Transcript מספר אטומי

‫מבנה האטום והטבלה המחזורית‬
‫‪1‬‬
‫מבנה כללי של האטום‬
‫האטום‬
‫האטום הוא החלקיק היסודי שהחומרים בנויים ממנו‪ .‬כל אטום מורכב משלושה סוגי חלקיקים‬
‫תת‪-‬אטומיים הנבדלים זה מזה במטענם החשמלי ובמסתם‪.‬‬
‫כל האטומים בנויים מגרעין חיובי קטן מאוד‪ ,‬המכיל את הפרוטונים והנויטרונים‪.‬‬
‫האלקטרונים השליליים נעים ברוב נפח האטום‪ ,‬סביב הגרעין‪.‬‬
‫באטום ניטרלי‪ ,‬מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים‪.‬‬
‫האטומים של יסודות שונים נבדלים זה מזה במספר הפרוטונים בגרעין‪ .‬אפשר לומר שמספר‬
‫הפרוטונים בגרעין קובע את סוג היסוד‪.‬‬
‫‪0‬‬
‫האטומים נתפסים כבעלי מבנה כדורי‪ .‬גודלם נמדד ביחידות אנגסטרם ‪10-8( A -‬ס"מ)‪.‬‬
‫‪2+‬‬
‫דוגמה‪ :‬באיור מיוצג אטום הליום‪.‬‬
‫בגרעין האטום נמצאים ‪ 2‬פרוטונים ו‪ 2-‬נויטרונים‬
‫מסביב‪ ,‬ברוב נפח האטום‪ ,‬נעים ‪ 2‬אלקטרונים‬
‫‪2‬‬
‫גרעין האטום‪ ,‬מספר מסה‪ ,‬מספר אטומי‬
‫הגרעין מכיל פרוטונים (בעלי מטען חשמלי חיובי) ונויטרונים (חסרי מטען חשמלי)‪.‬‬
‫הגרעין מרכז בתוכו את רוב המסה של האטום (מסת האלקטרון זניחה לעומת מסת‬
‫הפרוטון והנויטרון)‪.‬‬
‫מספר הפרוטונים בגרעין קובע את סוג האטום (היסוד( ואת מספר האלקטרונים באטום‬
‫הניטרלי‪.‬‬
‫הגרעין הוא בעל מטען חשמלי חיובי כמספר הפרוטונים שבו‪.‬‬
‫מספר אטומי ‪ :‬מספר הפרוטונים הנמצאים בגרעיני האטומים של יסוד‪.‬‬
‫לכל יסוד יש מספר אטומי המאפיין רק אותו‪.‬‬
‫מספר מסה ‪ :‬מספר הפרוטונים והנויטרונים בגרעין האטום‪.‬‬
‫נהוג לייצג איזוטופים בדרך הבאה‪:‬‬
‫הסבר‪:‬‬
‫‪23‬‬
‫מספר מסה‬
‫‪11‬‬
‫מספר אטומי‬
‫‪Na‬‬
‫מספר הפרוטונים שווה למספר האטומי והוא‪.11 :‬‬
‫מספר האלקטרונים באטום ניטרלי שווה למספר הפרוטונים‪ ,‬ולכן גם הוא‪.11 :‬‬
‫מספר הנויטרונים שווה ל‪ ,12-‬כי הוא ההפרש בין מספר המסה למספר האטומי‪23-11=12 :‬‬
‫‪3‬‬
‫סימולציה לבניית אטומים‬
‫שאלה‪:‬‬
‫התחברו לסימולציה בקישור הנתון‪ ,‬לכרטיסייה לבניית אטומים‪.‬‬
‫א‪ .‬בנו את שלושת האטומים הבאים‪:‬‬
‫‪Mg .I‬‬
‫‪Ne .II‬‬
‫סימולציה לבניית‬
‫אטומים‪ ,‬מט"ח‬
‫‪Cl .III‬‬
‫ב‪ .‬השלימו את הטבלה הבאה עבור האטומים הנ"ל‪:‬‬
‫האיזוטופ‬
‫מספר‬
‫פרוטונים‬
‫מספר‬
‫נויטרונים‬
‫מספר‬
‫אלקטרונים‬
‫מספר אטומי‬
‫מספר מסה‬
‫‪4‬‬
