חזרה על מושגי הבסיס המצגת נערכה ע"י ויצמן אורית ממצגות נחשון ומצגות של נלי פרייזונד ואילנה זוהר.

מצגת בנושא: "חזרה על מושגי הבסיס המצגת נערכה ע"י ויצמן אורית ממצגות נחשון ומצגות של נלי פרייזונד ואילנה זוהר."— תמליל מצגת:

1 חזרה על מושגי הבסיס המצגת נערכה ע"י ויצמן אורית ממצגות נחשון ומצגות של נלי פרייזונד ואילנה זוהר

2 טבלה מחזורית מלאה ושמות המשפחות
המשפחות בטבלה: מתכות: כל היסודות הנמצאים משמאל ומתחת לאלכסון, והצבועים בגוני תכלת. רוב היסודות הקיימים הם מתכות. תכונותיהן הבולטות: מבריקות, מוליכות חשמל וחום וניתנות לריקוע. אל-מתכות: כל היסודות הנמצאים מימין ומעל האלכסון והצבועים בגוני ורוד. אל-מתכות הן כל היסודות שלא הוגדרו מתכות מבחינת תכונותיהם. גזים אצילים: יסודות טור 8. הם בעלי רמה חיצונית מלאה באלקטרונים. הם אינם נוטים לקבל אלקט' או למסור אלקט', ואינם יוצרים תרכובות. הם מופיעים תמיד בתור גזים חד-אטומיים. הלוגנים: יסודות טור 7. הם מופיעים בתור מולקולות דו-אטומיות. מתכות אלקליות: יסודות טור 1. אלו המתכות הפעילות (הנוטות להגיב) ביותר מבין המתכות. מתכות אלקליות עפרוריות: יסודות טור 2. אלו מתכות פעילות, אבל פעילות פחות מן האלקליות. מתכות מעבר: קבוצה גדולה של מתכות, וביניהן הברזל, הנחושת, הזהב, הכסף ועוד. לא למדנו את הסידור האלקטרוני של היסודות בקבוצה זו, אך חשוב להכירם. מתכות אלקליות אלקליות עפרוריות גזים אצילים הלוגנים מתכות מעבר לנתנידים אקטנידים 2 1 3 4 5 6 7 8 אל- מתכות מתכות

3

4 מתכות המתכות הן שם כולל לקבוצה גדולה מאד של חומרים בעלי מאפיינים פיסיקאליים וכימיים דומים. את היסודות בטבלה המחזורית מחלקים לשתי קבוצות עיקריות מתכות ואל-מתכות. מרבית היסודות שייכים לקבוצת המתכות ( כ- 75% מכלל היסודות הן מתכות). המתכות הנפוצות ביותר הן ברזל (Fe), אלומיניום(Al), סידן(Ca), נתרן(Na), אשלגן(K) ומגנזיום(Mg). המתכות תופסות תפקיד חשוב בכל תחומי החיים.  

5 אל-מתכות אל-מתכת היא יסוד כימי החסר תכונות מתכתיות. קבוצת האל-מתכות היא קבוצה אחת מתוך שלוש המחלקות בטבלה המחזורית, יחד עם מתכות ומתכות למחצה. המחלקה כוללת בתוכה בין היתר את ההלוגנים (מלבד האסטטין) ואת הגזים האצילים. רוב האל-מתכות נמצאות בצד הימני העליון של הטבלה המחזורית. יוצא דופן הוא המימן, שמופיע בצד השמאלי העליון יחד עם המתכות האלקליות, אבל הוא מתנהג ברוב המקרים כאל-מתכת. שלא כמו מתכות, שמוליכות חשמל, רוב האל-מתכות הן מבודדות או מבודדות למחצה. אל-מתכות יכולות ליצור סריג יוני עם מתכות, או לחלופין קשר קוולנטי עם אל-מתכות ומתכות אחרות. תחמוצת של אל-מתכת יוצרת חומצה. ישנן רק 18 אל-מתכות ידועות; חלקן דו-אטומיות (מימן, חנקן, חמצן, פלואור, כלור, ברום ויוד), והשאר הן רב-אטומיות.

6 תערובת הומוגנית=אחידה תערובת הטרוגנית=בלתי אחידה
חומרים חומר שאינו טהור תערובות תערובת הומוגנית=אחידה תמיסה תערובת הטרוגנית=בלתי אחידה סינון זיקוק מגנוט אידוי כרומטוגרפיה חומר טהור יסודות מתכות זהב אל-מתכות פחמן תרכובות

7 חומר טהור תרכובות יסודות
יסוד כימי, הוא חומר המורכב מחלקיקים מסוג אחד בלבד, לא ניתן להרכיבו מחומרים אחרים, לא ניתן לפרקו או לשנותו לחומר אחר בתהליכים כימיים רגילים. תרכובת היא חומר הבנוי משני אטומים שונים או יותר, הקשורים ביניהם בקשר כימי וביחס כמותי קבוע. ניתן לפירוקו לתרכובות פשוטות יותר או ליסודות הבונים אותה. CO2 H2

8 תערובות הטרוגנית הומוגנית
הומו= אחיד, מצב שבו מספר חומרים טהורים מתערבבים יחדיו ללא אפשרות להבחין ביניהם. הטרו = שונה, מצב שבו מספר חומרים טהורים מתערבבים יחדיו וניתן להבחין בין המרכיבים השונים הבונים אותה. תמיסה – מערכת נוזלית הומוגנית של שנים או יותר חומרים טהורים, ממס ומומס. גם הממס וגם המומס יכולים להימצא בכל אחד משלושת מצבי הצבירה.

9 פעילות ממוחשבת: מעבדה ווירטואלית

10 תהליך פירוק הוא תהליך כימי. תהליך הפרדה הוא תהליך פיסיקלי.
סדר בחומרים תערובת תרכובת ניתן להפריד בין המרכיבים ולקבל כל חומר בנפרד (טהור) בעזרת תהליך הפרדה מתאים. מתפרקת לחומרים פשוטים יותר בתהליך פירוק (אנליזה). תהליך פירוק הוא תהליך כימי. תהליך הפרדה הוא תהליך פיסיקלי. בפירוק של תרכובת נוצרים חומרים חדשים בעלי הרכב ותכונות השונים מהתרכובת. לאחר ההפרדה של תערובת לא מקבלים חומרים חדשים אלא חומרים שכבר היו בתוך התערובת. אין שינוי הרכב ותכונות של החומרים בעקבות ההפרדה.

11 מצבי צבירה

12 רוב החומרים בטבע מופיעים בשלושה מצבים עיקריים: מוצק, נוזל, גז
שלושת המצבים הללו נקראים מצבי צבירה. המונח מצב צבירה נגזר מהשם:" מצב הצבר" = מצב של אוסף החלקיקים שממנו בנוי החומר. כל חומר במעבר ממצב צבירה אחד למשנהו הוא בעל טמפרטורות אופייניות, המשמשות גם כנקודות זיהוי שלו.

13 שלוש רמות ההבנה: מַקרו, מיקרו, סמל
רמות הבנה בכימיה שלוש רמות ההבנה: מַקרו, מיקרו, סמל כדי לתאר תופעה בכימיה ולהסבירה לעומק נשתמש בשלוש רמות הבנה: הרמה המַקרוסקופית – היא רמת התצפית על התופעה. היא הרמה התחושתית העוסקת במה שאפשר לראות, לחוש ולמדוד. לדוגמה: מצב צבירה וצבע אפשר לראות. טמפרטורה, pH ומוליכות חשמלית אפשר למדוד. ריח אפשר להרגיש. הרמה המִקרוסקופית – בתיאור מִקרוסקופי יש להתייחס לשלושה היבטים: סוג החלקיקים בכל חומר יש להתייחס באופן ממוקד לסוג החלקיקים הרלוונטי (אטומים, יונים, מולקולות וכו'). במצב מוצק יש להתייחס למבנה הסריג של חומר יוני/חומר מתכתי/חומר מולקולרי/ חומר אטומרי. הקשרים בין החלקיקים בתיאור מִקרוסקופי של חומרים מולקולריים יש לציין את סוג הקישור הבין מולקולרי כאשר יש בין המולקולות קשרי מימן יש לתאר בפרוט את הקשר המימני וכיצד הוא נוצר. אופני תנועה של החלקיקים (תנודה, סיבוב ומעתק). רמת הסמל – בתיאור ברמת הסמל נעשה שימוש בייצוגים חזותיים כגון שפת הכימאים (נוסחאות של חומרים וניסוח תגובות), ייצוג של מודל, שרטוט או גרף.

