Po co studiować chemię minerałów? Minerały zbudowane są z atomów, które mają wpływ na zachowanie i właściwości minerału. Tak więc, aby zrozumieć, wyjaśnić i przewidzieć zachowanie minerałów i skał-które są zbudowane z minerałów-musimy zrozumieć kilka podstawowych faktów na temat atomów i jak się zachowują. Wymaga to podstawowego zrozumienia niektórych chemii. Zaczniemy od konstruowania atomów w naszym myśleniu w kategoriach trzech cząsteczek subatomowych, z których zbudowane są atomy.,
Rysunek 1. Elementy, takie jak hel, przedstawione tutaj, składają się z atomów. Atomy składają się z protonów i neutronów znajdujących się w jądrze, z elektronami w orbitalach otaczających jądro.
Atomy składają się z protonów, neutronów i elektronów. Protony mają dodatni ( + ) ładunek elektryczny. Elektrony mają ładunek ujemny ( − ), który jest dokładnie równy i przeciwny do ładunku elektrycznego protonu. Neutrony są elektrycznie neutralne.
większość masy atomu jest upakowana w jego maleńkie jądro., Jądro atomowe składa się z protonów i neutronów, które mają w przybliżeniu tę samą masę (około 1,67 × 10-24 gramów). Elektrony, z drugiej strony, są rozmieszczone w określonych orbitalach wokół jądra atomu; są one również znacznie mniejsze w masie niż protony i neutrony, ważące tylko 9,11 × 10-28 gramów, lub około 1/1800 masy protonów i neutronów.
mimo że masa elektronu jest niewielką masą w porównaniu do masy protonu lub neutronu, elektrony zajmują większość objętości atomu (patrz rysunek 1).,
jony
ATOM neutralny ma taką samą liczbę elektronów, jak protony. Atom, który stracił lub zyskał żadnych elektronów nie jest już neutralny elektrycznie atom. Ten typ atomu, który nie jest elektrycznie neutralny i ma związany z nim ładunek elektryczny, nazywany jest jonem. Atomy, które uzyskały elektrony są ujemnie naładowanymi ( – ) jonami lub anionami. Atomy, które straciły elektrony, są dodatnio naładowanymi ( + ) jonami lub kationami.
możliwe jest również połączenie jonów, które są w rzeczywistości małymi grupami atomów. Są one znane jako jony poliatomowe., Jednym z przykładów jonów poliatomowych jest Jon węglanowy (CO3)2 -, który ma dwa dodatkowe elektrony, dając mu ładunek elektryczny netto 2 -−
Formuły chemiczne
właśnie widzieliśmy, że Jon węglanowy można również nazwać (CO3)2−. Ale co to dokładnie oznacza?
najpierw spójrzmy na litery: CO. Atomy mają symbole chemiczne; każdemu elementowi przypisano jedną lub dwie litery, aby go reprezentować. Tak więc, C oznacza węgiel, A O oznacza tlen (wszystkie te symbole chemiczne można zobaczyć w układzie okresowym na rysunku 2 poniżej).,
jak czytamy powyżej, 2− oznacza, że Jon ma dwa dodatkowe elektrony. Ale co z tą trójką? Oznacza to, że w Jonie znajdują się trzy atomy tlenu. Liczba atomów w danym wzorze jest zawsze zapisywana w indeksie dolnym. Ładunek jest zawsze zapisywany w indeksie górnym na końcu formuły (indeks górny na początku formuły oznacza coś innego—dojdziemy do tego, gdy omówimy izotopy poniżej). Nawiasy wokół CO3 wskazują, że ładunek należy do całej jednostki poliatomowej, a nie tylko O3.,
zatem jon węglanowy to jeden atom węgla (C), trzy atomy tlenu (O3) i dwa dodatkowe elektrony (2−), które ładują cały jon poliatomowy.
układ okresowy
naturalnie występujące Atomy występujące w ziemi wahają się od wodoru, z jednym protonem w jądrze, do uranu, z 92 protonami w jądrze. Są to naturalnie występujące pierwiastki chemiczne, które zawierają takie powszechnie znane pierwiastki, jak węgiel, tlen, żelazo i tak dalej., Układ okresowy wymienia wszystkie pierwiastki chemiczne w sposób, który mówi nam, ile protonów ma każdy z nich, jak rozmieszczone są jego elektrony i jakie jest ogólne chemiczne zachowanie każdego pierwiastka.
