מבנה האטום

 

התחלנו את הלמידה כאשר למדנו על מבנה הסוללה. ראינו שזרם עובר במוליכים אבל לא הסברנו מה הזרם. הזרם החשמלי הוא זרם של אלקטרונים שזורמים בכיוון אחד. תפקיד הסוללה הוא להזרים אלקטרונים בכיוון אחד. האלקטרונים עצמם הם תת חלקיק של האטום. לאטום יש תת חלקיקים נוספים. למעשה כל האטומים בנויים מגרעין וממעטפת. בגרעין נמצאים חלקיקים אשר נקראים פרוטונים וניוטרונים. אלו חלקיקים כבדים בעלי מסה גבוהה (יחסית). את הגרעין מקיפים, שכבות שכבות, אלקטרונים אשר נמצאים בתנועה מתמדת. מסתם של האלקטרונים נמוכה פי 2000 ממסתם של הפרוטונים ולכן נהוג להגיד שמסתם זניחה. יוצא הדופן היחידי הוא אטום המימן שבגרעין שלו יש פרוטון בלבד ואין בו ניוטרון.

האלקטרונים בשכבה החיצונית של אטומי מתכת יוצרים ענן סביב אטומי המתכת. כאשר ענן זה נע בכיוון אחד מתקבל הזרם החשמלי. תכונה זו מאפיינת לרוב רק מתכות. עם זאת, יש גם אל מתכות המסוגלות להעביר זרם חשמלי, כגון הגרפיט.

למדנו שהאטום עצמו מורכב מתת חלקיקים, אז מדוע מגדירים את האטום כחלקיק הקטן ביותר של החומר?

האטומים של היסודות השונים שונים זה מזה ובעלי תכונות שונות. ניתן להבדיל בין אטום חמצן לאטום מימן, או בין אטום ברזל לאטום של קסנון. ברגע שנפרק את האטום, כל אטום שהוא, לתת החלקיקים מהם הוא בנוי, לא נוכל לדעת איזה אטום היה לנו. תת החלקיקים של אטום הקסנון זהים לתת החלקיקים של אטום הברזל. אם כך, עלינו להסביר מה ההבדל בין האטומים של היסודות השונים. ההבדל בין האטומים השונים הוא במספר הפרוטונים שבגרעין. לאטום חמצן 8 פרוטונים ולאטום הליום רק שני פרוטונים. ההבדל במספר הפרוטונים הוא גורם להבדל בתכונות של החומרים השונים. אפשר להשוות זאת לעוגות שוקולד- כולן עשויות מאותם החומרים, אך כאשר משנים את הכמויות משנים גם את התוצר הסופי.

המספר האטומי: מכיוון שמספר הפרוטונים שבגרעין הוא שקובע את תכונות האטום והוא שמבדיל בין אטומים שונים, האטומים מסודרים לפי מספר הפרוטונים שבגרעין. למספר הפרוטונים בגרעין אנו קוראים המספר האטומי. לדוגמה- בגרעין הברזל (סימן אטומי Fe) 26 פרוטונים, משום כך המספר האטומי של הברזל הוא 26.

 

היכנסו למטלת "המספר האטומי" ולאחר שתשלימו אותה שלחו אותה אלי לדוא"ל: bw.teach1@gmail.com.

          

זהו תרשים של מבנה האטום. במרכז האטום נמצאים הפרוטונים והניוטרונים, ןאת הגרעין מסובבים האלקטרונים.

תרשים זה אינו מדויק בשני דברים. במציאות האלקטרונים קטנים פי 2000 מהפרוטונים והניוטרונים, והם הרבה יותר מרוחקים מהגרעין. אם הגרעין היה בגודל נמלה שעומדת במרכז מגרש כדורגל, אז האלקטרון היהבגודל חידק שיושב בכיסא המרוחק ביותר.

אי דיוק נוסף הוא צורת הסידור של האלקטרונים- האלקטרונים מתפזרים במרחקים שונים מהגרעין (רמות שונות) ולא כולם במרחק שווה מהגרעין. 

 

לחצו כאן כדי לצפות בסרט על מבנה האטום.

בסרט הבא תוכלו ללמוד רק על האלקטרון.

 

 

למתעניינים, תוכלו להכנס לקישור הבא וללמוד ממנו כיצד חקרו המדענים את גרעין האטום, כיצד הגיעו למסקנה כי עיקר המסה של האטום נמצאת בגרעין, וכן למסקנה שמסה זו כוללת חלקיקים שמטענם חיובי.

 

המטענים החשמליים של תת החלקיקים של האטום:

לכל אלקטרון שבמעטפת מטען חשמלי השווה ל 1-.

לכל פרוטון שבגרעין מטען חשמלי השווה ל 1+.

הניוטרונים הם נייטרלים (ומכאן שמם) ואין להם מטען חשמלי.

                                                                              

                                    

במצב נייטרלי, מספר האלקטרונים שבמעטפת שווה למספר הפרוטונים שבגרעין, כך שמספר המטענים החיוביים של הפרוטונים שבגרעין שווה למספר המטענים השליליים של האלקטרונים שבמעטפת. כלומר, במצב נייטרלי מספר האלקטרונים המקיפים את הגרעין של האטום שווה למספר האטומי של היסוד. יש מקרים שבהם אטומים מקבלים אלקטרונים או מוסרים אלקטרונים ואז מספר המטענים החיוביים שבגרעין קטן או גדול ממספר המטענים השליליים של האלקטרונים שבמעטפת. במקרה כזה, האטום מקבל מטען חשמלי. שימו לב: אטום יכול לקבל מטען חשמלי כאשר הוא מקבל או מוספר אלקטרונים. מספר הפרוטונים תמיד קבוע ואינו משתנה. בהמשך עוד נרחיב על אטומים בעלי מטען חשמלי.

 

כוחות בתוך האטום:

מטענים חשמליים מנוגדים נמשכים זה לזה ומטענים חשמליים זהים דוחים זה את זה. משום כך יש כוחות משיכה חשמליים בין הפרוטונים החיוביים שבגרעין לבין האלקטרונים השליליים שבמעטפת. מצד שני, הפרוטונים החיוביים שבגרעין דוחים אלו את אלו כי הם בעלי מטען חשמלי זהה. למרות כוחות הדחייה הללו הגרעין אינו מתפרק. עובדה זו יכולה ללמד אותנו שישנם כוחות אחרים אשר מחזיקים את הגרעין. כוחות אלו אם כוחות משיכה גרעיניים אשר מתקיימים בין הפרוטונים לבין עצמם, בין הניוטרונים לבין עצמם, ובין הפרוטונים לניוטרונים. הטבלה משמאל מסכמת את הכוחות הקיימים באטום.

  

 

היכנסו למטלת מבנה האטום ולאחר שתשלימו אותה, שמרו אותה על המחשב ובדיסק און קי שלכם, ושלחו לי אותה בדואר האלקטרוני לכתובת הבאה:  bw.teach1@gmail.com

למדנו על החלקיקים המרכיבים את האטום, למדנו על מטענם החשמתי ולמדנו מהם הכוחות הפועלים בתוך האטום. בפרק הבא נלמד על יצירת חומרים חדשים הנוצרים כאשר אטומים מגיבים זה עם זה. את זה נעשה בדף הבא