14 מאפייני רמת המאקרו של שלושת מצבי הצבירה:
מוצק: בעל צורה מוגדרת, ללא תנועה. הוא אינו מקבל את צורת הכלי בו הוא נמצא. נוזל: הנוזל זורם, אין לו צורה משלו. הוא מקבל את צורת הכלי בו הוא נמצא אך לא מתפשט בכל הנפח העומד לרשותו. גז: הגז זורם ומתפשט לכל הכיוונים, אין לו צורה משלו. הגז מתפשט בכל הנפח העומד לרשותו.

15 מאפייני רמת המיקרו של שלושת מצבי הצבירה:
מוצק: חלקיקי החומר מסודרים והרווחים ביניהן קטנים מאוד. לחומר במצב זה יש תנועה מוגבלת של החלקיקים- תנועה של תנודה. יש קשרים חזקים בין החלקיקים. נוזל: החלקיקים אינם מסודרים והרווח ביניהן קטן. יש תנועה של החלקיקים. קיימים קשרים בין החלקיקים, אבל חלשים מהקשרים שבמוצק. תנועת החלקיקים היא מסוג תנודה וסיבוב. גז: החלקיקים אינם מסודרים ויש רווח מאוד גדול ביניהם. יש הרבה תנועה של החלקיקים, אין קשרים בין החלקיקים. (ניתן לדחוס את חלקיקי הגז. בכלי סגור ככל שמהירות החלקיקים גבוהה יותר הם יוצרים לחץ גדול יותר). תנועת החלקיקים מסוג תנודה, סיבוב ומעתק.

16 רמות הסמל של מצבי צבירה של מים:
מוצק: שפה כימית: H2O(s) , נוזל: שפה כימית: H2O(g) גז: שפה כימית : H2O(g)

17 סרטון המתאר את המתרחש ברמת החלקיקים בשלושת מצבי הצבירה:
מצבי צבירה

18 דוגמא נוספת: מה הן תכונות המקרו, המיקרו והסמל של סוכר בטמפ' החדר?
מולקולה של סוכר מורכבת מ12 אטומי פחמן, 22 אטומי מימן ו11 אטומי חמצן. סמל- C12H22O11(s) מאקרו- (סוכר) מוצק גבישי לבן, מסיס היטב במים. מיקרו- מולקולות המורכבות מ- 12 אטומי פחמן, 22 אטומי מימן ו- 11 אטומי חמצן, המולקולות מסודרות, קשרים חזקים ביניהן והתנועה שלהן מסוג תנודה בלבד.

19 שאלה 1, סימולציה- מצבי צבירה (מהמַקרו למיקרו)
התבוננו בסימולציה המקושרת לתמונה הבאה וענו על השאלות הבאות: א. מהו התהליך המתרחש בסימולציה? ב. תארו את המתרחש ברמת המַקרו וברמת המִקרו. מצבי צבירה, מטח

20 תשובה לשאלה 1 התבוננו בסימולציה המקושרת לתמונה הבאה: א. מהו התהליך המתרחש בסימולציה. ב. תארו את המתרחש ברמת המַקרו וברמת המִקרו. תשובה : א. התהליך המתרחש הוא שינוי מצב הצבירה של חומר ממוצק לנוזל ומנוזל לגז. ב. תיאור ברמת המַקרו - תחילה נראה מוצק לבן במבנה של קובייה, המונח במרכז הכלי. במהלך החימום, הרשת מאדימה, גוש המוצק קטֵן ובו-בזמן מופיע נוזל שמתפשט ומקבל את צורת הכלי. בחימום נוסף הרשת שוב מאדימה, מופיעות בועות בנוזל וכמות הנוזל קטֵנה עד שהוא "נעלם". בד בבד עם הקטנת כמות הנוזל, מופיעים מעליו מעט "עננים" לבנים ש"נעלמים". תיאור ברמת המִקרו - רואים מולקולות חד-אטומיות של יסוד לא-מזוהה לכן אי אפשר להתייחס לקשרים הכימיים בין החלקיקים. במצב מוצק, החלקיקים סמוכים זה לזה ומתנדנדים. במצב נוזל הם מתנדנדים חזק יותר ומתרחקים מעט זה מזה. אופני התנועה בנוזל - תנודה וסיבוב. במצב גז החלקיקים נעים בתנועה אקראית, מתנגשים בקירות ואחד בשני, אופני התנועה – תנודה, סיבוב ומעתק.

21 שאלה 2, סימולציה- מצבי צבירה
התבוננו שוב בסימולציה המקושרת לתמונה: לדעתכם, מהן מגבלות המודל המובא בסימולציה? מצבי צבירה, מטח

22 תשובה לשאלה 2 התבוננו שוב בסימולציה המקושרת לתמונה:
לדעתכם, מהן מגבלות המודל המובא בסימולציה? תשובה : מגבלות המודל המובא בסימולציה הן: א. אי-אפשר לראות בסימולציה את החלקיקים מסתובבים סביב עצמם, אף על פי שבמציאות זה קורה בנוזל ובגז. ב. נראה שהתייחסו למולקולות כאל חלקיק חד-אטומי. ג. לא ברור מהו החומר. ד. בתיאור ברמת המִקרו החלקיקים גדולים ובעלי צבע. במציאות, הם הרבה יותר קטנים. ה. צבע הוא תכונה של צבר אטומים ולא של אטומים בודדים.

23 סיכום מצבי צבירה בציר טמפרטורה
התמצקות עיבוי מוצק נוזל גז התכה רתיחה המראה המראה – מעבר החומר ממצב צבירה מוצר ישירות למצב צבירה גזי לכל חומר טמפרטורת היתוך ורתיחה אופייניות לו. טמפרטורת ההיתוך והרתיחה מושפעות מחוזק הקשר בין חלקיקי החומר. ככל שהקשר חזק יותר, טמפרטורת ההיתוך או הרתיחה גבוהים יותר.

24 מה בין רתיחה לאידוי? אידוי רתיחה שינוי מצב צבירה מנוזל לגז
מתרחש בכל טמפרטורה בה יש נוזל מתרחש רק על שטח הפנים של הנוזל לא רואים בועות. שינוי מצב צבירה מנוזל לגז מתרחשת רק בטמפרטורת הרתיחה. מתרחשת בכל נפח הנוזל. רואים בועות. הבועות מכילות גז שנוצר מהנוזל.

25 הצגה גרפית של שינוי הטמפרטורה בעת הוספת אנרגיה לחומר טהור

26 הצגה גרפית של שינוי הטמפרטורה בעת הוספת אנרגיה לחומר טהור
בחימום מוצק, נוזל או גז הטמפרטורה עולה כי גוברת התנועה האקראית של החלקיקים. טמפרטורה גז נוזל+גז רתיחה טמפ’ רתיחה נוזל במהלך ההיתוך או הרתיחה הטמפרטורה נשארת קבועה. האנרגיה מושקעת בשבירת הקשרים בין המולקולות. מוצק+נוזל היתוך טמפ’ היתוך מוצק אנרגיה (K.J)

27 עקומת החימום - הסבר ניקח חומר כלשהו במצב צבירה מוצק . נתחיל לחמם . כתוצאה מהחימום תעלה הטמפרטורה שלו ,ומשמעות הדבר היא שהאנרגיה הקינטית של החלקיקים גדלה , כלומר : יש עליה בתנועת החלקיקים . כשהחומר מגיע לנקודת ההיתוך שלו , המשך החימום לא יגרום לשינוי בטמפרטורה . הסיבה לכך היא שכל האנרגיה המופקת מהחימום מושקעת בשבירת הקשרים בין חלק מהחלקיקים .כתוצאה מניתוק הקשרים , המבנה המסודר של המוצק נהרס , ומתקבל נוזל . לאחר שכל החומר ניתך וכולו הפך לנוזל , יגרום המשך החימום לעליית טמפרטורת הנוזל , כלומר : תנועת החלקיקים גדלה . כשהחומר מגיע לנקודת הרתיחה , הטמפרטורה לא ממשיכה לעלות , למרות שממשיכים לחמם . במקרה זה , מושקעת האנרגיה בשבירת כל הקשרים שבין החלקיקים , עד שהחומר כולו הופך לגז . המשך החימום יגרום לטמפרטורת אדי החומר לעלות , ולמעשה , להגדלת תנועת החלקיקים .

