waarom de chemie van mineralen bestuderen? Mineralen zijn gemaakt van atomen, die een impact hebben op het gedrag en de kenmerken van het mineraal. Dus, om het gedrag van mineralen en stenen—die van mineralen zijn gemaakt—te begrijpen, uit te leggen en te voorspellen, moeten we enkele basisfeiten over atomen en hoe ze zich gedragen begrijpen. Dit vereist een basiskennis van sommige chemie. We zullen beginnen met het construeren van atomen in ons denken in termen van de drie subatomaire deeltjes waarvan atomen zijn gemaakt.,
atomen
figuur 1. Elementen, zoals helium, hier afgebeeld, zijn opgebouwd uit atomen. Atomen bestaan uit protonen en neutronen die zich in de kern bevinden, met elektronen in orbitalen die de kern omringen.
atomen bestaan uit protonen, neutronen en elektronen. Protonen hebben een positieve ( + ) elektrische lading. Elektronen hebben een negatieve ( – ) lading die precies gelijk en tegengesteld is aan de elektrische lading van een proton. Neutronen zijn elektrisch neutraal.
Het grootste deel van de massa van een atoom is verpakt in zijn minuscule kern., Een atoomkern bestaat uit protonen en neutronen, die ongeveer dezelfde massa hebben (ongeveer 1,67 × 10-24 gram). Elektronen, aan de andere kant, zijn gerangschikt in specifieke orbitalen rond de kern van een atoom; ze zijn ook veel kleiner in massa dan protonen en neutronen, met een gewicht van slechts 9,11 × 10-28 gram, of ongeveer 1/1800 het gewicht van protonen en neutronen.
hoewel de massa van een elektron een kleine massa is in vergelijking met de massa van een proton of een neutron, nemen de elektronen het grootste deel van het volume van een atoom in beslag (zie Figuur 1).,
ionen
een neutraal atoom heeft hetzelfde aantal elektronen als protonen. Een atoom dat elektronen heeft verloren of gewonnen is niet langer een elektrisch neutraal atoom. Dat type atoom, dat niet elektrisch neutraal is en een elektrische lading heeft, wordt een ion genoemd. Atomen die elektronen hebben gewonnen zijn negatief ( – ) geladen ionen, of anionen. Atomen die elektronen hebben verloren zijn positief ( + ) geladen ionen, of kationen.
Het is ook mogelijk om ionen te hebben die eigenlijk kleine groepen atomen zijn. Deze staan bekend als polyatomische ionen., Een voorbeeld van een polyatomisch ion is het carbonaation (CO3) 2 -, dat twee extra elektronen heeft, waardoor het de netto elektrische lading van 2-heeft.
chemische formules
we hebben net gezien dat een carbonaation ook (CO3)2−genoemd kan worden. Maar wat betekent dit precies?
laten we eerst eens kijken naar de letters: CO. Atomen hebben chemische symbolen; elk element heeft een of twee letters gekregen om het voor te stellen. Zo staat C voor koolstof, en O voor zuurstof (al deze chemische symbolen zijn te zien in het periodiek systeem in Figuur 2 hieronder).,
zoals we hierboven lezen, betekent de 2− dat het ion twee extra elektronen heeft. Maar hoe zit het met de 3? Dit betekent dat er drie zuurstofatomen in het ion zitten. Het aantal atomen in een bepaalde formule wordt altijd genoteerd in subscript. Lading wordt altijd geschreven in superscript aan het einde van de formule (een superscript aan het begin van de formule betekent iets anders—we komen hier op terug als we isotopen hieronder bespreken). De haakjes rond CO3 geven aan dat de lading behoort tot de gehele polyatomische eenheid in plaats van alleen de O3.,
het carbonaation is dus één koolstofatoom (C), drie zuurstofatomen (O3) en twee extra elektronen (2−), die het gehele polyatomaire ion opladen.
het Periodiek Systeem
van nature voorkomende atomen in de aarde variëren van waterstof, met slechts één proton in zijn kern, tot uranium, met 92 protonen in zijn kern. Dit zijn de natuurlijk voorkomende chemische elementen, die dergelijke algemeen bekende elementen zoals koolstof, zuurstof, ijzer, enzovoort omvat., Het periodiek systeem geeft een overzicht van alle chemische elementen op een manier die ons vertelt hoeveel protonen elk van hen heeft, hoe de elektronen zijn gerangschikt, en wat het algemene chemische gedrag van elk element is.
