Химически елементи

Структура на материята

Нашата земя, природа, всички живи същества, предмети, континентите, планините, океаните и самите ние сме изградени от химически елементи, които са свързани по различни начини. Животът е възникнал чрез свързването на елементите. Химическите елементи са атоми с еднакъв брой протони в ядрото. Числото се нарича атомно число (на английски, атомно число). Например, въглероден има атомен номер 6 и следователно има 6 протона в ядрото си. Най-простият елемент е водород (Н) с един протон и един електрон (атомен номер 1, без неутрони). Чистите вещества се наричат ​​още елементи, например чисти кислород. Те не могат да бъдат допълнително разделени чрез прости химични и физични методи. Елементите могат да бъдат твърди, газообразни или по-рядко течни (агрегатни състояния). Над 94 елемента се срещат естествено и много други са произведени изкуствено.

Състав на елементите

Отделните химически елементи са съставени от положително заредени протони, неутрални неутрони и отрицателно заредени електрони. Ядрото на атома се състои от протони и неутрони, които се наричат ​​общо нуклони, а електроните се намират в атомната обвивка (електронна обвивка).

  • Нуклеони = протони + неутрони.

Броят на протоните и електроните се равняват един на друг в незаредени атоми. Защото таксите баланс, елементите са електрически неутрални отвън. Ако обаче се откажат от електрон, те се зареждат положително (катиони). Ако приемат такъв, те се зареждат отрицателно (аниони). Заредените атоми се наричат ​​йони. Заедно те се образуват соли. Атомите често са представени - също в този текст - с остарелия атомен модел на Бор, при който електроните обикалят атомното ядро ​​по определени орбити, т.е. Днес квантовомеханичният орбитален модел обикновено се използва за представяне на електрони, при които електроните имат определена вероятност да пребивават в пространството около ядрото.

Изотопи

Изотопите са атоми, които се различават само по броя на неутроните и следователно по маса. Това е със същия брой протони. Например деутерий (2Н) е изотоп на водород (1З) с един неутрон. Защото маса е по-голям, деутерият (D) се нарича тежък водород а деутериевият оксид се нарича тежък вода (D2О). Сред най-известните изотопи са изотопите на урана, чиито ядра се делят и се използват в атомни електроцентрали и за производство на ядрени оръжия и задвижващи системи.

Произход на елементите

Най-простите елементи, водород (= 1) и хелий (= 2), са се образували преди 13.8 милиарда години по време на Големия взрив малко след формирането на нашата Вселена. Водородът остава най-разпространеният елемент в днешната огромна Вселена, последван от хелий. Повечето от останалите елементи са образувани или в звезди чрез ядрен синтез, или в свръхнова, в умиращи звезди. Няколко са се образували от влиянието на космическите лъчи (литий, берилий, бор). И накрая, съществуват елементи с високо атомно число, които са произведени изкуствено от хората.

Примери

Следващият списък показва селекция от елементи. (Символът на елемента) е показан в скобите, например C (въглероден, от лат. , въглища) за въглероден. Съкращението има една или две букви.

  • Водородът (Н) е компонент на вода, заедно с кислород.
  • Въглеродът (С) е основният градивен елемент за целия живот на земята.
  • Азот (N) е най-важният компонент на въздуха.
  • Кислород (O) е от съществено значение за производството на енергия в организма.
  • натрий (Na) се съдържа в трапезната сол.
  • Магнезий (Mg) се намира в хлорофила (листно зелено).
  • Алуминий (Al) се съдържа в алуминиево фолио и каросерии.
  • Силиций (Si) се намира в почти всички минерали и скали на земята.
  • Фосфор (P) се използва за производството на кибрит.
  • Сяра (S) се освобождава от вулкани.
  • калий (K) играе централна роля във функцията на нерви.
  • калций (Ca) се съдържа в кости.
  • Ютия и дъска (Fe) е най-разпространеният елемент на планетата Земя.
  • Меркурий (Hg), за разлика от други метали, присъства като течност.
  • Никелът (Ni) се използва за метални сплави.
  • СРЕБЪРO (Ag) и злато (Au) са включени в бижутата.

