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la substance de l’univers—d’un grain de sable à une étoile—est appelée matière., Les scientifiques définissent la matière comme tout ce qui occupe l’espace et a de la masse. La masse d’un objet et son poids sont des concepts liés, mais pas tout à fait les mêmes. La masse d’un objet est la quantité de matière contenue dans l’objet, et est la même que cet objet soit sur terre ou dans l’environnement en apesanteur de l’espace. Le poids d’un objet, d’autre part, est sa masse telle qu’affectée par l’attraction de la gravité. Le poids d’un objet est plus important lorsque l’attraction de la gravité est plus forte que lorsque la gravité est moins forte., Par exemple, un objet d’une certaine masse pèse moins sur la Lune que sur la terre parce que la gravité de la Lune est inférieure à celle de la Terre. En d’autres termes, le poids est variable et est influencé par la gravité. Un morceau de fromage qui pèse une livre sur Terre ne pèse que quelques onces sur la Lune.

éléments et composés

toute matière dans le monde naturel est composée d’une ou plusieurs des 92 substances fondamentales appelées éléments. Un élément est une substance pure qui se distingue de toute autre matière par le fait qu’elle ne peut pas être créée ou décomposée par des moyens chimiques ordinaires., Alors que votre corps peut assembler de nombreux composés chimiques nécessaires à la vie à partir de leurs éléments constitutifs, il ne peut pas fabriquer d’éléments. Ils doivent venir de l’environnement. Un exemple familier d’un élément que vous devez prendre en calcium (Ca++). Le Calcium est essentiel au corps humain; il est absorbé et utilisé pour un certain nombre de processus, y compris le renforcement des os. Lorsque vous consommez des produits laitiers, votre système digestif décompose les aliments en composants suffisamment petits pour traverser la circulation sanguine. Parmi ceux-ci se trouve le calcium qui, parce qu’il s’agit d’un élément, ne peut pas être décomposé davantage., Le calcium élémentaire dans le fromage est donc le même que le calcium qui forme vos os. D’autres éléments que vous connaissez peut-être sont l’oxygène, le sodium et le fer. Les éléments du corps humain sont représentés à la Figure 2.1.1, en commençant par les plus abondants: oxygène (O), carbone (C), hydrogène (H) et azote (N). Le nom de chaque élément peut être remplacé par un symbole d’une ou deux lettres; vous vous familiariserez avec certains d’entre eux au cours de ce cours. Tous les éléments de votre corps sont dérivés des aliments que vous mangez et de l’air que vous respirez.,

Dans la nature, les éléments se produisent rarement seul. Au lieu de cela, ils se combinent pour former des composés. Un composé est une substance composée de deux éléments ou plus reliés par des liaisons chimiques. Par exemple, le glucose composé est un carburant corporel important. Il est toujours composé des trois mêmes éléments: carbone, hydrogène et oxygène., De plus, les éléments qui composent un composé donné se produisent toujours dans les mêmes quantités relatives. Dans le glucose, il y a toujours six unités de carbone et six unités d’oxygène pour douze unités d’hydrogène. Mais quelles sont exactement ces « unités » d’éléments?

atomes et particules subatomiques

un atome est la plus petite quantité d’un élément qui conserve les propriétés uniques de cet élément. En d’autres termes, un atome d’hydrogène est une unité de l’hydrogène—la plus petite quantité d’hydrogène qui peuvent exister. Comme vous pouvez le deviner, les atomes sont presque insondablement petits., La période à la fin de cette phrase est des millions d’atomes.

Structure et Énergie atomiques

Les atomes sont constitués de particules subatomiques encore plus petites, qui comprennent trois types importants: le proton, le neutron et l’électron. Le nombre de protons chargés positivement et de neutrons non chargés (« neutres”), donne de la masse à l’atome, et le nombre de chacun dans le noyau de l’atome détermine l’élément. Le nombre d’électrons chargés négativement qui « tournent” autour du noyau à une vitesse proche de celle de la lumière est égal au nombre de protons., Un électron est environ 1/2000ème la masse d’un proton ou d’un neutron.

la Figure 2.1.2 montre deux modèles qui peuvent vous aider à imaginer la structure d’un atome—dans ce cas, l’hélium (He). Dans le modèle planétaire, les deux électrons de l’hélium sont représentés entourant le noyau sur une orbite fixe représentée comme un anneau. Bien que ce modèle soit utile pour visualiser la structure atomique, en réalité, les électrons ne voyagent pas sur des orbites fixes, mais tournent autour du noyau de manière erratique dans un soi-disant nuage d’électrons.

