אינטרנט  |  ynet  |  בעלי מקצוע  |  קניות  |  ספקים למשרד

   חדשות תוכן ועדכונים 24 שעות - Ynet


דמוקריטוס - טבע את המונח "אטום"
דמוקריטוס - טבע את המונח "אטום" צילום: גטי אימג' בנק ישראל
 
ג'ון דולטון - העלה את ההשערה שהתרכובות הכימיות בנויות מחלקיקים זעירים (אטומים) של יסודות שונים
ג'ון דולטון - העלה את ההשערה שהתרכובות הכימיות בנויות מחלקיקים זעירים (אטומים) של יסודות שונים 
 
אלברט איינשטיין, הסביר את התוצא הפוטו-חשמלי בהסתמך על הרעיון האטומי
אלברט איינשטיין, הסביר את התוצא הפוטו-חשמלי בהסתמך על הרעיון האטומי צילום: לע"מ
 
 פורמט להדפסה  הדפס

ערכים קשורים
 דמוקריטוס מאבדרה
 אפיקורוס
 פייר גסנדי
 אנטואן-לורן לבואזיה
 ג'וזף פריסטלי
 ג'ון דולטון
 תרכובת
 אלברט איינשטיין
 תוצא פוטו-חשמלי
 מיקרוסקופ
 ארנסט רת'רפורד
 נילס הנדריק דוויד בור
 תורת הקוונטים
 חלקיקים תת-אטומיים
 אלקטרון
 גרעין האטום
 פרוטון
 נייטרון
 איזוטופים
 קוורקים
 הטבלה המחזורית
 מסה
 מולקולה
 אמדאו אבוגדרו
 רדיואקטיביות
 יון
 קשר כימי
 גל
 וולפגנג פאולי
 גזים אצילים
 מתכות אלקליות
 הלוגנים
 פוטון
 ערכיות
 יסוד כימי


תחומים קשורים
 כימיה
 פיסיקה


 
 
 

אטום


Atom

תולדות הרעיון האטומי |  גרעין האטום |  ענן האלקטרונים |  מבנה האטום ותכונות החומר

אטום, אבן היסוד שממנה בנוי החומר. הגדרתו הפורמלית היא זו: היחידה הקטנה ביותר שאליה ניתן לחלק כמות של יסוד כימי תוך שמירה על זהותו של היסוד. כלומר, אם נתונה כמות כלשהי של יסוד כימי טהור ואנו מחלקים אותה שוב ושוב, בסופו של דבר תתקבל יחידה שהמשך חלוקתה ישלול ממנה את זהותה כאותו יסוד כימי. למעשה, מאז הולדת הרעיון האטומי ועד לסוף המאה ה-19 היה מקובל כי חלוקה נוספת כזו אינה אפשרית כלל, ומכאן המונח היווני "אטומוס", שפירושו "בלתי-ניתן לחלוקה".

 

למרות היותו זערורי ביותר, האטום הוא מערכת מורכבת של חלקיקים, בעלת מבנה פנימי מוגדר היטב; אפשר ללמוד הרבה על מבנה החומר ועל תכונותיו הפיסיקליות והכימיות, אך ורק מתוך הכרת האטומים.

 


תולדות הרעיון האטומי

הפילוסוף היווני לווקיפוס ממילטוס היה הראשון שהעלה את ההשערה (440 לפנה"ס) כי החומר מורכב מחלקיקים קטנים מכדי שייראו לעין, ומהם עשויים כל הדברים. את המונח "אטום" טבע דמוקריטוס ב-400 לפנה"ס (יוונית: atomos, שאי-אפשר לחלקו). אפיקורוס החזיק אף הוא באטומיזם.

