Как атомы химических элементов металлов отличаются от атомов


Как атомы химических элементов металлов отличаются от атомов химических элементов неметаллов:а)по значению радиуса атома__________________________________________________б)по значению электроотрицательности__________________________________________во всех ли случаях можно провести резкую границу между простыми веществами металлами и неметаллами? ответ обоснуйте.поясните образование химической связи в простых веществах металлах.поясните причину схожести металлов по физическим свойствам.поясните причину схожести металлов по физическим свойствам.чем обусловлены различия в физических свойствах металлов? — Знания.site

Как атомы химических элементов металлов отличаются от атомов химических элементов неметаллов:а)по значению радиуса атома__________________________________________________б)по значению электроотрицательности__________________________________________во всех ли случаях можно провести резкую границу между простыми веществами металлами и неметаллами? ответ обоснуйте.поясните образование химической связи в простых веществах металлах.поясните причину схожести металлов по физическим свойствам.поясните причину схожести металлов по физическим свойствам.чем обусловлены различия в физических свойствах металлов? — Знания.site

9.2: Металлы и неметаллы и их ионы

За исключением водорода, все элементы, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций, называются металлами. Таким образом, металлы являются электроположительными элементами с относительно низкими энергиями ионизации. Они характеризуются ярким блеском, твердостью, способностью резонировать со звуком и отлично проводят тепло и электричество. В нормальных условиях металлы являются твердыми телами, за исключением ртути.

Физические свойства металлов

Металлы блестящие, пластичные, пластичные, хорошо проводят тепло и электричество.Другие свойства включают:

  • Состояние : Металлы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением ртути, которая находится в жидком состоянии при комнатной температуре (в жаркие дни галлий находится в жидком состоянии).
  • Блеск : Металлы обладают свойством отражать свет от своей поверхности и могут быть отполированы, например, золотом, серебром и медью.
  • Ковкость: Металлы обладают способностью противостоять ударам молотком и могут быть превращены в тонкие листы, известные как фольга.Например, кусок золота размером с кубик сахара можно растолочь в тонкий лист, которым будет покрыто футбольное поле.
  • Пластичность: Металлы можно втягивать в проволоку. Например, из 100 г серебра можно натянуть тонкую проволоку длиной около 200 метров.
  • Твердость: Все металлы твердые, кроме натрия и калия, которые мягкие и поддаются резке ножом.
  • Валентность: Металлы обычно имеют от 1 до 3 электронов на внешней оболочке их атомов.
  • Проводимость : Металлы являются хорошими проводниками, потому что у них есть свободные электроны. Серебро и медь - два лучших проводника тепла и электричества. Свинец - самый плохой проводник тепла. Висмут, ртуть и железо также являются плохими проводниками
  • Плотность : Металлы имеют высокую плотность и очень тяжелые. Иридий и осмий имеют самую высокую плотность, а литий - самую низкую.
  • Точки плавления и кипения : Металлы имеют высокие температуры плавления и кипения.Вольфрам имеет самые высокие температуры плавления и кипения, а ртуть - самые низкие. Натрий и калий также имеют низкие температуры плавления.

Химические свойства металлов

Металлы - это электроположительные элементы, которые обычно образуют основных или амфотерных оксидов с кислородом. Другие химические свойства включают:

  • Электроположительный характер : Металлы имеют тенденцию к низкой энергии ионизации, а обычно теряют электроны (т.е.е. окисляются ) когда они вступают в химические реакции реакции Обычно они не принимают электроны. Например:
    • Щелочные металлы всегда 1 + (теряют электрон в s подоболочке)
    • Щелочноземельные металлы всегда 2 + (теряют оба электрона в s подоболочке)
    • Ионы переходных металлов не следуют очевидной схеме, 2 + является обычным (теряют оба электрона в подоболочке s ), а также наблюдаются 1 + и 3 +

\ [\ ce {Na ^ 0 \ rightarrow Na ^ + + e ^ {-}} \ label {1.{-}} \ label {1.3} \ nonumber \]

Соединения металлов с неметаллами имеют тенденцию быть ионными по природе. Большинство оксидов металлов являются основными оксидами и растворяются в воде с образованием гидроксидов металлов :

\ [\ ce {Na2O (s) + h3O (l) \ rightarrow 2NaOH (aq)} \ label {1.4} \ nonumber \]

\ [\ ce {CaO (s) + h3O (l) \ rightarrow Ca (OH) 2 (aq)} \ label {1.5} \ nonumber \]

Оксиды металлов проявляют свою химическую природу основную , реагируя с кислотами с образованием солей металла и воды:

\ [\ ce {MgO (s) + HCl (водный) \ rightarrow MgCl2 (водный) + h3O (l)} \ label {1.{2 -} \), следовательно, \ (Al_2O_3 \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Вы ожидаете, что он будет твердым, жидким или газообразным при комнатной температуре?

Решения

Оксиды металлов обычно твердые при комнатной температуре

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Напишите вычисленное химическое уравнение реакции оксида алюминия с азотной кислотой:

Решение

Оксид металла + кислота -> соль + вода

\ [\ ce {Al2O3 (s) + 6HNO3 (водный) \ rightarrow 2Al (NO3) 3 (водный) + 3h3O (l)} \ nonumber \]

.

