2.5: Pierwiastki i związki

Substancje czyste składają się tylko z jednego rodzaju materii. Czystą substancją może być pierwiastek lub związek. Pierwiastek składa się tylko z jednego rodzaju atomu, podczas gdy związek składa się z dwóch lub więcej rodzajów atomów połączonych wiązaniem chemicznym.

Pierwiastki

Pierwiastki są klasyfikowane jako atomowe lub molekularne w oparciu o charakter ich podstawowych jednostek. Są to unikalne formy materii o specyficznych właściwościach chemicznych i fizycznych, których nie można rozłożyć na mniejsze substancje w wyniku zwykłych reakcji chemicznych. Istnieje 118 pierwiastków, ale tylko 98 występuje naturalnie. Pozostałe pierwiastki są niestabilne i wymagają od naukowców syntezy w laboratoriach. Cztery pierwiastki wspólne dla wszystkich żywych organizmów to tlen (O), węgiel (C), wodór (H) i azot (N). W świecie nieożywionym pierwiastki występują w różnych proporcjach, a niektóre pierwiastki wspólne dla organizmów żywych są stosunkowo rzadkie na całej Ziemi. Na przykład atmosfera jest bogata w azot i tlen, ale zawiera mało węgla i wodoru, podczas gdy skorupa ziemska ma mało azotu i węgla, chociaż zawiera tlen i niewielką ilość wodoru. Pomimo różnic w liczebności, wszystkie pierwiastki i reakcje chemiczne między nimi podlegają tym samym prawom chemicznym i fizycznym, niezależnie od tego, czy są częścią świata ożywionego, czy nieożywionego.

Związki

Związki to czyste substancje składające się z dwóch lub więcej pierwiastków w ustalonych, określonych proporcjach. Związki klasyfikuje się jako molekularne (kowalencyjne) lub jonowe na podstawie występujących w nich wiązań.

Związki molekularne (lub związki kowalencyjne) powstają, gdy dwa lub więcej różnych atomów niemetalu dzieli elektrony, tworząc wiązania kowalencyjne. Podstawowymi jednostkami związków molekularnych są oddzielne, obojętne cząsteczki złożone z różnych atomów składowych. Na przykład metanol zawiera cząsteczki CH₃OH jako jednostki podstawowe, składające się z jednego atomu węgla, jednego atomu tlenu i czterech atomów wodoru, z których wszystkie są połączone kowalencyjnie.

Związek zawierający jony i połączony wiązaniami jonowymi nazywa się związkiem jonowym. Kiedy pierwiastek złożony z atomów, które łatwo tracą elektrony (metal) reaguje z pierwiastkiem złożonym z atomów, które łatwo przyjmują elektrony (niemetal), zwykle następuje przeniesienie elektronów, w wyniku czego powstają jony. Związek powstały w wyniku tego przeniesienia jest stabilizowany przez przyciąganie elektrostatyczne (wiązania jonowe) pomiędzy jonami o przeciwnym ładunku obecnymi w związku. Na przykład, gdy każdy atom sodu oddaje jeden elektron, tworząc kation sodu (Na⁺), a każdy atom chloru przyjmuje jeden elektron, tworząc anion chlorkowy (Cl⁻), powstały związek NaCl składa się z jonów sodu i jonów chlorkowych w stosunek jednego jonu Na+ na każdy jon Cl⁻.

Ten tekst pochodzi z Openstax, Biology 2e, Section 2.1: Atoms, Isotopes, Ions and Molecules: The Building Blocks and Openstax, Chemistry 2e, Section 2.6: Molecular and Ionic Compounds.

Źródło

1. Clark, M. A., Douglas, M., Choi, J. Section 2.1: Atoms, Isotopes, Ions and Molecules: The Building Blocks. In Biology 2e. OpenStax. Houston, TX (2018).
2. Clark, M. A., Douglas, M., Choi, J. Section 2.6: Molecular and Ionic Compounds. In Chemistry 2e. OpenStax. Houston, TX (2018).

W naturze czyste substancje są klasyfikowane jako pierwiastki, których nie można rozłożyć na prostsze substancje lub związki składające się z dwóch lub więcej pierwiastków połączonych w ustalonych proporcjach. W zależności od rodzaju atomu pierwiastki występują w postaci atomowej lub molekularnej, podczas gdy związki mogą być molekularne lub jonowe.

Pojedyncze atomy to najprostsze jednostki pierwiastków atomowych, na przykład hel, neon i krypton. Z drugiej strony pierwiastki molekularne zawierają dwa lub więcej identycznych atomów połączonych ze sobą, tworząc cząsteczkę jako jednostkę podstawową, taką jak wodór lub siarka.

Związki molekularne powstają, gdy atomy dwóch lub więcej pierwiastków niemetalicznych łączą się, dzieląc elektrony walencyjne poprzez wiązania kowalencyjne. Na przykład woda powstaje w wyniku kowalencyjnego wiązania jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru.

Związki jonowe powstają, gdy jony pierwiastków metalicznych łączą się z jonami jednego lub więcej pierwiastków niemetalicznych za pomocą sił elektrostatycznych.

Na przykład w soli kuchennej atomy metalicznego sodu tracą elektrony walencyjne, tworząc dodatnio naładowane kationy, podczas gdy atomy chlorków niemetali zyskują elektrony, tworząc ujemnie naładowane aniony.