Good Mood

de stof van het heelal—van een zandkorrel tot een ster—wordt materie genoemd., Wetenschappers definiëren materie als alles wat ruimte inneemt en massa heeft. De massa en het gewicht van een object zijn verwante concepten, maar niet helemaal hetzelfde. De massa van een object is de hoeveelheid materie die zich in het object bevindt, en is hetzelfde of dat object zich op aarde bevindt of in de ruimte zonder zwaartekracht. Het gewicht van een object, aan de andere kant, is de massa zoals beïnvloed door de aantrekkingskracht van de zwaartekracht. Het gewicht van een object is groter waar de zwaartekracht sterker is dan waar de zwaartekracht minder sterk is., Een voorwerp van een bepaalde massa weegt bijvoorbeeld minder op de maan dan op Aarde omdat de zwaartekracht van de maan minder is dan die van de aarde. Met andere woorden, gewicht is variabel, en wordt beïnvloed door de zwaartekracht. Een stuk kaas dat een pond weegt op aarde weegt maar een paar ons op de maan.

elementen en verbindingen

alle materie in de natuur bestaat uit een of meer van de 92 fundamentele stoffen die elementen worden genoemd. Een element is een zuivere stof die zich van alle andere materie onderscheidt door het feit dat het niet met gewone chemische middelen kan worden gecreëerd of afgebroken., Terwijl je lichaam veel van de chemische verbindingen die nodig zijn voor het leven uit hun samenstellende elementen kan assembleren, kan het geen elementen maken. Ze moeten uit het milieu komen. Een bekend voorbeeld van een element dat je moet innemen is calcium (Ca++). Calcium is essentieel voor het menselijk lichaam; het wordt geabsorbeerd en gebruikt voor een aantal processen, waaronder het versterken van botten. Wanneer u zuivelproducten consumeren uw spijsverteringsstelsel breekt het voedsel in componenten klein genoeg om te steken in de bloedbaan. Hieronder valt calcium, dat, omdat het een element is, niet verder kan worden afgebroken., Het elementair calcium in kaas is daarom hetzelfde als het calcium dat je botten vormt. Sommige andere elementen die u misschien bekend met zijn zuurstof, natrium, en ijzer. De elementen in het menselijk lichaam zijn weergegeven in Figuur 2.1.1, te beginnen met de meest voorkomende: zuurstof (O), koolstof (C), waterstof (H) en stikstof (N). De naam van elk element kan worden vervangen door een een – of twee-letter symbool; U zult vertrouwd raken met een aantal van deze tijdens deze cursus. Alle elementen in je lichaam zijn afgeleid van het voedsel dat je eet en de lucht die je inademt.,

in de natuur komen elementen zelden alleen voor. In plaats daarvan combineren ze om samenstellingen te vormen. Een verbinding is een stof die bestaat uit twee of meer elementen die door chemische bindingen zijn verbonden. Zo is de verbinding glucose een belangrijke lichaamsbrandstof. Het is altijd samengesteld uit dezelfde drie elementen: koolstof, waterstof en zuurstof., Bovendien komen de elementen waaruit een bepaalde verbinding bestaat altijd in dezelfde relatieve hoeveelheden voor. In glucose zijn er altijd zes koolstof – en zes zuurstofeenheden voor elke twaalf waterstofeenheden. Maar wat zijn deze “eenheden” van elementen precies?

atomen en subatomaire deeltjes

een atoom is de kleinste hoeveelheid van een element dat de unieke eigenschappen van dat element behoudt. Met andere woorden, een atoom van waterstof is een eenheid van waterstof—de kleinste hoeveelheid waterstof die kan bestaan. Zoals je zou kunnen raden, atomen zijn bijna ondoorgrondelijk klein., De periode aan het einde van deze zin is miljoenen atomen breed.

atoomstructuur en energie

atomen bestaan uit nog kleinere subatomaire deeltjes, die drie belangrijke types omvatten: het proton, neutron en elektron. Het aantal positief geladen protonen en niet-geladen (“neutrale”) neutronen, geeft massa aan het atoom, en het aantal van elk in de kern van het atoom bepaalt het element. Het aantal negatief-geladen elektronen dat rond de kern” draait ” dicht bij de lichtsnelheid is gelijk aan het aantal protonen., Een elektron heeft ongeveer 1 / 2000e de massa van een proton of neutron.

figuur 2.1.2 toont twee modellen die je kunnen helpen je de structuur van een atoom voor te stellen—in dit geval helium (He). In het planeetmodel worden de twee elektronen van helium getoond die de kern in een vaste baan cirkelen die als ring wordt afgebeeld. Hoewel dit model nuttig is bij het visualiseren van de atoomstructuur, reizen elektronen in werkelijkheid niet in vaste banen, maar zweven ze onregelmatig rond de kern in een zogenaamde elektronenwolk.