 

לפי השקפת העולם האטומיסטית, החומר אינו רציף: אפשר לחלקו שוב ושוב, ולקבל את אותו החומר בקנה מידה קטן יותר, אך יש יחידה מזערית שמעבר לה אי-אפשר עוד לחלק את החומר. המדע המודרני חזר למושגים אלה רק בשלהי המאה ה-18, בפילוסופיה של גסנדי ואחרים ובמחקריהם הכימיים והפיסיקליים של לבואזיה, פריסטלי ובייחוד דולטון. בשנת 1805 העלה הכימאי האנגלי ג'ון דולטון את ההשערה שהתרכובות הכימיות בנויות מחלקיקים זעירים של יסודות שונים. הוא קרא לחלקיקים אלה "אטומים". במשך הדורות התאמתה השערתו זו של דולטון, הורחבה ופותחה.

עד לתחילת המאה ה-20 התנגדו מדענים רבים ל"השערה האטומית", בנימוק שהמדע אינו יכול לייחס ממשות לדברים שאין כל דרך להבחין בהם בתצפית. (צחוק הגורל הוא שהמכשירים המאפשרים לנו כיום לראות אטומים יחידים, ואף לעשות בהם מניפולציות, פותחו בהסתמך על תיאוריות פיסיקליות מודרניות, הרואות את האטום כממשי לחלוטין.) מדענים אחרים היו מוכנים לקבל את האטום כמטפורה, או כעזר מחשבתי להסברת תהליכים, אך לא כגוף בעל קיום ממשי. רק ב-1905, משהסביר איינשטיין את התוצא הפוטו-חשמלי בהסתמך על הרעיון האטומי, נעשה זה מקובל על הכול. "ראיית" אטומים יחידים התאפשרה רק בעשורים האחרונים של המאה ה-20, עם פיתוחם של מיקרוסקופי אלקטרונים משוכללים ביותר.

תפקיד חשוב בפיתוח התיאוריה המודרנית של מבנה האטום מילאו ארנסט רת'רפורד, שהציג את הדגם ה"פּלאנֶטי" של האטום (1911), ונילס בור, שנעזר ברעיון הקוונטי כדי להציג דגם משוכלל יותר (1913). למעשה, חקר מבנהו של האטום היה נושא מרכזי בראשית התפתחותה של תורת הקוונטים. לאחר זמן קיבל הנושא משנה תנופה, עם גילויים של חלקיקים תת-אטומיים רבים.

 

 התפתחות מודל האטום

 


גרעין האטום

האטום הוא מערכת זעירה בממדיה: 5 מיליון אטומים ערוכים בשורה ישתרעו לאורך של מילימטר אחד. המערכת נחלקת לשני מרכיבים עיקריים: גרעין (בעל מטען חשמלי חיובי) וענן אלקטרונים (בעלי מטען חשמלי שלילי) סביבו. הגרעין זעיר ביותר, לעומת נפח האטום כולו, ולכן רוב נפחו של האטום הוא חלל ריק. נושא המטען החיובי בגרעין הוא החלקיק הקרוי פרוטון. מלבד הפרוטונים מצויים בגרעין גם נייטרונים - חלקיקים שאינם טעונים (רק בגרעינו של האיזוטופ השכיח של אטום המימן, 1H, אין נייטרונים).

בקירוב גס מאוד, הגרעין הוא הקובע את תכונותיו הפיסיקליות של האטום, וענן האלקטרונים קובע את תכונותיו הכימיות. בזמן תגובה כימית, הגרעין נשאר בלא שינוי, שכן הוא - בניגוד לאלקטרונים - אינו משתתף בה.

לפרוטונים ולנייטרונים שם משותף, נוקליאונים. הם נחשבו עד שנות ה-60 של המאה ה-20 לחלקיקי יסוד, אך הוסברו מאז כבנויים מחלקיקים קטנים יותר, הקרויים קוורקים. הכוח המקשר בין הקוורקים בנוקליאון, ובין הנוקליאונים היוצרים גרעין, הוא הכוח הגרעיני החזק, אחד מארבעת כוחות היסוד של הטבע. צפיפותו הגבוהה של גרעין האטום, בערך 1014 גרם/סמ"ק, מעידה על עוצמתו של כוח זה. אולם טווח פעולתו קצר מאוד, בקירוב 10-13 ס"מ.

