Kémiai elem — definíció, tulajdonságok, periódusos rendszer és példák
Ismerd meg a kémiai elemek definícióját, tulajdonságait, a periódusos rendszer felépítését és szemléletes példákat — 118 elem egyszerű, érthető áttekintése.
A kémiai elem olyan anyag, amely csak egyféle atomot tartalmaz. Ha egy anyag egynél több atomtípust tartalmaz, akkor vegyületről van szó. Egy elem lehet szilárd, folyékony vagy gáznemű halmazállapotú; az ilyen anyag legkisebb részecskéje egy atom.
Az atom szerkezete
Minden atom protonokból, neutronokból és elektronokból állnak. A protonok és neutronok alkotják az atommagot, az elektronok pedig az atommagnak körülötte elhelyezkedő elektronfelhőben találhatók. A protonok pozitív töltésűek, az elektronok negatívak, a neutronok semlegesek.
Atomszám, tömegszám és izotópok
Az atomban lévő protonok számát atomszámnak nevezzük. Ez az érték határozza meg, hogy egy atom melyik kémiai elemhez tartozik: például minden atom, amelynek 6 protonja van, a szén elem, és minden atom, amelynek 92 protonja van, az urán elem.
Az atom tömegét elsősorban a protonok és neutronok száma adja; ezek összege a tömegszám. Ugyanolyan atomszám mellett különböző neutron‑számú változatokat izotópoknak nevezzük. Az izotópok kémiai tulajdonságai gyakran hasonlóak, de fizikai tulajdonságaik (például radioaktivitásuk) eltérhetnek.
Töltés, ionok és elektronok szerepe
A magban lévő protonok pozitív töltése meghatározza az atom elektromos jellegét, és ez határozza meg az elektronok számát egy semleges, normál (egyesített) állapotban. Ha egy atom több vagy kevesebb elektront tartalmaz, mint proton, akkor töltött részecske, azaz ion keletkezik. Az elektronok elrendeződése az atomi pályáikon az, ami leginkább meghatározza az atom kémiai viselkedését.
Kémiai tulajdonságok és kötéstípusok
Az elektronok külső héján lévő elektronok (vegyértékelektronok) határozzák meg az atom hajlamát más atomokkal kötést létesíteni. A fő kötéstípusok:
- Ionos kötés — elektronátadás következtében keletkező ellentétes töltésű ionok közötti elektromos vonzás (például NaCl-szerű vegyületek esetén).
- Kovalens kötés — elektronpárok megosztása két atom között (például a víz molekulájában).
- Fémes kötés — fémes elemekben az elektronok delokalizált „tengere” adja a jó elektromos és hővezetést.
Ezek a kötések és az elektronok elrendeződése határozza meg az elemek reaktivitását, elektromos vezetőképességét, olvadáspontját, sűrűségét és további fizikai-kémiai tulajdonságait.
Periódusos rendszer és trendek
A kémiai elemeket rendszerint a periódusos rendszerben rendezik el: sorok (periódusok) és oszlopok (csoportok) szerint. A táblázat elrendezése tükrözi az elektronhéjak és a vegyértékelektronok mintázatát, ezért megmutatja, hogy egy elem milyen tulajdonságokkal rendelkezik a többihez képest. Fontos periódusos trendek:
- atomsugár: általában balról jobbra csökken, fentről lefelé nő;
- ionizációs energia: általában balról jobbra nő, fentről lefelé csökken;
- elektronegativitás: általában balról jobbra nő, fentről lefelé csökken.
Előfordulás, felfedezés és mesterséges elemek
A modern kémia ma 118 különböző kémiai elemet ismer el. Sok elem megtalálható a természetben, de a periódusos rendszer nehezebb elemeit (magas rendszámúakat) gyakran csak laboratóriumokban állítják elő nukleáris reakciók során. Egyes elemek, például a technécium, először mesterségesen kerültek előállításra, és később kis mennyiségben természetben is kimutatták őket.
Az elemek fontos szerepet játszanak az élő rendszerekben: az emberi test például több tucat elemből épül fel, a legfontosabbak közé tartozik az oxigén, a szén, a hidrogén és a nitrogén — összesen a szervezetben körülbelül 26 elem található jelentősebb mennyiségben.
Példák és gyakorlati megjelenés
Néhány gyakori elem és jellegzetességük:
- Hidrogén (H): a legegyszerűbb és leggyakoribb elem az univerzumban; a víz fő alkotóeleme.
- Szén: szerves vegyületek alapja; sokféle allotrópiája van (grafit, gyémánt).
- Oxigén (O): a légkörben megtalálható, nélkülözhetetlen az élethez.
- Vas (Fe): fontos szerkezeti fém, mágneses tulajdonságokkal.