Figuur 2. Volg deze link naar een grote versie van het Periodiek Systeem. De link wordt geopend in een nieuw venster, zodat u gemakkelijk kunt verwijzen naar het als je leest door middel van deze pagina.
zoals weergegeven in Figuur 2, bestaat het periodiek systeem uit achttien groepen en zeven perioden., Twee extra rijen elementen, bekend als de lanthaniden en actiniden, worden onder de hoofdtafel geplaatst. Deze elementen worden apart geplaatst om de tafel compacter te maken. Alle elementen in een groep hebben een soortgelijk chemisch gedrag. Dit komt omdat alle elementen in een groep een soortgelijke regeling van elektronen in hun atomen hebben, en het is de elektronenregeling die het chemische gedrag van een element bepaalt.
voor elk element worden de naam, het atoomsymbool, het atoomnummer en de atoommassa vermeld., Het atoomnummer is een geheel getal dat het aantal protonen vertegenwoordigt: elk chemisch element onderscheidt zich door het aantal protonen in zijn kern. Elk atoom van het element zuurstof heeft bijvoorbeeld acht protonen in zijn kern. Daarom is het atoomnummer van zuurstof 8. Als een atoom meer of minder dan acht protonen in zijn kern heeft, is het geen zuurstof, het is een ander chemisch element. In het periodiek systeem staat het atoomnummer van elk element boven het chemische symbool van het element.,
de atoommassa, de gemiddelde massa van verschillende isotopen, wordt geschat op twee decimalen. Waterstof heeft bijvoorbeeld het atoomsymbool H, het atoomnummer 1 en een atoommassa van 1,01. De atoommassa is altijd groter dan het atoomnummer. Voor de meeste kleine elementen is de atoommassa ongeveer het dubbele van het atoomnummer, aangezien het aantal protonen en neutronen ongeveer gelijk is.
de elementen zijn onderverdeeld in drie categorieën: metalen, niet-metalen en metalloïden. Deze vormen een diagonale lijn van periode twee, Groep dertien tot periode zeven, groep zestien., Alle elementen links van de metalloïden zijn metalen, en alle elementen rechts zijn niet-metalen.
het periodiek systeem is gemaakt om chemici te helpen elementen beter te begrijpen en hoe ze functioneren. Het is een kaart naar elementair gedrag.
isotopen
elk atoom van een bepaald element moet hetzelfde aantal protonen in zijn kern hebben. Dit getal is het atoomnummer. Er is echter een bereik van mogelijke aantallen neutronen die het in zijn kern kan hebben., Het feit dat atomen van een chemisch element verschillende aantallen neutronen kunnen hebben, leidt ertoe dat elk chemisch element meerdere isotopen heeft. Isotopen zijn atomen van een bepaald chemisch element met verschillende aantallen neutronen in hun kernen.
bijvoorbeeld, terwijl alle atomen van het element zuurstof acht protonen in hun kernen hebben, kunnen die zuurstofatomen acht, negen of tien neutronen hebben. De verschillende aantallen neutronen in de kern onderscheiden de drie isotopen van zuurstof. Zuurstof-16 is de isotoop van zuurstof met 8 neutronen in zijn kern., Het getal 16 wordt het atoommassa nummer genoemd. Het atoommassa getal is het totale aantal protonen en neutronen in de kern van een isotoop. Uit deze definitie, en wetende dat alle zuurstofatomen 8 protonen in de kern hebben, kun je afleiden dat zuurstof-17 de zuurstofisotoop is met 9 neutronen en zuurstof-18 is de zuurstofisotoop met 10 neutronen. Afgekort tot symbolen, worden de drie isotopen van zuurstof geschreven als 16O, 17O en 18O.,
isotopen zijn niet erg belangrijk voor het begrijpen van mineralen, maar zijn belangrijk voor het begrijpen van de toepassing van chemie en kernfysica op geologie, zoals het gebruik van metingen van radioactieve isotopen om de leeftijden van rotsen en mineralen te meten en het gebruik van zuurstofisotopen uit lagen ijs om te bepalen wat de temperatuur van de aarde was tijdens een ijstijd.
bijdragen!
verbeter deze pagina leer meer