מבנה האטום
חלקיקי האטום אטומוס ביוונית: בלתי ניתן לחלוקה האטום בנוי מגרעין, אשר בו נמצאים פרוטונים ונויטרונים, וסביבם נעים האלקטרונים.
הגרעין מהווה חלק קטן מנפח האטום. הוא חלל ריק, בו נעים האלקטרונים. רוב נפחו של האטום פרוטונים ) p (הם חלקיקים בעלי מסה של,1.00073amu ובעלי מטען חשמלי חיובי של יחידה אחת: 1+. ניוטרונים )n( הם חלקיקים בעלי מסה של 1.0087, amu ואין להם מטען חשמלי כלל. בחישובים מעגלים את משקל הפרוטונים והניוטרונים ל- 1amu. אלקטרונים ( - e( הם חלקיקים בעלי משקל זניח יחסית amu( 10*5.5(, 4- ובעלי מטען חשמלי שלילי של יחידה אחת: 1-. מטען האלקטרון שווה בגודלו למטען הפרוטון. באטום, מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים, ולכן האטום הוא חלקיק נייטרלי מבחינה חשמלית. מספר הניוטרונים לרוב שווה למספר הפרוטונים או גדול ממנו.
משקל אטומי משקל האטומים קטן ביותר. לדוגמא: משקל אטום חמצן: 2.66*10-23 g משקל אטום מימן: 1.67*10-24 g מידת משקל מתאימה היא מסה אטומית, כל יחידה נקראת: Atomic Mass Unit = amu אטום פחמן, C, שוקל,12amu וכל שאר האטומים נמדדים יחסית אליו: מגנזיום, פי 2, כלומר,.24amu אטום מימן, H, 1/12 מפחמן, הוא הקטן ביותר, שוקל.1amu
סיכום: )amu ( חלקיק מסה מטען חשמלי -1 אלקטרון - e זניח +1 1 פרוטון p 0 1 ניוטרון n מספר אטומי מספר הפרוטונים בגרעין האטום של היסוד. מסה אטומית סכום מספרי הפרוטונים והניוטרונים בגרעין האטום של היסוד. מסמלים את האטומים בצורה הבאה: סמל היסוד E A מסה אטומית Z מספר אטומי
איזוטופים איזוטופים הם אטומים של אותו יסוד )בעלי מספר אטומי זהה(, השונים במסה שלהם )=שונים במספר הנויטרונים(. התכונות הכימיות של איזוטופים של אותו יסוד זהות, כיוון שיש להם אותו מספר אלקטרונים ופרוטונים, אך התכונות הפיזיקליות שלהם שונות )כמו צפיפות(. הכמות היחסית של איזוטופ מסויים בטבע קבועה בדרך כלל.
איזוטופים יסוד העשוי מאטומים בעלי מספר אטומי זהה אך דהיינו, מספר נויטרונים שונה. מספר מסה שונה. 0.0000000000000003% 0.0155% 99.985%
רדיואקטיביות חלק מהאיזוטופים אינם יציבים ופולטים קרינה רדיואקטיבית. כתוצאה מהקרינה משתנה הרכב גרעין האטום ונוצרים איזוטופים של יסודות אחרים, חלקם יציבים וחלקם גם הם רדיואקטיבים. ישנם שלושה סוגי קרינה רדיואקטיבית: חלקיקי, α שהם גרעינים של היסוד הליום ( +2,)He כל חלקיק α מכיל 2 פרוטונים ו- 2 נויטרונים והוא בעל מטען חשמלי חיובי. חלקיקי β, הם אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי הנעים במהירות רבה. מקורם בנויטרון בגרעין רדיואקטיבי אשר התפרק לאלקטרון ופרוטון. הפרוטון נשאר בגרעין והאלקטרון נפלט החוצה. קרינת γ, היא קרינה אלקטרומגנטית בעלת אנרגיה גבוהה מאוד וללא מטען חשמלי. בפליטה של חלקיקי α ו- β מתקבל יסוד חדש, בקרינת γ אין שינוי במספר האטומי ובמסה של היסוד.
קרינה רדיואקטיבית יכולת החדירות של קרינה רדיואקטיבית לחומר תלויה באנרגיה של הקרינה, הסוג ובחומר הבולע. קרינת α הכי פחות חדירה.יכולה לחדור לרקמת הגוף פחות מעשירית המ"מ וכל מחסום דק בולם אותה. קרינת β מכילה יותר אנרגיה, יכולה לחדור לרקמת הגוף מספר מ"מ. כדי לבלום אותה נדרש לוח עץ או משטח אלומיניום. קרינת - γ האנרגטית ביותר והחדירה ביותר. יכולה לחדור כ- 15 ס"מ לתוך הגוף. כדי לבלום אותה נדרש חיץ עבה מבטון או עופרת.
