Naučite se kemije 11. stopnje

Gradniki snovi so atomi, ki se združujejo in tvorijo molekule ali spojine. Pomembno je poznati dele atoma, kaj so ioni in izotopi in kako se atomi združujejo.

Atomi so sestavljeni iz treh komponent:

• protoni - pozitiven električni naboj
• nevtroni - brez električnega naboja
• elektroni - negativni električni naboj

Protoni in nevtroni tvorijo jedro ali središče vsakega atoma. Elektroni krožijo po jedru. Torej ima jedro vsakega atoma neto pozitiven naboj, zunanji del atoma pa neto negativni naboj. Pri kemijskih reakcijah atomi izgubljajo, pridobivajo ali delijo elektrone. Jedro ne sodeluje v navadnih kemičnih reakcijah, čeprav lahko jedrsko razpadanje in jedrske reakcije povzročijo spremembe v atomskem jedru.

Število protonov v atomu določa, kateri element je. Vsak element ima eno ali dve črki simbol ki se uporablja za identifikacijo v kemijskih formulah in reakcijah. Simbol helija je He. Atom z dvema protonoma je atom helija, ne glede na to, koliko nevtronov ali elektronov ima. Atom ima lahko enako število protonov, nevtronov in elektronov, število nevtronov in / ali elektronov pa se lahko razlikuje od števila protonov.

Atomi z neto pozitivnim ali negativnim električnim nabojem so ioni. Na primer, če atom helija izgubi dva elektrona, bi imel neto naboj +2, kar bi bilo zapisano²⁺.

Spreminjanje števila nevtronov v atomu določa, kateri izotop elementa je. Atomi so lahko zapisani z jedrskimi simboli, da prepoznajo njihov izotop, kjer je število nukleonov (protonov in nevtronov) je navedeno zgoraj in na levi strani simbola elementa, s številom protonov, ki so navedeni spodaj in na levi strani simbol. Na primer, trije izotopi vodika so:

¹₁H, ²₁H, ³₁H

Ker veste, da se število protonov za atom elementa nikoli ne spremeni, se izotopi pogosteje pišejo s simbolom elementa in številom nukleonov. Za tri izotope vodika ali U-236 in U-238 lahko napišete H-1, H-2 in H-3 za dva običajna izotopa urana.

The atomsko število atoma identificira njegov element in število protonov. The atomska teža je število protonov plus število nevtronov v elementu (ker je masa elektronov tako majhna v primerjavi z maso protonov in nevtronov, da v bistvu ne šteje). Atomska teža se včasih imenuje atomska masa ali število atomske mase. Atomsko število helija je 2. Atomska teža helija je 4. Upoštevajte, da atomska masa elementa v periodični tabeli ni celo število. Na primer, atomska masa helija je dana 4.003 namesto 4. To je zato, ker periodična tabela odraža naravno obilje izotopov elementa. Pri kemijskih izračunih uporabljate atomsko maso, ki je navedena v periodični tabeli, ob predpostavki, da vzorec elementa odraža naravni razpon izotopov za ta element.

Atomi medsebojno delujejo, pogosto tvorijo kemične vezi med seboj. Ko se dva ali več atomov vežeta drug na drugega, tvorita molekulo. Molekula je lahko preprosta, na primer H₂ali bolj zapletene, kot je C₆H₁₂O₆. Napisi označujejo število posamezne vrste atoma v molekuli. Prvi primer opisuje molekulo, ki jo tvorita dva atoma vodika. Drugi primer opisuje molekulo, ki jo tvori 6 atomov ogljika, 12 atomov vodika in 6 atomov kisika. Medtem ko bi atome lahko napisali v katerem koli vrstnem redu, je konvencija najprej napisati pozitivno nabit preteklost molekule, nato pa negativno nabit del molekule. Torej, natrijev klorid je napisan NaCl in ne ClNa.

Periodična tabela je pomembno orodje v kemiji. Te opombe pregledajo periodično tabelo, njeno organizacijo in trende periodičnih tabel.

Leta 1869 je dr. Dmitri Mendeleev je kemijske elemente organiziral v periodično tabelo, podobno tisti, ki jo uporabljamo danes, razen njegovih elementov so bili razvrščeni glede na povečanje atomske teže, medtem ko je moderna tabela organizirana s povečanjem atomske mase številka. Način organiziranja elementov omogoča opazovanje trendov lastnosti elementov in napovedovanje obnašanja elementov v kemijskih reakcijah.

Kličejo se vrstice (premikanje levo proti desni) obdobja. Elementi v nekem obdobju imajo enako najvišjo raven energije za neizrabljeni elektron. Ko se velikost atoma povečuje, je pod nivojem energije več, zato je več elementov v obdobjih v nadaljevanju tabele.

Stolpci (premikajo se od vrha do dna) so osnova za element skupine. Elementi v skupinah imajo enako število valenčnih elektronov ali zunanje razporeditve elektronskih lupin, kar daje elementom v skupini več skupnih lastnosti. Primeri skupin elementov so alkalijske kovine in žlahtni plini.

Organizacija periodične tabele omogoča, da se na prvi pogled vidijo trendi lastnosti elementov. Pomembni trendi se nanašajo na atomski polmer, ionizacijsko energijo, elektronegativnost in afiniteto elektronov.

