Transcript carbon2
הכימיה של החיים חלק ב' מקור: Biology, by N. A. Campbell and J. B. Reece 7th. Ed. 2005 עריכה :נעמי ירון כיצד מאורגנים האלקטרונים בחלל האטום? האלקטרונים מסודרים בחלל האטום בצורה שתקנה רמת אנרגיה נמוכה ביותר ולכן יציבות לאטום. האלקטרונים מסודרים סביב הגרעין במעין "קליפות" או "אורביטלות" .בתמונה זאת קליפה -1עשויה להכיל עד 2אלקטרונים. מיוצגות שלוש הקליפות קליפה 2עשויה להכיל עד 8אלקטרונים. הראשונות ,הקרובות ביותר קליפה 3עשויה להכיל עד 8אלקטרונים. לגרעין. שימו לב לקליפות של הגזים האצילים בטור ...8 בדקו את עצמכם (לאחר מילוי דף העבודה) האלקטרונים של "קליפת" הערכיות הקשר הכימי כיצד נוצרת מולקולה משני אטומים? מה מחזיק את האטומים זה לצד זה? מהו הקשר הכימי? יצירת מולקולות תלויה בקשרים הכימיים בין אטומים אטומים יכולים להעביר (למסור) אלקטרונים מתוך קליפת הערכיות או לקבל אלקטרונים. אטומים יכולים לשתף אלקטרונים הנמצאים בקליפת הערכיות. שיתוף או העברת אלקטרונים יוצרת כוחות משיכה בין אטומים סמוכים המחזיקים את האטומים יחד ומכונים קשרים כימיים. הקשרים הכימיים החזקים ביותר הם הקשר הקוולנטי או הקשר היֹו ִני. הקשר הכימי כששני אטומים מתקרבים זה לזה במהלך תגובה כימית, הגרעינים שלהם לא מתקרבים מספיק זה לזה על מנת שיוכלו להשפיע זה על זה (אינטראקציה). רק האלקטרונים ,שאינם נמצאים בגרעין אלא נעים בחלל האטום הם החלקיקים היכולים להיות מעורבים באינטראקציה/תגובה בין שני אטומים. הקשר הכימי ההתנהגות הכימית של אטום מסוים תלויה בראש ובראשונה בסידור האלקטרונים בקליפה החיצונית ביותר שלו. אלקטרונים אלה נקראים" :אלקטרוני העֶ ְר ִכּיּות" והקליפה החיצונית נקראת" :קליפת ערכיות". אטומים שלהם מספר זהה של אלקטרוני ערכיות מתנהגים בצורה דומה ושייכים למשפחה כימית אחת. אטומים שקליפת הערכיות שלהם מלאה ,אינם פעילים מבחינה כימית, כלומר אינם מגיבים עם אטומים אחרים (ואף לא עם אטומים של עצמם) ליצירת תרכובות. קבוצת יסודות אלו מרוכזת בטור הימיני ביותר של הטבלה המחזורית ונקראת :קבוצת הגזים האצילים. חומר מולקולרי חומר מולקולרי הוא חומר המורכב ממולקולות הבנויות מאטומי אל-מתכות הקשורים ביניהם בקשרים קוולנטיים. לדוגמה :יסודות מולקולריים כמו O2, H2, Cl2, N2 או תרכובות כמוNO, H2O, NO2, CO2 : סריג אטומרי סריג אטומרי הוא מבנה של סריג ענק הבנוי מאטומים הקשורים זה לזה בקשרים קוולנטיים הסריגים האטומריים הם מועטים למדי .דוגמאות: יהלום ,גרפיט ,צורן ,קרביד הצורן ) ,(SiCצורן דו חמצני -סיליקה ) ,(SiO2גרמניום. סיליקה )(SiO2 ) (SiCסיליקון קרביד סריג יוני סריג יוני הוא מבנה המורכב מיונים חיוביים ושליליים הנמשכים זה לזה באמצעות קשרים יוניים ,כלומר מכוח המשיכה בין מטענים מנוגדים והוא מאפיין חומרים יוניים הנקראים גם מלחים. היונים החיוביים הם בדרך כלל יוני מתכות ואילו היונים השליליים הם בדרך כלל יוני אל- מתכות. סריג מתכתי סריג מתכתי הוא האופן בו מסודרים אטומי המתכת. בסריג המתכתי נעים האלקטרונים של קליפת הערכיות סביב גרעיני האטומים בלי להיות קשורים לגרעין מסוים .למעשה קיימים כאן יונים חיוביים ואלקטרונים הנעים סביבם. הקשר הכימי אטומים שיש להם ,בקליפה החיצונית ביותר ,אלקטרוני ערכיות פנויים (כלומר ,הקליפה אינה מלאה) ,עשויים להגיב עם אטומים אחרים בסביבתם בצורה שתאפשר להם למלא את הקליפה החיצונית. הם עשויים לחלוק אלקטרונים עם אטומים אחרים או למסור/לקבל אלקטרונים מאטומים אחרים .