Ličio, berilis, boras). Galiausiai egzistuoja elementai su dideliu atominiu skaičiumi, kuriuos dirbtinai gamino žmonės.

Pavyzdžiai

Šiame sąraše pateikiami elementų pasirinkimas. (Elemento simbolis) rodomas skliausteliuose, pvz., C (anglis, iš lat. , anglis) anglis. Santrumpa turi vieną arba dvi raides.

  • Vandenilis (H) yra vanduo, kartu su deguonis.
  • Anglis (C) yra pagrindinis viso žemės gyvenimo elementas.
  • Azotas (N) yra svarbiausias oro komponentas.
  • Deguonis (O) yra būtinas energijos gamybai organizme.
  • Natris (Na) yra valgomojoje druskoje.
  • Magnis (Mg) yra chlorofile (lapų žalia spalva).
  • Aliuminis (Al) yra aliuminio folijoje ir automobilio kėbuluose.
  • Silicis (Si) yra beveik visuose žemės mineraluose ir uolienose.
  • Fosforas (P) naudojamas degtukų gamybai.
  • Siera (S) išleidžia vulkanai.
  • Kalis (K) vaidina pagrindinį vaidmenį atliekant nervai.
  • Kalcis (Ca) yra kaulai.
  • Geležies (Fe) yra gausiausias elementas Žemės planetoje.
  • Merkurijus (Hg), skirtingai nuo kitų metalų, yra kaip skystis.
  • Metalo lydiniams naudojamas nikelis (Ni).
  • sidabras (Ag) ir auksas (Au) yra papuošaluose.

Masė ir dydis

Beveik visi masė atomo yra branduolyje. The apimtis, kita vertus, lemia elektronų apvalkalas, nes branduolys yra labai mažas. Atomų masę nurodo simbolis u arba Da (daltonai). u reiškia. Tai atitinka protonų, neutronų ir elektronų masę. 1 u nurodoma kaip dvyliktoji anglies-12 masės (12C) ir yra 1.660–10-24 g. Protono ir neutrono masė yra apie 1 u, tai yra vienas masės vienetas. Kadangi anglies-12 sudėtyje yra 6 protonai ir 6 neutronai, o elektronų masė yra labai maža (1/1836 protono), jo atominė masė yra apie 12 u (12.011 u). Šis skaičius vadinamas masės skaičiumi. Masės skaičius = protonų skaičius + neutronų skaičius Cheminių junginių molekulinę masę galima gauti sudėjus atomų, iš kurių jie susideda, atomines mases. Atomai neįsivaizduojamai maži - jų skersmuo yra 10 ribose-10 m (1 angstremas, 0.1 nm).

Cheminiai junginiai

Cheminiai elementai labai lengvai derinami su tais pačiais ar kitais elementais - gryni ar nesurišti, jie pasitaiko retai. Tik atominio apvalkalo elektronai yra atsakingi už chemines jungtis, atominiai branduoliai nedalyvauja. Svarbiausi cheminiai junginiai yra:

  • Eko molekulės su kovalentiniais ryšiais.
  • Druskos su joninėmis jungtimis
  • Metalai su metaliniu ryšiu

Ypatingas cheminių junginių bruožas yra tas, kad jų savybės visiškai skiriasi nuo tų elementų, iš kurių jie yra sudaryti. Pavyzdžiui, natrio chloridas susideda iš jonizuoto natrio ir chloras atomai. Natris kaip elementas yra minkštas, sidabras- pilkas metalas, kuris yra labai reaktingas, ir chloras (kambario temperatūroje) egzistuoja kaip nuodingos dujos. Kartu jie sudaro kristalinę valgomąją druską, kurią kasdien vartojame kaip maisto skonio stipriklį. Tą patį galima iliustruoti pavyzdžiu vanduo, kuris susidaro iš vandenilio ir deguonies dujų vykstant oksihidrogeno reakcijai.

