מצגת חזרה

2 מבנה כללי של אטומים – שקופית 3 גרעין האטום – שקופית

6 האלקטרונים באטום- שקופית - 13 הקשר בין סידור האלקטרונים באטום למיקומו בטבלה המחזורית – שקופית

16 אנרגיית יינון – שקופית 22 המשפחות בטבלה המחזורית – שקופית

25 יונים – שקופית 30 רדיוס אטומי )ורדיוס יוני העשרה( – שקופית

נושאי המצגת:

מבנה האטום והטבלה המחזורית

1

קישור לשיעור על מבנה האטום,http://www.concord.org/

activities/atomic-structure

קישור לסימולציה על רדיוס אטומי ויוני, המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן

למדע

קישור לסימולציה על רדיוסים אטומים ויוניים,

המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן למדע

אזור עם סיכוי פגיעה גדול

אזור עם סיכוי

פגיעה קטןסימולציות:

סימולציה לבניית אטומים ויונים, מט"ח

האטום

באיור מיוצג אטום הליום.דוגמה: נויטרונים 2 פרוטונים ו-2בגרעין האטום נמצאים

אלקטרונים2מסביב, ברוב נפח האטום, נעים

2+

A0

מבנה כללי של האטום

2

גרעין האטום, מספר מסה, מספר אטומי

3

הגרעין מכיל פרוטונים )בעלי מטען חשמלי חיובי( ונויטרונים )חסרי מטען חשמלי(.

מסת לעומת הגרעין מרכז בתוכו את רוב המסה של האטום )מסת האלקטרון זניחה הפרוטון והנויטרון(.

ואת מספר האלקטרונים )מספר הפרוטונים בגרעין קובע את סוג האטום )היסוד.הניטרליבאטום

הגרעין הוא בעל מטען חשמלי חיובי כמספר הפרוטונים שבו.

.: מספר הפרוטונים הנמצאים בגרעיני האטומים של יסודמספר אטומי

לכל יסוד יש מספר אטומי המאפיין רק אותו.

: מספר הפרוטונים והנויטרונים בגרעין האטום. מספר מסה

נהוג לייצג איזוטופים בדרך הבאה:

Na23

11

מספר מסה

מספר אטומי הסבר:

. 11שווה למספר האטומי והוא: מספר הפרוטונים

.11 שווה למספר הפרוטונים, ולכן גם הוא: ניטרליבאטום מספר האלקטרונים

, כי הוא ההפרש בין מספר המסה למספר האטומי: 12שווה ל-מספר הנויטרונים 12=23-11

סימולציה לבניית אטומים

4

סימולציה לבניית אטומים, מט"ח

שאלה:

.אטומיםהתחברו לסימולציה בקישור הנתון, לכרטיסייה לבניית

הבאים:האטומיםא. בנו את שלושת

I. Mg II. Ne III. Cl

הנ"ל:האטומיםב. השלימו את הטבלה הבאה עבור

מספר מספר מסהאטומי

מספר אלקטרונים

מספר נויטרונים

מספר פרוטונים

האיזוטופ

: אטומים של אותו יסוד המכילים מספר זהה של פרוטונים, אך מספר איזוטופיםשונה של נויטרונים.

:דוגמה: למימן שלושה איזוטופים

H1

1H

2

1H

3

1:1שאלה

בעבור כל אחד מהאיזוטופים של המימן, רשמו כמה פרוטונים, כמה .אלקטרונים וכמה נויטרונים יש לו

גרעין האטום, איזוטופים

5

:1שאלה

בעבור כל אחד מהאיזוטופים של המימן, רשמו כמה פרוטונים, כמה .אלקטרונים וכמה נויטרונים יש לו

תשובה:

H1

1H

2

1H

3

1

פרוטון 1אלקטרון 1נויטרונים 2

פרוטון 1אלקטרון 1נויטרונים 1

פרוטון 1אלקטרון 1נויטרונים 0

איזוטופים

6

האלקטרונים באטום וחוק קולון

7

נמצא ביחס הפועל בין שני חלקיקים טעונים( F)כוח המשיכה החשמליחוק קולון : ( ביניהם. (rוביחס הפוך לריבוע המרחק ( q1,q2 )ישר לגודל מטענם החשמלי

:הפיזיקליתאפשר לחשב את הכוח על ידי הנוסחה

התלמידים אינם נדרשים להכיר את הנוסחה או לחשב על פיה. עליהם להכיר את הקשרים שהיא מבטאת בין הגדלים: כוח משיכה חשמלי, מטען ומרחק.

האלקטרונים השליליים באטום מוחזקים על ידי הגרעין החיובי בכוח משיכה חשמלי.

