Бештар

2.1: Электронҳо, протонҳо, нейтронҳо ва атомҳо - геология

2.1: Электронҳо, протонҳо, нейтронҳо ва атомҳо - геология


Ҳама чизҳое, ки мо медонем, аз ҷумла кристаллҳои минералӣ, аз атомҳо иборатанд ва ҳама атомҳо аз се зарраҳои асосӣ иборатанд: протонҳо, нейтронҳо, ва электронҳо. Ҳарду протонҳо ва нейтронҳо массаи 1 доранд, дар ҳоле ки электронҳо қариб ягон масс надоранд.

Ҷадвали 2.1 Зарядҳо ва массаи зарраҳо дар дохили атомҳо
Қисмати ибтидоӣПур карданОмма
Протон+11
Нейтрон01
Электрон−1~0

Унсури гидроген дорои соддатарин атомҳо мебошад, ки ҳар кадоме танҳо як протон ва як электрон дорад. Протон ядроеро ташкил медиҳад, дар ҳоле ки электрон дар атрофи он давр мезанад. Ҳама унсурҳои дигар дар ядрои худ нейтронҳо ва инчунин протонҳо доранд, ба монанди гелий, ки дар расми ( PageIndex {1} ) тасвир шудааст. Протонҳои зарядноки мусбат одатан якдигарро дафъ мекунанд, аммо нейтронҳо барои нигоҳ доштани ядро ​​кумак мекунанд. Шумораи протонҳо ин аст рақами атомӣва шумораи протонҳо бо нейтронҳо баробар аст массаи атом. Барои гидроген, массаи атом 1 аст, зеро як протон вуҷуд дорад ва нейтрон нест. Барои гелий, он 4 аст: ду протон ва ду нейтрон.

Барои аксари 16 унсури сабуктарин (то оксиген) шумораи нейтронҳо ба шумораи протонҳо баробар аст. Барои аксари унсурҳои боқимонда назар ба протонҳо нейтронҳо зиёдтаранд, зеро нейтронҳои иловагӣ барои нигоҳ доштани ядро ​​тавассути рафъи такрори мутақобилаи шумораи афзояндаи протонҳо дар фазои хеле хурд мутамарказ карда мешаванд. Масалан, кремний 14 протон ва 14 нейтрон дорад. Рақами атомии он 14 ва массаи атомии он 28 аст. Изотопи маъмултарини уран 92 протон ва 146 нейтрон дорад. Рақами атомии он 92 ва массаи атомии он 238 (92 + 146) аст.

Дар расми ( PageIndex {1} ) атоми гелий тасвир шудааст. Нуқта дар миёна ядро ​​аст ва абри гирду атроф он ҷоеро ифода мекунад, ки ду электрон дар ҳар лаҳза метавонанд бошанд. Соя ториктар бошад, эҳтимоли зиёд дар он ҷо будани электрон вуҷуд дорад. Атоми гелий тақрибан 1 ангстром аст. Ангстром (Å) 10 аст−10 метр (м). Ядрои гелий тақрибан 1 фемтометр аст. Фемтометр (fm) 10 аст−15 м. Ба ибораи дигар, абри электронии атомии гелий аз ядрои он тақрибан 100,000 маротиба калонтар аст. Парки Стэнли дар Ванкувер тақрибан 2 км аст. Агар Стэнли Парк атоми гелий мебуд, ядро ​​ба андозаи чормағз мебуд.

Электронҳое, ки дар атрофи ядрои атом давр мезананд, дар садафҳо ҷойгир шудаанд, ки онро "сатҳи энергия" низ меноманд. Қабати аввал метавонад танҳо ду электронро дар бар гирад, дар қабати дигар бошад то ҳашт электронро нигоҳ медорад. Снарядҳои минбаъда метавонанд электронҳои бештар дошта бошанд, аммо қабати болоии ҳама гуна атом на бештар аз ҳашт электронро дар бар мегирад. Тавре ки мебинем, электронҳо дар қабати берунӣ дар пайванди байни атомҳо нақши муҳим доранд. Танзимоти қабати электронӣ барои 29 аз 36 элементи аввал дар ҷадвали 2.2 оварда шудаанд.

Ҷадвали 2.2 Конфигуратсияҳои ниҳонии электронӣ то унсури 36. (Унсурҳои ғайрифаъол бо садафҳои берунии пуршуда а *доранд.)
[Ҷадвалро гузаред]
ЭлементАломатАтоми №Шумораи электронҳо дар қабати якумШумораи электронҳо дар қабати 2Шумораи электронҳо дар пӯсти 3 -юмШумораи электронҳо дар пӯсти 4
ГидрогенҲ11000
Гелий *Ӯ22000
ЛитийЛи32100
БерилийБошад42200
БорБ.52300
Карбон$ C62400
НитрогенН.72500
ОксигенО82600
ФторФ92700
Неон *Не102800
НатрийNa112810
МагнийMg122820
АлюминийАл132830
КремнийСи142840
ФосфорП152850
СулфурС.162860
ХлорCl172870
Аргон *Ар182880
КалийК.192881
КальцийCa202882
СкандийSc212892
ТитанТи2228102
ВанадийВ.2328112
ХромCr2428131
МарганецМн2528132
ОҳанФе2628142
.......
СеленСе3428186
БромБр3528187
Криптон *Кр3628188

.Хона

Хусусиятҳои ВАО

  • Тасвири ( PageIndex {1} ): Helium Atom QM. © Yzmo. CC BY-SA.

2.1: Блокҳои бинои молекулаҳо

  • Бо OpenStax саҳм гузоштааст
  • Консепсияҳои биология дар OpenStax CNX

Дар сатҳи бунёдии он ҳаёт аз материя иборат аст. Материя фазоро ишғол мекунад ва масса дорад. Ҳама модда аз унсурҳо, моддаҳо иборат аст, ки онҳоро ба моддаҳои химиявӣ тақсим кардан ё табдил додан ғайриимкон аст. Ҳар як унсур аз атомҳо сохта шудааст, ки ҳар яки онҳо шумораи доимии протонҳо ва хосиятҳои беназир доранд. Дар маҷмӯъ 118 унсур муайян карда шудааст, аммо танҳо 92 табиатан рух медиҳанд ва камтар аз 30 дар ҳуҷайраҳои зинда мавҷуданд. 26 унсури боқимонда ноустувор мебошанд ва аз ин рӯ, онҳо муддати тӯлонӣ вуҷуд надоранд ё назариявӣ ҳастанд ва ҳанӯз ошкор карда нашудаанд.

Ҳар як унсур бо аломати кимиёвии он (ба монанди H, N, O, C ва Na) таъин карда мешавад ва дорои хосиятҳои беназир мебошад. Ин хосиятҳои беназир ба унсурҳо имкон медиҳанд, ки бо роҳҳои мушаххас бо ҳам пайванд шаванд.


