Leerdoel
- Onderscheid maken tussen elementen en verbindingen en scheidingstechnieken onderzoeken
Kernpunten
- Elementen zijn de eenvoudigste complete chemische stoffen. Elk element komt overeen met een enkel element in het periodiek systeem. Een element is een materiaal dat uit één atoomtype bestaat. Elk atoomtype bevat hetzelfde aantal protonen.
- Chemische bindingen verbinden elementen met elkaar tot complexere moleculen die verbindingen worden genoemd. Een verbinding bestaat uit twee of meer soorten elementen die door covalente of ionische bindingen bij elkaar worden gehouden.
- Elementen kunnen niet zonder grote hoeveelheden energie in kleinere eenheden worden verdeeld. Verbindingen daarentegen kunnen hun bindingen verbreken met praktische hoeveelheden energie, zoals de warmte van een vuur.
- Materie kan worden onderverdeeld in twee categorieën: zuivere stoffen en mengsels. Zuivere stoffen worden verder onderverdeeld in elementen en verbindingen. Mengsels zijn fysisch gecombineerde structuren die weer kunnen worden gescheiden in hun oorspronkelijke componenten.
Termen
- ElementEen van de eenvoudigste chemische stoffen die niet kan worden veranderd in een chemische reactie of met chemische middelen. Bestaat uit atomen die alle hetzelfde aantal protonen hebben.
- samenstellingEen stof die uit twee of meer elementen bestaat. Bestaat uit een vaste verhouding van chemisch gebonden atomen. Heeft unieke eigenschappen die verschillen van de eigenschappen van de afzonderlijke elementen.
- chemische bindingEen van de verschillende aantrekkingskrachten die dienen om atomen aan elkaar te binden en moleculen te vormen.
Elementen
Een chemisch element is een zuivere stof die uit één soort atoom bestaat. Elk atoom heeft een atoomnummer, dat staat voor het aantal protonen dat zich in de kern van een enkel atoom van dat element bevindt. Het periodiek systeem der elementen is gerangschikt in opklimmende volgorde van atoomnummer
De chemische elementen zijn verdeeld in de metalen, de metalloïden, en de niet-metalen. Metalen, meestal te vinden aan de linkerkant van het periodiek systeem, zijn:
- vaak geleidend voor elektriciteit
- smallebaar
- glanzend
- soms magnetisch.
Aluminium, ijzer, koper, goud, kwik en lood zijn metalen.
De niet-metalen daarentegen, die aan de rechterkant van het periodiek systeem (rechts van de trap) te vinden zijn, zijn:
- typisch niet geleidend
- niet kneedbaar
- dof (niet glanzend)
- niet magnetisch.
Voorbeelden van elementaire niet-metalen zijn koolstof en zuurstof.
Metalloïden hebben sommige kenmerken van metalen en sommige kenmerken van niet-metalen. Silicium en arseen zijn metalloïden.
Tot november 2011 zijn 118 elementen geïdentificeerd (het meest recent geïdentificeerde was ununseptium, in 2010). Van deze 118 bekende elementen zijn alleen de eerste 98 bekend die van nature op aarde voorkomen. De elementen die niet van nature op aarde voorkomen, zijn synthetische producten van door de mens gemaakte kernreacties. 80 van de 98 in de natuur voorkomende elementen zijn stabiel; de overige zijn radioactief, wat betekent dat zij in lichtere elementen vervallen op een tijdschaal die varieert van fracties van een seconde tot miljarden jaren.
Hydrogeen en helium zijn verreweg de meest voorkomende elementen in het heelal. IJzer is echter het meest voorkomende element (in massa) in de samenstelling van de aarde, en zuurstof is het meest voorkomende element in de laag die de aardkorst vormt.
Hoewel alle bekende chemische materie uit deze elementen is samengesteld, maakt chemische materie zelf slechts ongeveer 15% uit van de materie in het heelal. De rest is donkere materie, een mysterieuze substantie die niet is samengesteld uit chemische elementen. Donkere materie heeft geen protonen, neutronen of elektronen.
Samenstellingen
zuivere monsters van geïsoleerde elementen komen in de natuur niet vaak voor. Hoewel de 98 natuurlijk voorkomende elementen alle zijn geïdentificeerd in mineraalmonsters van de aardkorst, kan slechts een kleine minderheid daarvan worden gevonden als herkenbare, relatief zuivere mineralen. Tot de meest voorkomende van dergelijke “inheemse elementen” behoren koper, zilver, goud en zwavel. Koolstof wordt ook vaak gevonden in de vorm van steenkool, grafiet en diamanten. De edelgassen (b.v. neon) en edelmetalen (b.v. kwik) worden ook in hun pure, niet-gebonden vorm in de natuur gevonden. Toch worden de meeste van deze elementen in mengsels gevonden.
Wanneer twee verschillende elementen chemisch worden gecombineerd – d.w.z. chemische bindingen tussen hun atomen worden gevormd – wordt het resultaat een chemische verbinding genoemd. De meeste elementen op aarde binden zich met andere elementen tot chemische verbindingen, zoals natrium (Na) en chloride (Cl), die samen keukenzout (NaCl) vormen. Water is een ander voorbeeld van een chemische verbinding. De twee of meer samenstellende elementen van een verbinding kunnen door chemische reacties worden gescheiden.
Chemische verbindingen hebben een unieke en welomschreven structuur, die bestaat uit een vaste verhouding atomen die door chemische bindingen in een welomschreven ruimtelijke ordening bij elkaar worden gehouden. Chemische verbindingen kunnen zijn:
- moleculaire verbindingen die bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen
- zouten die bij elkaar worden gehouden door ionische bindingen
- intermetallische verbindingen die bij elkaar worden gehouden door metallische bindingen
- complexen die bij elkaar worden gehouden door gecoördineerde covalente bindingen.
Pure chemische elementen worden niet beschouwd als chemische verbindingen, zelfs als ze bestaan uit diatomische of polyatomische moleculen (moleculen die slechts meerdere atomen van een enkel element bevatten, zoals H2 of S8).