pourquoi étudier la chimie des minéraux? Les minéraux sont constitués d’atomes, qui ont un impact sur le comportement et les caractéristiques du minéral. Ainsi, pour comprendre, expliquer et prédire le comportement des minéraux et des roches—qui sont faits de minéraux—nous devons comprendre quelques faits de base sur les atomes et leur comportement. Cela nécessite une compréhension de base de la chimie. Nous commencerons par construire des atomes dans notre pensée en termes de trois particules subatomiques dont les atomes sont faits.,
les Atomes
la Figure 1. Les éléments, tels que l’hélium, représentés ici, sont constitués d’atomes. Les atomes sont constitués de protons et de neutrons situés dans le noyau, avec des électrons dans les orbitales entourant le noyau.
les Atomes sont constitués de protons, de neutrons et d’électrons. Les Protons ont une charge électrique positive ( + ). Les électrons ont une charge négative (−) qui est exactement égale et opposée à la charge électrique d’un proton. Les Neutrons sont électriquement neutres.
la Plupart de la masse d’un atome est emballé dans son minuscule noyau., Un noyau atomique est constitué de protons et de neutrons, qui ont approximativement la même masse (environ 1,67 × 10-24 grammes). Les électrons, d’autre part, sont disposés en orbitales spécifiques autour du noyau d’un atome; ils sont également beaucoup plus petits en masse que les protons et les neutrons, pesant seulement 9,11 × 10-28 grammes, soit environ 1/1800 du poids des protons et des neutrons.
Même si la masse d’un électron est une petite masse par rapport à la masse d’un proton ou d’un neutron, les électrons occupent la plus grande partie du volume d’un atome (voir la Figure 1).,
Ions
Un atome neutre a le même nombre d’électrons que les protons. Un atome qui a perdu ou gagné des électrons n’est plus un atome électriquement neutre. Ce type d’atome, qui n’est pas électriquement neutre et a une charge électrique associé, est appelé ion. Les atomes qui ont gagné des électrons sont des ions chargés négativement ( − ), ou des anions. Les atomes qui ont perdu des électrons sont des ions chargés positivement ( + ), ou des cations.
Il est également possible d’avoir les ions qui sont en fait de petits groupes d’atomes liés ensemble. Ceux-ci sont connus sous le nom d’ions polyatomiques., Un exemple d’ion polyatomique est l’ion carbonate (CO3)2−, qui a deux électrons supplémentaires, ce qui lui donne la charge électrique nette de 2−.
formules chimiques
Nous venons de voir qu’un ion carbonate peut aussi être appelé (CO3)2−. Mais qu’est-ce exactement est-ce à dire?
regardons D’abord les lettres: CO. Les atomes ont des symboles chimiques; chaque élément a reçu une ou deux lettres pour le représenter. Ainsi, C représente le carbone et O représente l’oxygène (tous ces symboles chimiques peuvent être vus dans le tableau périodique de la figure 2 ci-dessous).,
Comme nous l’avons lu plus haut, le 2− signifie que l’ion a deux électrons supplémentaires. Mais que dire de la 3? Cela signifie qu’il y a trois atomes d’oxygène dans l’ion. Le nombre d’atomes dans une formule particulière est toujours noté en indice. La Charge est toujours écrite en exposant à la fin de la formule (un exposant au début de la formule signifie autre chose—nous y arriverons lorsque nous discuterons des isotopes ci-dessous). Les parenthèses autour du CO3 indiquent que la charge appartient à l’ensemble de l’unité polyatomique plutôt qu’à la seule O3.,
ainsi, l’ion carbonate est un atome de carbone (C), trois atomes d’oxygène (O3) et deux électrons supplémentaires (2−), qui chargent l’ion polyatomique entier.
le tableau périodique
Les atomes naturellement présents dans la terre vont de l’hydrogène, avec un seul proton dans son noyau, à l’uranium, avec 92 protons dans son noyau. Ce sont les éléments chimiques naturels, qui comprennent des éléments communément connus comme le carbone, l’oxygène, le fer, etc., Le tableau périodique répertorie tous les éléments chimiques d’une manière qui nous dit combien de protons chacun d’eux a, comment ses électrons sont disposés, et quel est le comportement chimique général de chaque élément.
