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Elemento químico

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La tabla periódica de los elementos químicos

Un elemento químico, o elemento, es un tipo de átomo que se distingue por su número atómico ; es decir, por el número de protones en su núcleo . El término también se utiliza para referirse a una sustancia química pura sustancia compuesta de átomos con el mismo número de protones.

Ejemplos comunes de elementos son de hidrógeno , carbono , nitrógeno , y oxígeno . En total, 117 elementos se han observado a partir de 2007, de los cuales 94 producen de forma natural en la Tierra. Los elementos con números atómicos mayores de 82 ( bismuto y superiores) son inherentemente inestables, y se someten a la desintegración radiactiva. De los primeros 82 elementos, 80 tienen estables isótopos . Elementos 43 y 61 ( tecnecio y el prometio ) no tienen isótopos estables, y la decadencia. Los elementos de 83 a número atómico 94 que no tienen núcleos estables, están, sin embargo, encuentran en la naturaleza, ya sea que sobrevive como remanentes de la nucleosíntesis estelar primordial que produjo los elementos en el sistema solar, o bien como producidos como nuevos hija-isótopos de vida corta en la descomposición natural del uranio y el torio .

Todos materia química consta de estos elementos. Los nuevos elementos de número atómico más alto se descubren de vez en cuando, como productos de artificial reacciones nucleares.

Historia

'Elementos' El plazo (stoicheia) fue utilizado por primera vez por el filósofo griego Platón en alrededor de 360 aC, en su diálogo Timeo, que incluye una discusión de la composición de los cuerpos inorgánicos y orgánicos y es un tratado rudimentaria en la química. Platón supone que la partícula minutos de cada elemento corresponde a una de las poliedros regulares: tetraedro (fuego), el octaedro (aire), icosaedro (agua) y el cubo (tierra).

Tetrahedron.gif Octahedron.gif Icosahedron.gif Hexahedron.gif
Tetraedro (fuego) Octaedro (aire) Icosaedro (agua) Cube (tierra)

Agregando a la cuatro elementos del filósofo griego Empédocles, en alrededor del 350 aC, Aristóteles también se utiliza el término "elemento" y concibe un quinto elemento llamado " quintaesencia ", que formó los cielos Aristóteles definió como un elemento.:

Element - uno de esos cuerpos en que otros organismos pueden descomponerse y que en sí mismo no es capaz de ser dividido en otra.

Sobre la base de esta teoría, en la c. 790 químico árabe Jabir Ibn Hayyan-( Geber) postula que los metales se formaron a partir de dos elementos: azufre, 'la piedra que arde ", que caracteriza el principio de la combustibilidad, y el mercurio, que contenía el principio idealizada de propiedades metálicas. Poco después, este se convirtió en el concepto árabe de los tres principios: azufre dando inflamabilidad o combustión, mercurio dando la volatilidad y la estabilidad, y la sal que da solidez.

En 1524, el químico suizo Paracelso adoptó cuatro teoría elemento de Aristóteles, pero razonó que aparecieron en órganos como los tres principios de Geber. Paracelso vio estos principios tan fundamentales, y los justificó por el recurso a la descripción de cómo la madera se quema en el fuego. Mercurio incluido el principio de cohesión, de modo que cuando salió en el humo de la madera se vino abajo. Humo representaba la volatilidad (el principio de mercurio), las llamas que da calor representados inflamabilidad (azufre), y la ceniza remanente representados solidez (sal).

En 1669, el médico y químico alemán Johann Becher publicó su Physica Subterranea. En la modificación en las ideas de Paracelso, defendió que los constituyentes de los cuerpos son el aire, el agua, y tres tipos de tierra: tierra fluida, el elemento mercurial, que aporta fluidez y volatilidad; terra lapida, el elemento de solidificación, que produce fusibilidad o la calidad de unión; y terra pinguis, el elemento graso, lo que da sustancia material sus cualidades aceitosas y combustibles. Estos tres tierras corresponden con los tres principios de Geber. Un pedazo de madera, por ejemplo, de acuerdo con Becher, se compone de cenizas y terra pinguis; cuando se quema la madera, la pinguis terra es liberado, dejando la ceniza. En otras palabras, en la combustión de la tierra graso quema.

