โครงสร้างอะตอมและตารางสมบัตินิยาย

ตะแกรงกรองสามารถแยกทรายออกจากสารละลายเกลือได้ แต่ไม่สามารถแยกโซเดียมออกจากคลอรีนในผลึกเกลือได้ ความแตกต่างคือการรวมตัวทางเคมี หัวข้อนี้เชื่อมโยงอนุภาคในสารเข้ากับการแยกแบบโมเดลอะตอมและรูปแบบปฏิกิริยา

ใช้ตารางธาตุที่กำหนดมาเพื่อระบุธาตุ นับจำนวนอะตอมก่อนปรับสมการ; นับจำนวนโปรตอนก่อนระบุธาตุ Higher Tier สมการไอออน/ครึ่งสมการและเนื้อหาโลหะทรานซิชันเฉพาะทางเคมีมีป้ายกำกับด้านล่าง

อะตอมคือส่วนย่อยที่สุดของธาตุที่สามารถดำรงอยู่ได้ ธาตุประกอบด้วยอะตอมที่มีเลขอะตอมหนึ่ง อาจประกอบด้วยอะตอมเดี่ยว เช่น ฮีเลียม หรือโมเลกุล เช่น O₂ O₂ มีสองอะตอมแต่มีเพียงธาตุเดียว

สารประกอบประกอบด้วยธาตุสองชนิดขึ้นไปที่รวมตัวกันทางเคมีในสัดส่วนคงที่ H₂O มีอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมสำหรับแต่ละอะตอมออกซิเจน เสมอ สารประกอบมีคุณสมบัติต่างจากธาตุองค์ประกอบและสามารถแยกออกเป็นธาตุได้โดยการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเท่านั้น ปฏิกิริยาทางเคมีทำให้เกิดขึ้นหนึ่งหรือมากกว่าสารใหม่ มักมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่ตรวจพบได้

เรียนรู้ชื่อและสัญลักษณ์ที่พิมพ์ตัวอักษรใหญ่ถูกต้อง: Co หมายถึงโคบอลต์ ในขณะที่ CO คือคาร์บอนมอนอกไซด์ ใช้ธาตุแรกtwenty, กลุ่ม 1 และ 7 และธาตุอื่นๆ ที่กำหนดในหลักสูตรนี้Twenty ธาตุแรกคือ:

สูตรทางเคมีแสดงองค์ประกอบ: MgCl₂ คือ แมกนีเซียมคลอไรด์; Na₂O คือ โซเดียมออกไซด์ สมการคำเขียนใช้ชื่อสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์: แมกนีเซียม + ออกซิเจน → แมกนีเซียมออกไซด์ สมการสัญลักษณ์ใช้สูตรแทนชื่อ

วิธีทำ — การปรับสมการ: เริ่มจาก Mg + O₂ → MgO มีอะตอมออกซิเจน 2 ตัวทางซ้ายและ 1 ตัวทางขวา ตั้ง 2 หน้า MgO แล้วตั้ง 2 หน้า Mg: 2Mg + O₂ → 2MgO ตรวจสอบ Mg: 2 = 2; O: 2 = 2 เปลี่ยนสัมประสิทธิ์ของอนุภาคทั้งตัว ไม่ใช่เลขชี้กำลังในสูตรของสาร MgO₂ จะเป็นสูตรที่ต่างกัน Three H₂O molecules contain six H atoms and three O atoms.

Higher Tier — ประจุและอะตอม: สังกะสีสร้าง Zn²⁺ โดยสูญเสียอิเล็กตรอน 2 ตัว: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ ทั้งสองฝั่งมีประจุรวมเป็นศูนย์ ไอออนทองแดงรับ 2 อิเล็กตรอน: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu เมื่อบวกสมการครึ่งหนึ่งเข้าด้วยกันจะตัดอิเล็กตรอนออก: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu ไอออนซัลเฟตที่มีอยู่ในสารละลายโดยไม่เปลี่ยนแปลงคือไอออนผู้ชมและถูกตัดออก ตรวจสอบจำนวนอะตอมและประจุรวมหลังการตัด; อย่าตัดสปีชีส์ที่เปลี่ยนแปลงไป

ส่วนผสม ประกอบด้วยสารที่ไม่ได้ผสมกันทางเคมี Each retains its chemical properties. Physical separation makes no new substance; choose a method using the components' properties and the product you need.

