Βασικά σωματίδια της ύλης

Transcript

1 1 Βασικά σωματίδια της ύλης Τα βασικά σωματίδια της ύλης είναι τα άτομα, τα μόρια και τα ιόντα. «Άτομο ονομάζουμε το μικρότερο σωματίδιο της ύλης που μπορεί να πάρει μέρος στο σχηματισμό χημικών ενώσεων». Υπάρχουν στη φύση 92 διαφορετικά είδη ατόμων, όσα και τα χημικά στοιχεία. Πίνακας με τα κυριότερα στοιχεία και τα σύμβολα των ατόμων τους δίνεται στην σελίδα 5Ε. «Μόριο ονομάζουμε το μικρότερο σωματίδιο της ύλης που μπορεί να μπορεί να υπάρξει ελεύθερο και να διατηρεί τις ιδιότητες της ουσίας από την οποία προέρχεται». Όταν όμοια άτομα ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζεται ένα μόριο στοιχείου. Παραδείγματα : 1 άτομο υδρογόνου + 1 άτομο υδρογόνου 1 μόριο υδρογόνου ( Η 2 ) 1 άτομο οξυγόνου + 1 άτομο οξυγόνου 1 μόριο οξυγόνου ( Ο 2 ) Μονοατομικά στοιχεία ονομάζονται εκείνα τα οποία σε ελεύθερη κατάσταση υπάρχουν σε μορφή ατόμων και όχι μορίων. Μονοατομικά είναι τα στοιχεία : Τα ευγενή αέρια : ήλιο ( He ), νέο ( Ne ), αργό ( Ar ), κρυπτό ( Kr ), ξένο ( Xe ), ραδόνιο ( He ). Τα μέταλλα σε αέρια κατάσταση : Li, Na, K,... Ο άνθρακας : C Διατομικά στοιχεία ονομάζονται εκείνα τα οποία σε ελεύθερη κατάσταση το μόριό τους αποτελείται από δύο άτομα. Διατομικά είναι τα στοιχεία : υδρογόνο ( H 2 ), οξυγόνο ( Ο 2 ), άζωτο ( Ν 2 ), φθόριο ( F 2 ), χλώριο ( Cl 2 ), βρώμιο ( Br 2 ), ιώδιο ( I 2 ). Τριατομικό στοιχείο είναι το όζον ( Ο 3 ). Όταν διαφορετικά άτομα ενώνονται, σχηματίζεται ένα μόριο χημικής ένωσης. Παραδείγματα : Προσοχή 1 άτομο υδρογόνου + 1 άτομο χλωρίου 1 μόριο υδροχλωρίου ( HCl ) 2 άτομα υδρογόνου + 1 άτομο οξυγόνου 1 μόριο νερού ( H 2 O ) Η διαφορά μεταξύ ανόμοιων ατόμων βρίσκεται στη σύστασή τους και στο μέγεθός τους. Τα άτομα των διαφόρων στοιχείων ενώνονται μεταξύ τους με διάφορες αναλογίες και σχηματίζουν εκατομμύρια χημικές ενώσεις. Ο αριθμός των ατόμων στο μόριο ενός στοιχείου ή στο μόριο μιας χημικής ένωσης είναι πάντοτε ο ίδιος. Π.χ. ένα μόριο υδρογόνου Η 2 περιέχει δύο άτομα υδρογόνου Η. το υδρογόνο, ως ουσία, ανήκει στα χημικά στοιχεία γιατί το μόριο του υδρογόνου σχηματίζεται από δύο όμοια άτομα Η. και