la Figure 2. Suivez ce lien vers une grande version du tableau périodique. Le lien s’ouvrira dans une nouvelle fenêtre afin que vous puissiez facilement vous y référer pendant que vous lisez cette page.
comme le montre la Figure 2, le tableau périodique comprend dix-huit groupes et sept périodes., Deux rangées supplémentaires d’éléments, appelés lanthanides et actinides, sont placées sous la table principale. Ces éléments sont placés séparément pour rendre la table plus compacte. Tous les éléments d’un groupe ont un comportement chimique similaire. En effet, tous les éléments d’un groupe ont un arrangement similaire d’électrons dans leurs atomes, et c’est l’arrangement des électrons qui détermine le comportement chimique d’un élément.
Pour chaque élément, le nom, le symbole atomique, le numéro atomique et la masse atomique sont fournis., Le numéro atomique est un nombre entier qui représente le nombre de protons: chaque élément chimique est distingué par le nombre de protons dans son noyau. Par exemple, chaque atome de l’élément oxygène a huit protons dans son noyau. C’est pourquoi le numéro atomique de l’oxygène est de 8. Si un atome a plus ou moins de huit protons dans son noyau, ce n’est pas de l’oxygène, c’est un autre élément chimique. Dans le tableau périodique, le numéro atomique de chaque élément est répertorié au-dessus du symbole chimique de l’élément.,
La masse atomique, qui est la masse moyenne des différents isotopes, est estimée à deux décimales. Par exemple, l’hydrogène a le symbole atomique H, le numéro atomique 1, et une masse atomique de 1.01. La masse atomique est toujours plus grande que le numéro atomique. Pour la plupart des petits éléments, la masse atomique est approximativement le double du numéro atomique, car le nombre de protons et de neutrons est à peu près égal.
Les éléments sont divisés en trois catégories: les métaux, les non-métaux et les métalloïdes. Ceux-ci forment une ligne diagonale de la période Deux, groupe treize à la période sept, groupe seize., Tous les éléments à gauche des métalloïdes sont des métaux, et tous les éléments à droite sont des non-métaux.
le tableau périodique a été créé pour aider les chimistes à mieux comprendre les éléments et leur fonctionnement. C’est une carte du comportement élémentaire.
Isotopes
Chaque atome d’un élément spécifique doit avoir le même nombre de protons dans son noyau. Ce nombre est son numéro atomique. Cependant, il existe une gamme de nombres possibles de neutrons qu’il peut avoir dans son noyau., Le fait que les atomes d’un élément chimique peuvent avoir un nombre différent de neutrons fait que chaque élément chimique a plusieurs isotopes. Les Isotopes sont des atomes d’un élément chimique donné qui ont un nombre différent de neutrons dans leurs noyaux.
par exemple, alors que tous les atomes de l’élément oxygène ont huit protons dans leurs noyaux, ces atomes d’oxygène peuvent avoir huit, neuf ou dix neutrons. Les différents nombres de neutrons dans le noyau distinguent les trois isotopes de l’oxygène. Oxygène-16 est l’isotope de l’oxygène avec 8 neutrons dans son noyau., Le nombre 16 est appelé le nombre de masse atomique. La masse atomique nombre est le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau d’un isotope. De cette définition, et sachant que tous les atomes d’oxygène ont 8 protons dans le noyau, vous pouvez en déduire que l’oxygène-17 est l’isotope de l’oxygène avec 9 neutrons et l’oxygène-18 est l’isotope de l’oxygène avec 10 neutrons. Abrégés en Symboles, les trois isotopes de l’oxygène sont écrits comme 16O, 17o et 18o.,
les Isotopes ne sont pas très importants pour comprendre les minéraux, mais sont importants pour comprendre comment appliquer la chimie et la physique nucléaire à la géologie, par exemple comment utiliser les mesures des isotopes radioactifs pour mesurer l’âge des roches et des minéraux et comment utiliser les isotopes de l’oxygène des couches de glace glaciaire pour déterminer la
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