28 דוגמאות לחומר פחמן ארבע כלורי נקודת היתוך –c230-
נקודת רתיחה מוצק נוזל גז לחומר פחמן ארבע כלורי נקודת היתוך –c230- ונקודת הרתיחה שלו – c מה מצב הצבירה שלו ב -c00 ? תשובה : הטמפרטורה c00 נמצאת בין נקודת ההיתוך לנקודת הרתיחה ולכן החומר במצב נוזל . מה מצב הצבירה של חומר זה ב- c800 ? הטמפרטורה c800 גבוהה מנקודת הרתיחה של החומר ולכן מצב הצבירה יהיה גז .

29 שפת הכימיה יסוד- חומר המורכב מסוג אחד של אטומים ושאינו יכול להתפרק לחומר פשוט יותר. מולקולה- חלקיק המכיל שני אטומים או יותר הקשורים זה לזה בקשר כימי. כאשר האטומים זהים זה לזה, המולקולה היא יסוד (S8, H2) כאשר האטומים שונים זה מזה, המולקולה הנה תרכובת (CO2, H2O) NXn א. ספרת אינדקס: מראה כמה אטומים של יסוד כלשהו נמצאים במולקולה של החומר. שינוי בספרת האינדקס משמעותו, שינוי בחומר (CO2 לעומת CO). ב. ספרת המקדם: ספרה גדולה N שנרשמת משמאל לסימול היסוד. ספרה זו מראה כמה חלקיקים מהסוג הנתון, הרשום לאחר המקדם, משתתפים בתגובה כימית.

30 חובה ללמוד בע"פ!! יסודות מולקולריים:
ישנם מספר יסודות אשר באופן טבעי נמצאים כמולקולות דו אטומיות, הבנויות משני אטומים של היסוד הקשורים זה לזה. יסודות אלה הם: מימן H2 חנקן N2 חמצן O2 פלואור F2 כלור Cl2 ברום Br2 יוד I2. S8 P4 חובה ללמוד בע"פ!!

31 מגיבים תוצרים ניסוח ואיזון תגובות החומרים שהתקבלו בתום התהליך.
החומרים שהוכנסו לכלי לפני התרחשות התהליך. כללים לאיזון משוואות כימיות: 1. נסח תחילה את התגובה כשהמגיבים משמאל לחץ והתוצרים מימין לחץ. 2. אזן את המשוואה על פי חוק שימור החומר – מספר האטומים מכל סוג שהוא במגיבים שווה למספר האטומים בתוצרים. 3. באיזון תגובה ניתן לשנות רק את ספרת המקדם, ואין משנים את הרכב המולקולות. כך נשמר סימול החומרים שהיו בניסוח. מקדמים אלו מכונים מקדמים סטויכיומטרים. 4. רצוי להתחיל עם המולקולה המורכבת ביותר ואת איזון היסודות רצוי להשאיר לסוף. 5. בדוק את עצמך על ידי ספירת האטומים בתוצרים ובמגיבים.

32 מבנה האטום הנושאים: סרטונים וסימולציות: מבנה כללי של אטומים
גרעין האטום האלקטרונים באטום הקשר בין סידור האלקטרונים באטום למיקומו בטבלה המחזורית אנרגיית יינון המשפחות בטבלה המחזורית יונים רדיוס אטומי סרטונים וסימולציות: סימולציה, רדיוסים אטומים ויוניים, המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן למדע סימולציה, רדיוס אטומי ויוני, המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן למדע סימולציה לבניית אטומים ויונים, מטח סרטון - האורביטלים באטום סרטון - מבנה האטום

33 האטום מבנה כללי של האטום
האטום הוא החלקיק היסודי שהחומרים בנויים ממנו. כל אטום מורכב משלושה סוגי חלקיקים תת-אטומיים הנבדלים זה מזה במטענם החשמלי ובמסתם. כל האטומים בנויים מגרעין חיובי קטן מאוד, המכיל את הפרוטונים והנויטרונים. האלקטרונים השליליים נעים ברוב נפח האטום, סביב הגרעין. באטום ניטרלי, מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים. האטומים של יסודות שונים נבדלים זה מזה במספר הפרוטונים בגרעין. אפשר לומר שמספר הפרוטונים בגרעין קובע את סוג היסוד. האטומים נתפסים כבעלי מבנה כדורי. גודלם נמדד ביחידות אנגסטרם (10-8ס"מ). 2+ דוגמה: באיור מיוצג אטום הליום. בגרעין האטום נמצאים 2 פרוטונים ו-2 נויטרונים מסביב, ברוב נפח האטום, נעים 2 אלקטרונים

34 גרעין האטום, מספר מסה, מספר אטומי
הגרעין מכיל פרוטונים (בעלי מטען חשמלי חיובי) ונויטרונים (חסרי מטען חשמלי). הגרעין מרכז בתוכו את רוב המסה של האטום (מסת האלקטרון זניחה לעומת מסת הפרוטון והנויטרון). מספר הפרוטונים בגרעין קובע את סוג האטום (היסוד( ואת מספר האלקטרונים באטום הניטרלי. הגרעין הוא בעל מטען חשמלי חיובי כמספר הפרוטונים שבו. מספר אטומי : מספר הפרוטונים הנמצאים בגרעיני האטומים של יסוד. לכל יסוד יש מספר אטומי המאפיין רק אותו. מספר מסה : מספר הפרוטונים והנויטרונים בגרעין האטום. נהוג לייצג איזוטופים בדרך הבאה: מספר מסה Na 23 11 מספר אטומי הסבר: מספר הפרוטונים שווה למספר האטומי והוא: 11. מספר האלקטרונים באטום ניטרלי שווה למספר הפרוטונים, ולכן גם הוא: 11. מספר הנויטרונים שווה ל-12, כי הוא ההפרש בין מספר המסה למספר האטומי: 12=23-11

35 גרעין האטום, איזוטופים, שאלה 1
איזוטופים: אטומים של אותו יסוד המכילים מספר זהה של פרוטונים, אך מספר שונה של נויטרונים. דוגמה: למימן שלושה איזוטופים: 1 2 3 H H H 1 1 1 שאלה 1: בעבור כל אחד מהאיזוטופים של המימן, רשמו כמה פרוטונים, כמה אלקטרונים וכמה נויטרונים יש לו.

36 תשובה לשאלה 1 שאלה 1: בעבור כל אחד מהאיזוטופים של המימן, רשמו כמה פרוטונים, כמה אלקטרונים וכמה נויטרונים יש לו. תשובה: 1 2 3 H H H 1 1 1 1 פרוטון 1 אלקטרון 0 נויטרונים 1 פרוטון 1 אלקטרון 1 נויטרונים 1 פרוטון 1 אלקטרון 2 נויטרונים

37 קרינה רדיואקטיבית תוספת לפרק מבנה האטום נושאי השיעור
מהי קרינה? (הרחבה) סוגים של קרינה רדיואקטיבית חדירות קרינה השינוי במבנה החומר בעקבות פליטת קרינה מסוגים שונים סמל אזהרה לחומר רדיואקטיבי

38 הקרינה האלקטרומגנטית (הרחבה)
קרינה היא אחת הצורות של העברת אנרגיה. קרינה לא זקוקה לתווך חומרי כדי לעבור דרכו, היא עוברת גם ברִיק. הקרינה האלקטרומגנטית היא בעלת אופי דוּאָלִי (כפול). היא מתוארת ע"י שני מודלים: מודל חלקיקי ומודל גלי. לכל קרינה אלקטרומגנטית תכונות מסוימות שאותן ניתן להסביר בעזרת המודל החלקיקי ותכונות אחרות שאותן ניתן להסביר בעזרת המודל הגלי. המודל החלקיקי: מתייחס לקרינה האלקטרומגנטית כאל זרם של חלקיקים קטנים, נושאי אנרגיה, הנעים בקווים ישרים במהירות גדולה מאוד. חלקיקים אלו נקראים פוֹטוֹנִים והם נעים במהירות האור. המודל הגלי: מתייחס לקרינה אלקטרומגנטית כהפרעה חשמלית ומגנטית מחזורית, או כגל היוצא ממקור מסוים ומתפשט במרחב. קרינה אלקטרומגנטית במודל של גל- יוטיוב

