Voorbeelden van atomen, elementen en isotopen

Inhoud

• Wat zijn enkele voorbeelden van atomen?
• Wat zijn de namen van atomen?
• Wat zijn de verschillende soorten atomen?
• Wat zijn verbindingen en moleculen?
• Wat zijn de belangrijkste elementen?
• Wat zijn isotopen?

Atomen kunnen het beste worden beschouwd als de kleinste ondeelbare stukjes gewone materie. In feite is hun naam afgeleid van het Grieks voor 'kan niet worden gesneden'. Atomen bestaan ​​uit protonen, neutronen en elektronen, hoewel de kleinste en eenvoudigste soort, het waterstofatoom, geen neutronen bevat.

Een element is materie bestaande uit een enkel soort atoom. Als je naar het periodiek systeem der elementen kijkt, wordt elk vak dat je ziet bezet door een stof met een unieke rangschikking van protonen en neutronen. In het speciale geval dat slechts één atoom van een element aanwezig is, zijn de definitie van "atoom" en "element" identiek. Als alternatief kun je 10 of 100 of 1.000.000 ton materie hebben die uit slechts één element bestaat, zolang elk atoom in die gigantische massa identiek is. Anders gezegd, wanneer je een atoom en een element krijgt en te horen krijgt dat slechts één microscopisch klein is, weet je wat een voorbeeld is van een element (hoewel niet alle aggregaties van een enkel element natuurlijk groot genoeg zijn om te worden gezien met de blote oog of zelfs een conventionele microscoop).

Wat zijn enkele voorbeelden van atomen?

Voorbeelden van atomen waarvan je vrijwel zeker hebt gehoord - tenzij je hier net bent geland van een andere planeet, of misschien in een parallel universum waarin atomen zelf ongehoord zijn - omvatten waterstof, zuurstof en koolstof, tot een absoluut minimum . Waterstof en zuurstof zijn de twee atomen in water, waarbij de chemische formule van water H is₂O omdat een molecuul van water bevat twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. Merk op dat water, hoewel het geen van zijn samenstellende atomen kan verliezen en nog steeds water kan zijn, geen element is, omdat niet alle atomen identiek zijn. In plaats daarvan is het een samenstelling. (Binnenkort meer over deze nomenclatuur.)

Elk atoom kan drie verschillende componenten bevatten: protonen, neutronen en elektronen. In feite bevat elk atoom naast het waterstofatoom ten minste één van elk; waterstof bestaat uit één proton en één elektron, maar heeft geen neutronen. Protonen en neutronen hebben bijna dezelfde massa, waarbij die van een proton 1,6726231 x 10 is^-27 kg en die van een elektron zijnde 1,6749286 x 10^-27 kg. Elektronen zijn nog kleiner, zelfs zozeer dat hun gecombineerde massa voor praktische doeleinden kan worden verwaarloosd bij het berekenen van de massa van een bepaald atoom. Eén elektron heeft een massa van 9.1093897 x 10^-31 kg.

Atomen in hun elementaire vorm bevatten evenveel protonen als elektronen. Een proton draagt ​​een kleine positieve elektrische lading, aangeduid met +1, terwijl een elektron een lading van -1 draagt. Neutronen dragen geen lading, dus een gewoon atoom heeft geen netto lading omdat de positieve lading van de protonen en de negatieve lading van de elektronen elkaar opheffen. Sommige atomen hebben echter een ongelijk aantal protonen en elektronen en dragen dus een netto lading (bijvoorbeeld -2 of +3); deze atomen worden genoemd ionen.

Fysiek zijn atomen ruwweg gerangschikt zoals het zonnestelsel, met kleinere stukjes materie die rond het veel massievere centrum draaien. In de astronomie houdt zwaartekracht echter de planeten rond de zon draaiend; in atomen is het een elektrostatische kracht. De protonen en neutronen van een atoom klonteren samen om het centrum te vormen, de kern genoemd. Omdat de kern alleen positieve en niet-ladingdragende componenten bevat, is deze positief geladen. De elektronen bestaan ​​ondertussen in een wolk rond de kern, aangetrokken door zijn positieve lading. De positie van een elektron op elk moment kan niet precies bekend zijn, maar de waarschijnlijkheid dat het zich op een bepaalde locatie in de ruimte bevindt, kan met hoge nauwkeurigheid worden berekend. Deze onzekerheid vormt de basis van de kwantumfysica, een snelgroeiend veld dat is overgestapt van de theoretische naar een aantal belangrijke toepassingen in engineering en computertechnologie.

