אנו מסבירים מהו אטום וכיצד מורכב כל אחד מחלקיו. כמו כן, ההיסטוריה שלו, מחקרים אודותיו ומהי מולקולה.
מהו אטום?
היחידה הקטנה ביותר שמהווה את חוֹמֶר.
המילה אטום באה מיוונית עתיקה (אָטוֹם, "ללא חלוקה") ונטבע על ידי הפילוסופים הראשונים שעשו תיאוריה לגבי הרכב הדברים, כלומר, החלקיקים היסודיים של עוֹלָם. מאז, עם הופעתה של מודלים אטומיים, הדרך לדמיין אותם השתנתה מאוד, שכן מודל אטומי הצליח את הקודם במשך מאות שנים, עד שהגענו למודל בו אנו משתמשים כיום.
לאטומים יש את התכונות של יסוד כימי המרכיבים, ובתורם, האלמנטים מאורגנים ומסווגים בהתאם להם מספרים אטומיים, תצורה אלקטרונית ותכונות כימיות ב טבלה מחזורית של האלמנטים.
אותו יסוד כימי יכול להיות מורכב מאטומים שונים מאותה מחלקה, כלומר בעלי אותו מספר אטומי (מספר של פרוטונים שיש לכל אטום ביסוד), אם כי המסות האטומיות שלהם שונות.
לדוגמה, ישנם אטומים שונים של אותו יסוד הנבדלים במספרם של נויטרונים, והם נקראים איזוטופים, מקרה מייצג הוא האיזוטופים של היסוד פחמן (12C, 13C, 14C). אז כל אטום שייך לאותו יסוד כימי או לא, תלוי במספר הפרוטונים שלו, אז אטומים עם אותו מספר פרוטונים שייכים לאותו יסוד כימי.
איך מורכב אטום?
אטומים מורכבים מגרעין ומאלקטרון אחד או יותר (שיש להם מטען שלילי) סביבו. הגרעין מורכב מחלקיקים הנקראים פרוטונים וניוטרונים. הפרוטונים טעונים חיובית והנייטרונים ניטרליים. קבוצת הפרוטונים והנייטרונים נקראת נוקלאון.
פרוטונים ואלקטרונים נמשכים זה לזה על ידי הכוח האלקטרומגנטי (האינטראקציה של חלקיקים טעונים עם שדות חשמליים ומגנטיים), בעוד שהפרוטונים והנייטרונים נמשכים זה לזה על ידי הכוח הגרעיני (כוח שחווים רק החלקיקים המרכיבים את גרעין אטום).
איך אטומים מתחברים?
אטומים יכולים לשלב זה עם זה כדי ליצור קישורים כימיים, מה קורה כשהם חולקים את האלקטרונים שלהם בצורה כזו או אחרת. קשרים כימיים יכולים להיות קוולנטי, יונית י מַתַכתִי, שמקורו בתרכובות מולקולריות קוולנטיות, רשתות יוניות או תרכובות מתכתיות (אם כי חשוב להבהיר שאף קשר כימי אינו קוולנטי או יוני לחלוטין). בדרך זו, אטומים יכולים להתאחד כדי ליצור מולקולות פשוט כמו ה מים, כמו גם לצורה מקרומולקולות מורכב כמו חֶלְבּוֹן, DNA י RNA.
למרות שהאטומים נבדלים זה מזה בזכות תצורת החלקיקים שלהם, זה גם נכון שכל האטומים של אותו יסוד זהים לחלוטין: אטומי המימן ב- שמש הם זהים לאלו המרכיבים את גופנו, ואטומי הפחמן בגוף הכלב זהים לאלו המרכיבים יהלום. ההבדל הוא באופן שבו האטומים מתחברים ויוצרים את התרכובות הכימיות השונות המרכיבות את האיברים ומערכות האיברים ב יצורים חיים, החומרים שנוצרו ב תַעֲשִׂיָה, וכל החומר המרכיב את היקום.
חלקים של אטום
אטומים מורכבים משני חלקים חיוניים:
- הגרעין. כ-99.94% מהמסה של אטום מרוכזת בגרעין, שם נמצאים הפרוטונים והנייטרונים (שנקראים ביחד "נוקלונים"), מצטרפים אליהם כוחות גרעיניים חזקים, מה שמונע מהפרוטונים שהם דוחים זה את זה, בעלי אותו חשמל לחייב.
- האורביטלים האטומיים. מסלול מתאר אזור בחלל המקיף את גרעין האטום שבו הִסתַבְּרוּת למצוא אלקטרון זה מאוד גבוה. לאזורים אלו צורות שונות המתקבלות כתוצאה מפתרון משוואת שרדינגר הנייחת. ארווין שרדינגר היה מדען אוסטרי שפיתח משוואה זו בשנת 1925 כדי לחשב את התפתחותו של חלקיק תת-אטומי, כגון אלקטרונים. כך, האלקטרונים יוצרים מעין "ענן" מסביב לגרעין, המיוצג על ידי צורת האורביטלים האטומיים. מצד שני, כל מסלול אטומי מתאים לערך אנרגיה מסוים עבור אלקטרונים, ולכן הם מאורגנים לפי ערכי האנרגיה שלהם. האיור הבא מציג את הצורות של האורביטלים האטומיים הראשונים:
היסטוריה של האטום
הראשון שגיבש את רעיון קיומם של אטומים היה הפילוסוף היווני דמוקריטוס (ס.V-VI לפני הספירה) מתוך ספקולציות דמיוניות בלבד (כפי שהובנה המדע באותה תקופה).
מחקריו נלקחו על ידי פילוסופים מאוחרים יותר כמו לאוקיפוס ואפיקורוס, אך הם הוזנחו במהלך ימי הביניים, בצל ההסבר הבריאתני של העולם, שייחס הכל לאלוהים.
נאלצנו לחכות עד 1773 כאשר הכימאי הצרפתי אנטואן דה לבואזיה הניח את התיאוריה שלו על אי יצירה או הרס של חומר (הוא רק הופך) או חוק שימור המסה, שאפשרה לג'ון דלטון לנסח את תורת האטום המודרנית הראשונה ב-1804.
חוקרים רצופים של ה גוּפָנִי וה כִּימִיָה הם קיבלו השראה מעבודתו להציע מערכות טובות ומורכבות יותר להבנת חלקיקי החומר הבסיסיים. לאחר מכן, הוצעו מודלים אטומיים חדשים עד לאלו המשמשים ביותר כיום.
המבנה המקובל העכשווי הוא זה שנגזר מה- ניסויים של רתרפורד ב-1911, יחד עם הניסוחים של נילס בוהר, שרדינגר והייזנברג.
מולקולה
מולקולה ידועה כאיחוד של שני אטומים או יותר דרך קשרים כימיים ליצירת מבנה מורכב יותר וניטרלי מבחינה חשמלית. קשרים כימיים יכולים להיות קוולנטיים או יוניים.
מולקולות יכולות להיות מורכבות מאטומים של אותו יסוד כימי, למשל, מולקולת החמצן (O2), או מאטומים של יסודות כימיים שונים, למשל, מולקולת הגלוקוז. גם גזים מונטומיים, למשל הליום (He), נחשבים למולקולות.