כימיה: אטומים והטבלה המחזורית
[B][SIZE=5][FONT=Arial]אטומים, כימיה, והטבלה המחזורית[/FONT][/SIZE][/B]
[RIGHT]ידע קודם מומלץ: היכרות ראשונית עם מושגים.
ההסבר מתייחס לתחילת החומר של שלושת היחידות הראשונות בכימיה, אך יכול גם להתקשר לדברים אחרים.[/RIGHT]
[RIGHT]ה[B]אטום[/B], הוא אחד המושגים המרכזיים, פוריים ושימושיים, בכימיה ובפיזיקה גרעינית/תורת הקוונטים. זאת מהטעם הפשוט, שכשם שכל מילה בעברית מורכבת מהאותיות א' עד ת', כל חומר בעולם הזה ניתן ליצירה באמצעות כמות סופית של אטומים מסודרים במבנה מרחבי כלשהו. משהדגשנו את חשיבות המושג, נפתח בסקירה היסטורית קצרה:[/RIGHT]
[RIGHT]הרעיון על מושג האטום, מקורו עוד ביוון העתיקה. שם העניקו לו את השם א-טומוס, שפירושו בלתי ניתן לחלוקה. הרעיון היה שקיים חלקיק חומר מזערי, שלא ניתן למצוא קטן יותר ממנו. הרעיון הזה הוזנח לטובת המחשבה שהחומר הוא רציף, ואינו מורכב מיחידות מזעריות. בסוף המאה ה-19 והמאה ה-20 הגיע גל של תגליות אשר הוכיח את קיומם של האטומים, ובמהרה גילו גם שהשם אטום לא היה מוצלח, כי האטום כן ניתן לחלוקה. במהרה הגיעו למסקנה שיש בתוך האטום חלקיקים בעלי מטען חשמלי, [B]אלקטרונים[/B], וחלקיקים בעלי מטען חיובי, [B]הפרוטונים[/B]. בתחילה, חשבו שהאלקטרונים זרועים באופן אקראי בתוך "נוזל פרוטוני" שכזה, בצורה המזכירה עוגיית שוקולד צ'יפס. המודל הזה התברר כשגוי על ידי הפיזיקאי הבריטי ארנס רתרפורד. זאת לאחר שהפגיז עלי זהב בקרינה רדיואקטיבית בזויות שונות, והתברר שהקרינה התפזרה בדרך מפתיעה כשעלה הזהב הופגז בזוית גדולה. ארנסט רתרפורד תיאר זאת בעצמו כך: "זה היה המאורע המדהים ביותר שקרה לי בחיי. היה זה כאילו ירית פגז של 15 אינץ' לעבר דף נייר דק, והוא נתרע לאחור ופוגע בך." בעקבות ניסוי זה, הוצע המודל שהאטום נראה כמו מערכת שמש קטנה, במרכז נמצאים פרוטונים, ומסביב האלקטרונים חגים סביבם. אך מסתבר שמודל זה פשוט "הגיוני מדי" עבור הפיזיקה, והוא שופר במקצת על ידי הפיזיקאי הדני נילס בוהר. הוא הציע שהאלקטרונים אינם חגים סביב הפרוטונים, אלא נמצאים במעין מסלולים אנרגטיים קבועים, והם יכולים לנוע ממסלול למסלול על ידי קליטה או שחרור אור. מבנה האטום הוא נושא רחב מדי, וקצרה היריעה מלתארו לעומק. [/RIGHT]
[RIGHT]בסופו של דבר, גילו שהאטום מורכב מגרעין, בו מרוכזים פרוטונים ו[B]נויטרונים[/B] (חלקיקים ללא מטען חשמלי), המכונים ביחד [B]נוקליאידים [/B](מהמילה האנגלית Nucleus שפירושה גרעין). סביבם חגים אלקטרונים הנמצאים ברמות אנרגתיות שונות. הפרוטונים והנויטרונים בעלי מסה בקירוב טוב שוות, וגדולות בערך פי 2,000 ממסת האלקטרון. בכל אטום, כמות הפרוטונים שווה לכמות האלקטרונים, וכמות הפרוטונים קובעת את זהות האטום. לכל אטום יש כמה גדלים המאפיינים אותו, ובין השאר יש את [B]המספר האטומי[/B], ואת [B]מספר המסה[/B]. המספר האטומי הוא כמות הפרוטונים בגרעין האטום. המספר האטומי קובע את