Hou je van chocolate chip cookies? De meesten van ons wel. Net zoals jouw chocolate chip cookie uit verschillende ingrediënten bestaat - bloem, suiker, cacao, bakpoeder en chocoladechips - zo bestaat alles in deze wereld uit verschillende ingrediënten. Deze ingrediënten worden elementen genoemd, en in deze les gaan we dieper in op 'elementen'.
Leerdoelen
Laten we beginnen.
Een element is een zuivere stof die bestaat uit één atoomsoort en niet kan worden afgebroken tot eenvoudigere chemische stoffen. Elementen zijn de bouwstenen van alle andere materie in de wereld.
Voorbeelden van elementen zijn ijzer, zuurstof, waterstof, goud en helium.
Er zijn 118 verschillende elementen, hoewel er slechts 98 van in de natuur op aarde voorkomen. Alle 118 elementen worden weergegeven in een standaardtabel van de elementen, het zogenaamde Periodiek Systeem der Elementen. Simpel gezegd is het periodiek systeem een manier om de elementen te ordenen. Het ziet er als volgt uit:
Waterstof is het meest voorkomende element in het heelal. Het is ook het lichtste element.
Helium is het op één na meest voorkomende element in het heelal, maar op aarde is het zeer zeldzaam.
Deze gassen worden gebruikt in heteluchtballonnen omdat ze lichter zijn dan lucht en de ballon opwaartse kracht geven, waardoor deze opstijgt en in de atmosfeer blijft zweven.
Elk element wordt weergegeven door een code van één of twee letters, waarbij de eerste letter altijd een hoofdletter is en, indien aanwezig, een kleine letter. Het symbool voor waterstof is bijvoorbeeld \(H\) en het symbool voor koolstof is \(C\) . Sommige lettercodes zijn afgeleid van Latijnse terminologie, zoals het symbool voor natrium ( \(Na\) ), dat is afgeleid van het Latijnse woord 'natrium', wat natriumcarbonaat betekent.
De chemische elementen worden onderverdeeld in drie categorieën: metalen, metalloïden en niet-metalen.
Metalen, die doorgaans aan de linkerkant van het periodiek systeem staan, zijn
Aluminium, ijzer, koper, goud, kwik en lood zijn metalen.
Daarentegen zijn de niet-metalen die aan de rechterkant van het periodiek systeem staan:
Voorbeelden van elementaire niet-metalen zijn koolstof en zuurstof.
Metalloïden hebben enkele kenmerken van metalen en enkele kenmerken van niet-metalen. De zes algemeen erkende metalloïden zijn boor, silicium, germanium, arseen, antimoon en telluur.
De elementen variëren sterk in hoeveelheid. In het heelal als geheel is waterstof het meest voorkomende element (ongeveer 90%), gevolgd door helium (het grootste deel van de resterende 10%). Alle andere elementen zijn, voor zover we kunnen nagaan, in relatief kleinere hoeveelheden aanwezig.
Op aarde vormt zuurstof 46,1% van de massa van de aardkorst, voornamelijk in combinatie met andere elementen, terwijl silicium 28,5% uitmaakt. Waterstof, het meest voorkomende element in het heelal, vormt slechts 0,14% van de aardkorst.
De massa-overvloed van de negen meest voorkomende elementen in de aardkorst is ongeveer
Andere elementen komen voor in minder dan 0,15%
De elementen op Aarde en Mars zijn precies hetzelfde.
Ongeveer 96% van het lichaamsgewicht bestaat uit slechts vier elementen: zuurstof, koolstof, waterstof en stikstof.
Calcium, fosfor, magnesium, natrium, kalium, chloor en zwavel zijn macronutriënten of elementen die het lichaam in aanzienlijke hoeveelheden nodig heeft. De overige elementen zijn sporenelementen, zoals kobalt, lithium, mangaan, selenium, jodium, koper, enz. Deze worden beschouwd als noodzakelijk voor het leven. Een hoeveelheid van 0,01% of minder wordt beschouwd als een sporenelement.
Het kleinste deeltje van een element is een 'atoom' en elk afzonderlijk atoom is opgebouwd uit kleinere deeltjes: elektronen, protonen en neutronen. Het aantal protonen in elk atoom wordt het atoomnummer genoemd. Het is een belangrijk getal in een element. Elk element heeft een uniek atoomnummer. Waterstof is het eerste element en heeft één proton, dus atoomnummer 1. Goud heeft 79 protonen in elk atoom en atoomnummer 79. Elementen in hun standaardtoestand hebben ook hetzelfde aantal elektronen als protonen.
Als er meer dan één atoomsoort aanwezig is, is een stof geen element. Verbindingen en legeringen zijn geen elementen.
Een chemische verbinding is een chemische stof die bestaat uit vele identieke moleculen, die bestaan uit atomen van meer dan één element, bijeengehouden door chemische bindingen. Zuiver water is bijvoorbeeld een chemische verbinding van twee elementen: waterstof en zuurstof. De verhouding waterstof/zuurstof in water is altijd 2:1.
Een legering is een materiaal dat ontstaat door twee of meer elementen samen te smelten, waarvan er ten minste één metaal is. Voorbeelden van veelvoorkomende legeringen zijn: staal, een combinatie van ijzer (metaal) en koolstof (niet-metaal); brons, een combinatie van koper (metaal) en tin (metaal); en messing, een combinatie van koper (metaal) en zink (metaal).
Evenzo zijn een groep elektronen en neutronen geen elementen. Een deeltje moet protonen bevatten om een voorbeeld van een element te zijn.
Niet-elementen zijn onder meer water, staal, elektronen en messing.
Hoewel elementen allemaal uit hetzelfde type atomen bestaan, kunnen ze toch verschillende vormen aannemen. Afhankelijk van hun temperatuur kunnen ze vast, vloeibaar of gasvormig zijn. Ze kunnen ook verschillende vormen aannemen, afhankelijk van hoe dicht de atomen op elkaar zitten. Dit worden allotropen genoemd. Een voorbeeld hiervan is koolstof. Afhankelijk van hoe koolstofatomen op elkaar zitten, kunnen ze diamant, steenkool of grafiet vormen. Soms hebben atomen van hetzelfde element een verschillend aantal neutronen; dit worden isotopen genoemd. We zullen meer leren over isotopen in een aparte les Isotopen.