כוח המשיכה בין האלקטרונים לגרעין, על פי חוק קולון: .יגדל ככל שהמטען החיובי בגרעין יגדלא. כוח המשיכה

כלומר, ככל שיהיו בגרעין יותר פרוטונים.. יקטן ככל ש"המרחק" בין אלקטרון כלשהו לגרעין יגדלב. כוח המשיכה

221

r

qqkF

2+

אטום הליום He

3+

Liאטום ליתיום

רמות אנרגיה ואורביטלים

8

: כמות אנרגיה מוגדרת שיש לכל אלקטרון באטום. ככל שרמת האנרגיה רמת אנרגיה של האלקטרון באטום גבוהה יותר, ההסתברות להימצאותו בקרבת הגרעין קטנה יותר.

בעל אורביטל אלקטרון למציאת הסיכוי את המתארת מוגדרת, מרחבית צורה :שונות )ראו איור(.בצורות גאומטריות אורביטליםבאטום. יש כלשהי אנרגיה

פי על כי להבין ובכימיה, תאוריות חשוב בפיזיקה את אי-אפשרמתקדמות להציג הסיכוי על להצביע ורק אך אפשר מוגדר. במסלול הנע כחלקיק האלקטרון

)ההסתברות( למצוא את מיקומו בסביבת הגרעין.העשרה. ל השונים. הם מובאים כאן האורביטליםאין צורך להכיר את צורות

בצורות שונות. הצורות תלת-ממדיות.אורביטלים

האטום. מבנה על לשיעור הקישור על הקליקו השיעור כולל הדמיות וסימולציות הממחישות את מבנה האטום. )אחרי שהתחברתם לקישור, לחצו

הכפתור להורדת Download & Launchעל התוכנה והמתינו מעט(.

שפת האתר אנגלית קלה )כתיבה ודיבור(.

:2שאלה התמונה המוצגת היא דימוי לאורביטל. הסבירו.

רמות אנרגיה ואורביטלים

9

www.concord.orgקישור לשיעור על מבנה האטום,

לוח קליעה למטרה

אזור עם סיכוי פגיעה גדול

אזור עם סיכוי פגיעה קטן

:2שאלה התמונה המוצגת היא דימוי לאורביטל. הסבירו.

תשובה:צים במטרה. הסיכויים הגדולים Kהתמונה מייצגת את מפת הסיכויים של פגיעות ח

ביותר לפגיעה הם במרכז המטרה, לשם מכוונים הזורקים. ככל שמתרחקים ממרכז המטרה, הסיכויים לפגיעת החצים במטרה הולכים וקטנים.

האורביטל הוא מפת הסיכויים המרחבית למצוא את האלקטרון באטום.גם כאן, באורביטל בעל צורה כדורית ואנרגיה נמוכה, הסיכויים למצוא את

האלקטרון קרוב לגרעין גדולים, וככל שמתרחקים מהגרעין הם הולכים וקטנים.

10

www.concord.orgקישור לשיעור על מבנה האטום,

הקליקו על הקישור לשיעור על מבנה האטום. השיעור כולל הדמיות וסימולציות הממחישות את מבנה האטום. )אחרי שהתחברתם לקישור, לחצו

להורדת Download & Launchעל הכפתור התוכנה והמתינו מעט(.

שפת האתר אנגלית קלה )כתיבה ודיבור(.

רמות אנרגיה ואורביטלים

לוח קליעה למטרה

אזור עם סיכוי פגיעה גדול

אזור עם סיכוי פגיעה קטן

לאותם נשמעים אינם תת-אטומיים חלקיקים . כמו הגופים הגדוליםפיזיקלייםחוקים

לקבל יכולה באטום האלקטרון שאנרגיית נמצא רק כמה ערכים מוגדרים בלבד.

האנרגיות הן – אנרגיה ה”מותרות” רמות .לאלקטרונים באטום

לרמות דומה חלוקה שונים יסודות של לאטומים .אנרגיה

ברמות אלקטרונים לאכלוס “האפשרויות” מספר , ראו בגרף. )2,8,8,18האנרגיה הראשונות הן: )

רמות את מאכלסים האלקטרונים היסוד, במצב יותר גבוה סיכוי קיים בהם הנמוכות, האנרגיה

למצוא את האלקטרונים קרוב לגרעין.