- Arany (Au): nemesfém, jó elektromos vezető, korrózióálló.
- Urán: nehéz, radioaktív elem, amelyet nukleáris energiatermelésre használnak.
Összefoglalás
Az elemek a matéria alapegységei: minden anyag elemek kombinációjából épül fel. Az egyes elemeket az atomszám határozza meg, belső szerkezetük és az elektronok elrendeződése határozza meg kémiai viselkedésüket. A periódusos rendszer segít megérteni és előre jelezni az elemek tulajdonságait és kölcsönhatásait, míg a modern kémia folyamatosan tanulmányozza mind a természetes, mind a mesterséges elemek szerepét a természetben és a technológiában.
A kén elem kristályos szerkezetű
A bróm egyike annak a két elemnek, amely 25 °C-on folyékony. A másik a higany
Kémiai jelek
A kémiai elemek egyedi kémiai szimbólumot is kapnak. A kémiai szimbólumokat az egész világon használják. Ez azt jelenti, hogy függetlenül attól, hogy milyen nyelven beszélnek, nem lehet félreértés a szimbólum jelentésével kapcsolatban. Az elemek kémiai szimbólumai az angol vagy latin nevükből származnak. Például a szén kémiai jele "C", a nátriumé pedig "Na", a latin natrium után. A volfrámot a német neve, a wolfram után "W"-nek nevezik. Az "Au" az arany szimbóluma, és az arany latin szavából, az aurumból származik. Egy másik szimbólum, amely a latinból származik, az "Ag". Ez az ezüst elem, és a latin argentum szóból származik. Az ólom szimbóluma, a "Pb" a latin plumbumból származik, és az angol plumber szó is ebből ered, mivel a csöveket régen ólomból készítették. Néhány újabban felfedezett elemet híres emberekről neveztek el, mint például az einsteiniumot, amelyet Albert Einsteinről neveztek el.
Összetételek
Az elemek egyesülhetnek (reakcióba léphetnek) tiszta vegyületek (például víz, sók, oxidok és szerves vegyületek) képződése érdekében. Sok esetben ezek a vegyületek meghatározott összetételűek, saját szerkezettel és tulajdonságokkal rendelkeznek. A vegyület tulajdonságai nagymértékben eltérhetnek azoktól az elemektől, amelyekből készült. A nátrium egy fém, amely vízbe téve ég, a klór pedig mérgező gáz. Amikor reakcióba lépnek egymással, nátrium-kloridot (só) hoznak létre, amely ártalmatlan és ehető.
Keverékek
Egyes elemek tetszőleges arányban keverednek egymással, és új struktúrákat alkotnak. Az ilyen új szerkezetek nem vegyületek. Ezeket keverékeknek vagy - ha az elemek fémek - ötvözeteknek nevezzük.
Izotópok
A természetben a legtöbb elem különböző számú neutronokkal rendelkező atomokból áll. Az izotóp egy elem egy bizonyos számú neutronnal rendelkező formája. Például a szénnek két stabil, a természetben előforduló izotópja van: a szén-12 (6 neutron) és a szén-13 (7 neutron). A szén-14 (8 neutron) a szén természetben előforduló radioaktív izotópja. Az Ununoctium kivételével minden elemnek legalább két izotópja ismert.
Osztályozás
Az elemeket fizikai állapotok alapján lehet osztályozni. Szobahőmérsékleten és nyomáson a legtöbb elem szilárd, csak 11 gáz és 2 folyadék.
Az elemeket fémekre és nem fémekre is lehet osztani. Sokkal több fém van, mint nem fém.
Néhány elem tulajdonságai azonban a fémek és a nem fémek tulajdonságai között helyezkednek el. Ezeket az elemeket félmetáloknak (vagy metalloidoknak) nevezik.
Kapcsolódó oldalak
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kémiai elem?
V: A kémiai elem olyan anyag, amely csak egyféle atomból áll.
K: Miből állnak az atomok?
V: Az atomok protonokból, neutronokból és elektronokból állnak.
K: Mi határozza meg a protonok számát egy atomban?
V: Az atomban lévő protonok számát atomszámnak nevezzük.
K: Hány különböző elemet ismer a modern kémia?
V: A modern kémia 118 különböző kémiai elemet ismer.
K: Hány természetes elem található a természetben?
V: A természetben 92 elem található meg.
K: Mikor fedezték fel az utolsó természetes elemet?
V: Az utolsó természetes elemet az urániumot fedezték fel 1789-ben.
K: Hogyan segít a periódusos rendszer az elemek közötti tulajdonságok megértésében?
V: Az elemek helye a táblázatban elárulja, hogy milyen tulajdonságokkal rendelkeznek a többi elemhez képest.
Keres