化学元素

物質の構造

私たちの地球、自然、すべての生物、物体、大陸、山、海、そして私たち自身は、さまざまな方法で接続された化学元素でできています。生命は要素のつながりを通して生まれました。化学元素は、原子核内に同じ数の陽子を持つ原子です。この番号は原子番号（英語では原子番号）と呼ばれます。例えば、カーボン原子番号は6であるため、原子核には6つの陽子があります。最も単純な要素は水素化（H）1つの陽子とXNUMXつの電子（原子番号XNUMX、中性子なし）。純粋な物質は元素とも呼ばれ、例えば純粋酸素。それらは、単純な化学的および物理的方法によってさらに分割することはできません。要素は、固体、気体、またはまれに液体（凝集状態）の場合があります。 94を超える要素が自然に発生し、さらに多くの要素が人工的に生成されています。

要素の構成

個々の化学元素は、正に帯電した陽子、中性中性子、および負に帯電した電子で構成されています。原子核は、まとめて核子と呼ばれる陽子と中性子で構成され、電子は原子殻（電子殻）にあります。

核子=陽子+中性子。

陽子と電子の数は、非荷電原子では互いに等しくなります。料金が、要素は外部に対して電気的に中性です。ただし、電子をあきらめると、正に帯電します（陽イオン）。彼らがそれを受け入れるならば、彼らは負に帯電します（陰イオン）。荷電原子はイオンと呼ばれます。一緒にそれらは形成します塩。原子は、このテキストでも、古いボーア原子モデルで表されることがよくあります。このモデルでは、電子が定義された軌道で原子核を周回します。つまり、惑星が太陽を周回します。今日、量子力学的軌道モデルは通常、電子を表すために使用され、電子は原子核の周りの空間に存在する明確な確率を持っています。

同位体

同位体は、中性子の数だけが異なる原子であり、したがって、質量。これは同じ数の陽子です。たとえば、重水素（²H）はの同位体です水素化 (¹H）XNUMXつの中性子で。なぜなら質量大きい、重水素（D）は重いと呼ばれます水素化酸化重水は重水と呼ばれます水 (D₂O）。最もよく知られている同位体の中にはウラン同位体があり、その核は核分裂性であり、原子力発電所や核兵器や推進システムの製造に使用されています。

要素の起源

最も単純な元素である水素（= 1）とヘリウム（= 2）は、13.8億年前のビッグバンの間に、私たちの宇宙が形成された直後に形成されました。水素は今日の広大な宇宙で最も豊富な元素であり、ヘリウムがそれに続きます。残りの元素のほとんどは、核融合による星か、死にゆく星の超新星のどちらかで形成されました。いくつかは宇宙線の影響によって形成されました（リチウム、ベリリウム、ホウ素）。最後に、人間が人工的に作った原子番号の高い元素が存在します。

例

次のリストは、要素の選択を示しています。（要素記号）は括弧内に示されています。例：C（カーボン、緯度から。、石炭）カーボン。略語にはXNUMX文字またはXNUMX文字があります。

水素（H）はの成分です水、に加えて酸素.
炭素（C）は、地球上のすべての生命の基本的な構成要素です。
窒素（N）は空気の最も重要な成分です。
酸素（O）は体内のエネルギー生産に不可欠です。
ナトリウム（Na）は食卓塩に含まれています。
マグネシウム（Mg）はクロロフィル（リーフグリーン）に含まれています。
アルミニウム（Al）はアルミホイルや車体に含まれています。
シリコン（Si）は、地球のほぼすべての鉱物や岩石に含まれています。
リン（P）は試合の制作に使用されます。
硫黄（S）は火山によって放出されます。
カリウム（K）は、神経.
カルシウム（Ca）はに含まれています骨格.
鉄（Fe）は地球上で最も豊富な元素です。
マーキュリー（Hg）は、他の金属とは異なり、液体として存在します。
金属合金にはニッケル（Ni）が使用されています。
シルバー（Ag）とゴールド（Au）はジュエリーに含まれています。

