Chemické prvky

Štruktúra hmoty

Naša zem, príroda, všetko živé, predmety, kontinenty, hory, oceány a my sami sme zložení z chemických prvkov, ktoré sú navzájom spojené rôznymi spôsobmi. Život vznikol spojením prvkov. Chemické prvky sú atómy s rovnakým počtom protónov v jadre. Číslo sa nazýva atómové číslo (v angličtine atómové číslo). Napríklad, uhlík má atómové číslo 6 a v dôsledku toho má v jadre 6 protónov. Najjednoduchší prvok je vodík (H) s jedným protónom a jedným elektrónom (atómové číslo 1, bez neutrónov). Čisté látky sa tiež nazývajú prvky, napríklad čisté kyslík. Nemožno ich ďalej deliť jednoduchými chemickými a fyzikálnymi metódami. Prvky môžu byť pevné, plynné alebo zriedkavejšie kvapalné (stavy agregácie). Viac ako 94 prvkov sa vyskytuje prirodzene a veľa ďalších bolo umelo vyrobených.

Zloženie prvkov

Jednotlivé chemické prvky sú zložené z kladne nabitých protónov, neutrálnych neutrónov a záporne nabitých elektrónov. Jadro atómu sa skladá z protónov a neutrónov, ktoré sa súhrnne nazývajú nukleóny, a elektróny sa nachádzajú v atómovom obale (elektrónový obal).

  • Nukleóny = protóny + neutróny.

Počet protónov a elektrónov sa v nenabitých atómoch vyrovnáva. Pretože poplatky vyvážiť, prvky sú smerom von elektricky neutrálne. Ak sa však vzdajú elektrónu, sú nabité kladne (katióny). Ak jednu prijmú, budú účtované záporne (anióny). Nabité atómy sa nazývajú ióny. Spolu tvoria soli. Atómy sú často zastúpené - aj v tomto texte - zastaraným Bohrovým atómovým modelom, v ktorom elektróny obiehajú okolo atómového jadra na definovaných obežných dráhach, tj. Rovnako ako planéty obiehajú okolo Slnka. Dnes sa kvantovo mechanický orbitálny model zvyčajne používa na reprezentáciu elektrónov, v ktorých majú elektróny jednoznačnú pravdepodobnosť pobytu v priestore okolo jadra.

izotopy

Izotopy sú atómy, ktoré sa líšia iba počtom neutrónov, a teda aj hmota. Je to s rovnakým počtom protónov. Napríklad deutérium (2H) je izotop zlúčeniny vodík (1H) s jedným neutrónom. Pretože hmota je väčšie, deutérium (D) sa nazýva ťažké vodík a oxid deutéria sa nazýva ťažký voda (D2O). Medzi najznámejšie izotopy patria izotopy uránu, ktorých jadrá sú štiepne a používajú sa v jadrových elektrárňach a na výrobu jadrových zbraní a pohonných systémov.

Pôvod prvkov

Najjednoduchšie prvky, vodík (= 1) a hélium (= 2), vznikli pred 13.8 miliardami rokov počas Veľkého tresku krátko po vzniku nášho vesmíru. Vodík zostáva najhojnejším prvkom v dnešnom obrovskom vesmíre a za ním nasleduje hélium. Väčšina zostávajúcich prvkov bola vytvorená buď vo hviezdach jadrovou fúziou, alebo v supernove, v umierajúcich hviezdach. Niektoré vznikli vplyvom kozmického žiarenia (lítium, berýlium, bór). Nakoniec existujú prvky s vysokým atómovým číslom, ktoré boli vyrobené umelo ľuďmi.

Príklady

Nasledujúci zoznam zobrazuje výber prvkov. (Symbol prvku) je uvedený v zátvorkách, napríklad C (uhlík, z lat. , uhlie) pre uhlík. Skratka má jedno alebo dve písmená.

  • Vodík (H) je súčasťou voda, spolu s kyslík.
  • Uhlík (C) je základným stavebným kameňom pre všetok život na Zemi.
  • Dusík (N) je najdôležitejšou zložkou vzduchu.
  • Kyslík (O) je nevyhnutný pre výrobu energie v tele.
  • Sodík (Na) je obsiahnutý v kuchynskej soli.
  • Magnézium (Mg) sa nachádza v chlorofyle (listovo zelená).
  • Hliník (Al) sa nachádza v hliníkovej fólii a karosériách automobilov.
  • Kremík (Si) sa nachádza takmer vo všetkých mineráloch a horninách Zeme.
  • Fosfor (P) sa používa na výrobu zápaliek.
  • Síra (S) sa uvoľňuje sopkami.
  • Draslík (K) hrá ústrednú úlohu vo funkcii nervy.
  • Vápnik (Ca) je obsiahnutý v kosti.
  • Železo (Fe) je najhojnejším prvkom na planéte Zem.
  • ortuť (Hg) je na rozdiel od iných kovov prítomný ako kvapalina.
  • Nikel (Ni) sa používa pre kovové zliatiny.
  • Strieborná (Ag) a zlato (Au) sú súčasťou šperkov.