תכונות הגרעין תלויות במספר הפרוטונים (שסימנו כאמור Z) ובמספר הנייטרונים (N) המרכיבים אותו. מספר הפרוטונים שווה למטענו של הגרעין, וקובע את השתייכותו ליסוד מסוים ואת מיקומו של יסוד זה בטבלה המחזורית. מספר המסה (A), הקרוי גם מספר נוקליאוני, הוא סכום הפרוטונים והנייטרונים. אטומים שהם בעלי מספר שונה של פרוטונים ונייטרונים אך מספר שווה של נוקליאונים נקראים איזוברים; אטומים בעלי מספר שווה של נייטרונים הם איזוטונים; ואטומים בעלי מספר שווה של פרוטונים הם איזוטופים. לאיזוטופים, בניגוד לאיזוברים ולאיזוטונים, תכונות כימיות זהות.

אנרגיית הקשר הממוצעת של כל נוקליאון בגרעין היא כ-7 MeV (מיליון אלקטרון-וולט); ערך זה גדול פי כמה מיליונים מערך האנרגיה של הקשר בין האטומים במולקולה. לכן נשברים הקשרים הקיימים בין אטומים בזמן תגובה כימית רגילה ונוצרים קשרים חדשים, ואילו בגרעיניהם לא יחול שום שינוי.

המסה הממוצעת של אטום מסוים זהה לכל צורך מעשי למסת הנוקליאונים שבו, משום שמסת האלקטרון היא בערך 1/1840 ממסת הפרוטון, כלומר זניחה לרוב הצרכים. כדי לקבל את המסה האטומית של יסוד, מחלקים את A, המסה של גרם-אטום של אותו יסוד (כלומר, מספר המסה כשהוא מבוטא בגרמים), במספר האטומים המצויים בגרם-אטום, NA, שהוא מספר אבוגדרו, 6.0221367 x 1023. המסות האטומיות של היסודות השונים נעות בין 1.667x10-24 גרם לבין

 4.27x10-22 גרם. מכיוון שמסות אלה קטנות מאוד, נוהגים לבטא אותן ביחידות מיוחדות - יחידות מסה אטומית (amu, שנקראו בעבר "משקל אטומי"). יחידה אחת של מסה אטומית מוגדרת בתור 1/12 ממסתו של אטום 12C.

לפי הסברה, הנוקליאונים בגרעין ערוכים במעין "קליפות", אנלוגיות במקצת לקליפות האלקטרונים המתוארות להלן. יציבות הגרעין תלויה באיזון הפנימי בתוך מערך הקליפות הזה, שעדיין אינו מובן די הצורך. במצב של חוסר איזון, הגרעין נוטה להתפרק - זוהי תופעת הרדיואקטיביות.

 


ענן האלקטרונים

כאמור, תכונותיו הכימיות של יסוד נקבעות במידה רבה על פי האלקטרונים שלו, שמספרם במצב הרגיל (כלומר, כשהאטום אינו יון) שווה למספר הפרוטונים. קשר כימי בין אטומים שונים הוא תוצאה של שינוי במערך האלקטרונים של האטומים הללו.

לאלקטרון תכונות של חלקיק ושל גל בעת ובעונה אחת, ולכן אי-אפשר לתאר את תנועתו בתוך האטום כתנועה של חלקיק חומר במסלול מסוים; לפי מכניקת הקוונטים, אפשר לקבוע רק את ההסתברות להימצאותו של אלקטרון בנקודה מסוימת סביב הגרעין. לכן, גם אם עדיין נפוץ הדימוי ה"פלאנטי" של האטום כגרעין שחלקיקים בדידים מקיפים אותו במסלולים מעגליים או אליפטיים, מדויק יותר לתאר את תנועותיהם של האלקטרונים באטום באמצעות "ענן" של אלקטרונים, שצפיפותו במקומות מסוימים תואמת את ההסתברות להימצאותו של אלקטרון באותם מקומות.