אנרגיה

2

8

8

18

11

רמות אנרגיה באטום

:3שאלה רשמו את סידור האלקטרונים באטומים הבאים:

6C 10Ne 13Al 19K

סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה

12

היסודות הראשונים. בהמשך 20יש לדעת את הסידור האלקטרוני המפורט של הלימוד נסביר כיצד נקבע את סידור האלקטרונים של יסודות בעלי מספר אטומי

גדול מסידן. 20Ca – 2 , 8 , 8 , 2 סידור האלקטרונים המפורט של אטום הסידן הוא: דוגמה:

:3שאלה רשמו את סידור האלקטרונים באטומים הבאים:

6C 10Ne 13Al 19K

תשובה:

6C - 2, 4

10Ne - 2, 8

13Al - 2, 8, 3

1 ,8 ,8 ,2 - 19K

סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה

13

היסודות הראשונים. בהמשך 20יש לדעת את הסידור האלקטרוני המפורט של הלימוד נסביר כיצד נקבע את סידור האלקטרונים של יסודות בעלי מספר אטומי

גדול מסידן. 20Ca – 2 , 8 , 8 , 2 סידור האלקטרונים המפורט של אטום הסידן הוא: דוגמה:

הטבלה המחזורית היא טבלה שהאטומים מסודרים בה בטורים ובשורות על פי מספר אטומי עולה. אפשר ללמוד ממנה על סידור האלקטרונים באטום.

החיצונית של בטבלה המחזורית מתאים למספר רמת האנרגיהמספר השורה אלקטרוני הערכיות מתאים למספר מספר הטורהאלקטרונים באטום נתון.

)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.

14

Na11

0.23

B5

8.10

H1

0.1

Li3

9.6Be

4

0.9

He2

0.4

Ne10

2.20

Xe54

3.131

Ar18

0.40

Kr36

8.83

P15

0.31

Rn86

)222(

F9

0.19

Cl17

5.35

Br17

5.35

I53

9.126

At85

)210(

O8

0.16

S16

1.32

eS34

0.79

Te52

6.127

Po84

)210(

N7

0.14

Ba56

3.137

As33

9.74

Sb51

8.121

Pb82

2.207 Bi83

0.209

C6

0.12

Si14

1.28

Ge32

6.72

Sn50

7.118

Al13

0.27

Ga31

7.69

In49

8.114

Tl81

4.204

Mg12

3.24

Ca20

1.40

Sr38

6.87

Cs55

9.132

K19

1.39

Rb37

5.85

ראשונה

שנייה

שלישית

רביעית

חמישית

שישית

8

765432

1

טבלה מחזורית שמיוצגים בה שמונת הטורים החשובים לסידור האלקטרונים. גוש מתכות המעבר

.חסררמת :

אנרגיה

מס' הטור:

הטבלה המחזורית וסידור אלקטרונים

הם האלקטרונים הנמצאים ברמה החיצונית באטום. מספרם נע בין אלקטרוני הערכיות .8 ל-1

4:שאלה

א. רשמו כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטומים הבאים ובאיזו רמת אנרגיה הם נמצאים:

Ga , I Na , Al , P , Cl ,

אלקטרוני ערכיות

15

תשובה:Na ברמה שלישית1: אלקטרון

Ne: 8אלקטרונים ברמה שנייה As: 5אלקטרונים ברמה רביעית Cl: 7אלקטרונים ברמה שלישית Ga: 3אלקטרונים ברמה רביעית I: 7אלקטרונים ברמה חמישית

אלקטרוני ערכיות

16

4:שאלה

א. רשמו כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטומים הבאים ובאיזו רמת אנרגיה הם נמצאים:

Ga , I Na , Al , P , Cl ,

אנרגיית יינון

17

.היא האנרגיה שיש להשקיע כדי להוציא אלקטרון מאטום בודדאנרגיית היינון

: )על פי חוק קולון(הגורמים הקובעים את גודל אנרגיית היינון

ככל שהמטען החשמלי של הגרעין חיובי יותר )יש בו יותר פרוטונים( : מטען הגרעין 1.

אנרגיית היינון גבוהה יותר.

: רמת האנרגיה שממנה יצא האלקטרון: ככל "מרחק" האלקטרון מהגרעין . 2

ש"המרחק"

גדול יותר )הרמה של האלקטרון גבוהה יותר( אנרגיית היינון נמוכה יותר.:5שאלה

.נמקובכל זוג אטומים, למי תהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר?

36Kr , 37Rb ג. 17Cl, Ar18 ב. 11Na, K 19 א.

רמז: תחילה רשמו את סידור האלקטרונים באטומים, ואחר כך תנו דעתכם ל"מרחק" האלקטרון )הרמה( מהגרעין לגורמים המשפיעים על אנרגיית היינון.

השפעה גדולה יותר מאשר לגודל המטען החיובי של הגרעין.