les protons et les électrons d’un atome portent des charges électriques. Les Protons, avec leur charge positive, sont désignés p+. Les électrons ont une charge négative, sont désignés électronique., Les neutrons d’un atome n’ont aucune charge: ils sont électriquement neutres. Tout comme un aimant colle à un réfrigérateur en acier parce que leurs charges opposées attirent, les protons chargés positivement attirent les électrons chargés négativement. Cette attraction mutuelle donne à l’atome une certaine stabilité structurelle. L’attraction par le noyau chargé positivement aide à empêcher les électrons de s’égarer loin. Le nombre de protons et d’électrons dans un atome neutre est égal, ainsi, la charge globale de l’atome est équilibrée.,

Numéro atomique et numéro de masse

un atome de carbone est unique au carbone, mais un proton de carbone ne l’est pas. Un proton est le même qu’un autre, qu’il se trouve dans un atome de carbone, de sodium (Na) ou de fer (Fe). Il en va de même pour les neutrons et les électrons. Alors, qu’est—ce qui donne à un élément ses propriétés distinctives-qu’est-ce qui rend le carbone si différent du sodium ou du fer? La réponse est la quantité unique de protons que chacun contient. Le carbone par définition est un élément dont les atomes contiennent six protons. Aucun autre élément n’a exactement six protons dans ses atomes., De plus, tous les atomes de carbone, qu’ils se trouvent dans votre foie ou dans un morceau de charbon, contiennent six protons. Ainsi, le numéro atomique, qui est le nombre de protons dans le noyau de l’atome, identifie l’élément. Depuis un atome a généralement le même nombre d’électrons que de protons, de numéro atomique identifie le nombre habituel d’électrons ainsi.

dans leur forme la plus courante, de nombreux éléments contiennent également le même nombre de neutrons que les protons. La forme la plus commune de carbone, par exemple, a six neutrons ainsi que six protons, pour un total de 12 particules subatomiques dans son noyau., Le nombre de masse d’un élément est la somme du nombre de protons et de neutrons dans son noyau. Ainsi, la forme la plus courante du nombre de masse de carbone est 12. Les électrons ont si peu de masse qu’ils ne contribuent pas sensiblement à la masse d’un atome. Le carbone est un élément relativement léger; L’Uranium (U), en revanche, a un nombre de masse de 238 et est appelé métal lourd. Son numéro atomique est 92 (Il a 92 protons) mais il contient 146 neutrons; il a le plus de masse de tous les éléments naturels.

le tableau périodique des éléments, illustré à la Figure 2.1.,3, est un tableau identifiant les 92 éléments trouvés dans la nature, ainsi que plusieurs éléments plus grands et instables découverts expérimentalement. Les éléments sont disposés dans l’ordre de leur numéro atomique, avec l’hydrogène et l’hélium en haut du tableau, et les éléments plus massifs en dessous. Le tableau périodique est un dispositif utile car pour chaque élément, il identifie le symbole chimique, le numéro atomique et le nombre de masse, tout en organisant les éléments en fonction de leur propension à réagir avec d’autres éléments. Le nombre de protons et d’électrons dans un élément est égal., Le nombre de protons et de neutrons peut être égal pour certains éléments, mais ne le sont pas pour tous.

Isotopes

bien que chaque élément ait un nombre unique de protons, il peut exister sous forme d’isotopes différents. Un isotope est l’une des différentes formes d’un élément, distingué les uns des autres par un nombre différent de neutrons. L’isotope standard du carbone est 12C, communément appelé carbone douze., 12C a six protons et six neutrons, pour un nombre de masse de douze. Tous les isotopes du carbone ont le même nombre de protons; par conséquent, 13C a sept neutrons, et 14c a huit neutrons. Les différents isotopes d’un élément peuvent également être indiqués avec le nombre de masse césuré (par exemple, C-12 au lieu de 12C). L’hydrogène a trois isotopes communs, illustrés à la Figure 2.1.4.

Un isotope qui contient plus que le nombre habituel de neutrons est appelé un isotope lourd. Un exemple est le 14C. les isotopes lourds ont tendance à être instables et les isotopes instables sont radioactifs. Un isotope radioactif est un isotope dont le noyau se désintègre facilement, dégageant des particules subatomiques et de l’énergie électromagnétique., Différents isotopes radioactifs (également appelés radioisotopes) diffèrent par leur demi-vie, le temps qu’il faut pour que la moitié d’un échantillon de taille quelconque d’un isotope se désintègre. Par exemple, la demi-vie du tritium—un radio—isotope de l’hydrogène-est d’environ 12 ans, ce qui indique qu’il faut 12 ans pour que la moitié des noyaux de tritium dans un échantillon se désintègre. Une exposition Excessive aux isotopes radioactifs peut endommager les cellules humaines et même causer le cancer et les malformations congénitales, mais lorsque l’exposition est contrôlée, certains isotopes radioactifs peuvent être utiles en médecine. Pour plus d’informations, consultez les liens carrière.,

