האטום הוא יחידת היסוד של החומר והשבר הקטן ביותר המסוגל לזהות יסוד כימי, מכיוון שהוא מחזיק בזהותו. המונח אטום נגזר מיוונית ומשמעותו אינה ניתנת לחלוקה.
הוא מורכב מגרעין, המכיל נויטרונים ופרוטונים, ואלקטרונים המקיפים את הגרעין.
מבנה אטום
האטום מורכב מחלקיקים קטנים, המכונים גם חלקיקים תת - אטומייםs: אלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים.
עיקר מסת האטום מרוכז בגרעין, אזור קטן וצפוף. הנפח הגדול ביותר שלו נמצא באלקטרוספרה, מקום של חללים ריקים, כאשר אלקטרונים מקיפים סביב הגרעין.
אלקטרונים
או אֶלֶקטרוֹן יש לו מטען חשמלי שלילי (-1) וכמעט ללא מסה, כערכו 9.11 x 10-28 g e קטן פי 1840 ממסת הליבה. הם חלקיקים זעירים שמסתובבים מהר מאוד סביב גרעין האטום.
האלקטרונים שנמצאים באזורים החיצוניים ביותר של האטום אחראים על יצירת קשרים כימיים, המתרחשים באמצעות תרומה, קליטה או שיתוף של אלקטרונים.
פרוטונים
או פּרוֹטוֹן יש לו מטען חשמלי חיובי (+1) באותו ערך מוחלט כמו המטען על האלקטרונים. באופן זה, פרוטון ואלקטרון נוטים למשוך זה את זה באופן חשמלי.
דרך פרוטונים ניתן להבחין בין היסודות הכימיים, מכיוון שלכל אטום של יסוד יש מספר מוגדר של פרוטונים בגרעין שלו, הנקרא מספר אטומי.
נויטרונים
או נֵיטרוֹן אין לו טעינה כלל, כלומר הוא ניטרלי מבחינה חשמלית. יחד עם הפרוטונים הוא יוצר את גרעין האטום הנושא את כל מסת האטום (99.9%). הן לפרוטון והן לנייטרון יש מסה של 1.67 x 10 בערך-24 ז. ערך זה מייצג יחידת מסה אטומית של 1 μ.
הנויטרון מספק יציבות לגרעין האטום, מכיוון שהכוח הגרעיני גורם למשיכתו לאלקטרונים ולפרוטונים.
רק באטום המימן אין נויטרונים, והוא מורכב רק מאלקטרון שמסתובב סביב פרוטון.
בדוק בטבלה שלהלן א תַקצִיר עם מידע על חלקיקים תת אטומיים.
| חֶלְקִיק | סֵמֶל |
פסטה (ביחידה של מסה אטומית) |
לחייב (ביחידה של מטען חשמלי - u.c.e) |
מקום |
|---|---|---|---|---|
| פּרוֹטוֹן | +1 | הליבה | ||
| נֵיטרוֹן | 0 | הליבה | ||
| אֶלֶקטרוֹן | -1 | אלקטרוספירה |
אטום במצב הקרקע שלו הוא ניטרלי מבחינה חשמלית, מכיוון שמספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים והמטענים ההפוכים, חיוביים ושליליים, מבטלים זה את זה.
לדוגמא, לנתרן (Na) מספר אטומי 11, כלומר לגרעין שלו 11 פרוטונים. כתוצאה מכך, ישנם 11 אלקטרונים באלקטרוספרה של אטום של אותו יסוד.
קרא עוד אודות מבנה אטומי.
הרכב אטומים
כפי שראינו, האטום נוצר על ידי אזור מרכזי קטן וצפוף הנקרא הגרעין ומסביבו יש אלקטרוספירה, שם נמצאים האלקטרונים, שניתן לחלק אותם לשכבות אלקטרוניות, תת אנרגיה ו מסלולים אטומיים.
שכבות אלקטרוניות
האטום מציג רמות אנרגיה, שמתאימות לשבע שכבות סביב גרעין ובהן האלקטרונים שמקיפים אותו. השכבות נקראות K, L, M, N, O, P ו- Q.
כל קליפה יכולה להכיל מספר מסוים של אלקטרונים, כפי שמוצג בטבלה שלהלן.
| רמת אנרגיה | שכבה אלקטרונית | מספר אלקטרונים מרבי |
|---|---|---|
| 1º | ק | 2 |
| 2º | ל | 8 |
| 3º | M | 18 |
| 4º | נ | 32 |
| 5º | או | 32 |
| 6º | פ | 18 |
| 7º | ש | 8 |
לדוגמא, לאטום ההליום (He) יש מספר אטומי 2 ולכן יש לו 2 פרוטונים בגרעין. כתוצאה מכך, באלקטרוספירה של האטום ישנם שני אלקטרונים בלבד, הנמצאים בקליפה האלקטרונית הראשונה והיחידה של האטום, מעטפת K המתאימה לרמת האנרגיה הראשונה.
