Kemični elementi

Struktura snovi

Naša zemlja, narava, vsa živa bitja, predmeti, celine, gore, oceani in sami smo sestavljeni iz kemičnih elementov, ki so povezani na različne načine. Življenje je nastalo s povezavo elementov. Kemični elementi so atomi z enakim številom protonov v jedru. Številka se imenuje atomska številka (v angleščini atomska številka). Na primer ogljika ima atomsko številko 6 in ima zato v svojem jedru 6 protonov. Najenostavnejši element je vodik (H) z enim protonom in enim elektronom (atomsko število 1, brez nevtronov). Čiste snovi imenujemo tudi elementi, na primer čiste kisik. S preprostimi kemičnimi in fizikalnimi metodami jih ni več mogoče deliti. Elementi so lahko trdni, plinasti ali redkeje tekoči (agregacijska stanja). Več kot 94 elementov se pojavlja naravno, veliko več pa jih je bilo umetno proizvedenih.

Sestava elementov

Posamezni kemični elementi so sestavljeni iz pozitivno nabitih protonov, nevtralnih nevtronov in negativno nabitih elektronov. Jedro atoma sestavljajo protoni in nevtroni, ki jih skupaj imenujemo nukleoni, elektroni pa se nahajajo v atomski lupini (elektronska lupina).

  • Nukleoni = protoni + nevtroni.

Število protonov in elektronov se med seboj v neodobrenih atomih izenači. Ker obtožbe ravnovesje, elementi so zunaj električno nevtralni. Če pa se odpovedo elektronu, so pozitivno nabiti (kationi). Če ga sprejmejo, so negativno nabiti (anioni). Nabitih atomov imenujemo ioni. Skupaj tvorijo soli. Atomi so pogosto predstavljeni - tudi v tem besedilu - z zastarelim Bohrovim atomskim modelom, v katerem elektroni krožijo okoli atomskega jedra na določenih orbitah, torej kot planeti krožijo okoli Sonca. Danes se za predstavitev elektronov običajno uporablja kvantno-mehanski orbitalni model, pri katerem imajo elektroni določeno verjetnost prebivanja v prostoru okoli jedra.

Izotopi

Izotopi so atomi, ki se razlikujejo le po številu nevtronov in torej v masa. To je z enakim številom protonov. Na primer devterij (2H) je izotop vodik (1H) z enim nevtronom. Zaradi masa je večji, se devterij (D) imenuje težak vodik in devterijev oksid se imenuje težek vode (D2O). Med najbolj znanimi izotopi so izotopi urana, katerih jedra se cepijo in se uporabljajo v jedrskih elektrarnah ter za izdelavo jedrskega orožja in pogonskih sistemov.

Izvor elementov

Najenostavnejša elementa, vodik (= 1) in helij (= 2), sta nastala pred 13.8 milijardami let med velikim pokom kmalu po nastanku našega vesolja. Vodik ostaja najbolj razširjen element današnjega vesolja, čemur sledi helij. Večina preostalih elementov je nastala bodisi v zvezdah z jedrsko fuzijo bodisi v supernovi v umirajočih zvezdah. Nekaj ​​jih je nastalo zaradi vpliva kozmičnih žarkov (litij, berilij, bor). Končno obstajajo elementi z visokim atomskim številom, ki so jih umetno ustvarili ljudje.

Primeri

Naslednji seznam prikazuje izbor elementov. V oklepajih je prikazan (simbol elementa), na primer C (ogljika, od lat. , premog) za ogljika. Okrajšava ima eno ali dve črki.

  • Vodik (H) je sestavni del vode, skupaj z kisik.
  • Ogljik (C) je osnovni gradnik vsega sveta na zemlji.
  • Dušik (N) je najpomembnejša sestavina zraka.
  • Kisik (O) je bistvenega pomena za proizvodnjo energije v telesu.
  • Natrijev (Na) vsebuje kuhinjska sol.
  • Magnezij (Mg) najdemo v klorofilu (listno zelen).
  • Aluminij (Al) najdemo v aluminijasti foliji in karoserijah.
  • Silicij (Si) najdemo v skoraj vseh mineralih in kamninah na zemlji.
  • Fosfor (P) se uporablja za izdelavo vžigalic.
  • Žveplo (S) sproščajo vulkani.
  • Kalij (K) igra osrednjo vlogo v funkciji živci.
  • Kalcij (Ca) vsebuje kosti.
  • Iron (Fe) je najbolj razširjen element na planetu Zemlja.
  • Živo srebro (Hg) je v nasprotju z drugimi kovinami prisoten kot tekočina.
  • Nikelj (Ni) se uporablja za kovinske zlitine.
  • Silver (Ag) in zlato (Au) so vključeni v nakit.