Le Comportement des Électrons

Dans le corps humain, les atomes n’existent pas en tant qu’entités indépendantes. Au contraire, ils réagissent constamment avec d’autres atomes pour former et décomposer des substances plus complexes., Pour bien comprendre l’anatomie et la physiologie, vous devez comprendre comment les atomes participent à de telles réactions. La clé est de comprendre le comportement des électrons.

bien que les électrons ne suivent pas des orbites rigides à une distance définie du noyau de l’atome, ils ont tendance à rester dans certaines régions de l’espace appelées coquilles d’électrons. Une coquille d’électrons est une couche d’électrons qui encerclent le noyau à un niveau d’énergie distinct.,

Les atomes des éléments trouvés dans le corps humain ont de une à cinq coquilles d’électrons, et toutes les coquilles d’électrons contiennent huit électrons sauf la première coquille, qui ne peut en contenir que deux. Cette configuration des électrons est la même pour tous les atomes. Le nombre précis de coquilles dépend du nombre d’électrons dans l’atome. L’hydrogène et l’hélium n’ont respectivement qu’un et deux électrons., Si vous regardez le tableau périodique des éléments, vous remarquerez que l’hydrogène et l’hélium sont placés seuls de part et d’autre de la rangée supérieure; ce sont les seuls éléments qui n’ont qu’une seule enveloppe d’électrons (Figure 2.1.6). Une deuxième enveloppe est nécessaire pour contenir les électrons dans tous les éléments plus grands que l’hydrogène et l’hélium.

Le Lithium (Li), dont le numéro atomique est 3, a trois électrons. Deux d’entre eux remplissent la première coquille d’électrons et la troisième se déverse dans une deuxième coquille. La deuxième coque d’électrons peut accueillir jusqu’à huit électrons., Le carbone, avec ses six électrons, remplit entièrement sa première coquille et remplit à moitié sa seconde. Avec dix électrons, le néon (Ne) remplit entièrement ses deux coquilles d’électrons. Encore une fois, un regard sur le tableau périodique révèle que tous les éléments de la deuxième rangée, du lithium au néon, n’ont que deux coquilles d’électrons. Les atomes avec plus de dix électrons nécessitent plus de deux coquilles. Ces éléments occupent la troisième ligne et les suivantes du tableau périodique.

le facteur qui régit le plus fortement la tendance d’un atome à participer à des réactions chimiques est le nombre d’électrons dans sa coquille de valence. Une coquille de valence est la coquille d’électrons la plus externe d’un atome. Si la coquille de valence est pleine, l’atome est stable, ce qui signifie que ses électrons sont peu susceptibles d’être retirés du noyau par la charge électrique d’autres atomes. Si la coquille de valence n’est pas pleine, l’atome est réactif, ce qui signifie qu’il aura tendance à réagir avec d’autres atomes de manière à rendre la coquille de valence pleine., Considérons l’hydrogène, avec son seul électron qui remplit à moitié sa coquille de valence. Cet électron unique est susceptible d’être entraîné dans des relations avec les atomes d’autres éléments, de sorte que la coquille de valence unique de l’hydrogène peut être stabilisée.

Tous les atomes (sauf l’hydrogène et l’hélium avec leurs coquilles d’électrons simples) sont plus stables lorsqu’il y a exactement huit électrons dans leur coquille de valence. Ce principe est appelé la règle de l’octet, et il stipule qu’un atome abandonnera, gagnera ou partagera des électrons avec un autre atome de sorte qu’il se retrouve avec huit électrons dans sa propre coquille de valence., Par exemple, l’oxygène, avec six électrons dans sa valence shell, est susceptible de réagir avec d’autres atomes, d’une manière qui entraîne l’ajout de deux électrons à l’oxygène de valence shell, ce qui porte le nombre à huit. Lorsque deux atomes d’hydrogène partagent chacun leur seul électron avec l’oxygène, des liaisons covalentes se forment, ce qui donne une molécule d’eau, H2O.

dans la nature, les atomes d’un élément ont tendance à se joindre aux atomes d’autres éléments de manière caractéristique. Par exemple, le carbone remplit couramment sa coquille de valence en se liant à quatre atomes d’hydrogène., Ce faisant, les deux éléments forment la plus simple des molécules organiques-le méthane-qui est également l’un des composés contenant du carbone les plus abondants et les plus stables sur Terre. Comme indiqué ci-dessus, un autre exemple est l’eau; l’oxygène a besoin de deux électrons pour remplir sa coquille de valence. Il interagit généralement avec deux atomes d’hydrogène, formant H2O. incidemment, le nom « hydrogène” reflète sa contribution à l’eau (hydro- = « eau”; -gen = « fabricant”). Ainsi, l’hydrogène est le  » fabricant d’eau.,”