Varför studera mineralkemi? Mineraler är gjorda av atomer, som påverkar mineralets beteende och egenskaper. Således, för att förstå, förklara och förutsäga beteendet hos mineraler och stenar—som är gjorda av mineraler—måste vi förstå några grundläggande fakta om atomer och hur de beter sig. Detta kräver en grundläggande förståelse för viss kemi. Vi kommer att börja med att bygga atomer i vårt tänkande när det gäller de tre subatomära partiklarna av vilka atomer tillverkas.,
atomer
Figur 1. Element, som helium, avbildat här, består av atomer. Atomer består av protoner och neutroner belägna inom kärnan, med elektroner i orbitaler som omger kärnan.
atomer består av protoner, neutroner och elektroner. Protoner har en positiv ( + ) elektrisk laddning. Elektroner har en negativ ( – ) laddning som är exakt lika och motsatt den elektriska laddningen av en proton. Neutroner är elektriskt neutrala.
det mesta av en atoms massa är förpackad i sin lilla kärna., En atomkärna är gjord av protoner och neutroner, som har ungefär samma massa (ca 1,67 × 10-24 gram). Elektroner, å andra sidan, är anordnade i specifika orbitaler runt kärnan i en atom; de är också mycket mindre i massa än protoner och neutroner, väger endast 9.11 × 10-28 gram, eller ca 1/1800 vikten av protoner och neutroner.
även om massan av en elektron är en liten massa jämfört med massan av en proton eller en neutron, upptar elektronerna det mesta av volymen av en atom (se Figur 1).,
joner
en neutral atom har samma antal elektroner som protoner. En atom som har förlorat eller fått några elektroner är inte längre en elektriskt neutral atom. Den typen av atom, som inte är elektriskt neutral och har en elektrisk laddning associerad med den, kallas en jon. Atomer som har fått elektroner är negativt ( – ) laddade joner eller anjoner. Atomer som har förlorat elektroner är positivt ( + ) laddade joner eller katjoner.
det är också möjligt att ha joner som faktiskt är små grupper av atomer bundna tillsammans. Dessa är kända som polyatomiska joner., Ett exempel på en polyatomisk jon är karbonatjon, (CO3) 2 -, som har två extra elektroner, vilket ger den netto elektrisk laddning av 2 -.
kemiska formler
Vi har just sett att en karbonatjon också kan kallas (CO3)2−. Men vad exakt betyder detta?
låt oss först titta på bokstäverna: CO. Atomer har kemiska symboler; varje element har tilldelats en eller två bokstäver för att representera den. Således står C för kol, och O står för syre (alla dessa kemiska symboler kan ses i det periodiska tabellen i Figur 2 nedan).,
När vi läser ovan betyder 2− att Jonen har två extra elektroner. Men de tre då? Det betyder att det finns tre syreatomer i jonen. Antalet atomer i en viss formel är alltid noterat i nedsänkt. Laddningen skrivs alltid i upphöjd i slutet av formeln (en upphöjd i början av formeln betyder något annat—vi kommer till detta när vi diskuterar isotoper nedan). Parenteserna kring CO3 indikerar att laddningen tillhör hela polyatomic enheten snarare än bara O3.,
således är karbonatjonen en kolatom (C), tre syreatomer (O3) och två extra elektroner (2−), som laddar hela polyatom Jonen.
det periodiska systemet
naturligt förekommande atomer som finns i jorden sträcker sig från väte, med bara en proton i dess kärna, till uran, med 92 protoner i dess kärna. Dessa är de naturligt förekommande kemiska elementen, som innehåller sådana allmänt kända element som kol, syre, järn och så vidare., Det periodiska systemet listar alla kemiska element på ett sätt som berättar hur många protoner var och en av dem har, hur dess elektroner är ordnade och vad det allmänna kemiska beteendet hos varje element är.
Figur 2. Följ den här länken till en stor version av det periodiska bordet. Länken öppnas i ett nytt fönster så att du enkelt kan hänvisa till den när du läser igenom den här sidan.
som visas i Figur 2 består periodiska systemet av arton grupper och sju perioder., Två ytterligare rader av element, kända som lanthanides och actinides, placeras under huvudtabellen. Dessa element placeras separat för att göra bordet mer kompakt. Alla element i en grupp har ett liknande kemiskt beteende. Detta beror på att alla element i en grupp har ett liknande arrangemang av elektroner i sina atomer, och det är elektronarrangemanget som bestämmer elementets kemiska beteende.
för varje element tillhandahålls namnet, atomsymbolen, atomnumret och atommassan., Atomnumret är ett helt tal som representerar antalet protoner: varje kemiskt element kännetecknas av antalet protoner i dess kärna. Till exempel har varje atom av elementet syre åtta protoner i dess kärna. Det är därför atomnumret av syre är 8. Om en atom har större eller färre än åtta protoner i sin kärna, är det inte syre, det är något annat kemiskt element. I det periodiska systemet anges atomnumret för varje element ovanför elementets kemiska symbol.,
atommassan, som är den genomsnittliga massan av olika isotoper, beräknas till två decimaler. Till exempel har väte atomsymbolen H, atomnummer 1 och en atommassa på 1,01. Atommassan är alltid större än atomnumret. För de flesta små element är atommassan ungefär dubbelt atomnumret, eftersom antalet protoner och neutroner är ungefär lika.
elementen är indelade i tre kategorier: metaller, nonmetals och metalloider. Dessa bildar en diagonal linje från period två, grupp tretton till period sju, grupp sexton., Alla element till vänster om metalloiderna är metaller, och alla element till höger är nonmetals.
det periodiska systemet skapades för att hjälpa kemister att bättre förstå element och hur de fungerar. Det är en karta till elementärt beteende.
isotoper
varje atom av ett specifikt element måste ha samma antal protoner i dess kärna. Detta nummer är dess atomnummer. Det finns dock en rad möjliga antal neutroner som den kan ha i sin kärna., Det faktum att atomer av ett kemiskt element kan ha olika antal neutroner resulterar i att varje kemiskt element har flera isotoper. Isotoper är atomer av ett givet kemiskt element som har olika antal neutroner i sina kärnor.
till exempel, medan alla atomer av elementet syre har åtta protoner i sina kärnor, kan dessa syreatomer ha åtta, nio eller tio neutroner. De olika numren av neutroner i kärnan skiljer de tre isotoperna av syre. Syre-16 är isotopen av syre med 8 neutroner i dess kärna., Numret 16 kallas atommassnumret. Atommassantalet är det totala antalet protoner och neutroner i kärnan av en isotop. Från denna definition, och att veta att alla syreatomer har 8 protoner i kärnan, kan du härleda att syre-17 är syreisotopen med 9 neutroner och syre-18 är syreisotopen med 10 neutroner. Förkortat till symboler skrivs de tre isotoperna av syre som 16O, 17O och 18O.,
isotoper är inte särskilt viktiga för att förstå mineraler, men är viktiga för att förstå hur man tillämpar Kemi och kärnfysik på geologi, till exempel hur man använder mätningar av radioaktiva isotoper för att mäta åldrarna av stenar och mineraler och hur man använder syreisotoper från lager av is för att bestämma vad jordens temperatur var under en istid.
bidra!
förbättra denna sida mer