לפי הדגם שנילס בור היה החלוץ בפיתוחו, כל אלקטרון באטום מאופיין בארבעה מספרים קוונטיים:

n, המספר הקוונטי הראשוני, מתאר את רמת האנרגיה של האלקטרון. רמת האנרגיה קובעת את מרחק האלקטרון מהגרעין (ככל שהיא גבוהה יותר, כן הוא רחוק יותר). אלקטרונים בעלי רמת אנרגיה שווה מתוארים כשוכנים ב"קליפה" אחת, ואת הקליפות מסמנים באותיות לטיניות, החל מ-K (הקרובה ביותר לגרעין), או בספרות, החל מ-1 (=K).

l, מספר התנע הזוויתי (או המספר האורביטלי) של האלקטרון. בקליפה הנמוכה ביותר, K, יכול להיות לאלקטרונים רק תנע זוויתי 0; בקליפה הבאה, L, התנע הזוויתי יכול להיות 0 או 1; בקליפה M הוא יכול להיות 0, 1 או 2, וכן הלאה.

שני מספרים קוונטיים נוספים הם m, המספר הקוונטי המגנטי הקובע את האנרגיה של אלקטרון בשדה מגנטי חיצוני, ומספר הספּין של האלקטרון, ms. לפי עקרון האיסור של פאולי, לא ייתכן מצב שבו יש באטום אחד שני אלקטרונים שכל המספרים הקוונטיים שלהם זהים.

מספר קליפות האלקטרונים תלוי בזהותו של כל יסוד. זהות היסוד קובעת גם אם הקליפות יהיו מלאות או חסרות: בהתאם לעקרון פאולי, יש מספר מרבי של אלקטרונים לכל קליפה (2 בראשונה, 8 בשנייה וכן הלאה). יסודות שקליפותיהם החיצוניות מלאות הם אדישים מבחינה כימית (הגזים האצילים); ואם יש בקליפה החיצונית מספר קטן של אלקטרונים, יחסית למקסימום (כמו במתכות האלקליות), או מספר קרוב למקסימום ובכל זאת נמוך ממנו (כמו בהלוגנים), היסוד פעיל מאוד מבחינה כימית.

 

באטומים הכבדים ביותר יש שבע קליפות, ואילו בקלים ביותר יש אחת. בכל קליפה יכולים האלקטרונים להימצא באחת מתוך כמה תצורות, הקרויות "אוֹרבִּיטָלִים", שסימניהן f ,d ,p ,s. לאורביטל s סימטרייה כדורית, והוא יכול להכיל עד שני אלקטרונים. לאורביטל p צורת הספרה 8, והוא יכול להכיל עד 6 אלקטרונים. צורותיהם של האורביטלים d ו-f מסובכות יותר, והם יכולים להכיל 10 ו-14 אלקטרונים, בהתאמה.

 


מבנה האטום ותכונות החומר

האנרגיה הפנימית של האטום אינה משתנה שינוי רצוף, אלא רק במנות בדידות, הנקראות קוונטים; כלומר, אנרגיה פנימית יכולה לקבל אך ורק ערכים מסוימים. כאמור, האלקטרון באטום נמצא במצבים אנרגטיים (או קוונטיים) מסוימים, המתאימים למצבים של אנרגיית הקשר שלו עם הגרעין (אנרגיה זו היא האנרגיה הדרושה לשמירה על ריחוקו של האלקטרון מן הגרעין). המצב הקוונטי של אטום בעל אנרגיה נמוכה ביותר הוא "מצב היסוד" או "מצב הבסיס" של אטום זה. מצבים קוונטיים של אטומים בעלי אנרגיה גבוהה יותר הם "מצבים מעוּרָרים", שכן במצבים אלה נחלש הקשר בין האלקטרון לגרעין, והאלקטרון עשוי להתנתק מן הגרעין. זמן החיים של מצב היסוד של אטום הוא בלתי-מוגבל; זמן החיים של מצב מעורר קצר מאוד (ביסוד מימן, למשל, בערך 10-8 שנייה), בטרם שובו למצב היסוד ע"י פליטת האנרגיה שעוררה אותו מלכתחילה.

