‫המרכז הפדגוגי לעובדי‬ ‫הוראה‪ ,‬ירושלים‪,‬‬ ‫אילנה זהר‬ ‫גרעין האטום‬ ‫סידור האלקטרונים‬ ‫היסטוריה‬ ‫רדיואקטיביות‬ ‫אנרגיית ינון‬ ‫זיקה אלקטרונית‬ ‫יונים‬ ‫התפתחות מודל האטום‬ ‫??‬ ‫דלטון‪1766-1844-‬‬ ‫דלטון‪-‬‬ ‫‪1766-1844‬‬ ‫חלקיקיםצפידים‬ ‫חלקיקים‬ ‫צפידים‬ ‫ניסויים בשפורפרת זכוכית‬ ‫וקבלת זרם אלקטרונים‬ ‫מכניקתהקוונטים‬ ‫מכניקת‬ ‫הקוונטים‬ ‫‪1925‬‬ ‫‪1925‬‬ ‫תומסון‪11856-1940 --‬‬ ‫תומסון‬ ‫‪1856-1940‬‬ ‫עוגתהצימוקים‬ ‫ם‬ ‫מודלעוגת‬ ‫מודל‬ ‫הצימוקים‬ ‫סידור האלקטרונים‬ ‫בכל האטומים‬ ‫בוהר‬ ‫בוהר‬ ‫אטוםהמימן‬ ‫מודלאטום‬ ‫‪--1913‬מודל‬ ‫‪1913‬‬ ‫המימן‬ ‫רמותאנרגיה‬ ‫רמות‬ ‫אנרגיה‬ ‫ניסויים ברדיואקטיביות‪.‬‬ ‫פיזור חלקיקי ‪α‬‬ ‫ספקטרום‬ ‫האטומים‪,‬‬ ‫יציבות‬ ‫האטומים‬ ‫רתפורד‪1871-1937-‬‬ ‫רתפורד‪-‬‬ ‫‪1871-1937‬‬ ‫האטוםהגרעיני‪.‬‬ ‫מודלהאטום‬ ‫מודל‬ ‫הגרעיני‪.‬‬ ‫מודלפלנטרי‪.‬‬ ‫מודל‬ ‫פלנטרי‪.‬‬ ‫גילוי האלקטרונים ‪ -‬ניסויים‬ ‫בשפורפרת זכוכית‬ ‫מבנה האטום לפי תומסון ‪ -‬מודל‬ ‫“עוגת הצימוקים”‬ ‫אלקטרון‬ ‫האטום כדור של חיוביות בו‬ ‫נעוצים אלקטרונים כמו‬ ‫צימוקים בעוגה‪ .‬סה”כ‬ ‫המטען החיובי שווה לשלילי‬ ‫כדור חיוביות‬ ‫• תגובות גרעיניות ‪ -‬תגובות בהם חל שינוי בגרעיני‬ ‫האטומים‪ .‬נוצרים יסודות ואטומים חדשים‪ ,‬מלוות‬ ‫בפליטת קרינה רדיואקטיבית‪.‬‬ ‫• רדיואקטיביות ‪ -‬התפרקות אטומים שגרעינם לא יציב‬ ‫תוך פליטת קרינה )‪ .(α, β, γ‬נוצרים יסודות חדשים‪.‬‬ ‫• קרינה רדיואקטיבית ‪ -‬קיימים שלושה סוגים‪α, β, γ. :‬‬ ‫‪α −‬גרעיני הליום )‪ 2‬פרוטונים‪ 2+‬נויטרונים‪ -‬חיובית(‬ ‫‪β −‬אלקטרונים )מפרוק נויטרונים בגרעין( ‪ -‬שלילית‪.‬‬ ‫‪γ −‬קרינה אלקטרומגנטית ‪ -‬חסרת מטען‪.‬‬ ‫ככל שהקרינה הרדיואקטיבית מורכבת מחלקיקים קטנים יותר חדירותה גדולה יותר‪.‬‬ ‫קרינה אלקטרומגנטית היא החדירה ביותר‪.‬‬ ‫תדירות גבוהה ‪ -‬אורך גל קצר ‪ -‬אנרגיה גבוהה‬ ‫חדירות קרינה מסוגים שונים‬ ‫‪http://www.accessexcellence.org/AE/AEC/CC/radio_slides.html‬‬ ‫כפתור קישור לאתר על קרינה‬ ‫רדיואקטיבית‬ ‫גילוי הגרעין ‪ -‬ניסוי רתפורד‬ ‫במהלך מחקרים על‬ ‫קרינת ‪ α‬הקרינו עלה‬ ‫זהב דק בקרינה זו‪ .‬רוב‬ ‫הקרניים עברו אבל חלק‬ ‫סטו ואף הוחזרו‪ .‬מכאן‬ ‫ברור שאלו שסטו פגעו‬ ‫בחלקיק חיובי‪ ,‬קטן וכבד‬ ‫יחסית ‪ -‬הגרעין‪ .‬היחס‬ ‫בין הקרניים הסוטות‬ ‫לעוברות מלמד על גודל‬ ‫הגרעין‪.‬‬ ‫מודל לתיאור מבנה האטום‪.‬‬ ‫מה נכון ומה לא נכון במודל‪.‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫הגרעין מכיל פרוטונים ונויטרונים‪.