39 אורך גל (הרחבה) אורך גל, λ אנרגית גל, E
כאשר נתייחס לקרינה אלקטרומגנטית כגל, המרחק בין כל שני שיאים של הגל (או שני שקעים) נקרא אורך הגל של הקרינה. אורך הגל מסומן באות היוונית λ והוא נמדד ביחידות אורך כמו מטר, ס"מ וכו'. אורך גל λ אנרגית גל, E יש יחס הפוך בין אורך הגל לאנרגיה של הגל. ככל שאורכי הגל של הקרינה קצרים יותר, אנרגיית הקרינה גדולה יותר. לדוגמה: לקרינת גמא יש אורך גל קצר מאד ואנרגיה גבוהה מאד. לקרינת רדיו יש אורך גל ארוך מאד ואנרגיה נמוכה מאד. 39

40 הספקטרום האלקטרומגנטי (הרחבה)
הספקטרום האלקטרומגנטי הוא אוסף כל הגלים האלקטרומגנטיים בכל אורכי הגל האפשריים. מקרינת γ (גמא), בעלת אורכי הגל הקצרים ביותר, אל קרינת הרנטגן (קרני X), הקרינה העל- סגולה (אולטרה סגולה), התחום הנראה, הקרינה התת- אדומה (אינפרא אדומה), גלי המיקרו וגלי הרדיו- בעלי אורכי הגל הארוכים. גלי מיקרו דר' יואב יאיר, המסע המופלא אל החלל, המרכז לטכנולוגיה חינוכית (מטח) אנרגיה נמוכה אנרגיה גבוהה

41 קרינה רדיואקטיבית ואיזוטופים רדיואקטיביים
קרינה רדיואקטיבית היא קרינה הנפלטת באופן ספונטני (עצמוני) מגרעיני יסודות שהם איזוטופים לא יציבים. איזוטופים לא יציבים, רדיואקטיביים, הם כאלה שבגרעיניהם יש מספר פרוטונים ונויטרונים לא יציב ולכן גרעיניהם מתפרקים תוך פליטת חלקיקים וקרינה אלקטרומגנטית עד שהם מתייצבים. ההתפרקות יכולה להתרחש בשלב אחד או בכמה שלבים ובסופה מתקבל יסוד אחר שגרעינו יציב. קרינה רדיואקטיבית יכולה להיות מורכבת מאחד או יותר מסוגי הקרינה הבאים: קרינת אלפא,  - זרם גרעיני הליום, He2+ , הנעים במהירות. גרעיני ההליום מכילים שני פרוטונים ושני נויטרונים. קרינת בטא, β – זרם אלקטרונים, e- , הנעים במהירות. מקורם של האלקטרונים בתהליכים המתרחשים בגרעין, ושבמהלכם נויטרונים מתפרקים לאלקטרונים ופרוטונים. האלקטרונים נפלטים כקרינת β והפרוטונים נותרים בגרעינים. קרינת גמא, g - קרינה אלקטרומגנטית.

42 קרינה רדיואקטיבית בשדה חשמלי
קרינה רדיואקטיבית העוברת בשדה חשמלי תתחלק לשלוש קרניים. קרינת , החיובית, תסטה לכיוון האלקטרודה השלילית. קרינת β, השלילית, תסטה לכיוון האלקטרודה החיובית. קרינת γ, חסרת המטען החשמלי, תמשיך ישר ולא תסטה.  β γ מקור קרינה

43 קרינת  קרינת אלפא,  - זרם גרעיני הליום הנעים במהירות. היא מורכבת מחלקיקים חיוביים המכילים 2 פרוטונים ו- 2 נויטרונים. כאשר מיסוד רדיואקטיבי נפלטת קרינה מסוג  מספר המסה של היסוד קטן ב- 4 והמספר האטומי שלו קטן ב- 2 . מאחר והמספר האטומי השתנה מתקבל יסוד אחר. דוגמה: בדוגמה זו האיזוטופ פולוניום, בעל מספר מסה 210 ומספר אטומי 84, פלט חלקיקי . כתוצאה מכך התקבל איזוטופ של עופרת שלו מספר אטומי 82 ומספר מסה 206.

44 קרינת β קרינת בטא, β - זרם אלקטרונים הנעים במהירות שמקורה בתהליכים המתרחשים בגרעין, ובמהלכם נויטרון הופך לאלקטרון ופרוטון. האלקטרון נפלט והפרוטון נותר בגרעין. כתוצאה מפליטת קרינה זו נויטרון בגרעין הופך לפרוטון ולכן המספר האטומי של היסוד עולה ב- 1 ומספר המסה לא משתנה. דוגמה: בדוגמה זו האיזוטופ של סטרונציום שלו היה מספר מסה 90 ומספר אטומי 38 פלט חלקיקי β. כתוצאה מכך התקבל איזוטופ של איטריום שלו מספר אטומי 39 ומספר מסה 90.

45 קרינת g קרינת גָמָא, g - קרינה אלקטרומגנטית.
קרינת גמא לא נפלטת לכשעצמה אלא בנוסף לפליטה של אחת הקרינות α או β שהוזכרו קודם. היא חסרת מסה ואינה גורמת לשינוי נוסף במספר החלקיקים בגרעיני האטומים. מאחר שלקרינת הגמא אין מסה או מטען חשמלי, לא ניתן לשנות את כיוונה בעזרת שדה חשמלי.

46 שאלה 1 בהתפרקות רדיואקטיבית של אורניום התקבל תוריום. נתון ניסוח חלקי של תהליך ההתפרקות: מהי סוג הקרינה הרדיואקטיבית שנפלטה בהתפרקות של אורניום ליצירת תוריום? איזוטופ 14 של פחמן פלט קרינת בטא, β. מהו האיזוטופ שהתקבל?

47 תשובה לשאלה 1 בהתפרקות רדיואקטיבית של אורניום התקבל תוריום. נתון ניסוח חלקי של תהליך ההתפרקות: מהי סוג הקרינה הרדיואקטיבית שנפלטה בהתפרקות של אורניום ליצירת תוריום? איזוטופ 14 של פחמן פלט קרינת בטא, β. מהו האיזוטופ שהתקבל? תשובה: הקרינה שנפלטה היא . אפשר לראות בניסוח שמספר המסה קטן ב- 4 והמספר האטומי קטן ב- 2. כלומר נפלטו גרעיני הליום המכילים 2 פרוטונים ושני נויטרונים. נפלטו אלקטרונים מהגרעין. כלומר, בכל גרעין, נויטרון הפך לפרוטון. מספר המסה לא השתנה אך המספר האטומי גדל ב- 1 לכן נוצר איזוטופ של חנקן, N, בעל מספר אטומי 7 ומספר מסה 14.

48 שאלה 2 האיזוטופ נפטוניום Np23993 מתקבל מאיזוטופ A תוך פליטה של קרינת β. מהו האיזוטופ A ממנו התקבל? האיזוטופ נפטוניום Np23993 מתקבל מאיזוטופ B תוך פליטה של קרינת . מהו האיזוטופ B ממנו התקבל? הגז האציל רדון, 86Rn 222, פולט קרינת . רשום את נוסחת האיזוטופ שנוצר בתהליך.

49 שאלה 2 האיזוטופ נפטוניום 239Np93 מתקבל מאיזוטופ A תוך פליטה של קרינת β. מהו האיזוטופ A ממנו התקבל? האיזוטופ נפטוניום 239Np93 מתקבל מאיזוטופ B תוך פליטה של קרינת . מהו האיזוטופ B ממנו התקבל? הגז האציל רדון, 86Rn222 , פולט קרינת . רשום את נוסחת האיזוטופ שנוצר בתהליך. תשובה: איזוטופ A הוא 92U239 . נפלט אלקטרון והתווסף פרוטון ללא שינוי במספר המסה לכן חומר המוצא, A, יהיה בעל מספר אטומי קטן ב-1 ובעל מספר מסה זהה. האיזוטופ B הוא 95Am243 . נפלט חלקיק הליום לכן חומר המוצא יהיה בעל מספר מסה גדול ב- 4 ובעל מספר אטומי גדול ב- 2. האיזוטופ הנוצר הוא 84Po218 . רדון איבד 4 חלקיקים קובעי מסה, ושני פרוטונים מהגרעין.

