¿Qué es un elemento?
Un elemento es un componente fundamental que no puede descomponerse fácilmente en trozos más pequeños. En química y física, un elemento es una sustancia que no puede descomponerse mediante reacciones no nucleares. En informática y matemáticas, un elemento es una pieza distinta de un sistema o conjunto mayor.
Los elementos en la química y la física
Los elementos son los componentes básicos de la química y la materia. Cada elemento se define por el número de protones de su núcleo. Los elementos químicos se organizan en la tabla periódica de los elementos. Cada elemento tiene un número atómico y un símbolo. El símbolo puede basarse en el nombre latino del elemento y no estar relacionado con el nombre Inglés.
Cada átomo es un elemento. Los elementos atómicos crean enlaces para formar moléculas.
¿Cómo se clasifican los elementos?
Cada elemento se clasifica por el número de protones de su núcleo, conocido como número atómico. El número de neutrones en el núcleo puede variar, creando isótopos. Los isótopos tendrán las mismas propiedades químicas, pero diferentes propiedades físicas. Por ejemplo, el hidrógeno común tiene un protón y ningún neutrón, el deuterio tiene un protón y un neutrón, y el tritio tiene un protón y dos neutrones. Sin embargo, los tres pueden clasificarse como el elemento hidrógeno.
Un mismo elemento también puede variar en el número de electrones que tiene, creando iones. Por ejemplo, el sodio (Na) es un elemento muy reactivo. El Na puede formar un enlace iónico con el cloro (Cl) en el que el sodio pierde un electrón — convirtiéndose en Na+ — y se lo da al átomo de cloro — que se convierte en Cl- — para formar la sal de mesa común.
Ejemplos de elementos
Cualquiera de los tipos de átomos enumerados en la tabla periódica es un ejemplo de elemento. Algunos ejemplos de elementos químicos son:
- Hidrógeno (H),
- Helio (He),
- Carbono (C),
- Oxígeno (O),
- Sodio (Na),
- Hierro (Fe),
- Plomo (Pb),
- Oro (Au) y
- Protón: técnicamente, un protón solitario puede considerarse un ejemplo del elemento hidrógeno.
La tabla periódica de los elementos contiene 118 elementos diferentes, 94 de los cuales se encuentran en la naturaleza. Los otros 24 elementos se han sintetizado en aceleradores de partículas y no pueden permanecer estables durante largos periodos de tiempo; son los llamados elementos artificiales.
Ejemplos de sustancias que no son elementos
Si hay más de un tipo de átomo presente, una sustancia no es un elemento. Los compuestos y las aleaciones no son elementos. Del mismo modo, los grupos de electrones y neutrones no son elementos. Una partícula debe contener protones para ser un ejemplo de elemento. Los no elementos son:
- Agua (compuesta por átomos de hidrógeno y oxígeno)
- Acero
- Electrones
- Latón (compuesto por varios tipos de átomos de metal)
¿Cómo se forman los elementos?
Las reacciones químicas no pueden transformar un elemento en otro. La naturaleza y las propiedades de un elemento vienen determinadas por el número de protones y neutrones de su núcleo. La fuerza nuclear fuerte mantiene unido el núcleo de un átomo y es difícil de romper. Las reacciones químicas como la combustión o la unión de átomos no pueden alterar el núcleo de un átomo y no pueden cambiar un elemento. Para alterar el núcleo de un átomo es necesaria una reacción nuclear.
Para ilustrar la inmutabilidad de un elemento, imaginemos un átomo de carbono. El átomo de carbono comienza unido al oxígeno en una molécula de dióxido de carbono (CO2). Los árboles captan el dióxido de carbono y, mediante la reacción química de la fotosíntesis, extraen el carbono de la molécula de CO2 y lo añaden a una molécula de glucosa. La glucosa se utiliza para formar la celulosa de las paredes celulares de los árboles. Cuando el árbol se quema, se convierte en carbón, que es principalmente un trozo de carbono comprimido. Cuando el carbón se tritura bajo una inmensa presión, los átomos de carbono se reorganizan formando un diamante. Durante todo este proceso, el carbono ha pasado por muchas reacciones y ha estado en diferentes estructuras moleculares, pero no ha cambiado de un elemento a otro.
La única forma de transformar un elemento en otro es mediante una reacción nuclear. En la fisión nuclear, un elemento pesado con muchos protones y neutrones se divide en elementos más ligeros. En los reactores nucleares, el elemento uranio se divide mediante colisiones con neutrones libres que liberan energía. En la fusión nuclear, los elementos ligeros ven sus nucleasas forzadas a unirse para formar un elemento más pesado. La fusión nuclear se produce en el corazón de una estrella cuando el hidrógeno se fusiona en helio; a medida que la estrella envejece y aumenta su gravedad, se tritura en elementos cada vez más pesados.
Historia de los elementos químicos
Desde la antigüedad, se comprendió que algunos elementos podían convertirse en otros, como un tronco que se quema o una persona que ingiere alimentos. Por ello, la gente creía que la mayoría de los elementos podían descomponerse en formas más simples hasta llegar a la parte indivisible más pequeña. El filósofo Platón fue el primero en utilizar el término elemento, del griego stoikheîon — uno de una serie, componente – y el latín elementum – principio básico o rudimento. La mayoría de los antiguos griegos creían que había cuatro elementos — aire, agua, tierra y fuego — mientras que Aristóteles definió lo seco, lo húmedo, lo caliente y lo frío como elementos que podían combinarse para formar aire, agua, tierra y fuego.
Los alquimistas identificaron ciertas sustancias — como el plomo, el oro, el mercurio y el azufre — que no podían modificarse. En la década de 1600, a medida que se descubrían más de estas sustancias indivisibles, Robert Boyle definió un elemento como sustancias simples que no pueden descomponerse ni descomponerse en sustancias componentes.
En 1789, Antoine Lavoisier escribió «Elementary Treatise on Chemistry», considerado el primer libro moderno de química. Definió un elemento como una sustancia simple que no puede descomponerse más y enumeró muchos de los elementos que conocemos hoy en día. Organizó los elementos en categorías metálicas y no metálicas.
A principios del siglo XIX, John Dalton propuso la teoría atómica y pudo determinar el peso atómico de muchos elementos. En 1869, Dimitri Mendeleev organizó los elementos conocidos por peso atómico y los agrupó según sus propiedades similares. También hizo predicciones sobre elementos entonces desconocidos basándose en sus investigaciones. Con el tiempo, esto se refinó en lo que ahora se conoce como la tabla periódica de los elementos.
Elementos en informática
El término elemento se utiliza en informática para referirse a un componente más pequeño de un sistema más grande.
En programación informática, una matriz es una lista almacenada de elementos individuales o piezas de datos.
La programación web utiliza elementos HTML. Un elemento HTML es una pieza completa de la página, formada por una etiqueta de apertura, los datos y la etiqueta de cierre.