Good Mood

indholdet i universet—fra et sandkorn til en stjerne—kaldes sagen., Forskere definerer stof som noget, der optager plads og har masse. Et objekts masse og vægt er beslægtede begreber, men ikke helt ens. Et objekts masse er mængden af stof indeholdt i objektet, og er det samme, om objektet er på jorden eller i det ydre rums nul-tyngdekraftsmiljø. En objekts vægt er på den anden side dens masse som påvirket af tyngdekraften. Et objekts vægt er større, hvor tyngdekraften er stærkere end hvor tyngdekraften er mindre stærk., For eksempel vejer et objekt med en bestemt masse mindre på månen end det gør på jorden, fordi Månens tyngdekraft er mindre end Jorden. Med andre ord er vægten variabel og påvirkes af tyngdekraften. Et stykke ost, der vejer et pund på jorden, vejer kun et par ounces på månen.

elementer og forbindelser

alt stof i den naturlige verden består af et eller flere af de 92 grundlæggende stoffer kaldet elementer. Et element er et rent stof, der adskiller sig fra alt andet stof ved, at det ikke kan skabes eller nedbrydes ved almindelige kemiske midler., Mens din krop kan samle mange af de kemiske forbindelser, der er nødvendige for livet fra deres bestanddele, kan det ikke lave elementer. De skal komme fra miljøet. Et velkendt eksempel på et element, som du skal tage i, er calcium (Ca++). Calcium er afgørende for den menneskelige krop; det absorberes og bruges til en række processer, herunder styrkelse af knogler. Når du spiser mejeriprodukter, nedbryder dit fordøjelsessystem maden i komponenter, der er små nok til at krydse ind i blodbanen. Blandt disse er calcium, som, fordi det er et element, ikke kan nedbrydes yderligere., Det elementære calcium i ost er derfor det samme som det calcium, der danner dine knogler. Nogle andre elementer, du måske er bekendt med, er ilt, natrium og jern. Elementerne i den menneskelige krop er vist i figur 2.1.1, begyndende med de mest rigelige: ilt (O), kulstof (C), hydrogen (h) og nitrogen (N). Hvert element navn kan erstattes af en en-eller to bogstaver symbol; du vil blive fortrolig med nogle af disse i løbet af dette kursus. Alle elementer i din krop er afledt af de fødevarer, du spiser, og den luft, du indånder.,

i naturen forekommer elementer sjældent alene. I stedet kombineres de for at danne forbindelser. En forbindelse er et stof sammensat af to eller flere elementer forbundet med kemiske bindinger. For eksempel er forbindelsen glucose et vigtigt kropsbrændstof. Det er altid sammensat af de samme tre elementer: kulstof, brint og ilt., Desuden forekommer de elementer, der udgør en given forbindelse, altid i de samme relative mængder. I glukose er der altid seks kulstof-og seks iltenheder for hver tolv brintenheder. Men hvad er disse “enheder” af elementer?

atomer og subatomære partikler

et atom er den mindste mængde af et element, der bevarer elementets unikke egenskaber. Med andre ord er et atom af hydrogen en enhed af hydrogen—den mindste mængde hydrogen, der kan eksistere. Som du måske gætter, er atomer næsten ufattelig små., Perioden i slutningen af denne sætning er millioner af atomer bred.

atomstruktur og Energi

atomer består af endnu mindre subatomære partikler, som omfatter tre vigtige typer: proton, neutron og elektron. Antallet af positivt ladede protoner og ikke-ladede (“neutrale”) neutroner giver masse til atomet, og antallet af hver i atomets kerne bestemmer elementet. Antallet af negativt ladede elektroner, der” spin ” omkring kernen ved tæt på lysets hastighed er lig med antallet af protoner., En elektron har ca. 1/2000 massen af en proton eller neutron.figur 2.1.2 viser to modeller, der kan hjælpe dig med at forestille dig strukturen af et atom—i dette tilfælde helium (He). I planetmodellen vises heliums to elektroner, der cirkler kernen i en fast bane afbildet som en ring. Selvom denne model er nyttig til at visualisere atomstruktur, rejser elektroner i virkeligheden ikke i faste baner, men suser rundt om kernen uregelmæssigt i en såkaldt elektronsky.

