כימיה לבגרות/מבנה האטום: הבדלים בין גרסאות בדף
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
←תכונות הגרעין: הרחבה |
|||
שורה 14:
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)
כמות הפרוטונים היא זו הקובעת את תוכנות האטום, ונעסוק בה בהמשך בפרק "יסודות".
===ענן אלקטרונים===
שורה 21 ⟵ 20:
לאטום במצב הפשוט שלו יש כמות שווה של פרוטונים ואלקטרונים. מכיוון שהמטען החשמלי של פרוטון ואלקטרון הוא זהה אבל הפוך נאמר שאטום כזה הוא "נייטרלי", כלומר בסך הכל אין לאטום מטען חשמלי.
==תכונות הגרעין==
==[[כימיה - 3 יחידות/אנרגיית יינון|אנרגית ינון]]==▼
===מספר אטומי והיסודות===
השם "אטום" בא מהמילים: א (בלטינית: בלתי) ו-טום (בלטינית: ניתן לחלוקה). למעשה ראינו האטום מורכב מחלקים קטנים, אך בכל זאת יש משהו נכון בשם. האטום הוא החלקיק הקטן של חומר, ומרכיביו אינם עונים כבר להגדרה חומר שהרי האלקטרונים, הפרוטונים והנייטרונים הינם חלקיקי אנרגיה.▼
כבר אמרנו שכמות הפרוטונים מבדילה את התכונות בין אטום לאטום. לכמות הפרוונים של האטום קוראים '''מספר אטומי'''. לכל האטומים שיש להם מספר אטומי משותף יש את אותן התכונות. לאטום כזה אנחנו קוראים '''יסוד'''. ההפרדה העקרונית בין היסודות הוא המספר האטומי וממנו משתנות גם התכונות.
את המספר האטומי מסמנים בקטן בצד שמאל של היסוד (על שמות היסודות וסמליהן נרחיב בהמשך), למשל היסוד הליום הוא בעל מספר אטומי 2 ומסומן על ידי האותיות He, אם נרצה לסמן את המספר האטומי של אטום הליום נכתוב <math>_{2}He</math>
===מספר מסה===▼
בגלל שעיקר המסה השל האטום מצוי בגרעין, שכן השפעת המסה של האלקטרונים היא מזערית, אנו מחשבים את המסה של האטום על פי סכום הפרוטונים ונויטרונים שבגרעינו. לסכום אנו קוראים '''מספר מסה'''. לדוגמה, אם ניקח אטום הליום, מספר המסה שלו יהיה 4 (שני פרוטונים ושני נויטרונים). נזכור שככל שמספר פרוטונים העולה כך מספר הנויטרונים עולה, בהתחלה בקצב של אחד לאחד.
▲השם "אטום" בא מהמילים: א (בלטינית: בלתי) ו-טום (בלטינית: ניתן לחלוקה). למעשה ראינו האטום מורכב מחלקים קטנים, אך בכל זאת יש משהו נכון בשם. האטום הוא החלקיק הקטן של חומר, ומרכיביו אינם עונים כבר להגדרה חומר שהרי האלקטרונים, הפרוטונים והנייטרונים הינם חלקיקי אנרגיה.
כדי לקבוע את המסה של פרוטון אחד לא יכלו להשתמש במימן (שלמרות שיש לו פרוטון אחד לפעמים אין לו נויטרונים ולפעמים יש לו נויטרון אחד, על כך תלמד מיד), לכן לקחו את היסוד פחמן שקל היה למדוד את המסה שלו.
את מספר המסה מסמנים בקטן מעל המספר האטומי, לפעמים מתעלמים מהמספר האטומי מכיוון שסמל היסוד כבר אומר לנו מה המספר האטומי שלו. אם נחזור לדוגמא של ההליום, יש לו 2 פרוטונים ו-2 נויטרונים, אנחנו יכולים לסמן ככה::<math>^{4}_{2}He</math> או ככה:<math>^{4}He</math>
==איזוטופים==▼
▲===איזוטופים===
▲==מספר מסה==
על פי מה שאמרנו כבר, מספר הפרוטונים קובע את תכונות החומר, האלקטרונים יוצרים את הקשרים הבין-אטומים ושניהם יחד משפיעים על המטען החשמלי של האטום. אם כך, מה ההשפעה שיש לכמות הנויטרונים על תכונות האטום?
הנויטרונים אחראים לייצב את הגרעין. כמות הנויטרונים יכולה להשתנות בין אטומים של אותו היסוד ובכך להשפיע על יציבותו. אנחנו קוראים ליסוד שיש לו מספר אפשרויות לכמויות של נויטרונים "יסוד עם מספר '''איזוטופים'''", כאשר כל איזוטופ של היסוד הוא אטום שיש לו מספר פרוטונים המייחס אותו ליסוד מסויים אך מספר הנויטרונים שונה. אם אנחנו רוצים להתייחס לאיזוטופ מסויים אנחנו קוראים לו על שם היסוד שלו ומספר המסה שלו.