‫גרעין האטום‪ ,‬איזוטופים‬
‫איזוטופים‪ :‬אטומים של אותו יסוד המכילים מספר זהה של פרוטונים‪ ,‬אך מספר שונה של‬
‫נויטרונים‪.‬‬
‫דוגמה‪ :‬למימן שלושה איזוטופים‪:‬‬
‫‪3‬‬
‫שאלה ‪:1‬‬
‫‪H‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪H‬‬
‫‪1‬‬
‫‪1‬‬
‫‪H‬‬
‫‪1‬‬
‫בעבור כל אחד מהאיזוטופים של המימן‪ ,‬רשמו כמה פרוטונים‪ ,‬כמה אלקטרונים‬
‫וכמה נויטרונים יש לו‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫האלקטרונים באטום וחוק קולון‬
‫חוק קולון ‪ :‬כוח המשיכה החשמלי )‪ (F‬הפועל בין שני חלקיקים טעונים נמצא ביחס ישר‬
‫לגודל מטענם החשמלי )‪ (q1,q2‬וביחס הפוך לריבוע המרחק )‪ )r‬ביניהם‪.‬‬
‫‪q q‬‬
‫אפשר לחשב את הכוח על ידי הנוסחה הפיזיקלית‪F  k 1 2 :‬‬
‫‪r2‬‬
‫האלקטרונים השליליים באטום מוחזקים על ידי הגרעין החיובי בכוח משיכה חשמלי‪.‬‬
‫כוח המשיכה בין האלקטרונים לגרעין‪ ,‬על פי חוק קולון‪:‬‬
‫א‪ .‬כוח המשיכה יגדל ככל שהמטען החיובי בגרעין יגדל‪.‬‬
‫כלומר‪ ,‬ככל שיהיו בגרעין יותר פרוטונים‪.‬‬
‫ב‪ .‬כוח המשיכה יגדל ככל ש"המרחק" בין אלקטרון כלשהו לגרעין יקטן‪.‬‬
‫‪3+‬‬
‫‪2+‬‬
‫אטום ליתיום ‪Li‬‬
‫אטום הליום ‪He‬‬
‫‪6‬‬
‫סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה‬
‫יש לדעת את הסידור האלקטרוני המפורט של ‪ 20‬היסודות הראשונים‪ .‬בהמשך הלימוד‬
‫נסביר כיצד נקבע את סידור האלקטרונים של יסודות בעלי מספר אטומי גדול מסידן‪.‬‬
‫דוגמה‪ :‬סידור האלקטרונים המפורט של אטום הסידן הוא‪:‬‬
‫‪20Ca – 2 , 8 , 8 , 2‬‬
‫שאלה ‪:3‬‬
‫רשמו את סידור האלקטרונים באטומים הבאים‪:‬‬
‫‪6C 10Ne 13Al 19K‬‬
‫‪7‬‬
‫הטבלה המחזורית וסידור אלקטרונים‬
‫הטבלה המחזורית היא טבלה שהאטומים מסודרים בה בטורים ובשורות על פי מספר‬
‫אטומי עולה‪ .‬אפשר ללמוד ממנה על סידור האלקטרונים באטום‪.‬‬
‫מספר השורה בטבלה המחזורית מתאים למספר רמת האנרגיה החיצונית של‬
‫האלקטרונים באטום נתון‪ .‬מספר הטור מתאים למספר אלקטרוני הערכיות (האלקטרונים‬
‫ברמה החיצונית) באטום נתון‪.‬‬
‫באטומים בעלי מספר אטומי גדול מסידן אין צורך לרשום סידור אלקטרונים מפורט‪.‬‬
‫קובעים רק את מספר אלקטרוני הערכיות ואת מספר הרמה על פי המיקום בטבלה‬
‫המחזורית‪.‬‬
‫טבלה מחזורית שמיוצגים בה שמונת הטורים החשובים‬
‫לסידור האלקטרונים‪ .‬גוש מתכות המעבר חסר‪.‬‬
