Obiettivo di apprendimento
- Differenziare tra elementi e composti ed esplorare le tecniche di separazione
Punti chiave
- Gli elementi sono le sostanze chimiche complete più semplici. Ogni elemento corrisponde ad una singola voce sulla tavola periodica. Un elemento è un materiale che consiste di un solo tipo di atomo. Ogni tipo di atomo contiene lo stesso numero di protoni.
- I legami chimici collegano gli elementi per formare molecole più complesse chiamate composti. Un composto consiste di due o più tipi di elementi tenuti insieme da legami covalenti o ionici.
- Gli elementi non possono essere divisi in unità più piccole senza grandi quantità di energia. I composti, d’altra parte, possono avere i loro legami rotti con quantità pratiche di energia, come il calore di un fuoco.
- La materia può essere suddivisa in due categorie: sostanze pure e miscele. Le sostanze pure sono ulteriormente suddivise in elementi e composti. I miscugli sono strutture fisicamente combinate che possono essere separate di nuovo nei loro componenti originali.
Termini
- elementoQualsiasi sostanza chimica tra le più semplici che non può essere modificata in una reazione chimica o con qualsiasi mezzo chimico. Formata da atomi che hanno tutti lo stesso numero di protoni.
- compostoSostanza fatta da due o più elementi. Consiste in un rapporto fisso di atomi legati chimicamente. Ha proprietà uniche che sono diverse dalle proprietà dei suoi singoli elementi.
- legame chimicoUna delle varie forze attrattive che servono a legare insieme gli atomi per formare le molecole.
Elementi
Un elemento chimico è una sostanza pura che consiste di un tipo di atomo. Ogni atomo ha un numero atomico, che rappresenta il numero di protoni che sono nel nucleo di un singolo atomo di quell’elemento. La tavola periodica degli elementi è ordinata per numero atomico ascendente.
Gli elementi chimici sono divisi in metalli, metalloidi e non metalli. I metalli, che si trovano tipicamente sul lato sinistro della tavola periodica, sono:
- spesso conduttori di elettricità
- malleabili
- lucidi
- a volte magnetici.
Alluminio, ferro, rame, oro, mercurio e piombo sono metalli.
Al contrario, i non-metalli, che si trovano sul lato destro della tavola periodica (a destra della scala), sono:
- tipicamente non conduttivi
- non malleabili
- opachi (non brillanti)
- non magnetici.
Esempi di elementi non metallici includono il carbonio e l’ossigeno.
I metalloidi hanno alcune caratteristiche dei metalli e alcune caratteristiche dei non metalli. Il silicio e l’arsenico sono metalloidi.
A novembre 2011, 118 elementi sono stati identificati (il più recente identificato è stato l’ununseptio, nel 2010). Di questi 118 elementi conosciuti, solo i primi 98 sono noti per verificarsi naturalmente sulla Terra. Gli elementi che non si presentano naturalmente sulla Terra sono i prodotti sintetici di reazioni nucleari create dall’uomo. 80 dei 98 elementi presenti in natura sono stabili; gli altri sono radioattivi, il che significa che decadono in elementi più leggeri in tempi che vanno da frazioni di secondo a miliardi di anni.
Idrogeno ed elio sono di gran lunga gli elementi più abbondanti nell’universo. Tuttavia, il ferro è l’elemento più abbondante (per massa) nella composizione della Terra, e l’ossigeno è l’elemento più comune nello strato che costituisce la crosta terrestre.
Anche se tutta la materia chimica conosciuta è composta da questi elementi, la materia chimica stessa costituisce solo il 15% circa della materia dell’universo. Il resto è materia oscura, una sostanza misteriosa che non è composta da elementi chimici. La materia oscura manca di protoni, neutroni o elettroni.
Composti
Campioni puri di elementi isolati sono rari in natura. Mentre i 98 elementi presenti in natura sono stati tutti identificati in campioni di minerali della crosta terrestre, solo una piccola minoranza di essi può essere trovata come minerali riconoscibili e relativamente puri. Tra i più comuni di questi “elementi nativi” ci sono rame, argento, oro e zolfo. Anche il carbonio si trova comunemente sotto forma di carbone, grafite e diamanti. Anche i gas nobili (per esempio, il neon) e i metalli nobili (per esempio, il mercurio) possono essere trovati in natura nelle loro forme pure e non legate. Tuttavia, la maggior parte di questi elementi si trova in miscele.
Quando due elementi distinti sono combinati chimicamente – cioè, si formano legami chimici tra i loro atomi – il risultato è chiamato un composto chimico. La maggior parte degli elementi sulla Terra si lega con altri elementi per formare composti chimici, come il sodio (Na) e il cloruro (Cl), che si combinano per formare il sale da cucina (NaCl). L’acqua è un altro esempio di composto chimico. I due o più elementi componenti di un composto possono essere separati attraverso reazioni chimiche.
I composti chimici hanno una struttura unica e definita, che consiste in un rapporto fisso di atomi tenuti insieme in una disposizione spaziale definita da legami chimici. I composti chimici possono essere:
- composti molecolari tenuti insieme da legami covalenti
- sali tenuti insieme da legami ionici
- composti intermetallici tenuti insieme da legami metallici
- complessi tenuti insieme da legami covalenti coordinati.
Gli elementi chimici puri non sono considerati composti chimici, anche se consistono in molecole biatomiche o poliatomiche (molecole che contengono solo più atomi di un singolo elemento, come H2 o S8).