Co to są pierwiastki jednoatomowe i dlaczego istnieją?

Pierwiastki jednoatomowe to szczególny rodzaj pierwiastków chemicznych składających się z pojedynczych atomów . Oznacza to, że są to czyste substancje, w których wszystkie atomy są sobie równe, a także nie występują między nimi żadne wiązania chemiczne.

Większość z tych pierwiastków występuje bardzo obficie i można je naturalnie znaleźć w całym wszechświecie. Choć jest to pojęcie proste, aby je dobrze zrozumieć, należy przede wszystkim zrozumieć, czym jest atom, czym jest pierwiastek chemiczny i jak rozpoznać oba.

atom

U podstaw koncepcji pierwiastków jednoatomowych leży atom. Cała materia składa się z maleńkich niewidzialnych cząstek zwanych atomami. Atomy składają się z jądra, w którym znajdują się protony (o ładunku dodatnim) i neutrony (bez ładunku elektrycznego) oraz chmura ujemnie naładowanych elektronów, które poruszają się wokół niego. Fizyczne i chemiczne właściwości atomów zależą od liczby zawartych w nich protonów i elektronów. W rzeczywistości liczba protonów w jądrze określa, do którego pierwiastka chemicznego należy dany atom.

Co to jest pierwiastek chemiczny?

Przez pierwiastek chemiczny rozumie się tę czystą substancję, której nie można rozłożyć na inne prostsze substancje ani w wyniku procesów fizycznych lub chemicznych. Mikroskopowo substancje te składają się tylko z jednej klasy atomów.

Pierwiastki chemiczne to te, które są wymienione w układzie okresowym. Dla każdego pierwiastka chemicznego istnieje inny rodzaj atomu. Zatem pierwiastek węgiel składa się z atomów węgla, które są takie same, ale różnią się od atomów obecnych na przykład w próbce pierwiastka rtęci (patrz zdjęcie).

Pierwiastki chemiczne mogą występować w różnych formach:

• W niektórych przypadkach atomy pierwiastka mogą tworzyć formy, w których kilka atomów jest połączonych, tworząc w ten sposób cząsteczki. Niektóre przykłady to gazowy chlor (Cl ₂ ), ozon (O ₃ ) i biały fosfor (P ₄ ).
• Inne pierwiastki tworzą kowalencyjne dwu- lub trójwymiarowe sieci z tysiącami połączonych ze sobą atomów, takie jak grafit i diament (oba składają się z atomów węgla).
• Są też metale, które tworzą trójwymiarowe kryształy, w których każdy atom otoczony jest kilkoma podobnymi do niego atomami i w których są one połączone wiązaniem metalicznym.

Istnieją jednak inne pierwiastki, w których atomy nie tworzą ze sobą żadnych wiązań, jak zobaczymy poniżej.

pierwiastki jednoatomowe

Jak widzieliśmy na początku, pierwiastki jednoatomowe to te pierwiastki, które w warunkach otoczenia istnieją jako pojedyncze atomy. Monatomic dosłownie oznacza „mający pojedynczy atom” (przedrostek mono- oznacza „jeden”). Innymi słowy, pierwiastki jednoatomowe to te, które w normalnych warunkach nie tworzą żadnego rodzaju wiązań chemicznych ani nie dzielą elektronów z innymi atomami, ani takimi samymi, jak i różnymi od siebie.

Dlaczego istnieją pierwiastki jednoatomowe?

W świecie, w którym zdecydowana większość pierwiastków układu okresowego pierwiastków jest albo połączona ze sobą, albo z innymi pierwiastkami, warto zadać sobie pytanie: po co istnieją pierwiastki jednoatomowe?

Przyczyna ich istnienia ma związek ze strukturą atomów, z których składają się te pierwiastki. Okazuje się, że wszystkie pierwiastki jednoatomowe mają jedną podstawową cechę: mają znacznie bardziej stabilne konfiguracje elektronowe niż inne pierwiastki, co pozwala im istnieć bez konieczności dawania, otrzymywania lub współdzielenia elektronów z jakimkolwiek innym atomem.