50 חדירות הקרינה הרדיואקטיבית
לסוגי הקרינה השונים חדירות שונה. חלקיקי  הם הפחות חדירים, והם נחסמים ע"י נייר. חלקיקי β נחסמים ע"י לוח אלומינים דק ואילו קרינת g , החדירה ביותר, דועכת כשהיא חודרת לתוך תווך עשוי מעופרת. ככל שהקרינה מכילה חלקיקים קטנים יותר היא חדירה יותר ומזיקה יותר.

51 קרינה מייננת (הרחבה) כאשר אחד מסוגי הקרינה הרדיואקטיבית או הקרינה אלקטרומגנטית, בעלי אנרגיה מספיק גבוהה, פוגע באטומי החומר הוא הוא יכול לנתק מהם אלקטרונים. התוצאה היא קבלת יונים. קרינה זו נקראת קרינה מייננת. קרינת γ יכולה לגרום לשבירת קשרים קוולנטים וקבלת רדיקלים חופשיים- מולקולות עם אלקטרונים לא קושרים ולא מזווגים. הרדיקלים החופשיים ממשיכים להגיב וגורמים לשינוי במבנה החומרים. שלט המזהיר מקרינה מייננת שם-היוצר, 2.5 cc-by-sa

52 נזקי הקרינה הרדיואקטיבית
לקרינה מייננת שימושים רבים ברפואה, במחקר ופיתוח, בבנייה ובתחומים נוספים, אך היא מהווה סיכון בריאותי כשלא שומרים על כללי בטיחות. יינונים רבים מידי המתרחשים במערכת ביולוגית יכולים להוות גורם הרסני למערכת, משום שהיינון גורם לנזק לחומר הגנטי (דנ"א), בנוסף לנזק המיידי. רקמות שנחשפות לקרינה סובלות מנזק מאוחר, בעיקר מפיתוחם של גידולים סרטניים. הוכח גם כי מנת יתר של קרינה מייננת או של קרינה היוצרת רדיקלים חופשיים גורמת למוטציות בצאצאים הנולדים לאחר החשיפה.

53 סיכום קרינה רדיואקטיבית נפלטת באופן ספונטני מאיזוטופים שגרעיניהם לא יציבים. ישנם שלושה סוגי קרינה רדיואקטיבית: α , β , γ. לסוגי הקרינה השונים יש חדירות שונה. התפרקות של יסודות רדיואקטיביים תימשך עד שיתקבלו יסודות שגרעיניהם יציבים. לקרינה רדיואקטיבית שימושים רבים אך היא גם עלולה לגרום לנזקים רבים לחי ולצומח. מושגים חשובים: קרינה אלקטרומגנטית, קרינה רדיואקטיבית , קרינת אלפא, קרינת בטא, קרינת גמא, חדירות קרינה, קרינה מייננת.

54 רמות אנרגיה ואורביטלים
רמת אנרגיה : כמות אנרגיה מוגדרת שיש לכל אלקטרון באטום. ככל שרמת האנרגיה של האלקטרון באטום גבוהה יותר, ההסתברות להימצאותו בקרבת הגרעין קטנה יותר. אורביטל : צורה מרחבית מוגדרת, המתארת את הסיכוי למציאת אלקטרון בעל אנרגיה כלשהי באטום. יש אורביטלים בצורות גאומטריות שונות (ראו איור). חשוב להבין כי על פי תאוריות מתקדמות בפיזיקה ובכימיה, אי-אפשר להציג את האלקטרון כחלקיק הנע במסלול מוגדר. אפשר אך ורק להצביע על הסיכוי (ההסתברות) למצוא את מיקומו בסביבת הגרעין. אין צורך להכיר את צורות האורביטלים השונים. הם מובאים כאן להעשרה. אורביטלים בצורות שונות. הצורות תלת-ממדיות. סרטון - האורביטלים באטום

55 אנרגיה 18 8 2 רמות אנרגיה באטום
חלקיקים תת-אטומיים אינם נשמעים לאותם חוקים פיזיקליים כמו הגופים הגדולים. נמצא שאנרגיית האלקטרון באטום יכולה לקבל רק כמה ערכים מוגדרים בלבד. רמות אנרגיה – הן האנרגיות ה”מותרות” לאלקטרונים באטום. לאטומים של יסודות שונים חלוקה דומה לרמות אנרגיה. מספר “האפשרויות” לאכלוס אלקטרונים ברמות האנרגיה הראשונות הן: (…2,8,18(, ראו בגרף. במצב היסוד, האלקטרונים מאכלסים את רמות האנרגיה הנמוכות, בהם קיים סיכוי גבוה יותר למצוא את האלקטרונים קרוב לגרעין. סדר המילוי של האלקטרונים ברמות האנרגיה ביסודות השונים מסובך. אנו נלמד את סדר המילוי של האלקטרונים ב- 20 היסודות הראשונים בלבד. אנרגיה 2 8 18

56 הטבלה המחזורית וסידור אלקטרונים
הטבלה המחזורית היא טבלה שהאטומים מסודרים בה בטורים ובשורות על פי מספר אטומי עולה. אפשר ללמוד ממנה על סידור האלקטרונים באטום. מספר השורה בטבלה המחזורית מתאים למספר רמת האנרגיה החיצונית של האלקטרונים באטום נתון. מספר הטור מתאים למספר אלקטרוני הערכיות (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. ראשונה שנייה שלישית רביעית חמישית שישית 8 7 6 5 4 3 2 1 טבלה מחזורית שמיוצגים בה שמונת הטורים החשובים לסידור האלקטרונים. גוש מתכות המעבר חסר. :רמת אנרגיה :מס' הטור

57 סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה, שאלה 3
יש לדעת את הסידור האלקטרוני המפורט של 20 היסודות הראשונים. בהמשך הלימוד נסביר כיצד נקבע את סידור האלקטרונים של יסודות בעלי מספר אטומי גדול מסידן. דוגמה: סידור האלקטרונים המפורט של אטום הסידן הוא: 20Ca – 2 , 8 , 8 , 2 שאלה 3: רשמו את סידור האלקטרונים באטומים הבאים: 6C 10Ne 13Al 19K

58 סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה, תשובה לשאלה 3
יש לדעת את הסידור האלקטרוני המפורט של 20 היסודות הראשונים. בהמשך הלימוד נסביר כיצד נקבע את סידור האלקטרונים של יסודות בעלי מספר אטומי גדול מסידן. דוגמה: סידור האלקטרונים המפורט של אטום הסידן הוא: 20Ca – 2 , 8 , 8 , 2 שאלה 3: רשמו את סידור האלקטרונים באטומים הבאים: 6C 10Ne 13Al 19K תשובה: 6C - 2, 4 10Ne - 2, 8 13Al - 2, 8, 3 1, 8, 8, K

59 אלקטרוני ערכיות, שאלה 4 אלקטרוני הערכיות הם האלקטרונים הנמצאים ברמה החיצונית באטום. מספרם נע בין 1 ל-8. שאלה:4 רשמו כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטומים הבאים ובאיזו רמת אנרגיה הם נמצאים: Ga , I Na , Ne , As , Cl ,

60 אלקטרוני ערכיות, תשובה לשאלה 4
רשמו כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטומים הבאים ובאיזו רמת אנרגיה הם נמצאים: Ga , I Na , Ne , As , Cl , תשובה: Na: אלקטרון 1 ברמה שלישית Ne: 8 אלקטרונים ברמה שנייה As: 5 אלקטרונים ברמה רביעית Cl: 7 אלקטרונים ברמה שלישית Ga: 3 אלקטרונים ברמה רביעית I: אלקטרונים ברמה חמישית

61 נוסחאות ייצוג אלקטרוניות (נוסחאות לואיס) לאטומים בודדים:
ייצוג האלקטרונים ברמת האנרגיה האחרונה. (מספרם שווה למס' הטור והוא בין 1-8). מעל 4 אלקטרוני ערכיות, יסתדרו האלקטרונים בזוגות. • • • F C אלקטרונים לא מזווגים אלקטרונים מזווגים פלואור פחמן • N • • חנקן אלקטרונים לא מזווגים 1 8 2 3 4 5 6 7