תשובה: .2,8,8,1 ; סידור האלקטרונים באשלגן – 2,8,1: סידור האלקטרונים בנתרן – סעיף א'

האלקטרון שיוצא הוא אלקטרון הערכיות הבודד. אמנם המטען החיובי בגרעין האשלגן גדול יותר, אבל אלקטרון הערכיות שלו נמצא ברמת אנרגיה גבוהה יותר )"רחוק יותר"

מהגרעין(.אנרגיית ינון לנתרן ת היינון שלו נמוכה יותר. יל"מרחק" השפעה גדולה יותר ולכן אנרגי

גבוהה יותר! . 2,8,8 ; סידור האלקטרונים בארגון – 2,8,7: סידור האלקטרונים בכלור – סעיף ב'

בשניהם יצא האלקטרון מאותה רמת אנרגיה )אותו "מרחק"(, אך מטען הגרעין של גבוהה יותר. ארגון ארגון חיובי יותר, בעל יותר פרוטונים, ולכן אנרגיית היינון של

אלקט' ערכיות ברמת האנרגיה הרביעית.8: לקריפטון יש סעיף ג' אלקט' ערכיות ברמת האנרגיה החמישית.1 לרובידיום יש

האלקטרון בקריפטון יוצא מרמת אנרגיה נמוכה יותר )ממקום "קרוב" יותר לגרעין( ואף שמטען הגרעין החיובי שלו קטן יותר, כוח המשיכה של הגרעין את האלקטרונים חזק

גבוהה יותר.קריפטוןיותר. אנרגיית היינון של

:5שאלה

.נמקו תהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר? למיבכל זוג אטומים,

36Kr , 37Rb ג. 17Cl, Ar18 ב. 11Na, K 19 א.

18

רמז: תחילה רשמו את סידור האלקטרונים באטומים, ואחר כך תנו דעתכם ל"מרחק" האלקטרון )הרמה( מהגרעין לגורמים המשפיעים על אנרגיית היינון.

השפעה גדולה יותר מאשר לגודל המטען החיובי של הגרעין.

אנרגיית יינון

: 6שאלה

20נתון גרף אנרגיות היינון הראשונות של היסודות הראשונים בטבלה המחזורית.

.I מיהם היסודות הנמצאים בשיאי העקומה הסבירו.?ובשקעי העקומה

.II?מדוע השיאים והשקעים בגרף במגמת ירידה

.IIIה באנרגיית י מדוע יש מגמה כללית של עלי ועד היסוד 3היינון מהיסוד שמספרו האטומי

?10שמספרו האטומי 10

היסודות הראשונים בטבלה20גרף אנרגיות היינון של

19

k.j אנרגיה

מספר אטומי

תשובה:.I בטבלה המחזורית. הם בעלי 8מטור הגזים האצילים בשיאי העקומות נמצאים

אנרגיית היינון הגבוהה ביותר בשורה כי מטען הגרעין שלהם הגדול ביותר בשורה. )האלקטרון יוצא מאותה רמה בכל יסודות השורה(.

. הם בעלי אנרגיית היינון הנמוכה ביותר כי 1יסודות טור בשקעי העקומה נמצאים אלקטרון הערכיות שלהם מרוחק מהגרעין ומטען הגרעין שלהם נמוך יחסית.

.II מגמת הירידה של השיאים והשקעים נובעת מהעלייה ברמת האנרגיה שממנההאלקטרון יוצא )מעליית ה"מרחק" של אלקטרון הערכיות מן הגרעין החיובי(.

למעשה, זו מגמת הירידה של אנרגיית היינון בטורים..III מגמת העלייה נובעת מכך שכל האטומים בטווח זה הם באותה שורה ולכן

האלקטרון שלהם יוצא מאותה רמת אנרגיה, אך כידוע, מטען הגרעין החיובי גדל עם העלייה במספר האטומי, ולכן המשיכה של הגרעין את האלקטרונים גדלה.

20

מספר אטומי

: 6שאלה

היסודות 20נתון גרף אנרגיות היינון הראשונות של הראשונים בטבלה המחזורית.

.I מיהם היסודות הנמצאים בשיאי העקומה ובשקעי הסבירו.?העקומה

.II?מדוע השיאים והשקעים בגרף במגמת ירידה

.IIIה באנרגיית היינון י מדוע יש מגמה כללית של עלישמספרו 10 ועד היסוד 3מהיסוד שמספרו האטומי

?10האטומי

היסודות הראשונים בטבלה20גרף אנרגיות היינון של

כי האלקטרון יוצא מרמת אנרגיה נמוכה אנרגיית היינון עולה עם העלייה בטור יחסית, “קרובה יותר” )למרות הירידה במטען הגרעיני(.

כי האלקטרונים יוצאים מאותה רמה )“מרחק”( אבל אנרגיית היינון עולה בשורה .המטען הגרעיני גדל

בתחילת כל שורה האנרגיה נמוכה. שינוי אנרגיית היינון בטבלה הוא מחזורי. היא עולה לאורך השורה עד סופה, ושוב צונחת בחדות בתחילת השורה החדשה.