วิธีทำ — เกลือบริสุทธิ์และแห้งจากทราย เกลือ และน้ำ: กวนเพื่อละลายเกลือที่เหลือ กรอง; ทรายติดอยู่บนกระดาษและสารละลายเกลือไหลผ่าน ต้มของเหลวกรองอย่างอ่อนโยนเพื่อระเหยน้ำบางส่วน แล้วเย็นลงเพื่อเกิดผลึก กรองผลึกและทำให้แห้งด้วยกระดาษกรอง ล้างทรายด้วยน้ำเล็กน้อยสามารถเก็บสารละลายเกลือที่ถูกกักไว้ได้ การกรองเพียงอย่างเดียวไม่สามารถเก็บเกลือที่ละลายได้

การกลั่น รวมนำของเหลวโดยการระเหยตามด้วยการควบแน่น

การเลือกแบบฝึกหัด — รวมนำน้ำแทน: ใช้การกลั่นธรรมดา ต้มสารละลายเกลือ; ไอน้ำออกจากกระบอก ปกติในเครื่องควบแน่น และเก็บเป็นน้ำเหลว การระเหยโดยไม่เก็บไอน้ำจะทำให้เสียผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เลือกการกลั่นแบ่งส่วนสำหรับของเหลวที่ละลายเข้าด้วยกันสองชนิด; การกรองไม่สามารถแยกพวกมันได้ สำหรับโครมาโตกราฟี ให้วางเส้นดินสอเริ่มต้นเหนือระดับตัวทำละลายเพื่อให้ตัวอย่างเคลื่อนที่ขึ้นบนวัสดุคงที่ แทนที่จะละลายลงในอ่างเก็บตัวทำละลายโดยตรง

โมเดลทางวิทยาศาสตร์คือตัวแทนที่อธิบายหลักฐาน การสังเกตใหม่อาจเปลี่ยนแปลงหรือแทนที่มัน อะตอมแรกเริ่มเป็นทรงกลมเล็กๆ ที่แบ่งแยกไม่ได้ การค้นพบอิเล็กตรอนที่มีประจุลบต้องการโครงสร้างภายใน ทำให้เกิด โมเดลพุดดิ้งลูกเกด: อิเล็กตรอนฝังอยู่ในลูกบอลประจุบวกกระจายตัว

In alpha scattering, most positive alpha particles passed through a thin metal foil, some were deflected and very few came back. These observations support different conclusions:

โมเดล นิวเคลียร์ แทนที่ประจุบวกกระจายด้วยนิวเคลียสบวกขนาดเล็กและอิเล็กตรอนรอบนอก บอร์เสนอว่าอิเล็กตรอนอยู่ในระยะหรือระดับพลังงานเฉพาะ ซึ่งสอดคล้องกับการสังเกต ภายหลังพบโปรตอนเป็นหน่วยของประจุบวกในนิวเคลียร์ ชาดวิคใช้หลักฐานยืนยันการมีอยู่ของนิวตรอนในนิวเคลียร์ประมาณสองสิบปีหลังการยอมรับโมเดลนิวเคลียร์ ไม่จำเป็นต้องรู้รายละเอียดอุปกรณ์ทดลองของบอร์หรือชาดวิค

คำอธิบายตัวอย่าง: “อนุภาคบางตัวสะท้อนกลับ แสดงว่าอะตอมทั้งก้อนทึบแสง” ขัดแย้งกับข้อเท็จจริงที่ว่าส่วนใหญ่ทะลุผ่านได้ หลักฐานรวมต้องการนิวเคลียสเล็กหนาแน่นภายในอะตอมที่ว่างเปล่าส่วนใหญ่ โมเดลต้องอธิบายรูปแบบทั้งหมด ไม่ใช่เลือกสังเกตการณ์บางส่วนมาสร้างโมเดล

The atomic number Z is the proton number and identifies the element. All atoms of that element have the same Z. The mass number A is protons + neutrons. A neutral atom has equal proton and electron numbers, so its charges cancel. An ion forms by changing electrons; changing proton number would change the element.

ตัวอย่างการนับอนุภาค: อะตอมคลอรีน-37 มี Z = 17 โปรตอน = 17; นิวตรอน = 37 − 17 = 20; อิเล็กตรอน = 17. Cl⁻ ได้เพิ่มอิเล็กตรอนหนึ่งตัว จึงมี 18 อิเล็กตรอน ในขณะที่โปรตอน/นิวตรอนคงที่ที่ 17/20. สำหรับแคลเซียม-40, Z = 20: Ca²⁺ มี 20 โปรตอน, 20 นิวตรอน และ 18 อิเล็กตรอน.