62 האלקטרונים באטום וחוק קולון
האלקטרונים השליליים באטום מוחזקים על ידי הגרעין החיובי בכוח משיכה חשמלי. חוק קולון : כוח המשיכה החשמלי(F) הפועל בין שני חלקיקים טעונים נמצא ביחס ישר לגודל מטענם החשמלי (q1,q2) וביחס הפוך לריבוע המרחק r)) ביניהם. אפשר לחשב את הכוח על ידי הנוסחה הפיזיקלית: כוח המשיכה בין האלקטרונים לגרעין, על פי חוק קולון: א. כוח המשיכה יגדל ככל שהמטען החיובי בגרעין יגדל כלומר, ככל שיהיו בגרעין יותר פרוטונים. ב. כוח המשיכה יגדל ככל ש"המרחק" בין אלקטרון כלשהו לגרעין יקטן. 2+ אטום הליום He 3+ אטום ליתיום Li

63 רדיוס אטומי ביחידות אנגסטרם
רדיוס אטומי: נהוג לראות את האטומים כמו כדורים עגולים (בקירוב). 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. רדיוס אטומי ביחידות אנגסטרם 0.32 0.50 1.52 1.12 0.98 0.91 0.92 0.73 0.72 0.70 1.86 1.60 1.43 1.32 1.28 1.27 0.99 0.98

64 רדיוס אטומי, תשובה לשאלה 9
רדיוס אטומי ביחידות אנגסטרם 0.32 0.50 1.52 1.12 0.98 0.91 0.92 0.73 0.72 0.70 1.86 1.60 1.43 1.32 1.28 1.27 0.99 0.98 שאלה 9: א. I . כיצד משתנה הרדיוס האטומי כשיורדים בטור? הסבירו. II. כיצד משתנה הרדיוס האטומי כשמתקדמים בשורה משמאל לימין. הסבירו. ב. למי יהיה רדיוס אטומי גדול יותר: לאטום כלור Cl או לאטום ברום Br? נמקו. תשובה: א I. כשיורדים בטור, הרדיוס האטומי גדל. יש יותר רמות אלקטרונים מאוכלסות. II. כשמתקדמים בשורה משמאל לימין, הרדיוס האטומי קטן. מספר הרמות 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.

65 רדיוס אטומי במעבר משמאל לימין בשורה (במחזור), קיימת עליה במס' האטומי של היסוד, המשיכה החשמלית בין גרעין לבין האלקטרון ברמת הערכיות גדולה עם עליה במספר הפרוטונים והרדיוס האטומי קטן. ככל שעולים בטור, מספר רמות אנרגיה באטום קטן והמרחק בין גרעין לבין אלקטרוני הערכיות קטן כתוצאה מכך המשיכה החשמלית גדולה. לכן רדיוס האטומי קטן. נערך ע"י המורה נלי פרייזונד

66 בכל זוג אטומים, למי תהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר? נמקו.
אנרגיית היינון היא האנרגיה שיש להשקיע כדי להוציא אלקטרון מאטום בודד. X (g)  X+ (g) + ē הגורמים הקובעים את גודל אנרגיית היינון: (על פי חוק קולון) .1 מטען הגרעין: ככל שהמטען החשמלי של הגרעין חיובי יותר (יש בו יותר פרוטונים) אנרגיית היינון גבוהה יותר "מרחק" האלקטרון מהגרעין : רמת האנרגיה שממנה יצא האלקטרון: ככל ש"המרחק" גדול יותר (הרמה של האלקטרון גבוהה יותר) אנרגיית היינון נמוכה יותר. שאלה 5: בכל זוג אטומים, למי תהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר? נמקו. א. 11Na, K ב. 17Cl, Ar ג. 36Kr , 37Rb רמז: תחילה רשמו את סידור האלקטרונים באטומים, ואחר כך תנו דעתכם לגורמים המשפיעים על אנרגיית היינון. ל"מרחק" האלקטרון (הרמה) מהגרעין השפעה גדולה יותר מאשר לגודל המטען החיובי של הגרעין.

67 רמז: תחילה רשמו את סידור האלקטרונים באטומים, ואחר כך תנו דעתכם לגורמים המשפיעים על אנרגיית היינון. ל"מרחק" האלקטרון (הרמה) מהגרעין השפעה גדולה יותר מאשר לגודל המטען החיובי של הגרעין. תשובה: סעיף א': סידור האלקטרונים בנתרן – 2,8,1 ; סידור האלקטרונים באשלגן – 2,8,8,1 . 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). ל"מרחק" השפעה גדולה יותר ולכן אנרגיית היינון שלו נמוכה יותר. לנתרן אנרגיית ינון גבוהה יותר! סעיף ב': סידור האלקטרונים בכלור – 2,8,7 ; סידור האלקטרונים בארגון – 2,8,8 . בשניהם יצא האלקטרון מאותה רמת אנרגיה (אותו "מרחק"), אך מטען הגרעין של ארגון חיובי יותר, בעל יותר פרוטונים, ולכן אנרגיית היינון של ארגון גבוהה יותר. סעיף ג': לקריפטון יש 8 אלקט' ערכיות ברמת האנרגיה הרביעית. לרובידיום יש 1 אלקט' ערכיות ברמת האנרגיה החמישית. 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 יותר. אנרגיית היינון של קריפטון גבוהה יותר.

68 שאלה 6 אנרגיה k.j נתון גרף אנרגיות היינון הראשונות של 20 היסודות הראשונים בטבלה המחזורית. מיהם היסודות הנמצאים בשיאי העקומה ובשקעי העקומה? הסבירו. מדוע השיאים והשקעים בגרף במגמת ירידה? מדוע יש מגמה כללית של עלייה באנרגיית היינון מהיסוד שמספרו האטומי 3 ועד היסוד 10שמספרו האטומי 10? מספר אטומי

69 תשובה לשאלה 6 נתון גרף אנרגיות היינון הראשונות של 20 היסודות הראשונים בטבלה המחזורית. מיהם היסודות הנמצאים בשיאי העקומה ובשקעי העקומה? הסבירו. מדוע השיאים והשקעים בגרף במגמת ירידה? מדוע יש מגמה כללית של עלייה באנרגיית היינון מהיסוד שמספרו האטומי 3 ועד היסוד 10שמספרו האטומי 10? מספר אטומי תשובה: בשיאי העקומות נמצאים הגזים האצילים מטור 8 בטבלה המחזורית. הם בעלי אנרגיית היינון הגבוהה ביותר בשורה כי מטען הגרעין שלהם הגדול ביותר בשורה. (האלקטרון יוצא מאותה רמה בכל יסודות השורה). בשקעי העקומה נמצאים יסודות טור 1. הם בעלי אנרגיית היינון הנמוכה ביותר כי אלקטרון הערכיות שלהם מרוחק מהגרעין ומטען הגרעין שלהם נמוך יחסית. מגמת הירידה של השיאים והשקעים נובעת מהעלייה ברמת האנרגיה שממנה האלקטרון יוצא (מעליית ה"מרחק" של אלקטרון הערכיות מן הגרעין החיובי). למעשה, זו מגמת הירידה של אנרגיית היינון בטורים. 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.

70 אנרגיית היינון והטבלה המחזורית
2 1 3 4 5 6 7 8 אנרגיית ינון עולה אנרגיית היינון עולה עם העלייה בטור כי האלקטרון יוצא מרמת אנרגיה נמוכה יחסית, “קרובה יותר” (למרות הירידה במטען הגרעיני). אנרגיית היינון עולה בשורה כי האלקטרונים יוצאים מאותה רמה (“מרחק”) אבל המטען הגרעיני גדל. שינוי אנרגיית היינון בטבלה הוא מחזורי. בתחילת כל שורה האנרגיה נמוכה. היא עולה לאורך השורה עד סופה, ושוב צונחת בחדות בתחילת השורה החדשה.

71 האלכסון בטבלה המחזורית
אנרגיית ינון עולה 2 1 3 4 5 6 7 8 אנרגיית יינון נמוכה. נטייה נמוכה לקבל אלקט' אנרגיית יינון גבוהה. נטייה גבוהה לקבל אלקט' בשל דרך השינוי של אנרגיית היינון לאורך הטבלה ולרוחבה, וכן בשל הנטייה של האטומים לקבל אלקטרונים, 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. בטור 8 אנרגיית היינון היא הגבוהה ביותר, אך הנטייה לקבל אלקטרונים נמוכה, כי האלקטרון ייכנס לרמה חדשה, רחוקה מהגרעין. כוח המשיכה של הגרעין אינו חזק מספיק כדי להחזיקו.