Структура атомов

Ученые открыли многое из того, что мы знаем о структуре атома, наблюдая за взаимодействием атомов с различными формами излучаемой или передаваемой энергии, например, с энергией, связанной с видимым светом, который мы обнаруживаем нашим глаза, инфракрасное излучение, которое мы воспринимаем как тепло, ультрафиолетовый свет, вызывающий солнечный ожог, и рентгеновские лучи, которые создают изображения наших зубов или костей. Все эти формы лучистой энергии должны быть вам знакомы. Мы начинаем обсуждение развития нашей нынешней модели атома с описания свойств волн и различных форм электромагнитного излучения.

Рисунок 6.1 Волна в воде

Когда капля воды падает на гладкую водную поверхность, она генерирует набор волн, распространяющихся наружу по кругу.

Свойства волн

Волна Периодическое колебание, передающее энергию через пространство. представляет собой периодическое колебание, передающее энергию через пространство. Любой, кто побывал на пляже или уронил камень в лужу, видел волны, движущиеся в воде (рис.6.1 «Волна в воде»). Эти волны возникают, когда ветер, камень или какое-либо другое возмущение, такое как проплывающая лодка, передает энергию воде, заставляя поверхность колебаться вверх и вниз по мере того, как энергия движется наружу от точки ее происхождения. Когда волна проходит через определенную точку на поверхности воды, все, что там плавает, движется вверх и вниз.

Рисунок 6.2 Важные свойства волн

(a) Длина волны (λ), частота (ν, обозначенная в Гц) и амплитуда указаны на этом рисунке волны.(b) Волна с самой короткой длиной волны имеет наибольшее количество длин волн в единицу времени (т. е. наибольшую частоту). Если две волны имеют одинаковую частоту и скорость, то энергия с большей амплитудой будет выше.

Волны обладают характерными свойствами (Рисунок 6.2 «Важные свойства волн»). Как вы могли заметить на рис. 6.1 «Волна в воде», волны - это периодические явления, такие как волны, которые регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени; то есть они регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени.Расстояние между двумя соответствующими точками в волне - между серединами двух пиков, например, или двух впадин - это длина волны (λ). Расстояние между двумя соответствующими точками в волне - между серединами двух пиков или двух впадин. Длины волн описываются единицей расстояния, обычно метрами. Частота (ν) Количество колебаний (т. Е. Волны), которые проходят определенную точку за данный период времени. волны - это количество колебаний, которые проходят определенную точку за заданный период времени.Обычными единицами измерения являются колебания в секунду (1 / с = с -1 ), что в системе СИ называется герцами (Гц). Амплитуда: Вертикальная высота волны, которая определяется как половина высоты от пика до впадины, или вертикальная высота волны определяется как половина высоты от пика до впадины; с увеличением амплитуды волны данной частоты увеличивается и ее энергия. Как вы можете видеть на Рисунке 6.2 «Важные свойства волн», две волны могут иметь одинаковую амплитуду, но разные длины волн, и наоборот.Расстояние, пройденное волной за единицу времени, - это ее скорость ( v ). Расстояние, пройденное волной за единицу времени, обычно измеряется в метрах в секунду (м / с). Скорость волны равна произведению ее длины волны на частоту:

.

Уравнение 6.1

(длина волны) (частота) = скорость λν = v (метровая волна) (волна-секунда) = метр-секунда

Водные волны медленнее звуковых волн, которые могут проходить через твердые тела, жидкости и газы.В то время как водные волны могут распространяться со скоростью несколько метров в секунду, скорость звука в сухом воздухе при 20 ° C составляет 343,5 м / с. Ультразвуковые волны, которые распространяются с еще большей скоростью (> 1500 м / с) и имеют большую частоту, используются в таких разнообразных приложениях, как определение местоположения подводных объектов и получение медицинских изображений внутренних органов.

Электромагнитное излучение

Водные волны передают энергию через пространство посредством периодических колебаний материи (воды). Напротив, энергия, которая передается или излучается в пространстве в виде периодических колебаний электрических и магнитных полей, известна как электромагнитное излучение. Энергия, которая передается или излучается в пространстве в форме периодических колебаний электрических и магнитных полей.(Рисунок 6.3 «Природа электромагнитного излучения»). Некоторые формы электромагнитного излучения показаны на Рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр». В вакууме все формы электромагнитного излучения - будь то микроволны, видимый свет или гамма-лучи - распространяются со скоростью света ( c ). Скорость, с которой все формы электромагнитного излучения распространяются в вакууме, фундаментальная физическая константа. со значением 2,99792458 × 10 8 м / с (что составляет примерно 3,00 × 10 8 м / с или 1.86 × 10 5 миль / с). Это примерно в миллион раз быстрее скорости звука.

Рисунок 6.3 Природа электромагнитного излучения

Все формы электромагнитного излучения состоят из перпендикулярных колеблющихся электрических и магнитных полей.

Поскольку разные виды электромагнитного излучения имеют одинаковую скорость ( c ), они различаются только длиной волны и частотой. Как показано на рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр» и таблица 6.1 «Единицы измерения общей длины волны для электромагнитного излучения», длины волн известного электромагнитного излучения находятся в диапазоне от 10 1 м для радиоволн до 10 −12 м для гамма-лучей, которые излучаются ядерной энергетикой. реакции. Заменив v на

.

атомов - что это такое? Что внутри них?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 3 июля 2020 г.