בצורה זו נוצרים קשרים כימיים. המולקולות הנוצרות הן יותר יציבות מבחינה אנרגטית. קשר קוולנטי קשר קוולנטי הוא קשר של שיתוף זוג אלקטרוני ערכיות בין שני אטומים .שני אטומי המימן מתחברים למולקולה. צורת הכתיבה: H2 H-H קשר קוולנטי בין אטומי מימן סידור האלקטרונים באטומי הפחמן והצורן אטום הפחמן ,כמו גם אטום הצורן (סיליקון) אשר נמצאים באותו טור בטבלה המחזורית מתייחדים בכך שיש לרשותם 4אלקטרוני ערכיות פנויים ליצור קשרים קוולנטיים. קשר קוולנטי כפול שיתוף של שני אלקטרוני ערכיות בין שני אטומי חמצן: צורת הכתיבה: O2 O=O הקשר הכימי אלקטרונגטיביות הכוח שבו מושך אטום מסוים את אלקטרוני הקשר הקוולנטי נקרא :אלקטרונגטיביות. ככל שאטום הוא יותר אלקטרונגטיבי כך הוא מושך את אלקטרוני הקשר הקוולנטי המשותפים יותר קרוב לגרעין שלו. בתרכובת: אלקטרוני הקשר הקוולנטי יימצאו בדיוק באמצע בין שני אטומי המימן כי לכל אטום מימן יש כוח אלקטרונגטיבי שווה וזהה לחברו. קשר קוולנטי מקוטב (פולארי) H2Oלדוגמה ישנם קשרים קוולנטיים בהם אחד השותפים ,הוא בעל "כוח משיכת אלקטרונים" חזק יותר משותפו לקשר (אלקטרונגטיביות) ,ולכן אלקטרוני הקשר המשותפים נמצאים בממוצע קרוב יותר לשותף שמושך אותם חזק יותר .במולקולה נוצרים קטבים של מטען חלקי; החמצן טעון במטען חלקי שלילי יחסית למימן שטעון במטען חלקי חיובי. מדוע זה חשוב? אטומים או מולקולות בעלי מטען או קוטב של מטען חלקי ,שונים בתכונותיהם מאטומים או מולקולות ניטרליים. קיום מטען או מטען חלקי מסביר מדוע מלח מתמוסס היטב במים וחומרים אחרים אינם מתמוססים ,ומדוע חומרים כמו חמצן חודרים בקלות דרך קרום התא ואילו מים זקוקים לתעלות מיוחדות על מנת לצאת ולהכנס מתאים. קשר יֹו ִני שני אטומים היוצרים קשר כימי זה עם זה ,עשויים להיות שונים מאד זה מזה בכוח משיכת האלקטרונים שלהם (אלקטרונגטיביות). ייתכן אף מצב שבו אטום אחד מושך לחלוטין אלקטרון/ים מתוך אטום שני. לדוגמה: היסוד פלואור ) (Fוהיסוד כלור ) (Clהם בעלי 7אלקטרוני נתרן פלואורידי ערכיות .שניהם נוטים ליצור קשר כימי (קשר יוני) עם היסוד נתרן ) (Naולייצר תרכובות המכונות מלחים. נתרן כלורי /מלח בישול קשר יֹונִי א' למשל :כשאטום נתרן (בעל אלקטרון יחיד בקליפה החיצונית) נתקל באטום כלור (בעל 7אלקטרונים בקליפה החיצונית), האלקטרון היחיד של הנתרן עובר אל אטום הכלור. במצב החדש ,לשני האטומים יש כעת קליפות חיצוניות מלאות (מצב יציב מבחינה אנרגטית). קשר יוני נוצר כתוצאה מהמשיכה בין שני מטענים מנוגדים. קשר יֹונִיב' יצירת תרכובת מבוססת על קשר יוני :נתרן כלורי יצירת יונים :יון נתרן חיובי ויון כלור שלילי העברת אלקטרון מאטום נתרן לאטום כלור השוואה בין קשר קוולנטי לקשר יוני העברת אלקטרון קשר יֹונִי שיתוף אלקטרונים קשר קוולנטי יֹון מהו יֹון? יון הוא אטום או מולקולה הנושאים מטען חשמלי ,כיוון שמספר האלקטרונים בהם שונה ממספר הפרוטונים .זאת בשונה מאטום נייטרלי ,שבו מספר האלקטרונים והפרוטונים שווה ומטענם החשמלי הכללי הוא אפס . יון חיובי שבו יש פחות אלקטרונים מפרוטונים נקראָ :קטְ יֹון. יון שלילי שבו יש יותר אלקטרונים מפרוטונים נקראַ :אנְיֹון.