Rysunek 2. Kliknij ten link do dużej wersji układu okresowego. Link otworzy się w nowym oknie, dzięki czemu możesz łatwo się do niego odwoływać podczas czytania tej strony.
jak pokazano na rysunku 2, Układ okresowy składa się z osiemnastu grup i siedmiu okresów., Dwa dodatkowe rzędy elementów, znane jako lantanidy i aktynidy, są umieszczone pod głównym stołem. Elementy te są umieszczone oddzielnie, aby stół był bardziej zwarty. Wszystkie pierwiastki w grupie mają podobne zachowanie chemiczne. Dzieje się tak dlatego, że wszystkie pierwiastki w grupie mają podobny układ elektronów w swoich atomach i to układ elektronowy określa chemiczne zachowanie pierwiastka.
dla każdego elementu podano nazwę, symbol atomowy, liczbę atomową i masę atomową., Liczba atomowa jest liczbą całkowitą, która reprezentuje liczbę protonów: każdy pierwiastek chemiczny wyróżnia się liczbą protonów w jądrze. Na przykład, każdy atom pierwiastka tlenu ma osiem protonów w swoim jądrze. Dlatego liczba atomowa tlenu wynosi 8. Jeśli atom ma więcej lub mniej niż osiem protonów w jądrze, nie jest to tlen, jest to jakiś inny pierwiastek chemiczny. W układzie okresowym liczba atomowa każdego pierwiastka jest wymieniona powyżej symbolu chemicznego pierwiastka.,
masa atomowa, która jest średnią masą różnych izotopów, jest szacowana do dwóch miejsc po przecinku. Na przykład Wodór ma symbol atomowy H, liczbę atomową 1 i masę atomową 1,01. Masa atomowa jest zawsze większa od liczby atomowej. Dla większości małych pierwiastków masa atomowa jest w przybliżeniu dwukrotnie większa od liczby atomowej, ponieważ liczba protonów i neutronów jest mniej więcej równa.
elementy są podzielone na trzy kategorie: metale, niemetale i metaloidy. Tworzą one ukośną linię od okresu drugiego, grupy trzynastej do okresu siódmego, grupy szesnastej., Wszystkie elementy po lewej stronie metaloidów są metalami, a wszystkie elementy po prawej są niemetalami.
układ okresowy został stworzony, aby pomóc chemikom lepiej zrozumieć pierwiastki i ich funkcjonowanie. To mapa do zachowania żywiołów.
izotopy
każdy atom określonego pierwiastka musi mieć taką samą liczbę protonów w swoim jądrze. Liczba ta jest liczbą atomową. Istnieje jednak szereg możliwych ilości neutronów, które może mieć w swoim jądrze., Fakt, że atomy pierwiastka chemicznego mogą mieć różną liczbę neutronów powoduje, że każdy pierwiastek chemiczny ma kilka izotopów. Izotopy to Atomy danego pierwiastka chemicznego, które mają różną liczbę neutronów w jądrach.
na przykład, podczas gdy wszystkie atomy pierwiastka tlen mają osiem protonów w jądrach, te atomy tlenu mogą mieć osiem, dziewięć lub dziesięć neutronów. Różna liczba neutronów w jądrze wyróżnia trzy izotopy tlenu. Tlen – 16 jest izotopem tlenu z 8 neutronami w jądrze., Liczba 16 nazywana jest liczbą masową atomową. Liczba atomowa jest całkowitą liczbą protonów i neutronów w jądrze izotopu. Z tej definicji i wiedząc, że wszystkie atomy tlenu mają 8 protonów w jądrze, można wywnioskować, że tlen-17 jest izotopem tlenu z 9 neutronami, a tlen-18 jest izotopem tlenu z 10 neutronami. W skrócie trzy izotopy tlenu zapisywane są jako 16O, 17O i 18O.,
izotopy nie są bardzo ważne dla zrozumienia minerałów, ale są ważne w zrozumieniu, jak stosować chemię i fizykę jądrową do geologii, na przykład jak używać pomiarów izotopów radioaktywnych do pomiaru wieku skał i minerałów oraz jak używać izotopów tlenu z warstw lodu lodowcowego do określenia temperatury ziemi podczas epoki lodowcowej.
zgłoś się!
popraw tę stronę więcej