Iga aatom universumis on konkreetne element. Aga kuidas me saame aru, milline 100+ elemendist see on? Suurem hunnik kraami võib anda meile kasulikke vihjeid: võime öelda, et raud on raske, hall ja magnetiline. Keemiat õppides saate teada, et kõik need omadused tulenevad väikestest erinevustest aatomite struktuuris. Selline arusaam aatomi struktuurist on aluseks tööriistadele, mida tegelikud teadlased elementide tuvastamiseks kasutavad.
1
Element on määratletud prootonite arvuga ühes aatomis. Näiteks on igal vesinikuaatomil täpselt üks prooton. Me ütleme, et vesiniku prootoni- või aatomarv on 1. Perioodilisustabel on paigutatud prootoniarvu järgi, mistõttu on vesinik kõige esimeses kastis, mille kõrval on 1. Aatomnumbrit tähistatakse lühendiga “Z”. Kui teie kodutöö ütleb, et elemendil on Z = 13, võite otsida perioodilisuse tabelist aatomnumbrit 13 ja tuvastada selle alumiiniumina (Al). Aatom võib neutroneid juurde võita või kaotada ja olla siiski sama element. Näiteks 1122Na{displaystyle _{11}^{22}Na} on naatriumi aatom, millel on 11 prootonit ja 22 neutronit. Kui see saab neutroni, on see endiselt naatrium ja muutub 1123Na{displaystyle _{11}^{23}Na} (23 neutroniga). Kuid kui lisate prootoni, muutub see naatriumist magneesiumiks, 12Mg{displaystyle _{12}Mg}.
2
Elektronide koguarv võrdub aatomarvuga. Neutraalses aatomis on elektronide arv täpselt võrdne prootonite arvuga. See arv on elemendi aatomnumber, mida saate vaadata perioodilisuse tabelist. Kui olete oma keemiaõpingutega veidi kaugemal, võidakse teile anda lugemiseks elektronide konfiguratsioon. Kõik ülaindeksi numbrid (nagu see) on elektronide arvud, seega lisage need kõik kokku, et leida elektronide koguarv. Näiteks kui teilt küsitakse, millisel elemendil on 8 elektroni, otsige elementi aatomnumbriga 8: hapnik. Täpsema näite jaoks on konfiguratsioonis 1s22s22p2{displaystyle 1s^{2}2s^{2}2p^{2}} 1s-i kestas 2{displaystyle ^{2}} elektroni, 2{displaystyle ^{ 2}} 2s kestas ja 2{displaystyle ^{2}} 2p kestas, kokku 2+2+2=6. See on süsinik, aatomnumbriga 6. Pange tähele, et see kehtib ainult siis, kui aatomid on elektriliselt neutraalses olekus, mitte ioniseeritud. Kuid kui pole teisiti täpsustatud, räägime sellest olekust, kui arutame elementide omadusi.
3
Elektronide konfiguratsioonide kiireks lugemiseks jätke meelde perioodilise tabeli struktuur. Perioodilise tabeli struktuur on tihedalt seotud elektronide orbitaalide täitmisega. Veidi harjutades saate hüpata otse perioodilisuse tabeli õigesse piirkonda. Pange tähele, et elektronide konfiguratsioon peab selle toimimiseks olema põhiolekus. Esimene rida (vesinik ja heelium) täidab 1s orbitaali vasakult paremale. Mõelge neile, pluss kõigile kahe esimese veeru elementidele, kui “s-plokkidele”. Iga “s-ploki” rida täidab ühe s-orbitaali. Tabeli parempoolne pool on “p-plokk”, alustades boorist kuni neoonini. Iga “p-ploki” rida täidab ühe p-orbitaali (alates 2p-st). Keskel asuvad siirdemetallid moodustavad “d-ploki”. Iga rida täidab ühe d-orbitaali, alustades skandiumist läbi tsinktäidise 3d. Tabeli allosas olevad lantaniidid ja aktiniidid täidavad 4f ja 5f orbitaalid. (Mõned elemendid rikuvad mustrit, seega kontrollige neid veel kord.) Näiteks vaadake [Kr]5s24d105p2{displaystyle [Kr]5s^{2}4d^{10}5p^{2}} ja keskenduge viimane orbitaal: 5p2{displaystyle 5p^{2}}. Minge paremal asuvasse “p-plokki” ja loendage ridu alates 2p-st (boor), kuni jõuate 5p-ni (indium). Kuna sellel elemendil on 5p-s kaks elektroni, loendage vastuse saamiseks kaks elementi sellesse p-ploki ritta: tina.
4
Võrrelge spektreid elementide teadaolevate spektritega. Spekroskoopia käigus uurivad teadlased, kuidas valgus suhtleb tundmatu materjaliga. Iga element vabastab unikaalse valgusmustri, mida näete spektroskoopia tulemustes, mida nimetatakse “spektriteks”. Näiteks liitiumispektril on väga hele, paks roheline joon ja mitu teist erinevat värvi nõrgemat joont. Kui teie spektril on kõik samad jooned, tuli valgus liitiumielemendist. (Teatud tüüpi spektrid näitavad heledate joonte asemel tumedaid lünki, kuid saate neid samamoodi võrrelda.) Kas soovite teada, miks see toimib? Elektronid neelavad ja kiirgavad valgust ainult väga kindlatel lainepikkustel (tähendab konkreetseid värve). Erinevatel elementidel on elektronide paigutus erinev, mis toob kaasa erinevat värvi ribad. Täiustatud spektroskoop näitab mõne joone asemel üksikasjalikku graafikut. Molekulide tuvastamiseks saate iga piigi x-telje väärtuse sobitada teadaolevate väärtuste tabeliga. Erinevat tüüpi molekulide tundmaõppimisel õpite aja säästmiseks keskenduma graafikul vaid mõnele kasulikule punktile.
5
Otsige elemente, mille aatommassid vastavad graafikule. Massispektromeeter sorteerib proovi komponendid massi järgi. Tulemusi näitava tulpdiagrammi lugemiseks kontrollige m/z-teljelt kõrgemate tulpade väärtusi. Mõned väärtused ühtivad proovi osaks olnud elemendi aatommassiga. Teised (tavaliselt suuremad) esindavad ühendeid, nii et mass võrdub mitme aatomi masside summaga. Oletame, et kõrgeim tulp on m/z 18, lühikesed tulbad 1, 16 ja 17. Nendest ainult kaks sobitada elemendi aatommassiga: vesinik (aatommass 1) ja hapnik (aatommass 16). Nende aatomite liitmisel saadakse ühendid HO (mass 1 + 16 = 17) ja H2O (mass 1 + 1 + 16 = 18). See proov oli vesi!Tehniliselt ioniseerib massispektromeeter proovi ja sorteerib massi ja laengu suhte (või m/z) järgi. Kuid enamiku ioonide laeng on 1 ja seega võite jagamisprobleemi ignoreerida ja vaadata lihtsalt massi. Väikseimad tulbad tähistavad sageli väikeseid koguseid rohkem laetud osakesi, mida saate tuvastamise eesmärgil ignoreerida.