Предположим, вам пришлось построить себе мир, в точности похожий на тот, в котором мы живем. Где бы ты начинаешь? Вам понадобятся люди ... машины ... дома ... животные ... деревья ... и миллиарды других вещей. Но если бы у вас было несколько десятков разных типа Atom , вы можете построить все это и многое другое: вы просто соединять атомы вместе разными способами.Атомы крошечные строительные блоки, из которых построено все вокруг нас. Это Удивительно думать, что из атомов можно сделать что угодно, от змеи до океанский лайнер - но это абсолютная правда! Давай ближе смотреть.

Иллюстрации: От волос на голове до футболки на спине - все в мире состоит из атомов. На этой иллюстрации я сильно преувеличил их размер. На моем экране каждая из атомных красных точек примерно в 10 миллионов раз больше обычного атома. (Ваш экран может быть больше или меньше моего или масштабироваться иначе, поэтому примите это как очень грубое приближение.)

Что такое атом?

Разобрать что угодно и вы найдете что-то меньшее внутри. Внутри машин есть двигатели, косточки внутри яблок, сердца и легкие внутри людей, и начинка внутри плюшевых мишек. Но что произойдет, если вы продолжите идти? Если вы сохраните разбирая вещи, вы в конечном итоге обнаружите, что все имеют значение (все "вещи", которые нас окружают) сделано из различные виды атомов. Например, живые существа в основном состоят из атомов. углерод, водород и кислород.Это всего три из более чем 100 химических элементов , которые есть у ученых обнаружен. Другой элементы включают металлы, такие как медь, олово, железо и золото и газы как водород и гелий. Вы можете сделать практически все, что можете подумайте о соединении атомов разных элементов вместе, как крошечные LEGO® блоки.

Фото: Как выглядит атом? Вы можете увидеть его, если у вас есть нужный микроскоп или фотоаппарат! На этой фотографии изображены атомы стронция «летать» в кубе, стимулируясь при этом точным лазерным светом.Предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий (NIST).

Атом - самый маленький возможное количество химического элемента, поэтому атом золота - это наименьшее количество золота, которое вы можете иметь. По малому, я действительно имею в виду абсолютно, наноскопически крошечный: один атом в сотни тысяч раз тоньше человеческого волоса, поэтому у вас нет абсолютно никаких шанс когда-либо увидеть его, если у вас нет невероятно мощного электронный микроскоп. В древности раз люди думали атомами были самыми маленькими вещами в мире.Фактически, слово атом происходит от греческого слова, означающего нечто, что не может быть разделено дальше. Сегодня мы знаем, что это неправда. Теоретически, если бы у вас был нож маленький и достаточно острый, вы можете расколоть атом золота на кусочки и найти внутри более мелкие вещи. Но тогда у тебя больше не будет золота: у вас бы просто были биты. Все атомы состоят из одних и тех же битов, которые называются субатомными частицами («суб» означает меньше чем и это частицы меньше чем атомы). Так что если ты нарезал атом железа и сложить куски в кучу, а затем измельчить атом золота, и положите эти кусочки во вторую кучу, вы получите две груды очень похожих бит - но не будет ни железа, ни золота оставил.

Какие части у атома?

У большинства атомов три внутри них различные субатомные частицы: протонов , нейтронов , и электронов . Протоны и нейтроны упакованы вместе в центр атома (который называется ядром ) и электроны, которые намного меньше, кружатся вокруг вне. Когда люди рисуют атомы, они показывают электроны. как спутники, вращающиеся вокруг Земли на орбитах.По факту, электроны движутся так быстро, что мы никогда не знаем точно, где они от одного момента к другому. Представьте их как сверхбыстрые гоночные автомобили движутся так невероятно быстро, что превращаются в размытые облака - они почти везде одновременно. Вот почему вы увидите некоторые книги рисуют электроны внутри нечетких областей, называемых орбиталями , .

Работа: атомы содержат протоны и нейтроны, упакованные в центральную область, называемую ядром, в то время как электроны занимают пространство вокруг него.В простых описаниях атома мы часто говорим об электронах, "вращающихся" вокруг ядра как планеты, вращающиеся вокруг Солнца, или спутники, вращающиеся вокруг Земли, хотя это огромное упрощение. Также обратите внимание, что это изображение нарисовано не в масштабе! Большая часть атома - это пустое пространство. Если бы атом был размером с бейсбольный стадион, ядро ​​было бы размером с горошину в самом центре, а электроны были бы где-то на внешнем крае.

Что отличает атом золота от атома железа, так это количество протонов, нейтроны и электроны внутри него.Разрежьте один атом железа и вы найдете 26 протонов и 30 нейтронов, сгруппированных вместе в ядро и 26 электронов, носящихся снаружи. Атом золота больше и тяжелее. Раскройте его, и вы найдете 79 протонов и 118 нейтронов в ядре и 79 электронов, вращающихся по краю. Протоны, нейтроны и электроны в атомах железа и золота равны одинаковые - просто их разное количество. Теоретически, вы можете превратить железо в золото, взяв атомы железа и добавив 53 протона, 88 нейтронов и 53 электрона каждому.Но если бы это было так просто, как звучит, можно поспорить, что все химики мира были бы очень богаты действительно!

Но предположим, что вы может очень просто превращать атомы в другие атомы. Как бы вы сделали первые несколько химических элементов? Вы бы начали с самого простого атома, водород (символ H), который имеет один протон и один электрон, но не нейтроны. Если вы добавляете еще один протон, еще один электрон и два нейтрона, вы получаете атом гелия (символ He). Добавьте еще протон, еще один электрон, и два больше нейтронов, и у вас будет атом металлического лития (символ Ли).Добавьте один протон, один нейтрон и один электрон, и вы получите атом бериллия (символ Ве).