זהות האטום: אם לשני אטומים אותו מספר אטומי, אזי אלו שני אטומים של אותו חומר. מספר המסה, הוא סכום מספר הפרוטונים והנויטרונים. מכיוון שלאלקטרונים כמעט ואין השפעה על מסת האטום, אז אכן מסת האטום נקבעת על פי כמות הפרוטונים והנויטרונים בו, ולכן זהו שם מוצלח למדי. את המספר האטומי נהוג לרשום בצד שמאל למטה של האטום, ואת המספר הנויטרוני נהוג לרשום בצד שמאל למעלה של האטום. למשל, האות H מייצגת אטום מימן. רוב אטומי המימן בטבע הם מהצורה הבאה:[/RIGHT]
[IMG]http://img266.imageshack.us/img266/6034/tempchem.jpg[/IMG]
[RIGHT]באטומים אלו, אפוא, יש פרוטון אחד, אלקטרון אחד, ואין כלל נויטרונים. שימו לב שכתבתי [B]רוב[/B] אטומי המימן בטבע, כי לעתים קרובות יש אטומים מאותו סוג עם מספרי מסה שונים. לתופעה הזו קוראים [B]איזוטופים[/B] (מהמילים היווניות איזו טופוס, דהיינו, אותו מקום. הכוונה למקום בטבלה המחזורית). למימן יש שני איזטוטפים, והם:[IMG]http://img90.imageshack.us/img90/6034/tempchem.jpg[/IMG] . אלו הם דיאוטוריום (המימן עם מספר המסה שתיים), וטריטיום (המימן עם מספר המסה 3). ליסודות אחרים יש מספר רב יותר של איזוטופים.
האלקטרונים, כאמור, ערוכים ב[B]רמות אנרגיה[/B] בתוך האטום. כל רמת אנרגייה יכולה לאכלס כמות מסויימת של אלקטרונים. באופן כללי יש אינסוף רמות אנרגיה, אך בדרך כלל רובן פנויות. הרמה האחרונה שבה יש אלקטרונים, מסוגלת לאכלס רק 8 אלקטרונים. ניתן לגרוע או להוסיף אלקטרונים לאטום. תוצאה כזו גורמת לינון – הפיכה של החומר ל[B]יון[/B]. יון, הוא חומר בעל מטען חשמלי. היות ולאלקטרון מטען שלילי, [U]הוספה של אלקטרונים לאטום גורמת לעודף מטען שלילי עליו, וגריעת אלקטרונים מאטום גורמת לעודף מטען חיובי עליו.[/U] למשל: החומר נתרן מיוצג על ידי האותיות Na. לנתרן 11 אטומים, ולכן לאטום נתרן יש 11 אלקטרונים. עם זאת, בדרך כלל נתרן מופיע כ- [IMG]http://img196.imageshack.us/img196/6034/tempchem.jpg[/IMG], דהיינו, אטום נתרן עם מחסור באלקטרון אחד. ביון הזה יש 10 אלקטרונים, אך 11 פרוטונים. את המטען, כפי שראיתם, נהוג לכתוב בצד ימין למעלה. כמו כן, גם אם זה חיובי, כותבים פלוס. (בשונה ממתמטיקה)[/RIGHT]
[RIGHT][I]תרגיל 1 (תשובה בסוף)[/I][/RIGHT]
[RIGHT]השלם את הטבלה הבאה:[/RIGHT]
[IMG]http://img824.imageshack.us/img824/6034/tempchem.jpg[/IMG]
[RIGHT]אחד הכלים החשובים ביותר בהם נעזרים כדי לעבוד עם אטומים, היא הטבלה המחזורית. טבלה זו פותחה על ידי הכימאי הרוסי מנדלייב בשנת 1870. הוא גילה שכשאר מסדרים את היסודות הכימיים בסדר עולה לפי המסה האטומית מתגלים כמה חוקים. הטבלה עצמה:
[IMG]http://www.bpc.edu/mathscience/chemistry/images/periodic_table_of_elements.jpg[/IMG]
כל תא בטבלה מופיע כך:[/RIGHT]
[IMG]http://img833.imageshack.us/img833/6034/tempchem.jpg[/IMG]
[RIGHT]נפרט קצת על המידע הכתוב בתא:
השורה הראשונה היא שם היסוד.