2 2 Ένα μόριο νερού, Η 2 Ο, περιέχει δύο άτομα υδρογόνου Η και ένα άτομο οξυγόνου Ο. το νερό, ως ουσία, ανήκει στις χημικές ενώσεις, γιατί το μόριο του νερού, Η 2 Ο, σχηματίζεται από δύο άτομα υδρογόνου Η και ένα άτομο οξυγόνου Ο, δηλ. ανόμοια άτομα. Ο Μοριακός Τύπος χρησιμοποιείται για την παράσταση του μορίου ενός στοιχείου ή μιας χημικής ένωσης. Ο Μοριακός τύπος μας δίνει το είδος των ατόμων αλλά και τον ακριβή αριθμό ατόμων κάθε στοιχείου στο μόριο του στοιχείου ή της χημικής ένωσης. Παραδείγματα : Υδροχλώριο : μοριακός τύπος ΗCl : 1 μόριο υδροχλωρίου αποτελείται από 1 άτομο υδρογόνου Η και 1 άτομο χλωρίου Cl. Νερό : μοριακός τύπος Η 2 Ο : 1 μόριο νερού αποτελείται από 2 άτομα υδρογόνου Η και 1 άτομο οξυγόνου Ο. Θειικό οξύ : μοριακός τύπος Η 2 SO 4 : 1 μόριο θειικού οξέος αποτελείται από 2 άτομα υδρογόνου Η, 1 άτομο S και 4 άτομα οξυγόνου Ο. Προσομοιώσεις ατόμων Όλα τα άτομα ενός στοιχείου είναι απειροελάχιστα σε μέγεθος, όμοια μεταξύ τους και αδύνατον να τα δούμε ακόμα και με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Για να αντιληφθούμε την μορφή τους τα παριστάνουμε με μικρές σφαίρες που τις ονομάζουμε μοντέλα ατόμων. Το άτομο κάθε στοιχείου παριστάνεται με σφαίρα διαφορετικού μεγέθους και χρώματος. Το χρώμα δεν είναι πραγματικό αλλά συμβατικό (τα άτομα είναι στην πραγματικότητα άχρωμα). Το άτομο του υδρογόνου (Η) είναι το μικρότερο σε μέγεθος. άτομο υδρογόνου Η, άτομο άνθρακα C, άτομο αζώτου N, άτομο οξυγόνου O άτομο χλωρίου Cl, άτομο θείου S, άτομο σιδήρου Fe Προσομοιώσεις μορίων Μόρια στοιχείων Δύο (ή σε κάποιες περιπτώσεις περισσότερα) άτομα ενός στοιχείου ενώνονται και σχηματίζουν ένα μόριο στοιχείου. Παραδείγματα Δύο άτομα υδρογόνου ενώνονται και σχηματίζουν ένα μόριο υδρογόνου. μόριο υδρογόνου H 2, μόριο αζώτου N 2, μόριο οξυγόνου O 2, μόριο χλωρίου Cl 2

3 3 Όταν συνδέονται (ενώνονται) μεταξύ τους όμοια άτομα, σχηματίζεται ένα μόριο στοιχείου. Όταν συνδέονται (ενώνονται) μεταξύ τους ανόμοια άτομα, σχηματίζεται ένα μόριο χημικής ένωσης. Παραδείγματα 1. Ένα άτομο υδρογόνου ενώνεται με ένα άτομο χλωρίου και σχηματίζουν ένα μόριο υδροχλωρίου. μόριο υδροχλωρίου HCl 2. Δύο άτομα υδρογόνου ενώνονται με ένα άτομο οξυγόνου και σχηματίζουν ένα μόριο νερού. ή μόριο νερού H 2 O 3. Με παρόμοιο τρόπο μπορούμε να μοντελοποιήσουμε ( δηλαδή να παραστήσουμε ) κάθε μόριο στοιχείου ή χημικής ένωσης, όσο πολύπλοκο και αν είναι. Π.χ. το θειικό οξύ Η 2 SO 4 : O, HO S O OH Προσομοίωση μορίου Η 2 SΟ 4, συντακτικός τύπος Η 2 SΟ 4 Ιόντα Ιόν ονομάζεται ένα φορτισμένο άτομο ή μία φορτισμένη ομάδα ατόμων. Κατιόντα : ονομάζονται τα ιόντα με θετικό ηλεκτρικό φορτίο. π.χ. Νa +, Ca 2+, (NH 4 ) + Ανιόντα : ονομάζονται τα ιόντα με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. π.χ. F, O 2, (SO 4 ) 2 Μονοατομικά ιόντα : αποτελούνται από ένα είδος ατόμου. π.χ. Νa +, Ca 2+, F, O 2 Πολυατομικά ιόντα : αποτελούνται από δύο ή περισσότερα άτομα. π.χ. (NH 4 ) +, (SO 4 ) 2 Τα ιόντα δεν υπάρχουν ελεύθερα στη φύση. Κατιόντα και ανιόντα ενώνονται μεταξύ τους με τέτοιες αναλογίες ώστε να σχηματίζονται οι ηλεκτρικά ουδέτερες ιοντικές ενώσεις.