• Atomski polmer
  Atomski polmer odraža velikost atoma. Atomski polmer zmanjšuje premikanje od leve proti desni čez obdobje in povečuje premikanje od vrha do dna navzdol skupina elementov. Čeprav bi si lahko mislili, da bi atomi preprosto postali večji, ko pridobijo več elektronov, elektroni ostanejo v lupini, medtem ko naraščajoče število protonov potegne lupine bližje jedru. Ko se gibljejo po skupini, se elektroni v novih energetskih lupinah nahajajo dlje od jedra, zato se celotna velikost atoma poveča.
• Ionizacijska energija
  Ionizacijska energija je količina energije, ki je potrebna za odstranitev elektrona iz iona ali atoma v plinskem stanju. Ionizacijska energija povečuje premikanje od leve proti desni čez obdobje in zmanjšuje premikanje od vrha do dna navzdol po skupini.
• Elektronegativnost
  Elektronegativnost je merilo, kako enostavno atom tvori kemično vez. Večja je elektronegativnost, večja je privlačnost za vezanje elektrona. Elektronegativnost zmanjšuje premikanje po skupini elementov. Elementi na levi strani periodične tabele so ponavadi elektropozitivni ali večja je verjetnost, da bodo darovali elektron kot pa ga sprejeli.
• Prirodnost elektronov
  Afiniteta elektrona odraža, kako hitro bo atom sprejel elektron. Afiniteta elektrona se razlikuje glede na skupino elementov. Plemeniti plini imajo elektronske afinitete blizu ničle, ker so napolnili elektronske lupine. Halogeni imajo visoko afiniteto z elektroni, ker dodajanje elektrona daje atomu popolnoma napolnjeno elektronsko lupino.

Kemične vezi jih je enostavno razumeti, če upoštevate naslednje lastnosti atomov in elektronov:

• Atomi iščejo najbolj stabilno konfiguracijo.
• Pravilo okteta pravi, da bodo atomi z 8 elektroni v svoji zunanji orbiti najbolj stabilni.
• Atomi lahko delijo, dajejo ali odvzemajo elektrone drugih atomov. To so oblike kemičnih vezi.
• Veze se pojavljajo med valenčnimi elektroni atomov in ne notranjimi elektroni.

Dve glavni vrsti kemijskih vezi sta ionske in kovalentne vezi, vendar morate vedeti več oblik vezanja:

• Jonske vezi
  Jonske vezi tvorijo, ko en atom vzame elektron iz drugega atoma. Primer: NaCl je tvorjen z ionsko vezjo, kjer natrij daje valenčni elektron kloru. Klor je halogen. Vsi halogeni imajo 7 valenčnih elektronov in potrebujejo še enega, da dobijo stabilen oktet. Natrij je alkalna kovina. Vse alkalne kovine imajo 1 valenčni elektron, ki ga zlahka podarijo, da tvori vez.
• Kovalentne obveznice
  Kovalentne vezi tvorijo, kadar atomi delijo elektrone. Resnično, glavna razlika je v tem, da so elektroni v ionski vezi bolj povezani z enim atomom jedro ali drugo, ki ima elektrone v kovalentni vezi približno enako verjetno, da krožijo po enem jedru kot drugo. Če je elektron tesneje povezan z enim atomom kot drugi, a polarna kovalentna vez lahko tvorijo. Primer: Kovalentne vezi tvorijo med vodikom in kisikom v vodi, H₂O.
• Kovinska vez
  Ko sta oba atoma kovina, nastane kovinska vez. Razlika v kovini je v tem, da so lahko elektroni kateri koli kovinski atom, ne le dva atoma v spojini. Primer: Kovinske vezi so vidne v vzorcih čistih elementarnih kovin, na primer zlata ali aluminija, ali zlitin, kot sta medenina ali bron.

Morda se sprašujete, kako lahko ugotovite, ali je vez ionska ali kovalentna. Ogledate si lahko umestitev elementov na periodično tabelo ali tabelo elementov elektronegativnosti za napoved vrste obveznice, ki bo nastala. Če se vrednosti elektronegativnosti med seboj zelo razlikujejo, nastane ionska vez. Običajno je kation kovina, anion pa nemetal. Če sta elementa oba kovina, pričakujte, da bo nastala kovinska vez. Če so vrednosti elektronegativnosti podobne, pričakujte, da bo nastala kovalentna vez. Veze med dvema nemetalama so kovalentne vezi. Polarne kovalentne vezi tvorijo med elementi, ki imajo vmesne razlike med vrednostmi elektronegativnosti.

Da bi kemiki in drugi znanstveniki medsebojno komunicirali, je mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo ali IUPAC dogovorila sistem nomenklature ali poimenovanja. Slišali boste kemikalije, ki se imenujejo njihova običajna imena (npr. Sol, sladkor in pecilna soda), v laboratoriju pa bi uporabljali sistematična imena (npr. Natrijev klorid, saharoza in sodo bikarbono). Tu je pregled nekaterih ključnih točk o nomenklaturi.

Spojine lahko sestavljajo samo dva elementa (binarne spojine) ali več kot dva elementa. Pri imenovanju binarnih spojin veljajo določena pravila:

• Če je eden od elementov kovina, se najprej imenuje.
• Nekatere kovine lahko tvorijo več kot en pozitiven ion. Običajno je navajanje naboja na ion z rimskimi številkami. Na primer, FeCl₂ je železov (II) klorid.
• Če je drugi element nemetal, je ime spojine kovinsko ime, ki mu sledi steblo (kratica) imena nemetal, ki mu sledi "ide". NaCl je na primer imenovan natrijev klorid.
• Za spojine, ki jih sestavljata dva nemetala, je najprej imenovan bolj elektropozitiven element. Poimenovan je steblo drugega elementa, ki mu sledi "ide". Primer je HCl, ki je vodikov klorid.

Poleg pravil za poimenovanje binarnih spojin obstajajo dodatne konvencije o poimenovanju za ionske spojine:

• Nekateri poliatomski anioni vsebujejo kisik. Če element tvori dva oksianiona, se tisti z manj kisika konča v -iti, medtem ko se tisti z več oksigena konča na -ate. Na primer:
  NE^2- je nitrit
  NE^3- je nitrat