องค์ประกอบทางเคมี

โครงสร้างของสสาร

โลกของเราธรรมชาติสิ่งมีชีวิตวัตถุทวีปภูเขามหาสมุทรและตัวเราเองนั้นสร้างขึ้นจากองค์ประกอบทางเคมีที่เชื่อมต่อกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน ชีวิตเกิดขึ้นได้จากการเชื่อมโยงขององค์ประกอบต่างๆ องค์ประกอบทางเคมีคืออะตอมที่มีจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากัน ตัวเลขนี้เรียกว่าเลขอะตอม (ในภาษาอังกฤษเลขอะตอม) ตัวอย่างเช่น, คาร์บอน มีเลขอะตอม 6 และมีโปรตอน 6 ตัวในนิวเคลียส องค์ประกอบที่ง่ายที่สุดคือ ไฮโดรเจน (H) มีโปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอน 1 ตัว (เลขอะตอม XNUMX ไม่มีนิวตรอน) สารบริสุทธิ์เรียกอีกอย่างว่าองค์ประกอบเช่นบริสุทธิ์ ออกซิเจน. ไม่สามารถแบ่งออกได้อีกด้วยวิธีทางเคมีและทางกายภาพ องค์ประกอบต่างๆอาจเป็นของแข็งก๊าซหรือของเหลวที่แทบจะไม่มากนัก (สถานะของการรวมตัว) องค์ประกอบมากกว่า 94 ชนิดเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและอีกมากมายถูกผลิตขึ้นโดยเทียม

องค์ประกอบขององค์ประกอบ

องค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกนิวตรอนเป็นกลางและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนซึ่งรวมเรียกว่านิวคลีออนและอิเล็กตรอนจะอยู่ในเปลือกอะตอม (เปลือกอิเล็กตรอน)

นิวคลีออน = โปรตอน + นิวตรอน

จำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันในอะตอมที่ไม่มีประจุ เพราะค่าใช้จ่าย สมดุลองค์ประกอบมีความเป็นกลางทางไฟฟ้ากับภายนอก อย่างไรก็ตามหากพวกมันยอมแพ้อิเล็กตรอนพวกมันจะมีประจุบวก (ไอออนบวก) หากพวกเขายอมรับหนึ่งพวกเขาจะถูกเรียกเก็บเงินเป็นลบ (แอนไอออน) อะตอมที่มีประจุเรียกว่าไอออน พวกเขารวมตัวกัน ยาดม. มักจะแสดงอะตอม - ในข้อความนี้ด้วยแบบจำลองอะตอมของบอร์ที่ล้าสมัยซึ่งอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมบนวงโคจรที่กำหนดเช่นดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ปัจจุบันแบบจำลองการโคจรเชิงกลเชิงควอนตัมมักใช้เพื่อแสดงอิเล็กตรอนซึ่งอิเล็กตรอนมีความน่าจะเป็นที่แน่นอนในการอาศัยอยู่ในช่องว่างรอบนิวเคลียส

ไอโซโทป

ไอโซโทปเป็นอะตอมที่แตกต่างกันในจำนวนนิวตรอนเท่านั้นดังนั้นใน มวล. นี่คือจำนวนโปรตอนเท่ากัน ตัวอย่างเช่นดิวทีเรียม (²H) เป็นไอโซโทปของ ไฮโดรเจน (¹H) กับนิวตรอนหนึ่งตัว เพราะว่า มวล มีค่ามากกว่าดิวเทอเรียม (D) เรียกว่าหนัก ไฮโดรเจน และดิวเทอเรียมออกไซด์เรียกว่าหนัก น้ำ (D₂O). ในบรรดาไอโซโทปที่รู้จักกันดี ได้แก่ ไอโซโทปของยูเรเนียมซึ่งนิวเคลียสเป็นฟิสไซล์และใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และเพื่อสร้างอาวุธนิวเคลียร์และระบบขับเคลื่อน

ต้นกำเนิดขององค์ประกอบ

ธาตุที่เรียบง่ายที่สุดคือไฮโดรเจน (= 1) และฮีเลียม (= 2) ก่อตัวขึ้นเมื่อ 13.8 พันล้านปีก่อนในช่วงบิกแบงไม่นานหลังจากการก่อตัวของจักรวาลของเรา ไฮโดรเจนยังคงเป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากที่สุดในจักรวาลอันกว้างใหญ่ในปัจจุบันตามด้วยฮีเลียม องค์ประกอบที่เหลือส่วนใหญ่เกิดขึ้นในดวงดาวโดยนิวเคลียร์ฟิวชันหรือในซูเปอร์โนวาในดาวที่กำลังจะตาย มีบางส่วนเกิดขึ้นจากอิทธิพลของรังสีคอสมิก (ลิเธียม, เบริลเลียม, โบรอน). ในที่สุดก็มีองค์ประกอบที่มีเลขอะตอมสูงซึ่งมนุษย์สร้างขึ้นเอง