2.1 Атомҳо, изотопҳо, ионҳо ва молекулаҳо: блокҳои сохтмонӣ

Дар охири ин бахш шумо метавонед корҳои зеринро иҷро кунед:

  • Мафҳум ва унсурҳоро муайян кунед
  • Муносибати байни протонҳо, нейтронҳо ва электронҳоро тавсиф кунед
  • Усулҳои хайрия ё мубодилаи электронҳоро байни атомҳо муқоиса кунед
  • Тарзҳои якҷояшавии унсурҳои табииро барои сохтани молекулаҳо, ҳуҷайраҳо, бофтаҳо, системаҳои узвҳо ва организмҳо шарҳ диҳед

Дар сатҳи бунёдии он ҳаёт аз материя иборат аст. Материя ҳама гуна моддаест, ки фазоро ишғол мекунад ва масса дорад. Унсурҳо шаклҳои беназири материя бо хосиятҳои хоси кимиёвӣ ва физикӣ мебошанд, ки бо реаксияҳои оддии кимиёвӣ ба моддаҳои хурд тақсим намешаванд. 118 унсур мавҷуд аст, аммо танҳо 98 табиатан пайдо мешаванд. Унсурҳои боқимонда ноустувор буда, аз олимон талаб мекунанд, ки онҳоро дар лабораторияҳо синтез кунанд.

Ҳар як унсур бо аломати кимиёвии он муайян карда мешавад, ки он як ҳарфи калон аст ё вақте ки ҳарфи аввал аллакай аз ҷониби унсури дигар "гирифта" шудааст, омезиши ду ҳарф. Баъзе унсурҳо истилоҳи англисии элементро риоя мекунанд, масалан C барои карбон ва Ca барои калсий. Аломатҳои кимиёвии унсурҳои дигар аз номҳои лотинии онҳо бармеоянд. Масалан, рамзи натрий Na мебошад, ки ба он ишора мекунад натрий, калимаи лотинии натрий.

Чор унсури умумӣ барои ҳама организмҳои зинда оксиген (O), карбон (C), гидроген (H) ва нитроген (N) мебошанд. Дар ҷаҳони зинда нест, унсурҳо дар таносубҳои гуногун мавҷуданд ва баъзе унсурҳои барои организмҳои зинда умуман дар рӯи замин нисбатан камёбанд, тавре ки дар ҷадвали 2.1 нишон дода шудааст. Масалан, атмосфера аз нитроген ва оксиген бой аст, аммо дорои миқдори ками карбон ва гидроген аст, дар ҳоле ки қабати замин, гарчанде ки оксиген ва миқдори ками гидроген дорад, нитроген ва карбон дорад. Сарфи назар аз фарқиятҳои фаровониашон, ҳама элементҳо ва реаксияҳои кимиёвии байни онҳо новобаста аз он ки онҳо як қисми олами зинда ё зинда ҳастанд, ба як қонунҳои кимиёвӣ ва физикӣ итоат мекунанд.

Элемент Ҳаёт (инсон) Атмосфера Қабати Замин
Оксиген (O) 65% 21% 46%
Карбон (C) 18% пайгирӣ пайгирӣ
Гидроген (H) 10% пайгирӣ 0.1%
Нитроген (N) 3% 78% пайгирӣ

Сохтори атом

Барои фаҳмидани он ки чӣ гуна элементҳо якҷоя мешаванд, мо бояд аввал хурдтарин ҷузъ ё унсури сохтмонии элементро муҳокима кунем. Атом хурдтарин воҳиди модда аст, ки тамоми хосиятҳои химиявии элементро нигоҳ медорад. Масалан, як атоми тилло дорои ҳама хосиятҳои тилло мебошад, ба монанди реактивии кимиёвии он. Тангаи тилло танҳо як миқдори хеле зиёди атомҳои тиллоӣ аст, ки ба шакли танга шакл гирифтаанд ва дорои миқдори ками унсурҳои дигар бо номи ифлосҳо мебошанд. Мо наметавонем атомҳои тиллоро ба чизи хурдтар тақсим кунем ва ҳамзамон хосиятҳои тиллоро нигоҳ дорем.

Атом аз ду минтақа иборат аст: ядро, ки дар маркази атом ҷойгир аст ва дорои протонҳо ва нейтронҳо мебошад. Минтақаи берунтарини атом электронҳои худро дар мадори атрофи ядро ​​нигоҳ медорад, тавре ки дар расми 2.2 нишон дода шудааст. Атомҳо дар қатори дигар зарраҳои субатомӣ протонҳо, электронҳо ва нейтронҳо доранд. T Изотопи маъмултарини гидроген (H) ягона истисно аст ва аз як протон ва як электрон сохта шудааст, ки нейтрон надорад.

Протонҳо ва нейтронҳо тақрибан якхелаанд, тақрибан 1.67 × 10 -24 грамм. Олимон худсарона ин миқдори массаро ҳамчун як воҳиди массаи атомӣ (аму) ё як Далтон муайян мекунанд, тавре ки дар ҷадвали 2.2 нишон дода шудааст. Гарчанде ки аз ҷиҳати вазн шабеҳанд, протонҳо ва нейтронҳо бо заряди барқашон фарқ мекунанд. Протон мусбат заряднок аст, дар сурате, ки нейтрон барқ ​​надорад. Аз ин рӯ, шумораи нейтронҳои атом ба массаи он саҳми назаррас мегузорад, аммо на ба заряди он. Электронҳо дар муқоиса бо протонҳо хеле хурдтаранд, вазнашон ҳамагӣ 9.11 × 10 -28 грамм ё тақрибан 1/1800 воҳиди массаи атомист. Ҳамин тариқ, онҳо ба массаи умумии атомии элемент чандон мусоидат намекунанд. Аз ин рӯ, ҳангоми баррасии массаи атом, одати он аст, ки массаи ҳама гуна электронҳоро нодида гирем ва массаи атомро дар асоси шумораи протонҳо ва нейтронҳо танҳо ҳисоб кунем. Гарчанде ки дар омма саҳми назаррас набошад ҳам, электронҳо ба заряди атом саҳми калон мегузоранд, зеро ҳар як электрон заряди манфӣ ба заряди мусбати протон дорад. Дар атомҳои пуркунандаи бетараф, шумораи электронҳое, ки дар атрофи ядро ​​мераванд, ба шумораи протонҳои дохили ядро ​​баробаранд. Дар ин атомҳо зарядҳои мусбат ва манфӣ якдигарро бекор мекунанд ва боиси атоме мешаванд, ки заряди холис надорад.

Ҳисоб кардани андозаи протонҳо, нейтронҳо ва электронҳо, қисми зиёди ҳаҷми атом - зиёда аз 99 фоиз - фазои холӣ аст. Бо ин ҳама фазои холӣ кас метавонад бипурсад, ки чаро ба истилоҳ ҷисмҳои сахт на танҳо аз якдигар мегузаранд. Сабаби ин тавр накардани онҳо дар он аст, ки электронҳое, ки ҳама атомҳоро иҳота мекунанд, зарядҳои манфӣ доранд ва зарядҳои манфӣ якдигарро тела медиҳанд.