4 Ευγενή αέρια Α Μ Ε Τ Α Λ Λ Α Μ Ε Τ Α Λ Λ Α 8 ο ΓΕΛ Πειραιά - Χημεία Α Λυκείου 4 Σύμβολα Ατόμων των κυριότερων Στοιχείων Πίνακας με τα ονόματα και τα χημικά σύμβολα των κυριότερων στοιχείων (τα οποία θα πρέπει να γνωρίζουμε). Α μ έ τ α λ λ α Μ έ τ α λ λ α Όνομα Σύμβολο Όνομα Σύμβολο 1. Υδρογόνο H 18. Νάτριο Na 2. Οξυγόνο O 19. Κάλιο K 3. Άνθρακας C 20. Μαγνήσιο Mg 4. Άζωτο N 21. Ασβέστιο Ca 5. Θείο S 22. Βάριο Ba 6. Φωσφόρος P 23. Χρώμιο Cr 7. Πυρίτιο Si 24. Μαγγάνιο Mn 8. Φθόριο F 25. Σίδηρος Fe 9. Χλώριο Cl 26. Νικέλιο Ni 10. Βρώμιο Br 27. Μόλυβδος Pb 11. Ιώδιο I 28. Χαλκός Cu 12. Ήλιο He 29. Αργίλιο Al 13. Νέο Ne 30. Άργυρος Ag 14. Αργό Ar 31. Υδράργυρος Hg 15. Κρυπτό Kr 32. Ψευδάργυρος Zn 16. Ξένο Xe 33. Λευκόχρυσος Pt 17. Ραδόνιο Rn 34. Χρυσός Au Κάθε σύμβολο παριστάνει ένα άτομο του στοιχείου, π.χ. το Η παριστάνει ένα άτομο υδρογόνου ή «το άτομο του Η έχει 1 πρωτόνιο στον πυρήνα του». Ένα στοιχείο μπορεί να παρασταθεί γενικά με το σύμβολό του. Π.χ. «Τα λιπάσματα περιέχουν ενώσεις Κ (καλίου)».

5 Ι. Δ ο μ ή α τ ό μ ο υ 5 Υ πο ατο μι κά σωματίδια (στοιχειώδη σωματίδια) Ας θεωρήσουμε ότι τα άτομα των στοιχείων έχουν σφαιρική μορφή. Το μεγαλύτερο μέρος της «σφαίρας» του ατόμου είναι «χώρος κενός». Τα υποατομικά σωματίδια από τα οποία συνθέτονται όλα τα άτομα «σφαίρες», όλων των στοιχείων είναι τρία: Το νετρόνιο (n) : βρίσκεται στον πυρήνα του ατόμου, έχει σχετική μάζα 1 και σχετικό ηλεκτρικό φορτίο μηδέν, είναι δηλαδή ηλεκτρικά αφόρτιστο. Το πρωτόνιο (p) : βρίσκεται στον πυρήνα του ατόμου, έχει σχετική ατομική μάζα 1 και σχετικό ηλεκτρικό φορτίο +1. Το ηλεκτρόνιο (e) : περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα σε συγκεκριμένες τροχιές, η μάζα του είναι 1836 φορές μικρότερη από τη μάζα του πρωτονίου και το σχετικό ηλεκτρικό φορτίο 1. Στη φύση υπάρχουν 92 διαφορετικά είδη ατόμων (92 στοιχεία). Διαφέρουν μεταξύ τους : i. στον αριθμό των νετρονίων (n), των πρωτονίων (p) και των ηλεκτρονίων (e) που έχει το καθένα. ii. Στο μέγεθος, δηλ. στην ακτίνα της σφαίρας, θεωρώντας ότι το άτομο είναι σφαιρικό. Κάθε άτομο στοιχείου χαρακτηρίζεται από δύο χαρακτηριστικούς αριθμούς: 1. Ατομικός Αριθμός (Ζ) ατόμου : ονομάζεται ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου του στοιχείου. Ζ ατόμου = Σ p + (ατόμου) Ο ατομικός αριθμός Ζ είναι χαρακτηριστικός και ο ίδιος για όλα τα άτομα του ίδιου στοιχείου. Όλα τα άτομα του ίδιου στοιχείου έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό Ζ Άτομα διαφορετικών στοιχείων έχουν διαφορετικούς ατομικούς αριθμούς Ζ1 και Ζ2 με Ζ1 Ζ2 ) Σε κάθε ουδέτερο άτομο ( δηλ. με ηλεκτρικό φορτίο μηδέν) έχουμε σύνολο πρωτονίων ίσο με το σύνολο των ηλεκτρονίων. Σ p + (ατόμου) = Σ e (ουδέτερου ατόμου) Επομένως το σύνολο των ηλεκτρονίων ( Σe ) στο ουδέτερο άτομο είναι ίσο με τον ατομικό αριθμό Ζ. Ζ ατόμου = Σ p + (ατόμου) = Σ e (ουδέτερου ατόμου)