Смотри как оно работает? Во всех атомах количество протонов и количество электроны всегда одинаковы. Количество нейтронов очень примерно в столько же, сколько протонов, но иногда и больше. Число протонов в атоме называется атомный номер и он говорит вам, какой у вас тип атома. Атомный номер 1 означает, что атом является водородом, атомный номер 2 означает гелий, 3 означает литий, 4 - бериллий и так далее.Общее количество протонов и Сумма нейтронов называется относительной атомной массой . Относительная атомная масса водорода равна 1, а относительная атомная масса гелия атомная масса равна 4 (потому что есть два протона и два нейтрона внутри). Другими словами, атом гелия в четыре раза тяжелее, чем атом водорода, а атом бериллия в девять раз тяжелее.

Что такое Периодическая таблица?

Работа: Периодическая таблица элементов.

Предположим, вы составляете список химических элементов в порядке их атомного номера (количества протонов), начиная с водорода (H). Вы обнаружите, что элементы со схожими химическими свойствами (как они реагируют с вещами) и физическими свойствами (будь то металлы или неметаллы, как они проводят тепло и электричество и т. Д.) Появляются через регулярные промежутки времени - периодически , другими словами. Если вы перегруппируете свой список в таблицу так, чтобы похожие атомы располагались друг под другом, вы получите такую ​​диаграмму, которая называется Периодической таблицей .Столбцы называются группами, а строки - точками.

И что? Атомы в определенной группе (столбце) имеют похожие свойства. Так, например, красный столбец справа содержит благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон и т. Д.), Которые относительно инертны. Розовый столбец слева содержит щелочные металлы (литий, натрий, калий и т. Д.), Которые являются относительно химически активными металлами (вы, вероятно, знаете, что некоторые из них бурно реагируют с водой, например, с образованием взрывоопасного газообразного водорода).Если вы знаете, где находится определенный элемент в таблице, и немного знаете о свойствах элементов сверху, снизу и с обеих сторон, вы часто можете выяснить, какими будут свойства этого элемента.

Как атомы образуют молекулы и соединения?

Атомы немного похожи люди: они обычно предпочитают компанию одиночеству. Много атомов предпочитают соединяться с другими атомами, потому что они более стабильны, чем путь. Таким образом, атомы водорода не существуют сами по себе: вместо этого они образуют пару. до того, что называется молекулой водород.Молекула - наименьшее количество соединения : a вещество, состоящее из двух или более атомов.

Некоторые люди сбивают с толку молекулы и соединения. Вот как запомните разницу. Если вы присоединитесь к двум различных химических элементов вместе, часто можно полностью новое вещество. Приклейте два атома водорода к атом кислорода, и вы получите одну молекулу воды. Вода - это соединение (потому что это два разных химических элемента, соединенных вместе), но это также и молекула, потому что она образована путем объединения атомы.Запоминать это так: соединения - это элементы. соединены вместе, а молекулы - это атомы, соединенные вместе.

Не все молекулы такие маленькие и простые, как вода. Молекулы пластмассы, например, могут быть сделаны из сотен или даже тысяч отдельных атомы соединены в невероятно длинные цепи, называемые полимерами . Полиэтилен (также называемый полиэтиленом или полиэтиленом) - очень простой пример этого. Это полимер, полученный путем повторения базовой единицы, называемой мономером . снова и снова - точно так же, как поезд с углем, составленный из любого количества идентичных грузовиков, один за другим:

Что такое изотопы?

Чтобы усложнить более того, мы иногда находим атомы химического элемента, которые немного отличается от того, что мы ожидаем.Возьмем, к примеру, углерод. В обычный углерод, который мы находим в окружающем нас мире, иногда называют углерод-12. В нем шесть протонов, шесть электронов и шесть нейтронов, поэтому его атомный номер равен 6, а его относительная атомная масса равна 12. Но есть еще одна форма углерода, называемая углерод-14, шесть протоны, шесть электронов и восемь нейтронов. У него все еще есть атомный число шесть, но его относительная атомная масса равна 14. Углерод-14 больше нестабилен, чем углерод-12, поэтому он радиоактивен : это естественно распадается, выделяя в процессе субатомные частицы, чтобы превратить в азот.Углерод-12 и углерод-14 называются изотопов углерода. Изотоп - это просто атом с другим числом нейтроны, которые мы обычно ожидаем найти.

Как атомы образуют ионы?

Атомы - это не просто пакеты материи: они также содержат электрическую энергию. Каждый протон в ядро атома имеет крошечный положительный заряд (электричество, которое остается в одно место). Мы говорим, что у него есть заряд +1, чтобы все было просто (на самом деле заряд протона - длинное и сложное число: +0.00000000000000000016021892 C, будет точно!). У нейтронов вообще нет заряда. Это означает, что ядро ​​атома фактически представляет собой большую группу положительный заряд. Электрон крошечный по сравнению с протоном, но у него точно такие же сумма заряда. Фактически, электроны имеют заряд, противоположный протонов (заряд −1 или −0,00000000000000000016021892 C, чтобы быть абсолютно точно). Итак, протоны и электроны немного похожи на два разных конца батареи: у них одинаковые и противоположные электрические заряды.Поскольку в атоме одинаковое количество протонов и электронов, у него нет общего заряда: положительные заряды на всех протоны точно уравновешиваются отрицательными зарядами на всех электроны. Но иногда атом может получить или потерять электрон, чтобы стать тем, что называется ion . Если он получит электрон, он имеет немного слишком много отрицательного заряда, и мы называем это отрицательным ионом; Это он теряет электрон, он становится положительным ионом.