Шумораи атом ва масс

Атомҳои ҳар як элемент дорои шумораи хоси протонҳо ва электронҳо мебошанд. Шумораи протонҳо рақами атомии элементро муайян мекунад, ки олимон барои фарқ кардани як унсур аз дигараш истифода мебаранд. Шумораи нейтронҳо тағирёбанда аст ва дар натиҷа изотопҳо ба вуҷуд меоянд, ки шаклҳои гуногуни як атом мебошанд, ки танҳо аз рӯи шумораи нейтронҳои онҳо фарқ мекунанд. Дар якҷоягӣ шумораи протонҳо ва нейтронҳо шумораи массаи элементро муайян мекунанд, тавре ки дар расми 2.3 нишон дода шудааст. Аҳамият диҳед, ки мо саҳми хурди массаро аз электронҳо дар ҳисоб кардани шумораи омма сарфи назар мекунем. Мо метавонем ин тахминии массаро барои ба осонӣ ҳисоб кардани чанд нейтрон дар як элемент истифода бурда, шумораи протонҳоро аз рақами омма танҳо хориҷ кунем. Азбаски изотопҳои унсур рақамҳои оммавии каме фарқ хоҳанд дошт, олимон инчунин массаи атомиро муайян мекунанд, ки ин миқдори ҳисобшудаи шумораи омма барои изотопҳои табиатан ба вуҷуд омадаистода мебошад. Аксар вақт, шумораи натиҷа фраксияро дар бар мегирад. Масалан, массаи атомии хлор (Cl) 35,45 аст, зеро хлор аз якчанд изотопҳо иборат аст, баъзеҳо (аксарият) бо массаи атомии 35 (17 протон ва 18 нейтрон) ва баъзеҳо бо массаи атомии 37 (17 протон ва 20 нейтрон) .

Пайвасти визуалӣ

Карбон-12 ва карбон-13 мутаносибан чанд нейтрон доранд?

Изотопҳо

Изотопҳо шаклҳои гуногуни унсурҳое мебошанд, ки шумораи протонҳои якхела доранд, аммо шумораи нейтронҳои гуногун. Баъзе унсурҳо - ба монанди карбон, калий ва уран - табиатан изотопҳои пайдошаванда доранд. Карбон-12 дорои шаш протон, шаш нейтрон ва шаш электрон мебошад, аз ин рӯ шумораи оммавии 12 (шаш протон ва шаш нейтрон) дорад. Карбон-14 дорои шаш протон, ҳашт нейтрон ва шаш электрон аст, ки массаи атомии он 14 аст (шаш протон ва ҳашт нейтрон). Ин ду шакли алтернативии карбон изотопҳо мебошанд. Баъзе изотопҳо метавонанд нейтронҳо, протонҳо ва электронҳоро ихроҷ кунанд ва ба конфигуратсияи устувори атомӣ (сатҳи поёнии энергияи потенсиалӣ) расанд, ки ин изотопҳои радиоактивӣ ё радиоизотопҳо мебошанд. Пӯсиши радиоактивӣ (карбон-14, ки дар ниҳоят ба нитроген табдил меёбад-14) талафоти энергияро тавсиф мекунад, ки ҳангоми партофтани ядрои ноустувори радиатсия рух медиҳад.

Пайвасти эволютсия

Шиносоии карбон

Карбон одатан дар атмосфера дар шакли пайвастагиҳои газӣ ба монанди гази карбон ва метан мавҷуд аст. Карбон-14 (14 C) як радиоизотопи табиист, ки дар атмосфера аз атмосфераи 14 Н (нитроген) бо илова кардани нейтрон ва аз даст додани протон дар натиҷаи нурҳои кайҳонӣ ба вуҷуд омадааст. Ин як раванди муттасил аст, аз ин рӯ ҳамеша 14 C эҷод карда мешавад. Азбаски як организми зинда дар ибтидо 14 С дорад, ҳамчун гази карбон дар ҷараёни фотосинтез собит мешавад, миқдори нисбии 14 С дар бадани ӯ ба консентратсияи 14 С дар атмосфера баробар аст. Вақте ки организм мемирад, он дигар 14 С -ро намегирад, аз ин рӯ таносуби 14 C то 12 C коҳиш меёбад, зеро 14 C тадриҷан ба 14 N бо раванде номида мешавад, ки фаноро бета -партофтани электронҳо ё позитронҳо номида мешавад. Ин фано энергияро дар раванди суст мебарорад.

Пас аз тақрибан 5,730 сол, нисфи консентратсияи ибтидоии 14 С ба 14 Н бармегардад. Мо вақти ба нисфи консентратсияи аслии изотоп пӯсидан ба шакли устувортарашро нисфи ҳаёти худ меномем. Азбаски нисфи ҳаёти 14 C дароз аст, олимон онро барои муаррифии ашёҳои қаблан зинда ба монанди устухонҳои кӯҳна ё чӯб истифода мебаранд. Муқоиса кардани таносуби консентратсияи 14 C дар як объект ба миқдори 14 C дар атмосфера, олимон метавонанд миқдори изотопро, ки ҳоло пӯсида нашудааст, муайян кунанд. Дар асоси ин миқдор, расми 2.4 нишон медиҳад, ки мо метавонем синну соли маводро, ба монанди мамонити пигмиро, бо дақиқӣ ҳисоб кунем, агар он аз тақрибан 50 000 сол пештар набошад. Дигар унсурҳо изотопҳои дорои нисфи ҳаёти гуногун доранд. Масалан, 40 К (калий-40) нисфи зиндагии 1.25 миллиард сол ва 235 У (уран 235) тақрибан нисфи ҳаёти тақрибан 700 миллион сол дорад. Бо истифода аз знакомств радиометрӣ, олимон метавонанд синну соли сангҳо ё дигар боқимондаҳои организмҳои нобудшударо омӯзанд, то бифаҳманд, ки организмҳо аз намудҳои қаблӣ чӣ гуна ба вуҷуд омадаанд.

Истинод ба омӯзиш

Барои гирифтани маълумоти бештар дар бораи атомҳо, изотопҳо ва чӣ гуна як изотопро аз дигараш фарқ кардан, симулятсияро иҷро кунед.

Ҷадвали даврӣ

Ҷадвали даврӣ унсурҳои гуногунро ташкил ва нишон медиҳад. Ҷадвал аз ҷониби химики рус Дмитрий Менделеев (1834–1907) дар соли 1869 тарҳрезӣ шудааст, ҷадвал унсурҳоро гурӯҳбандӣ мекунад, ки ҳарчанд беназир бошанд ҳам, хосиятҳои муайяни кимиёвиро бо дигар элементҳо мубодила мекунанд. Хусусиятҳои унсурҳо барои ҳолати физикии онҳо дар ҳарорати хонагӣ масъуланд: онҳо метавонанд газҳо, сахтҳо ё моеъҳо бошанд. Унсурҳо инчунин дорои реактивии хоси кимиёвӣ, қобилияти муттаҳидшавӣ ва бо ҳам пайвастани кимиёвӣ мебошанд.

Дар ҷадвали даврӣ дар расми 2.5, элементҳо мувофиқи рақами атомии худ ташкил ва намоиш дода мешаванд ва дар як қатор сатрҳо ва сутунҳо дар асоси хосиятҳои химиявӣ ва физикии муштарак ҷойгир шудаанд. Илова ба пешниҳоди рақами атомӣ барои ҳар як элемент, ҷадвали даврӣ инчунин массаи атомии элементро нишон медиҳад. Масалан, ба карбон нигоҳ карда, аломат (C) ва номи он, инчунин рақами атомии шашаш (дар кунҷи чапи болоии боло) ва массаи атомии он 12.01 пайдо мешаванд.