אנרגיית היינון והטבלה המחזורית

21

2

1

3 4 5 6 7

8

אנרגיית ינון עולה

הל

עון

נו י

תיי

רגאנ

בשל דרך השינוי של אנרגיית היינון לאורך הטבלה ולרוחבה, וכן בשל הנטייה של האטומים לקבל אלקטרונים )זיקה אלקטרונית(, נוצר בטבלה המחזורית אלכסון המחלק אותה לאזור שבו אנרגיית היינון נמוכה וגם הנטייה לקבל אלקטרונים נמוכה, ולאזור שבו אנרגיית היינון גבוהה וגם הנטייה לקבל אלקטרונים גבוהה. עובדה זו מסבירה את ההתנהגות הכימית של

היסודות.

באזור הכחול )התחתון השמאלי(, אנרגית היינון נמוכה והנטייה לקבל אלקטרונים נמוכה.

באזור האדום )העליון הימני( אנרגית היינון גבוהה והנטייה לקבל אלקטרונים גבוהה.

אנרגיית היינון היא הגבוהה ביותר, אך הנטייה לקבל אלקטרונים נמוכה, כי 8בטור האלקטרון ייכנס לרמה חדשה, רחוקה מהגרעין. כוח המשיכה של הגרעין אינו חזק

מספיק כדי להחזיקו.

האלכסון בטבלה המחזורית

22

אנרגיית ינון עולה

2

1

3 4 5 6 7

8

Na11

0.23

B5

8.10

H1

0.1

Li3

9.6Be

4

0.9

He2

0.4

Ne10

2.20

Xe54

3.131

Ar18

0.40

Kr36

8.83

P15

0.31

Rn86

)222(

F9

0.19

Cl17

5.35

Br17

5.35

I53

9.126

At85

)210(

O8

0.16

S16

1.32

eS34

0.79

Te52

6.127

Po84

)210(

N7

0.14

Ba56

3.137

As33

9.74

Sb51

8.121

Pb82

2.207 Bi83

0.209

C6

0.12

Si14

1.28

Ge32

6.72

Sn50

7.118

Al13

0.27

Ga31

7.69

In49

8.114

Tl81

4.204

Mg12

3.24

Ca20

1.40

Sr38

6.87

Cs55

9.132

K19

1.39

Rb37

ה5.85ל

עון

נו י

תיי

רגאנ

אנרגיית יינון נמוכה.

נטייה נמוכה לקבל אלקט'

אנרגיית יינון .גבוהה

נטייה גבוהה 'לקבל אלקט

טבלה מחזורית מלאה ושמות המשפחות

23

המשפחות בטבלה: והצבועים מתכות: לאלכסון, ומתחת משמאל הנמצאים היסודות כל תכלת רוב בגוני .

וחום חשמל מוליכות מבריקות, הבולטות: תכונותיהן מתכות. הם הקיימים היסודות וניתנות לריקוע.

. אל-מתכות בגוני ורוד כל היסודות הנמצאים מימין ומעל האלכסון והצבועים אל-מתכות:הן כל היסודות שלא הוגדרו מתכות מבחינת תכונותיהם.

. הם בעלי רמה חיצונית מלאה באלקטרונים. הם אינם נוטים 8 יסודות טור גזים אצילים:גזים בתור תמיד מופיעים הם תרכובות. יוצרים ואינם אלקט', למסור או אלקט' לקבל

.חד-אטומיים. הם מופיעים בתור מולקולות דו-אטומיות.7 יסודות טור הלוגנים:טור :אלקליותמתכות יסודות מבין 1 ביותר להגיב( )הנוטות הפעילות המתכות אלו .

המתכות.עפרוריות:מתכות טור אלקליות יסודות פחות 2 פעילות אבל פעילות, מתכות אלו מן .

.האלקליות קבוצה גדולה של מתכות, וביניהן הברזל, הנחושת, הזהב, הכסף ועוד. לא מתכות מעבר:

למדנו את הסידור האלקטרוני של היסודות בקבוצה זו, אך חשוב להכירם.

ת כו

תמ

תליו

קאל

ת ליו

קאל

תריו

רופ

ע

םלי

ציא

ם זי

ג

םני

וגהל

מתכות מעבר

לנתנידים

אקטנידים

2

1

3 4 5 6 7

8

אל- מתכות

מתכות

:7שאלה

א. דרגו את קבוצת האטומים הבאה על פי אנרגיות יינון עולות והסבירו:.Na, נתרן – O, חמצן - Beבריליום - ,Liליתיום -

ב. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של המתכות משפיעים על תכונותיהן?

ג. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של האל-מתכות משפיעים על תכונותיהן?

אנרגיית יינון

24

תשובה: הדירוג על פי אנרגיית יינון עולה משמאל לימין הוא:א.