‬‬ ‫מספר הפרוטונים בגרעין קובע את סוג האטום )היסוד(‪.‬‬ ‫הגרעין נושא מטען חשמלי חיובי כמספר הפרוטונים שבו‪.‬‬ ‫באטום נייטרלי מספר האלקטרונים ישתווה למספר‬ ‫הפרוטונים‪.‬‬ ‫מספר אטומי ‪ -‬מספר הפרוטונים בגרעין האטום‪.‬‬ ‫מספר מסה ‪ -‬מספר הפרוטונים ‪ +‬מספר הנויטרונים‪.‬‬ ‫איזוטופים ‪ -‬אטומים להם מספר אטומי זהה ומספר מסה‬ ‫שונה‪.‬‬ ‫דוגמא לסימול של איזוטופים‬ ‫ם‬ ‫‪Na‬‬ ‫‪23‬‬ ‫מספר מסהה‬ ‫‪111‬‬ ‫מספר אטומי‬ ‫מספר פרוטונים = מספר אטומי = ‪11‬‬ ‫מספר נויטרונים = ‪23-11 = 12‬‬ ‫איזוטופים ‪ -‬דוגמא‬ ‫א‬ ‫איזוטופים‪:‬‬ ‫למימן שלושה‬ ‫‪2‬‬ ‫ה‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫תרגיל‬ ‫כמה פרוטונים‪,‬‬ ‫רש מו עבור כל אחד מהאיזוטופים ‪2‬‬ ‫כמה אלקטרונים וכמה נויטרונים יש לו‪.‬‬ ‫• האלקטרונים מוחזקים בכוח משיכה חשמלי ע”י‬ ‫הגרעין החיובי‪.‬‬ ‫• כוח המשיכה בין אלקטרון לגרעין )‪ (F‬נמצא ביחס‬ ‫ישר לגודל מטען הגרעין )‪ (e1,e2‬וביחס הפוך לריבוע‬ ‫המרחק גרעין ‪ -‬אלקטרון )‪.(r‬‬ ‫זהו מקרה פרטי של חוק קולון‪F = ke1e2/r2 :‬‬ ‫• ניתן ללמוד על סידור האלקטרונים בצורה עקיפה‬ ‫מתוך בדיקת הערכים של אנרגיות היינון‪..‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫אנרגיית היינון ‪ -‬האנרגיה שיש להשקיע כדי להוציא‬ ‫אלקטרון מאטום בודד‪.‬‬ ‫אנרגית היינון הראשונה ‪ -‬האנרגיה הדרושה להוצאת‬ ‫האלקטרון הראשון‪.‬‬ ‫הגורמים הקובעים את אנרגיית היינון ‪) -‬חוק קולון(‬ ‫‪ .1‬מטען הגרעין‬ ‫‪“ .2‬מרחק” האלקטרון מהגרעין ‪ -‬רמת האנרגיה ממנה יצא‬ ‫האלקטרון‬ ‫אנרגיות ינון עוקבות ‪ -‬האנרגיות הדרושות להוציא‬ ‫אלקטרונים מאטום בודד בזה אחר זה‪.‬‬ ‫ענה על השאלות הבאות‪:‬‬ ‫‪2500‬‬ ‫‪ .1‬מי הם היסודות הנמצאים בשיאי‬ ‫העקומה ובשקעי העקומה?‬ ‫‪2000‬‬ ‫‪1500‬‬ ‫‪ .2‬מדוע יש ירידה דרסטית‬ ‫באנרגיית היינון של היסודות‬ ‫‪? 3,11,19‬‬ ‫‪500‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪19‬‬ ‫‪ .3‬מדוע יש מגמה של עליה‬ ‫באנרגיית היינון מהיסוד ‪ 3‬ועד‬ ‫יסוד ‪?18‬‬ ‫‪1000‬‬ ‫סידור אלקטרוני‪2,8,1 :‬‬ ‫ג‬ ‫י‬ ‫ר‬ ‫‪6‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪1‬‬ ‫ה‬ ‫‪9‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪2‬‬ ‫א‬ ‫נ‬ ‫‪3‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪140000‬‬ ‫‪120000‬‬ ‫‪j‬‬ ‫‪.‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪k‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪ .2‬מבדיקת נתוני הגרף ניתן ללמוד‬ ‫שישנן בו שתי קפיצות שרק אחת‬ ‫נראית בברור‪ .