Ҷадвали даврӣ унсурҳоро мувофиқи хосиятҳои химиявӣ гурӯҳбандӣ мекунад. Олимон фарқияти реактивии химиявии байни элементҳоро ба рақам ва тақсимоти фазоии электронҳои атом асос медиҳанд. Атомҳое, ки ба таври кимиёвӣ вокуниш нишон медиҳанд ва бо ҳам мепайванданд, молекулаҳо ташкил медиҳанд. Молекулаҳо танҳо ду ё зиёда атомҳо мебошанд, ки бо ҳам пайвастанд. Мантиқан, вақте ки ду атом бо роҳи кимиёвӣ ба як молекула пайваст мешаванд, электронҳои онҳо, ки минтақаи берунии ҳар як атомро ташкил медиҳанд, дар навбати аввал якҷоя мешаванд, зеро атомҳо пайванди химиявиро ташкил медиҳанд.

Electron Shells ва модели Бор

Аҳамият диҳед, ки байни шумораи протонҳои элемент, рақами атомӣ, ки як унсурро аз дигараш фарқ мекунад ва шумораи электронҳои дорои алоқа вуҷуд дорад. Дар ҳама атомҳои бетарафи электрикӣ шумораи электронҳо ба шумораи протонҳо баробар аст. Ҳамин тариқ, ҳар як унсур, ҳадди ақал ҳангоми нейтралии барқӣ шумораи хоси электронҳои ба рақами атомии он баробар дорад.

Дар соли 1913, олими Дания Нилс Бор (1885–1962) модели аввали атомро таҳия кард. Модели Бор атомро ҳамчун як ядрои марказӣ, ки дорои протонҳо ва нейтронҳо мебошад, нишон медиҳад, ки электронҳо дар орбиталҳои даврашакл дар масофаҳои мушаххас аз ядро ​​нишон медиҳанд, тавре ки дар расми 2.6 нишон дода шудааст. Ин мадорҳо пӯстҳои электронӣ ё сатҳҳои энергияро ташкил медиҳанд, ки як роҳи тасаввур кардани шумораи электронҳо дар қабатҳои берунӣ мебошанд. Ин сатҳҳои энергия бо рақам ва аломати "n" муайян карда мешаванд. Масалан, 1n аввалин сатҳи энергетикиро, ки ба ядро ​​наздиктарин ҷойгир аст, ифода мекунад.

Электронҳо орбиталҳоро бо тартиби пайдарпай пур мекунанд: онҳо аввал орбиталҳои ба ядро ​​наздиктаринро пур мекунанд, сипас пур кардани орбиталҳои афзояндаи энергияро аз ядро ​​идома медиҳанд. Агар якчанд орбиталҳои энергияи баробар вуҷуд дошта бошанд, онҳо пеш аз илова кардани электронҳои дуюм дар ҳар як сатҳи энергия бо як электрон пур мекунанд. Электронҳои сатҳи берунаи энергетикӣ устувории энергетикии атом ва тамоюли ба ташаккули пайвандҳои кимиёвӣ бо дигар атомҳо барои сохтани молекулаҳоро муайян мекунанд.

Дар шароити стандартӣ, атомҳо қабатҳои дохилиро аввал пур мекунанд ва аксар вақт дар пӯсти берунӣ шумораи тағирёбандаи электронҳо ба вуҷуд меоянд. Қабати дарунӣ ҳадди аксар ду электрон дорад, аммо ду пӯсти электронии минбаъда метавонанд ҳар кадоме ҳадди аксар ҳашт электрон дошта бошанд. Ин ҳамчун қоидаи октет маълум аст, ки дар он, ба истиснои қабати дарунӣ, гуфта мешавад, ки вақте атомҳо дар пӯсти валентии худ ҳашт электрон доранд, қабати электронии беруна устувортаранд. Дар расми 2.7 намунаҳои баъзе атомҳои нейтралӣ ва конфигуратсияҳои электронии онҳо нишон дода шудаанд. Аҳамият диҳед, ки дар расми 2.7, гелий як қабати мукаммали электронии беруна дорад ва ду электрон қабати аввал ва ягонаи онро пур мекунанд. Ба ҳамин монанд, неон дорои як ниҳони мукаммали 2n мебошад, ки ҳашт электрон дорад. Баръакси ин, хлор ва натрий дар қабатҳои берунии худ мутаносибан ҳафт ва як доранд, аммо аз ҷиҳати назариявӣ агар онҳо қоидаи октетро риоя кунанд ва ҳашт дошта бошанд, аз ҷиҳати назариявӣ устувортар хоҳанд буд.

Пайвасти визуалӣ

Атом метавонад барои ба даст овардани як қабати пурраи валентӣ, конфигуратсияи устувори электрон электронҳоро бо атоми дигар диҳад, гирад ё мубодила кунад. Ба ин рақам нигоҳ карда, унсурҳои гурӯҳи 1 барои ба даст овардани конфигуратсияи устувори электрон чанд электронро аз даст медиҳанд? Унсурҳои гурӯҳҳои 14 ва 17 барои ба даст овардани конфигуратсияи устувор чанд электронро ба даст овардан лозим аст?

Фаҳмидани он, ки ташкили ҷадвали даврӣ ба шумораи умумии протонҳо (ва электронҳо) асос ёфтааст, ба мо кӯмак мекунад, ки электронҳо дар байни снарядҳо чӣ тавр тақсим шаванд. Ҷадвали даврӣ дар сутунҳо ва сатрҳо вобаста ба шумораи электронҳо ва ҷойгиршавии онҳо ҷойгир карда шудааст. Баъзе унсурҳои сутуни рости ҷадвалро дар расми 2.5 бодиққат тафтиш кунед. Гурӯҳи 18 атомҳои гелий (Ҳе), неон (Не) ва аргон (Ар) ҳама қабатҳои электронии берунаро пур кардаанд, то мубодилаи электронҳоро бо дигар атомҳо барои ноил шудан ба субот нолозим созад. Онҳо ҳамчун атомҳои ягона устувор мебошанд. Азбаски онҳо реактивӣ нестанд, олимон ба онҳо инерт (ё газҳои олиҷаноб) мефиристанд. Инро бо унсурҳои гурӯҳи 1 дар сутуни чап муқоиса кунед. Ин унсурҳо, аз ҷумла гидроген (H), литий (Ли) ва натрий (Na), ҳама дар қабатҳои берунии худ як электрон доранд. Ин маънои онро дорад, ки онҳо тавассути хайрия ё мубодилаи як электрон бо як атоми дигар ё молекула ба монанди об метавонанд ба конфигуратсияи устувор ва қабати пури беруна ноил шаванд. Гидроген барои ноил шудан ба ин конфигурат электронашро тақдим мекунад ё мубодила мекунад, дар ҳоле ки литий ва натрий электронии худро барои устувор шудан тақдим мекунанд. Дар натиҷаи гум кардани як электрон зарядноки манфӣ, онҳо ба ионҳои заряднок табдил меёбанд. Унсурҳои гурӯҳи 17, аз ҷумла фтор ва хлор, дар қабатҳои берунии худ ҳафт электрон доранд, аз ин рӯ онҳо майл доранд, ки ин пӯстро бо электрон аз дигар атомҳо ё молекулаҳо пур кунанд, ки онҳоро ионҳои зарядноки манфӣ месозанд. Унсурҳои гурӯҳи 14, ки аз ҳама муҳимаш карбон барои системаҳои зинда мебошанд, дар пӯсти берунии худ чаҳор электрон доранд, ки ба онҳо имкон медиҳанд, ки бо дигар атомҳо чанд пайванди ковалентӣ (дар зер баррасӣ шаванд) созанд. Ҳамин тариқ, сутунҳои ҷадвали даврӣ ҳолати потенсиалии муштараки қабатҳои электронии берунии ин элементҳоро ифода мекунанд, ки барои хусусиятҳои шабеҳи химиявии онҳо масъуланд.

