1 לביולוגיה מושגי יסוד בכימיה

השקפים הוכנו ע"י נורית לבנת לבנון

כימיה הוא תחום ידע העוסק בקשר בין אטומים

Iמבנה האטום .

(element) יסודחומר המורכב מחלקיקים אטומיים מסוג אחד בלבד.

זו הצורה הבסיסית של חומר ביקום. היסוד תופס נפח, בעל מסה ואי אפשר לפרקו לצורות אחרות של חומר

באמצעים פיזיקליים או כימיים רגילים.

מהיסוד ועד המולקולה

- ביוונית משמעו לא ניתן לחיתוך(atom) אטום

הוא החלקיק הקטן ביותר השומר על תכונות היסוד הכימי. אטוםנכיר שלושה חלקיקים תת אטומים:

( בעלי מטעם חיוביprotons )פרוטונים

(, בעלי מטען שליליelectrons )אלקטרונים

(, חסרי מטעןneutrons )נויטרונים

פרוטונים וניטרונים הם מרכיבים עיקריים בגרעין האטום

(SAU)המסה של פרוטון משמש כיחידת מסה אטומית ••SAU=Dalton על שמו של מדען אנגלי John Dalton•1 Da=1.7x10-24 grams

בגרעין האטום מצויים הפרוטונים והנייטרונים )נקראים יחד נוקלאונים(, • בקירוב ממסת האלקטרון.1840שמסתם שווה וגדולה פי

+1לפרוטון מטען חיובי המוגדר •-1לאלקטרון מטען מנוגד שווה •

באטום קובע את תכונותיו הכימיות, כלומר את מבנה האלקטרונים •הנטייה שלו להיקשר לאטומים אחרים ולמולקולות.

על פי המודל העכשווי, הנובע מתורת הקוונטים לא ניתן לייחס •לאלקטרון מיקום ומסלול מדויקים. במקום זאת מוגדר עבור כל

אלקטרון אורביטל שהוא פונקציית גל המגדירה עבור כל אלקטרון נפח בעל צורה מוגדרת שבה קיימת ההסתברות הרבה ביותר

להימצאותו.

על פי רוב תוחמים את האורביטל כנפח שבו, על פי פונקציית • מהזמן. 90%ההסתברות, ימצא האלקטרון במשך כ-

כל אורביטל יכול לאכלס עד שני אלקטרונים, כל אלקטרון בעל ספין •הופכי.

האורביטלים עצמם מסודרים ברמות אנרגיה שונות )קליפות(, כאשר •כל רמה מכילה מספר שונה של אורביטלים, על פי סדר מסוים.

אלקטרונים סובבים את הגרעין במסלולים אורביטלים בעלי נפח הקובע את מרחקם מן הגרעין:

מספר אטומי מספר הפרוטונים בגרעין של אטום נקרא(atomic number,) .והוא ייחודי לכל יסוד

Zמספר אטומי מסומן באות

( mass number) מספר מסה לכל יסוד יששהוא סכום מספר הפרוטונים והנויטרונים בגרעין האטום שלו.

Aמספר מסה מסומן-

Z= p

A= p + n

בגרעין אטום הפחמן שישה פרוטונים ושישה נויטרונים

Z=6

מהו מספר המסה?

לדוגמא:

מהו המספר האטומי?

A= p + n=12

יסודות מסוימים נבדלים זה מזה במספר הנויטרונים שלהם.

(.isotopes) איזוטופיםאילו

C12: 12לדוגמא אטום פחמן יכול להיות פחמן

C13: 13 פחמן . C14: 14 או פחמן

כל האיזוטופים של יסוד מגיבים עם •אטומים אחרים באותן דרכים.

ישנם איזוטופים הנקראים• הפולטים אנרגיה ,רדיואיזוטופים

וחלקיקים תת אטומיים אופן ספונטאני ובקצב קבוע.

