Unsur Kimia

Struktur jirim

Bumi, alam, semua makhluk hidup, objek, benua, gunung, lautan dan kita sendiri terbuat dari unsur-unsur kimia yang dihubungkan dengan cara yang berbeza. Kehidupan telah wujud melalui penyambungan unsur. Unsur kimia adalah atom dengan bilangan proton yang sama dalam nukleus. Nombor itu disebut nombor atom (dalam bahasa Inggeris, nombor atom). Sebagai contoh, karbon mempunyai nombor atom 6 dan akibatnya mempunyai 6 proton dalam nukleusnya. Unsur paling mudah adalah hidrogen (H) dengan satu proton dan satu elektron (nombor atom 1, tanpa neutron). Bahan-bahan yang murni juga disebut unsur, contohnya murni oksigen. Mereka tidak dapat dibahagikan lagi dengan kaedah kimia dan fizikal yang mudah. Unsur boleh menjadi pepejal, gas atau lebih jarang cair (keadaan agregat). Lebih 94 elemen berlaku secara semula jadi dan banyak lagi yang dihasilkan secara buatan.

Komposisi unsur

Unsur kimia individu terdiri daripada proton bermuatan positif, neutron neutral, dan elektron bercas negatif. Nukleus atom terdiri daripada proton dan neutron yang secara kolektif disebut nukleon, dan elektron terletak di shell atom (shell elektron).

  • Nukleon = proton + neutron.

Bilangan proton dan elektron sama antara satu sama lain dalam atom yang tidak dicas. Kerana pertuduhan seimbang, unsur-unsur elektrik secara neutral ke luar. Akan tetapi, jika mereka melepaskan elektron, ia akan dicas positif (kation). Sekiranya mereka menerimanya, ia akan dikenakan bayaran negatif (anion). Atom yang dicas dipanggil ion. Bersama-sama mereka membentuk garam. Atom sering dilambangkan - juga dalam teks ini - dengan model atom Bohr yang ketinggalan zaman, di mana elektron mengorbit inti atom pada orbit yang ditentukan, seperti planet mengorbit matahari. Hari ini, model orbit mekanikal kuantum biasanya digunakan untuk mewakili elektron, di mana elektron mempunyai kebarangkalian pasti tinggal di ruang di sekitar nukleus.

Isotop

Isotop adalah atom yang hanya berbeza dalam bilangan neutron dan oleh itu dalam besar-besaran. Ini dengan bilangan proton yang sama. Contohnya, deuterium (2H) adalah isotop dari hidrogen (1H) dengan satu neutron. Kerana ia besar-besaran lebih besar, deuterium (D) disebut berat hidrogen dan deuterium oksida disebut berat air (D2O). Di antara isotop yang paling terkenal adalah isotop uranium, yang intinya mudah hancur dan digunakan di loji tenaga nuklear dan untuk membuat senjata nuklear dan sistem pendorong.

Asal unsur

Unsur termudah, hidrogen (= 1) dan helium (= 2), terbentuk 13.8 bilion tahun yang lalu semasa Big Bang sejurus selepas pembentukan alam semesta kita. Hidrogen kekal sebagai unsur paling banyak di alam semesta yang luas sekarang ini, diikuti oleh helium. Sebilangan besar unsur-unsur yang tersisa terbentuk sama ada dalam bintang oleh peleburan nuklear atau dalam supernova, pada bintang yang mati. Beberapa telah terbentuk oleh pengaruh sinar kosmik (litium, berilium, boron). Akhirnya, unsur-unsur dengan bilangan atom tinggi wujud, yang dihasilkan secara buatan oleh manusia.

Contoh

Senarai berikut menunjukkan pilihan elemen. (Simbol elemen) ditunjukkan dalam tanda kurung, contohnya C (karbon, dari lat. , arang batu) untuk karbon. Singkatannya mempunyai satu atau dua huruf.

  • Hidrogen (H) adalah komponen dari air, bersama dengan oksigen.
  • Karbon (C) adalah blok asas bagi semua kehidupan di bumi.
  • Nitrogen (N) adalah komponen udara yang paling penting.
  • Oksigen (O) penting untuk pengeluaran tenaga dalam badan.
  • Natrium (Na) terkandung dalam garam meja.
  • Magnesium (Mg) terdapat dalam klorofil (daun hijau).
  • aluminium (Al) terdapat di aluminium foil dan badan kereta.
  • Silikon (Si) terdapat di hampir semua mineral dan batuan bumi.
  • Fosforus (P) digunakan untuk penghasilan pertandingan.
  • Sulfur (S) dilepaskan oleh gunung berapi.
  • Kalium (K) memainkan peranan penting dalam fungsi saraf.
  • Kalsium (Ca) terkandung dalam tulang.
  • Besi (Fe) adalah unsur paling banyak di planet Bumi.
  • Merkuri (Hg), tidak seperti logam lain, terdapat sebagai cecair.
  • Nikel (Ni) digunakan untuk aloi logam.
  • perak (Ag) dan emas (Au) termasuk dalam perhiasan.

Jisim dan ukuran

Hampir semua besar-besaran atom berada dalam nukleus. The jumlah, sebaliknya, ditentukan oleh cengkerang elektron, kerana inti sangat kecil. Jisim atom diberikan oleh simbol u atau Da (daltons). u bermaksud. Ini sesuai dengan jisim proton, neutron dan elektron. 1 u diberi sebagai satu-dua belas jisim karbon-12 (12C) dan ialah 1.660 - 10-24 g. Jisim proton dan neutron kira-kira 1 u, yang merupakan satu unit jisim. Kerana karbon-12 mengandungi 6 proton dan 6 neutron dan elektron mempunyai jisim yang sangat kecil (1/1836 proton), jisim atomnya kira-kira 12 u (12.011 u). Nombor ini dipanggil nombor jisim. Nombor jisim = bilangan proton + bilangan neutron Jisim molekul sebatian kimia dapat diperoleh dengan menambahkan jisim atom atom yang terdiri dari mereka. Atom tidak dapat dibayangkan kecil - diameternya berada dalam julat 10-10 m (1 angstrom, 0.1 nm).