Орбиталҳои электронӣ

Гарчанде ки барои фаҳмондани реактивӣ ва пайванди кимиёвии баъзе унсурҳо муфид аст, модели Bohr дуруст инъикос намекунад, ки чӣ тавр электронҳо дар фазо дар фазо тақсим мешаванд. Онҳо ядроеро давр намезананд, чунон ки замин дар атрофи офтоб давр мезанад, аммо мо онҳоро дар орбиталҳои электронӣ пайдо мекунем. Ин шаклҳои нисбатан мураккаб аз он бармеоянд, ки электронҳо на танҳо ба зарраҳо, балки ба мисли мавҷҳо рафтор мекунанд. Муодилаҳои математикӣ аз механикаи квантӣ, ки олимон вазифаҳои мавҷро меноманд, метавонанд дар доираи як эҳтимолияти эҳтимолӣ пешгӯӣ кунанд, ки дар он ҷо электрон метавонад дар вақти дилхоҳ бошад. Олимон минтақаеро, ки эҳтимолан электрон дар он ҷо пайдо мешавад, мадори он меноманд.

Дар хотир доред, ки модели Бор конфигуратсияи қабати электронии атомро тасвир мекунад. Дар дохили ҳар як қабати электронӣ зерҳуҷайраҳо мавҷуданд ва ҳар як қабати дорои шумораи муайяни орбиталҳои дорои электронҳо мебошад. Гарчанде ки маҳз ҷойгиршавии электронро ҳисоб кардан ғайриимкон аст, олимон медонанд, ки эҳтимолан он дар масири орбитаи он ҷойгир аст. Ҳарфи с, саҳ, г, ва е зербахшҳоро таъин кунед. Дар с subhell шакли сферӣ дорад ва як мадори дорад. Shell асосии 1n танҳо як дорад с мадор, ки метавонад ду электронро дар бар гирад. Қабати асосии 2n як дорад с ва як саҳ subhell, ва метавонад ҳамагӣ ҳашт электронро дар бар гирад. Дар саҳ subshell се орбитали ба шакли гантел дорад, тавре ки дар расми 2.8 нишон дода шудааст. Пойгоҳҳои қаблӣ г ва е шаклҳои мураккабтар доранд ва мутаносибан панҷ ва ҳафт орбитал доранд. Мо инро дар расм нишон намедиҳем. Қабати асосии 3n дорад с, саҳ, ва г зарфҳо ва метавонанд дорои 18 электрон бошанд. Қабати асосии 4n дорад с, саҳ, г ва е орбиталҳо буда, метавонад 32 электронро дар бар гирад. Аз ядро ​​дур шуда, шумораи электронҳо ва орбиталҳо дар сатҳи энергия меафзояд. Дар ҷадвали даврӣ аз як атом ба дигараш пеш рафта, мо метавонем сохтори электронро тавассути гузоштани электронаи иловагӣ ба мадори навбатии мавҷуда муайян кунем.

Наздиктарин мадори ба ядро, мадори 1s, метавонад то ду электронро нигоҳ дорад. Ин мадор ба қабати электронии дарунии модели Бор баробар аст. Олимон онро 1 ном мебарандс орбиталӣ, зеро он дар атрофи ядро ​​курашакл аст. 1с мадор наздиктарин мадори ба ядро ​​аст ва он ҳамеша пеш аз пур кардани дигар мадор пур карда мешавад. Гидроген як электрон дорад, аз ин рӯ он дар 1 танҳо як ҷойро ишғол мекунадс мадор. Мо инро ҳамчун 1 муайян мекунемс 1, ки дар он 1 навишта шудааст, ба як электрон дар дохили 1 ишора мекунадс мадор. Гелий ду электрон дорад, аз ин рӯ он метавонад 1 -ро пурра пур кунадс орбитал бо ду электронаш. Мо инро ҳамчун 1 муайян мекунемс 2, бо ишора ба ду электрон гелий дар 1с мадор. Дар ҷадвали даврӣ Расми 2.5, гидроген ва гелий танҳо ду унсури сатри якум (давра) мебошанд. Сабаб дар он аст, ки онҳо танҳо дар қабати аввали худ электрон доранд, 1с мадор. Гидроген ва гелий танҳо ду унсури дорои 1 мебошандс ва дигар орбиталҳои электронӣ дар ҳолати бетарафи электрикӣ вуҷуд надоранд.

Қабати дуввуми электронӣ метавонад ҳашт электронро дар бар гирад. Ин ниҳонӣ дигар сферикӣ дорад с мадор ва се "гантел" шакл дорад саҳ орбиталҳо, ки ҳар яки онҳо метавонанд ду электрон дошта бошанд, тавре ки дар расми 2.8 нишон дода шудааст. Пас аз 1с орбита пур мешавад, қабати электронии дуввум пур мешавад, аввал 2ашро пур мекунадс мадор ва сипас се он саҳ орбиталҳо. Ҳангоми пур кардани саҳ орбиталҳо, ҳар яке як электронро мегирад. Ҳар як бор саҳ орбитал дорои электрон аст, он метавонад сонияе илова кунад. Литий (Li) дорои се электронест, ки қабатҳои якум ва дуюмро ишғол мекунанд. Ду электрон 1 -ро пур мекунандс орбиталӣ ва электронаи сеюм 2 -ро пур мекунадс мадор. Танзимоти электронии он 1 астс 2 2с 1. Неон (Не), алтернативӣ, ҳамагӣ даҳ электрон дорад: ду дар даруни он 1с мадор ва ҳашт садафаи дуввуми худро пур мекунанд (дутои ҳар ду дар 2с ва се саҳ орбиталҳо). Ҳамин тариқ, он як гази ғайрифаъол ва аз ҷиҳати энергетикӣ устувор ҳамчун як атоми ягона аст, ки бо атомҳои дигар хеле кам пайванди химиявӣ ба вуҷуд меорад. Унсурҳои калонтар орбиталҳои иловагӣ доранд, ки аз қабати электронии сеюм иборатанд. Гарчанде ки мафҳумҳои снарядҳои электронӣ ва орбиталҳо бо ҳам зич алоқаманданд, орбиталҳо тасвири дақиқи конфигуратсияи электронҳои атомро таъмин мекунанд, зеро модели орбиталӣ шаклҳои гуногун ва самтҳои махсуси ҳама ҷойҳоеро, ки электронҳо ишғол карда метавонанд, нишон медиҳад.