72 שאלה 7 א. דרגו את קבוצת האטומים הבאה על פי אנרגיות יינון עולות והסבירו: ליתיום - Li, בריליום - Be, חמצן - O, נתרן – Na. ב. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של המתכות משפיעים על תכונותיהן? ג. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של האל-מתכות משפיעים על תכונותיהן?

73 תשובה לשאלה 7 א. דרגו את קבוצת האטומים הבאה על פי אנרגיות יינון עולות והסבירו: ליתיום - Li, בריליום - Be, חמצן - O, נתרן – Na. ב. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של המתכות משפיעים על תכונותיהן? ג. כיצד הסידור האלקטרוני ואנרגיית היינון של האל-מתכות משפיעים על תכונותיהן? תשובה: א. הדירוג על פי אנרגיית יינון עולה משמאל לימין הוא: Na < Li < Be < O הסבר: לנתרן אנרגיית היינון הנמוכה ביותר, כי האלקטרון שלו יוצא מרמה 3, "הרחוקה" ביותר מן הגרעין. בשלושת היסודות האחרים האלקטרון יוצא מרמה 2. לכן הסדר הוא על פי גודל המטען החיובי של הגרעין. לחמצן המטען הגרעיני הגבוה ביותר, ולכן הגרעין שלו מושך את האלקטרונים ברמה החיצונית חזק יותר מכל הגרעינים האחרים. ב. לרוב המתכות אלקטרוני ערכיות מעטים בעלי אנרגיית יינון נמוכה. מסיבה זו מתכות יגיבו במסירת אלקטרונים. (אמנם במתכות אשר נמצאות בתחתית טורים 6-4 יש יותר אלקטרוני ערכיות, אך אלקטרוני ערכיות אלו רחוקים מהגרעין ולכן בעלי אנרגיית ינון נמוכה. דוגמה: (Sb. ג. לרוב האל-מתכות מספר גדול יחסית של אלקטרוני ערכיות ואנרגיית יינון גבוהה. הפעילות ביותר מביניהן נוטות לקבל אלקטרונים בתגובות כימיות. (ביסודות בעלי אלקטרוני ערכיות מעטים כמו המימן, האלקטרונים קרובים לגרעין ולכן אנרגיית היינון שלהם גבוהה).

74 יונים יון : אטום או קבוצת אטומים טעונים מטען חשמלי. יון רב-אטומי: יון המורכב מקבוצת אטומים. לדוגמה: OH-, CO32-, NH4+ קטיון : יון חיובי - מספר האלקטרונים בחלקיק קטן ממספר הפרוטונים. אניון : יון שלילי - מספר האלקטרונים בחלקיק גדול ממספר הפרוטונים. יונים נוצרים מאטומים בעקבות הוספה של אלקטרונים או הוצאה של אלקטרונים. 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 , 8 , 1 Na , 8 O , 6 O , 8 Ca , 8 , 8 , 2 Ca , 8 , 8 S , 8 , 6 S , 8 , 8 דוגמאות:

75 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. ליסודות בטור 8 אנרגיית יינון גבוהה ונטייה נמוכה לקבל אלקטרונים, ולכן הם אינם נוטים לקבל אלקטרונים או לאבד אלקטרונים. לכן, הם אינם יוצרים יונים ואינם נוטים להגיב. 2 1 3 4 5 6 7 8 יונים שליליים יונים חיוביים

76 יונים נפוצים ומיקומם בטבלה המחזורית
טור 1 טור 2 טור 3 טור 4 טור 5 טור 6 טור 7 טור 8 1 אלק’ 2 אלק’ 3 אלק’ 4 אלק’ 5 אלק’ 6 אלק’ 7 אלק’ 8 אלק’ +1 +2 +3 -2 -1 -3 טורים 3-1 מתחת לאלכסון ייצרו יונים חיוביים 1+ עד 3+ על פי מספר אלקטרוני הערכיות שלהם (להם יש אנרגיית יינון נמוכה). לדוגמה: K+, Mg2+, Ga3+ טורים 7-5 מעל האלכסון ייצרו יונים שליליים בעלי מטען כמספר "המקומות הפנויים" ברמה החיצונית שלהם. לדוגמה: F-, O2- , N3- על פי כללים אלו, לא תוכלו לקבוע את מטען היונים של מתכות המעבר המופיעים כגוש בטבלה מחזורית מלאה. את מטען היונים החיוביים שהם יוצרים אפשר למצוא בטבלת היונים שבספר הנתונים.

77 שאלה 8 א. רשמו את נוסחת היון הנפוץ של האטומים הבאים: נתרן - Na, סידן - Ca, אלומיניום - Al, יוד - I, גופרית – S. ב. I. רשמו את הסידור האלקטרוני של כל אחד מהיונים שרשמתם II. מה משותף לכל הסידורים האלקטרוניים שרשמתם? הסבירו.

78 8 אלקט' ערכיות ברמה החמישית
תשובה לשאלה 8 א. רשמו את נוסחת היון הנפוץ של האטומים הבאים: נתרן - Na, סידן - Ca, אלומיניום - Al, יוד - I, גופרית – S. ב. I. רשמו את הסידור האלקטרוני של כל אחד מהיונים שרשמתם II. מה משותף לכל הסידורים האלקטרוניים שרשמתם? הסבירו. תשובה: א. יון נתרן – Na+, יון סידן – Ca2+, יון אלומיניום – Al3+, יון יוד – I-, יון גופרית – S2-. ב. יון נתרן – Na+ יון סידן – Ca2+ יון אלומיניום – Al3+ יון יוד – I- יון גופרית – S2- 2 , 8 , 8 2 , 8 8 אלקט' ערכיות ברמה החמישית לכל היונים יש רמת אנרגיה אחרונה מלאה, כמו לגז האציל הקרוב. היונים מטורים 3-1 מתחת לאלכסון, יצרו יונים חיוביים כי ויתרו בקלות יחסית על האלקט' שלהם. כל היסודות מטורים 6 ו-7 מעל האלכסון השלימו רמה כי הם בעלי נטייה גבוהה לקבל אלקטרונים. מטענם החשמלי השלילי שווה למספר המקומות הפנויים ברמתם החיצונית.

79 בגרות תשנ"ט, שאלה 1א' שאלה: לפניך נתונים על הרכב של שני חלקיקים, המסומנים באופן שרירותי באותיות X ו- Y. מהי הקביעה הנכונה? המספר האטומי של חלקיק Y גדול מזה של חלקיק X. חלקיק X הוא יון חיובי. הסימול של חלקיק X הוא: שני החלקיקים הם איזוטופים של אותו יסוד. מספר פרוטונים אלקטרונים נויטרונים X 17 18 Y 20

80 בגרות תשנ"ט שאלה 1א' + פתרון
השאלה: לפניך נתונים על הרכב של שני חלקיקים, המסומנים באופן שרירותי באותיות X ו- Y. מהי הקביעה הנכונה? המספר האטומי של חלקיק Y גדול מזה של חלקיק X. חלקיק X הוא יון חיובי. הסימול של חלקיק X הוא: שני החלקיקים הם איזוטופים של אותו יסוד. מספר פרוטונים אלקטרונים נויטרונים X 17 18 Y 20 תשובה: תשובה 4 היא הנכונה. לשני החלקיקים אותו מספר פרוטונים לכן הם אותו יסוד אך מספר הנויטרונים שלהם שונה ולכן הם איזוטופים של אותו יסוד.

81 בגרות תשס"א, תשובה לשאלה 1א'
השאלה: הכינו את התחמוצת Na2O מהאיזוטופ כמה פרוטונים, כמה נויטרונים וכמה אלקטרונים יש ליוני החמצן בתרכובת זו? 8 פרוטונים, 8 נויטרונים, 10 אלקטרונים. 8 פרוטונים, 10 נויטרונים, 6 אלקטרונים. 8 פרוטונים, 10 נויטרונים, 8 אלקטרונים. 8 פרוטונים, 10 נויטרונים, 10 אלקטרונים.