protonen en elektronen van een atoom dragen elektrische ladingen. Protonen, met hun positieve lading, worden aangeduid als p+. Elektronen, die een negatieve lading hebben, worden aangeduid als e -., De neutronen van een atoom hebben geen lading: ze zijn elektrisch neutraal. Net zoals een magneet aan een stalen koelkast kleeft omdat hun tegengestelde ladingen aantrekken, trekken de positief geladen protonen de negatief geladen elektronen aan. Deze wederzijdse aantrekking geeft het atoom enige structurele stabiliteit. De aantrekking door de positief geladen kern zorgt ervoor dat elektronen niet ver afdwalen. Het aantal protonen en elektronen binnen een neutraal atoom is gelijk, dus de totale lading van het atoom is in evenwicht.,

atoomnummer en massagetal

een koolstofatoom is uniek voor koolstof, maar een koolstofproton niet. Het ene proton is hetzelfde als het andere, of het nu in een koolstofatoom, natrium (Na) of ijzer (Fe) zit. Hetzelfde geldt voor neutronen en elektronen. Dus, wat geeft een element zijn onderscheidende eigenschappen-wat maakt koolstof zo verschillend van natrium of ijzer? Het antwoord is de unieke hoeveelheid protonen die elk bevat. Koolstof is per definitie een element waarvan de atomen zes protonen bevatten. Geen enkel ander element heeft precies zes protonen in zijn atomen., Bovendien bevatten alle koolstofatomen, of ze nu in je lever zitten of in een brok steenkool, zes protonen. Het atoomnummer, het aantal protonen in de kern van het atoom, identificeert het element. Aangezien een atoom gewoonlijk hetzelfde aantal elektronen heeft als protonen, identificeert het atoomnummer ook het gebruikelijke aantal elektronen.

in hun meest voorkomende vorm bevatten veel elementen ook hetzelfde aantal neutronen als protonen. De meest voorkomende vorm van koolstof, bijvoorbeeld, heeft zes neutronen en zes protonen, voor een totaal van 12 subatomaire deeltjes in zijn kern., Het massagetal van een element is de som van het aantal protonen en neutronen in zijn kern. Dus de meest voorkomende vorm van het massagetal van koolstof is 12. Elektronen hebben zo weinig massa dat ze niet merkbaar bijdragen aan de massa van een atoom. Koolstof is een relatief licht element; Uranium (U) heeft daarentegen een massagetal van 238 en wordt een zwaar metaal genoemd. Het atoomnummer is 92 (het heeft 92 protonen) maar het bevat 146 neutronen; het heeft de meeste massa van alle natuurlijk voorkomende elementen.

het periodiek systeem van de elementen, weergegeven in Figuur 2.1.,3, is een grafiek die de 92 elementen in de natuur identificeert, evenals een aantal grotere, onstabiele elementen die experimenteel zijn ontdekt. De elementen zijn gerangschikt in volgorde van hun atoomnummer, met waterstof en helium aan de bovenkant van de tabel, en de meer massieve elementen hieronder. Het periodiek systeem is een nuttig apparaat omdat het voor elk element het chemische symbool, het atoomnummer en het massagetal identificeert, terwijl het elementen organiseert volgens hun neiging om met andere elementen te reageren. Het aantal protonen en elektronen in een element is gelijk., Het aantal protonen en neutronen kan voor sommige elementen gelijk zijn, maar is niet voor alle elementen gelijk.

isotopen

hoewel elk element een uniek aantal protonen heeft, kan het bestaan als verschillende isotopen. Een isotoop is een van de verschillende vormen van een element, dat zich van elkaar onderscheidt door verschillende aantallen neutronen. De standaard isotoop van koolstof is 12C, meestal koolstof twaalf genoemd., 12C heeft zes protonen en zes neutronen, voor een massagetal van twaalf. Alle isotopen van koolstof hebben hetzelfde aantal protonen; daarom heeft 13C zeven neutronen en 14C acht neutronen. De verschillende isotopen van een element kunnen ook worden aangegeven met het massagetal als koppelteken (bijvoorbeeld C-12 in plaats van 12C). Waterstof heeft drie gemeenschappelijke isotopen, weergegeven in Figuur 2.1.4.

figuur 2.1.4-Isotopen van waterstof: Protium, aangeduid als 1H, heeft één proton en geen neutronen., Het is veruit de meest voorkomende isotoop van waterstof in de natuur. Deuterium, aangeduid als 2H, heeft een proton en een neutron. Tritium, aangeduid als 3H, heeft twee neutronen.