Hmotnosť a veľkosť

Takmer všetky hmota atómu je v jadre. The objem, na druhej strane je určená elektrónovým plášťom, pretože jadro je veľmi malé. Hmotnosť atómov je daná symbolom u alebo Da (dalton). u znamená. Zodpovedá to hmotnosti protónov, neutrónov a elektrónov. 1 u sa udáva ako jedna dvanástina hmotnosti uhlíka-12 (12C) a je 1.660 10 - XNUMX-24 g. Hmotnosť protónu a neutrónu je asi 1 u, čo je jedna jednotka hmotnosti. Pretože uhlík-12 obsahuje 6 protónov a 6 neutrónov a elektróny majú veľmi malú hmotnosť (1/1836 protónu), jeho atómová hmotnosť je asi 12 u (12.011 u). Toto číslo sa nazýva hromadné číslo. Hmotnostné číslo = počet protónov + počet neutrónov Molekulová hmotnosť chemických zlúčenín sa dá získať sčítaním atómových hmotností atómov, z ktorých sú zložené. Atómy sú nepredstaviteľne malé - ich priemer je v rozmedzí 10-10 m (1 angstróm, 0.1 nm).

Chemické zlúčeniny

Chemické prvky sa veľmi ľahko kombinujú s rovnakými alebo inými prvkami - čisté alebo neviazané sa vyskytujú zriedka. Iba elektróny v atómovom obale sú zodpovedné za chemické väzby, atómové jadrá nie sú zapojené. Najdôležitejšie chemické zlúčeniny sú:

  • organický molekuly s kovalentnými väzbami.
  • Soli s iónovými väzbami
  • Kovy s kovovou väzbou

Špeciálnou vlastnosťou chemických zlúčenín je, že ich vlastnosti sú úplne odlišné od vlastností prvkov, z ktorých sú zložené. Napríklad, chlorid sodný je zložený z ionizovaného sodíka a chlór atómy. Sodík ako prvok je mäkký, striebro-šedý kov, ktorý je vysoko reaktívny, a chlór existuje (pri izbovej teplote) ako toxický plyn. Spolu tvoria kryštalickú kuchynskú soľ, ktorú konzumujeme každý deň ako zvýrazňovač chuti v jedle. To isté možno ilustrovať na príklade voda, ktorý je tvorený z plynov vodík a kyslík pri oxyhydrogénovej reakcii.

Periodická tabuľka

Periodická tabuľka prvkov predstavuje popisný a praktický prehľad všetkých prvkov, ktorý bol prvýkrát vyvinutý v 1860. rokoch 1. storočia. Začína sa to vodíkom (XNUMX) a je usporiadané v poradí zvyšovania atómového čísla. Ich uvedením v horizontálnych obdobiach a vertikálnych skupinách sú zoskupené súvisiace prvky s podobnými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami. Tie obsahujú:

  • Alkalické kovy
  • Kovy alkalických zemín
  • Prechodné kovy
  • lantanoidy
  • Aktinoidy
  • Kovy
  • Polokovy
  • nekovy
  • halogény
  • Ušľachtilé plyny

Odkaz (anglická verzia): Periodická tabuľka IUPAC so stiahnutím PDF.

Nedeliteľnosť prvkov

Prvky je možné získať zo zmesí podrobených rôznym chemickým a fyzikálnym separačným procesom, ako je spaľovanie, elektrický prúd alebo pridanie kyseliny. Nakoniec spoločné procesy zanechajú čisté prvky. Pojem atóm je odvodený z gréčtiny, čo znamená nedeliteľný. V skutočnosti prvky nie sú ďalej deliteľné obvyklými chemickými metódami. S objavom rádioaktivity a rádioaktívneho rozpadu sa však ukázalo, že tento výraz je nepresný a že je možné takzvané jadrové štiepenie na prvky s nižším atómovým číslom. Naopak, jadrová fúzia môže produkovať prvky s vyšším atómovým číslom. Napríklad Slnko vytvára vo svojom jadre z vodíka hélium, ktoré uvoľňuje energiu a teplo, ktoré je základom všetkého života na Zemi.

Štruktúra človeka

Ako sme už spomenuli na začiatku, my ľudia sme tiež zložení zo známych prvkov. Najdôležitejšími zástupcami sú kyslík (O), uhlík (C), vodík (H), dusík (N), vápnik (Ca) a fosfor (P). Týchto 6 prvkov spolu tvorí viac ako 99% telesnej hmotnosti! Ostatné minerály ako napr draslík, magnézium a sodíknapríklad aj veľa stopových prvkov, ako je chróm, železofluór, selén or meď sú obsiahnuté v oveľa menšom množstve, ale majú životne dôležité funkcie.

Pôvod života na zemi

Prvky na Zemi pochádzajú, ako už bolo spomenuté, na jednej strane z veľkého tresku, ktorý sa odohral asi pred 13.8 miliardami rokov a pomocou ktorého bol vytvorený vesmír, priestor a čas. Vyššie prvky sa formovali hlavne v aktívnych a umierajúcich hviezdy (supernovy). Zem má vek asi 4.5 miliardy rokov. Život na Zemi vzišiel spontánne z neživej prírody asi pred 4 miliardami rokov kombináciou prvkov do organických chemických zlúčenín. Tieto reakcie prebiehali hlavne vo vode, pretože chemické reakcie prebiehajú nedostatočne v pevných látkach alebo plynoch. Štúdie ako Miller-Ureyov experiment z 1950. rokov XNUMX. storočia ukázali, že biomolekuly ako napr aminokyseliny or nukleové kyseliny sa môže v prírode vytvoriť z jednoduchších zlúčenín. V strede prechodu od neživej k živej Zemi bola tvorba množiacich sa polymérov molekuly z monomérov. Tieto obsahujú informácie o postupnosti v ich štruktúre. Predpokladá sa, že to bola najskôr ribonukleová kyselina (RNA), ktorá katalyzovala svoju vlastnú replikáciu. Raz molekuly samo-replikované, prebehla evolúcia, ktorá viedla k zvýšeniu zložitosti jednobunkových a mnohobunkových organizmov, rastlín, húb, zvierat a po nepredstaviteľne dlhej dobe aj nás ľudí.