מבנה האטום והטבלה המחזורית

מבנה האטום והטבלה המחזורית מצגת חזרה נושאי המצגת: אזור עם סיכוי פגיעה קטן • מבנה כללי של אטומים – שקופית 2 • גרעין האטום – שקופית 3 • האלקטרונים באטום- שקופית - 6 • הקשר בין סידור האלקטרונים באטום למיקומו בטבלה המחזורית – שקופית 13 • אנרגיית יינון – שקופית 16 • המשפחות בטבלה המחזורית – שקופית 22 • יונים – שקופית 25 • רדיוס אטומי (ורדיוס יוני העשרה) – שקופית 30 אזור עם סיכוי פגיעה גדול סימולציות: קישור לסימולציה על רדיוסים אטומים ויוניים, המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן למדע 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 סימולציה לבניית אטומים ויונים, מט"ח

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

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. 23 Na 11 גרעין האטום, מספר מסה, מספר אטומי 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 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

סימולציה לבניית אטומים שאלה: התחברו לסימולציה בקישור הנתון, לכרטיסייה לבניית אטומים. א. בנו את שלושת האטומים הבאים: I. MgII. NeIII. Cl ב. השלימו את הטבלה הבאה עבור האטומים הנ"ל: סימולציה לבניית אטומים, מט"ח

גרעין האטום, איזוטופים 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.

איזוטופים 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

חוק קולון : כוח המשיכה החשמלי(F) הפועל בין שני חלקיקים טעוניםנמצא ביחס ישר לגודל מטענם החשמלי (q1,q2) וביחס הפוך לריבוע המרחק r)) ביניהם. אפשר לחשב את הכוח על ידי הנוסחה הפיזיקלית: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: 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. האלקטרונים באטום וחוק קולון 3+ 2+ אטום הליום He אטום ליתיום Li

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 אורביטליםבצורות 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. רמות אנרגיה ואורביטלים אורביטלים בצורות שונות. הצורות תלת-ממדיות.

רמות אנרגיה ואורביטלים הקליקו על הקישור לשיעור על מבנה האטום. השיעור כולל הדמיות וסימולציות הממחישות את מבנה האטום. (אחרי שהתחברתם לקישור, לחצו על הכפתור Download & Launch להורדת התוכנה והמתינו מעט). שפת האתר אנגלית קלה (כתיבה ודיבור). לוח קליעה למטרה אזור עם סיכוי פגיעה קטן קישור לשיעור על מבנה האטום,www.concord.org שאלה 2: התמונה המוצגת היא דימוי לאורביטל. הסבירו. אזור עם סיכוי פגיעה גדול

רמות אנרגיה ואורביטלים לוח קליעה למטרה הקליקו על הקישור לשיעור על מבנה האטום. השיעור כולל הדמיות וסימולציות הממחישות את מבנה האטום. (אחרי שהתחברתם לקישור, לחצו על הכפתור Download & Launch להורדת התוכנה והמתינו מעט). שפת האתר אנגלית קלה (כתיבה ודיבור). אזור עם סיכוי פגיעה קטן קישור לשיעור על מבנה האטום,www.concord.org שאלה 2: התמונה המוצגת היא דימוי לאורביטל. הסבירו. אזור עם סיכוי פגיעה גדול תשובה: התמונה מייצגת את מפת הסיכויים של פגיעות חִצים במטרה. הסיכויים הגדולים 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.

אנרגיה 18 8 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: (2,8,8,18(, ראו בגרף. • במצב היסוד, האלקטרונים מאכלסים את רמות האנרגיה הנמוכות, בהם קיים סיכוי גבוה יותר למצוא את האלקטרונים קרוב לגרעין.

סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 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

סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 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, 2 - 19K

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. הטבלה המחזורית וסידור אלקטרונים טבלה מחזורית שמיוצגים בה שמונת הטורים החשובים לסידור האלקטרונים. גוש מתכות המעבר חסר. :מס' הטור 1 8 :רמת אנרגיה ראשונה 2 3 4 5 6 7 שנייה שלישית רביעית חמישית שישית

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

אלקטרוני ערכיות שאלה:4 א. רשמו כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטומים הבאים ובאיזו רמת אנרגיה הם נמצאים: Ga , I Na , Al , P , 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: 7 אלקטרונים ברמה חמישית

אנרגיית היינון היא האנרגיה שיש להשקיע כדי להוציא אלקטרון מאטום בודד. הגורמים הקובעים את גודל אנרגיית היינון: (על פי חוק קולון).1מטען הגרעין: ככל שהמטען החשמלי של הגרעין חיובי יותר (יש בו יותר פרוטונים) אנרגיית היינון גבוהה יותר.2. "מרחק" האלקטרון מהגרעין : רמת האנרגיה שממנה יצא האלקטרון: ככל ש"המרחק" גדול יותר (הרמה של האלקטרון גבוהה יותר) אנרגיית היינון נמוכה יותר. אנרגיית יינון שאלה 5: בכל זוג אטומים, למי תהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר? נמקו. א. 11Na, K19 ב. 17Cl, Ar18 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.