‫מס' הטור‪:‬‬
‫‪1‬‬
‫‪8‬‬
‫‪2‬‬
‫‪He‬‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪10‬‬
‫‪9‬‬
‫‪8‬‬
‫‪7‬‬
‫‪Ne‬‬
‫‪19.0‬‬
‫‪17‬‬
‫‪F‬‬
‫‪O‬‬
‫‪N‬‬
‫‪14.0‬‬
‫‪16‬‬
‫‪15‬‬
‫‪Cl‬‬
‫‪S‬‬
‫‪P‬‬
‫‪4 .0‬‬
‫‪20.2‬‬
‫‪18‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪2‬‬
‫‪6‬‬
‫‪C‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪3‬‬
‫‪10.8‬‬
‫‪Be‬‬
‫‪Li‬‬
‫‪16.0‬‬
‫‪12.0‬‬
‫‪14‬‬
‫‪Si‬‬
‫‪B‬‬
‫‪13‬‬
‫‪Al‬‬
‫‪Mg‬‬
‫‪35.5‬‬
‫‪36‬‬
‫‪17‬‬
‫‪32.1‬‬
‫‪34‬‬
‫‪Kr‬‬
‫‪Br‬‬
‫‪Se‬‬
‫‪79.0‬‬
‫‪As‬‬
‫‪Ge‬‬
‫‪54‬‬
‫‪53‬‬
‫‪52‬‬
‫‪51‬‬
‫‪50‬‬
‫‪49‬‬
‫‪Xe‬‬
‫‪I‬‬
‫‪Te‬‬
‫‪Sb‬‬
‫‪Sn‬‬
‫‪In‬‬
‫‪Rn‬‬
‫‪131.3‬‬
‫‪86‬‬
‫)‪( 222‬‬
‫‪35.5‬‬
‫‪127.6‬‬
‫‪74.9‬‬
‫‪121.8‬‬
‫‪126.9‬‬
‫‪85‬‬
‫‪84‬‬
‫‪At‬‬
‫‪83‬‬
‫‪Po‬‬
‫‪Bi‬‬
‫)‪( 210‬‬
‫)‪( 210‬‬
‫‪209.0‬‬
‫‪28.1‬‬
‫‪32‬‬
‫‪72.6‬‬
‫‪118.7‬‬
‫‪82‬‬
‫‪Pb‬‬
‫‪207.2‬‬
‫‪9 .0‬‬
‫‪12‬‬
‫‪31.0‬‬
‫‪33‬‬
‫‪83.8‬‬
‫‪H‬‬
‫‪1 .0‬‬
‫‪Ar‬‬
‫‪40.0‬‬
‫‪1‬‬
‫‪6.9‬‬
‫‪11‬‬
‫‪Na‬‬
‫‪24.3‬‬
‫‪23.0‬‬
‫‪31‬‬
‫‪20‬‬
‫‪19‬‬
‫‪Ga‬‬
‫‪Ca‬‬
‫‪K‬‬
‫‪38‬‬
‫‪27.0‬‬
‫‪69.7‬‬
‫‪114.8‬‬
‫‪81‬‬
‫‪Tl‬‬
‫‪204.4‬‬
‫‪40.1‬‬
‫‪Sr‬‬
‫‪87.6‬‬
‫‪56‬‬
‫‪Ba‬‬
‫‪137.3‬‬
‫‪39.1‬‬
‫רמת אנרגיה‪:‬‬
‫ראשונה‬
‫שנייה‬
‫שלישית‬
‫רביעית‬
‫‪37‬‬
‫‪Rb‬‬
‫‪85.5‬‬
‫חמישית‬
‫‪55‬‬
‫‪Cs‬‬
‫‪132.9‬‬
‫שישית‬
‫‪8‬‬
‫אלקטרוני ערכיות‬
‫אלקטרוני הערכיות הם האלקטרונים הנמצאים ברמה החיצונית באטום‪ .‬מספרם נע בין ‪ 1‬ל‪.8-‬‬
‫שאלה ‪:4‬‬
‫א‪ .‬רשמו כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטומים הבאים ובאיזו רמת אנרגיה הם נמצאים‪:‬‬
‫‪Na , Al , P , Cl , Ga , I‬‬
‫‪9‬‬
‫אנרגיית יינון‬
‫אנרגיית היינון היא האנרגיה שיש להשקיע כדי להוציא אלקטרון מאטום בודד‪.‬‬
‫הגורמים הקובעים את גודל אנרגיית היינון‪( :‬על פי חוק קולון)‬
‫‪ .1‬מטען הגרעין ‪ :‬ככל שהמטען החשמלי של הגרעין חיובי יותר (יש בו יותר פרוטונים)‬
‫אנרגיית היינון גבוהה יותר‪.‬‬
‫‪" .2‬מרחק" האלקטרון מהגרעין ‪ :‬רמת האנרגיה שממנה יצא האלקטרון‪ :‬ככל ש"המרחק"‬
‫גדול יותר (הרמה של האלקטרון גבוהה יותר) אנרגיית היינון נמוכה יותר‪.‬‬
‫שאלה ‪:5‬‬
‫בכל זוג אטומים‪ ,‬למי תהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר? נמקו‪.‬‬
