כימיה לבגרות/מבנה האטום: הבדלים בין גרסאות בדף

כאמור, על פי היוונים האטום הינו אבן הבניין היסודית של החומר אך הדבר אינו כך. למעשה, גם האטום מורכב מאבני יסוד קטנות יותר, הנקראות '''חלקיקים אלמנטריים''', כלומר יסודיים. קיימים סוגים שונים ורבים של חלקיקים אלמנטריים. אנו נתייחס רק לאלו שמרכיבים את החומר והם ה'''אלקטרון''', ה'''ניוטרון''' וה'''פרוטון'''. בכימיה לא נתייחס למבנה המסובך של האטום שמתואר בתורת הקוונטים, אלא למודל פשוט יותר, שקל יותר לשימוש ואינו דורש מתמטיקה גבוהה יתר על המידה ולא ידע מעמיק בפיסיקה קוונטית.

גם לאחר שהבינו שהאטום מורכב מחלקיקים לא ידעו איך הם מסודרים. ההשערה המקובלת נוגעת בתור "מודל עוגת הצימוקים" אמרה שהחלקיקים הכבדים (הפרוטונים והנויטרונים) בכל אטום נמצאים במרכז האטום ועליהם צמודים האלקטרונים. לאחר ניסוי הוכח שרוב האטום הוא בעצם ריק, חלק שאינו מלא בחומר, באופן מופשט נוכל להתייחס לאטום כמערכת שמורכבת מ'''גרעין'''מגרעין (המורכב מהפרוטונים והנויטרונים אשר נושא מטעןאת חיוביכל המטען החיובי של האטום) ומאלקטרונים הנמצאים מסביב לגרעין (הנושאים מטעןאת שליליהמטען השלילי). נהוג להתייחס לאלקטרונים כמעין "ענן" לא מוגדר שמרחף מעלמסביב לגרעין האטום. בפיסיקה קוונטית מתייחסים לעקרון שנקרא '''עקרון אי-הוודאות''' של הייזנברג. בשל עקרון זה, בכימיה לא נוכל להתייחס למיקומו המדוייק של האלקטרון, אלא על ההסתברות שלו להמצא במקום מסויים. מכיוון שזהו עקרון פיסיקלי בסיסי, לא ניתן להתייחס לאלקטרון באטום כמעין כדור כפי שהיינו יכולים לצפות מחלקיק באופן אינטואיטיבי. עקרון זה הוא עקרון חשוב מאוד בכימיה (עיקר ההבנה היא ברמה יותר מתקדמת שלא נתעסק בה כרגע ומובעת במונח "אורביטל" שניגע בו בהמשך, לעת עתה נתייחס לאלקטרון כאילו הוא משתמש בכל ה"ענן" שלו, ולא נמצא בנקודה מסויימת, וכך תורם לפעילות האטום).

גרעין האטום הוא החלק המכיל את נושאי המטען החיובי, הנקראים פרוטונים. הפרוטון כבד פי כ-2000 מהאלקטרון, לכן גרעין האטום הוא האחראי הכמעט בלעדי למשקלו. בגרעין האטום מצויים שני סוגים של חלקיקים יסודיים (גם הם מורכבים מאבני בניין קטנות יותר אך אין זה קשור לכימיה): פרוטונים וניוטרונים (שסימונם ⁺P ו-N). הניוטרונים הם חלקיקים מעט כבדים יותר מהפרוטונים אך אין הם נושאים מטען חשמלי כלומר הם נייטרליים ועל כן שמם. הניוטרונים הם חלקיקים שאינם יציבים מחוץ לאטום ומתפרקים לחלקיקים פשוטים יותר (הם למעשה מתפרקים לפרוטון, אלקטרון וחלקיק נוסף שנקרא ניוטרינו). ניוטרונים אינם משחקים תפקיד חשוב בכימיה, אולם הם התורמים ליציבותו של הגרעין. הכימיה עוסקת רק בכוחות חשמליים ומגנטיים בין החלקיקים. מכיוון שהניוטרונים הם נייטרליים, אין הם מושפעים ממטענים חשמליים או שדות מגנטיים.

פרוטונים הם חלקיקים בעלי מטען חיובי, הזהה בגודלו לזה של האלקטרון אך הפוך בסימנו. כידוע, מטענים חיוביים ושליליים נמשכים בטבע, ואילו מטענים חיוביים דוחים אחד את השני (וכך גם שליליים). באותו אופן, גם חלקיקים יסודיים כמו אלקטרונים נמשכים לגרעין האטום שמכיל רק חלקיקים נייטרליים וחלקיקים חיוביים. קוטר הגרעין הוא קטן מאוד ביחס לגודל האטום כולו. הפרוטונים מרוכזים במקום קטן מאוד. למעשה, הגרעין כל-כך קטן, עד אשר נוכל להמשילו לגודל של נמלה בתוך מגרש של כדורגל (גודל את גודל האטום אנו מחשבים על פי הנפח שבו האלקטרונים נעים). מכיוון שהגרעין מאוד מרוכז, שישנם כוחות חשמליים גדולים של דחייה בין אותם פרוטונים שנמצאים צפופים בגרעין. אותם כוחות מאוזנים על ידי כוחות חזקים עוד יותר, אך שאינם משפיעים על תגובות כימיות ולכן לא נדון בהם. (כל התחום של כוחות תוך גרעינים נמצא בתחום המחקר של הפיזיקה הגרעינית)