Éléments chimiques

Structure de la matière

Notre terre, la nature, tous les êtres vivants, les objets, les continents, les montagnes, les océans et nous-mêmes sommes constitués d'éléments chimiques qui sont connectés de différentes manières. La vie est née de la connexion d'éléments. Les éléments chimiques sont des atomes avec le même nombre de protons dans le noyau. Le nombre s'appelle le numéro atomique (en anglais, numéro atomique). Par exemple, carbone a le numéro atomique 6 et a par conséquent 6 protons dans son noyau. L'élément le plus simple est Hydrogénation (H) avec un proton et un électron (numéro atomique 1, sans neutrons). Les substances pures sont également appelées éléments, par exemple pures oxygène. Ils ne peuvent pas être divisés davantage par de simples méthodes chimiques et physiques. Les éléments peuvent être solides, gazeux ou plus rarement liquides (états d'agrégation). Plus de 94 éléments se produisent naturellement et de nombreux autres ont été produits artificiellement.

Composition des éléments

Les éléments chimiques individuels sont composés de protons chargés positivement, de neutrons neutres et d'électrons chargés négativement. Le noyau de l'atome est constitué de protons et de neutrons, appelés collectivement nucléons, et les électrons sont situés dans la couche atomique (couche électronique).

  • Nucléons = protons + neutrons.

Le nombre de protons et d'électrons est égal en atomes non chargés. Parce que les frais équilibre, les éléments sont électriquement neutres vers l'extérieur. Cependant, s'ils abandonnent un électron, ils sont chargés positivement (cations). S'ils en acceptent un, ils sont chargés négativement (anions). Les atomes chargés sont appelés ions. Ensemble ils forment sels. Les atomes sont souvent représentés - également dans ce texte - avec le modèle atomique obsolète de Bohr, dans lequel les électrons gravitent autour du noyau atomique sur des orbites définies, c'est-à-dire comme les planètes en orbite autour du soleil. Aujourd'hui, le modèle orbital de la mécanique quantique est généralement utilisé pour représenter les électrons, dans lesquels les électrons ont une probabilité définie de résidence dans l'espace autour du noyau.

Les isotopes

Les isotopes sont des atomes qui ne diffèrent que par le nombre de neutrons et donc par masse. C'est avec le même nombre de protons. Par exemple, le deutérium (2H) est un isotope de Hydrogénation (1H) avec un neutron. Parce que le masse est plus grand, le deutérium (D) est appelé lourd Hydrogénation et l'oxyde de deutérium est appelé lourd d'eau (D2O). Parmi les isotopes les plus connus figurent les isotopes de l'uranium, dont les noyaux sont fissiles et sont utilisés dans les centrales nucléaires et pour fabriquer des armes nucléaires et des systèmes de propulsion.

Origine des éléments

Les éléments les plus simples, l'hydrogène (= 1) et l'hélium (= 2), se sont formés il y a 13.8 milliards d'années lors du Big Bang peu après la formation de notre univers. L'hydrogène reste l'élément le plus abondant dans le vaste univers d'aujourd'hui, suivi de l'hélium. La plupart des éléments restants se sont formés soit dans des étoiles par fusion nucléaire, soit dans une supernova, dans des étoiles mourantes. Quelques-uns ont été formés par l'influence des rayons cosmiques (lithium, béryllium, bore). Enfin, il existe des éléments à numéro atomique élevé, qui ont été produits artificiellement par l'homme.

Exemples

La liste suivante montre une sélection d'éléments. Le (symbole de l'élément) est indiqué entre parenthèses, par exemple C (carbone, de lat. , charbon) pour carbone. L'abréviation comporte une ou deux lettres.

  • L'hydrogène (H) est un composant de d'eau, along with oxygène.
  • Le carbone (C) est la pierre angulaire de toute vie sur terre.
  • Azote (N) est le composant le plus important de l'air.
  • Oxygène (O) est essentiel pour la production d'énergie dans le corps.
  • Sodium (Na) est contenu dans le sel de table.
  • Magnésium (Mg) se trouve dans la chlorophylle (feuille verte).
  • Aluminium (Al) se trouve dans les feuilles d'aluminium et les carrosseries de voitures.
  • Silicium (Si) se trouve dans presque tous les minéraux et roches de la terre.
  • Phosphore (P) est utilisé pour la production d'allumettes.
  • Soufre (S) est libéré par les volcans.
  • Potassium (K) joue un rôle central dans la fonction du nerfs.
  • Calcium (Ca) est contenu dans os.
  • Fer (Fe) est l'élément le plus abondant sur la planète Terre.
  • Mercury (Hg), contrairement à d'autres métaux, est présent sous forme liquide.
  • Le nickel (Ni) est utilisé pour les alliages métalliques.
  • Argent (Ag) et or (Au) sont inclus dans les bijoux.