Na < Li < Be < O

, "הרחוקה" 3הסבר: לנתרן אנרגיית היינון הנמוכה ביותר, כי האלקטרון שלו יוצא מרמה . לכן הסדר הוא על 2ביותר מן הגרעין. בשלושת היסודות האחרים האלקטרון יוצא מרמה

פי גודל המטען החיובי של הגרעין. לחמצן המטען הגרעיני הגבוה ביותר, ולכן הגרעין שלו מושך את האלקטרונים ברמה החיצונית חזק יותר מכל הגרעינים האחרים.

. מסיבה זו מתכות אנרגיית יינון נמוכה לרוב המתכות אלקטרוני ערכיות מעטים בעלי ב. יש יותר 6-4יגיבו במסירת אלקטרונים. )אמנם במתכות אשר נמצאות בתחתית טורים

אלקטרוני ערכיות, אך אלקטרוני ערכיות אלו רחוקים מהגרעין ולכן בעלי אנרגיית ינון נמוכה. .Sb)דוגמה:

לרוב האל-מתכות מספר גדול יחסית של אלקטרוני ערכיות ואנרגיית יינון גבוהה. ג.הפעילות ביותר מביניהן נוטות לקבל אלקטרונים בתגובות כימיות. )ביסודות בעלי

אלקטרוני ערכיות מעטים כמו המימן, האלקטרונים קרובים לגרעין ולכן אנרגיית היינון שלהם גבוהה(.

אנרגית יינון

25

:7שאלה

א. דרגו את קבוצת האטומים הבאה על פי אנרגיות יינון עולות והסבירו:.Na, נתרן – O, חמצן - Beבריליום - ,Liליתיום -

ב. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של המתכות משפיעים על תכונותיהן?

ג. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של האל-מתכות משפיעים על תכונותיהן?

יונים

26

.יון : אטום או קבוצת אטומים טעונים מטען חשמלי

OH-, CO3יון רב-אטומי: יון המורכב מקבוצת אטומים. לדוגמה: 2-, NH4

+

.קטיון : יון חיובי - מספר האלקטרונים בחלקיק קטן ממספר הפרוטונים

.אניון : יון שלילי - מספר האלקטרונים בחלקיק גדול ממספר הפרוטונים

. אלקטרוניםאו הוצאה של אלקטרונים יונים נוצרים מאטומים בעקבות הוספה של בתהליכים כימיים רגילים אין שינוי במספר הפרוטונים הקשורים חזק בתוך הגרעין.

יונים נפוצים, יציבים, של אטומים בודדים, יהיו לרוב בעלי היערכות אלקטרונית דמוית גז אציל. במקרה של מתכות היוצרות יונים חיוביים –אלקטרוני הערכיות יוצאים כי הם בעלי אנרגיית יינון נמוכה יחסית. במקרה של אל-מתכות היוצרות

יונים שליליים – ייכנסו אלקטרונים רק למקומות הפנויים באותה רמת אנרגיה וישלימו אותה )שם משיכת הגרעין את האלקטרונים חזקה מספיק(.

Na - 2 , 8 , 1Na+ - 2 , 8

O - 2 , 6O2- - 2 , 8

Ca - 2 , 8 , 8 , 2Ca2+ - 2 , 8 , 8

S - 2 , 8 , 6S2- - 2 , 8 , 8

דוגמאות:

מטען היון והאלכסון בטבלה המחזורית

ליסודות הנמצאים בטבלה משמאל ולמטה יש אנרגיית יינון נמוכה ונטייה נמוכה לקבל אלקטרונים. לכן הם מאבדים בקלות אלקטרונים ויוצרים יונים חיוביים.

ליסודות הנמצאים בטבלה מימין ולמעלה )בלא הגזים האציליים( יש אנרגיית יינון גבוהה ונטייה גבוהה לקבל אלקטרונים. לכן הם נוטים לקבל אלקטרונים וליצור יונים שליליים.

אנרגיית יינון גובהה ונטייה נמוכה לקבל אלקטרונים, ולכן הם אינם נוטים 8ליסודות בטור לקבל אלקטרונים או לאבד אלקטרונים. לכן, הם אינם יוצרים יונים ואינם נוטים להגיב.

2

1

3 4 5 6 7

8

Na11

0.23

B5

8.10

H1

0.1

Li3

9.6Be

4

0.9

He2

0.4

Ne10

2.20

Xe54

3.131

Ar18

0.40

Kr36

8.83

P15

0.31

Rn86

)222(

F9

0.19

Cl17

5.35

Br17

5.35

I53

9.126

At85

)210(

O8

0.16

S16

1.32

eS34

0.79

Te52

6.127

Po84

)210(

N7

0.14

Ba56

3.137

As33

9.74

Sb51

8.121

Pb82

2.207 Bi83

0.209

C6

0.12

Si14

1.28

Ge32

6.72

Sn50

7.118

Al13

0.27

Ga31

7.69

In49

8.114

Tl81

4.204

Mg12

3.24

Ca20

1.40

Sr38

6.87

Cs55

9.132

K19

1.39

Rb37

5.85

יונים שליליים

יונים חיוביים

27

+ על פי מספר אלקטרוני 3+ עד 1ייצרו יונים חיוביים מתחת לאלכסון 3-1טורים +K+, Mg2+, Ga3הערכיות שלהם )להם יש אנרגיית יינון נמוכה(. לדוגמה:

ייצרו יונים שליליים בעלי מטען כמספר "המקומות הפנויים" מעל האלכסון 7-5טורים -F-, O2- , N3ברמה החיצונית שלהם. לדוגמה:

המופיעים כגוש מתכות המעברעל פי כללים אלו, לא תוכלו לקבוע את מטען היונים של בטבלה מחזורית מלאה. את מטען היונים החיוביים שהם יוצרים אפשר למצוא בטבלת

היונים שבספר הנתונים.

1טור 2טור 3טור 4טור 5טור 6טור 7טור 8טור

1 ’אלק

2 ’אלק

3 ’אלק

4 ’אלק

5 ’אלק

6 ’אלק

7 ’אלק

8 ’אלק

+1 +2 +3-2 -1-3

יונים נפוצים ומיקומם בטבלה המחזורית

28

סימולציה לבניית יונים

29

סימולציה לבניית אטומים ויונים,

מט"ח

שאלה:

יונים.התחברו לסימולציה בקישור הנתון, לכרטיסייה לבניית

הנפוצים של האטומים הבאים:היוניםא. בנו את שלושת

I. Li II. S III. Ca

ב. השלימו את הטבלה הבאה עבור האטומים והיונים הנ"ל:

ג. ענו על דף העבודה.

מספר מספר מסהאטומי

מספר האלקטרוני

ם ביון

מספר הפרוטונים

ביון

מטען היון הנפוץ

האטום

:8שאלה

א. רשמו את נוסחת היון הנפוץ של האטומים הבאים: .S, גופרית – I, יוד - Al, אלומיניום - Ca, סידן - Na נתרן -

שרשמתם. מהיונים. רשמו את הסידור האלקטרוני של כל אחד Iב. II .מה משותף לכל הסידורים האלקטרוניים שרשמתם? הסבירו .

יונים נפוצים

30

:8שאלה

א. רשמו את נוסחת היון הנפוץ של האטומים הבאים: .S, גופרית – I, יוד - Al, אלומיניום - Ca, סידן - Na נתרן -

שרשמתם. מהיונים. רשמו את הסידור האלקטרוני של כל אחד Iב. II .מה משותף לכל הסידורים האלקטרוניים שרשמתם? הסבירו .

יונים נפוצים

31

תשובה:

.-S2, יון גופרית – -I, יון יוד – +Al3, יון אלומיניום – +Ca2, יון סידן – +Naא. יון נתרן –

ב.

+Naיון נתרן –

+Ca2יון סידן –

+Al3יון אלומיניום –

-Iיון יוד –

-S2יון גופרית –

2 , 8 , 8

2 , 8

2 , 8

אלקט' ערכיות ברמה החמישית8

2 , 8 , 8

לכל היונים יש רמת אנרגיה אחרונה מלאה, כמו לגז האציל הקרוב.

מתחת לאלכסון, 3-1היונים מטורים יצרו יונים חיוביים כי ויתרו בקלות

שלהם. כל היסודות האלקט' יחסית על מעל האלכסון השלימו 7 ו-6מטורים

רמה כי הם בעלי נטייה גבוהה לקבל אלקטרונים. מטענם החשמלי השלילי

שווה למספר המקומות הפנויים ברמתם החיצונית.

רדיוס אטומי

32

.בקירוב(נהוג לראות את האטומים כמו כדורים עגולים )

רדיוס האטום ייקבע על ידי מספר רמות האלקטרונים המאוכלסות באטום ועל פי עצמת המשיכה של הגרעין את האלקטרונים )גודל המטען הגרעיני(.

ככל שמספר הרמות המאוכלסות גדול יותר, הרדיוס גדול יותר.

ככל שהמטען החיובי של הגרעין גדול יותר והאלקטרונים מאכלסים אותה רמה, הרדיוס האטומי קטן.

:9שאלה

. כיצד משתנה הרדיוס האטומי כשיורדים בטור? הסבירו. Iא. II .כיצד משתנה הרדיוס האטומי כשמתקדמים בשורה משמאל לימין? הסבירו .

