原子の解剖

原子の部分

すべての原子は3種類の粒子があります。

プロトン: 正電荷があり、核子(中心)にあります。

ニュートロン: 無電荷で、核子にあります。

電子: 負電荷があり、核子を周回する電子雲にあります。

核子は、全体の原子に対してとても小さいです。原子がフットボールスタジアムの大きさであると仮定すると、核子は50ヤードライン上のマーブルで、電子は上の席のブズビズするムシです。

鍵事実: プロトンの数が原子が何であるかを決定します。この数は原子番号と呼ばれます。

すべての水素原子は正確に1個のプロトンを持ち、すべての炭素原子は正確に6個、すべての金原子は正確に79個です。

プロトンの数を変更すると、元素そのものが変わってしまいます。

元素を決めるもの

金は79個のプロトンがあり、鉄は26個のプロトンがあります。彼らは見た目が違う、触れると違う、振る舞いが違うです。

しかし、彼らはすべてプロトン、ニュートロン、電子の集合体です。

メンデレエフの地図

科学の最強のチートシート

1869年、ロシアの化学者であるドミトリ・メンデレエフは驚くべきことをしました。知られている元素のカードを書き、それを原子重量で並べました。

彼は、類似の性質を持つ元素が定期的に現れることに気づきました：周期的なパターン。

彼は、行（期間）と列（グループ）で表に並べました。

天才的な手腕：メンデレエフは空白を残しました。未知の元素がその空白を埋めることを予想し、その予想はほぼ完全に正確でした。ガリウムとゲルマニウムは、その予想を数年後にほぼ正確に確認するために見つかりました。

期間（行）：各行は新しい電子殻が埋められることを表しています。

グループ（列）：同一列の元素は同じ数の外部電子を持っており、それがなぜ彼らが類似した振る舞いをするか原因です。

表は概して金属（左と中央：光る、伝導性、可塑性）、非金属（上部右：気体、脆い固体）、および金属元素（階段線上：どちらの性質も持つ）に分割されます。

そして、貴ガスが遠右の列にあります：ヘリウム、ネオン、アargon。彼らはほぼ常に他のものと反応しない完全な外部電子殻を持っています。周期表の孤独者です。

表のパターン

リチウム、ソーダ、ポタシウムはすべて周期表の第1列にあります。すべてが水と反応する暴れん坊の柔らかい金属です。

フロリンヌ、クロロリン、ブルーミンはすべて第17列にあります。すべてが非常に反応的な非金属で、他の原子から電子を奪うのが大好きです。

原子がつながる方法

なぜ原子が結合するか

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大部分の原子は単独で安定していません。完全な外部電子殻を持つことを望んでいます：貴金属のように。

それを達成するために、原子は主に2つの方法で他の原子と結合します：

イオン的結合: 一つの原子がもう一つの原子に電子を転送します。

クラシックな例は塩(NaCl)です。ナトリウムは1つの外部電子を失いたいと思っています。クロリ素は7つの外部電子を持っており、1つもう少し欲しいと思っています。ナトリウムはクロリ素に電子を渡します。両方が完全な外部殻を持つようになりましたが、ナトリウムは電子を失ったため陽電位（電子を失った）になり、クロリ素は電子を獲得したため負電位（電子を獲得した）になります。反対の電気的なものが引き合うし、互いに結合します。

共有結合: 原子が電子を共有します。

水(H₂O)はこの方法で働きます。酸素は2つの電子が必要です。各ヒドロゲンは1つを共有できます。酸素は2つのヒドロゲンと電子を共有します。誰もが何かを譲渡することなく協力します。

イオン的化合物は一般的に結晶を形成し、水に溶けることが多いです。共有結合の化合物は一般的に分子を形成します：個別の単位としてH₂OやCO₂のように。

塩が溶ける理由

グラスに水を入れたときに塩の結晶を落とすと、消えます。固体は分解し、ナトリウムとクロリ素のイオンが水中に広がります。

これは、水が極性分子であるためです：酸素の端はわずかに負電気を持ち、ヒドロゲンの端はわずかに正電気を持ちます。

反応とは何ですか?

反応物が製品になる

化学反応は、原子が新しい物質を形成するために結合の配置を変える時に起こります。

開始材料は反応物です。結果は製品です。

絶対的なルール: 化学反応では原子が生成または破壊されません。このことは質量の保存の法則**です。すべての原子が入力に来なければなりません。出力に来るのは、ただ配置が変わったものです。

反応は発熱反応（エネルギーを放出：火、爆発、手袋）または吸熱反応（エネルギーを吸収：冷却パック、光合成、卵を炒める）になることがあります。

化学はどこにでもあります：

- 錆: 鉄 + 酸素 → 鉄酸化物。遅い、発熱。

- 燃焼: 燃料 + 酸素 → 炭酸二酸 + 水。非常に速く、非常に発熱。

- 光合成: 炭酸二酸 + 水 + 日光 → 葛酵素 + 酸素。吸熱: 植物は太陽エネルギーを化学結合に保存します。

これらすべては、原子が古い結合を破壊し、新しい結合を形成するだけです。

錆の化学

おそらくお客様は古い車、道具、または釘で錆を見ることがあります。錆は本当に化学反応です。

化学方程式は次のとおりです：4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

これは、4つの鉄原子が3つの酸素分子と反応し、2つの鉄酸化物（錆）を形成することを意味します。

あなたの生活に化学

あなたは化学実験室の中に住んでいます

化学はビーカーの中だけで起こりません。常に、あなたの周りに起こっています。

調理: 肉を焼くかパンを焼くと、マイヤール反応が起こります。アミノ酸と糖が数百の新しい味付けの分子に再配置されます。

薬学: すべての薬は、体の中の特定の受容体に適合するように設計されています。鍵とロックのようなものです。

材料: これを読んでいますが、液晶、半導体、ポリマーフィルムを作り出す化学者がいるから存在します。

電池: お手持ちの電話はリチウムイオン電池で動作しています。リチウム原子が電極間で電子を往復させています。

あなたの体: 現在、あなたの細胞内には、数千回の化学反応を触媒する酵素が働いています。食物の分解、蛋白質の合成、DNAのコピーなど。

すべての材料、すべての薬、すべての技術は、原子が結合を形成することで始まります。

あなたの番です

化学とあなたの世界をつなげる

あなたは原子、元素、結合、そして反応について知っています。あなたは何がどのように形成され、どのように振る舞うのかを説明するための語彙を持っています。