Elementos químicos

Estructura de la materia

Nuestra tierra, la naturaleza, todos los seres vivos, los objetos, los continentes, las montañas, los océanos y nosotros mismos estamos hechos de elementos químicos que están conectados de diferentes maneras. La vida ha nacido a través de la conexión de elementos. Los elementos químicos son átomos con el mismo número de protones en el núcleo. El número se llama número atómico (en inglés, número atómico). Por ejemplo, carbono tiene número atómico 6 y por lo tanto tiene 6 protones en su núcleo. El elemento más simple es hidrógeno (H) con un protón y un electrón (número atómico 1, sin neutrones). Las sustancias puras también se denominan elementos, por ejemplo, puras. oxígeno. No se pueden dividir más por métodos químicos y físicos simples. Los elementos pueden ser sólidos, gaseosos o más raramente líquidos (estados de agregación). Más de 94 elementos se producen de forma natural y muchos más se han producido de forma artificial.

Composición de los elementos

Los elementos químicos individuales están compuestos de protones cargados positivamente, neutrones neutros y electrones cargados negativamente. El núcleo del átomo consta de protones y neutrones que se denominan colectivamente nucleones, y los electrones se encuentran en la capa atómica (capa de electrones).

• Nucleones = protones + neutrones.

El número de protones y electrones es igual en átomos sin carga. Porque los cargos equilibrar, los elementos son eléctricamente neutros al exterior. Sin embargo, si ceden un electrón, están cargados positivamente (cationes). Si aceptan uno, están cargados negativamente (aniones). Los átomos cargados se llaman iones. Juntos forman sales. Los átomos a menudo se representan - también en este texto - con el modelo atómico obsoleto de Bohr, en el que los electrones orbitan el núcleo atómico en órbitas definidas, es decir, como los planetas orbitan alrededor del sol. Hoy en día, el modelo orbital de la mecánica cuántica se usa generalmente para representar electrones, en el que los electrones tienen una probabilidad definida de residencia en el espacio alrededor del núcleo.

Isótopos

Los isótopos son átomos que difieren solo en el número de neutrones y, por tanto, en masa. Esto es con el mismo número de protones. Por ejemplo, deuterio (²H) es un isótopo de hidrógeno (¹H) con un neutrón. Porque el masa es mayor, el deuterio (D) se llama pesado hidrógeno y el óxido de deuterio se llama pesado agua (D₂O). Entre los isótopos más conocidos se encuentran los isótopos de uranio, cuyos núcleos son fisionables y se utilizan en centrales nucleares y para fabricar armas nucleares y sistemas de propulsión.

Origen de los elementos.

Los elementos más simples, hidrógeno (= 1) y helio (= 2), se formaron hace 13.8 millones de años durante el Big Bang poco después de la formación de nuestro universo. El hidrógeno sigue siendo el elemento más abundante en el vasto universo actual, seguido del helio. La mayoría de los elementos restantes se formaron en estrellas por fusión nuclear o en una supernova, en estrellas moribundas. Algunos se han formado por la influencia de los rayos cósmicos (litio, berilio, boro). Finalmente, existen elementos con un número atómico alto, que fueron producidos artificialmente por humanos.

Ejemplos

La siguiente lista muestra una selección de elementos. El (símbolo del elemento) se muestra entre paréntesis, por ejemplo C (carbono, de lat. , carbón) para carbono. La abreviatura tiene una o dos letras.

• El hidrógeno (H) es un componente de agua, junto con oxígeno.
• El carbono (C) es el componente básico de toda la vida en la tierra.
• Nitrógeno (N) es el componente más importante del aire.
• Oxígeno (O) es esencial para la producción de energía en el cuerpo.
• Sodio (sal) (Na) está contenido en la sal de mesa.
• Magnesio (Mg) se encuentra en la clorofila (hoja verde).
• Aluminio (Al) se encuentra en el papel de aluminio y en las carrocerías de automóviles.
• Silicio (Si) se encuentra en casi todos los minerales y rocas de la tierra.
• Fósforo (P) se utiliza para la producción de fósforos.
• Azufre (S) es liberado por volcanes.
• Potasio (K) juega un papel central en la función del los nervios.
• Calcio (Ca) está contenido en huesos.
• Plancha para ropa (Fe) es el elemento más abundante en el planeta Tierra.
• Mercurio (Hg), a diferencia de otros metales, está presente como líquido.
• El níquel (Ni) se utiliza para aleaciones metálicas.
• Silver (Ag) y ORO (Au) están incluidos en las joyas.