בעת חימום, הקרנה או התפרקות חשמלית, האטום בולע קוונט של אנרגיה (פוטון), ועובר ממצב היסוד למצב מעורר; כמות האנרגיה הנבלעת מתאימה להפרשי האנרגיה שבין הרמות האנרגטיות של אותו אטום. פליטת קוונט של אנרגיה מחזירה את האטום למצב היסוד שלו. אפשר לתאר זאת כ"קפיצה" של אלקטרון מרמת אנרגיה נמוכה לגבוהה, ולהפך - זוהי "הקפיצה הקוונטית" שהיתה לשם דבר.

תכונותיו הכימיות של יסוד נובעות במישרין מנטיית האטום שלו למסור אלקטרונים או לקבל אלקטרונים, נטייה שאפשר לבטאה באופן כמותי באנרגיית היינון, המשקפת את זיקתו של האלקטרון לגרעין. אנרגית היינון היא האנרגיה הדרושה להרחקת אלקטרון מאטום שנמצא במצב היסוד שלו.

כל "קליפה" של אלקטרונים יכולה, כאמור, להכיל אלקטרונים במספר קבוע. אך כמובן, לא תמיד הקליפות מלאות, משום שמספר האלקטרונים הוא כמספר הפרוטונים, ולכן עולה מספר זה, מיסוד ליסוד, בקפיצות של 1 בלבד. הקליפה שאינה מלאה היא לרוב הקליפה החיצונית ביותר, אם כי באטומים הכבדים יותר ייתכן מחסור באלקטרונים גם בקליפות נמוכות יותר. מצבים של חוסר או עודף באלקטרונים הם הקובעים את ערכיות היסוד, ולפיכך הם מכתיבים רבות מתכונותיו הכימיות. קליפה שחסר בה רק אלקטרון אחד, או יש בה עודף של אלקטרון אחד, היא בעלת אנרגיית יינון נמוכה במיוחד, כלומר, האטום יוותר בקלות על האלקטרון ה"עודף" שלו, או "ישאף" לספח אלקטרון לקליפה הכמעט-מלאה, לפי המקרה. כאמור, היסודות שבהם הקליפה החיצונית מכילה את מלוא המספר המרבי של אלקטרונים הם הגזים האצילים, שמתייננים רק בתנאים יוצאי דופן ביותר, וכמעט לעולם אינם משתתפים בתגובות כימיות.

 





חזרה לעמוד הקודם
חזרה לעמוד הראשי של האנציקלופדיה

חדשות
דעות
כלכלה
ספורט
צרכנות
תרבות ובידור
רכילות Pplus
מחשבים
בריאות
ירוק
יהדות
תיירות
רכב
אוכל
יחסים
סרטים
הוט
כלכליסט
משחקים
מקומי
לימודים
מדע
לאישה
דרושים
ynet-shops
ynettours
winwin
בעלי מקצוע
ביגדיל
 

אודות ועזרה
כתבו אלינו
עזרה
מדיניות פרטיות
תנאי שימוש
מפת האתר
ארכיון
מרכזי המבקרים
Israel News
 
אודות האתר
RSS
הפוך לדף הבית
ניוזלטרים
פרסמו אצלנו
אנציקלופדיה
באבלס
ערוצי תוכן
חדשות
כלכלה
ספורט
תרבות
בריאות
מחשבים
נופש
Xnet
Yschool
יהדות
דעות
צרכנות
תיירות
אוכל
רכב
בעלי חיים
שופינג לאשה
כיכר השבת
יחסים
אסטרולוגיה
מעורבות
ירוק
לאשה
דילים
ynetArt
kick
כלכליסט
בלייזר
רכילות Pplus
מנטה
משחקים
mynet
מפות
פרוגי
כלים ושירותים
קניות
מניות
דרושים
מחירון רכב
דירות להשכרה
קופונים
זיכרונט
ידיעות בתי ספר
ידיעות אחרונות
דירות למכירה
לוח רכב
יד שניה
בעלי מקצוע
משחקים Games
עברית
דירות חדשות


YIT  - פיתוח אינטרנט ואפליקציותApplication delivery by radwarePowered by Akamaiהאתר פועל ברישיון אקו"םהאתר פועל ברישיון תל"יאקטיב טרייל
-nc  כל הזכויות שמורות לידיעות אינטרנט ©