元素と原子

元素と周期表。物理的および化学的性質。化学化合物。原子の構成。強意的特性と強意的特性。

100%純粋な物質はあるのでしょうか?。これらの純粋な物質の中には何が入っているのでしょうか?。たとえば、純金について考えてみましょう。金の中には何が入っているのでしょうか？。金はもっと小さな物質に分離できるのでしょうか？。私たちが飲む水の中には何が入っているのでしょうか？。

金と水は物質としては非常に異なるカテゴリーです。金は元素とみなされますが、水は化合物とみなされます。したがって、純粋な物質は元素または化合物のいずれかになります。化合物は、2 つ以上の元素が正確な比率で化学的に結合されています。

水は、水素元素を含む 2 つの部分と酸素元素を含む 1 つの部分で構成されています。塩はナトリウム1部と塩素1部で構成されています。アンモニアは窒素1部と水素4部で構成されています。

この構成は、水が米国の蛇口から来るものであろうと、中国の揚子江から来るものであろうと、火星の氷床から来るものであろうと変わりません。化合物から元素を抽出するには化学的手法を使用する必要があります。ほとんどの元素は、1 つ以上の他の元素と相互作用して化合物を形成します。

これはこれまで学習してきた内容の要約です。物質は混合物か純粋な物質のいずれかです。混合物は均質または不均質のいずれかです。混合物は、物理的な手段を使用して純粋な物質に分離できます。純物質は化合物か、あるいは単に元素のいずれかです。

では、要素とは一体何なのでしょうか?。世界には元素がいくつあるのでしょうか？。現代の周期表には118個の元素があります。あなたや私を含め、この世界にあるすべてのものはこれらの元素からできています。化学者はアルファベットを使ってこれらの元素を表します。要素のシンボルの最初のアルファベットは常に大文字ですが、2 番目のアルファベットは大文字になりません。

シンボルは通常、実際の名前に対応しています。ただし、一部の元素の記号はラテン語の名前に由来しています。例としては、金の場合は aurum、鉄の場合は ferrum、ナトリウムの場合は natrium などがあります。

先ほど見た質問のいくつかをもう一度見てみましょう。なぜ一部の物質は泡を発生させるのでしょうか?。ある物質が他の物質と混ざるとガスを放出するのはなぜですか?。他の化学物質と混合すると爆発するものがあるのはなぜですか?。

これを理解するために、他の 2 つの点を見てみましょう。物質は、その組成だけでなく、その特性によっても識別できます。物質の特性とは何ですか?。物質の特性は、色、融点、沸点、密度です。これらは物理的な特性です。

物質の組成や性質を変えずに物理的特性を測定および観察することができます。たとえば、氷の塊を加熱し、氷が水に変わる温度を記録することで、氷の融点を測定できます。水と氷の違いは見た目だけです。どちらも同じ構成です。したがって、これは物理的な変化です。水を凍らせて元の氷を取り戻すことができます。したがって、水の融解温度は物理的な属性です。

一方、化学的性質は構造と組成の変化をもたらします。つまり、化学変化を起こすのです。「水素ガスは酸素ガス中で燃焼して水を形成する」という記述は、化学的性質を説明しています。この場合、この化学変化は燃焼と呼ばれます。変化の後、元の物質である水素と酸素ガスは消え、化学的に異なる物質である水がその代わりになります。水を沸騰させたり凍らせたりするなどの物理的変化によって、水から水素と酸素を回収することはできません。

たとえば、卵を茹でるたびに化学変化が起こります。加熱すると、卵黄と卵白は反応を起こし、その外観だけでなく化学組成も変化します。一度食べられると、卵は酵素によって再び変化します。この消化プロセスは化学変化のもう一つの例です。このようなプロセス中に何が起こるかは、特定の酵素と関与する食品の化学的性質によって異なります。

では、化合物の構造は実際どうなっているのでしょうか?。化合物は多くの元素から構成されています。さまざまな種類の原子を「元素」という用語を使用してグループ化します。紀元前5世紀にギリシャの哲学者デモクリトスはある考えを表明しました。彼は、すべての物質は非常に小さな分割できない粒子で構成されていると言いました。多くの人々はその考えを受け入れませんでした。しかし、それが原子の基礎となりました。 1808 年に、別の科学者が物質の分割不可能な構成要素の正確な定義を思いつきました。

