Kémiai elemek

Az anyag szerkezete

Földünk, természetünk, minden élőlényünk, tárgyunk, a kontinensek, a hegyek, az óceánok és mi magunk is különböző módon összekapcsolt kémiai elemekből állnak. Az élet elemek összekapcsolódásával jött létre. A kémiai elemek olyan atomok, amelyek azonos számú protonnal rendelkeznek a magban. A számot atomszámnak nevezzük (angolul atomszám). Például, szén atomszámú 6, következésképpen a magjában 6 proton van. A legegyszerűbb elem az hidrogén (H) egy protonnal és egy elektronnal (1. atomszám, neutronok nélkül). A tiszta anyagokat elemeknek is nevezik, például tisztának oxigén. Nem oszthatók tovább egyszerű kémiai és fizikai módszerekkel. Az elemek lehetnek szilárdak, gázneműek vagy ritkábban folyékonyak (aggregációs állapotok). Több mint 94 elem fordul elő természetesen, és még sok más mesterségesen keletkezett.

Az elemek összetétele

Az egyes kémiai elemek pozitív töltésű protonokból, semleges neutronokból és negatív töltésű elektronokból állnak. Az atom magja protonokból és neutronokból áll, amelyeket együttesen nukleonoknak nevezünk, és az elektronok az atomhéjban (elektronhéjban) helyezkednek el.

  • Nukleonok = protonok + neutronok.

A töltetlen atomokban a protonok és az elektronok száma megegyezik egymással. Mert a vádakat egyensúly, az elemek kívülről elektromosan semlegesek. Ha azonban feladják az elektront, akkor pozitív töltésűek (kationok). Ha elfogadnak egyet, akkor negatív töltésűek (anionok). A töltött atomokat ionoknak nevezzük. Együtt alkotnak sók. Az atomokat gyakran - ebben a szövegben is - az elavult Bohr-atommodell képviseli, amelyben az elektronok meghatározott pályákon keringenek az atommag körül, vagyis mint a bolygók a Nap körül. Manapság az elektronok ábrázolására általában a kvantummechanikai pályamodellt alkalmazzák, amelyben az elektronok meghatározott valószínűséggel tartózkodnak a mag körüli térben.

Izotóp

Az izotópok olyan atomok, amelyek csak a neutronok számában, tehát az in- tömeg. Ez ugyanannyi protonnal rendelkezik. Például a deutérium (2H) az izotóp hidrogén (1H) egy neutronnal. Mert a tömeg nagyobb, a deutériumot (D) nehéznek nevezzük hidrogén a deutérium-oxidot nehéznek nevezik víz (D2O). A legismertebb izotópok között vannak az urán-izotópok, amelyek magjai hasadóképesek, és atomerőművekben, valamint nukleáris fegyverek és meghajtó rendszerek előállítására használják őket.

Az elemek származása

A legegyszerűbb elemek, a hidrogén (= 1) és a hélium (= 2), 13.8 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek az Ősrobbanás alatt, nem sokkal az univerzumunk kialakulása után. A hidrogén továbbra is a legelterjedtebb elem a mai hatalmas univerzumban, amelyet a hélium követ. A fennmaradó elemek többsége vagy csillagokban, magfúzióval, vagy szupernóvában, haldokló csillagokban képződött. Néhányat a kozmikus sugarak (lítium, berillium, bór). Végül léteznek olyan nagy atomszámú elemek, amelyeket mesterségesen állítottak elő emberek.

Példák

Az alábbi lista az elemek kiválasztását mutatja. Az (elem szimbólum) a zárójelben látható, például a C (szén, lat. , szén) szén. A rövidítésnek egy vagy két betűje van.

  • A hidrogén (H) az víz, együtt oxigén.
  • A szén (C) a föld minden életének alapvető építőköve.
  • Nitrogén (N) a levegő legfontosabb alkotóeleme.
  • Oxigén (O) elengedhetetlen a test energiatermeléséhez.
  • Nátrium (Na) a konyhasóban van.
  • Magnézium (Mg) klorofillban található (levélzöld).
  • Alumínium (Al) az alumíniumfóliában és a karosszériákban található.
  • Szilícium (Si) a föld szinte minden ásványában és kőzetében megtalálható.
  • Foszfor A (P) -t gyufák előállítására használják.
  • Kén (S) -t vulkánok engedik szabadon.
  • Kálium (K) központi szerepet játszik a idegek.
  • Kalcium (Ca) tartalmaz csontok.
  • Vas (Fe) a Föld bolygón a leggyakoribb elem.
  • Merkúr (Hg), más fémekkel ellentétben, folyadékként van jelen.
  • A fémötvözetekhez nikkelt (Ni) használnak.
  • Ezüst (Ag) és arany (Au) szerepelnek az ékszerekben.

Tömeg és méret

Szinte az összes tömeg egy atom van a magban. A kötetmásrészt az elektronhéj határozza meg, mert a mag nagyon kicsi. Az atomok tömegét az u vagy Da (dalton) szimbólum adja. u jelentése. Megfelel a protonok, a neutronok és az elektronok tömegének. 1 u-t a szén-12 tömegének tizenkettedeként adjuk meg (12C) és 1.660-10-24 g. A proton és a neutron tömege körülbelül 1 u, ami egy tömegegység. Mivel a 12 szénatom 6 protont és 6 neutront tartalmaz, és az elektronok tömege nagyon kicsi (1/1836 proton), atomtömege körülbelül 12 u (12.011 u). Ezt a számot tömegszámnak nevezzük. Tömegszám = protonok száma + neutronok száma A kémiai vegyületek molekulatömege az atomok atomtömegének összeadásával nyerhető meg. Az atomok elképzelhetetlenül kicsiek - átmérőjük a 10 tartományban van-10 m (1 angström, 0.1 nm).