Маса и размер

Почти всички маса на атом е в ядрото. The сила на звука, от друга страна, се определя от електронната обвивка, тъй като ядрото е много малко. Масата на атомите се дава от символа u или Da (далтон). u означава. Той съответства на масата на протони, неутрони и електрони. 1 u е дадено като една дванадесета от масата на въглерод-12 (12C) и е 1.660 - 10-24 ж. Масата на протон и неутрон е около 1 u, което е една единица маса. Тъй като въглерод-12 съдържа 6 протона и 6 неутрона, а електроните имат много малка маса (1/1836 от протон), атомната му маса е около 12 u (12.011 u). Това число се нарича масово число. Масово число = брой протони + брой неутрони Молекулната маса на химичните съединения може да бъде получена чрез добавяне на атомните маси на атомите, от които са съставени. Атомите са невъобразимо малки - диаметърът им е от порядъка на 10-10 m (1 ангстрем, 0.1 nm).

Химически съединения

Химическите елементи се комбинират много лесно с едни и същи или други елементи - чисти или несвързани рядко се срещат. Само електроните в атомната обвивка са отговорни за химическите връзки, атомните ядра не участват. Най-важните химични съединения са:

  • органичен молекули с ковалентни връзки.
  • Соли с йонни връзки
  • Метали с метална връзка

Особеността на химичните съединения е, че техните свойства са напълно различни от тези на елементите, от които са съставени. Например, натриев хлорид се състои от йонизиран натрий и хлор атоми. натрий тъй като елементът е мек, сребърен-сив метал, който е силно реактивен, и хлор съществува (при стайна температура) като токсичен газ. Заедно те образуват кристалната трапезна сол, която консумираме всеки ден като подобрител на вкуса в храната. Същото може да се илюстрира с примера на вода, който се образува от газовете водород и кислород в реакцията на оксиводород.

Периодичната таблица

Периодичната таблица на елементите е описателен и практически преглед на всички елементи, разработен за първи път през 1860-те години на XIX век. Той започва с водород (1) и е подреден по ред на увеличаване на атомния номер. Представяйки ги в хоризонтални периоди и вертикални групи, свързани елементи с подобни химични и физични свойства се групират заедно. Те включват:

  • Алкални метали
  • Алкалоземни метали
  • Преходни метали
  • Лантаниди
  • Актиноиди
  • Метали
  • Полуметали
  • Неметали
  • Халогени
  • Благородни газове

Връзка (английска версия): Периодична таблица на IUPAC с изтегляне на PDF.

Неделимост на елементите

Елементи могат да бъдат получени от смеси, подложени на различни химични и физични процеси на разделяне, като горене, електрически ток или добавяне на киселина. В крайна сметка общите процеси оставят след себе си чистите елементи. Терминът атом произлиза от гръцкия, което означава неделим. Всъщност елементите не се делят допълнително от обичайните химически методи. С откриването на радиоактивността и радиоактивния разпад обаче е показано, че терминът е неточен и че е възможно така нареченото ядрено делене на елементи с по-нисък атомен номер. И обратно, ядреният синтез може да произведе елементи с по-голямо атомно число. Например Слънцето образува хелий от водород в сърцевината си, който отделя енергията и топлината, които са в основата на целия живот на Земята.

Структура на човешкото същество

Както споменахме в началото, ние хората също сме изградени от известните елементи. Най-важните представители са кислород (O), въглерод (C), водород (H), азот (Н), калций (Ca) и фосфор (P). Тези 6 елемента заедно съставляват над 99% от телесната маса! Други минерали като калий, магнезий намлява натрийнапример, както и множество микроелементи като хром, желязо, флуор, селен or мед се съдържат в много по-малко количество, но имат жизненоважни функции.

Произход на живота на земята

Елементите на земята произхождат, както вече споменахме, от една страна от Големия взрив, който се е състоял преди около 13.8 милиарда години и с който са създадени Вселената, пространството и времето. звезди (супернови). Земята е на възраст около 4.5 милиарда години. Животът на Земята е възникнал спонтанно от неживата природа преди около 4 милиарда години чрез комбинацията от елементи в органични химични съединения. Тези реакции са протичали главно във вода, тъй като химическите реакции протичат неадекватно в твърди вещества или газове. Изследвания като експеримента на Милър-Юри от 1950-те години на миналия век показват, че биомолекулите като аминокиселини or нуклеинова киселина могат да се образуват от по-прости съединения в природата. Основно за прехода от неживата към живата Земя беше образуването на пролифериращ полимер молекули от мономери. Те съдържат информацията за последователността в тяхната структура. Смята се, че това е първата рибонуклеинова киселина (РНК), която катализира собствената си репликация. Веднъж молекули самовъзпроизведени, еволюцията е в ход, което води до увеличаване на сложността, едноклетъчни и многоклетъчни организми, растения, гъби, животни и след невъобразимо дълго време ние, хората.