Истинод ба омӯзиш

Ин аниматсияи визуалиро тамошо кунед, то ҷойгиршавии фазоии орбиталҳои p ва s -ро бубинед.

Реаксияҳои химиявӣ ва молекулаҳо

Ҳама элементҳо устувортаранд, вақте ки қабати берунии онҳо мувофиқи қоидаи октет бо электронҳо пур карда мешаванд. Сабаб дар он аст, ки дар он конфигуратсия будани атомҳо аз ҷиҳати энергетикӣ мусоид аст ва онҳоро устувор месозад. Аммо, азбаски на ҳама унсурҳо барои пур кардани снарядҳои берунии худ электронҳои кофӣ доранд, атомҳо бо атомҳои дигар пайвандҳои химиявӣ ба вуҷуд меоранд ва ҳамин тариқ электронҳоро ба даст меоранд, то конфигуратсияи устувори электрониро ба даст оранд. Вақте ки ду ё зиёда атомҳо бо ҳам кимиёвӣ мепайванданд, сохтори химиявии натиҷа молекула аст. Молекулаи шиноси об, Ҳ2О, аз ду атом гидроген ва як атоми оксиген иборат аст. Инҳо бо ҳам пайваста обро ба вуҷуд меоранд, тавре ки дар расми 2.9 нишон дода шудааст. Атомҳо метавонанд тавассути хайрия, қабул ё мубодилаи электронҳо барои пур кардани садафҳои берунии худ молекула созанд.

Реаксияҳои кимиёвӣ вақте рух медиҳанд, ки ду ё зиёда атомҳо бо ҳам пайваст шуда, молекулаҳоро ташкил медиҳанд ё ҳангоми ҷудо шудани атомҳои пайвандшуда. Олимон моддаҳои дар аввали реаксияи химиявӣ истифодашударо реактивҳо меноманд (одатан дар тарафи чапи муодилаи химиявӣ) ва мо моддаҳоро дар охири маҳсулоти реаксия меномем (одатан дар тарафи рости муодилаи кимиёвӣ). Мо одатан байни реактивҳо ва маҳсулот як тир мекашем, то самти реаксияи химиявиро нишон диҳем. Ин самт на ҳамеша "кӯчаи яктарафа" аст. Барои сохтани молекулаи об дар боло, муодилаи химиявӣ чунин хоҳад буд:

Намунаи як аксуламали химиявии оддӣ шикастани молекулаҳои пероксиди гидроген аст, ки ҳар кадоми онҳо аз ду атом гидроген иборат буда, ба ду атоми оксиген пайваст шудаанд (H2О2). Пероксиди гидрогении реактивӣ ба об тақсим мешавад ва дорои як атоми оксиген мебошад, ки ба ду атоми гидроген пайваст аст (H2O) ва оксиген, ки аз ду атом оксигени пайвастшуда иборат аст (O2). Дар муодилаи дар поён буда, реаксия ду молекулаи пероксиди гидроген ва ду молекулаи обро дар бар мегирад. Ин намунаи як муодилаи химиявии мутавозин аст, ки дар он шумораи ҳар як унсури атомҳо дар ҳар ду тарафи муодила яксон аст. Мувофиқи қонуни ҳифзи моддаҳо, шумораи атомҳо пеш аз ва пас аз аксуламали кимиёвӣ бояд баробар бошад, то ҳеҷ як атом дар шароити муқаррарӣ офарида ё нобуд нашавад.

Гарчанде ки ҳама реактивҳо ва маҳсулоти ин реаксия молекулаҳо мебошанд (ҳар як атом бо ҳадди аққал як атоми дигар пайванданд), дар ин реаксия танҳо пероксиди гидроген ва об намояндаи пайвастагиҳо мебошанд: онҳо дорои атомҳои зиёда аз як намуди элемент мебошанд. Оксигени молекулавӣ, ба таври алтернативӣ, тавре ки дар расми 2.10 нишон медиҳад, аз ду атоми оксигени дучанд пайвастшуда иборат аст ва на ҳамчун мураккаб, балки ҳамчун молекулаи гомонуклеарӣ тасниф карда мешавад.

Баъзе реаксияҳои кимиёвӣ, ба монанди реаксияи дар боло буда, метавонанд то як самт идома ёбанд, то даме ки ҳама реактивҳоро сарф кунанд. Муодилаҳое, ки ин реаксияҳоро тавсиф мекунанд, дорои як тирчаи яктарафа мебошанд ва бебозгашт мебошанд. Реаксияҳои баръакс онҳое мебошанд, ки метавонанд ба ҳар ду самт раванд. Дар аксуламалҳои баръакс реактивҳо ба маҳсулот мубаддал мешаванд, аммо вақте ки консентратсияи маҳсулот аз ҳадди муайян (хусусияти реаксияи мушаххас) мегузарад, баъзе аз ин маҳсулот ба реактивҳо бармегарданд. Дар ин лаҳза, нишонаҳои маҳсулот ва реактивҳо баръакс мешаванд. Ин бозгашт ва пеш то он даме, ки мувозинати нисбии байни реактивҳо ва маҳсулот ба вуҷуд меояд - ҳолати ба ном мувозинат. Муодилаи кимиёвӣ бо тирчаи дукаратае, ки ҳам ба реактивҳо ва ҳам ба маҳсулот ишора мекунад, аксар вақт ин ҳолатҳои реаксияи баръаксро ифода мекунад.

Масалан, дар хуни одам, ионҳои барзиёди гидроген (H +) ба ионҳои бикарбонат (HCO) пайваст мешаванд3 -) ташаккули ҳолати мувозинат бо кислотаи карбон (H2CO3). Агар мо ба ин система кислотаи карбон илова мекардем, як қисми он ба ионҳои бикарбонат ва гидроген табдил меёфт.

Аммо, аксуламалҳои биологӣ хеле кам мувозинат ба даст меоранд, зеро консентратсияи реактивҳо ё маҳсулот ё ҳарду доимо тағйир меёбанд, аксар вақт бо як маҳсулоти реаксия барои реактиви дигар. Барои баргаштан ба мисоли ионҳои барзиёди гидроген дар хун, ташаккули кислотаи карбон самти асосии реаксия хоҳад буд. Аммо, кислотаи карбон инчунин метавонад баданро ҳамчун гази гази карбон (тавассути нафаскашӣ) тарк кунад, ба ҷои бозгашт ба иони бикарбонат ва ҳамин тариқ қонуни амали оммавӣ реаксияро ба тарафи рост барад. Ин реаксияҳо барои нигоҳ доштани гомеостаз дар хуни мо муҳиманд.