Masa in velikost

Skoraj vsi masa atoma v jedru. The Obsegpo drugi strani pa jo določa elektronska lupina, ker je jedro zelo majhno. Maso atomov poda simbol U ali Da (dalton). u pomeni. Ustreza masi protonov, nevtronov in elektronov. 1 u je ena dvanajstina mase ogljika-12 (12C) in je 1.660 - 10-24 g. Masa protona in nevtrona je približno 1 u, kar je enota mase. Ker ogljik-12 vsebuje 6 protonov in 6 nevtronov in imajo elektroni zelo majhno maso (1/1836 protona), je njegova atomska masa približno 12 u (12.011 u). To število se imenuje masno število. Masno število = število protonov + število nevtronov Molekulsko maso kemičnih spojin lahko dobimo z dodajanjem atomskih mas atomov, iz katerih so sestavljeni. Atomi so nepredstavljivo majhni - njihov premer je v območju 10-10 m (1 angstrom, 0.1 nm).

Kemične spojine

Kemični elementi se zelo hitro kombinirajo z istimi ali drugimi elementi - čisti ali nevezani se redko pojavijo. Za kemične vezi so odgovorni samo elektroni v atomski lupini, atomska jedra niso vključena. Najpomembnejše kemične spojine so:

  • Organic molekule s kovalentnimi vezmi.
  • Soli z ionskimi vezmi
  • Kovine s kovinsko vezjo

Posebnost kemičnih spojin je, da se njihove lastnosti popolnoma razlikujejo od lastnosti elementov, iz katerih so sestavljene. Na primer natrijev klorid je sestavljen iz ioniziranega natrija in klor atomi. Natrijev ker je element mehak, srebrna-siva kovina, ki je zelo reaktivna, in klor obstaja (pri sobni temperaturi) kot strupen plin. Skupaj tvorijo kristalno kuhinjsko sol, ki jo zaužijemo vsak dan kot ojačevalec okusa v hrani. Enako lahko ponazorimo na primeru vode, ki nastaja iz plinov vodika in kisika v reakciji oksihidrogena.

Periodična tabela

Periodična tabela elementov je opisni in praktični pregled vseh elementov, prvič razvit v šestdesetih letih 1860. stoletja. Začne se z vodikom (1) in je razvrščen po naraščajočem atomskem številu. S predstavitvijo v vodoravnih obdobjih in navpičnih skupinah so povezani elementi s podobnimi kemičnimi in fizikalnimi lastnostmi. Tej vključujejo:

  • Alkalijske kovine
  • Zemeljskoalkalijske kovine
  • Prehodne kovine
  • Lantanidi
  • Aktinoidi
  • Kovine
  • Polkovine
  • Nekovine
  • Halogeni
  • Plemeniti plini

Povezava (angleška različica): Periodična tabela IUPAC s prenosom PDF.

Nedeljivost elementov

Elemente lahko dobimo iz mešanic, ki so izpostavljene različnim kemijskim in fizikalnim postopkom ločevanja, kot so zgorevanje, električni tok ali dodajanje kisline. Na koncu skupni procesi za seboj pustijo čiste elemente. Izraz atom izhaja iz grščine, kar pomeni nedeljiv. Dejansko se elementi ne delijo naprej z običajnimi kemičnimi metodami. Z odkritjem radioaktivnosti in radioaktivnega razpada pa se je pokazalo, da izraz ni točen in da je možna tako imenovana jedrska cepitev na elemente z nižjim atomskim številom. Nasprotno pa lahko jedrska fuzija tvori elemente z višjim atomskim številom. Sonce na primer iz jedra v vodiku tvori helij, ki sprošča energijo in toploto, ki sta osnova vsega življenja na Zemlji.

Zgradba človeškega bitja

Kot smo že omenili na začetku, smo tudi ljudje sestavljeni iz znanih elementov. Najpomembnejši predstavniki so kisik (O), ogljik (C), vodik (H), dušik (N), kalcij (Ca) in fosfor (P). Teh 6 elementov skupaj predstavlja več kot 99% telesne mase! Drugi minerali, kot npr kalij, magnezijev in natrijevna primer tudi številni elementi v sledovih, kot so krom, železo, fluor, selen or baker vsebujejo veliko manjše količine, vendar imajo vitalne funkcije.

Izvor življenja na zemlji

Elementi na zemlji izvirajo, kot že rečeno, po velikem poku, ki se je zgodil pred približno 13.8 milijarde leti in s katerim so nastali vesolje, prostor in čas. Višji elementi so nastali predvsem v aktivnih in umirajočih zvezde (supernove). Zemlja je stara približno 4.5 milijarde let. Življenje na Zemlji se je spontano pojavilo iz nežive narave pred približno 4 milijardami let zaradi kombinacije elementov v organske kemične spojine. Te reakcije so potekale predvsem v vodi, ker kemijske reakcije neustrezno potekajo v trdnih snoveh ali plinih. Študije, kot je Miller-Ureyev eksperiment iz petdesetih let prejšnjega stoletja, so pokazale, da biomolekule, kot so aminokisline or nukleinska kislina lahko nastanejo iz preprostejših spojin v naravi. Osrednje za prehod z nežive na živo zemljo je bila tvorba proliferirajočih polimerov molekule od monomerov. V svoji strukturi vsebujejo informacije o zaporedju. Menijo, da je bila to najprej ribonukleinska kislina (RNA), ki je katalizirala lastno razmnoževanje. Enkrat molekule samopodvojitev se je začela evolucija, ki je vodila do vedno večje zapletenosti enoceličnih in večceličnih organizmov, rastlin, gliv, živali in po nepredstavljivo dolgem času tudi nas ljudi.