השורה השנייה היא המספר האטומי של היסוד.
לאחר מכן מופיע סמל היסוד.
לבסוף מופיע מספר המסה הממוצע של כל האיזוטופים של היסוד. (בממוצע זה גם מחשיבים את השכיחות
שלהם בטבע)
[U]חוקים בטבלה המחזורית[/U]
לכל היסודות באותה שורה, יש אותה כמות של רמות אנרגיה מאוכלסות.
לכל היסודות באותה עמודה, למעט "הטורים האמצעיים" (הטורים מימין לטור הפותח ב-Be ומשמאל לטור הפותח ב-B), אותה כמות של אלקטרונים ברמה האחרונה. את הטורים האמצעיים נוהגים לא למנות כלל במניית הטורים בטבלה, ולכן הטור הפותח ב-B נקרא הטור השלישי.
כל החומרים בטור הראשון הן מתכות פעילות במיוחד. קוראים למתכות בטור הראשון מתכות אלקליות.
כל החומרים בטור השני נקראים מתכות אלקליות אפרוריות.
לכל החומרים בטור השביעי קוראים הלוגנים, והם אינם מתכות.
לכל החומרים בטור השמיני קוראים גזים אציליים, וכמעט ולא מגיבים עם אף חומר. [/RIGHT]
[RIGHT][I]תרגיל 2[/I]
א. חזור לחומרים מתרגיל 1, ומצא את הסמל הכימי שלהם בטבלה המחזורית. רשום אותו לפי כל הסימנים המקובלים אשר הוסברו כאן.
ב. הוסף שורה לטבלה מתרגיל 1 עבור החומר [IMG]http://img695.imageshack.us/img695/6034/tempchem.jpg[/IMG][/RIGHT]
[RIGHT]זהו! זהו רק מבוא ראשוני לעולם הכימיה והיכרות עם האטום. יש מגוון רחב של נושאים בהם ניתן לדון, אך זה מספיק לעכשיו.[/RIGHT]
[RIGHT][I]תשובה 1[/I][/RIGHT]
[IMG]http://img90.imageshack.us/img90/6401/tempcheme.jpg[/IMG]
[RIGHT][I]תשובה 2[/I]
א. החומר הראשון:[IMG]http://img837.imageshack.us/img837/6034/tempchem.jpg[/IMG] , החומר השני: [IMG]http://img515.imageshack.us/img515/6034/tempchem.jpg[/IMG].
ב. מטען: -2, מספר נויטרונים, 10, מספר אטומי 8, מספר מסה 18, מספר אלקטרונים 10.[/RIGHT]
[RIGHT]כל הזכויות שמורות ללורד אביזי קיסר מאדים, וחל איסור מוחלט בהחלט על כל גוף אחר להעתיק את זה ללא אישור מפורש וחתימת קיסר מאדים.
קרדיט ליחידה 4 של יסודות הפיסיקה ב' מאת יורם קירש האוניברסיטה הפתוחה, הלימודים שלי בבית הספר ואולי עוד כמה דברים אקראיים.[/RIGHT]