W rzeczywistości powodem, dla którego wszystkie inne pierwiastki w układzie okresowym tworzą cząsteczki i związki chemiczne, w których ich atomy wymieniają między sobą elektrony, jest właśnie to, że uzyskują w ten sposób konfigurację elektronową pierwiastków jednoatomowych.

Właściwości pierwiastków jednoatomowych

• Są to gazy obojętne w temperaturze pokojowej.
• Mają bardzo niskie temperatury topnienia i wrzenia.
• Są to pierwiastki bardzo niereaktywne, które zazwyczaj nie łączą się z innymi pierwiastkami.
• Dwa z nich są radioaktywne, z czego jeden to pierwiastek syntetyczny (sztucznie uzyskany).

Przykłady elementów jednoatomowych

Pierwiastki jednoatomowe to te, które należą do grupy gazów szlachetnych. Innymi słowy, odpowiadają one 7 elementom grupy 18 (dawniej grupy VIII-A) układu okresowego, którymi są:

• Hel (On)
• Neon (Ne)
• Argon (Ar)
• Krypton (Kr)
• ksenon (Xe)
• Radon (Rn)
• Oganeson (Og)

Czy metale są pierwiastkami jednoatomowymi?

Częstym pytaniem wśród studentów chemii jest to, czy metale są uważane za pierwiastki jednoatomowe. Powodem jest to, że podobnie jak pierwiastki jednoatomowe, metale są zawsze po prostu reprezentowane przez ich symbol chemiczny, bez użycia jakichkolwiek indeksów dolnych sugerujących, że tworzą cząsteczki.

Oczywiście każdy, kto porównałby te dwa przypadki bez dodatkowych informacji, doszedłby do tego samego wniosku. Jednak, jak wspomniano przed chwilą, metale w rzeczywistości tworzą rozległe trójwymiarowe sieci krystaliczne złożone z milionów atomów połączonych ze sobą metalicznymi wiązaniami. To, co jest reprezentowane w reakcjach, to nic innego jak ich wzór empiryczny (ponieważ nie tworzą cząsteczek, nie mają wzoru cząsteczkowego).

Zatem metale nie są pierwiastkami jednoatomowymi. Nie mają żadnej z cech tych pierwiastków ani nie mogą istnieć w normalnych warunkach jako jednoatomowe gatunki oddzielone od siebie.

„jednoatomowe złoto”

To dobry moment, aby wyjaśnić, że będąc metalem i wiedząc, że metale nie są pierwiastkami jednoatomowymi, podobnie jak złoto. Innymi słowy, jednoatomowe złoto nie istnieje. Wyjaśnienie pochodzi z faktu, że około 50 lat temu rolnik z Arizony w Stanach Zjednoczonych, David Hudson, oświadczył, że odkrył nową formę materii, którą nazwał „orbitalnie przegrupowanymi elementami monatomowymi” lub ORME, od ich akronimu po angielsku. Według rolnika metale takie jak złoto, srebro i aluminium mogą tworzyć ORME, które rzekomo mają cudowne właściwości.

Dziś te ORME są sprzedawane pod różnymi nazwami handlowymi, takimi jak cudowne lekarstwa na raka, suplementy zdolne do poprawy funkcjonowania układu nerwowego i wiele innych niepotwierdzonych twierdzeń.

Chociaż efekty tych substancji można by nawet dyskutować (chociaż naukowa spójność praktycznie nie istnieje), pewne jest to, że w żadnym wypadku nie zawierają one żadnych pierwiastków jednoatomowych, a tym bardziej pojedynczych atomów metali przejściowych, takich jak złoto. To tylko myląca nazwa handlowa.

Bibliografia

Cabot Pol F., PF (2019, lipiec). ORME (orbitalnie przegrupowane elementy monoatomowe). Pobrane z https://www.researchgate.net/publication/334452137_ORMEs_Orbitally_Rearranged_Monoatomic_Elements

Występowanie, otrzymywanie i właściwości gazów szlachetnych. (nd). pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1963

Tabela okresowa. (2020, 30 października). Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1806

National Geographic Hiszpania. (2021, 6 kwietnia). National Geographic. Pobrane z https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/tabla-periodica-forma-ordenar-elementos-quimicos_15988