Ионҳо ва вомбаргҳои ионӣ

Баъзе атомҳо устувортар мешаванд, вақте ки онҳо электрон (ё эҳтимолан ду) ба даст меоранд ё ионҳоро ташкил медиҳанд. Ин қабати электронии берунии онҳоро пур мекунад ва онҳоро аз ҷиҳати энергетикӣ устувортар мекунад. Азбаски шумораи электронҳо ба шумораи протонҳо баробар нест, ҳар як ион заряди холис дорад. Катионҳо ионҳои мусбат мебошанд, ки ҳангоми гум шудани электронҳо ба вуҷуд меоянд. Ионҳои манфӣ тавассути ба даст овардани электронҳо ба вуҷуд меоянд, ки мо онро анион меномем. Мо анионҳоро бо номи элементҳои худ таъин мекунем ва хотимаро ба "-ide" иваз мекунем, бинобарин аниони хлор хлорид аст ва аниони сулфур сулфид аст.

Олимон ин ҳаракати электронҳоро аз як элемент ба элементи дигар интиқоли электрон меноманд. Тавре ки дар расми 2.11 нишон дода шудааст, натрий (Na) дар қабати электронии берунии худ танҳо як электрон дорад. Барои ҳадя кардани як натрий камтар нерӯи барқ ​​лозим аст, назар ба оне, ки барои пур кардани қабати беруна ҳафт электрон зиёдтар аст. Агар натрий як электронро гум кунад, ҳоло он дорои 11 протон, 11 нейтрон ва ҳамагӣ 10 электрон мебошад, ки заряди умумии +1 боқӣ мемонад. Мо ҳоло онро ҳамчун иони натрий меномем. Хлор (Cl) дар ҳолати пасттарини энергетикии худ (ҳолати заминӣ номида мешавад) дар қабати берунии худ ҳафт электрон дорад. Боз ҳам, ба даст овардани як электрон нисбат ба аз даст додани ҳафт, хлор аз ҷиҳати энергетикӣ самараноктар аст. Аз ин рӯ, он майл дорад электроне ба даст орад, то ионеро бо 17 протон, 17 нейтрон ва 18 электрон эҷод кунад ва ба он заряди холиси манфӣ (–1) диҳад. Мо ҳоло онро ҳамчун иони хлорӣ меномем. Дар ин мисол, натрий як электронашро барои холӣ кардани қабати худ тақдим мекунад ва хлор он электронро барои пур кардани қабати худ қабул мекунад. Ҳоло ҳарду ионҳо қоидаи октетро қонеъ мекунанд ва садафҳои берунии пурра доранд. Азбаски шумораи электронҳо ба шумораи протонҳо дигар баробар нест, ҳоло ҳар яки онҳо ион аст ва заряди +1 (катиони натрий) ё –1 (анион хлориди) дорад. Аҳамият диҳед, ки ин муомилот одатан танҳо дар як вақт сурат мегиранд: барои аз даст додани электрон атоми натрий, он бояд дар ҳузури гирандаи мувофиқ ба монанди атоми хлор бошад.

Дар байни ионҳои зарядҳои муқобил пайвандҳои ионӣ ба вуҷуд меоянд. Масалан, ионҳои натрийи мусбии заряддор ва ионҳои хлоридҳои зарядноки манфӣ бо ҳам пайваст шуда, кристаллҳои хлориди натрий ё намаки оширо месозанд ва молекулаи кристаллии заряди холиси сифриро ба вуҷуд меоранд.

Физиологҳо ба баъзе намакҳо электролитҳо (аз ҷумла натрий, калий ва калсий), ионҳоеро, ки барои гузаронидани импулси асаб, кашишхӯрии мушакҳо ва тавозуни об заруранд, меноманд. Бисёре аз нӯшокиҳои варзишӣ ва иловаҳои парҳезӣ ин ионҳоро барои иваз кардани онҳое, ки аз бадан тавассути арақ кардан ҳангоми машқ гум шудаанд, таъмин мекунанд.

Вомбаргҳои ковалентӣ ва дигар вомбаргҳо ва ҳамкорӣ

Роҳи дигари қонеъ кардани қоидаи октетӣ ин мубодилаи электронҳо дар байни атомҳо барои эҷоди пайвандҳои ковалентӣ мебошад. Ин пайвандҳо нисбат ба пайвандҳои ионӣ дар молекулаҳои организмҳои зинда қавитар ва хеле маъмултаранд. Мо одатан дар молекулаҳои органикии ба карбон асосёфта пайвандҳои ковалентӣ пайдо мекунем, масалан ДНК ва сафедаҳои мо. Мо инчунин дар молекулаҳои ғайриорганикӣ ба монанди H пайвандҳои ковалентиро пайдо мекунем2О, CO2ва О2. The bonds may share one, two, or three pairs of electrons, making single, double, and triple bonds, respectively. The more covalent bonds between two atoms, the stronger their connection. Thus, triple bonds are the strongest.

The strength of different levels of covalent bonding is one of the main reasons living organisms have a difficult time in acquiring nitrogen for use in constructing their molecules, even though molecular nitrogen, N2, is the most abundant gas in the atmosphere. Molecular nitrogen consists of two nitrogen atoms triple bonded to each other and, as with all molecules, sharing these three pairs of electrons between the two nitrogen atoms allows for filling their outer electron shells, making the molecule more stable than the individual nitrogen atoms. This strong triple bond makes it difficult for living systems to break apart this nitrogen in order to use it as constituents of proteins and DNA.

Forming water molecules provides an example of covalent bonding. Covalent bonds bind the hydrogen and oxygen atoms that combine to form water molecules as Figure 2.9 shows. The electron from the hydrogen splits its time between the hydrogen atoms' incomplete outer shell and the oxygen atoms' incomplete outer shell. To completely fill the oxygen's outer shell, which has six electrons but which would be more stable with eight, two electrons (one from each hydrogen atom) are needed: hence, the well-known formula H2O. The two elements share the electrons to fill the outer shell of each, making both elements more stable.

Истинод ба омӯзиш

View this short video to see an animation of ionic and covalent bonding.

Polar Covalent Bonds

There are two types of covalent bonds: polar and nonpolar. In a polar covalent bond , Figure 2.12 shows atoms unequally share the electrons and are attracted more to one nucleus than the other. Because of the unequal electron distribution between the atoms of different elements, a slightly positive (δ+) or slightly negative (δ–) charge develops. This partial charge is an important property of water and accounts for many of its characteristics.

Water is a polar molecule, with the hydrogen atoms acquiring a partial positive charge and the oxygen a partial negative charge. This occurs because the oxygen atom's nucleus is more attractive to the hydrogen atoms' electrons than the hydrogen nucleus is to the oxygen’s electrons. Thus, oxygen has a higher electronegativity than hydrogen and the shared electrons spend more time near the oxygen nucleus than the hydrogen atoms' nucleus, giving the oxygen and hydrogen atoms slightly negative and positive charges, respectively. Another way of stating this is that the probability of finding a shared electron near an oxygen nucleus is more likely than finding it near a hydrogen nucleus. Either way, the atom’s relative electronegativity contributes to developing partial charges whenever one element is significantly more electronegative than the other, and the charges that these polar bonds generate may then be used to form hydrogen bonds based on the attraction of opposite partial charges. (Hydrogen bonds, which we discuss in detail below, are weak bonds between slightly positively charged hydrogen atoms to slightly negatively charged atoms in other molecules.) Since macromolecules often have atoms within them that differ in electronegativity, polar bonds are often present in organic molecules.