Periodinė elementų lentelė

Periodinė elementų lentelė yra aprašomoji ir praktinė visų elementų apžvalga, pirmą kartą sukurta 1860 m. Jis prasideda vandeniliu (1) ir yra išdėstytas didėjančio atominio skaičiaus tvarka. Pateikiant juos horizontaliais laikotarpiais ir vertikaliomis grupėmis, grupuojami panašūs cheminių ir fizinių savybių panašūs elementai. Jie apima:

  • Šarminiai metalai
  • Šarminiai žemės metalai
  • Pereinamieji metalai
  • Lantanidai
  • Aktinoidai
  • Metalai
  • Pusiau metalai
  • Nemetalai
  • Halogenai
  • Tauriosios dujos

Nuoroda (versija anglų kalba): IUPAC periodinė lentelė su atsisiuntimu PDF formatu.

Elementų nedalumas

Elementai gali būti gaunami iš mišinių, kuriems taikomi įvairūs cheminiai ir fiziniai atskyrimo procesai, tokie kaip degimas, elektros srovė ar rūgšties pridėjimas. Galų gale bendri procesai palieka grynus elementus. Terminas atomas yra kilęs iš graikų kalbos, o tai reiškia nedalomą. Tiesą sakant, elementai nėra toliau skirstomi pagal įprastus cheminius metodus. Atradus radioaktyvumą ir radioaktyvų skilimą, buvo įrodyta, kad šis terminas netikslus ir kad yra įmanoma vadinamoji branduolio dalijimasis į elementus, kurių atominis skaičius mažesnis. Ir atvirkščiai, branduolių sintezė gali sukelti elementus, kurių atominis skaičius yra didesnis. Pavyzdžiui, Saulė iš vandenilio savo šerdyje formuoja helį, kuris išskiria energiją ir šilumą, kuri yra visos Žemės gyvybės pagrindas.

Žmogaus struktūra

Kaip minėta pradžioje, mes, žmonės, taip pat susideda iš žinomų elementų. Svarbiausi atstovai yra deguonis (O), anglis (C), vandenilis (H), azotas (N), kalcis (Ca) ir fosforo (P). Šie 6 elementai kartu sudaro daugiau kaip 99% kūno masės! Kiti mineralai, tokie kaip kalis, Magnis ir natris, taip pat daugybė mikroelementų, tokių kaip chromas, geležiesfluoras, selenas or varis yra daug mažesniu kiekiu, tačiau turi gyvybiškai svarbių funkcijų.

Gyvenimo žemėje kilmė

Žemėje esantys elementai, kaip jau minėta, kilo iš didžiojo sprogimo, įvykusio maždaug prieš 13.8 milijardo metų ir kuriančio visatą, erdvę ir laiką. Aukštesni elementai susidarė daugiausia aktyviai ir mirštant žvaigždės (supernovos). Žemės amžius siekia apie 4.5 milijardo metų. Gyvybė Žemėje spontaniškai atsirado iš negyvos gamtos galbūt prieš 4 milijardus metų sujungus elementus į organinius cheminius junginius. Šios reakcijos vyko daugiausia vandenyje, nes cheminės reakcijos kietosiose medžiagose ar dujose vyksta nepakankamai. Tokie tyrimai kaip Millerio-Urey'io eksperimentas nuo 1950-ųjų parodė, kad tokios biomolekulės kaip amino rūgštys or nukleorūgštys gali susidaryti iš paprastesnių junginių gamtoje. Pagrindinis perėjimas iš negyvosios į gyvąją Žemę buvo besiplečiančio polimero susidarymas molekulės nuo monomerų. Jose yra informacija apie jų struktūros seką. Manoma, kad tai buvo pirmoji ribonukleino rūgštis (RNR), kuri katalizavo jos pačios replikaciją. Kartą molekulės savaime replikuota evoliucija prasidėjo, todėl vis sudėtingesni, vienaląsčiai ir daugialąsčiai organizmai, augalai, grybai, gyvūnai ir po neįsivaizduojamai ilgo laiko mes, žmonės.