Изображение: Атом лития (Li) образует положительный ион (Li +), «теряя» электрон.Атом фтора (F) образует отрицательный ион (F -), приобретая электрон.

Что такого хорошего в ионы? Они очень важны во многих химических реакциях. За например, обычная поваренная соль (имеющая химическое название натрий хлорид) образуется, когда ионы натрия соединяются вместе с ионами, образующими из хлора (которые называются хлорид-ионами). Ион натрия производится когда атом натрия теряет электрон и становится положительно заряженным. Хлорид-ион образуется в наоборот, когда атом хлора получает электрон, чтобы стать отрицательно заряженный.Как два противоположных полюса магнита, положительный и отрицательные заряды притягиваются друг к другу. Так что каждый положительно заряжен Ион натрия прикрепляется к отрицательно заряженному хлорид-иону с образованием одиночная молекула хлорида натрия. Когда соединения образуются через два или несколько ионов, соединяющихся вместе, мы называем это ионная связь . Таким образом образует свои соединения большинство металлов.

Электрический заряд, которым обладают ионы, может быть полезен во всех отношениях. Ионы (а также электроны) помогают проводить электричество через батарейки при их подключении в цепь.

Откуда мы знаем, что атомы существуют?

Работа: Молекулы состоят из атомов: в начале 19 века английский химик Джон Далтон (1766–1844) понял, что атомы соединяются в простые соотношения. Вода образуется, когда два атома водорода соединяются с одним кислородом. Подобные химические реакции имеет смысл, если элементы существуют как простые строительные блоки: другими словами, атомы.

Если мы не видим атомы, как мы узнаем, что они там? Это очень хороший вопрос! Наука основана на доказательствах, так какие у нас есть доказательства того, что атомы действительно существуют? Он бывает разных форм:

  1. Химики давно знают, что когда мы объединяем разные элементы в химических реакциях, ингредиенты соединяются в простых пропорциях.Так, например, в воде мы знаем, что там в два раза больше атомов водорода, чем атомов кислорода (h3O), что делает соотношение 2: 1. В соли (хлориде натрия) одинаковое количество атомов натрия и хлора (NaCl), поэтому соотношение 1: 1. Мы можем легко объяснить это, если химические элементы действительно существуют как простые частицы (другими словами, атомы), которые соединяются, как строительные блоки.
  2. Некоторые вещества радиоактивны: они естественным образом расщепляются на более простые вещества и выделяют крошечные частицы или энергия в процессе.Опять же, это имеет смысл, если атомы существуют и построены от более мелких частиц (протонов, нейтронов и электронов).
  3. Ученые могут разбивать большие атомы на более мелкие. В одном очень знаменитая серия экспериментов в начале 20 века, команда под руководством Эрнест Резерфорд (физик из Новой Зеландии) стрелял частицами по атомам и наблюдал за происходящим. Это показало, как биты расположены внутри типичного атома (с ядром в центре).
  4. У нас есть множество доказательств существования крошечных частиц, называемых электронами: они силовые вещи, такие как электричество и магнетизм.Английский физик Дж. Дж. Томсон открыл электроны в 1897 году. Открытие помогло ученым понять, что атомы состоят из еще более мелких частиц.
  5. В отличие от этих более ранних ученых, мы действительно можем видеть атомы; просто посмотрите на фото атомов серы вверху! Увидеть эту картину обрадовало бы Резерфорда, Томсона и других пионеров атомной науки. Теперь ученые даже начинают заглядывать внутрь атомов. Благодаря разработке действительно мощных электронные микроскопы, мы можем заглянуть глубоко внутрь вещей в их внутренняя атомная структура.Например, в 2013 году ученые использовали квантовую микроскоп, чтобы получить первое изображение внутренней части атома водорода. Удивительный!

Есть еще много доказательств того, откуда это взялось, но для начала подойдет. Это показывает нам, что наша теория о том, какие атомы есть и то, как они построены, очень хорошо: теория согласуется с тем, что мы видим вокруг нас в мире, и это подтверждается множеством различных свидетельств. Однако это не полная теория: нам еще предстоит многому научиться. об атомах и осколках, скрывающихся внутри них!

Краткая история атомов

Кто открыл атом, как и когда? Давайте быстро пролистаем историю...