Nonpolar Covalent Bonds

Nonpolar covalent bonds form between two atoms of the same element or between different elements that share electrons equally. For example, molecular oxygen (O2) is nonpolar because the electrons distribute equally between the two oxygen atoms.

Figure 2.12 also shows another example of a nonpolar covalent bond—methane (CH4). Carbon has four electrons in its outermost shell and needs four more to fill it. It obtains these four from four hydrogen atoms, each atom providing one, making a stable outer shell of eight electrons. Carbon and hydrogen do not have the same electronegativity but are similar thus, nonpolar bonds form. The hydrogen atoms each need one electron for their outermost shell, which is filled when it contains two electrons. These elements share the electrons equally among the carbons and the hydrogen atoms, creating a nonpolar covalent molecule.

Hydrogen Bonds and Van Der Waals Interactions

Ionic and covalent bonds between elements require energy to break. Ionic bonds are not as strong as covalent, which determines their behavior in biological systems. However, not all bonds are ionic or covalent bonds. Weaker bonds can also form between molecules. Two weak bonds that occur frequently are hydrogen bonds and van der Waals interactions. Without these two types of bonds, life as we know it would not exist. Hydrogen bonds provide many of the critical, life-sustaining properties of water and also stabilize the structures of proteins and DNA, the building block of cells.

When polar covalent bonds containing hydrogen form, the hydrogen in that bond has a slightly positive charge because hydrogen’s electron is pulled more strongly toward the other element and away from the hydrogen. Because the hydrogen is slightly positive, it will be attracted to neighboring negative charges. When this happens, a weak interaction occurs between the hydrogen's δ + from one molecule and the molecule's δ – charge on another molecule with the more electronegative atoms, usually oxygen. Scientists call this interaction a hydrogen bond . This type of bond is common and occurs regularly between water molecules. Individual hydrogen bonds are weak and easily broken however, they occur in very large numbers in water and in organic polymers, creating a major force in combination. Hydrogen bonds are also responsible for zipping together the DNA double helix.

Like hydrogen bonds, van der Waals interactions are weak attractions or interactions between molecules. Van der Waals attractions can occur between any two or more molecules and are dependent on slight fluctuations of the electron densities, which are not always symmetrical around an atom. For these attractions to happen, the molecules need to be very close to one another. These bonds—along with ionic, covalent, and hydrogen bonds—contribute to the proteins' three-dimensional structure in our cells that is necessary for their proper function.

Career Connection

Pharmaceutical Chemist

Pharmaceutical chemists are responsible for developing new drugs and trying to determine the mode of action of both old and new drugs. They are involved in every step of the drug development process. We can find drugs in the natural environment or we can synthesize them in the laboratory. In many cases, chemists change potential drugs from nature chemically in the laboratory to make them safer and more effective, and sometimes synthetic versions of drugs substitute for the version we find in nature.

After a drug's initial discovery or synthesis, the chemist then develops the drug, perhaps chemically altering it, testing it to see if it is toxic, and then designing methods for efficient large-scale production. Then, the process of approving the drug for human use begins. In the United States, the Food and Drug Administration (FDA) handles drug approval. This involves a series of large-scale experiments using human subjects to ensure the drug is not harmful and effectively treats the condition for which it is intended. This process often takes several years and requires the participation of physicians and scientists, in addition to chemists, to complete testing and gain approval.

An example of a drug that was originally discovered in a living organism is Paclitaxel (Taxol), an anti-cancer drug used to treat breast cancer. This drug was discovered in the bark of the pacific yew tree. Another example is aspirin, originally isolated from willow tree bark. Finding drugs often means testing hundreds of samples of plants, fungi, and other forms of life to see if they contain any biologically active compounds. Sometimes, traditional medicine can give modern medicine clues as to where to find an active compound. For example, mankind has used willow bark to make medicine for thousands of years, dating back to ancient Egypt. However, it was not until the late 1800s that scientists and pharmaceutical companies purified and marketed the aspirin molecule, acetylsalicylic acid, for human use.

Occasionally, drugs developed for one use have unforeseen effects that allow usage in other, unrelated ways. For example, scientists originally developed the drug minoxidil (Rogaine) to treat high blood pressure. When tested on humans, researchers noticed that individuals taking the drug would grow new hair. Eventually the pharmaceutical company marketed the drug to men and women with baldness to restore lost hair.

A pharmaceutical chemist's career may involve detective work, experimentation, and drug development, all with the goal of making human beings healthier.


Appendix 1 List of Geologically Important elements and the Periodic Table

Ҷадвали зерин 36 унсури аз ҷиҳати геологӣ муҳимро дар бар мегирад, ки аз рӯи алифбо бо номи унсурҳои онҳо дар якҷоягӣ бо рақами атомии онҳо ва массаи атомии изотопи устувори онҳо оварда шудаанд.

Унсурҳои муҳимтарини геологӣ ғафс карда шудаанд ва ҳашт унсури асосии минералҳои силикат бо ситорача (*) муайян карда мешаванд.

Аломат Ном Атоми № Atomic Mass
Ал* Алюминий 13 27
Ҳамчун Арсеник 33 75
Ба Барий 56 137
Бошад Берилий 4 9
Б. Бор 5 11
CD Кадмий 48 112
Ca* Кальций 20 40
$ C Carbon 6 12
Cl Хлор 17 35
Cr Хром 24 52
Co. Кобалт 27 59
Ку Мис 29 64
Ф Флорин 9 19
Оу Тилло 79 197
He Гелий 2 4
Ҳ Гидроген 1 1
Фе* Оҳан 26 56
Pb Роҳбар 82 207
Мг* Магний 12 24
Мн Марганец 25 55
Мо Молибден 42 96
Не Неон 10 20
Ни Никел 28 59
Н. Нитрогрен 7 14
О* Оксиген 8 16
П Фосфор 15 31
Pt Платина 78 195
К* Калий 19 39
Си* Кремний 14 28
Аг Нуқра 47 108
На* Натрий 11 23
Ср Стронций 38 88
С. Сулфур 16 32
Ти Титан 22 48
U Уран 92 238
Зн Руҳ 30 65

Ҷадвали даврӣ рӯйхати ҳамаи унсурҳоест, ки мувофиқи конфигуратсияи атомии онҳо дар гурӯҳҳо ҷойгир шудаанд. In this table the elements are colour-coded according to their chemical and physical properties.


Frequently Asked Questions (FAQs) about Atomic Structure

What are the names of scientists who discovered electron, proton and neutron?

Which sub-atomic particle has minus one charge and negligible mass?

What is the charge on proton and neutron?

Which model of atomic structure is called plum-pudding model or water-melon model?

Which model of atomic structure is also called nuclear model of atom?

Which model of atomic structure proposed that certain special orbits of electrons are found inside the atom?

Which term refers to the total of protons and neutrons in the nucleus of an atom?

Which term is used for atoms having the same mass number and different atomic number?

Which term is used for atoms of the same element having same atomic numbers (Z) and different mass number (A)?

Which isotope is used in the treatment of cancer?