Атомы лучше всего рассматривать как наименьшие неделимые кусочки обычной материи. На самом деле, их название происходит от греческого слова «нельзя разрезать». Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов, хотя самый маленький и самый простой вид, атом водорода, не содержит нейтронов.

Элемент - это материя, состоящая из одного вида атома. Когда вы смотрите на периодическую таблицу элементов, каждая коробка, которую вы видите, занята веществом с уникальным расположением протонов и нейтронов. В особом случае, когда присутствует только один атом элемента, определения «атом» и «элемент» идентичны. В качестве альтернативы вы можете иметь 10, 100 или 1000000 тонн вещества, состоящего только из одного элемента, при условии, что каждый атом в этой гигантской массе идентичен. Несколько иначе, когда представлен атом и элемент и сказано, что только один микроскопический, вы знаете, который является примером элемента (хотя не все агрегаты одного элемента, конечно, достаточно велики, чтобы их можно было увидеть с невооруженным глазом или даже обычным микроскопом).

Примеры атомов

Примеры атомов, о которых вы наверняка слышали - если только вы не приземлились здесь с другой планеты или, возможно, в параллельной вселенной, в которой сами атомы не слышали, - включают водород, кислород и углерод на минимум Водород и кислород - это два атома воды, химическая формула воды - H2O, потому что одна молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. Обратите внимание, что вода, хотя она не может потерять ни один из составляющих ее атомов и при этом оставаться водой, не является элементом, поскольку не все ее атомы идентичны. Вместо этого это соединение. (Подробнее об этой номенклатуре в ближайшее время.)

Каждый атом может включать три разных компонента: протоны, нейтроны и электроны. Фактически, каждый атом, кроме атома водорода, содержит по меньшей мере один из каждого; водород состоит из одного протона и одного электрона, но не имеет нейтронов. Протоны и нейтроны имеют почти одинаковую массу: масса протона равна 1,6726231 x 10-27 кг, а масса электрона - 1,6749286 x 10-27 кг. Электроны еще меньше, настолько, что их объединенной массой можно пренебречь для практических целей при вычислении массы данного атома. Один электрон имеет массу 9,1093897 х 10-31 кг.

Атомы в своей элементарной форме содержат одинаковое количество протонов и электронов. Протон несет небольшой положительный электрический заряд, обозначенный +1, тогда как электрон несет заряд -1. Нейтроны не несут заряда, поэтому у обычного атома нет полного заряда, так как положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона компенсируют друг друга. Некоторые атомы, однако, имеют неодинаковое количество протонов и электронов и, следовательно, несут чистый заряд (например, -2 или +3); эти атомы называются ионами.

Физически атомы расположены примерно как солнечная система, а частицы меньшего размера вращаются вокруг гораздо более массивного центра. В астрономии, однако, гравитационная сила - это то, что заставляет планеты вращаться вокруг Солнца; в атомах это электростатическая сила. Протоны и нейтроны атома слипаются, образуя центр, называемый ядром. Поскольку ядро ​​содержит только положительные и не несущие заряд компоненты, оно заряжено положительно. Электроны, тем временем, существуют в облаке вокруг ядра, притягиваемого к нему его положительным зарядом. Положение электрона в любой момент не может быть точно известно, но его вероятность нахождения в данном месте в пространстве может быть рассчитана с высокой точностью. Эта неопределенность лежит в основе квантовой физики, растущей области, которая перешла от теоретического к ряду важных приложений в технике и компьютерных технологиях.

Как называются атомы?

Периодическая таблица элементов - это универсальное средство для ученых и начинающих студентов, чтобы они могли ознакомиться с именами всех различных атомов, а также кратко изложить их критические свойства. Они найдены в каждом учебнике химии и в безграничных местах онлайн. Вы должны иметь один удобный для справки при обращении к этому разделу.

Периодическая таблица содержит имена и одно- или двухбуквенные сокращения всех 103 элементов или, если хотите, типов атомов. 92 из них встречаются в природе, в то время как самые тяжелые 11, пронумерованные с 93 по 103, были произведены только в лабораторных условиях. Номер каждого элемента в периодической таблице соответствует его атомному номеру и, следовательно, числу протонов, которые он содержит. Рамка в таблице, соответствующая элементу, обычно показывает его атомную массу, то есть общую массу его протонов, нейтронов и электронов, в нижней части рамки под названием атома. Поскольку для практических целей это равняется массе только протонов и нейтронов, а поскольку протоны и нейтроны имеют очень близкую к одной массе массу, вы можете определить, сколько нейтронов имеет атом, вычитая его атомный номер (число протонов) из атомная масса и округление. Например, натрий (Na) имеет номер 11 в периодической таблице и имеет массу 22,99 атомных единиц массы (amu). Округляя это до 23, вы можете рассчитать, что натрий должен иметь 23 - 11 = 12 нейтронов.

Из всего вышесказанного вы можете понять, что атомы становятся тяжелее при движении слева направо и сверху вниз в таблице, как при чтении страницы в книге, где каждое новое слово чуть больше предыдущего слова.