לדוגמא: לכל אטומי הפחמן, המסומנים באות C, ביקום יש 6 פרוטונים (''אתה יכול להסביר למה?''). לאיזוטופ פחמן-12 (<math>^{12}_{6}C</math>) יש 6 פרוטונים ו-6 נויטרונים. לאיזוטופ פחמן-14 (<math>^{14}_{6}C</math>) יש 6 פרוטונים ו-8 נויטרונים.
===רדיואקטיביות ותגובות גרעיניות===
למה התכוונו כשאמרנו שהנויטרונים אחראים לייצוב הגרעין?
אמרנו שבגרעין יש רק פרוטונים ונויטרונים ולכן כל המטען שלו הוא שלילי. עוד אמרנו שמטענים שלילים דוחים אחד את השני. מי שלמד פיזיקה יודע הכוח החשמלי מתחזק ככל שהמטענים מתקרבים אחד לשני. לכן, מספיק שהפרוטונים לא יהיו צמודים אלא עם הפרדה קטנה כדי להקטין את הכוח החשמלי שדוחה אותם בצורה משמעותית. את ההפרדה הזו מבצעים הנויטרונים. מצד שני אמרנו גם שנויטרון בעצמו הוא לא יציב, והוא בעצמו מתפרק לפרוטון ואלקטרון.
יוצא מזה שצריך איזון בין כמות הפרוטונים לכמות הנויטרונים באטום כדי שהפרוטונים לא ידחו אחד את השני וכדי שהנויטרונים לא יתפרקו בעצם. אם לא קיים האיזון הזה אז הגרעין הוא לא יציב. לאיזוטופ לא יציב של אטום אנחנו קוראים "איזוטופ רדיואקטיבי". גם גרעינים גדולים מדי הם רדיואקטיבים וזה בגלל שהכוחות שמחברים אותם כנגד הכוח החשמלי כבר חלשים מדי בגרעינים גדולים.
רדיואקטיביות היא פעילות של הגרעין שנועדה לייצב אותו. כאשר ישנו גרעין לא יציב יש לו שלוש אפשרויות להגדיל את היציבות שלו, וכולן על ידי פליטה של חלקיק מתוכו:
* האפשרות הראשונה היא פליטה של גרעין הליום (שני פרוטונים ושני נויטרונים) והיא משמשת להקטנת הגודל של הגרעין. נשאר לנו אטום עם מספר אטומי קטן ב-2 ומספר מסה קטן ב-4. פליטה זאת נקראת "קרינת אלפא"
:<math> ^{235}_{92}U \longrightarrow ^{235}_{92}Th + ^{4}_{2}He</math>
* האפשרות השניה היא פליטה של אלקטרון מתוך הגרעין (ולא מענן האלקטרונים), כלומר נויטרון מתפרק לאלקטרון ופרוטון, הפרוטון נשאר בגרעין והאלקטרון יוצא ממנו. פליטה זו משתמשת לשינוי היחס בין מספר הפרוטונים למספר הנויטרונים. נשאר לנו אטום עם אותו המפר מסה ואבל עם מספר אטומי שונה. פליטה זו נקראת "קרינת בטא"
''הערה'': קיימת קרנית בטא הפוכה, בה פרוטון מתפרק לנויטרון ולפוזיטרון (להרחבה עליו קרא את הערך "פוזיטרון" בויקיפדיה) שבה האיזון מושג על ידי הגדלת מספר הנויטרונים בגרעין.
:<math> ^{14}_{6}C \longrightarrow ^{14}_{7}N + e^{-}</math>
* האפשרות השלישית היא יציאה של פוטון מהגרעין. הפוטון לא משנה את המבנה של הגרעין אלא מוציא ממנו אנרגיה. הפליטה הזו נקראת "קרינת גמא" והיא הקרינה הרדיואקטיבית ששמעתם עליה ועל הסכנות שלה.
ההבדל ביציבות בין האיזוטופים גורמים להם להופיע בטבע בשכיחויות שונות. ככה שהאיזוטופ פחמן-10 לא קיים בטבע מכיוון שהוא מאוד לא יציב, לעומתו האיזוטופ פחמן-12 הוא היציב ביותר כך שהוא האיזוטופ הכי נפוץ. כאשר קיימים מספר איזוטופים בטבע ניתן להגיד על פי השכיחויות שלהם כמה הם יציבים. למשל חמצן-16 נמצא 99.76 אחוז בטבע וחמצן-18 נמצא 0.2 אחוז בטבע. אנחנו יכולים להסיק שהאיזוטופ חמצן-16 הוא איזוטופ יציב יותר מאשר האיזוטופ חמצן-18.
▲==[[כימיה - 3 יחידות/אנרגיית יינון|אנרגית ינון]]==
[[קטגוריה:כימיה - 3 יחידות|מבנה האטום]]
| |||