שימושים וסכנות חומר רדיואקטיבי מאופיין ע"י זמן מחצית החיים, הזמן העובר עד שמחצית מן החומר מתפרקת. לפחמן רדיואקטיבי )C ) 14 זמן מחצית חיים ארוך מאוד של 5730 שנה ולכן הוא משמש לקביעת גיל של גיאולוגי וארכיאולוגי. ליוד רדיואקטיבי )I ) 131 זמן מחצית חיים קצר, של 8 ימים, והוא משמש לטיפול בסרטן ובעודף פעילות של בלוטת התריס. ההשפעות ההרסניות של קרינה רדיואקטיבית על בני אדם: א. השפעה מיידית חריפה כוויות, פגיעה בעיניים, בפוריות, נזקים לדם ועד מוות מיידי. ב. השפעה מאוחרת עליה בסיכוי לחלות במחלות ממאירות באדם שנחשף ואף בצאצאיו, מומים מולדים בעובר.
המודל הגרעיני של האטום מודל תומסון האטום הוא כדור טעון חיובית ובתוכו משובצים אלקטרונים )"צימוקים בעוגה"( מודל רתפורד )1911( האלקטרונים מסתובבים סביב הגרעין כמו כוכבי הלכת סביב השמש. רוב נפחו של האטום ריק ובגרעין מרוכזת המסה והמטען החיובי. מודל בוהר )1913( האלקטרונים נעים במסלולים מסויימים מוגדרים. לכל אלקטרון אנרגיה המתאימה למסלולו. המכניקה הקוונטית ועקרון אי-הוודאות )1927( אורביטלים אלקטרונים )"ענן"( המתארים את הסתברות האלקטרונים להמצא במקום מסויים במרחב.
האלקטרונים באטום האלקטרונים הם בעלי מטען חשמלי שלילי וקיימת משיכה חשמלית בינם לבין הגרעין בעל המטען החיובי. האלקטרונים מסודרים כאמור ברמות אנרגיה מוגדרות. מסלולי התנועה של האלקטרונים אינם מוגדרים, אלא קיים פיזור של מטען האלקטרונים מסביב לגרעין, לפי ההסתברות להמצאות אלקטרון במרחק כלשהו מן הגרעין, הנקרא ענן מטען אלקטרוני. לענן זה יש צורה מרחבית משתנה לפי רמות האנרגיה של האלקטרונים )אורביטלות(. באטומים בהם יש יותר מאלקטרון אחד, האלקטרונים מאכלסים את רמות האנרגיה בזו אחר זו, החל מהרמה הנמוכה ביותר. ניתן לעורר את האלקטרון לעבור לרמת אנרגיה גבוהה יותר ע"י מתן אנרגיה )חימום, אור או זרם חשמלי(, זהו מצב לא יציב והאלקטרון חוזר תוך זמן קצר לרמה הנמוכה תוך פליטת אנרגיה )בצורת אור נראה או אולטרה סגול(.
ארגון האלקטרונים בגרעין n=3 n=2 n=1 p+n nממממ מספר האלקטרונים המקסימלי ברמת אנרגיה עיקרית הוא 2n 2
התרחקות מהגרעין רמות האנרגיה העיקריות מס. מקסימלי של אלקטרונים מס. רמת האנרגיה העיקרית 1 2 3 4 5 6 7 2 8 18 32 50 72 98
דוגמא לארגון - e באטום 7 3 Li p=e - =3 n=7-3=4 ליתיום מספר האלקטרונים: מספר הנויטרונים: בקליפה הראשונה יכולים להיות מקסימום 2 אלקטרונים, לכן בקליפה השניה יהיה רק אלקטרון.1 2 1 2e- 1e- P=3 n=4
תיאור גרפי של מילוי אלקטרונים באורביטלים
ערכיות האלקטרונים ברמה האחרונה בכל אטום, הם אלו שיוצרים קשר עם אטום/אטומים נוספים. אלקטרונים אלו נקראים אלקטרונים וולנטיים או אלקטרונים ערכיים. הרמה האחרונה באטום, המכילה את האלקטרונים הוולנטיים נקראת רמה וולנטית. באטום הפחמן 2 אלקטרונים וולנטיים רמה אלקטרונים שאינם וולנטיים
תכונות אלקטרונים ערכיים יכולים להפרד מהאטום יחסית בקלות. יכולים לעבור לאטום אחר. יכולים להתחבר עם אלקטרונים ערכיים של אטום אחר כדי ליצור מולקולה. לסיכום, הם אלה שמקנים ליסוד את רוב תכונותיו הכימיות.