Μάθετε χημεία 11ου βαθμού

Τα δομικά στοιχεία της ύλης είναι άτομα, τα οποία ενώνονται για να σχηματίσουν μόρια ή ενώσεις. Είναι σημαντικό να γνωρίζετε τα μέρη ενός ατόμου, ποια είναι τα ιόντα και τα ισότοπα και πώς τα άτομα ενώνονται.

Τα άτομα αποτελούνται από τρία συστατικά:

• πρωτόνια - θετικό ηλεκτρικό φορτίο
• νετρόνια - χωρίς ηλεκτρικό φορτίο
• ηλεκτρόνια - αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο

Τα πρωτόνια και τα νετρόνια σχηματίζουν τον πυρήνα ή το κέντρο κάθε ατόμου. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Έτσι, ο πυρήνας κάθε ατόμου έχει καθαρό θετικό φορτίο, ενώ το εξωτερικό τμήμα του ατόμου έχει καθαρό αρνητικό φορτίο. Στις χημικές αντιδράσεις, τα άτομα χάνουν, κερδίζουν ή μοιράζονται ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας δεν συμμετέχει σε συνηθισμένες χημικές αντιδράσεις, αν και η πυρηνική αποσύνθεση και οι πυρηνικές αντιδράσεις μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στον ατομικό πυρήνα.

Ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα άτομο καθορίζει ποιο στοιχείο είναι. Κάθε στοιχείο έχει ένα ή δύο γράμματα σύμβολο που χρησιμοποιείται για την ταυτοποίησή του σε χημικούς τύπους και αντιδράσεις. Το σύμβολο για το ήλιο είναι Αυτός. Ένα άτομο με δύο πρωτόνια είναι ένα άτομο ηλίου ανεξάρτητα από το πόσα νετρόνια ή ηλεκτρόνια έχει. Ένα άτομο μπορεί να έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων ή ο αριθμός των νετρονίων ή / και των ηλεκτρονίων μπορεί να διαφέρει από τον αριθμό των πρωτονίων.

Τα άτομα που φέρουν καθαρό θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο είναι ιόντα. Για παράδειγμα, εάν ένα άτομο ηλίου χάνει δύο ηλεκτρόνια, θα είχε καθαρό φορτίο +2, το οποίο θα έγραφε²⁺.

Η μεταβολή του αριθμού των νετρονίων σε ένα άτομο καθορίζει ποιο ισότοπο ενός στοιχείου που είναι. Τα άτομα μπορούν να γραφτούν με πυρηνικά σύμβολα για να προσδιορίσουν το ισότοπό τους, όπου ο αριθμός των νουκλεονίων (πρωτόνια συν νετρόνια) παρατίθεται παραπάνω και αριστερά ενός συμβόλου στοιχείου, με τον αριθμό των πρωτονίων που αναφέρονται παρακάτω και στα αριστερά του σύμβολο. Για παράδειγμα, τρία ισότοπα υδρογόνου είναι:

¹₁Η, ²₁Η, ³₁Η

Δεδομένου ότι γνωρίζετε ότι ο αριθμός των πρωτονίων δεν αλλάζει ποτέ για ένα άτομο ενός στοιχείου, τα ισότοπα γράφονται πιο συχνά χρησιμοποιώντας το σύμβολο του στοιχείου και τον αριθμό των νουκλεονίων. Για παράδειγμα, θα μπορούσατε να γράψετε H-1, H-2 και H-3 για τα τρία ισότοπα υδρογόνου ή U-236 και U-238 για δύο κοινά ισότοπα ουρανίου.

ο ατομικός αριθμός ενός ατόμου προσδιορίζει το στοιχείο του και τον αριθμό των πρωτονίων του. ο ατομικό βάρος είναι ο αριθμός των πρωτονίων συν ο αριθμός των νετρονίων σε ένα στοιχείο (επειδή η μάζα των ηλεκτρονίων είναι τόσο μικρή σε σύγκριση με εκείνη των πρωτονίων και των νετρονίων που ουσιαστικά δεν μετράει). Το ατομικό βάρος μερικές φορές ονομάζεται ατομική μάζα ή ο αριθμός ατομικής μάζας. Ο ατομικός αριθμός ηλίου είναι 2. Το ατομικό βάρος του ηλίου είναι 4. Σημειώστε ότι η ατομική μάζα ενός στοιχείου στον περιοδικό πίνακα δεν είναι ακέραιος αριθμός. Για παράδειγμα, η ατομική μάζα ηλίου δίδεται ως 4,003 αντί για 4. Αυτό συμβαίνει επειδή ο περιοδικός πίνακας αντικατοπτρίζει τη φυσική αφθονία των ισοτόπων ενός στοιχείου. Στους υπολογισμούς χημείας, χρησιμοποιείτε την ατομική μάζα που δίνεται στον περιοδικό πίνακα, υποθέτοντας ότι ένα δείγμα ενός στοιχείου αντικατοπτρίζει τη φυσική περιοχή των ισοτόπων για αυτό το στοιχείο.

