Анатомия атома

Части атома

У каждого атома есть три типа частиц:

Протоны: положительно заряженные, находятся в ядре (центре)

Нейтроны: без заряда, также находятся в ядре

Электроны: отрицательно заряженные, обращаются вокруг ядра в электронной облаке

Ядро настолько маленько по сравнению с целым атомом. Если атом был бы размером с футбольное поле, ядро было бы бирюкл на 50-метровой отметке. Электроны были бы комарами, кружащими вокруг верхних рядов.

Ключевое утверждение: количество протонов определяет, какой элемент является атомом. Это число называется числом атома.

У каждого атома водорода ровно 1 протон. У каждого атома углерода ровно 6. У каждого атома золота ровно 79.

Измените количество протонов, и вы измените элемент полностью.

Что делает элемент?

Золото имеет 79 протонов, а железо имеет 26 протонов. Они выглядят по-разному, ощущаются по-разному и ведут себя по-разному.

Но они оба представляют собой просто коллекции протонов, нейтронов и электронов.

Карта Менделеева

Самый мощный cheat sheet в науке

В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев сделал что-то блестящее. Он написал известные элементы на карточках и расположил их по атомному весу.

Он заметил, что элементы с похожими свойствами появлялись с регулярными интервалами: периодический паттерн.

Он разместил их в таблице с строками (периодами) и столбцами (группами).

Гениальное решение: Менделеев оставил пробелы. Он предсказал, что неоткрытые элементы заполнят эти пробелы: и он был прав. Галлий и германий были найдены спустя годы, почти идеально соответствуя его предсказаниям.

Периоды (строки): Каждая строка представляет собой заполнение нового электронного слоя.

Группы (столбцы): Элементы в одном столбце имеют одинаковое количество внешних электронов: и поэтому они ведут себя по-разному.

Таблица примерно делится на металлы (слева и в центре: блестящие, проводящие, пластичные), неметаллы (в правом верхнем углу: газы, хрупкие твердые тела) и селены (по линии лестницы: свойства обеих сторон).

И затем есть благородные газы в самом правом столбце: гелий, неон, аргон. У них полные внешние электронные оболочки, поэтому они почти никогда не реагируют с чем-либо. Они одиночки таблицы Менделеева.

ПATTERNS в таблице

Литий, натрий и калий находятся в столбце 1 таблицы Менделеева. Все три металла мягкие, которые реагируют взрывно с водой.

Фтор, хлор и бром находятся в столбце 17. Все три являются высокореактивными неметаллами, которые любят забирать электроны у других атомов.

Как Атомы Соединяются

Почему Атомы Соединяются

Большинство атомов неустойчиво самостоятельно. Они хотят полную внешнюю электронную оболочку: как у благородных газов.

Чтобы достичь этого, атомы соединяются с другими атомами двумя основными способами:

Ионные связи: один атом передает электроны другому.

Соль таблицы (NaCl) является классическим примером. Натрий имеет 1 внешний электрон, который хочет потерять. Хлор имеет 7 внешних электронов и хочет одного больше. Натрий передает свой электрон хлору. Теперь у обоих полная внешняя оболочка, но натрий положительно заряжен (потерял электрон), а хлор отрицательно заряжен (получил один). Противоположные заряды притягиваются, и они соединяются.

Координационные связи: атомы обмениваются электронами.

Вода (H₂O) работает таким образом. Оксиду нужно 2 электрона. Каждый водород имеет 1 электрон, который хочет поделиться. Так что оксид обменивается электронами с двумя водородами. Никто ничего не теряет: они сотрудничают.

Ионные соединения склонны образовывать кристаллы и растворяться в воде. Координационные соединения склонны образовывать молекулы: индивидуальные единицы, такие как H₂O или CO₂.

Почему соль растворяется

Когда вы опустите кристалл соли в стакан с водой, он исчезает. Твердое вещество разрушается, и ионы натрия и хлора распространяются по воде.

Это происходит потому, что вода полярная молекула: у кислорода конец слегка отрицательный, а водородные концы слегка положительные.

Что такое реакция?

Реагенты становятся продуктами

Химическая реакция происходит, когда атомы перестраивают свои связи, чтобы образовать новые вещества.

Начальные материалы называются реагентами. Результаты называются продуктами.

Один абсолютный закон: атомы никогда не создаются или уничтожаются в химической реакции. Это закон сохранения массы. Каждый атом, который идет, должен выйти: просто перестроенный.

Реакции могут быть эндотермическими (освобождать энергию: огонь, взрывы, нагревательные элементы для рук) или экзотермическими (воспринимать энергию: холодные упаковки, фотосинтез, готовка яичницы).

Химия повсюду:

- Ржавчина: железо + кислород → ржавчата. Медленно, экзотермически.

- Сжигание: топливо + кислород → углекислый газ + вода. Быстро, очень экзотермически.

- Фотосинтез: углекислый газ + вода + солнечный свет → глюкоза + кислород. Эндотермический: растение хранит энергию солнца в химических связях.

Каждая из этих реакций - это просто атомы, разрывающие старые связи и формирование новых.

Химия ржавчины

Вы, возможно, уже видели ржавчину на старых автомобилях, инструментах или гвоздях. Ржавчина образуется медленно, но это настоящая химическая реакция.

Химическая формула: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Это читается: четыре атома железа реагируют с тремя молекулами кислорода, чтобы образовать два единицы железистой окиси (ржавчины).

Химия в вашей жизни

Вы живете внутри химического лаборатория

Химия не только что происходит в пробирках. Она происходит вокруг вас, постоянно.

Приготовление еды: Когда вы поджариваете мясо или выпекаете хлеб, это Маилларов реакция: аминокислоты и сахара перестраиваются в сотни новых ароматических соединений.

Медицина: Каждый препарат - это молекула, спроектированная для того, чтобы влезть в определенную рецептор в вашем организме, как ключ в замке.

Материалы: Экран, на котором вы читаете это, существует потому, что химики разработали жидкие кристаллы, полупроводники и пленки из полимеров.

Аккумуляторы: Ваш телефон работает на основе химии литий-ионных батарей: атомы лития передают электроны между электродами.

Ваш организм: В данный момент в клетках вашего организма ферменты катализируют тысячи химических реакций в секунду: расщепление пищи, построение белков, копирование ДНК.

Каждый материал, каждая лекарственная субстанция, каждая технология восходит к атомам, образующим связи.

Ваш ход

Свяжите химию с вашим миром

Вы знаете о атомах, элементах, связях и реакциях. У вас есть словарь, чтобы описать, из чего сделаны вещи, и почему они ведут себя так, как ведут себя.