‫א‪K , 11Na .‬‬
‫‪19‬‬
‫ב‪, 17Cl .‬‬
‫‪18Ar‬‬
‫ג‪, 36Kr .‬‬
‫‪37Rb‬‬
‫‪10‬‬
‫טבלה מחזורית מלאה ושמות המשפחות‬
‫המשפחות בטבלה‪:‬‬
‫מתכות‪ :‬כל היסודות הנמצאים משמאל ומתחת לאלכסון‪ ,‬והצבועים בגוני תכלת‪ .‬רוב היסודות‬
‫הקיימים הם מתכות‪ .‬תכונותיהן הבולטות‪ :‬מבריקות‪ ,‬מוליכות חשמל וחום וניתנות לריקוע‪.‬‬
‫אל‪-‬מתכות‪ :‬כל היסודות הנמצאים מימין ומעל האלכסון והצבועים בגוני ורוד‪ .‬אל‪-‬מתכות הן כל‬
‫היסודות שלא הוגדרו מתכות מבחינת תכונותיהם‪.‬‬
‫גזים אצילים‪ :‬יסודות טור ‪ .8‬הם בעלי רמה חיצונית מלאה באלקטרונים‪ .‬הם אינם נוטים לקבל‬
‫אלקט' או למסור אלקט'‪ ,‬ואינם יוצרים תרכובות‪ .‬הם מופיעים תמיד בתור גזים חד‪-‬אטומיים‪.‬‬
‫הלוגנים‪ :‬יסודות טור ‪ .7‬הם מופיעים בתור מולקולות דו‪-‬אטומיות‪.‬‬
‫מתכות אלקליות‪ :‬יסודות טור ‪ .1‬אלו המתכות הפעילות (הנוטות להגיב) ביותר מבין המתכות‪.‬‬
‫מתכות אלקליות עפרוריות‪ :‬יסודות טור ‪ .2‬אלו מתכות פעילות‪ ,‬אבל פעילות פחות מן האלקליות‪.‬‬
‫מתכות מעבר‪ :‬קבוצה גדולה של מתכות‪ ,‬וביניהן הברזל‪ ,‬הנחושת‪ ,‬הזהב‪ ,‬הכסף ועוד‪ .‬לא למדנו‬
‫את הסידור האלקטרוני של היסודות בקבוצה זו‪ ,‬אך חשוב להכירם‪.‬‬
‫‪8‬‬
‫‪1‬‬
‫‪7‬‬
‫‪6‬‬
‫‪5‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫גזים אצילים‬
‫הלוגנים‬
‫אלקליות עפרוריות‬
‫מתכות‬
‫מתכות מעבר‬
‫מתכות אלקליות‬
‫אל‪-‬‬
‫מתכות‬
‫לנתנידים‬
‫אקטנידים‬
‫‪11‬‬
‫מבנה האטום‬
‫סיכום‪:‬‬
‫האטום בנוי מגרעין חיובי וסביבו נמצאים האלקטרונים השליליים‪ .‬רוב נפח האטום ריק!‬
‫האלקטרונים יכולים לקבל אנרגיות מסוימות בלבד‪ ,‬כלומר להיות ברמות אנרגיה מסוימות‬
‫בלבד‪.‬‬
‫האלקטרונים מצויים באורביטלים על פי רמת האנרגיה שלהם‪ .‬אי‪-‬אפשר לקבוע את המיקום‬
‫והמסלול המדויקים של האלקטרונים‪ .‬אפשר לדעת רק את המרחב שבו יש סיכוי למצוא‬
‫אותם‪.‬‬
‫יש קשר בין סידור האלקטרונים (היערכות האלקטרונים) של האטומים למיקומם בטבלה‬
‫המחזורית‪.‬‬
‫קיימות כמה תכונות מחזוריות כמו‪ :‬אנרגיית היינון‪ ,‬רדיוס אטומי‪ ,‬מטעני היונים‪.‬‬
‫מושגים חשובים‪:‬‬
‫מספר אטומי‪ ,‬מספר מסה‪ ,‬אורביטל‪ ,‬רמת אנרגיה‪ ,‬היערכות אלקטרונים‪ ,‬טבלה מחזורית‪,‬‬
‫תכונות מחזוריות‪ ,‬אנרגיית יינון‪,‬‬
‫‪12‬‬