‬היכן הקפיצות ומדוע‬ ‫רק אחת נראית בברור? על מה‬ ‫מעידות הקפיצות?‬ ‫‪160000‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪ .1‬מהי המגמה בגרף? הסבר‪.‬‬ ‫אנרגיות ינון עוקבות כנגד מספר‬ ‫האנרגיה‪1 8 0 .‬‬ ‫‪000‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪4‬‬ ‫אנרגיות היינון העוקבות של נתרן הן‪:‬‬ ‫‪ .3‬האם ניתן ללמוד מגרף זה על‬ ‫סידור האלקטרונים באטום? אם כן‪,‬‬ ‫כיצד?‬ ‫‪100000‬‬ ‫‪80000‬‬ ‫‪60000‬‬ ‫‪40000‬‬ ‫‪20000‬‬ ‫‪10 11‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫• חלקיקים תת אטומים אינם נשמעים לחוקים‬ ‫כמו הגופים הגדולים‪..‬‬ ‫• נמצא שאנרגיית האלקטרון באטום יכולה‬ ‫לקבל רק ערכים מוגדרים מסוימים‪.‬‬ ‫• רמות אנרגיה ‪ -‬האנרגיות ה”מותרות”‬ ‫לאלקטרונים באטום‪.‬‬ ‫• לאטומים השונים חלוקה דומה לרמות‪.‬‬ ‫• מספר “המקומות” ברמות האנרגיה‬ ‫הראשונות‪ :‬ראה בתרשים‪(2,8,8,18) .‬‬ ‫• במצב רגיל מאכלסים האלקטרונים את הרמות‬ ‫הנמוכות‪“ ,‬הקרובות” לגרעין‪.‬‬ ‫אנרגיה‬ ‫‪18‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪n=4‬‬ ‫‪n=3‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪n=2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪n=1‬‬ ‫‪n‬‬ ‫• הטבלה המחזורית היא טבלה בה מסודרים האטומים לפי‬ ‫מספר אטומי עולה בטורים ושורות )רקע היסטורי‪,‬‬ ‫מנדלב(‪.‬‬ ‫• יש לדעת את הסידור האלקטרוני המפורט של ‪20‬‬ ‫היסודות הראשונים‪.‬‬ ‫דוגמא ‪Ca20 - 2,8,8,2 -‬‬ ‫• באטומים גדולים קובעים רק את מספר האלקטרונים‬ ‫ברמה החיצונית ואת מספר הרמה ‪.‬‬ ‫• מספר השורה בטבלה המחזורית = מספר רמת האנרגיה‬ ‫מספר הטור בטבלה המחזורית= מספר אלקטרוני ערכיות‬ ‫אלקטרוני ערכיותת ‪ -‬האלקטרונים ברמה‬ ‫החיצונית‪ 1-8) .‬אלקטרונים(‬ ‫גלעין ‪ -‬אטום ללא אלקטרוני הערכיות שלו‪.‬‬ ‫הגלעין יהיה תמיד יון חיובי בעל מטען חיובי ‪11-8‬‬ ‫‪:‬‬ ‫תרגיל‪:‬‬ ‫רשום את מטען הגלעין של האטומים הבאים‪:‬‬ ‫‪Na , Mg , Al , N , Cl‬‬ ‫‪I‬‬ ‫‪VIII‬‬ ‫אנרגית ינון עולה‬ ‫אנרגיית היינון עולה עם העלייה בטור כי האלקטרון יוצא מרמה‬ ‫נמוכה יותר‪“ ,‬קרובה יותר” )למרות העלייה במטען הגרעיני(‬ ‫•אנרגיית היינון עולה בשורה כי האלקטרונים יוצאים מאותה רמה‬ ‫)“מרחק”( אבל המטען הגרעיני גדל‪.‬‬ ‫אנרגית ינון עולה‬ ‫‪VII‬‬ ‫‪VI‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪IV‬‬ ‫‪III‬‬ ‫‪II‬‬ ‫האם ניתן לראות מחזוריות באנרגיית היינון ?‬ ‫הסבר‪.‬‬ ‫א‪ .