科学者ドルトンのアイデアは近代化学の始まりとなった。彼は次のように提案した。元素は原子と呼ばれる極めて小さな粒子で構成されています。特定の元素の原子は、大きさ、質量、その他の特性が同一です。異なる元素の原子は、大きさ、質量、その他の特性が異なります。

細分化したり、作成したり、破壊したりすることはできません。異なる元素の原子が単純な整数比で結合して化合物を形成します。化学反応では、原子に次のようなことが起こります。組み合わせることもできます。それらは互いに分離することができます。それらは相互に再配置することができます。

原子は壊れないのでしょうか？。 JJ トムソンという科学者がクルックス管を使って陰極線と呼ばれるビームを研究しました。密閉されたガラス容器です内部は真空になっており、2つの電極があります。電極間に電圧が加えられると、陰極線が発生します。それらはチューブの反対側の端のガラスに当たり、その場所で光を放ちます。

彼は、光線の進路が電場によって変化することを発見した。彼は、これらの放射線は非常に軽量の負に帯電した粒子で構成されていると結論付けました。彼はそれらの質量電荷比を測定した。彼はそれが水素の1800倍小さいことを発見した。水素は最も小さい原子です。電子が最小の原子よりも小さい場合、電子は原子の一部であるはずです。

トムソンはプラムプディングの表現を思いつきました。彼は原子は壊れやすいと言った。原子には構造があります。正に帯電した電界内に浮遊する電子。電子の負電荷を等しくし、原子を中性にするには、正電荷を持たなければなりません。原子の質量は電子によるものです。電子の大きさと比較すると、原子はほとんどが空の空間です。これがラザフォードの金箔実験につながります。

何かが空であることをどうやって証明できるでしょうか?。彼は大きな原子でできた箔をターゲットとして使用しました。それは非常に薄いホイルでした。次に、非常に小さな粒子を弾丸として使用し、このホイルを撃ちました。粒子は高いエネルギーを持っていました。重量が非常に小さければ、原子の電子が影響を与える可能性があります。したがって、それらは電子よりも重くなければなりませんでした。そこで彼は弾丸としてアルファ粒子と薄い金箔を使用しました。アルファ粒子の質量は 4 原子質量単位です。金の質量は197原子質量単位です。金は非常に展性があります。

約001%の粒子が金箔から跳ね返りました。粒子の約 2% がホイルを通過しましたが、大きな角度で偏向しました。アルファ粒子の98%以上が、逸れることなく金箔を直接通過しました。

現代の原子。原子は陽子、中性子、電子という3つの主要な要素で構成されていることがわかっています。原子核には陽子と中性子が含まれています。核の直径はわずか10^-13cmほどです。

電子は原子核の外側に移動します。それらの平均距離は約10^-8cmです。したがって、原子の半径は原子核の半径の約 10^5 倍になります。

化学の研究は測定に大きく依存しています。たとえば、化学者は測定値を使用して、さまざまな物質の特性を比較し、実験の結果として生じる変化を評価します。しかし、物質の特性をどのように測定するのでしょうか?。元素や化合物は極めて小さいです。どのような測定単位を使用できますか?。

物質の測定可能な特性はすべて 2 つのカテゴリに分類できます。広範囲かつ集中的な特性。物質の示量的性質は、質量、長さ、体積などの量を扱います。物質の強度特性は、考慮される物質の量に依存しません。良い例としては温度が挙げられます。

これを実現するために、単位に関する国際機関である国際度量衡総会は、国際単位系と呼ばれるメートル法を提案しました。表には 7 つの SI 単位が示されています。これらのうちいくつかはすでにご存知かもしれません。

メートル法のすべての単位は、基本単位と 10 のべき乗で関連しています。 10 の累乗は接頭辞で示されます。基本単位に関係なく、接頭辞は常に同じです。一例としては、質量を測定するキログラムと距離を測定するキロメートルがあります。原子、その大きさ、構成についてより詳しく知ることができたので、化学をさらに学ぶことができます。

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元素と原子

元素と周期表。 物理的および化学的性質。 化学化合物。 原子の構成。 強意的特性と強意的特性。

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