Cel nauczania
- Różnicowanie pomiędzy pierwiastkami i związkami oraz badanie technik rozdzielania
Kluczowe zagadnienia
- Pierwiastki są najprostszymi, kompletnymi substancjami chemicznymi. Każdy pierwiastek odpowiada jednej pozycji w układzie okresowym. Pierwiastek to materiał, który składa się z jednego typu atomu. Każdy typ atomu zawiera taką samą liczbę protonów.
- Wiązania chemiczne łączą elementy razem, tworząc bardziej złożone cząsteczki zwane związkami. Związek składa się z dwóch lub więcej typów elementów trzymanych razem przez wiązania kowalencyjne lub jonowe.
- Elementy nie mogą być podzielone na mniejsze jednostki bez dużych ilości energii. Związki, z drugiej strony, może mieć ich wiązania przerwane z praktycznych ilości energii, takich jak ciepło z ognia.
- Materia może być podzielona na dwie kategorie: czyste substancje i mieszaniny. Czyste substancje są dalej podzielone na elementy i związki. Mieszaniny to fizycznie połączone struktury, które można rozdzielić z powrotem na ich pierwotne składniki.
Terminy
- elementJedna z najprostszych substancji chemicznych, która nie może być zmieniona w reakcji chemicznej lub w jakikolwiek sposób chemiczny. Składa się z atomów, które wszystkie mają tę samą liczbę protonów.
- związekSubstancja wykonana z dwóch lub więcej pierwiastków. Składa się z ustalonego stosunku chemicznie połączonych atomów. Ma unikalne właściwości, które różnią się od właściwości jego poszczególnych elementów.
- wiązanie chemiczneJedna z kilku sił przyciągania, które służą do wiązania atomów razem, aby utworzyć cząsteczki.
Pierwiastki
Pierwiastek chemiczny jest czystą substancją, która składa się z jednego rodzaju atomu. Każdy atom ma liczbę atomową, która reprezentuje liczbę protonów, które znajdują się w jądrze pojedynczego atomu tego pierwiastka. Układ okresowy pierwiastków jest uporządkowany według rosnącej liczby atomowej.
Pierwiastki chemiczne są podzielone na metale, metaloidy i niemetale. Metale, zazwyczaj znajdujące się po lewej stronie układu okresowego, są:
- często przewodzą prąd
- równoległe
- błyszczące
- czasami magnetyczne.
Aluminium, żelazo, miedź, złoto, rtęć i ołów są metalami.
W przeciwieństwie do nich, niemetale, znajdujące się po prawej stronie układu okresowego (na prawo od schodów), są:
- typowo nieprzewodzące
- niekształcące
- nudne (nie błyszczące)
- nie magnetyczne.
Przykłady pierwiastków niemetali obejmują węgiel i tlen.
Metaloidy mają pewne cechy metali i pewne cechy niemetali. Krzem i arsen są metaloidami.
Od listopada 2011 r. zidentyfikowano 118 pierwiastków (ostatnio zidentyfikowano ununseptium, w 2010 r.). Z tych 118 znanych pierwiastków, tylko 98 pierwszych występuje naturalnie na Ziemi. Pierwiastki, które nie występują naturalnie na Ziemi, są syntetycznymi produktami reakcji jądrowych wywołanych przez człowieka. 80 z 98 naturalnie występujących pierwiastków jest stabilnych; pozostałe są radioaktywne, co oznacza, że rozpadają się na lżejsze pierwiastki w czasie od ułamków sekundy do miliardów lat.
Wodór i hel są zdecydowanie najbardziej rozpowszechnionymi pierwiastkami we wszechświecie. Jednakże żelazo jest najobficiej występującym pierwiastkiem (według masy) w składzie Ziemi, a tlen jest najczęstszym pierwiastkiem w warstwie, która jest skorupą ziemską.
Ale cała znana materia chemiczna składa się z tych pierwiastków, materia chemiczna sama w sobie stanowi tylko około 15% materii we wszechświecie. Pozostała część to ciemna materia, tajemnicza substancja, która nie składa się z pierwiastków chemicznych. Ciemnej materii brakuje protonów, neutronów i elektronów.
Związki
Czyste próbki wyizolowanych pierwiastków są rzadkością w przyrodzie. Podczas gdy 98 naturalnie występujących pierwiastków zostało zidentyfikowanych w próbkach minerałów ze skorupy ziemskiej, tylko niewielka mniejszość z nich może być znaleziona jako rozpoznawalne, względnie czyste minerały. Do najbardziej powszechnych z takich „rodzimych pierwiastków” należą miedź, srebro, złoto i siarka. Węgiel jest również powszechnie spotykany w postaci węgla, grafitu i diamentów. Gazy szlachetne (np. neon) i metale szlachetne (np. rtęć) można również znaleźć w czystych, niezwiązanych formach w przyrodzie. Jednak większość z tych pierwiastków występuje w mieszaninach.
Gdy dwa odrębne pierwiastki są chemicznie połączone – tzn. między ich atomami tworzą się wiązania chemiczne – wynik nazywany jest związkiem chemicznym. Większość pierwiastków na Ziemi wiąże się z innymi pierwiastkami, tworząc związki chemiczne, takie jak sód (Na) i chlorek (Cl), które łączą się, tworząc sól kuchenną (NaCl). Woda jest kolejnym przykładem związku chemicznego. Dwa lub więcej elementów składowych związku może zostać rozdzielonych w wyniku reakcji chemicznych.
Związki chemiczne mają unikalną i określoną strukturę, która składa się z ustalonego stosunku atomów utrzymywanych razem w określonym układzie przestrzennym przez wiązania chemiczne. Związki chemiczne mogą być:
- związkami molekularnymi utrzymywanymi razem przez wiązania kowalencyjne
- solami utrzymywanymi razem przez wiązania jonowe
- związkami metalicznymi utrzymywanymi razem przez wiązania metaliczne
- kompleksami utrzymywanymi razem przez współrzędnościowe wiązania kowalencyjne.
Czyste pierwiastki chemiczne nie są uważane za związki chemiczne, nawet jeśli składają się z cząsteczek dwu- lub wieloatomowych (cząsteczki, które zawierają tylko kilka atomów jednego pierwiastka, takie jak H2 lub S8).