? נמקו.Br או לאטום ברום Clב. למי יהיה רדיוס אטומי גדול יותר: לאטום כלור

eH2

  

        

        

B5

8.10Li

3

9.6Be

4

0.9Ne

10

2.20F9

0.19O

8

0.16N

7

0.14C

6

0.12

Na11

0.23Ar

18

0.40P15

0.31Cl

17

5.35S16

1.32Si

14

1.28Al

13

0.27

Mg12

3.24

H1

0.1He

2

0.4

0.500.32

1.52 1.12 0.98 0.92 0.73 0.70

0.991.271.321.431.601.86

0.91

0.981.28

0

A

0.72

רדיוס אטומי ביחידות אנגסטרם

רדיוס אטומי

33

תשובה:. יש יותר רמות אלקטרונים מאוכלסות.בטור, הרדיוס האטומי גדל. כשיורדים Iא II מספר הרמות הרדיוס האטומי קטן משמאל לימין, בשורה. כשמתקדמים .

המאוכלסות זהה ולכן הגורם המשפיע הוא המטען החיובי של הגרעין. כשהמטען הגרעיני גדל, גדלה גם המשיכה של הגרעין את האלקטרונים שסביבו.

ב. לאטום הברום יהיה רדיוס אטומי גדול יותר כי יש לו עוד רמה אלקטרונית מאוכלסת.

eH2

  

        

        

B5

8.10Li

3

9.6Be

4

0.9Ne

10

2.20F9

0.19O

8

0.16N

7

0.14C

6

0.12

Na11

0.23Ar

18

0.40P15

0.31Cl

17

5.35S16

1.32Si

14

1.28Al

13

0.27

Mg12

3.24

H1

0.1He

2

0.4

0.500.32

1.52 1.12 0.98 0.92 0.73 0.70

0.991.271.321.431.601.86

0.91

0.981.28

0

A

0.72

רדיוס אטומי ביחידות אנגסטרם

:9שאלה

. כיצד משתנה הרדיוס האטומי כשיורדים בטור? הסבירו. Iא. II .כיצד משתנה הרדיוס האטומי כשמתקדמים בשורה משמאל לימין. הסבירו .

? נמקו.Br או לאטום ברום Clב. למי יהיה רדיוס אטומי גדול יותר: לאטום כלור

סימולציות לרדיוס אטומי ויוני

34

קישור לסימולציה על רדיוס אטומי ויוני,

באתר המרכז הארצי למורי כימיה, מכון

וייצמן למדע

קישור לסימולציה על רדיוסים אטומים

ויוניים, באתר המרכז הארצי למורי כימיה,

מכון וייצמן למדע

: )למתעניינים(10שאלה הסימולציות הבאות עוסקות ברדיוס אטומי וברדיוס

. רדיוס של יונים אינו בתכנית הלימודיםיוני. התבוננו בסימולציות שבעמוד זה.

א. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לקטיון? הסבירו.

ב. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לאניון? הסבירו.

סימולציות לרדיוס אטומי ויוני

35

: )למתעניינים(10שאלה הסימולציות הבאות עוסקות ברדיוס אטומי וברדיוס

. רדיוס של יונים אינו בתכנית הלימודיםיוני. התבוננו בסימולציות שבעמוד זה.

א. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לקטיון יציב? הסבירו.

ב. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לאניון יציב? הסבירו.

תשובה: לעומת רדיוס האטום של קטןא. רדיוס הקטיון, היון החיובי, היציב,

אותו יסוד. ביון, רמת אלקטרוני הערכיות החיצונית יורדת וגם מטען הגרעין מושך מספר קטן יותר של אלקטרונים. כל הרמות יורדות

באנרגיה והרדיוס קטן. לעומת האטום של אותו גדולב. רדיוס האניון, היון השלילי, היציב,

יסוד. תוספת האלקטרון/נים גורמת למצב שבו אותו מטען גרעיני מושך יותר אלקטרונים. כוח המשיכה של הגרעין נחלש והרמות

מתרחקות. לכן הרדיוס של האניון גדל.

קישור לסימולציה על רדיוס אטומי ויוני,

באתר המרכז הארצי למורי כימיה, מכון

וייצמן למדע

קישור לסימולציה על רדיוסים אטומים

ויוניים, באתר המרכז הארצי למורי כימיה,

מכון וייצמן למדע

מערכה מחזורית מלאה

36

8

765432

1

האטום בנוי מגרעין חיובי וסביבו נמצאים האלקטרונים השליליים. רוב נפח האטום

ריק!

האלקטרונים יכולים לקבל אנרגיות מסוימות בלבד, כלומר להיות ברמות אנרגיה

מסוימות בלבד.

על פי רמת האנרגיה שלהם. אי-אפשר לקבוע את באורביטלים האלקטרונים מצויים

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:

ערכות אלקטרונים, טבלה ימספר אטומי, מספר מסה, אורביטל, רמת אנרגיה, המחזורית, תכונות מחזוריות, אנרגיית יינון, רדיוס אטומי, יונים, אניון, קטיון, יונים

נפוצים )יציבים(, יון רב-אטומי

סיכום:

מבנה האטום

37