En 1661, Robert Boyle demostró que no eran más que cuatro elementos clásicos como los antiguos habían asumido. La primera lista moderna de los elementos químicos se dio en Antoine Lavoisier 's 1789 elementos de la química, que contenía treinta y tres elementos, incluyendo la luz y de calorías. Por 1818, Jöns Jakob Berzelius había determinado los pesos atómicos de los cuarenta y cinco de los elementos aceptados cuarenta y nueve. Dmitri Mendeleev tenía sesenta y seis elementos en su tabla periódica de 1869, se muestra a continuación.

De Boyle hasta principios del siglo 20, un elemento se define como un puro sustancia que no puede ser descompuesta en cualquier sustancia simple. Dicho de otra manera, un elemento químico no se puede transformar en otros elementos químicos por químicos procesos. En 1913, Henry Moseley descubrió que la base física del número atómico del átomo era su carga nuclear, que finalmente llevó a la definición actual. La definición actual también evita algunas ambigüedades debido a isótopos y alótropos .

En 1919, había setenta y dos elementos conocidos. En 1955, el elemento 101 fue descubierto y nombrado mendelevio en honor de Mendeleiev, el primero en disponer los elementos de manera periódica. En octubre de 2006, se informó de la síntesis del elemento 118; Sin embargo, el elemento 117 todavía no se ha creado en el laboratorio.

Descripción

Los elementos más ligeros son el hidrógeno y el helio , ambos creados por Nucleosíntesis del Big Bang durante el 20 primeros minutos del universo en un relación de alrededor de 3: 1 en masa (aproximadamente 12: 1 por el número de átomos). Casi todos los demás elementos que se encuentran en la naturaleza, incluyendo algunos más hidrógeno y helio creado desde entonces, fueron hechas por naturales o varios (a veces) los métodos artificiales de nucleosíntesis, a veces mediante actividades tales como la fisión nuclear .

A partir de 2006, hay 117 elementos conocidos (en este contexto, "conocido" significa observaron bastante bien, incluso de sólo unos pocos productos de desintegración, que ha sido diferenciado de cualquier otro elemento). De estos 117 elementos, 94 producen de forma natural en la Tierra. Seis de ellos se producen en cantidades traza extremas: tecnecio , número atómico 43; prometio , número 61; astato , número 85; francio , número 87; neptunio , el número 93; y plutonio , número 94. Estos 94 elementos, y también posiblemente elemento 98 californio , se han detectado en el universo en general, en los espectros de las estrellas y también supernovas, donde recién se están haciendo los elementos radiactivos de vida corta.

Los 22 elementos restantes que no se encuentra en la Tierra o en los espectros astronómicos se han derivado artificialmente. Todos los elementos que se derivan únicamente a través de medios artificiales son radiactivos con muy cortas vidas medias ; si cualquiera de los átomos de estos elementos estuvieron presentes en la formación de la Tierra, son muy propensos a tener ya decaído, y si está presente en las novas, han sido en cantidades tan pequeñas que no se han observado. tecnecio fue el primer elemento supuestamente de origen no natural a sintetizar, en 1937, aunque desde entonces se han encontrado trazas de tecnecio en la naturaleza, y el elemento puede haber sido descubierto de forma natural en 1925. Este patrón de producción artificial y natural de descubrimiento más tarde ha sido repetido con varios otros elementos traza que ocurren naturalmente radiactivos .

Las listas de los elementos por nombre , por símbolo, por número atómico, por la densidad, por el punto de fusión, y por el punto de ebullición, así como Energías de ionización de los elementos disponibles. La presentación más conveniente de los elementos se encuentra en la tabla periódica , que los grupos de elementos con propiedades químicas similares juntos.

Número atómico

El número atómico de un elemento, Z, es igual al número de protones que define el elemento. Por ejemplo, todos de carbono los átomos contienen 6 protones en su núcleo ; por lo que el número "Z" atómica de carbono es 6. Los átomos de carbono pueden tener diferentes números de neutrones, que se conocen como isótopos del elemento.

