A. Przegląd pierwiastków i atomów
Różnica między pierwiastkami i atomami jest często mylona w zwykłej rozmowie. Oba terminy opisują materię, substancje posiadające masę. Różne pierwiastki są różnymi rodzajami materii wyróżniającymi się różnymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Z kolei atom jest podstawową jednostką materii…, czyli pierwiastka.
Liczba dodatnio naładowanych protonów i neutralnych neutronów w jądrze atomowym odpowiada za większość masy atomu. Każdy ujemnie naładowany elektron, który krąży wokół jądra, ma około 1/2000 masy protonu lub neutronu. Tak więc, nie dodają one wiele do masy atomu. Elektrony pozostają na orbitach atomowych dzięki siłom elektromagnetycznym, tj. ich przyciąganiu do dodatnio naładowanych jąder. Rozmiar jądra (masa) i chmura elektronów wokół jego jądra określają strukturę atomu. A struktura ta dyktuje różne właściwości pierwiastków.
Przypomnijmy, że atomy są chemicznie najbardziej stabilne, gdy są elektrycznie nienaładowane, z równą liczbą protonów i elektronów. Izotopy tego samego pierwiastka to atomy z taką samą liczbą protonów i elektronów, ale inną liczbą neutronów. Dlatego izotopy są również stabilne chemicznie, ale mogą nie być stabilne fizycznie. Na przykład, najbardziej rozpowszechniony izotop wodoru zawiera jeden proton, jeden elektron i żadnych neutronów. Jądro izotopu wodoru deuteru zawiera jeden neutron, a jądro trytu dwa neutrony. Oba izotopy można znaleźć w cząsteczkach wody. Deuter jest stabilny. Natomiast atom trytu jest radioaktywny i z czasem ulega rozpadowi jądrowemu. Niezależnie od tego, czy są stabilne fizycznie, czy nie, wszystkie izotopy danego pierwiastka mają takie same właściwości chemiczne i elektromagnetyczne oraz zachowują się tak samo w reakcjach chemicznych.
Siły elektromagnetyczne, które utrzymują elektrony krążące wokół jąder, umożliwiają tworzenie wiązań chemicznych w cząsteczkach. Modelujemy atomy, aby zilustrować przeciętne fizyczne położenie elektronów (model orbitalny) z jednej strony, a ich poziomy energii potencjalnej (model powłokowy Bohra) z drugiej. Spójrz na modele dla helu zilustrowane poniżej.
Dwa elektrony poruszają się w przestrzeni określanej jako orbital. Oprócz zajmowania różnych obszarów wokół jądra, elektrony istnieją na różnych poziomach energetycznych, poruszając się z różną energią kinetyczną. Elektrony mogą również absorbować lub tracić energię, przeskakując lub spadając z jednego poziomu energetycznego na inny.
Niezwykła liczba atomowa (liczba protonów) i masa atomowa (zwykle mierzona w Daltonach, lub Da) charakteryzują różne pierwiastki. Unikalny symbol z indeksem górnym liczby atomowej i indeksem dolnym liczby masy atomowej definiuje każdy pierwiastek. Weźmy na przykład najbardziej rozpowszechniony izotop węgla (C). Jego liczba atomowa wynosi 6 (liczba protonów w jego jądrze), a masa 12 Da (6 protonów i 6 neutronów po 1 Da każdy!). Pamiętaj, że masa elektronów w atomie węgla (C) jest pomijalna!
Znajdź atom C i spójrz na niektóre z innych atomów pierwiastków w częściowym układzie okresowym poniżej.
Ten częściowy układ okresowy przedstawia pierwiastki niezbędne dla wszelkiego życia w większych lub mniejszych ilościach, a także niektóre, które mogą być również niezbędne u ludzi.
122 Atomy i pierwiastki
3.