Kémiai vegyületek

A kémiai elemek nagyon könnyen kombinálhatók ugyanazokkal vagy más elemekkel - tisztán vagy kötetlenül - ritkán fordulnak elő. Csak az atomhéjon lévő elektronok felelősek a kémiai kötésekért, az atommagok nem vesznek részt. A legfontosabb kémiai vegyületek a következők:

  • Organikus molekulák kovalens kötésekkel.
  • Sók ionos kötésekkel
  • Fémek fém kötéssel

A kémiai vegyületek különlegessége, hogy tulajdonságaik teljesen eltérnek azoktól az alkotóelemektől. Például, nátrium-klorid ionizált nátriumból és klór atomok. Nátrium mint egy elem lágy, ezüst- nagyon reaktív szürke fém, és klór (szobahőmérsékleten) mérgező gázként létezik. Együtt alkotják azt a kristályos étkezési sót, amelyet mindennap fogyasztunk ízfokozóként az ételekben. Ugyanez illusztrálható a víz, amely az oxihidrogén reakció során hidrogén és oxigén gázokból képződik.

Periódusos táblázat

Az elemek periódusos táblázata az összes elem leíró és gyakorlati áttekintése, amelyet először az 1860-as években fejlesztettek ki. Hidrogénnel kezdődik (1), és növekvő atomszámok sorrendjében helyezkedik el. Vízszintes periódusokban és vertikális csoportokban történő bemutatásukkal hasonló kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkező rokon elemek csoportosulnak. Ezek tartalmazzák:

  • Alkálifémek
  • Lúgos földfémek
  • Átmeneti fémek
  • Lantanidok
  • Actinoidok
  • Fémek
  • Félfémek
  • Nemfémek
  • Halogének
  • nemesgázok

Link (angol nyelvű változat): IUPAC időszakos táblázat PDF-letöltéssel.

Az elemek oszthatatlansága

Az elemeket különféle kémiai és fizikai elválasztási folyamatoknak, például égésnek, elektromos áramnak vagy savaddíciónak kitett keverékekből nyerhetjük. Végül a közös folyamatok maguk mögött hagyják a tiszta elemeket. Az atom kifejezés a görögből származik, ami azt jelenti, hogy oszthatatlan. Valójában az elemek nem oszthatók tovább a szokásos kémiai módszerekkel. A radioaktivitás és a radioaktív bomlás felfedezésével azonban bebizonyosodott, hogy a kifejezés pontatlan, és hogy lehetséges az úgynevezett maghasadás alacsonyabb atomszámú elemekbe. Ezzel szemben a magfúzió nagyobb atomszámú elemeket eredményezhet. Például a Nap magjában hidrogénből héliumot képez, amely felszabadítja azt az energiát és hőt, amely a Föld minden életének alapja.

Az emberi lény felépítése

Mint az elején említettük, mi emberek is az ismert elemekből állnak. A legfontosabb képviselők az oxigén (O), a szén (C), a hidrogén (H), nitrogén (N), kalcium (Ca) és foszfor (P). Ez a 6 elem együttesen alkotja a testtömeg több mint 99% -át! Egyéb ásványi anyagok, mint pl kálium, magnézium és a nátrium, például számos nyomelem, például króm, vasaló, fluor, szelén or réz sokkal kisebb mennyiségben vannak, de létfontosságú funkcióik vannak.

A földi élet eredete

A földi elemek, amint már említettük, egyrészt az ősrobbanásból származnak, amely körülbelül 13.8 milliárd évvel ezelőtt történt, és amellyel az univerzum, a tér és az idő létrejött. A magasabb elemek főleg aktív és haldokló formában jöttek létre. csillagok (szupernóvák). A Föld kora körülbelül 4.5 milliárd év. Talán 4 milliárd évvel ezelőtt spontán módon jött létre a földi élet az élettelen természetből az elemek szerves kémiai vegyületekké történő egyesítésével. Ezek a reakciók főleg vízben történtek, mivel a kémiai reakciók szilárd anyagokban vagy gázokban nem megfelelőek. Olyan vizsgálatok, mint az 1950-es évekbeli Miller-Urey kísérlet, kimutatták, hogy olyan biomolekulák, mint pl aminosavak or nukleinsavak a természetben lévő egyszerűbb vegyületekből képződhet. Az élettelentől az élő Föld felé történő átmenet szempontjából központi szerepet játszott a szaporodó polimer képződése molekulák monomerekből. Ezek felépítésükben tartalmazzák a szekvencia adatait. Úgy gondolják, hogy ez volt az első ribonukleinsav (RNS), amely katalizálta saját replikációját. Egyszer molekulák önmagában replikálódva elindult az evolúció, amely egyre összetettebbé, egysejtű és többsejtű organizmusok, növények, gombák, állatok, és elképzelhetetlenül hosszú idő elteltével minket, embereket eredményezett.