שאלה 5: בכל זוג אטומים, למיתהיה אנרגיית יינון גבוהה יותר? נמקו. א. 11Na, K19 ב. 17Cl, Ar18 ג. 36Kr , 37Rb אנרגיית יינון 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.

אנרגיהk.j שאלה 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? גרף אנרגיות היינון של 20 היסודות הראשונים בטבלה מספר אטומי

שאלה 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? גרף אנרגיות היינון של 20 היסודות הראשונים בטבלה 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.

1 8 2 3 4 5 6 7 אנרגיית ינון עולה אנרגיית ינון עולה אנרגיית היינון והטבלה המחזורית 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.

8 1 2 3 4 5 6 7 • אנרגיית יינון נמוכה. • נטייה נמוכה לקבל אלקט' אנרגיית יינון גבוהה. נטייה גבוהה לקבל אלקט' האלכסון בטבלה המחזורית אנרגיית ינון עולה אנרגיית ינון עולה 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. 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.

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. טבלה מחזורית מלאה ושמות המשפחות 8 1 7 2 3 4 5 6 גזים אצילים הלוגנים מתכות אלקליות אלקליותעפרוריות מתכות מעבר לנתנידים אקטנידים אל- מתכות מתכות

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? אנרגיית יינון

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? אנרגית יינון 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).

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). יונים Na - 2 , 8 , 1 Na+ - 2 , 8 O - 2 , 6 O2- - 2 , 8 Ca - 2 , 8 , 8 , 2 Ca2+ - 2 , 8 , 8 S - 2 , 8 , 6 S2- - 2 , 8 , 8 דוגמאות:

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 גובהה ונטייה נמוכה לקבל אלקטרונים, ולכן הם אינם נוטים לקבל אלקטרונים או לאבד אלקטרונים. לכן, הם אינם יוצרים יונים ואינם נוטים להגיב. 1 8 2 3 4 5 6 7 מטען היון והאלכסון בטבלה המחזורית יונים שליליים יונים חיוביים

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’ -3 -2 -1 +1 +2 +3 יונים נפוצים ומיקומם בטבלה המחזורית 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 המעברהמופיעים כגוש בטבלה מחזורית מלאה. את מטען היונים החיוביים שהם יוצרים אפשר למצוא בטבלת היונים שבספר הנתונים.

סימולציה לבניית יונים שאלה: התחברו לסימולציה בקישור הנתון, לכרטיסייה לבניית יונים. א. בנו את שלושת היונים הנפוצים של האטומים הבאים: I. LiII. SIII. Ca ב. השלימו את הטבלה הבאה עבור האטומים והיונים הנ"ל: ג. ענו על דף העבודה. סימולציה לבניית אטומים ויונים, מט"ח

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. יונים נפוצים

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. יונים נפוצים 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- 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. 2 , 8 2 , 8 , 8 2 , 8 8 אלקט' ערכיות ברמה החמישית 2 , 8 , 8

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 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 1.32 1.28 1.27 0.99 0.98 1.43 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.

רדיוס אטומי 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 1.32 1.28 1.27 0.99 0.98 1.43 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.

סימולציות לרדיוס אטומי ויוני שאלה 10: (למתעניינים) הסימולציות הבאות עוסקות ברדיוס אטומי וברדיוס יוני. רדיוס של יונים אינו בתכנית הלימודים. התבוננו בסימולציות שבעמוד זה. א. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לקטיון? הסבירו. ב. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לאניון? הסבירו. 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

סימולציות לרדיוס אטומי ויוני שאלה 10: (למתעניינים) הסימולציות הבאות עוסקות ברדיוס אטומי וברדיוס יוני. רדיוס של יונים אינו בתכנית הלימודים. התבוננו בסימולציות שבעמוד זה. א. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לקטיון יציב? הסבירו. ב. מה קורה לרדיוס האטום כשהוא הופך לאניון יציב? הסבירו. קישור לסימולציה על רדיוס אטומי ויוני, באתר המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן למדע תשובה: א. רדיוס הקטיון, היון החיובי, היציב, קטן לעומת רדיוס האטום של אותו יסוד. ביון, רמת אלקטרוני הערכיות החיצונית יורדת וגם מטען הגרעין מושך מספר קטן יותר של אלקטרונים. כל הרמות יורדות באנרגיה והרדיוס קטן. ב. רדיוס האניון, היון השלילי, היציב, גדול לעומת האטום של אותו 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 רדיוסים אטומים ויוניים, באתר המרכז הארצי למורי כימיה, מכון וייצמן למדע

מערכה מחזורית מלאה 1 8 2 3 4 5 6 7

סיכום: מבנה האטום • 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

מבנה האטום והטבלה המחזורית