‬למי תהיה אנרגיית ינון גבוהה יותר בכל זוג? נמק‪.‬‬ ‫‪ .1‬נתרן‪ ,‬אשלגן‬ ‫‪ .2‬כלור‪ ,‬ארגון‬ ‫‪ .3‬קריפטון‪ ,‬רובידיום‬ ‫ב‪ .‬דרג את קבוצת האטומים הבאה לפי אנרגיות ינון עולות‬ ‫ליתיום‪ ,‬בריליום‪ ,‬חמצן‪ ,‬נתרן‪..‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫מדד לנטייה של אטום בודד לקבל אלקטרון‪.‬‬ ‫הגדרה‪ -‬האנרגיה הנפלטת או נקלטת כאשר אטום‬ ‫בודד מקבל אלקטרון‪.‬‬ ‫הגורמים הקובעים את גודל הזיקה האלקטרונית‪:‬‬ ‫א‪ .‬מטען הגרעין‬ ‫ב‪“ .‬מרחק” האלקטרון הנכנס מהגרעין‪ -‬הרמה אליה‬ ‫נכנס האלקטרון‪.‬‬ ‫הזיקה האלקטרונית של אטומים הנוטים לקבל‬ ‫אלקטרונית היא שלילית‪ ,‬כלומר‪ ,‬משתחררת אנרגיה‬ ‫כאשר נוסף אלקטרון‪.‬‬ ‫‪VIII‬‬ ‫אנרגית ינון עולה‬ ‫‪VII‬‬ ‫‪VI‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪IV‬‬ ‫‪III‬‬ ‫‪II‬‬ ‫זיקה אלקטרונית עולה‬ ‫‪I‬‬ ‫אנרגית ינון עולה‬ ‫זיקה אלקטרונית עולה‬ ‫בשורה ‪ -‬עולה עד לטור ‪ .VII‬מהאלקטרון נכנס לאותה רמה‪ .‬מטען הגרעין‬ ‫גדל‪) .‬מדוע יורדת הזיקה האלקטרונית בגזים האצילים?(‬ ‫בטור ‪ -‬עולה מלמטה למעלה‪ .‬האלקטרון נכנס לרמה קרובה יותר לגרעין‪ .‬מטען‬ ‫גרעיני קטן יותר ‪ -‬משפיע פחות )יוצא דופן ‪ -‬הפלואור‪ ,‬מדוע?(‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫יון ‪ -‬אטום או מולקולה טעונים מטען חשמלי‪.‬‬ ‫קטיון ‪ -‬יון חיובי ‪ -‬מספר האלקטרונים בחלקיק קטן‬ ‫ממספר הפרוטונים‪.‬‬ ‫אניון ‪ -‬יון שלילי ‪ -‬מספר האלקטרונים גדול ממספר‬ ‫הפרוטונים‪.‬‬ ‫יונים נוצרים מאטומים ע”י הוספה או הוצאה של‬ ‫אלקטרונים‪ .‬בתהליכים כימיים רגילים אין שינוי‬ ‫בהרכב הגרעינים )במספר הפרוטונים(‪.‬‬ ‫יונים נפוצים‪ ,‬יציבים‪ ,‬של אטומים בודדים יהיו לרוב‬ ‫בעלי הערכות אלקטרונית דמוית גז אציל‪ -‬מדוע?‬ ‫טור ‪8‬‬ ‫טור ‪7‬‬ ‫‪ 8‬אלק’‬ ‫‪ 7‬אלק’’‬ ‫‪1-‬‬ ‫טור ‪6‬‬ ‫‪ 6‬אלק’‬ ‫‪2--‬‬ ‫טור ‪5‬‬ ‫טור ‪4‬‬ ‫טור ‪3‬‬ ‫טור ‪ 2‬טור ‪1‬‬ ‫‪ 5‬אלק’‬ ‫‪ 4‬אלק’‬ ‫‪ 3‬אלק’’‬ ‫‪ 2‬אלק’‬ ‫‪ 1‬אלק’‬ ‫‪3+‬‬ ‫‪2+‬‬ ‫‪1+‬‬ ‫‪3-‬‬ ‫הערה ‪ -‬בטורים ‪ 1-3‬ההתייחסות למתכות שבטורים‬ ‫בטורים ‪ 5-7‬ההתייחסות לאל‪-‬מתכות שבטורים‬ ‫שאלות‪:‬‬ ‫‪ .1‬בדוק בטבלת היונים וענה‪ :‬האם בכל טור כל האטומים‬ ‫יוצרים אותם יונים? הסבר ממצאיך בעזרת אנרגיית היינון‬ ‫והזיקה האלקטרונית‪.‬‬ ‫‪ .2‬לפניך רשימת אטומים‪ :‬נתרן‪ ,‬סידן‪ ,‬אלומיניום‪ ,‬יוד‪ ,‬גופרית‪.‬‬ ‫א‪ .‬מה יהיה מטען היון הנפוץ שיצור כל אחד מהם‪.‬‬ ‫ב‪ .‬רשום את הסידור האלקטרוני של כל אחד מהיונים שרשמת‪.‬‬ ‫מה משותף לכל הסידורים שרשמת?‬