ตัวอย่าง

รายการต่อไปนี้แสดงการเลือกองค์ประกอบ (สัญลักษณ์องค์ประกอบ) แสดงในวงเล็บตัวอย่างเช่น C (คาร์บอนจาก lat. , ถ่านหิน) สำหรับ คาร์บอน. ตัวย่อมีตัวอักษรหนึ่งหรือสองตัว

ไฮโดรเจน (H) เป็นส่วนประกอบของ น้ำ, พร้อมด้วย ออกซิเจน.
คาร์บอน (C) เป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับทุกชีวิตบนโลก
ก๊าซไนโตรเจน (N) เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของอากาศ
ออกซิเจน (O) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตพลังงานในร่างกาย
โซเดียม (Na) มีอยู่ในเกลือแกง
แมกนีเซียม (Mg) พบในคลอโรฟิลล์ (ใบเขียว)
อลูมิเนียม (Al) พบในอลูมิเนียมฟอยล์และตัวถังรถ
ซิลิคอน (Si) พบในแร่และหินเกือบทุกชนิดของโลก
ฟอสฟอรัส (P) ใช้สำหรับการผลิตไม้ขีดไฟ
กำมะถัน (S) ถูกปล่อยออกมาโดยภูเขาไฟ
โพแทสเซียม (K) มีบทบาทสำคัญในฟังก์ชันของไฟล์ เส้นประสาท.
แคลเซียม (Ca) บรรจุอยู่ใน กระดูก.
เหล็ก (Fe) เป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลก
ดาวพุธ (Hg) ซึ่งแตกต่างจากโลหะอื่น ๆ คือมีอยู่ในรูปของเหลว
นิกเกิล (Ni) ใช้สำหรับโลหะผสม
เงิน (Ag) และ ทอง (Au) รวมอยู่ในเครื่องประดับ

มวลและขนาด

เกือบทั้งหมด มวล ของอะตอมอยู่ในนิวเคลียส ปริมาณในทางกลับกันถูกกำหนดโดยเปลือกอิเล็กตรอนเนื่องจากนิวเคลียสมีขนาดเล็กมาก มวลของอะตอมถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ u หรือ Da (daltons) คุณหมายถึง มันสอดคล้องกับมวลของโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอน 1 u ถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งในสิบสองของมวลของคาร์บอน -12 (¹²C) และ 1.660 - 10^-24 ก. มวลของโปรตอนและนิวตรอนมีค่าประมาณ 1 u ซึ่งเป็นหนึ่งหน่วยของมวล เนื่องจากคาร์บอน -12 ประกอบด้วย 6 โปรตอนและ 6 นิวตรอนและอิเล็กตรอนมีมวลน้อยมาก (1/1836 ของโปรตอน) มวลอะตอมจึงมีค่าประมาณ 12 u (12.011 u) ตัวเลขนี้เรียกว่าเลขมวล เลขมวล = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอนมวลโมเลกุลของสารประกอบทางเคมีสามารถหาได้โดยการเพิ่มมวลอะตอมของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ อะตอมมีขนาดเล็กอย่างเหลือเชื่อ - เส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 10^-10 ม. (1 อังสตรอม 0.1 นาโนเมตร)

สารประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีรวมเข้ากับองค์ประกอบเดียวกันหรืออื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย - บริสุทธิ์หรือไม่ถูกผูกไว้ไม่ค่อยเกิดขึ้น เฉพาะอิเล็กตรอนในเปลือกอะตอมเท่านั้นที่มีหน้าที่รับผิดชอบต่อพันธะเคมีนิวเคลียสของอะตอมจะไม่เกี่ยวข้อง สารประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุด ได้แก่ :

อินทรีย์ โมเลกุล ด้วยพันธะโควาเลนต์
เกลือที่มีพันธะไอออนิก
โลหะที่มีพันธะโลหะ

คุณสมบัติพิเศษของสารประกอบทางเคมีคือคุณสมบัติของพวกมันแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากองค์ประกอบที่พวกมันเป็นส่วนประกอบ ตัวอย่างเช่น, เกลือแกง ประกอบด้วยโซเดียมที่แตกตัวเป็นไอออนและ คลอรีน อะตอม โซเดียม เป็นองค์ประกอบที่อ่อนนุ่ม เงิน- โลหะสีเทาที่มีปฏิกิริยาสูงและ คลอรีน มีอยู่ (ที่อุณหภูมิห้อง) เป็นก๊าซพิษ พวกเขารวมกันเป็นเกลือแกงที่เราบริโภคทุกวันเป็นสารเพิ่มรสชาติในอาหาร ตัวอย่างเช่นนี้สามารถแสดงให้เห็นได้จาก น้ำซึ่งเกิดจากก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนในปฏิกิริยาออกซีไฮโดรเจน