Wat zijn de namen van atomen?

Het periodiek systeem der elementen is een universeel middel voor wetenschappers en beginnende studenten om vertrouwd te raken met de namen van alle verschillende atomen, samen met een samenvatting van hun kritische eigenschappen. Deze zijn te vinden in elk chemieboek en op onbeperkte plaatsen online. U moet er een bij de hand hebben als referentie bij het raadplegen van dit gedeelte.

Het periodiek systeem bevat de namen en afkortingen van één of twee letters van alle 103 elementen, of, als u dat wilt, atoomtypen. 92 hiervan komen van nature voor, terwijl de zwaarste 11, genummerd 93 tot en met 103, alleen onder laboratoriumomstandigheden zijn geproduceerd. Elk elementennummer in het periodiek systeem komt overeen met zijn atoomnummer en dus met het aantal protonen dat het bevat. Het vak in de tabel dat overeenkomt met een element toont meestal zijn atoommassa - dat wil zeggen de totale massa van zijn protonen, neutronen en elektronen - op de bodem van het vak, onder de naam van het atoom. Omdat dit voor praktische doeleinden alleen de massa van de protonen en neutronen bedraagt, en omdat protonen en neutronen zeer dicht bij dezelfde massa liggen, kun je afleiden hoeveel neutronen een atoom heeft door het atoomnummer (het aantal protonen) af te trekken de atoommassa en afronding. Natrium (Na) is bijvoorbeeld nummer 11 in het periodiek systeem en heeft een massa van 22,99 atomaire massa-eenheden (amu). Hiermee afgerond op 23, kun je vervolgens berekenen dat natrium 23 - 11 = 12 neutronen moet hebben.

Uit al het voorgaande kun je opmaken dat atomen zwaarder worden als je van links naar rechts en van boven naar beneden in de tabel beweegt, zoals het lezen van een pagina in een boek waarop elk nieuw woord net iets groter is dan het voorgaande woord.

Elementen kunnen bestaan ​​als vaste stoffen, vloeistoffen of gassen in hun oorspronkelijke staat. Koolstof (C) is een voorbeeld van een vaste stof; kwik (Hg), gevonden in "old-school" thermometers, is een vloeistof; en waterstof (H) bestaat als een gas. Ze kunnen met behulp van het periodiek systeem worden gegroepeerd in categorieën op basis van hun fysieke eigenschappen. Een handige manier om ze te verdelen is in metalen en niet-metalen. Metalen bevatten zes subtypen, terwijl niet-metalen er slechts twee bevatten. (Boor, arseen, silicium, germanium, antimoon, tellurium en astatine worden beschouwd als metalloïden.)

Het periodiek systeem bevat 18 kolommen, hoewel niet elke mogelijke ruimte in elke kolom bezet is. De eerste volledige rij - dat wil zeggen de eerste instantie van alle 18 kolommen die een element bevatten - begint met element nummer 19 (K of kalium) en eindigt met nummer 36 (Kr of krypton). Dit lijkt in één oogopslag onhandig, maar het zorgt ervoor dat atomen met vergelijkbare eigenschappen wat betreft hun bindingsgedrag en andere variabelen in gemakkelijk te identificeren rijen, kolommen of andere groepen in de tabel blijven.

Wat zijn de verschillende soorten atomen?

Isotopen zijn verschillende atomen die hetzelfde atoomnummer hebben en dus hetzelfde element zijn, maar een verschillend aantal neutronen hebben. Ze variëren daarom in hun atoommassa. Meer informatie over isotopen verschijnt in een volgende sectie.

Bindingsgedrag is een van de verschillende criteria waarmee atomen kunnen worden gescheiden. De zes natuurlijk voorkomende elementen in kolom 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) worden bijvoorbeeld de edelgassen omdat ze in wezen niet reageren met andere elementen; dit doet denken aan hoe, in oude tijden, leden van de adellijke klassen zich niet mengden met gewone mensen.

