Ti piacciono i biscotti con gocce di cioccolato? La maggior parte di noi sì. Proprio come i biscotti con gocce di cioccolato sono composti da diversi ingredienti - farina, zucchero, cacao, lievito e gocce di cioccolato - tutto in questo mondo è composto da ingredienti diversi. Questi ingredienti sono chiamati elementi, e in questa lezione approfondiremo il concetto di "elementi".
Obiettivi di apprendimento
Cominciamo.
Un elemento è una sostanza pura composta da un singolo tipo di atomo e non può essere scomposta in sostanze chimiche più semplici. Gli elementi sono i mattoni di tutta la materia esistente al mondo.
Esempi di elementi sono ferro, ossigeno, idrogeno, oro ed elio.
Esistono 118 elementi diversi, sebbene solo 98 di essi siano presenti in natura sulla Terra. Tutti i 118 elementi sono rappresentati in una tabella standard degli elementi chiamata Tavola Periodica degli Elementi. In parole povere, la tavola periodica è un modo per elencare gli elementi. Si presenta così:
L'idrogeno è l'elemento più comune nell'universo. È anche l'elemento più leggero.
L'elio è il secondo elemento più comune nell'universo, ma è molto raro sulla Terra.
Questi gas vengono utilizzati nelle mongolfiere perché sono più leggeri dell'aria e possono conferire al pallone la spinta necessaria per sollevarsi e fluttuare nell'atmosfera.
Ogni elemento è rappresentato da un codice di una o due lettere, dove la prima lettera è sempre maiuscola e, se presente, è scritta in minuscolo. Ad esempio, il simbolo dell'idrogeno è \(H\) e il simbolo del carbonio è \(C\) . Alcuni codici di lettere derivano dalla terminologia latina, come il simbolo del sodio ( \(Na\) ) che deriva dalla parola latina 'natrium' che significa carbonato di sodio.
Gli elementi chimici si dividono in tre categorie: metalli, metalloidi e non metalli.
I metalli, che si trovano tipicamente sul lato sinistro della tavola periodica, sono
Alluminio, ferro, rame, oro, mercurio e piombo sono metalli.
Al contrario, i non metalli che si trovano sul lato destro della tavola periodica sono:
Esempi di non metalli elementari sono il carbonio e l'ossigeno.
I metalloidi presentano alcune caratteristiche dei metalli e alcune caratteristiche dei non metalli. I sei metalloidi comunemente riconosciuti sono boro, silicio, germanio, arsenico, antimonio e tellurio.
L'abbondanza degli elementi varia notevolmente. Nell'universo nel suo complesso, l'elemento più comune è l'idrogeno (circa il 90%), seguito dall'elio (la maggior parte del restante 10%). Tutti gli altri elementi sono presenti in quantità relativamente minori, per quanto ne sappiamo.
Sul pianeta Terra, l'ossigeno costituisce il 46,1% della massa della crosta terrestre, per lo più in combinazione con altri elementi, mentre il silicio ne costituisce il 28,5%. L'idrogeno, l'elemento più abbondante nell'universo, costituisce solo lo 0,14% della crosta terrestre.
L'abbondanza di massa dei nove elementi più abbondanti nella crosta terrestre è approssimativamente
Altri elementi si trovano in quantità inferiore allo 0,15%
Gli elementi presenti sulla Terra e su Marte sono esattamente gli stessi.
Circa il 96% del peso corporeo è costituito da soli quattro elementi: ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto.
Calcio, fosforo, magnesio, sodio, potassio, cloro e zolfo sono macronutrienti o elementi di cui l'organismo ha bisogno in quantità significative. I restanti elementi sono oligoelementi, ad esempio cobalto, litio, manganese, selenio, iodio, rame, ecc. Questi sono considerati necessari per la vita. Qualsiasi quantità pari o inferiore allo 0,01% è considerata un oligoelemento.
La particella più piccola di un elemento è l'atomo e ogni singolo atomo è composto da particelle più piccole: elettroni, protoni e neutroni. Il numero di protoni in ogni atomo è chiamato numero atomico. È un numero importante in un elemento. Ogni elemento ha un numero atomico univoco. L'idrogeno è il primo elemento e ha un protone, quindi ha numero atomico 1. L'oro ha 79 protoni in ogni atomo e ha numero atomico 79. Anche gli elementi nel loro stato standard hanno lo stesso numero di elettroni dei protoni.
Se è presente più di un tipo di atomo, una sostanza non è un elemento. I composti e le leghe non sono elementi.
Un composto chimico è una sostanza chimica composta da molte molecole identiche, composte da atomi di più elementi tenuti insieme da legami chimici. Ad esempio, l'acqua pura è un composto chimico formato da due elementi: idrogeno e ossigeno. Il rapporto tra idrogeno e ossigeno nell'acqua è sempre 2:1.
Una lega è una sostanza ottenuta fondendo insieme due o più elementi, di cui almeno uno è metallico. Esempi di leghe comuni: l'acciaio, una combinazione di ferro (metallo) e carbonio (non metallo); il bronzo, una combinazione di rame (metallo) e stagno (metallo); e l'ottone, una combinazione di rame (metallo) e zinco (metallo).
Allo stesso modo, un gruppo di elettroni e neutroni non è un elemento. Una particella deve contenere protoni per essere un esempio di elemento.
I non elementi includono: acqua, acciaio, elettroni e ottone.
Sebbene gli elementi siano tutti composti dallo stesso tipo di atomi, possono comunque presentarsi in forme diverse. A seconda della temperatura, possono essere solidi, liquidi o gassosi. Possono anche assumere forme diverse a seconda di quanto strettamente gli atomi sono impacchettati tra loro. Questi sono chiamati allotropi. Un esempio è il carbonio. A seconda di come gli atomi di carbonio si combinano tra loro, possono formare diamante, carbone o grafite. A volte, gli atomi dello stesso elemento hanno un numero diverso di neutroni: questi sono chiamati isotopi. Approfondiremo gli isotopi in una lezione separata, "Isotopi".
