Éléments et atomes

Existe-t-il des substances 100% pures ? Qu'y a-t-il à l'intérieur de ces substances pures ? Prenons par exemple l’or pur. Qu'y a-t-il à l'intérieur de l'or ? L’or peut-il être séparé en une substance plus petite ? Qu’y a-t-il dans l’eau que nous buvons ?.

L’or et l’eau sont des catégories de substances très différentes. L'or est considéré comme un élément tandis que l'eau est considérée comme un composé. Ainsi, une substance pure peut être soit un élément, soit un composé. Un composé est constitué de deux ou plusieurs éléments chimiquement unis dans des proportions exactes.

L'eau est composée de deux parties avec l'élément hydrogène et d'une partie avec l'élément oxygène. Le sel est composé d'une partie de sodium et d'une partie de chlore. L'ammoniac est composé d'une partie d'azote et de quatre parties d'hydrogène.

Cette composition ne change pas, que l’eau provienne d’un robinet aux États-Unis, du fleuve Yangtze en Chine ou des calottes glaciaires de Mars. Une méthode chimique doit être utilisée pour obtenir des éléments à partir de composés. La plupart des éléments, une fois qu’ils interagissent avec un ou plusieurs autres éléments, forment un composé.

Ceci est un résumé de ce que nous avons étudié jusqu'à présent. La matière est soit un mélange, soit une substance pure. Les mélanges sont soit homogènes, soit hétérogènes. Les mélanges peuvent être séparés en substances pures en utilisant des moyens physiques. Les substances pures sont soit des composés, soit simplement des éléments.

Alors, que sont réellement les éléments ? Combien d'éléments y a-t-il dans le monde ? Il y a 118 éléments dans le tableau périodique moderne. Tout dans ce monde, y compris vous et moi, est fait de ces éléments. Les chimistes utilisent l’alphabet pour représenter ces éléments. Le premier alphabet du symbole d'un élément est toujours en majuscule, mais le deuxième alphabet n'est jamais en majuscule.

Les symboles correspondent généralement à leur nom réel. Cependant, certains symboles de certains éléments sont dérivés de leurs noms latins. Les exemples sont aurum pour l'or, ferrum pour le fer, natrium pour le sodium.

Revenons sur certaines des questions que nous avons examinées précédemment. Pourquoi certaines substances produisent des bulles ? Pourquoi certaines substances libèrent-elles du gaz lorsqu’elles sont mélangées à d’autres substances ? Pourquoi certains explosent-ils lorsqu’ils sont combinés avec d’autres produits chimiques ?.

Pour comprendre cela, examinons deux autres choses. Les substances peuvent également être identifiées par leurs propriétés ainsi que par leur composition. Quelles sont les propriétés de la matière ? Les propriétés de la matière sont la couleur, le point de fusion, le point d'ébullition et la densité. Ce sont des propriétés physiques.

Une propriété physique peut être mesurée et observée sans modifier la composition ou l’identité d’une substance. Par exemple, nous pouvons mesurer le point de fusion de la glace en chauffant un bloc de glace et en enregistrant la température à laquelle la glace se transforme en eau. L’eau ne diffère de la glace que par son apparence. Ils ont tous les deux la même composition. Il s’agit donc d’un changement physique. Nous pouvons geler l’eau pour récupérer la glace d’origine. Par conséquent, la température de fusion de l’eau est une propriété physique.

D’autre part, une propriété chimique entraîne un changement de structure et de composition. En d’autres termes, nous effectuons une transformation chimique. L’énoncé « L’hydrogène gazeux brûle dans l’oxygène gazeux pour former de l’eau » décrit une propriété chimique. Dans ce cas, ce changement chimique est appelé combustion. Après le changement, les substances d’origine, l’hydrogène et l’oxygène gazeux, auront disparu et une substance chimiquement différente, l’eau, aura pris leur place. Nous ne pouvons pas récupérer l’hydrogène et l’oxygène de l’eau par un changement physique tel que la faire bouillir ou la congeler.

Par exemple, chaque fois que nous faisons bouillir un œuf, nous provoquons un changement chimique. Lorsqu'ils sont soumis à la chaleur, le jaune et le blanc d'œuf subissent des réactions qui modifient non seulement leur apparence physique mais aussi leur composition chimique. Une fois mangé, l'œuf est à nouveau transformé par des enzymes. Ce processus digestif est un autre exemple de changement chimique. Ce qui se passe au cours d’un tel processus dépend des propriétés chimiques des enzymes spécifiques et des aliments impliqués.

Alors, quelle est réellement la structure d’un composé ? Un composé est composé de plusieurs éléments. Nous regroupons différents types d’atomes en utilisant le terme élément. Au 5e siècle avant J-C, le philosophe grec Démocrite exprima une idée. Il a dit que toute matière est constituée de très petites particules indivisibles. Beaucoup de gens n’ont pas accepté cette idée. Cependant, c'est devenu le fondement de l'atome. C'est en 1808 qu'un autre scientifique propose une définition précise des constituants indivisibles de la matière.

