Χημεία Α' Λυκείου - Εισαγωγή στο 1ο Κεφάλαιο

Βασικά Φυσικά Μεγέθη

Η μάζα είναι το μέτρο της αντίστασης που παρουσιάζει ένα σώμα στη μεταβολή της ταχύτητάς του και εκφράζει την ποσότητα της ύλης. Μετριέται στο διεθνές σύστημα (SI) σε κιλά (kg). Θυμήσου τις βασικές μετατροπές:

• 1 kg = 1.000 g (1 κιλό = 1.000 γραμμάρια)
• 1 g = 1.000 mg (1 γραμμάριο = 1.000 μιλιγραμμάρια)
• 1 τόνος (τ) = 1.000 kg

Ο όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα. Στο SI μετριέται σε κυβικά μέτρα (m³). Για τη μέτρηση του όγκου χρησιμοποιούμε εργαστηριακά όργανα όπως προχοΐδα, σιφώνιο και ογκομετρικό κύλινδρο.

Η πυκνότητα είναι το φυσικό μέγεθος που δίνεται από το πηλίκο της μάζας προς τον όγκο που καταλαμβάνει ένα σώμα $ρ = m/V$. Μονάδες πυκνότητας: kg/m³ (στο SI), g/ml (για υγρά), g/cm³ (για στερεά) και g/L (για αέρια).

Σημείωση: Το λίτρο (L) είναι ο όγκος που καταλαμβάνει 1kg νερού στους 4°C και ισούται με 1 dm³ (κυβικό δεκατόμετρο) ή 1.000 ml.

Δομικά Στοιχεία της Ύλης

Η ύλη αποτελείται από μίγμα συστατικών που συνδέονται μεταξύ τους. Τα βασικά δομικά στοιχεία της ύλης είναι: 1) τα άτομα, 2) τα μόρια και 3) τα ιόντα.

Το άτομο είναι το μικρότερο συστατικό ενός στοιχείου, που μπορεί να πάρει μέρος στο σχηματισμό χημικών ενώσεων. Τα άτομα μπορούν να υπάρχουν μόνα τους (μονοατομικά όπως τα ευγενή αέρια), σε ζευγάρια (διατομικά όπως το οξυγόνο O₂, υδρογόνο H₂, άζωτο N₂), ή και σε τριάδες (τριατομικά όπως το όζον O₃).

Το μόριο είναι το μικρότερο κομμάτι μιας ουσίας που μπορεί να υπάρχει ελεύθερο διατηρώντας τις ιδιότητές της. Είναι συνδυασμοί ατόμων με καθορισμένη γεωμετρική διάταξη στο χώρο. Στα χημικά στοιχεία, τα μόρια αποτελούνται από το ίδιο είδος ατόμων, ενώ στις χημικές ενώσεις από διαφορετικά είδη ατόμων.

Ενδιαφέρον! Η ατομικότητα ενός στοιχείου μας δείχνει από πόσα άτομα αποτελείται το μόριό του. Για παράδειγμα, το οξυγόνο (O₂) έχει ατομικότητα 2, ενώ το όζον (O₃) έχει ατομικότητα 3.

Ιόντα και Ατομική Θεωρία

Τα ιόντα είναι φορτισμένα άτομα ή συγκροτήματα ατόμων. Μπορεί να είναι μονοατομικά ιόντα ή πολυατομικά ιόντα. Διακρίνονται σε:

• Κατιόντα: ιόντα με θετικό φορτίο (+)
• Ανιόντα: ιόντα με αρνητικό φορτίο (-)

Η ατομική θεωρία αποτελεί θεμέλιο λίθο της χημείας. Διατυπώθηκε από τον Άγγλο χημικό Dalton στις αρχές του 19ου αιώνα και υποστηρίζει ότι οι δομικές μονάδες της ύλης είναι τα άτομα και τα συγκροτήματα ατόμων.

Σημαντικές θεωρίες για τη δομή του ατόμου περιλαμβάνουν:

1. Το μοντέλο του Rutherford (1911): η μάζα του ατόμου είναι συγκεντρωμένη σε έναν πολύ μικρό χώρο που ονομάζεται πυρήνας
2. Το μοντέλο του Bohr (1913): τα ηλεκτρόνια κινούνται σε καθορισμένες ενεργειακές τροχιές (στιβάδες) γύρω από τον πυρήνα
3. Τη θεωρία του Sommerfield (1916): τα ηλεκτρόνια διαφέρουν στην κίνησή τους και δεν περιορίζονται σε απλές κυκλικές τροχιές

Σημαντικό: Σύμφωνα με τις σύγχρονες θεωρίες, το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται ως κύμα, επομένως δεν μπορούμε να γνωρίζουμε με ακρίβεια την τροχιά που διαγράφει γύρω από τον πυρήνα!

Ατομικοί και Μαζικοί Αριθμοί

Ο ατομικός αριθμός (Ζ) είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου ενός στοιχείου. Αποτελεί την "ταυτότητα" του ατόμου, καθορίζοντας το είδος του στοιχείου. Η τιμή του Ζ δείχνει επίσης τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε ένα ουδέτερο άτομο, αφού ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων.

Ο μαζικός αριθμός (Α) είναι το άθροισμα των πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου. Συνεπώς, αν Ν είναι ο αριθμός των νετρονίων, τότε: A = Z + N.

Ένα άτομο συμβολίζεται ως $^A_Z\textrm{X}$, όπου Χ είναι το χημικό σύμβολο του στοιχείου, Α ο μαζικός αριθμός και Ζ ο ατομικός αριθμός.

Ισότοπα ονομάζονται τα άτομα που έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό (Ζ) αλλά διαφορετικό μαζικό αριθμό (Α). Είναι δηλαδή άτομα του ίδιου στοιχείου, αλλά με διαφορετικό αριθμό νετρονίων, άρα και διαφορετική μάζα.

Παράδειγμα: Ο άνθρακας έχει τρία ισότοπα: $^{12}_6\textrm{C}$, $^{13}_6\textrm{C}$ και $^{14}_6\textrm{C}$. Όλα έχουν 6 πρωτόνια (άρα είναι άνθρακας), αλλά διαφέρουν στον αριθμό των νετρονίων (6, 7 και 8 αντίστοιχα).