6 6 2. Μαζικός Αριθμός (Α) ατόμου : ονομάζεται το άθροισμα των πρωτονίων ( Σp + =Z ) και των νετρονίων ( Σn=N ) στον πυρήνα του ατόμου του στοιχείου. Α = Ζ + Ν Συμβολισμός ατόμου στοιχείου Χ : ί Για ουδέτερο άτομο ή μονοατομικό ιόν πάντοτε ισχύει : Σ p + = Σ e + φορτίο Ζ = Σ e + φορτίο Ισότοπα άτομα ( ή ισότοπα στοιχείου ) ονομάζονται τα άτομα που έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό Ζ και διαφορετικό μαζικό αριθμό Α. Δηλ. για τα άτομα Α Ζ Χ Α, Ζ Ψ αν Ζ 1 = Ζ 2 : τα άτομα Χ, Ψ είναι ισότοπα. και Α 1 Α 2 Τα ισότοπα του υδρογόνου: Η, Η, Η Τα ισότοπα του άνθρακα :,,, Τα ισότοπα του Χλωρίου :, Άσκηση: Τα πρωτόνια στον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου Χ υστερούν κατά ένα (1) του αριθμού των νετρονίων. Στο ουδέτερο άτομο του στοιχείου Χ περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα 15 ηλεκτρόνια (e). Να βρείτε τον μαζικό αριθμό Α του στοιχείου Χ. Απάντηση: Γνωρίζω ότι : Α = Ζ + Ν Σύμφωνα με την εκφώνηση : Σp + = N 1 Z = N 1 Όμως σε κάθε ουδέτερο άτομο : Σp + = Σe N 1 =15 N = 16 Στο άτομο του Χ : Σe = 15 Σp + = 15 Ζ = 15 οπότε : Α = Ζ + Ν Α = Α = 31

7 7 Ασκήσεις και προβλήματα για λύση 1. Να συμπληρώσετε τον πίνακα: Άτομο ή ιόν βόριο Άζωτο Μαγνήσιο Βρόμιο Υδρογόνο Βάριο πρωτόνια νετρόνια ηλεκτρόνια Ατομικός αριθμός Ζ Μαζικός αριθμός Α Ηλεκτρικό φορτίο Σύμβολο 2. Να συμπληρώσετε τον πίνακα: πρωτόνια νετρόνια ηλεκτρόνια 3. Να συμπληρώσετε τα κενά του πίνακα : Ν Ο Ο Στοιχείο Σp + Σe Σn φορτίο Ν Ζ Α Σύμβολο Φώσφορος Χλώριο Φθόριο Αλουμίνιο Θείο Σίδηρος Οξυγόνο Το κατιόν Al 3+ έχει 14 νετρόνια και 10 ηλεκτρόνια. Να βρείτε : α. Τον ατομικό αριθμό (Ζ) και το μαζικό αριθμό (Α) του ατόμου Al. ( Απ. Ζ = 13 ) β. Ποιο ή ποια από τα επόμενα σωματίδια έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων με το Al 3+ : i. 9 F, ii. 12Mg 2+, iii. 8O 2, iv. 11 Na ( Απ. ii, iii ) 5. Ένα ουδέτερο άτομο αζώτου έχει συνολικά 7 ηλεκτρόνια. Τα νετρόνια στον πυρήνα του ατόμου αυτού υπερτερούν κατά ένα του αριθμού των πρωτονίων. Να βρείτε: α. Τον ατομικό αριθμό (Ζ) και του αζώτου. ( Απ. Ζ = 7 ) β. το μαζικό αριθμό (Α) του ατόμου αζώτου. ( Απ. Α = 15 ) 6. Δίνονται τα δύο ισότοπα : Χ και Χ. Να βρεθούν : α. O ατομικός αριθμός Ζ του ατόμου Χ. ( Απ. Z=6 ) β. O μαζικός αριθμός Α 1 και Α 2 των δύο ισοτόπων του ατόμου Χ. ( Απ. 12, 14 ) γ. O αριθμός νετρονίων Ν 1 και Ν 2 των δύο ισοτόπων του ατόμου Χ. ( Απ. 6, 8 )