Τα άτομα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας συχνά χημικούς δεσμούς μεταξύ τους. Όταν δύο ή περισσότερα άτομα συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζουν ένα μόριο. Ένα μόριο μπορεί να είναι απλό, όπως το Η₂ή πιο περίπλοκο, όπως το C₆Η₁₂Ο₆. Οι δείκτες δείχνουν τον αριθμό κάθε τύπου ατόμου σε ένα μόριο. Το πρώτο παράδειγμα περιγράφει ένα μόριο που σχηματίζεται από δύο άτομα υδρογόνου. Το δεύτερο παράδειγμα περιγράφει ένα μόριο που σχηματίζεται από 6 άτομα άνθρακα, 12 άτομα υδρογόνου και 6 άτομα οξυγόνου. Ενώ θα μπορούσατε να γράψετε τα άτομα με οποιαδήποτε σειρά, η σύμβαση είναι να γράψετε πρώτα το θετικά φορτισμένο παρελθόν ενός μορίου, ακολουθούμενο από το αρνητικά φορτισμένο μέρος του μορίου. Έτσι, το χλωριούχο νάτριο γράφεται NaCl και όχι ClNa.

Ο περιοδικός πίνακας είναι ένα σημαντικό εργαλείο στη χημεία. Αυτές οι σημειώσεις εξετάζουν τον περιοδικό πίνακα, τον τρόπο οργάνωσης και τις τάσεις περιοδικού πίνακα.

Το 1869, Ντμίτρι Μεντελέγιεφ οργάνωσε τα χημικά στοιχεία σε έναν περιοδικό πίνακα σαν αυτό που χρησιμοποιούμε σήμερα, εκτός από τα στοιχεία του παραγγέλθηκαν σύμφωνα με την αύξηση του ατομικού βάρους, ενώ ο σύγχρονος πίνακας οργανώνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμός. Ο τρόπος οργάνωσης των στοιχείων καθιστά δυνατή την εμφάνιση τάσεων στις ιδιότητες των στοιχείων και την πρόβλεψη της συμπεριφοράς των στοιχείων στις χημικές αντιδράσεις.

Οι σειρές (μετακίνηση από αριστερά προς τα δεξιά) ονομάζονται έμμηνα. Τα στοιχεία σε μια περίοδο μοιράζονται το ίδιο υψηλότερο επίπεδο ενέργειας για ένα απροσδιόριστο ηλεκτρόνιο. Υπάρχουν περισσότερα δευτερεύοντα επίπεδα ανά επίπεδο ενέργειας καθώς αυξάνεται το μέγεθος του ατόμου, οπότε υπάρχουν περισσότερα στοιχεία σε περιόδους πιο κάτω από τον πίνακα.

Οι στήλες (από πάνω προς τα κάτω) αποτελούν τη βάση για το στοιχείο ομάδες. Τα στοιχεία σε ομάδες μοιράζονται τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους ή διάταξη εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων, η οποία δίνει σε στοιχεία μιας ομάδας πολλές κοινές ιδιότητες. Παραδείγματα ομάδων στοιχείων είναι τα αλκαλικά μέταλλα και τα ευγενή αέρια.

Η οργάνωση του περιοδικού πίνακα καθιστά δυνατή τη ματιά στις τάσεις των ιδιοτήτων των στοιχείων με μια ματιά. Οι σημαντικές τάσεις σχετίζονται με την ατομική ακτίνα, την ενέργεια ιονισμού, την ηλεκτρογεννητικότητα και τη συγγένεια ηλεκτρονίων.