82 בגרות תשס"א שאלה 1א'+ פתרון
השאלה: הכינו את התחמוצת Na2O מהאיזוטופ כמה פרוטונים, כמה נויטרונים וכמה אלקטרונים יש ליוני החמצן בתרכובת זו? 8 פרוטונים, 8 נויטרונים, 10 אלקטרונים. 8 פרוטונים, 10 נויטרונים, 6 אלקטרונים. 8 פרוטונים, 10 נויטרונים, 8 אלקטרונים. 8 פרוטונים, 10 נויטרונים, 10 אלקטרונים. תשובה: התשובה הנכונה היא 4. יון החמצן בתרכובת טעון מטען (-2). לכן אם הוא בעל 8 פרוטונים הוא בעל 10 אלקטרונים. מספר הנויטרונים שלו הוא: 18-8 = 10 .

83 * בגרות תשס"ג. 1ב' השאלה: (*אחרי שהתלמידים למדו יכולת קישור או קשרים יוניים) הגרף שלפניך מתאר את אנרגיות היינון הראשונות של ארבעה יסודות עוקבים במערכה המחזורית: w , x , y , z (האותיות w , x , y , z הן סימולים שרירותיים). מהי נוסחת התחמוצת (תרכובת עם חמצן) של היסוד Y? Y2O YO YO2 Y2O3 אנרגיית יינון ראשונה מספר אטומי w x y z

84 בגרות תשס"ג. 1ב'+ פתרון השאלה:
הגרף שלפניך מתאר את אנרגיות היינון הראשונות של ארבעה יסודות עוקבים במערכה המחזורית: w , x , y , z (האותיות w , x , y , z הן סימולים שרירותיים). מהי נוסחת התחמוצת (תרכובת עם חמצן) של היסוד Y? Y2O YO YO2 Y2O3 אנרגיית יינון ראשונה מספר אטומי w x y z תשובה: התשובה הנכונה היא 1. מגרף אנרגיית היינון ניתן להסיק שהיסוד Y שייך לטור I (מתכות אלקליות) כי הוא בעל אנרגיית היינון הנמוכה ביותר בין היסודות הסמוכים לו. לכן בתרכובת יונית עם חמצן (מתכת ואל-מתכת) הוא יצור יון +1, החמצן -2 והנוסחה תהיה: Y2O.

85 בגרות תשס"ט, 1א' השאלה: ארבעה יסודות, שמספריהם האטומיים עוקבים, מסומנים באותיות, a , b , c , d. ליסוד d המספר האטומי הגדול ביותר. יסוד b הוא הלוגן. מהי הקביעה הנכונה? 1. הרדיוס של אטום היסוד c קטן מהרדיוס של היסוד d. 2. מספר האלקטרונים באטום של יסוד a גדול ממספר האלקטרונים באטום של יסוד b. 3. מבין אטומי היסודות a , b , c , d, לאטום של יסוד d המספר הגדול ביותר של אלקטרוני ערכיות. 4. אלקטרוני הערכיות של אטומי היסודות a , b , c , d נמצאים באותה רמת אנרגיה.

86 תשס"ט, 1א' + פתרון השאלה: ארבעה יסודות, שמספריהם האטומיים עוקבים, מסומנים באותיות, a , b , c , d. ליסוד d המספר האטומי הגדול ביותר. יסוד b הוא הלוגן. מהי הקביעה הנכונה? 1. הרדיוס של אטום היסוד c קטן מהרדיוס של היסוד d. 2. מספר האלקטרונים באטום של יסוד a גדול ממספר האלקטרונים באטום של יסוד b. 3. מבין אטומי היסודות a , b , c , d, לאטום של יסוד d המספר הגדול ביותר של אלקטרוני ערכיות. 4. אלקטרוני הערכיות של אטומי היסודות a , b , c , d נמצאים באותה רמת אנרגיה. תשובה: התשובה הנכונה היא 1. מהנתונים ניתן להסיק ש- a מטור החמצן, b הלוגן, c גז אציל ו- d מתכת אלקלית. לכן אלקטרון הערכיות ב- d פותח רמה חדשה ולכן הרדיוס האטומי שלו גדול מזה של c.

87 שאלה 1 ב' שאלה 1 ב': אנרגיית היינון הראשונה של כלור, Cl , היא 1250 קילוג'אול למול. אנרגיית היינון הראשונה של ארגון, Ar, היא 1520 קילוג'אול למול. מהי הקביעה הנכונה בנוגע לאנרגיית היינון הראשונה של אשלגן, K? 1. היא גבוהה מ קילוג'אול למול. 2. היא גבוהה מ קילוג'אול למול ונמוכה מ קילוג'אול למול. 3. היא נמוכה מ קילוג'אול למול. 4. אי אפשר לקבוע בלי נתונים נוספים. 87

88 תשובה לשאלה 1 ב' שאלה 1 ב': אנרגיית היינון הראשונה של כלור, Cl , היא 1250 קילוג'אול למול. אנרגיית היינון הראשונה של ארגון, Ar, היא 1520 קילוג'אול למול. מהי הקביעה הנכונה בנוגע לאנרגיית היינון הראשונה של אשלגן, K? 1. היא גבוהה מ קילוג'אול למול. 2. היא גבוהה מ קילוג'אול למול ונמוכה מ קילוג'אול למול. 3. היא נמוכה מ קילוג'אול למול. 4. אי אפשר לקבוע בלי נתונים נוספים. Cl Ar K 88

89 תשובה לשאלה 1 ב' שאלה 1 ב': אנרגיית היינון הראשונה של כלור, Cl , היא 1250 קילוג'אול למול. אנרגיית היינון הראשונה של ארגון, Ar, היא 1520 קילוג'אול למול. מהי הקביעה הנכונה בנוגע לאנרגיית היינון הראשונה של אשלגן, K? 1. היא גבוהה מ קילוג'אול למול. 2. היא גבוהה מ קילוג'אול למול ונמוכה מ קילוג'אול למול. 3. היא נמוכה מ קילוג'אול למול. 4. אי אפשר לקבוע בלי נתונים נוספים. הסבר: אשלגן נמצא בשורה הרביעית בטבלה המחזורית, לעומת כלור וארגון שנמצאים בשורה השלישית. האלקטרון שיוצא מאטום האשלגן נמשך פחות לפרוטונים שבגרעין, שכן הוא רחוק יותר מן הגרעין. על פי חוק קולון, המשיכה בין האלקטרון לגרעין יורדת ככל שהמרחק ביניהם גדל. צריך להשקיע פחות אנרגיה כדי להוציא את האלקטרון, ואנרגיית היינון קטנה יותר. 89

90 סיכום תרגול מבנה האטום מושגים חשובים:
שאלות הבגרות בנושא עוסקות ב: מספר אטומי ומספר מסה, איזוטופים, יונים, אנ' יינון ורדיוס אטומי. בשאלות סגורות (אמריקאיות) המסיחים בודקים טעויות המשגה לכן השאלות הסגורות קשות ומבלבלות יותר מהפתוחות. חשוב לבדוק את התשובה הנכונה גם ע"י שלילת התשובות השגויות. בשאלות העוסקות ביסודות להם סימול כללי חשוב לפני הפתרון למקם את היסודות בטורים המתאימים. מושגים חשובים: אלקטרונים, פרוטונים, נויטרונים, איזוטופים, מספר אטומי, מספר מסה, סידור אלקטרוני, רמת אנרגיה, אורביטל, אלקטרוני ערכיות, יונים, קטיונים, אניונים, אנרגיית יינון, רדיוס אטומי.

91 סיכום האטום בנוי מגרעין חיובי וסביבו נמצאים האלקטרונים השליליים. רוב נפח האטום ריק! האלקטרונים יכולים לקבל אנרגיות מסוימות בלבד, כלומר להיות ברמות אנרגיה מסוימות בלבד. האלקטרונים מצויים באורביטלים על פי רמת האנרגיה שלהם. אי-אפשר לקבוע את 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: מספר אטומי, מספר מסה, אורביטל, רמת אנרגיה, היערכות אלקטרונים, טבלה מחזורית, תכונות מחזוריות, אנרגיית יינון, רדיוס אטומי, יונים, אניון, קטיון, יונים נפוצים (יציבים), יון רב-אטומי