Анатомія атома

Частини атома

Кожен атом складається з трьох типів частинок:

Протони: мають позитивний заряд, знаходяться в ядрі (центрі)

Нейтрони: не мають заряду, також знаходяться в ядрі

Електрони: мають негативний заряд, обертаються навколо ядра в електронній хмарі

Ядро надзвичайно мале порівняно з усім атомом. Якщо атом уявити розміром із футбольний стадіон, то ядро було б мармуровою кулькою на 50-ярдовій лінії. Електрони були б комарами, що літають навколо верхніх трибун.

Ось ключовий факт: кількість протонів визначає, яким елементом є атом. Ця кількість називається атомним номером.

Кожен атом водню має рівно 1 протон. Кожен атом вуглецю має рівно 6. Кожен атом золота має рівно 79.

Зміни кількість протонів — і ти повністю зміниш елемент.

Що робить елемент?

Золото має 79 протонів. Залізо має 26 протонів. Вони виглядають по-різному, відчуваються по-різному та поводяться по-різному.

Але обидва — це просто набори протонів, нейтронів та електронів.

Карта Менделєєва

Найпотужніша шпаргалка в науці

У 1869 році російський хімік Дмитро Менделєєв зробив щось геніальне. Він написав відомі елементи на картках і розташував їх за атомною масою.

Він помітив, що елементи з подібними властивостями з’являлися через регулярні інтервали: періодичний візерунок.

Він розташував їх у таблицю з рядками (періодами) та стовпцями (групами).

Геніальний хід: Менделєєв залишив прогалини. Він передбачив, що невідкриті елементи заповнять ці прогалини, і мав рацію. Галій і германій були знайдені через кілька років, майже ідеально відповідаючи його передбаченням.

Періоди (рядки): Кожен рядок представляє нову електронну оболонку, що заповнюється.

Групи (стовпчики): Елементи в одному стовпчику мають однакову кількість зовнішніх електронів, і саме тому вони поводяться подібно.

Таблиця умовно поділяється на метали (ліворуч і в центрі: блискучі, провідні, ковкі), неметали (верхній правий кут: гази, крихкі тверді речовини), та металоїди (уздовж сходинкової лінії: властивості обох).

А ще є інертні гази в крайньому правому стовпчику: гелій, неон, аргон. Вони мають заповнені зовнішні електронні оболонки, тому майже ніколи не реагують з чимось. Вони — одинаки періодичної таблиці.

Візерунки в таблиці

Літій, натрій і калій — усі в стовпчику 1 періодичної таблиці. Усі три — м’які метали, які бурхливо реагують з водою.

Фтор, хлор і бром — усі в стовпчику 17. Усі три — високореактивні неметали, які люблять «забирати» електрони від інших атомів.

Як атоми з'єднуються

Чому атоми утворюють зв’язки

[BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

[BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Більшість атомів нестабільні самі по собі. Вони прагнуть мати повну зовнішню електронну оболонку, як у благородних газів. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Щоб досягти цього, атоми утворюють зв’язки з іншими атомами двома основними способами: [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

[BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Іонні зв’язки: один атом передає електрони іншому. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Кухонна сіль (NaCl) — класичний приклад. Натрій має 1 зовнішній електрон, який хоче втратити. Хлор має 7 зовнішніх електронів і потребує ще одного. Натрій передає свій електрон хлору. Тепер обидва мають повні зовнішні оболонки: але натрій набуває позитивного заряду (втратив електрон), а хлор — негативного (отримав електрон). Протилежні заряди притягуються, і вони з’єднуються.

<translated content> [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Ковалентні зв'язки: атоми діляться електронами. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Вода (H₂O) працює саме так. Кисню потрібно 2 додаткові електрони. Кожен водень має 1 електрон для спільного використання. Тож кисень ділиться електронами з двома атомами водню. Ніхто нічого не віддає: вони співпрацюють. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

<translated content> [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Іонні сполуки зазвичай утворюють кристали та розчиняються у воді. Ковалентні сполуки зазвичай утворюють молекули: окремі одиниці, такі як H₂O або CO₂.

Чому сіль розчиняється [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Коли ви кидаєте кристал солі в склянку води, він зникає. Тверда речовина розпадається, а іони натрію та хлору розподіляються по воді. [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]

Це відбувається тому, що вода є полярною молекулою: кінець з киснем має легкий негативний заряд, а кінці з воднем — легкий позитивний заряд.

Що таке реакція?

Реактанти стають продуктами

Хімічна реакція відбувається, коли атоми перебудовують свої зв’язки, утворюючи нові речовини.

Вихідні речовини називаються реактантами. Результати називаються продуктами.

Одне абсолютне правило: атоми ніколи не створюються і не знищуються в хімічній реакції. Це закон збереження маси. Кожен атом, який входить, повинен вийти: просто перебудований.

Реакції можуть бути екзотермічними (виділяють енергію: вогонь, вибухи, хімічні грілки) або ендотермічними (поглинають енергію: холодні пакети, фотосинтез, приготування яйця).

Хімія всюди:

- Іржа: залізо + кисень → оксид заліза. Повільна, екзотермічна.

- Горіння: паливо + кисень → вуглекислий газ + вода. Швидка, дуже екзотермічна.

- Фотосинтез: вуглекислий газ + вода + сонячне світло → глюкоза + кисень. Ендотермічна: рослина зберігає енергію Сонця в хімічних зв’язках.

Кожна з цих реакцій — це просто розрив старих зв’язків атомів і утворення нових.

Хімія іржі

Ви, напевно, бачили іржу на старих автомобілях, інструментах чи цвяхах. Іржа утворюється повільно, але це справжня хімічна реакція.

Хімічне рівняння: 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Це означає: чотири атоми заліза реагують з трьома молекулами кисню, утворюючи дві одиниці оксиду заліза (іржі).

Хімія у вашому житті [BLOCK_TYPE chemistry_everywhere/applications]

Ви живете всередині хімічної лабораторії

Хімія — це не лише те, що відбувається в колбах. Вона відбувається навколо вас, постійно. [BLOCK_TYPE chemistry_everywhere/applications]

[BLOCK_TYPE chemistry_everywhere/applications]

Готування їжі: Коли ви обсмажуєте м’ясо або підсмажуєте хліб, це реакція Майяра: амінокислоти та цукри перебудовуються в сотні нових смакових сполук. [BLOCK_TYPE chemistry_everywhere/applications]

Медицина: Кожен лікарський препарат — це молекула, створена для того, щоб точно підходити до певного рецептора у вашому тілі, як ключ до замка. [BLOCK_TYPE chemistry_everywhere/applications]

Матеріали: Екран, на якому ви читаєте цей текст, існує завдяки тому, що хіміки навчилися створювати рідкі кристали, напівпровідники та полімерні плівки.

Батареї: Ваш телефон працює на літій-іонній хімії: атоми літію переміщують електрони туди й назад між електродами.

Ваше тіло: Прямо зараз ферменти у ваших клітинах каталізують тисячі хімічних реакцій за секунду: розщеплюють їжу, будують білки, копіюють ДНК.

Кожен матеріал, кожні ліки, кожна технологія сягають корінням атомів, які утворюють зв’язки.

Ваша черга

Зв’яжіть хімію з вашим світом

Тепер ви знаєте про атоми, елементи, зв’язки та реакції. Ви маєте словниковий запас, щоб описати, з чого складаються речі та чому вони поводяться саме так.