|
|
|
|
איזוטופים (Isotopes)
תכונותיו של כל אחד מחומרי היסוד נקבעות על פי מספר הפרוטונים בגרעין האטום של אותו יסוד, אשר מתבטא במספר האטומי של היסוד. המספר האטומי של היסוד הוא כמספר הפרוטונים בגרעין שלו. מספר הפרוטונים קובע את תכונותיו הכימיות של היסוד – הצבע, המרקם ותכונותיו המכאניות. הנייטרונים בגרעין האטום אחראים על יציבותו. מספר הפרוטונים בצירוף מספר הנייטרונים בגרעין האטום קובע את מספר המסה של היסוד, או המשקל האטומי שלו. במקרים רבים, בפרט ביסודות הקלים, מספר הנייטרונים זהה למספר הפרוטונים, אבל זה לא תמיד כך, לא בכל היסודות. יתר על כן, יש יסודות המופיעים במספר אופנים, המכונים איזוטופים. בכל האיזוטופים השונים של יסוד מסוים יש מספר זהה של פרוטונים, אבל מספר שונה של נייטרונים. מאחר ומספר הפרוטונים זהה באיזוטופים השונים של אותו יסוד, תכונותיהם הכימיות של איזוטופים שונים של אותו יסוד הן זהות. מה שמשתנה בין האיזוטופים השונים הוא יציבות גרעין האטום, משום שהנייטרונים הם האחראים על יציבות גרעין האטום. כך, למשל, לפחמן יש שני איזוטופים. בכל אחד משני איזוטופים אלה יש בגרעין אטום הפחמן 6 פרוטונים. באיזוטופ פחמן-12 (12C) יש 6 פרוטונים ו-6 נייטרונים, באיזוטופ פחמן-14 (14C) יש 6 פרוטונים ו-8 נייטרונים. מספר האיזוטופ הוא בעצם מספר המסה שלו. יונים (Ions) יון (Ion) הוא אטום, או פרודה, אשר בהם מספר האלקטרונים אינו זהה למספר הפרוטונים – ולכן הם נושאים מטען חשמלי. כאמור, באטומים המצויים בטבע, במצבם הטבעי הבסיסי, מספר הפרוטונים זהה למספר האלקטרונים – אבל לא תמיד זה המצב. האלקטרונים מסתובבים סביב הגרעין במהירות רבה מאד, קרובה למהירות האור. במעטפת ענן האלקטרונים שסביב גרעין האטום יש מספר אורביטלים, או "קליפות". אותן "קליפות" הן מסלולים היקפיים, כאשר כל "קליפה" נמצאת במרחק קבוע מגרעין האטום. יותר נכון, האורביטל הוא אזור היקפי סביב גרעין האטום, כאשר מסלול האטום יכול להיות במקום כלשהו באותו אזור היקפי. לאלקטרון יש רמת אנרגיה הנגזרת מהתנע הזוויתי שלו. כאשר אלקטרונים שונים נעים במסלולים שונים, כל אחד מהם במרחק שונה מהגרעין, לאלקטרונים במסלולים שונים יש רמות אנרגיה שונות, או רמות עירור שונות. על פי תורת הקוונטים, לאלקטרון לא יכולות להיות רמות אנרגיה המשתנות ברציפות – רמות האנרגיה של האלקטרון יכולות להשתנות רק בקפיצות קוונטיות. לכן, מרחק האורביטלים מגרעין האטום, או מרחק המסלולים ההיקפיים סביב גרעין האטום מהגרעין, אינו משתנה באופן רציף, אלא בקפיצות קוונטיות (קפיצות בערכים בדידים, לא רציפים). משמעות הדבר היא שכל אחת מה"קליפות" יכולה להיות רק באחד מתוך כמה מרחקים נתונים מגרעין האטום. בכל אורביטל יכול להיות או אלקטרון אחד, או שני אלקטרונים לכל היותר. כאשר יש שני אלקטרונים באורביטל, לכל אחד מהם ספין הופכי. הספין של האלקטרון הוא אנרגיה השמורה באלקטרון על ידי הסיבוב שלו סביב הציר של עצמו. כיוון הספין נקבע על פי כיוון סיבוב האלקטרון סביב צירו. האורביטלים מחולקים לקבוצות, על פי רמת האנרגיה (הנובעת מהתנע הזוויתי), או רמת העירור של האלקטרונים המאכלסים אותם. לאלקטרונים הקרובים ביותר לגרעין רמת האנרגיה הגבוהה ביותר, בעוד לאלקטרונים המרוחקים ביותר מהגרעין רמת האנרגיה הנמוכה ביותר. ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר, קרוב יותר לגרעין האטום, יכול להיות רק אורביטל אחד. ברמות אנרגיה נמוכות יותר, רחוקות יותר מגרעין האטום, יכולים להיות כמה אורביטלים באותה רמת אנרגיה. כל אלקטרון שואף להיות ברמת האנרגיה הנמוכה יותר, לכן, לפי מספר האורביטלים באטום, קודם כל מאוכלסים האורביטלים ברמת האנרגיה הנמוכה ביותר, הרחוקה ביותר מגרעין האטום ולאחר מכן האורביטלים ברמות אנרגיה גבוהות יותר. בנוסף, כל אטום שואף להיות במצב היציב ביותר, כמו בגזים אצילים (פרט להליום) – בהם רמת האנרגיה הנמוכה ביותר ("הקליפה" החיצונית של האורביטלים, או מסלולי האלקטרונים) מאוכלסת במלואה על ידי 8 אלקטרונים, ב-4 אורביטלים, 2 אלקטרונים בכל אורביטל. כאשר באורביטל מסוים יש רק אלקטרון אחד, אותו אלקטרון נקרא אלקטרון חופשי – משום שקל לו, יותר מאשר לאלקטרונים אחרים, לעזוב את האורביטל ובכך לעזוב את האטום. בניגוד לגזים אצילים, שהם יציבים מאד, החמצן הוא גז בעל יציבות נמוכה. זה משום שבקליפה החיצונית שלו יש 4 אורביטלים, מהם 2 אורביטלים שבכל אחד מהם 2 אלקטרונים ו-2 אורביטלים שבכל אחד מהם אלקטרון אחד. כך, בקליפה החיצונית של אטום החמצן יש שני אלקטרונים חופשיים. 2 האלקטרונים החופשיים בקליפה החיצונית של אטום החמצן הם הגורמים לו להיות לא יציב. פוטון הוא היחידה הקוונטית הקטנה ביותר של אנרגיה אלקטרומגנטית, או של אנרגיית אור. ניתן להגדיר את הפוטון גם כחלקיק אנרגיה, אנרגיה אלקטרומגנטית או אנרגיית אור. בהשפעת אנרגיה, או כוחות מבחוץ, אלקטרון מסוים יכול לנדוד מאורביטל אחד לשני – וכן האלקטרון יכול לעבור מרמת אנרגיה אחת לאחרת, או מרמת עירור אחת לאחרת. כאשר אלקטרון בולע פוטון, דהיינו, סופג אנרגיה מפוטון – או סופג אנרגיה משדה אלקטרומגנטי, או מהתנגשות עם חלקיקים אחרים, בדרך כלל התנגשות עם אלקטרונים אחרים – הוא עובר לרמת אנרגיה, או רמת עירור, גבוהה יותר. האלקטרון נמצא אז במצב מעורר. הוא נמצא במצב מעורר זמן קצר ואז הוא חוזר לרמת האנרגיה המקורית, הנמוכה יותר. כאשר אלקטרון עובר (או חוזר) לרמת אנרגיה, או רמת עירור, נמוכה יותר, קורה אחד מהשניים: או שהוא משחרר פוטון, או שמהאטום נפלט אלקטרון אל מחוץ לאטום. כאמור, בהשפעת אנרגיה, או כוחות, מחוץ לאטום, קורה לפעמים שמהאטום נפלט אלקטרון אחד, או נפלטים כמה אלקטרונים. ללא פליטת אלקטרון, או אלקטרונים, באטום יש מספר זהה של פרוטונים ואלקטרונים. לפרוטונים מטען חשמלי חיובי ולאלקטרונים מטען חשמלי שלילי – כאשר המטען החשמלי בפרוטונים ובאלקטרונים זהה בגודלו, אך הפוך בסימנו (חיובי או שלילי). כך, במצב הטבעי הנייח של האטום, אין לאטום מטען חשמלי, משום שסך כל האלקטרונים שלו מנטרלים את המטען החשמלי של סך כל הפרוטונים שלו. כאשר באטום מספר המטענים החשמליים השליליים זהה למספר המטענים החשמליים החיוביים, הם מנטרלים זה את זה ולאטום כיחידה אחת אין מטען חשמלי כלפי חוץ. אטום כזה הוא ניטרלי מבחינה חשמלית, או, האטום ככללו הוא ללא מטען חשמלי. כאשר מהאטום נפלט אלקטרון, או אלקטרונים, יש בו יותר פרוטונים מאשר אלקטרונים והוא הופך להיות בעל מטען חשמלי חיובי. האטום נהיה אז ליון חיובי. כאשר מאטום מסוים נפלט אלקטרון, אותו אלקטרון מצטרף לאטום שכן אחר. כאשר זה קורה, באותו אטום אליו הצטרף אלקטרון נוסף יש יותר אלקטרונים מפרוטונים, האטום הופך להיות בעל מטען חשמלי שלילי. האטום נהיה אז ליון שלילי. התופעה של פליטת אלקטרונים וספיחת אלקטרונים מתרחשת גם בפרודות (מולקולות) באותה מידה בה היא מתרחשת באטומים בודדים. אם כן, יון חיובי הוא אטום, או פרודה, בהם חסר אלקטרון, או חסרים מספר אלקטרונים. דהיינו, יון חיובי הוא אטום, או פרודה, בהם יש יותר פרוטונים מאלקטרונים. יון חיובי הוא אטום, או פרודה, בעלי מטען חשמלי חיובי. יון שלילי הוא אטום, או פרודה, אשר אליהם נספח אלקטרון, או נספחו מספר אלקטרונים. דהיינו, יון שלילי הוא אטום, או פרודה, בהם יש יותר אלקטרונים מפרוטונים. יון שלילי הוא אטום, או פרודה, בעלי מטען חשמלי שלילי. יון חיובי נקרא קטיון, משום שבתא חשמלי הוא נמשך לקתודה, שהיא שלילית. יון שלילי נקרא אניון, משום שבתא חשמלי הוא נמשך לאנודה, שהיא חיובית. הרחבות נוספות ניתן לראות בקישורים הבאים: אטום – ויקיפידיה אורביטל אטומי – ויקיפידיה אלקטרון – ויקיפידיה יון – ויקיפידיה מבנה האטום – סיכומונה. |
|
|
|
|
שאלות, הערות והצעות יתקבלו בברכה:
דואר אלקטרוני
כל הזכויות שמורות. Copyright © - 2010 ליהושע גומא, עזריאל |