Metalen kunnen worden onderverdeeld in zes soorten (alkali, aardalkali, overgang, post-overgang, en de actinoïden en lanthanoïden). Deze vallen allemaal in verschillende regio's in het periodiek systeem. De meeste elementen zijn metalen, maar de 17 niet-metalen bevatten enkele van de bekendere atomen, waaronder zuurstof, stikstof, zwavel en fosfor, die allemaal essentieel zijn voor het leven.

Wat zijn verbindingen en moleculen?

Een verbinding is gemaakt van een of meer elementen. Water is bijvoorbeeld een verbinding. Maar u kunt ook een of meer elementen of verbindingen opgelost in een andere, vloeibare verbinding (meestal water), zoals suiker opgelost in water, hebben. Dit is een voorbeeld van een oplossing omdat de moleculen in de opgeloste stof (de opgeloste vaste stof) niet binden aan de moleculen van de opgeloste stof (zoals water, ethanol of wat heb je).

De kleinste eenheid van een verbinding wordt een molecuul genoemd. De relatie tussen atomen en elementen weerspiegelt de relatie tussen moleculen en verbindingen. Als je een brok puur natrium, een element, hebt en het tot de kleinst mogelijke grootte verkleint, blijft er een natriumatoom over. Als je een verzameling zuiver natriumchloride (keukenzout; NaCl) hebt en deze tot het kleinst mogelijke volume kunt verminderen met behoud van al zijn fysische en chemische eigenschappen, blijft er een natriumchloride-molecuul over.

Wat zijn de belangrijkste elementen?

De 10 meest voorkomende elementen op aarde vormen ongeveer 99 procent van de massa van alle elementen die over de hele planeet worden aangetroffen, ook in de atmosfeer. Zuurstof (O) alleen al is goed voor 46,6 procent van de massa van de aarde. Silicium (Si) is goed voor 27,7 procent, terwijl aluminium (Al) 8,1 procent is en ijzer (Fe) 5,0 procent. De volgende vier meest voorkomende zijn alle als elektrolyten in het menselijk lichaam: calcium (Ca) met 3,6 procent, natrium (Na) met 2,8 procent, kalium (K) met 2,6 procent en magnesium (Mg) met 2,1 procent.

Elementen die in aanzienlijke hoeveelheden in zichtbare vorm worden gevonden, of elementen die alleen berucht zijn, kunnen in zekere zin als belangrijke elementen worden beschouwd. Als je naar puur goud kijkt, of het nu een kleine schilfer is of een grote steen (de laatste is onwaarschijnlijk!), Kijk je naar een enkel element. Dat stuk goud zou nog steeds als goud worden beschouwd, zelfs als alles behalve een atoom overbleef. Aan de andere kant, zoals NASA opmerkt, zou een gouden munt ongeveer 20.000.000.000.000.000.000.000 (20 septillion) gouden atomen kunnen hebben, afhankelijk van de grootte van de munten.

Wat zijn isotopen?

Een isotoop is een variant van een atoom, op dezelfde manier als een Doberman Pinscher een variant van een hond is. Een belangrijke eigenschap van een bepaald type atoom is, zoals u zich zult herinneren, dat het atoomnummer, en dus het aantal protonen dat het bevat, niet kan veranderen. Daarom, als atomen in varianten moeten komen, moet deze variatie het resultaat zijn van verschillen in neutronengetal.

De meeste elementen hebben een enkele stabiele isotoop, de vorm waarin het element het meest wordt aangetroffen. Sommige elementen bestaan ​​echter van nature als een mengsel van isotopen. IJzer (Fe) bestaat bijvoorbeeld voor ongeveer 5,845 procent uit ⁵⁴Fe, 91.754 procent van ⁵⁶Fe, 2,119 procent van ⁵⁷Fe en 0,282 procent van ⁵⁸Fe. De superscripts aan de linkerkant van de elementafkortingen geven het aantal protonen plus neutronen aan. Aangezien het atoomnummer van ijzer 26 is, hebben de hierboven genoemde isotopen in volgorde 28, 30, 31 en 32 neutronen.

Alle isotopen van een bepaald atoom hebben dezelfde chemische eigenschappen, wat betekent dat hun bindingsgedrag hetzelfde is. Hun fysieke eigenschappen, zoals hun massa, kookpunten en smeltpunten, zijn verschillend en zijn de middelen die worden gebruikt om ze te onderscheiden.