Элементы могут существовать в виде твердых веществ, жидкости или газов в их естественном состоянии. Углерод (С) является примером твердого вещества; ртуть (Hg), обнаруженная в термометрах старой школы, является жидкостью; и водород (Н) существует в виде газа. Их можно с помощью периодической таблицы сгруппировать по категориям на основе их физических свойств. Один удобный способ разделить их на металлы и неметаллы. Металлы включают шесть подтипов, а неметаллы - только два. (Бор, мышьяк, кремний, германий, сурьма, теллур и астатин считаются металлоидами.)

Периодическая таблица содержит 18 столбцов, хотя не все возможные места в каждом столбце заняты. Первая полная строка, то есть первый экземпляр всех 18 столбцов, содержащих элемент, начинается с элемента номер 19 (K или калий) и заканчивается номером 36 (Kr или криптон). На первый взгляд это кажется неудобным, но это гарантирует, что атомы со схожими свойствами с точки зрения их поведения связывания и других переменных остаются в легко идентифицируемых строках, столбцах или других группах в таблице.

Какие бывают типы атомов?

Изотопы - это разные атомы, которые имеют одинаковый атомный номер и, следовательно, являются одним и тем же элементом, но имеют разное количество нейтронов. Поэтому они различаются по своей атомной массе. Более подробная информация об изотопах появится в следующем разделе.

Поведение связывания является одним из различных критериев, по которым атомы могут быть разделены. Например, шесть элементов природного происхождения в столбце 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) называются благородными газами, поскольку они по существу не вступают в реакцию с другими элементами; это напоминает о том, что в древние времена представители дворянских классов не смешивались с простыми людьми.

Металлы можно разделить на шесть типов (щелочные, щелочноземельные, переходные, постпереходные, а также актиноиды и лантаноиды). Все они попадают в отдельные области в периодической таблице. Большинство элементов являются металлами некоторого вида, но 17 неметаллов включают в себя некоторые из наиболее известных атомов, включая кислород, азот, серу и фосфор, которые необходимы для жизни.

Что такое соединения и молекулы?

Состав состоит из одного или нескольких элементов. Например, вода - это соединение. Но вы также можете иметь один или несколько элементов или соединений, растворенных в другом жидком соединении (обычно в воде), например, сахар, растворенный в воде. Это пример решения, потому что молекулы в растворенном веществе (растворенное твердое вещество) не связываются с молекулами растворенного вещества (такими как вода, этанол или что-то еще).

Самая маленькая единица соединения называется молекулой. Отношение атомов к элементам отражает отношения между молекулами и соединениями. Если у вас есть кусок чистого натрия, элемента, и уменьшите его до минимально возможного размера, то останется атом натрия. Если у вас есть набор чистого хлорида натрия (поваренная соль; NaCl), и вы уменьшаете его до минимума, который он может взять, сохраняя все его физические и химические свойства, у вас остается молекула хлорида натрия.
Каковы основные элементы?

10 самых распространенных элементов на Земле составляют около 99 процентов массы всех элементов, найденных по всей планете, в том числе в атмосфере. Кислород (O) составляет 46,6% массы Земли. Кремний (Si) составляет 27,7 процента, в то время как алюминий (Al) составляет 8,1 процента, а железо (Fe) - 5,0 процента. Следующие четыре наиболее обильные все существуют в качестве электролитов в организме человека: кальций (Ca) на 3,6 процента, натрия (Na) на 2,8 процента, калия (K) на 2,6 процента и магния (Mg) на 2,1 процента.

Элементы, найденные в значительных количествах в видимой форме, или элементы, которые просто печально известны, могут считаться главными элементами в некотором смысле. Когда вы смотрите на чистое золото, будь то крошечные чешуйки или большой кирпич (последний маловероятен!), Вы смотрите на один элемент. Этот кусок золота все равно будет считаться золотом, даже если останется все, кроме одного атома. С другой стороны, как отмечает НАСА, золотая монета может содержать около 20 000 000 000 000 000 000 000 (20 септиллионов) атомов золота в зависимости от размера монеты.

Что такое изотопы?

Изотоп - это вариант атома, так же, как доберман-пинчер - это вариант собаки. Как вы помните, одним из важных свойств атома данного типа является то, что его атомный номер и, следовательно, число протонов, которые он содержит, не могут измениться. Поэтому, если атомы должны прийти в вариантах, это изменение должно быть результатом различий в числе нейтронов.

Большинство элементов имеют один стабильный изотоп, который является формой, в которой элемент наиболее часто встречается. Некоторые элементы, однако, существуют в природе в виде смеси изотопов. Например, железо (Fe) состоит из примерно 5,845 процента 54Fe, 91,754 процента 56Fe, 2,119 процента 57Fe и 0,282 процента 58Fe. Верхние индексы в левой части сокращений элементов указывают число протонов плюс нейтроны. Поскольку атомный номер железа равен 26, перечисленные выше изотопы по порядку имеют 28, 30, 31 и 32 нейтрона.

Все изотопы данного атома имеют одинаковые химические свойства, что означает, что их поведение связывания одинаково. Их физические свойства, такие как их массы, точки кипения и температуры плавления, различны и являются средством, используемым для их различения.