Lubisz ciasteczka z kawałkami czekolady? Większość z nas tak. Tak jak Twoje ciasteczka z kawałkami czekolady składają się z różnych składników – mąki, cukru, kakao, proszku do pieczenia i kawałków czekolady – tak wszystko na świecie składa się z różnych składników. Składniki te nazywane są pierwiastkami i w tej lekcji zgłębimy temat „pierwiastków”.
Cele edukacyjne
Zaczynajmy.
Pierwiastek to czysta substancja zbudowana z jednego rodzaju atomów, której nie można rozłożyć na prostsze substancje chemiczne. Pierwiastki są budulcem całej pozostałej materii na świecie.
Przykładami pierwiastków są żelazo, tlen, wodór, złoto i hel.
Istnieje 118 różnych pierwiastków, choć tylko 98 z nich występuje naturalnie na Ziemi. Wszystkie 118 pierwiastków jest przedstawionych na standardowym schemacie zwanym Układem Okresowym Pierwiastków. Mówiąc najprościej, układ okresowy to sposób na uporządkowanie pierwiastków. Wygląda on następująco:
Wodór jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem we wszechświecie. Jest również najlżejszym pierwiastkiem.
Hel jest drugim najpowszechniej występującym pierwiastkiem we wszechświecie, ale na Ziemi występuje bardzo rzadko.
Gazy te wykorzystuje się w balonach na ogrzane powietrze, ponieważ są lżejsze od powietrza i nadają balonowi wyporność, dzięki czemu może się on unosić i unosić w atmosferze.
Każdy pierwiastek jest reprezentowany przez jedno- lub dwuliterowy kod, gdzie pierwsza litera jest zawsze wielka, a jeśli występuje druga, jest ona zapisywana małą literą. Na przykład, symbol wodoru to \(H\) , a symbol węgla to \(C\) . Niektóre kody literowe pochodzą z terminologii łacińskiej, np. symbol sodu ( \(Na\) ) pochodzi od łacińskiego słowa „natrium”, oznaczającego węglan sodu.
Pierwiastki chemiczne dzielą się na trzy grupy: metale, półmetale i niemetale.
Metale, które zazwyczaj znajdują się po lewej stronie układu okresowego, to:
Aluminium, żelazo, miedź, złoto, rtęć i ołów są metalami.
Natomiast niemetale znajdujące się po prawej stronie układu okresowego to:
Przykładami pierwiastków niemetalicznych są węgiel i tlen.
Metaloidy mają pewne cechy metali i pewne cechy niemetali. Sześć powszechnie rozpoznawanych metaloidów to bor, krzem, german, arsen, antymon i tellur.
Pierwiastki występują w bardzo zróżnicowanych ilościach. W całym wszechświecie najpowszechniejszym pierwiastkiem jest wodór (około 90%), a następnie hel (większość z pozostałych 10%). Wszystkie pozostałe pierwiastki występują w stosunkowo mniejszych ilościach, o ile jesteśmy w stanie je wykryć.
Na Ziemi tlen stanowi 46,1% masy skorupy ziemskiej, głównie w połączeniu z innymi pierwiastkami, podczas gdy krzem stanowi 28,5%. Wodór, najpowszechniej występujący pierwiastek we wszechświecie, stanowi zaledwie 0,14% skorupy ziemskiej.
Masowa zawartość dziewięciu najliczniej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej wynosi około
Pozostałe pierwiastki występują w ilości mniejszej niż 0,15%
Pierwiastki znajdujące się na Ziemi i Marsie są dokładnie takie same.
Około 96% masy ciała składają się jedynie z czterech pierwiastków – tlenu, węgla, wodoru i azotu.
Wapń, fosfor, magnez, sód, potas, chlor i siarka to makroskładniki, czyli pierwiastki, których organizm potrzebuje w znacznych ilościach. Pozostałe pierwiastki to pierwiastki śladowe, na przykład kobalt, lit, mangan, selen, jod, miedź itp. Uważa się je za niezbędne do życia. Każda ilość 0,01% lub mniejsza jest uważana za pierwiastek śladowy.
Najmniejszą cząsteczką pierwiastka jest „atom”, a każdy pojedynczy atom składa się z mniejszych cząsteczek – elektronów, protonów i neutronów. Liczba protonów w każdym atomie nazywana jest liczbą atomową. Jest to ważna liczba w pierwiastku. Każdy pierwiastek ma unikalną liczbę atomową. Wodór jest pierwszym pierwiastkiem i ma jeden proton, więc jego liczba atomowa wynosi 1. Złoto ma 79 protonów w każdym atomie i ma liczbę atomową równą 79. Pierwiastki w stanie standardowym mają również taką samą liczbę elektronów, jak protonów.
Jeśli występuje więcej niż jeden rodzaj atomu, substancja nie jest pierwiastkiem. Związki i stopy nie są pierwiastkami.
Związek chemiczny to substancja chemiczna złożona z wielu identycznych cząsteczek, zbudowanych z atomów więcej niż jednego pierwiastka, połączonych wiązaniami chemicznymi. Na przykład czysta woda to związek chemiczny zbudowany z dwóch pierwiastków – wodoru i tlenu. Stosunek wodoru do tlenu w wodzie wynosi zawsze 2:1.
Stop to substancja powstająca w wyniku stopienia dwóch lub więcej pierwiastków, z których co najmniej jeden jest metalem. Przykłady popularnych stopów: stal, połączenie żelaza (metalu) i węgla (niemetalu); brąz, połączenie miedzi (metalu) i cyny (metalu); oraz mosiądz, połączenie miedzi (metalu) i cynku (metalu).
Podobnie, grupa elektronów i neutronów nie jest pierwiastkiem. Cząstka musi zawierać protony, aby być przykładem pierwiastka.
Do pierwiastków niebędących pierwiastkami zalicza się: wodę, stal, elektrony i mosiądz.
Chociaż wszystkie pierwiastki zbudowane są z tego samego rodzaju atomów, mogą występować w różnych formach. W zależności od temperatury mogą być stałe, ciekłe lub gazowe. Mogą również przyjmować różne formy w zależności od tego, jak ciasno upakowano atomy. Nazywa się je alotropami. Jednym z przykładów jest węgiel. W zależności od tego, jak atomy węgla do siebie pasują, mogą tworzyć diament, węgiel lub grafit. Czasami atomy tego samego pierwiastka mają różną liczbę neutronów – nazywa się to izotopami. Więcej o izotopach dowiemy się w osobnej lekcji „Izotopy”.