  • 450 г. до н.э .: древнегреческие философы Левкипп и Демокрит стали первыми, кто предположил, что материя состоит из атомов.
  • 1661: англо-ирландский химик Роберт Бойл (1627–1691) предположил, что химические элементы были простейшими формами материи.
  • 1789: француз Антуан Лавуазье (1743–1794), широко известный как «отец современной химии», составил список химических элементов (которые он определил как вещества, которые не могут быть расщеплены посредством химической реакции) .Это было важной ступенькой на пути к полной Периодической таблице.
  • 1803: английский ученый Джон Дальтон (1766–1844) опубликовал атомную теорию материи. Он понял, что каждый химический элемент состоит из атомов.
  • 1815: английский врач Уильям Праут (1785–1850) предположил, что веса различных элементов просто кратны весу атома водорода - не совсем верно, но еще один важный ключ к пониманию как сделаны атомы.
  • 1869: Опираясь на идеи Лавуазье, Дальтона, Праута и других, русский химик по имени Дмитрий Менделеев (1834–1907) нашел логический способ упорядочения химических элементов с четкой структурой, названной Периодической таблицей.
  • 1896: французский физик Анри Беккерель (1852–1908) случайно обнаружил радиоактивность.
  • 1917: английский физик из Новой Зеландии Эрнест Резерфорд (1871–1937) «расщепил» атом: он доказал, что атомы состоят из более мелких частиц, и в конечном итоге пришел к выводу, что у них есть тяжелое положительно заряженное ядро ​​и практически пустая область вокруг их.
  • 1919: британский физик Фрэнсис Астон (1852–1908) обнаружил большое количество атомных изотопов с помощью масс-спектрометрии.
  • 1938: немецкие физики Отто Хан (1879–1978) и Fritz Strassmann (1902–1980) осуществили первое ядерное деление (разделение тяжелых атомов на более легкие).
  • 1945: Соединенные Штаты сбросили атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки.
  • 1960–1970-х годов: физики элементарных частиц выяснили, как несколько фундаментальных сил удерживают вместе маленькие «субатомные» частицы. делать атомы.Их идеи постепенно стали называть Стандартной моделью.
  • 2013 г .: Ученые использовали квантовый микроскоп, чтобы сделать первые снимки внутри атома водорода.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

  • The Particle Adventure: один из лучших простых веб-сайтов, объясняющих атомы и мир внутри них.
  • Структура материи: это очень хорошее интерактивное слайд-шоу с веб-сайта Нобелевской премии объясняет на 22 слайдах все об атомах и других частицах внутри них.[Архивировано через Wayback Machine.]
  • Темная материя и темная энергия: Большая часть «вещества» во Вселенной - это не обычная материя или энергия, как мы всегда представляли: это на самом деле «темная материя» и «темная энергия». На этом веб-сайте НАСА объясняется, что это такое и как они соотносятся с обычным веществом и энергией.

Статьи

Книги для юных читателей

  • Вы чувствуете силу? Ричарда Хаммонда. Дорлинг Киндерсли, 2015. Включает краткое введение в атомы, квантовую теорию и физику элементарных частиц.
  • Периодическая таблица Адриана Дингла. Oxford University Press, 2014.
  • Атомы и молекулы Криса Вудфорда и Мартина Клоуза. Rosen, 2012. (Ранее опубликовано Blackbirch.) Одна из моих собственных книг, в которой представлена ​​история теории атома с древних времен до наших дней.
  • Алан Мортон «Расщепление атома». Эванс, 2005. Краткая история теории атома.
  • Как расщепить атом. Хейзел Ричардсон. Oxford University Press, 1999. Забавное и забавное руководство, которое понравится любителям серии «Ужасная наука».
  • Очевидец: Дело Кристофера Купера. Дорлинг Киндерсли, 1992. Более сухое, но твердое вступление; подходит для школьных проектов.

Книги для старших читателей

  • Atom от Пирса Бизони. Icon, 2017. История о том, как ученые пришли к пониманию атомов.
  • The Elements: Визуальное исследование каждого известного атома во Вселенной, Теодор Грей. Black Dog & Leventhal, 2012. Занимательное путешествие по таблице Менделеева.
  • Мистер Томпкинс в мягкой обложке Георгия Гамова.Кембридж, 2012. Очень яркое введение в мир внутри атомов от одного из самых творческих физиков 20-го века. Подходит для подростков старшего возраста и старше.
  • «Муха в соборе» Брайана Кэткарта. Фаррар, Страус и Жиру, 2005. Превосходный, легкий для понимания отчет о том, как Эрнест Резерфорд и его команда выяснили структуру атомов. Также опубликовано в мягкой обложке пользователя Penguin.
  • Шесть легких пьес Ричарда Фейнмана. Penguin, 1998. Эта книга ни в коем случае не такая «легкая», как следует из названия, но последняя глава действительно содержит содержательное объяснение квантовой теории и ее различных загадок, которые люди с базовыми физическими знаниями могут надеяться понять.

Видео

  • Что такое бозон Хиггса ?: Дон Линкольн, ученый из Fermilab, объясняет самый острый вопрос в субатомной науке - в терминах, которые большинство из нас может понять!
  • Что такое антивещество? Еще одно хорошее простое объяснение от Дона Линкольна.
  • Как J.J. Томсон открыл электрон: это отличное небольшое видео, которое объясняет, как такие ученые, как Томсон, пришли к выводу, что электроны должны быть заряженными частицами внутри атомов.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2019) Атомы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/atoms.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте ...

.

химическое соединение | Определение, примеры и типы

Химическое соединение , любое вещество, состоящее из идентичных молекул, состоящих из атомов двух или более химических элементов.

молекула метана

Метан, в котором четыре атома водорода связаны с одним атомом углерода, является примером основного химического соединения. На структуру химических соединений влияют сложные факторы, такие как валентные углы и длина связи.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

Подводки к химии

Сколько электронов у атома натрия?