Masa y tamaño

Casi todos los masa de un átomo está en el núcleo. El volumen, por otro lado, está determinada por la capa de electrones, porque el núcleo es muy pequeño. La masa de los átomos viene dada por el símbolo u o Da (daltons). u representa. Corresponde a la masa de protones, neutrones y electrones. 1 u se expresa como una doceava parte de la masa de carbono-12 (¹²C) y es 1.660 - 10^-24 gramo. La masa de un protón y un neutrón es aproximadamente 1 u, que es una unidad de masa. Dado que el carbono-12 contiene 6 protones y 6 neutrones y los electrones tienen una masa muy pequeña (1/1836 de un protón), su masa atómica es de aproximadamente 12 u (12.011 u). Este número se llama número de masa. Número de masa = número de protones + número de neutrones La masa molecular de los compuestos químicos se puede obtener sumando las masas atómicas de los átomos que los componen. Los átomos son inimaginablemente pequeños: su diámetro está en el rango de 10^-10 m (1 angstrom, 0.1 nm).

Compuestos químicos

Los elementos químicos se combinan muy fácilmente con el mismo o con otros elementos; puros o no unidos, rara vez ocurren. Solo los electrones en la capa atómica son responsables de los enlaces químicos, los núcleos atómicos no están involucrados. Los compuestos químicos más importantes son:

• Organic moléculas con enlaces covalentes.
• Sales con enlaces iónicos
• Metales con enlace metálico

La característica especial de los compuestos químicos es que sus propiedades son completamente diferentes de las de los elementos que los componen. Por ejemplo, cloruro de sodio está compuesto de sodio ionizado y cloro átomos Sodio (sal) como un elemento es un blando, plata-metal gris que es altamente reactivo, y cloro existe (a temperatura ambiente) como gas tóxico. Juntos forman la sal de mesa cristalina que consumimos todos los días como potenciador del sabor en los alimentos. Lo mismo puede ilustrarse con el ejemplo de agua, que se forma a partir de los gases hidrógeno y oxígeno en la reacción de oxihidrógeno.

Tabla periódica

La tabla periódica de los elementos es una descripción general descriptiva y práctica de todos los elementos, desarrollada por primera vez en la década de 1860. Comienza con hidrógeno (1) y se organiza en orden creciente de número atómico. Al presentarlos en períodos horizontales y grupos verticales, los elementos relacionados con propiedades químicas y físicas similares se agrupan. Éstos incluyen:

• Metales alcalinos
• Metales alcalinotérreos
• Metales de transición
• Lantánidos
• Actinoides
• Metales
• Semi-metales
• No metales
• Halógenos
• Gases nobles

Enlace (versión en inglés): tabla periódica IUPAC con descarga en PDF.

Indivisibilidad de los elementos

Los elementos se pueden obtener a partir de mezclas sometidas a diversos procesos de separación químicos y físicos, como combustión, corriente eléctrica o adición de ácido. Al final, los procesos comunes dejan atrás los elementos puros. El término átomo se deriva del griego, que significa indivisible. De hecho, los elementos no son divisibles por los métodos químicos habituales. Sin embargo, con el descubrimiento de la radiactividad y la desintegración radiactiva, se ha demostrado que el término es inexacto y que es posible la denominada fisión nuclear en elementos con un número atómico menor. Por el contrario, la fusión nuclear puede producir elementos con un número atómico más alto. Por ejemplo, el Sol forma helio a partir de hidrógeno en su núcleo, que libera la energía y el calor que son la base de toda la vida en la Tierra.

Estructura del ser humano

Como se mencionó al principio, los seres humanos también estamos compuestos por los elementos conocidos. Los representantes más importantes son oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (NORTE), calcio (Ca) y fósforo (PAG). ¡Estos 6 elementos juntos constituyen más del 99% de la masa corporal! Otros minerales como potasio, magnesio y sodio, por ejemplo, así como numerosos oligoelementos como el cromo, de hierro, flúor, selenio or cobre están contenidos en una cantidad mucho menor, pero tienen funciones vitales.

Origen de la vida en la tierra

Los elementos de la tierra se originan, como ya se mencionó, por un lado del big bang, que tuvo lugar hace unos 13.8 millones de años y con el que se crearon el universo, el espacio y el tiempo; los elementos superiores se formaron principalmente en activos y moribundos estrellas (supernovas). La tierra tiene una edad de unos 4.5 millones de años. La vida en la Tierra ha surgido espontáneamente de la naturaleza inanimada hace quizás 4 mil millones de años por la combinación de elementos en compuestos químicos orgánicos. Estas reacciones se han producido principalmente en agua, porque las reacciones químicas se producen de forma inadecuada en sólidos o gases. Estudios como el experimento de Miller-Urey de la década de 1950 han demostrado que biomoléculas como aminoácidos or ácidos nucleicos puede formarse a partir de compuestos más simples en la naturaleza. En el centro de la transición de la Tierra inanimada a la animada fue la formación de poliméricos en proliferación. moléculas de monómeros. Estos contienen la información de la secuencia en su estructura. Se cree que este fue el primer ácido ribonucleico (ARN), que catalizó su propia replicación. Una vez moléculas autorreplicada, la evolución se puso en marcha, lo que llevó a una complejidad creciente, organismos unicelulares y multicelulares, plantas, hongos, animales y, después de un tiempo inimaginablemente largo, a los humanos.