ตารางธาตุ

ตารางธาตุเป็นภาพรวมเชิงพรรณนาและเชิงปฏิบัติขององค์ประกอบทั้งหมดซึ่งพัฒนาขึ้นครั้งแรกในทศวรรษที่ 1860 เริ่มต้นด้วยไฮโดรเจน (1) และจัดเรียงตามลำดับเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น ด้วยการนำเสนอในช่วงเวลาแนวนอนและกลุ่มแนวตั้งองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพคล้ายคลึงกันจะถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกัน สิ่งเหล่านี้ ได้แก่ :

โลหะอัลคาไล
โลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ
การเปลี่ยนโลหะ
แลนทาไนด์
แอกตินอยด์
โลหะมีค่า
กึ่งโลหะ
อโลหะ
ฮาโลเจน
ก๊าซมีตระกูล

ลิงค์ (ฉบับภาษาอังกฤษ): ตารางธาตุ IUPAC พร้อมดาวน์โหลด PDF

ความแบ่งแยกไม่ได้ขององค์ประกอบ

องค์ประกอบสามารถหาได้จากสารผสมที่อยู่ภายใต้กระบวนการแยกทางเคมีและกายภาพต่างๆเช่นการเผาไหม้กระแสไฟฟ้าหรือการเติมกรด ในท้ายที่สุดกระบวนการทั่วไปจะทิ้งองค์ประกอบที่บริสุทธิ์ไว้เบื้องหลัง คำว่าอะตอมมาจากภาษากรีกซึ่งแปลว่าแบ่งแยกไม่ได้ ในความเป็นจริงองค์ประกอบนั้นไม่สามารถหารด้วยวิธีการทางเคมีตามปกติได้อีกต่อไป อย่างไรก็ตามด้วยการค้นพบกัมมันตภาพรังสีและการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีแสดงให้เห็นว่าคำนี้ไม่ถูกต้องและสิ่งที่เรียกว่านิวเคลียร์ฟิชชันในองค์ประกอบที่มีเลขอะตอมต่ำกว่านั้นเป็นไปได้ ในทางกลับกันนิวเคลียร์ฟิวชันสามารถสร้างธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่าได้ ตัวอย่างเช่นดวงอาทิตย์สร้างฮีเลียมจากไฮโดรเจนในแกนกลางซึ่งปล่อยพลังงานและความร้อนซึ่งเป็นพื้นฐานของชีวิตทั้งหมดบนโลก

โครงสร้างของมนุษย์

ดังที่กล่าวไว้ในตอนต้นมนุษย์เราประกอบด้วยองค์ประกอบที่เป็นที่รู้จักเช่นกัน ตัวแทนที่สำคัญที่สุดคือออกซิเจน (O) คาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ก๊าซไนโตรเจน (N) แคลเซียม (Ca) และ ฟอสฟอรัส (ป). ทั้ง 6 องค์ประกอบนี้รวมกันเป็น 99% ของมวลกาย! แร่ธาตุอื่น ๆ เช่น โพแทสเซียม, แมกนีเซียม และ โซเดียมตัวอย่างเช่นองค์ประกอบการติดตามจำนวนมากเช่นโครเมียม เหล็ก, ฟลูออรีน, ซีลีเนียม or ทองแดง มีอยู่ในปริมาณที่น้อยกว่ามาก แต่มีหน้าที่สำคัญ

ต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก

องค์ประกอบบนโลกเกิดขึ้นตามที่ได้กล่าวไปแล้วในแง่หนึ่งในแง่หนึ่งจากบิ๊กแบงซึ่งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อนและจักรวาลนั้นมีการสร้างพื้นที่และเวลาขึ้นองค์ประกอบที่สูงขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนไหวและกำลังจะตาย ดาว (ซูเปอร์โนวา) โลกมีอายุประมาณ 4.5 พันล้านปี สิ่งมีชีวิตบนโลกเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติจากธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อนโดยการรวมกันขององค์ประกอบเป็นสารประกอบทางเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นกับน้ำเป็นส่วนใหญ่เนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นในของแข็งหรือก๊าซไม่เพียงพอ การศึกษาเช่นการทดลองของ Miller-Urey จากปี 1950 ได้แสดงให้เห็นว่าสารชีวโมเลกุลเช่น กรดอะมิโน or กรดนิวคลีอิก สามารถสร้างจากสารประกอบที่ง่ายกว่าในธรรมชาติ ศูนย์กลางของการเปลี่ยนแปลงจากสิ่งไม่มีชีวิตเป็นโลกที่มีชีวิตคือการก่อตัวของพอลิเมอร์ที่แพร่กระจาย โมเลกุล จากโมโนเมอร์ สิ่งเหล่านี้มีข้อมูลสำหรับลำดับในโครงสร้าง คิดว่านี่เป็นกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) ตัวแรกซึ่งเร่งปฏิกิริยาการจำลองแบบของตัวเอง ครั้งเดียว โมเลกุล วิวัฒนาการที่จำลองตัวเองได้ดำเนินไปซึ่งนำไปสู่ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวและหลายเซลล์พืชเชื้อราสัตว์และหลังจากเวลาผ่านไปนานอย่างไม่อาจจินตนาการได้มนุษย์เรา