Вся материя Вселенной состоит из атомов более чем 100 различных химических элементов, которые встречаются как в чистом виде, так и в сочетании в химических соединениях.Образец любого данного чистого элемента состоит только из атомов, характерных для этого элемента, и атомы каждого элемента уникальны. Например, атомы углерода отличаются от атомов железа, которые, в свою очередь, отличаются от атомов золота. Каждый элемент обозначается уникальным символом, состоящим из одной, двух или трех букв, возникающих либо из текущего имени элемента, либо из его исходного (часто латинского) имени. Например, символы углерода, водорода и кислорода - это просто C, H и O соответственно.Символ железа - Fe, от оригинального латинского названия ferrum . Фундаментальный принцип химической науки состоит в том, что атомы различных элементов могут объединяться друг с другом с образованием химических соединений. Например, метан, который образован из элементов углерода и водорода в соотношении четыре атома водорода на каждый атом углерода, как известно, содержит отдельные молекулы CH 4 . Формула соединения - например, CH 4 - указывает типы присутствующих атомов, с нижними индексами, представляющими относительное количество атомов (хотя цифра 1 никогда не записывается).

молекула воды

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Один атом кислорода содержит шесть электронов в своей внешней оболочке, которая может содержать в общей сложности восемь электронов. Когда два атома водорода связаны с атомом кислорода, внешняя электронная оболочка кислорода заполняется.

Encyclopædia Britannica, Inc.
  • Исследуйте магнитоподобную ионную связь, образующуюся при передаче электронов от одного атома к другому

    Ионы - атомы с положительным или отрицательным суммарным зарядом - связываются вместе, образуя ионные соединения.

    Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи
  • Посмотрите, как работают молекулярные связи, когда два атома водорода присоединяются к атому серы, образуя сероводород

    Молекулярные соединения образуются, когда молекулы, такие как молекулы метана или вода, соединяются вместе, разделяя электроны.

    Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Вода, которая представляет собой химическое соединение водорода и кислорода в соотношении два атома водорода на каждый атом кислорода, содержит молекулы H 2 O.Хлорид натрия - это химическое соединение, образованное из натрия (Na) и хлора (Cl) в соотношении 1: 1. Хотя формула хлорида натрия - NaCl, соединение не содержит реальных молекул NaCl. Скорее, он содержит равное количество ионов натрия с положительным зарядом (Na + ) и ионов хлора с отрицательным зарядом (Cl - ). ( См. Ниже Тенденции в химических свойствах элементов для обсуждения процесса превращения незаряженных атомов в ионы [i.е., виды с положительным или отрицательным суммарным зарядом].) Упомянутые выше вещества представляют два основных типа химических соединений: молекулярные (ковалентные) и ионные. Метан и вода состоят из молекул; то есть они являются молекулярными соединениями. С другой стороны, хлорид натрия содержит ионы; это ионное соединение.

Атомы различных химических элементов можно сравнить с буквами алфавита: так же, как буквы алфавита объединяются, образуя тысячи слов, атомы элементов могут объединяться различными способами, образуя бесчисленное множество соединений. .На самом деле известны миллионы химических соединений, и многие миллионы возможны, но еще не открыты или синтезированы. Большинство веществ, встречающихся в природе, таких как древесина, почва и камни, представляют собой смеси химических соединений. Эти вещества могут быть разделены на составляющие их соединения физическими методами, которые не изменяют способ агрегирования атомов в соединениях. Соединения можно разделить на составные элементы путем химических изменений.Химическое изменение (то есть химическая реакция) - это изменение, при котором организация атомов изменяется. Примером химической реакции является горение метана в присутствии молекулярного кислорода (O 2 ) с образованием диоксида углерода (CO 2 ) и воды. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O В этой реакции, которая является примером реакции горения, происходят изменения в том, как атомы углерода, водорода и кислорода связаны друг с другом. в соединениях.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Химические соединения обладают поразительным набором характеристик. При обычных температурах и давлениях некоторые из них являются твердыми телами, некоторые - жидкостями, а некоторые - газами. Цвета различных составных частей совпадают с цветами радуги. Некоторые соединения очень токсичны для человека, тогда как другие необходимы для жизни. Замена только одного атома в соединении может быть причиной изменения цвета, запаха или токсичности вещества.Чтобы понять это огромное разнообразие, были разработаны системы классификации. В приведенном выше примере соединения классифицируются как молекулярные или ионные. Соединения также подразделяются на органические и неорганические. Органические соединения ( см. Ниже Органические соединения), названные так потому, что многие из них были первоначально изолированы от живых организмов, обычно содержат цепи или кольца атомов углерода. Из-за огромного разнообразия способов связывания углерода и других элементов существует более девяти миллионов органических соединений.Соединения, которые не считаются органическими, называются неорганическими соединениями ( см. Ниже Неорганические соединения).

ртуть (Hg)

Ртуть (химический символ: Hg) - единственный металлический элемент, который является жидким при комнатной температуре.

© marcel / Fotolia

В рамках широкой классификации органических и неорганических веществ существует множество подклассов, в основном основанных на конкретных элементах или группах присутствующих элементов. Например, среди неорганических соединений оксиды содержат ионы O 2- или атомы кислорода, гидриды содержат ионы H - или атомы водорода, сульфиды содержат ионы S 2- и т. Д.Подклассы органических соединений включают спирты (содержащие группу OH), карбоновые кислоты (характеризующиеся группой COOH), амины (содержащие группу NH 2 ) и так далее.