Sebatian kimia

Unsur kimia bergabung dengan mudah dengan unsur yang sama atau lain-lain - murni atau tidak terikat, ia jarang berlaku. Hanya elektron dalam shell atom yang bertanggungjawab untuk ikatan kimia, inti atom tidak terlibat. Sebatian kimia yang paling penting adalah:

  • Organik molekul dengan ikatan kovalen.
  • Garam dengan ikatan ion
  • Logam dengan ikatan logam

Keistimewaan sebatian kimia adalah bahawa sifatnya sama sekali berbeza dengan unsur-unsur yang disusunnya. Sebagai contoh, natrium klorida terdiri daripada natrium terionisasi dan klorin atom. Natrium kerana unsur itu lembut, perak-gray metal yang sangat reaktif, dan klorin wujud (pada suhu bilik) sebagai gas beracun. Bersama-sama mereka membentuk garam meja kristal yang kita konsumsi setiap hari sebagai penambah rasa dalam makanan. Perkara yang sama dapat digambarkan oleh contoh air, yang terbentuk dari gas hidrogen dan oksigen dalam tindak balas oksidrogen.

Jadual berkala

Jadual berkala elemen adalah gambaran keseluruhan deskriptif dan praktikal dari semua elemen, yang pertama kali dikembangkan pada tahun 1860-an. Ia bermula dengan hidrogen (1) dan disusun mengikut urutan peningkatan bilangan atom. Dengan membentangkannya dalam tempoh mendatar dan kumpulan menegak, unsur-unsur yang berkaitan dengan sifat kimia dan fizikal yang serupa dikumpulkan bersama. Ini termasuk:

  • Logam alkali
  • Logam bumi beralkali
  • Logam peralihan
  • Lantanida
  • Actinoid
  • Logam
  • Separa logam
  • Bukan logam
  • Halogen
  • Gas mulia

Pautan (versi Bahasa Inggeris): Jadual berkala IUPAC dengan muat turun PDF.

Tidak dapat dibezakan unsur-unsur

Unsur dapat diperoleh dari campuran yang dikenakan berbagai proses pemisahan kimia dan fizikal, seperti pembakaran, arus elektrik, atau penambahan asid. Pada akhirnya, proses biasa meninggalkan unsur-unsur murni. Istilah atom berasal dari bahasa Yunani, yang bermaksud tidak dapat dipisahkan. Sebenarnya, unsur-unsur tersebut tidak dapat dibahagikan lagi dengan kaedah kimia biasa. Dengan penemuan radioaktiviti dan peluruhan radioaktif, bagaimanapun, telah ditunjukkan bahawa istilah itu tidak tepat dan pembelahan nuklear yang disebut menjadi unsur dengan bilangan atom yang lebih rendah adalah mungkin. Sebaliknya, peleburan nuklear dapat menghasilkan unsur dengan bilangan atom yang lebih tinggi. Sebagai contoh, Matahari membentuk helium dari hidrogen di intinya, yang membebaskan tenaga dan haba yang menjadi asas bagi semua kehidupan di Bumi.

Struktur manusia

Seperti yang disebutkan di awal, kita manusia juga terdiri dari unsur-unsur yang diketahui. Wakil yang paling penting ialah oksigen (O), karbon (C), hidrogen (H), nitrogen (N), kalsium (Ca) dan fosforus (P). 6 elemen ini bersama-sama membentuk lebih dari 99% jisim badan! Mineral lain seperti kalium, magnesium and natrium, misalnya, serta banyak unsur surih seperti kromium, besi, fluorin, selenium or tembaga terkandung dalam kuantiti yang jauh lebih kecil, tetapi mempunyai fungsi penting.

Asal kehidupan di bumi

Unsur-unsur di bumi berasal, seperti yang telah disebutkan, di satu pihak dari ledakan besar, yang berlaku kira-kira 13.8 bilion tahun yang lalu dan dengan mana alam semesta, ruang dan masa diciptakan. Unsur-unsur yang lebih tinggi terbentuk terutamanya dalam keadaan aktif dan mati bintang (supernova). Bumi mempunyai usia sekitar 4.5 bilion tahun. Kehidupan di Bumi telah muncul secara spontan dari alam mati mungkin 4 bilion tahun yang lalu oleh gabungan unsur menjadi sebatian kimia organik. Reaksi ini berlaku terutama di dalam air, kerana reaksi kimia berlaku dengan tidak mencukupi dalam pepejal atau gas. Kajian seperti eksperimen Miller-Urey dari tahun 1950-an telah menunjukkan bahawa biomolekul seperti asid amino or asid nukleik boleh terbentuk dari sebatian yang lebih mudah di alam. Pusat peralihan dari mati ke Bumi bernyawa adalah pembentukan polimer yang berkembang biak molekul dari monomer. Ini mengandungi maklumat untuk urutan dalam strukturnya. Diperkirakan bahawa ini adalah asid ribonukleat pertama (RNA), yang menjadi pemangkin replikasi sendiri. Sekali molekul replikasi diri, evolusi berjalan, menyebabkan peningkatan kerumitan, organisma uniselular dan multiselular, tumbuhan, kulat, haiwan, dan setelah sekian lama tidak terbayangkan, kita manusia.