El número de protones en el núcleo atómico también determina su carga eléctrica , que a su vez determina los electrones del átomo en su estado no ionizado. Esto a su vez (por medio de la Pauli principio de exclusión) determina la de varios átomo propiedades químicas. Así que todos los átomos de carbono, por ejemplo, en última instancia, tienen propiedades químicas idénticas porque todos tienen el mismo número de protones en su núcleo, y por lo tanto tienen el mismo número atómico. Es por esta razón que el número atómico en lugar de número de masa (o peso atómico) se considera la característica de identificación de un elemento.

Masa atomica

La número de masa de un elemento, A, es el número de nucleones (protones y neutrones) en el núcleo atómico. Diferentes isótopos de un elemento dado se distinguen por sus números de masa, que se escribe convencionalmente como un índice de súper en el lado izquierdo del símbolo atómico (por ejemplo, 238 U).

La masa atómica relativa de un elemento es el promedio de las masas atómicas de todos los isótopos del elemento químico tal como se encuentra en un entorno particular, ponderado por la abundancia isotópica, con relación a la unidad de masa atómica (u). Este número puede ser una fracción que no está cerca de un número entero, debido al proceso de promediado. Por otro lado, la masa atómica de un isótopo puro es bastante cerca de su número de masa. Considerando que el número de masa es un número natural (o conjunto), la masa atómica de un solo isótopo es un número real que está cerca de un número natural. En general, se diferencia ligeramente de el número de masa como la masa de los protones y los neutrones no es exactamente 1 u, los electrones también contribuyen ligeramente a la masa atómica, y debido a la energía de enlace nuclear. Por ejemplo, la masa de 19 F es 18,9984032 u. La única excepción a la masa atómica de un isótopo no ser un número natural es 12 C, que tiene una masa de exactamente 12, debido a la definición de u (se fija como 1/12 de la masa de un enlace carbono-12 libre de átomo, exactamente).

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento (es decir, con el mismo número de protones en su núcleo atómico), pero que tienen diferentes números de neutrones . La mayoría (66 de 94) de forma natural elementos que ocurren tienen más de un isótopo estable. Así, por ejemplo, hay tres isótopos principales de carbono . Todos los átomos de carbono tienen 6 protones en el núcleo, pero pueden tener o bien 6, 7, o 8 neutrones. Dado que los números de masa de estos son 12, 13 y 14, respectivamente, los tres isótopos de carbono son conocidos como carbono-12, carbono-13 y carbono-14, a menudo abreviado a 12 C, 13 C, y 14 C. Carbono en la vida cotidiana y en la química es una mezcla de 12 C, 13 C y 14 átomos de carbono.

Los tres de los isótopos de carbono tienen las mismas propiedades químicas. Pero tienen diferentes propiedades nucleares. En este ejemplo, el carbono-12 y carbono-13 son átomos estables, pero carbono-14 es inestable; es ligeramente radiactivo, descomposición con el tiempo en otros elementos.

Al igual que el carbono, algunos isótopos de varios elementos son radiactivos y decaen en otros elementos sobre irradia una partícula alfa o beta. Para ciertos elementos, todos sus isótopos son isótopos radiactivos: específicamente los elementos sin ningún isótopos estables se tecnecio (número atómico 43), el prometio (número atómico 61), y todos los elementos observados con números atómicos mayores que 82.

De los 80 elementos con un isótopo estable, 16 tienen sólo un isótopo estable, y el número medio de isótopos estables para los 80 elementos estables es 3,4 isótopos estables por elemento. El mayor número de isótopos estables que se producen para un elemento es 10 (para el estaño, elemento 50).

Alótropos

Algunos elementos se pueden encontrar como múltiples sustancias elementales, conocidos como alótropos , que difieren en su estructura y propiedades. Por ejemplo, el carbono se puede encontrar como diamante , que tiene una estructura tetraédrica alrededor de cada átomo de carbono; grafito, que tiene capas de átomos de carbono con una estructura hexagonal, y fulerenos, que tienen formas casi esférica. La posibilidad de que un elemento de existir en una de las muchas formas estructurales que se conoce como 'alotropía'.

Estado estándar

La estado estándar, o estado de referencia, de un elemento se define como su estado termodinámicamente más estable a 1 bar a una temperatura dada (típicamente a 298,15 K). En termoquímica, un elemento se define para tener una entalpía de formación de cero en su estado estándar. Por ejemplo, el estado de referencia para el carbono es grafito, porque es más estable que los otros alótropos.