Различные способности различных атомов объединяться с образованием соединений лучше всего можно понять с помощью периодической таблицы. Периодическая таблица Менделеева была первоначально построена для представления закономерностей, наблюдаемых в химических свойствах элементов ( см. химическая связь). Другими словами, по мере развития науки химии было замечено, что элементы можно сгруппировать в соответствии с их химической реакционной способностью.Элементы с подобными свойствами перечислены в вертикальных столбцах периодической таблицы и называются группами. По мере раскрытия деталей атомной структуры стало ясно, что положение элемента в периодической таблице коррелирует с расположением электронов, которыми обладают атомы этого элемента ( см. Атом ). В частности, было замечено, что электроны, которые определяют химическое поведение атома, находятся в его внешней оболочке. Такие электроны называются валентными электронами.

таблица Менделеева

Периодическая таблица элементов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Например, атомы элементов в группе 1 периодической таблицы все имеют один валентный электрон, атомы элементов в группе 2 имеют два валентных электрона, и так далее, до группы 18 , элементы которого содержат восемь валентных электронов. Самое простое и самое важное правило для предсказания того, как атомы образуют соединения, заключается в том, что атомы имеют тенденцию объединяться таким образом, чтобы они могли либо опустошить свою валентную оболочку, либо завершить ее (т.е., заполните его), в большинстве случаев всего с восемью электронами. Элементы в левой части таблицы Менделеева имеют тенденцию терять свои валентные электроны в химических реакциях. Натрий (в Группе 1), например, имеет тенденцию терять свой одинокий валентный электрон с образованием иона с зарядом +1. Каждый атом натрия имеет 11 электронов ( e - ), каждый с зарядом -1, чтобы просто сбалансировать заряд +11 на его ядре. Потеря одного электрона оставляет у него 10 отрицательных зарядов и 11 положительных зарядов, что дает суммарный заряд +1: Na → Na + + e -.Калий, расположенный непосредственно под натрием в Группе 1, также образует в своих реакциях +1 ион (K + ), как и остальные члены Группы 1: рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). Атомы элементов в правом конце периодической таблицы имеют тенденцию вступать в реакции, так что они получают (или разделяют) достаточно электронов, чтобы заполнить свою валентную оболочку. Например, кислород в группе 16 имеет шесть валентных электронов и, следовательно, нуждается в двух дополнительных электронах для завершения своей внешней оболочки. Кислород достигает этого за счет реакции с элементами, которые могут терять или делиться электронами.Атом кислорода, например, может реагировать с атомом магния (Mg) (в Группе 2), принимая два валентных электрона магния, образуя ионы Mg 2+ и O 2−. (Когда нейтральный атом магния теряет два электрона, он образует ион Mg 2+ , а когда нейтральный атом кислорода получает два электрона, он образует ион O 2-.) Получающийся в результате Mg 2+ и O 2- затем объединяют в соотношении 1: 1 с получением ионного соединения MgO (оксид магния). (Хотя составной оксид магния содержит заряженные частицы, у него нет чистого заряда, поскольку он содержит равное количество ионов Mg 2+ и O 2-.) Аналогичным образом кислород реагирует с кальцием (чуть ниже магния в группе 2) с образованием CaO (оксид кальция). Кислород аналогичным образом реагирует с бериллием (Be), стронцием (Sr), барием (Ba) и радием (Ra), остальными элементами группы 2. Ключевым моментом является то, что, поскольку все элементы в данной группе имеют одинаковое количество валентных электронов, они образуют аналогичные соединения.

Химические элементы можно классифицировать по-разному. Наиболее фундаментальное разделение элементов - на металлы, которые составляют большинство элементов, и неметаллы.Типичные физические свойства металлов - это блестящий внешний вид, пластичность (способность растираться в тонкий лист), пластичность (способность вытягиваться в проволоку), а также эффективная тепло- и электропроводность. Самым важным химическим свойством металлов является тенденция отдавать электроны с образованием положительных ионов. Например, медь (Cu) - типичный металл. Он блестящий, но легко тускнеет; это отличный проводник электричества и обычно используется для электрических проводов; и из него легко превращаться в изделия различной формы, такие как трубы для систем водоснабжения.Медь содержится во многих ионных соединениях в форме иона Cu + или Cu 2+ .

Металлические элементы находятся на левой стороне и в центре таблицы Менделеева. Металлы групп 1 и 2 называются типичными металлами; те, что находятся в центре периодической таблицы, называются переходными металлами. Лантаноиды и актиноиды, показанные под периодической таблицей, представляют собой особые классы переходных металлов.

металлических элементов в периодической таблице Менделеева

Металлы, неметаллы и металлоиды представлены в различных частях периодической таблицы Менделеева.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Неметаллы, которых относительно мало, находятся в верхнем правом углу таблицы Менделеева, за исключением водорода, единственного неметаллического члена группы 1. Физические свойства, характерные для металлы в неметаллах отсутствуют. В химических реакциях с металлами неметаллы приобретают электроны с образованием отрицательных ионов. Неметаллические элементы также реагируют с другими неметаллами, в этом случае образуя молекулярные соединения. Хлор - типичный неметалл.При обычных температурах элементарный хлор содержит молекулы Cl 2 и реагирует с другими неметаллами с образованием таких молекул, как HCl, CCl 4 и PCl 3 . Хлор реагирует с металлами с образованием ионных соединений, содержащих ионы Cl - .

Разделение элементов на металлы и неметаллы является приблизительным. Некоторые элементы вдоль разделительной линии проявляют как металлические, так и неметаллические свойства и называются металлоидами или полуметаллами.

.

Смотрите также