et atoms protoner og elektroner bærer elektriske ladninger. Protoner, med deres positive ladning, betegnes p+. Elektroner, der har en negativ ladning, betegnes e -., Et atoms neutroner har ingen ladning: de er elektrisk neutrale. Ligesom en magnet klæber til et stålkøleskab, fordi deres modsatte ladninger tiltrækker, tiltrækker de positivt ladede protoner de negativt ladede elektroner. Denne gensidige tiltrækning giver atomet en vis strukturel stabilitet. Tiltrækningen ved den positivt ladede kerne hjælper med at forhindre elektroner i at forvilde sig langt. Antallet af protoner og elektroner i et neutralt atom er ens, således er atomets samlede ladning afbalanceret.,

atomnummer og massenummer

et atom af kulstof er unikt for kulstof, men en proton af kulstof er ikke. En proton er den samme som en anden, hvad enten den findes i et atom af kulstof, natrium (Na) eller jern (Fe). Det samme gælder for neutroner og elektroner. Så hvad giver et element sine karakteristiske egenskaber-Hvad gør kulstof så forskelligt fra natrium eller jern? Svaret er den unikke mængde protoner hver indeholder. Definition et element, hvis atomer indeholder seks protoner. Intet andet element har nøjagtigt seks protoner i sine atomer., Desuden indeholder alle carbonatomer, hvad enten de findes i din lever eller i en klump kul, seks protoner. Således identificerer atomnummeret, som er antallet af protoner i atomets kerne, elementet. Da et atom normalt har det samme antal elektroner som protoner, identificerer atomnummeret det sædvanlige antal elektroner også.

i deres mest almindelige form indeholder mange elementer også det samme antal neutroner som protoner. Den mest almindelige form for kulstof har for eksempel seks neutroner såvel som seks protoner, i alt 12 subatomære partikler i dens kerne., Et element masse nummer er summen af antallet af protoner og neutroner i sin kerne. Så den mest almindelige form for carbon masse nummer er 12. Elektroner har så lidt masse, at de ikke bidrager væsentligt til massen af et atom. Carbon er et relativt let element; uran (U) har derimod et massetal på 238 og betegnes som et tungmetal. Dens atomnummer er 92 (det har 92 protoner), men det indeholder 146 neutroner; det har den mest masse af alle de naturligt forekommende elementer.

den periodiske tabel over elementerne, vist i figur 2.1.,3, er et diagram, der identificerer de 92 elementer, der findes i naturen, samt flere større, ustabile elementer opdaget eksperimentelt. Elementerne er arrangeret i rækkefølge efter deres atomnummer med brint og helium øverst på bordet og de mere massive elementer nedenfor. Den periodiske tabel er en nyttig enhed, fordi den for hvert element identificerer det kemiske symbol, atomnummeret og massenummeret, mens de organiserer elementer i henhold til deres tilbøjelighed til at reagere med andre elementer. Antallet af protoner og elektroner i et element er ens., Antallet af protoner og neutroner kan være ens for nogle elementer, men er ikke ens for alle.

isotoper

selvom hvert element har et unikt antal protoner, kan det eksistere som forskellige isotoper. En isotop er en af de forskellige former for et element, der adskiller sig fra hinanden ved forskellige antal neutroner. Standardisotopen af kulstof er 12C, ofte kaldet kulstof tolv., 12C har seks protoner og seks neutroner, for en masse antal tolv. Alle isotoper af kulstof har det samme antal protoner; derfor, 13C har syv neutroner, og 14C har otte neutroner. De forskellige isotoper af et element kan også angives med massetallet bindestreg (for eksempel C-12 i stedet for 12C). Hydrogen har tre almindelige isotoper, vist i figur 2.1.4.

en isotop, der indeholder mere end det sædvanlige antal neutroner, betegnes som en tung isotop. Et eksempel er 14C. tunge isotoper har en tendens til at være ustabile, og ustabile isotoper er radioaktive. En radioaktiv isotop er en isotop, hvis kerne let henfalder, afgiver subatomære partikler og elektromagnetisk energi., Forskellige radioaktive isotoper (også kaldet radioisotoper) adskiller sig i deres halveringstid, den tid det tager for halvdelen af enhver størrelsesprøve af en isotop at henfalde. For eksempel er halveringstiden for tritium-en radioisotop af hydrogen—omkring 12 år, hvilket indikerer, at det tager 12 år for halvdelen af tritiumkernerne i en prøve at henfalde. Overdreven eksponering for radioaktive isotoper kan skade humane celler og endda forårsage kræft og fødselsdefekter, men når eksponeringen kontrolleres, nogle radioaktive isotoper kan være nyttige i medicin. For mere information, se Career Connections.,