דעיכה בתהליך זה, הקרוי • (,radioactive decayרדיואקטיבית )

אטום של יסוד אחד הופך לאטום של יסוד אחר.

של יסוד ( Atomic mass or atomic weightהמסה האטומית )•היא ממוצע משקלי האיזוטופים שלו על פי שכיחותם בטבע.

הפרוטונים טעונים חיובית והניטרונים כשמם הם ניטרליים, ולכן •הגרעין טעון חיובית.

מסיבה זו פועל כוח חשמלי חזק ששואף לפרק את הגרעין, אך •כנגדו פועל "הכוח החזק" אשר מושך את החלקיקים יחד.

התורה בפיזיקה שמסבירה את הכוח החזק נקראת כרומודינמיקה •קוונטית.

הניטרונים והפרוטונים עצמם בנויים כל אחד משלושה קוורקים, •שהם חלקיקים יסודיים.

הכוח החזק הוא גם זה שמחבר את הקוורקים בנוקלאונים.•

הטבלה המחזוריתהטבלה המחזורית היא שיטת מיון שהוצעה לראשונה על ידי הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלייב

( והסמל הכימי של האטומים שלהם.Zומציגה את כל היסודות לפי המספר האטומי )19במאה ה-

מספר אטומי

סמל כימי

מסה אטומית

הטבלה המחזורית

הטבלה המחזורית

)פרט 8 מתחילה עם אלקטרון אחד בקליפה החיצונית ומגיעה עד שורהכל •(- לקליפה מלאהHeל

בעלי אותו מספר אלקטרונים בקליפה החיצונית עמודההיסודות באותה •ולכן בעלי תכונות כימיות ופיסיקליות דומות

= מחזוריםשורותהטבלה מסודרת לפי =קבוצותטורים

מבנה הקליפות נובע ממשוואת שרדינגר בתורת הקוונטים. זוהי משוואה •דיפרנציאלית המקשרת בין פונקציית הגל של האלקטרונים, האנרגיה שלהם,

והפוטנציאל הגרעיני )המשיכה החשמלית של הגרעין(. הפתרונות של המשוואה בדידים, כאשר לכל פתרון מתאים מספר קליפה •

ומספר אורביטל. , ומספר האורביטלים בכל קליפה שווה 1מספר הקליפה הוא שלם המתחיל מ-•

למספר הקליפה בריבוע. שוכנים nבכל אורביטל יכולים לשכון שני אלקטרונים, כך שבסך הכול, בקליפה •

אלקטרונים.2n2עד

בנוסף, את האורביטלים נהוג לחלק לסוגים, על פי התנע הזוויתי של •האלקטרונים בהם.

הוא בעל התנע הזוויתי s. אורביטל s, p, d, fהאורביטלים מסומנים לפי הסדר: •והאנרגיה הנמוכים ביותר.

אלקטרונים. 6 המכיל שלושה אורביטלים נפרדים ולכן pאחריו • נמצאים sבטבלה המחזורית היסודות אשר האורביטל החיצוני שלהם הוא מסוג •

העמודות הימניות. 6 ב-pבשתי העמודות השמאליות, ואורביטלי 14 מכילים עד f אלקטרונים והם מתכות המעבר, ו-10 מכילים עד dאורביטלי •

אלקטרונים והם קבוצת הלנטנידים והאקטינידים.

ארגון קליפות האלקטרונים

ארגון קליפות האלקטרונים

מלאה, והם pהגזים האצילים הם העמודה הימנית ביותר, שבה קליפת •היסודות בעלי המבנה האלקטרוני היציב ביותר, והם אינם פעילים כימית.

היסודות בעמודה הצמודה אליה ובעמודה השמאלית ביותר הם הפעילים •ביותר מבחינה כימית כי מספיקה תוספת או גריעה של אלקטרון אחד כדי

להפוך אותם ליציבים.

סידור האלקטרונים באטום