L’idée du scientifique Dalton a marqué le début de la chimie moderne. Il a suggéré ce qui suit. Les éléments sont constitués de particules extrêmement petites appelées atomes. Les atomes d’un élément donné sont identiques en taille, en masse et en d’autres propriétés. Les atomes des différents éléments diffèrent en taille, en masse et en d’autres propriétés.

Ils ne peuvent être subdivisés, créés ou détruits. Les atomes de différents éléments se combinent dans des rapports simples de nombres entiers pour former des composés chimiques. Lors d'une réaction chimique, les événements suivants peuvent se produire avec les atomes. Ils peuvent être combinés ensemble. Ils peuvent être séparés les uns des autres. Ils peuvent être réorganisés les uns entre les autres.

Les atomes sont-ils incassables ? Un scientifique appelé JJ Thomson a étudié un faisceau appelé rayon cathodique en utilisant un tube de Crookes. C'est un récipient en verre scelléÀ l'intérieur, il y a un vide et il y a deux électrodes. Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes, des rayons cathodiques sont générés. Ils frappent le verre à l'extrémité opposée du tube et ils produisent une lueur à cet endroit.

Il a découvert que la trajectoire des rayons pouvait être modifiée par un champ électrique. Il a conclu que ces rayons étaient composés de particules très légères chargées négativement. Il a mesuré leur rapport masse/charge. Il a découvert qu'il était 1800 fois plus petit que celui de l'hydrogène. L'hydrogène est le plus petit atome. Si les électrons sont plus petits que les plus petits atomes, ils doivent faire partie d’atomes.

Thomson a imaginé la représentation du Plum Pudding. Il a dit que les atomes sont cassables. Un atome a une structure. Électrons suspendus dans un champ électrique chargé positivement. Il doit avoir une charge positive pour égaler la charge négative des électrons et rendre l'atome neutre. La masse de l'atome est due à ses électrons. Un atome est principalement constitué d’espace vide par rapport à la taille d’un électron. Cela nous amène à l’expérience de la feuille d’or de Rutherford.

Comment peut-on prouver que quelque chose est vide ? Il a utilisé une feuille constituée de gros atomes comme cible. C'était une feuille très fine. Il a ensuite utilisé de très petites particules comme balles pour tirer sur cette feuille. Les particules avaient une énergie élevée. S’ils étaient très petits, les électrons de l’atome pourraient l’affecter. Ils devaient donc être plus lourds que les électrons. Il a donc utilisé des particules alpha comme balle et une fine feuille d'or. Les particules alpha ont une masse de 4 unités de masse atomique. L'or a une masse de 197 unités de masse atomique. L'or est très malléable.

Environ 0,01 % des particules ont rebondi sur la feuille d’or. Environ 2 % des particules ont traversé la feuille mais ont été déviées par de grands angles. Plus de 98 % des particules alpha ont traversé directement la feuille d’or sans être déviées.

L'atome moderne. Nous savons que les atomes sont composés de trois éléments principaux : les protons, les neutrons et les électrons. Le noyau contient des protons et des neutrons. Le noyau mesure seulement environ 10^-13 cm de diamètre.

Les électrons se déplacent à l'extérieur du noyau. Leur distance moyenne est d'environ 10^-8 cm. Par conséquent, le rayon de l’atome est environ 10^5 fois plus grand que le rayon du noyau.

L’étude de la chimie dépend fortement de la mesure. Par exemple, les chimistes utilisent des mesures pour comparer les propriétés de différentes substances et pour évaluer les changements résultant d’une expérience. Mais comment mesurons-nous les propriétés de la matière ? Les éléments et les composés sont extrêmement petits. Quelles unités de mesure peuvent être utilisées ?.

Toutes les propriétés mesurables de la matière peuvent être classées en deux catégories. Propriétés extensives et intensives. Les propriétés extensives de la matière traitent de quantités telles que la masse, la longueur et le volume. Les propriétés intensives de la matière ne dépendent pas de la quantité de matière considérée. La température en est un bon exemple.

Pour ce faire, la Conférence générale des poids et mesures, autorité internationale en matière d’unités, propose un système métrique appelé Système international d’unités. Les sept unités SI sont représentées dans le tableau. Vous connaissez peut-être déjà certains d’entre eux.

Toutes les unités du système métrique sont liées à l’unité fondamentale par une puissance mathématique de 10. La puissance de 10 est indiquée par un préfixe. Les préfixes sont toujours les mêmes, quelle que soit l'unité fondamentale. Un exemple est le kilogramme, qui mesure la masse, et le kilomètre, qui mesure la distance. Maintenant que nous en savons plus sur les atomes, leur taille et leur composition, nous pouvons étudier plus en profondeur la chimie.