opførelsen af elektroner

i menneskekroppen eksisterer atomer ikke som uafhængige enheder. Snarere reagerer de konstant med andre atomer for at danne og nedbryde mere komplekse stoffer., For fuldt ud at forstå anatomi og fysiologi skal du forstå, hvordan atomer deltager i sådanne reaktioner. Nøglen er at forstå elektronernes opførsel.selvom elektroner ikke følger stive baner en bestemt afstand væk fra atomets kerne, har de en tendens til at forblive inden for visse områder af rummet kaldet elektronskaller. En elektronskal er et lag af elektroner, der omslutter kernen på et særskilt energiniveau.,

atomerne af de elementer, der findes i menneskekroppen, har fra en til fem elektronskaller, og alle elektronskaller har otte elektroner undtagen den første skal, som kun kan indeholde to. Denne konfiguration af elektronskaller er den samme for alle atomer. Det præcise antal skaller afhænger af antallet af elektroner i atomet. Hydrogen og helium har kun respectivelyn og to elektroner, henholdsvis., Hvis du kigger på elementernes periodiske tabel, vil du bemærke, at brint og helium er placeret alene på begge sider af den øverste række; de er de eneste elementer, der kun har en elektronskal (figur 2.1.6). En anden skal er nødvendig for at holde elektronerne i alle elementer større end hydrogen og helium.

Lithium (Li), hvis atomnummer er 3, har tre elektroner. To af disse fylder den første elektronskal, og den tredje spildes over i en anden skal. Den anden elektronskal kan rumme så mange som otte elektroner., Carbon, med sine seks elektroner, fylder helt sin første skal, og halvt fylder sin anden. Med ti elektroner fylder neon (Ne) helt sine to elektronskaller. Igen viser et kig på det periodiske bord, at alle elementerne i anden række, fra lithium til neon, kun har to elektronskaller. Atomer med mere end ti elektroner kræver mere end to skaller. Disse elementer optager den tredje og efterfølgende række i det periodiske bord.

Den faktor, der mest kraftigt regulerer tendens til, at et atom til at deltage i kemiske reaktioner, er antallet af elektroner i sin valence shell. En valensskal er et atoms yderste elektronskal. Hvis valensskallen er fuld, er atomet stabilt, hvilket betyder, at dets elektroner sandsynligvis ikke trækkes væk fra kernen ved den elektriske ladning af andre atomer. Hvis valensskallen ikke er fuld, er atomet reaktivt, hvilket betyder, at det vil have tendens til at reagere med andre atomer på måder, der gør valensskallen fuld., Overvej brint, med sin ene elektron kun halvfyldende sin valensskal. Denne enkelt elektron vil sandsynligvis blive trukket ind i forhold til atomer af andre elementer, således at hydrogenens enkelt valensskal kan stabiliseres.

alle atomer (undtagen hydrogen og helium med deres enkelte elektronskaller) er mest stabile, når der er nøjagtigt otte elektroner i deres valensskal. Dette princip kaldes oktet-reglen, og det anføres, at et atom vil give op, få, eller dele elektroner med et andet atom, så det ender med otte elektroner i sin egen valence shell., For eksempel vil ilt med seks elektroner i sin valensskal sandsynligvis reagere med andre atomer på en måde, der resulterer i tilsætning af to elektroner til O .ygens valensskal, hvilket bringer tallet til otte. Når to hydrogenatomer hver deler deres enkelt elektron med ilt, dannes kovalente bindinger, hvilket resulterer i et molekyle vand, H2O.

i naturen har atomer af et element en tendens til at forbinde med atomer af andre elementer på karakteristiske måder. For eksempel fylder carbon almindeligvis sin valensskal ved at forbinde med fire atomer af hydrogen., Derved danner de to elementer det enkleste af organiske molekyler—methan—som også er en af de mest rigelige og stabile carbonholdige forbindelser på jorden. Som nævnt ovenfor er et andet eksempel vand; ilt har brug for to elektroner for at fylde sin valensskal. Det interagerer ofte med to atomer af hydrogen, der danner H2O.i øvrigt afspejler navnet “hydrogen” dets bidrag til vand (hydro- = “vand”; -gen = “maker”). Således er brint ” vandproducenten.,”