ไอโซโทป คืออะตอมของธาตุเดียวกันแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน คลอรีน-35 และคลอรีน-37 มีโปรตอน 17 ตัวเท่ากัน แต่มีนิวตรอน 18 และ 20 ตัวตามลำดับ พวกมันยังคงเป็นคลอรีน เลขมวลที่แตกต่างกันไม่แปลว่าเป็นธาตุต่างหาก

รัศมีอะตอมทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0.1 นาโนเมตร = 1 × 10⁻¹⁰ เมตร; 1 นาโนเมตร = 10⁻⁹ เมตร รัศมีนิวเคลียสน้อยกว่าหนึ่งในสี่หมื่นส่วนของรัศมีอะตอม อยู่ในระดับ 10⁻¹⁴ เมตร มวลเกือบทั้งหมดอยู่ในนิวเคลียส นี่คือขนาดโดยประมาณ ไม่ใช่มิติที่แน่นอนของแต่ละอะตอม

สเกลตัวอย่าง: หากรัศมีของอะตอมขยายเป็น 1 m, นิวเคลียสที่มีขนาดเล็กกว่าหนึ่งหมื่นเท่าจะมีรัศมี 1/10 000 m = 0.0001 m = 0.1 mm. นิวเคลียสที่ระบุจริงมีขนาดเล็กกว่าอัตราส่วนนั้น เปรียบเทียบรัศมีกับรัศมี; เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมเป็นสองเท่าของรัศมี อะตอมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 × 10⁻¹⁰ m จะมีจำนวนประมาณ 5 × 10⁶ ตามเส้นยาว 1 มม. โดยไม่คำนึงถึงช่องว่าง: (1 × 10⁻³)/(2 × 10⁻¹⁰)

มวลอะตอมสัมพัทธ์ Aᵣ เป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักตามความอุดมสมบูรณ์ ไม่มีหน่วย อาจไม่เป็นจำนวนเต็ม ให้ใช้ความอุดมสัมพัทธ์เป็นเปอร์เซ็นต์ ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยที่ไม่ถ่วงน้ำหนัก:

ตัวอย่างการหาค่าเฉลี่ย: 75% ของคลอรีน-35 และ 25% ของคลอรีน-37 จะได้ (35 × 75 + 37 × 25)/100 = (2625 + 925)/100 = 35.5. ค่านี้ใกล้เคียงกับ 35 มากกว่าเพราะไอโซโทปนี้มีปริมาณมากกว่า อยู่ระหว่าง 35 และ 37. ไม่มีอะตอมใดมี “35.5 นิวตรอน” หรือเลขมวล 35.5 เด็ดขาด

อิเล็กตรอนชั้นนอกสุด อยู่ในชั้นที่มีอิเล็กตรอนมากที่สุดของอะตอมและช่วยกำหนดปฏิกิริยาทางเคมีของมัน

อิเล็กตรอนจะเติมลงใน ระดับพลังงาน ที่ต่ำที่สุดก่อน สำหรับ twenty อะตอมที่เป็นกลางแรก ใช้โมเดลชั้นของ GCSE: ชั้นแรกเติมได้ถึง 2, ชั้นที่สองเติมได้ถึง 8, แล้ว 8 ก่อนที่จะเริ่มชั้นที่สี่ นี่คือโมเดลจำกัดที่ต้องการ ไม่ใช่กฎสากลสำหรับทุกธาตุ

การจัดเรียงตัวอย่าง: แคลเซียมมี Z = 20 ดังนั้นมี 20 อิเล็กตรอน วาง 2 ในชั้นแรก, 8 ในชั้นที่สอง, 8 ในชั้นที่สาม และ 2 ในชั้นที่สี่: 2,8,8,2 แผนภาพต้องแสดงชั้นทั้งสี่และจำนวนอิเล็กตรอนรวมเท่ากัน คลอรีนคือ 2,8,7, มีสามชั้นที่ถูกเติมและเจ็ดอิเล็กตรอนนอกชั้น

The modern periodic table orders elements by proton number. A period is a row; the number of occupied shells gives the period. A group is a column containing elements with related chemical properties. For main Groups 1–7, the group number gives the outer-electron number. Group 0 has a full outer shell: helium has two electrons, while the other noble gases in this model have eight. This exception prevents treating every group member as having identical electron counts.