een isotoop die meer dan het gebruikelijke aantal neutronen bevat, wordt een zware isotoop genoemd. Een voorbeeld is 14C. zware isotopen neigen onstabiel te zijn, en onstabiele isotopen zijn radioactief. Een radioactieve isotoop is een isotoop waarvan de kern snel vervalt en subatomaire deeltjes en elektromagnetische energie afgeeft., Verschillende radioactieve isotopen (ook wel radio-isotopen genoemd) verschillen in hun halveringstijd, de tijd die het duurt voor de helft van om het even welke grootte steekproef van een isotoop om te bederven. De halfwaardetijd van tritium—een radio-isotoop van waterstof-is bijvoorbeeld ongeveer 12 jaar, wat aangeeft dat het 12 jaar duurt voordat de helft van de tritiumkernen in een monster bederft. Overmatige blootstelling aan radioactieve isotopen kan menselijke cellen beschadigen en zelfs kanker en geboorteafwijkingen veroorzaken, maar wanneer de blootstelling onder controle is, kunnen sommige radioactieve isotopen nuttig zijn in de geneeskunde. Zie de Loopbaanverbindingen voor meer informatie.,

het gedrag van elektronen

in het menselijk lichaam bestaan atomen niet als onafhankelijke entiteiten. In plaats daarvan reageren ze voortdurend met andere atomen om complexere stoffen te vormen en af te breken., Om anatomie en fysiologie volledig te begrijpen moet je begrijpen hoe atomen deelnemen aan dergelijke reacties. De sleutel is het begrijpen van het gedrag van elektronen.

hoewel elektronen geen vaste banen volgen op een bepaalde afstand van de kern van het atoom, blijven ze wel binnen bepaalde gebieden in de ruimte die elektronenschillen worden genoemd. Een elektronenschil is een laag van elektronen die de kern op een verschillend energieniveau omcirkelen.,

de atomen van de elementen in het menselijk lichaam hebben één tot vijf elektronenschillen, en alle elektronenschillen bevatten acht elektronen, behalve de eerste schil, die er slechts twee kan bevatten. Deze configuratie van elektronenschillen is hetzelfde voor alle atomen. Het precieze aantal schelpen hangt af van het aantal elektronen in het atoom. Waterstof en helium hebben respectievelijk slechts één en twee elektronen., Als je naar het periodiek systeem van de elementen kijkt, zul je zien dat waterstof en helium alleen aan weerszijden van de bovenste rij staan; het zijn de enige elementen die slechts één elektronenschil hebben (figuur 2.1.6). Een tweede schil is nodig om de elektronen in alle elementen groter dan waterstof en helium te houden.

Lithium (Li), met atoomnummer 3, heeft drie elektronen. Twee van deze vullen de eerste elektronenschil, en de derde morst over in een tweede schil. De tweede elektronenschil is geschikt voor maar liefst acht elektronen., Koolstof, met zijn zes elektronen, vult volledig zijn eerste schil, en half vult zijn tweede. Met tien elektronen vult neon (Ne) zijn twee elektronenschillen volledig. Nogmaals, een blik op het periodiek systeem onthult dat alle elementen in de tweede rij, van lithium tot neon, slechts twee elektronenschillen hebben. Atomen met meer dan tien elektronen hebben meer dan twee schelpen nodig. Deze elementen bezetten de derde en volgende rijen van het periodiek systeem.

De factor die de neiging van een atoom om deel te nemen aan chemische reacties het sterkst bepaalt is het aantal elektronen in zijn valentieschil. Een valentieschil is de buitenste elektronenschil van een atoom. Als de valentieschil vol is, is het atoom stabiel, wat betekent dat zijn elektronen waarschijnlijk niet van de kern worden getrokken door de elektrische lading van andere atomen. Als de valentieschil niet vol is, is het atoom reactief, wat betekent dat het met andere atomen zal reageren op manieren die de valentieschil vol maken., Denk aan waterstof, met zijn één elektron maar half vullend zijn valentieschil. Dit enkele elektron zal waarschijnlijk worden getrokken in relaties met de atomen van andere elementen, zodat de enkele valentieschil van waterstof kan worden gestabiliseerd.

alle atomen (behalve waterstof en helium met hun enkele elektronenschelp) zijn het meest stabiel wanneer er precies acht elektronen in hun valentieschelp zitten. Dit principe wordt aangeduid als de octetregel, en het stelt dat een atoom elektronen zal opgeven, winnen, of delen met een ander atoom, zodat het eindigt met acht elektronen in zijn eigen valentieschil., Bijvoorbeeld, zuurstof, met zes elektronen in zijn valentieschil, zal waarschijnlijk reageren met andere atomen op een manier die resulteert in de toevoeging van twee elektronen aan de valentieschil van zuurstof, waardoor het aantal op acht. Wanneer twee waterstofatomen elk hun elektron delen met zuurstof, worden covalente bindingen gevormd, wat resulteert in een molecuul water, H2O.

in de natuur hebben atomen van een element de neiging om op karakteristieke wijze samen te voegen met atomen van andere elementen. Bijvoorbeeld, koolstof vult gewoonlijk zijn valentie shell door verbinding met vier atomen van waterstof., Daarbij vormen de twee elementen de eenvoudigste organische moleculen—methaan – die ook een van de meest voorkomende en stabiele koolstofhoudende verbindingen op aarde is. Zoals hierboven vermeld, is een ander voorbeeld water; zuurstof heeft twee elektronen nodig om zijn valentieschil te vullen. Het interageert vaak met twee waterstofatomen en vormt H2O. overigens weerspiegelt de naam “waterstof” zijn bijdrage aan water (hydro- = “water”; -gen = “maker”). Waterstof is dus de ” Watermaker.,”