Nomenclatura

El nombramiento de los elementos precede a la teoría atómica de la materia, aunque en ese momento no se sabía que eran elementos químicos y que los compuestos. Cuando se supo, los nombres existentes (por ejemplo, oro, mercurio, hierro) se mantuvieron en la mayoría de los países, y las diferencias nacionales surgieron en los nombres de los elementos, ya sea por conveniencia, sutilezas lingüísticas, o el nacionalismo. Por ejemplo, los alemanes utilizan "Wasserstoff" para "hidrógeno" y "Sauerstoff" para "oxígeno", mientras que Inglés y algunos lenguas romances utilizan "sodio" para "natrium" y "potasio" para "kalium", y los franceses, griegos y polacos prefieren "azote / azot" para "nitrógeno".

Pero para el comercio internacional, la los nombres oficiales de los elementos químicos tanto antiguas como recientes son decididos por el Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, que ha decidido en una suerte de lenguaje internacional Inglés. Esa organización ha recetado recientemente que "aluminio" y "de cesio" toman el lugar de los EE.UU. ortografía "aluminio" y "de cesio", mientras que el "azufre" Estados Unidos toma el lugar del "azufre" británico. Pero los productos químicos que son factibles para su venta a granel dentro de muchos países, sin embargo, todavía tienen nombres nacionales, y los que no usan el alfabeto latino no se puede esperar para utilizar el nombre de la IUPAC. De acuerdo con la IUPAC, el nombre completo de un elemento que no se escribe con mayúscula, aunque se deriva de un nombre propio, como los elementos californio o einsteinium (a menos que sería capitalizado por algún otro regla). Los isótopos de elementos químicos son también en minúsculas si fuera escrito: carbono-12 o de uranio-235.

En la segunda mitad de los laboratorios de física del siglo XX se convirtió en capaz de producir núcleos de elementos químicos que tienen una vida media muy corta para que permanezcan en cantidades apreciables. Estos también son nombrados por la IUPAC, que generalmente adopta el nombre elegido por el descubridor. Esto puede conducir a la cuestión controvertida de que el grupo de investigación descubrió realmente un elemento, una pregunta que retrasó el nombramiento de los elementos con número atómico 104 y más alto por un tiempo considerable. (Ver elemento de nomenclatura de controversia).

Precursores de tales controversias involucrados los namings nacionalistas de elementos a finales del siglo XIX. Por ejemplo, lutecio fue nombrado en referencia a París, Francia. Los alemanes eran reacios a renunciar a los derechos del nombre a los franceses, a menudo llamándolo casiopeo. El descubridor británica de niobio originalmente nombró columbio, en referencia a la Nuevo Mundo. Se utiliza ampliamente como tales por las publicaciones americanas anteriores a la normalización internacional.

Los símbolos químicos

Elementos químicos específicos

Antes de la química se convirtió en una ciencia, alquimistas habían diseñado símbolos arcanos, tanto para metales y compuestos comunes. Sin embargo, estos fueron utilizados como abreviaturas en los diagramas o procedimientos; no existía el concepto de átomos se combinan para formar moléculas. Con sus avances en la teoría atómica de la materia, John Dalton desarrolló sus propios símbolos más simples, basados en círculos, que iban a ser utilizados para representar moléculas.

El actual sistema de notación química fue inventado por Berzelius. En este sistema tipográfico símbolos químicos no se utilizan como meras abreviaturas - aunque cada uno se compone de letras del alfabeto latino - son símbolos destinados a ser utilizados por los pueblos de todas las lenguas y alfabetos. El primero de estos símbolos fueron pensados para ser totalmente universal; ya que el latín era el idioma común de la ciencia en ese momento, eran abreviaturas basados en los latinos nombres de metales - Fe viene de Ferrum, Ag de Argentum. Los símbolos no fueron seguidos por un punto (punto) como abreviaturas eran. Más tarde elementos químicos también fueron asignados símbolos químicos únicos, basado en el nombre del elemento, pero no necesariamente en Inglés. Por ejemplo, de sodio tiene el símbolo químico 'Na' después de que el sodio de América. Lo mismo ocurre con "W" (tungsteno) para tungsteno , "Hg" (hydrargyrum) para el mercurio , "K" (kalium) de potasio , "Au" (aurum) de oro , "Pb" (Plumbum) de plomo , y "Sb" (antimonio) para el antimonio .