ตัวอย่างการคาดการณ์: ธาตุที่ไม่รู้จักในสิบสองตัวแรกมี 2,8,1 มันมี 11 อิเล็กตรอน/โปรตอน ดังนั้นจึงเป็นโซเดียมอยู่ในคาบ 3 และกลุ่ม 1 อิเล็กตรอนวงนอกตัวเดียวช่วยทำนายการสร้างไอออน +1 และปฏิกิริยาคงแบบลิเทียม/โพแทสเซียม ธาตุที่มี 2,8,7 แทนนั้นมักจะได้รับอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในปฏิกิริยาไอออน ตำแหน่งสนับสนุนการทำนายแต่ไม่แทนที่หลักฐานปฏิกิริยา

ตารางยุคแรกใช้มวลอะตอมเพิ่มขึ้นก่อนจะรู้จักอนุภาคภายในนิวเคลียส มีความไม่สมบูรณ์และการเรียงลำดับมวลเข้มงวดทำให้บางธาตุอยู่ติดกับเพื่อนบ้านที่มีคุณสมบัติต่าง เมนเดเลเยฟ ทิ้งช่องว่างไว้สำหรับธาตุที่ยังไม่ค้นพบและบางครั้งเปลี่ยนลำดับมวลเพื่อรักษาคุณสมบัติคล้ายกันไว้ด้วยกัน เขาทำนายคุณสมบัติของธาตุที่หายไป; การค้นพบภายหลังที่สอดคล้องกับการทำนายเหล่านี้สนับสนุนการจัดเรียงของเขา ความรู้เกี่ยวกับไอโซโทปอธิบายได้ว่าทำไมลำดับมวลอะตอมเฉลี่ยจึงไม่ตรงกับตัวตนของธาตุเสมอไป การเรียงลำดับสมัยใหม่ใช้จำนวนโปรตอน

ตัวอย่างการตัดสินหลักฐาน: การพบธาตุที่มีคุณสมบัติตามที่คาดไว้ในช่องว่างสนับสนุนตารางได้แรงกว่าแค่การพบธาตุใหม่ การทำนายล้มเหลวอาจกระตุ้นให้ทบทวนการจัดวาง การทิ้งช่องว่างเป็นการเสนอทดสอบได้ ไม่ใช่หลักฐานโดยตัวมันเอง

Metals, mainly towards the left/bottom, form positive ions in reactions by losing electrons. Non-metals, mainly towards the right/top, do not characteristically form positive ions; they may gain electrons or share them in covalent bonds. Most elements are metals. Metals typically conduct heat/electricity, are shiny and can be bent or shaped; solid non-metals are often brittle and poor conductors. These are characteristic patterns with exceptions, such as conducting graphite, not definitions without exceptions.

Noble gases are unreactive and do not easily form molecules because their atoms have stable full outer shells. They are monatomic. Their boiling points rise down Group 0 as relative atomic mass increases. Use supplied trend data to predict an intermediate value or whether a later member boils higher; do not claim exact values without data.

โลหะอัลคาไล ในกลุ่ม 1 มีอิเล็กตรอนวงนอกหนึ่งตัวและสร้างไอออน +1 ลิเทียม โซเดียม และโพแทสเซียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์ กับคลอรีนเพื่อสร้างคลอไรด์ และกับน้ำเพื่อสร้างไฮดรอกไซด์ของโลหะและไฮโดรเจน ในโมเดลโรงเรียน 4Li + O₂ → 2Li₂O; 2Na + Cl₂ → 2NaCl; 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂. อย่าสันนิษฐานว่าผลิตภัณฑ์ออกซิเจนภายใต้เงื่อนไขทั้งหมดมีสูตรเดียวกัน ให้ใช้สูตรที่กำหนดเมื่อปรับสมการ

กับน้ำ ลิเทียมฟู่และเคลื่อนที่ช้า; โซเดียมทำปฏิกิริยาเร็วขึ้นและมักจะละลายเป็นลูกบอลที่เคลื่อนที่; โพแทสเซียมทำปฏิกิริยาน่าตื่นเต้นยิ่งขึ้นและอาจจุดไฟด้วยเปลวสีม่วงอ่อน สิ่งเหล่านี้คือข้อสังเกตจากการสาธิตภายใต้การดูแล ปฏิกิริยามีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นตามกลุ่ม: ชั้นที่บรรจุอิเล็กตรอนมากขึ้นวางอิเล็กตรอนวงนอกห่างจากนิวเคลียสมากขึ้นพร้อมกับการป้องกันที่มากขึ้น จึงสูญเสียได้ง่ายขึ้นแม้จะมีประจุนิวเคลียสมากขึ้นก็ตาม

ฮาโลเจน ในกลุ่ม 7 มีอิเล็กตรอนวงนอกเจ็ดตัวและสร้างโมเลกุลไดอะตอมิก: Cl₂, Br₂ และ I₂ ที่อุณหภูมิห้อง คลอรีนเป็นแก๊สสีเขียวอ่อน บรมเป็นของเหลวสีแดงน้ำตาล และไอโอดีนเป็นของแข็งสีเทา-ดำ มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ จุดหลอมเหลวและจุดเดือดเพิ่มขึ้นตามกลุ่ม ความเข้มข้นลดลง: วงนอกอยู่ห่างจากนิวเคลียสและมีการป้องกันมากขึ้น ทำให้แรงดึงดูดต่ออิเล็กตรอนที่เข้ามาอ่อนลง

Halogens form ionic halides with metals, such as NaCl, and covalent compounds with non-metals, such as HCl. Do not say all halogen compounds contain ionic bonds. Displacement occurs when a more reactive halogen replaces a less reactive one in an aqueous halide solution.