Masse et taille

Presque tous les masse d'un atome est dans le noyau. Le le volume, d'autre part, est déterminé par la couche électronique, car le noyau est très petit. La masse des atomes est donnée par le symbole u ou Da (daltons). u représente. Il correspond à la masse des protons, neutrons et électrons. 1 u est donné comme un douzième de la masse de carbone-12 (12C) et vaut 1.660 - 10- 24 g. La masse d'un proton et d'un neutron est d'environ 1 u, soit une unité de masse. Parce que le carbone-12 contient 6 protons et 6 neutrons et que les électrons ont une très petite masse (1/1836 d'un proton), sa masse atomique est d'environ 12 u (12.011 u). Ce nombre est appelé le nombre de masse. Nombre de masse = nombre de protons + nombre de neutrons La masse moléculaire des composés chimiques peut être obtenue en additionnant les masses atomiques des atomes qui les composent. Les atomes sont d'une taille inimaginable - leur diamètre est de l'ordre de 10- 10 m (1 angström, 0.1 nm).

Composants chimiques

Les éléments chimiques se combinent très facilement avec les mêmes éléments ou d'autres éléments - purs ou non, ils se produisent rarement. Seuls les électrons de la coquille atomique sont responsables des liaisons chimiques, les noyaux atomiques ne sont pas impliqués. Les composés chimiques les plus importants sont:

  • Organic molécules avec des liaisons covalentes.
  • Sels à liaisons ioniques
  • Métaux avec la liaison métallique

La particularité des composés chimiques est que leurs propriétés sont complètement différentes de celles des éléments qui les composent. Par exemple, chlorure de sodium est composé de sodium ionisé et molécule de chlore des atomes. Sodium comme un élément est un soft, vis argent-métal gris très réactif, et molécule de chlore existe (à température ambiante) sous forme de gaz toxique. Ensemble, ils forment le sel de table cristallin que nous consommons quotidiennement comme exhausteur de goût dans les aliments. La même chose peut être illustrée par l'exemple de d'eau, qui est formé à partir des gaz hydrogène et oxygène dans la réaction oxyhydrogène.

Tableau périodique

Le tableau périodique des éléments est un aperçu descriptif et pratique de tous les éléments, développé pour la première fois dans les années 1860. Il commence par l'hydrogène (1) et est organisé par ordre croissant de numéro atomique. En les présentant dans des périodes horizontales et des groupes verticaux, les éléments apparentés ayant des propriétés chimiques et physiques similaires sont regroupés. Ceux-ci inclus:

  • Métaux alcalins
  • Métaux alcalino-terreux
  • Métaux de transition
  • Lanthanides
  • Actinoïdes
  • Métaux
  • Semi-métaux
  • Non-métaux
  • Halogènes
  • gaz nobles

Lien (version anglaise): tableau périodique IUPAC avec téléchargement PDF.

Indivisibilité des éléments

Les éléments peuvent être obtenus à partir de mélanges soumis à divers processus de séparation chimiques et physiques, tels que la combustion, le courant électrique ou l'addition d'acide. En fin de compte, les processus communs laissent derrière eux les éléments purs. Le terme atome est dérivé du grec, qui signifie indivisible. En fait, les éléments ne sont plus divisibles par les méthodes chimiques habituelles. Cependant, avec la découverte de la radioactivité et de la désintégration radioactive, il a été démontré que le terme est inexact et que la soi-disant fission nucléaire en éléments de numéro atomique inférieur est possible. Inversement, la fusion nucléaire peut produire des éléments avec un numéro atomique plus élevé. Par exemple, le Soleil forme de l'hélium à partir de l'hydrogène dans son noyau, qui libère l'énergie et la chaleur qui sont à la base de toute vie sur Terre.

Structure de l'être humain

Comme mentionné au début, nous, les humains, sommes également constitués des éléments connus. Les représentants les plus importants sont l'oxygène (O), le carbone (C), l'hydrogène (H), azote (N), calcium (Ca) et phosphore (P). Ces 6 éléments représentent ensemble plus de 99% de la masse corporelle! D'autres minéraux tels que potassium, magnésium et sodium, par exemple, ainsi que de nombreux oligo-éléments comme le chrome, fonte, fluor, sélénium or capuchons de cuivre sont contenus dans une quantité beaucoup plus petite, mais ont des fonctions vitales.

Origine de la vie sur terre

Les éléments sur terre proviennent, comme déjà mentionné, d'une part du big bang, qui a eu lieu il y a environ 13.8 milliards d'années et avec lequel l'univers, l'espace et le temps ont été créés. étoiles (supernovae). La terre a un âge d'environ 4.5 milliards d'années. La vie sur Terre a émergé spontanément de la nature inanimée il y a peut-être 4 milliards d'années par la combinaison d'éléments en composés chimiques organiques. Ces réactions ont eu lieu principalement dans l'eau, car les réactions chimiques se déroulent de manière inadéquate dans les solides ou les gaz. Des études telles que l'expérience de Miller-Urey des années 1950 ont montré que des biomolécules telles que acides aminés or acides nucléiques peuvent se former à partir de composés plus simples dans la nature. Au centre de la transition de la Terre inanimée à la Terre animée était la formation de polymères proliférants molécules à partir de monomères. Ceux-ci contiennent les informations de la séquence dans leur structure. On pense qu'il s'agissait du premier acide ribonucléique (ARN), qui a catalysé sa propre réplication. Une fois molécules auto-répliquée, l'évolution a commencé, conduisant à une complexité croissante, des organismes unicellulaires et multicellulaires, des plantes, des champignons, des animaux et, après une durée inimaginable, nous les humains.