質量とサイズ

ほとんどすべて質量原子の核にあります。ザ・ボリューム一方、原子核は非常に小さいため、電子殻によって決定されます。原子の質量は、記号uまたはDa（ダルトン）で与えられます。 uはの略です。陽子、中性子、電子の質量に相当します。 1 uは、炭素12の質量のXNUMX分のXNUMXとして与えられます（¹²C）そして1.660 – 10^-24 g。陽子と中性子の質量は約1uで、これは12単位の質量です。炭素6には6つの陽子と1つの中性子が含まれており、電子の質量は非常に小さい（陽子の1836/12）ため、その原子量は約12.011 u（10 u）です。この数は質量数と呼ばれます。質量数=陽子の数+中性子の数化合物の分子量は、それらを構成する原子の原子量を加算することによって取得できます。原子は想像を絶するほど小さい–それらの直径はXNUMXの範囲にある^-10 m（1オングストローム、0.1 nm）。

化学物質

化学元素は、同じ元素または他の元素と非常に簡単に結合します。純粋または非結合の元素はめったに発生しません。原子殻内の電子のみが化学結合に関与し、原子核は関与しません。最も重要な化合物は次のとおりです。

オーガニック共有結合で。
イオン結合を持つ塩
金属結合を持つ金属

化合物の特徴は、その性質が、それを構成する元素の性質とは完全に異なることです。例えば、塩化ナトリウムイオン化ナトリウムで構成され、塩素アトム。ナトリウム要素が柔らかいので、銀-反応性の高い灰色の金属、および塩素有毒ガスとして（室温で）存在します。それらが一緒になって、食品の調味料として毎日消費する結晶性食卓塩を形成します。同じことは、次の例で説明できます。水、酸水素反応で水素と酸素のガスから形成されます。

周期表

元素の周期表は、1860年代に最初に開発された、すべての元素の記述的かつ実用的な概要です。水素（1）から始まり、原子番号の昇順で並べられています。それらを水平方向の期間と垂直方向のグループで表示することにより、類似した化学的および物理的特性を持つ関連要素がグループ化されます。これらには以下が含まれます：

アルカリ金属
アルカリ土類金属
遷移金属
ランタニド
アクチノイド
金属
セミメタル
非金属
ハロゲン
希ガス

リンク（英語版）：PDFダウンロード付きのIUPAC周期表。

要素の不可分性

元素は、燃焼、電流、酸の添加など、さまざまな化学的および物理的分離プロセスにかけられた混合物から得ることができます。結局、一般的なプロセスは純粋な要素を残します。アトムという用語はギリシャ語に由来します。これは不可分を意味します。実際、元素は通常の化学的方法ではさらに分割できません。しかし、放射能と放射性崩壊の発見により、この用語は不正確であり、より低い原子番号の元素へのいわゆる核分裂が可能であることが示されています。逆に、核融合はより高い原子番号の元素を生成することができます。たとえば、太陽はそのコアの水素からヘリウムを形成し、地球上のすべての生命の基礎であるエネルギーと熱を放出します。

人間の構造

冒頭で述べたように、私たち人間も既知の要素で構成されています。最も重要な代表は、酸素（O）、炭素（C）、水素（H）、窒素（N）、カルシウム（Ca）とりん（P）。これらの6つの要素が合わさって体重の99％以上を占めています！のような他の鉱物カリウム, マグネシウム & ナトリウム、たとえば、クロムなどの多数の微量元素、鉄、フッ素、セレン or 銅含まれている量ははるかに少ないですが、重要な機能があります。

地球上の生命の起源

地球上の元素は、すでに述べたように、一方では約13.8億年前に起こったビッグバンに由来し、それによって宇宙、空間、そして時間が作られました。より高い元素は主に活動的で死にかけているときに形成されました。星（超新星）。地球の年齢は約4.5億年です。地球上の生命は、おそらく4億年前に、元素を有機化合物に組み合わせることによって、無生物の自然から自発的に出現しました。これらの反応は主に水中で起こります。これは、化学反応が固体または気体中で不十分に起こるためです。 1950年代のミラー-ユーリー実験などの研究では、アミノ酸 or 核酸自然界のより単純な化合物から形成することができます。無生物から生物への移行の中心は、増殖する高分子の形成でした。モノマーから。これらには、シーケンスの情報が構造に含まれています。これが最初のリボ核酸（RNA）であり、それ自体が複製を触媒したと考えられています。一度自己複製した進化が始まり、複雑さが増し、単細胞および多細胞の生物、植物、真菌、動物、そして想像を絶するほど長い時間が経ち、私たち人間が生まれました。