ตัวอย่างการแทนที่: คลอรีนเติมลงในโพแทสเซียมโบรมाइด์ผลิตบรมีน ให้สารละลายสีส้ม/น้ำตาล: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂. คลอรีนรับอิเล็กตรอนจากไอออนโบรมাইด์ บรมีนไม่สามารถแทนที่ไอออนคลอไรด์ได้เพราะมีความเข้มข้นน้อยกว่า ผลลัพธ์“ไม่มีปฏิกิริยา”ดังนั้นจึงช่วยให้จัดลำดับความเข้มข้น สำหรับระดับสูง: Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻; 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻; net Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂. อะตอมและประจุคงที่

ใช้โครเมียม แมงกานีส เหล็ก คอบอลต์ นิกเกิล และทองแดงเป็นตัวอย่างของ โลหะทรานซิชัน เมื่อเทียบกับโลหะกลุ่ม 1 พวกเขามักมีจุดหลอมเหลวและความหนาแน่นสูงกว่า ความแข็งแรง/ความแข็งมากกว่า และความเข้มข้นต่ำกว่ากับออกซิเจน น้ำ และฮาโลเจน ทองแดงไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำเย็นเช่นเดียวกับโซเดียม เปรียบเทียบตัวอย่างที่ระบุและเงื่อนไขแทนที่จะสันนิษฐานว่าโลหะทั้งหมดมีพฤติกรรมเหมือนกัน

โลหะทรานซิชันจำนวนมากสร้างไอออนที่มีประจุต่างกันและเกิดสารประกอบที่มีสี รวมถึงทำหน้าที่เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยา ธาตุเหล็กสร้าง Fe²⁺ และ Fe³⁺; น้ำเกลือของเหล็ก(II) อาจมีสีเขียวอ่อน ส่วนเกลือของเหล็ก(III) มีสีเหลือง/น้ำตาล น้ำเกลือของทองแดง(II) มักจะมีสีฟ้า สีขึ้นอยู่กับชนิดของสารประกอบหรือสภาวะแวดล้อม: ไม่ใช่ทุกสารประกอบของธาตุหนึ่งๆ จะมีสีตายตัว ธาตุเหล็กใช้เป็นตัวเร่งในกระบวนการ Haber; นิกเกิลใช้เร่งปฏิกิริยาไฮโดรเจนชัน ตัวอย่างเหล่านี้แสดงถึงคุณสมบัติทั่วไป ไม่ใช่คุณสมบัติของโลหะทรานซิชันทุกชนิด

สูตรที่คำนวณแล้ว: ซัลเฟตคือ SO₄²⁻. Fe²⁺ ให้ได้ FeSO₄; Fe³⁺ ต้องใช้ไอออนเหล็กสองตัวและไอออนซัลเฟตสามตัว จะได้ Fe₂(SO₄)₃. ประจุในทั้งสองสารรวมกันได้เป็นศูนย์ สัดส่วนหรือประจุของเหล็กที่แตกต่างกันทำให้ได้สารที่ต่างกัน แม้จะมีชื่อธาตุทั้งสามเหมือนกัน

• เลือกวิธีการแยกตามคุณสมบัติของส่วนประกอบและผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ; อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอน
• เชื่อมโยงผลการทดลองการกระเจิงอัลฟาเข้ากับแบบจำลองนิวเคลียส แทนที่จะท่องจำลำดับเวลาเพียงอย่างเดียว
• นับอนุภาคในอะตอมและไอออน; คำนวณค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก; แยกแยะรัศมี เส้นผ่านศูนย์กลาง และสเกล
• แสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของtwenty ตัวแรกเป็นทั้งตัวเลขและแผนวงโคจร แล้วทำนายตำแหน่งในตารางสมรรถนะ
• ใช้หลักฐานอธิบายแนวโน้มกลุ่มและการแทนที่; เปรียบเทียบคุณสมบัติของโลหะทรานซิชันที่กำหนดกับ Group 1