• Ατομική ακτίνα
  Η ατομική ακτίνα αντανακλά το μέγεθος ενός ατόμου. Ατομική ακτίνα μειώνει την κίνηση από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο και αυξάνει την κίνηση από πάνω προς τα κάτω κάτω μια ομάδα στοιχείων. Αν και πιστεύετε ότι τα άτομα θα γίνονταν απλά μεγαλύτερα καθώς θα κέρδιζαν περισσότερα ηλεκτρόνια, τα ηλεκτρόνια παραμένουν σε ένα κέλυφος, ενώ ο αυξανόμενος αριθμός πρωτονίων τραβά τα κελύφη πιο κοντά στον πυρήνα. Μετακινώντας μια ομάδα, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα σε νέα ενεργειακά κελύφη, έτσι το συνολικό μέγεθος του ατόμου αυξάνεται.
• Ενέργεια ιονισμού
  Η ενέργεια ιονισμού είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα ιόν ή άτομο στην κατάσταση του αερίου. Ενέργεια ιονισμού αυξάνει την κίνηση από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο και μειώνει την κίνηση από πάνω προς τα κάτω κάτω από μια ομάδα.
• Ηλεκτροπαραγωγικότητα
  Η ηλεκτροπαραγωγικότητα είναι ένα μέτρο του πόσο εύκολα ένα άτομο σχηματίζει χημικό δεσμό. Όσο υψηλότερη είναι η ηλεκτροαρνητικότητα, τόσο υψηλότερη είναι η έλξη για τη σύνδεση ενός ηλεκτρονίου. Ηλεκτροπαραγωγικότητα μειώνει τη μετακίνηση μιας ομάδας στοιχείων. Τα στοιχεία στην αριστερή πλευρά του περιοδικού πίνακα τείνουν να είναι ηλεκτροθετικά ή πιο πιθανό να δωρίσουν ένα ηλεκτρόνιο παρά να το αποδεχτούν.
• Ηλεκτρονική συγγένεια
  Η συγγένεια ηλεκτρονίων αντικατοπτρίζει πόσο εύκολα ένα άτομο θα δεχτεί ένα ηλεκτρόνιο. Συγγένεια ηλεκτρονίων διαφέρει ανάλογα με την ομάδα στοιχείων. Τα ευγενή αέρια έχουν συγγένεια ηλεκτρονίων κοντά στο μηδέν επειδή έχουν γεμίσει κελύφη ηλεκτρονίων. Τα αλογόνα έχουν υψηλή συγγένεια ηλεκτρονίων επειδή η προσθήκη ενός ηλεκτρονίου δίνει σε ένα άτομο ένα πλήρως γεμάτο κέλυφος ηλεκτρονίων.

Χημικοί δεσμοί είναι κατανοητό αν έχετε κατά νου τις ακόλουθες ιδιότητες ατόμων και ηλεκτρονίων:

• Τα άτομα αναζητούν την πιο σταθερή διαμόρφωση.
• Ο κανόνας της οκτάδας δηλώνει ότι τα άτομα με 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά τους θα είναι πιο σταθερά.
• Τα άτομα μπορούν να μοιράζονται, να δίνουν ή να λαμβάνουν ηλεκτρόνια άλλων ατόμων. Αυτές είναι μορφές χημικών δεσμών.
• Οι δεσμοί συμβαίνουν μεταξύ των ηλεκτρονίων σθένους των ατόμων και όχι των εσωτερικών ηλεκτρονίων.

Οι δύο κύριοι τύποι χημικών δεσμών είναι ιοντικοί και ομοιοπολικοί δεσμοί, αλλά θα πρέπει να γνωρίζετε πολλές μορφές σύνδεσης:

• Ιονικά Ομόλογα
  Ιωνικοί δεσμοί σχηματίζεται όταν ένα άτομο παίρνει ένα ηλεκτρόνιο από ένα άλλο άτομο. Παράδειγμα: Το NaCl σχηματίζεται από έναν ιοντικό δεσμό όπου το νάτριο δίνει το ηλεκτρόνιο σθένους του σε χλώριο. Το χλώριο είναι αλογόνο. Όλα τα αλογόνα έχουν 7 ηλεκτρόνια σθένους και χρειάζονται ένα ακόμη για να αποκτήσουν μια σταθερή οκτάδα. Το νάτριο είναι ένα αλκαλικό μέταλλο. Όλα τα μέταλλα αλκαλίων έχουν 1 ηλεκτρόνιο σθένους, το οποίο δίνουν εύκολα για να σχηματίσουν έναν δεσμό.
• Ομοιοπολικούς δεσμούς
  Ομοιοπολικούς δεσμούς σχηματίζονται όταν τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια. Πραγματικά, η κύρια διαφορά είναι ότι τα ηλεκτρόνια σε ιοντικούς δεσμούς συνδέονται στενότερα με ένα άτομο πυρήνας ή ο άλλος, τα οποία ηλεκτρόνια σε έναν ομοιοπολικό δεσμό είναι σχεδόν εξίσου πιθανό να περιστρέφονται σε έναν πυρήνα με τον άλλα. Εάν το ηλεκτρόνιο συνδέεται στενότερα με το ένα άτομο από το άλλο, a πολικός ομοιοπολικός δεσμός μπορεί να σχηματιστεί. Παράδειγμα: Οι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου σε νερό, Η₂Ο.
• Μεταλλικό ομόλογο
  Όταν και τα δύο άτομα είναι μέταλλα, σχηματίζεται ένας μεταλλικός δεσμός. Η διαφορά σε ένα μέταλλο είναι ότι τα ηλεκτρόνια θα μπορούσαν να είναι οποιοδήποτε άτομο μετάλλου, όχι μόνο δύο άτομα σε μια ένωση. Παράδειγμα: Μεταλλικοί δεσμοί φαίνονται σε δείγματα καθαρών στοιχειακών μετάλλων, όπως χρυσού ή αλουμινίου ή κραμάτων, όπως ορείχαλκου ή χαλκού.