Los símbolos químicos son entendidas internacionalmente cuando podrían ser necesario traducir los nombres de elementos. A veces hay diferencias; por ejemplo, los alemanes han utilizado "J" en lugar de "yo" para el yodo, por lo que el personaje no se confundiría con un número romano .

La primera letra de un símbolo químico siempre se escribe con mayúscula, como en los ejemplos anteriores, y las letras subsiguientes, si las hay, son siempre en minúsculas (minúsculas).

Símbolos químicos generales

También hay símbolos para serie de elementos químicos, para fórmulas comparativas. Estos son una letra mayúscula en longitud, y las letras están reservados para que no se les permite dar los nombres de los elementos específicos. Por ejemplo, una "X" se utiliza para indicar un grupo de variables entre una clase de compuestos (aunque por lo general un halógeno ), mientras que "R" se utiliza para una radical, es decir, una estructura compuesta tal como una cadena de hidrocarburos. La letra "Q" está reservada para el "calor" en una reacción química. "Y" también se utiliza a menudo como un símbolo de química general, aunque también es el símbolo de itrio . "Z" también se utiliza con frecuencia como un grupo de variables general. "L" se utiliza para representar un general ligando en química inorgánica y organometálica. "M" también se utiliza a menudo en lugar de un metal general.

Símbolos de isótopos

Los tres principales isótopos del elemento hidrógeno se suelen escribir H para protium, D para deuterio y T para tritio. Esto es con el fin de hacer que sea más fácil de usar en las ecuaciones químicas, ya que sustituye la necesidad de escribir el número de masa para cada átomo. Está escrito así:

D 2 O ( agua pesada)

En lugar de escribir así:

²H 2 O

Abundancia

Durante las primeras fases del Big Bang , nucleosíntesis de núcleos de hidrógeno resultó en la producción de hidrógeno y helio isótopos, así como cantidades muy minúsculas (del orden de 10 -10) de litio y el berilio. No hay discusión sobre si es o no cierta boro fue producida en el Big Bang, ya que se ha observado en algunas estrellas muy jóvenes, pero no se produjeron elementos más pesados que el boro. Como resultado, la abundancia primordial de átomos consistía en alrededor de 75% 1 H, 25% 4 He, y 0,01% deuterio. Enriquecimiento posterior de halos galácticos se produjeron debido a Nucleosíntesis estelar y Nucleosíntesis Supernova. Sin embargo espacio intergaláctico todavía puede parecerse mucho a la abundancia primordial, a menos que se ha enriquecido con algunos medios.

La siguiente tabla muestra los diez elementos más comunes en nuestra galaxia (estimado espectroscópica), medido en partes por millón, en masa. Galaxias cercanas que se han desarrollado a lo largo de líneas similares tienen un enriquecimiento correspondiente de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Las galaxias más distantes están siendo vistos como aparecieron en el pasado, por lo que sus abundancias de elementos aparecen más cerca de la mezcla primordial. Como las leyes y procesos físicos aparecen común en todo el universo visible , sin embargo, se espera que estas galaxias Asimismo se han evolucionado abundancias similares de elementos.

Elemento Partes por millón
en masa
Hidrógeno 739000
Helio 240000
Oxígeno 10700
Carbono 4600
Neón 1340
Hierro 1090
Nitrógeno 970
Silicio 650
Magnesio 580
Azufre 440

Recientemente descubierto elementos

La primera Elementos transuránicos (elemento con número atómico mayor que 92) descubrió era el neptunio en 1940. El elemento más pesado que se ha encontrado hasta la fecha es el elemento 118, ununoctium , que fue sintetizado con éxito el 9 de octubre de 2006, por el Flerov Laboratorio de Reacciones Nucleares en Dubna, Rusia .

Elemento 117, ununseptium, todavía no se ha creado o descubierto, aunque su lugar en la tabla periódica está preestablecida, y lo mismo para los posibles elementos más allá de 118.

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