רמת משנה של אנרגיה
רמות האנרגיה מפלסות תת-מין, המיוצגות על ידי s, p, d, f. כל רמת משנה מכילה מספר מרבי של אלקטרונים, שהם בהתאמה 2, 6, 10 ו- 14.
בעזרת מידע זה ניתן התפלגות אלקטרונית של אטום ויודעים את המיקום של האלקטרון החיצוני והאנרגטי ביותר.
דוגמא: חנקן (N)
מספר אטומי: 7
הפצה אלקטרונית: 1 שניות2 2s2 2p3
לאטום החנקן שתי רמות אנרגיה, K ו- L, ו -7 האלקטרונים שלו תופסים את רמת המשנה s ו- p.
K: s2 = 2 אלקטרונים
L: s2 + עמ '3 = 5 אלקטרונים
שים לב כי קליפת L יכולה להכיל עד 8 אלקטרונים, אך באטום החנקן ישנם 5 אלקטרונים בלבד בקליפה זו.
מסלולים אטומיים
אורביטלים מאפיינים את האזור הסביר ביותר למצוא אלקטרון ברמת משנה אנרגטית (s, p, d, f) במעטפת אלקטרונית (K, L, M, N, O, P, Q).
- רמת משנה: כוללת מסלול אחד המכיל עד 2 אלקטרונים
- p רמת משנה: יש 3 אורביטלים המאכלסים עד 6 אלקטרונים
- רמת משנה d: כוללת 5 אורביטלים המאכלסים עד 10 אלקטרונים
- רמת משנה f: כוללת 7 מסלולים שמאכלסים עד 14 אלקטרונים
שימוש בחנקן שוב כדוגמא והפצת 7 האלקטרונים שלו במסלולים אטומיים היינו:
סוגי אטומים
בהתבוננות במספר הפרוטונים, הנויטרונים והאלקטרונים אנו יכולים להשוות אטומים ולסווג אותם ל איזוטופים, איזובארים ו איזוטונים.
ניתן להגדיר יסוד כימי כקבוצת אטומים עם אותו מספר פרוטונים. אטומים אלה נקראים איזוטופים מכיוון שיש להם מספר אטומי זהה ומסות שונות.
לדוגמא, בטבע ישנם 3 איזוטופים של היסוד מימן (H): פרוטיום , דאוטריום
וטריטיום
.
ניתן לסווג אטומים של יסודות כימיים שונים כאיזוטונים כאשר יש להם מספרים אטומים שונים ומסה, אך אותו מספר של נויטרונים.
איזוברים הם אטומים של יסודות שונים, כלומר, יש להם מספר אטומי שונה, אך אותו מספר מסה.
קרא עוד אודות איזוטופים, איזוברים ואיזוטונים.
מודלים אטומיים (מודלים אטומיים)
הפילוסוף היווני אריסטו (384 א. Ç. - 322 א. ג) ניסה להסביר את החיבור של כל החומרים מהיסודות אדמה, אוויר, אש ומים.
דמוקריטוס (546 א. C - 460 א. ג), מדען ומתמטיקאי יווני, ניסח את הרעיון שיש גבול לקטנות החלקיקים. הוא אמר שהם יהפכו כל כך קטנים שלא ניתן היה לחלק אותם יותר. הוא כינה את החלקיק הזה "אטום".
במשך רוב המאה ה -19, זה היה המודל האטומי של דלתון, מדען אנגלי, שהציע את תיאוריית האטום, שהייתה הרבה מעבר למחשבתם של הקדמונים.
תיאוריה זו אמרה כי כל החומרים מורכבים מחלקיקים קטנים שאינם ניתנים לחלוקה הנקראים אטומים, שיהיו כמו כדורי ביליארד. ככל שהתקדמו מחקרים על מבנה החומר, התגלה כי האטום נוצר על ידי חלקיקים קטנים אחרים הנקראים חלקיקים תת אטומיים.
עם גילוי האלקטרון, תומסון הוא גיבש את המודל המכונה פודינג המוני, שתיאר את האטום ככדור חיובי עם אלקטרונים טעונים שליליים המוטבעים על פניו.
באמצעות ניסויים הפיזיקאי רתרפורד מצא כי האטום כולל חללים ואלקטרונים סביב גרעין קטן ביותר וחיובי. לפיכך, הציע רתרפורד את המודל הגרעיני לייצג את האטום.
בוהר שיפר את המודל שהציע רתרפורד בכך שהוא מצא כי אלקטרונים אינם מסתובבים סביב הגרעין באופן אקראי, אלא במסלולים ספציפיים. מודל זה נודע כפלנטריום.
קרא גם על:
- מודלים אטומיים
- מודל האטום של תומסון
- המודל האטומי של בוהר
- מודל אטומי של רתרפורד
- אבולוציה של מודלים אטומיים