Μπορεί να αναρωτιέστε πώς μπορείτε να πείτε εάν ένας δεσμός είναι ιονικός ή ομοιοπολικός. Μπορείτε να δείτε την τοποθέτηση στοιχείων στον περιοδικό πίνακα ή έναν πίνακα στοιχείων ηλεκτρονενητικότητα να προβλέψουμε τον τύπο δεσμού που θα σχηματιστεί. Εάν οι τιμές της ηλεκτροπαραγωγικότητας είναι πολύ διαφορετικές μεταξύ τους, σχηματίζεται ένας ιονικός δεσμός. Συνήθως, το κατιόν είναι μέταλλο και το ανιόν είναι μη μέταλλο. Εάν και τα δύο στοιχεία είναι μέταλλα, περιμένετε να σχηματιστεί ένας μεταλλικός δεσμός. Εάν οι τιμές ηλεκτροπαραγωγικότητας είναι παρόμοιες, περιμένετε να σχηματιστεί ένας ομοιοπολικός δεσμός. Οι δεσμοί μεταξύ δύο μη μετάλλων είναι ομοιοπολικοί δεσμοί. Οι πολικοί ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται μεταξύ των στοιχείων που έχουν ενδιάμεσες διαφορές μεταξύ των τιμών της ηλεκτροπαραγωγικότητας.

Προκειμένου οι χημικοί και άλλοι επιστήμονες να επικοινωνούν μεταξύ τους, ένα σύστημα ονοματολογίας ή ονομασίας συμφωνήθηκε από τη Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας ή IUPAC. Θα ακούσετε χημικές ουσίες που ονομάζονται τα κοινά τους ονόματα (π.χ. αλάτι, ζάχαρη και σόδα ψησίματος), αλλά στο εργαστήριο θα χρησιμοποιούσατε συστηματικές ονομασίες (π.χ. χλωριούχο νάτριο, σακχαρόζη και όξινο ανθρακικό νάτριο). Ακολουθεί μια ανασκόπηση ορισμένων βασικών σημείων σχετικά με την ονοματολογία.

Οι ενώσεις μπορούν να αποτελούνται από δύο μόνο στοιχεία (δυαδικές ενώσεις) ή περισσότερα από δύο στοιχεία. Ισχύουν ορισμένοι κανόνες κατά την ονομασία δυαδικών ενώσεων:

• Εάν ένα από τα στοιχεία είναι μέταλλο, ονομάζεται πρώτο.
• Ορισμένα μέταλλα μπορούν να σχηματίσουν περισσότερα από ένα θετικά ιόντα. Είναι σύνηθες να αναφέρεται το φορτίο στο ιόν χρησιμοποιώντας λατινικούς αριθμούς. Για παράδειγμα, FeCl₂ είναι χλωριούχος σίδηρος (II).
• Εάν το δεύτερο στοιχείο είναι ένα μη μέταλλο, το όνομα της ένωσης είναι το μεταλλικό όνομα ακολουθούμενο από ένα στέλεχος (συντομογραφία) του μη μεταλλικού ονόματος ακολουθούμενο από το "ide". Για παράδειγμα, το NaCl ονομάζεται χλωριούχο νάτριο.
• Για ενώσεις που αποτελούνται από δύο μη μέταλλα, το πιο ηλεκτροθετικό στοιχείο ονομάζεται πρώτο. Το στέλεχος του δεύτερου στοιχείου ονομάζεται, ακολουθούμενο από το "ide". Ένα παράδειγμα είναι το HCl, το οποίο είναι υδροχλώριο.

Εκτός από τους κανόνες για την ονομασία δυαδικών ενώσεων, υπάρχουν επιπλέον συμβάσεις ονομασίας για ιοντικές ενώσεις:

• Μερικά πολυατομικά ανιόντα περιέχουν οξυγόνο. Εάν ένα στοιχείο σχηματίζει δύο οξυανιόνια, το ένα με λιγότερο οξυγόνο τελειώνει στο -ite ενώ το ένα με περισσότερο οξυγόνο τελειώνει στο -ate. Για παράδειγμα:
  ΟΧΙ^2- είναι νιτρώδες
  ΟΧΙ^3- είναι νιτρικό άλας