מסע אל תוך האטום
האטום נראה כמו נקודה זעירה מבחוץ, אבל בפנים מתרחש סיפור מרתק של חלקיקים, מטענים וריק.
מבנה האטום: מה יש בפנים?
גרעין האטום (Nucleus)
מרכז קטן וצפוף מאוד שנמצא במרכז האטום, מכיל פרוטונים ונויטרונים
ענן אלקטרונים (Electron Cloud)
מעטפת גדולה סביב הגרעין, שבה נעים אלקטרונים במסלולים
הגרעין: המרכז הצפוף של האטום
הגרעין הוא ה"לב" של האטום — קטן, כבד ובעל מטען חיובי.
פרוטון (Proton)
נויטרון (Neutron)
הגרעין מכיל את כמעט כל מסת האטום (99.9%), אבל תופס נפח זעיר מהאטום!
מבנה האטום
בחר יסוד כימי כדי לראות את מבנה האטום שלו
גרור לסיבוב | גלגל לזום
פחמן (C)
Carbon
פרוטונים
6
נויטרונים
6
אלקטרונים
6
קליפות
2
פיזור אלקטרונים בקליפות:
ענן האלקטרונים: הקליפה החיצונית
מסביב לגרעין נעים חלקיקים זעירים וקלים — האלקטרונים.
אלקטרונים (Electrons)
• מטען חשמלי: שלילי (-1)
• מסה: קטנה מאוד (פי 1,836 קטן יותר מפרוטון!)
• תפקיד: יצירת קשרים כימיים
• סמל: e⁻
האלקטרונים נעים במהירות גבוהה סביב הגרעין, ויצרים מעטפת רחבה שנקראת "ענן אלקטרונים".
האלקטרונים קובעים את התכונות הכימיות של האטום — כיצד הוא מתקשר עם אטומים אחרים.
פרוטון מול אלקטרון
פרוטון (Proton)
חלקיק כבד במרכז האטום, בעל מטען חיובי.
דוגמה: מסה: 1.673 × 10⁻²⁷ ק"ג מטען: +1.602 × 10⁻¹⁹ קולון
אלקטרון (Electron)
חלקיק קל מאוד שנע סביב הגרעין, בעל מטען שלילי.
דוגמה: מסה: 9.109 × 10⁻³¹ ק"ג מטען: -1.602 × 10⁻¹⁹ קולון
גודל המטען זהה, אבל הכיוון הפוך! מטען פרוטון + מטען אלקטרון = 0
השוואת החלקיקים האטומיים
| חלקיק | סמל | מטען חשמלי | מסה יחסית | מיקום |
|---|---|---|---|---|
| פרוטון | p⁺ | +1 | 1 | גרעין |
| נויטרון | n⁰ | 0 | 1 | גרעין |
| אלקטרון | e⁻ | -1 | 1/1836 | ענן אלקטרונים |
* המסה היחסית מושווית לפרוטון (מסת פרוטון = 1)
אטום ניטרלי
באטום ניטרלי (ללא מטען), מספר הפרוטונים שווה למספר האלקטרונים.
למה? כי מטען חיובי (+) של פרוטון מבטל את המטען השלילי (-) של אלקטרון.
לדוגמה: אטום חמצן יש לו 8 פרוטונים ו-8 אלקטרונים.
8(+) + 8(-) = 0 → מטען כולל: אפס
יחסי גודל באטום
אם האטום היה באצטדיון
הגרעין היה בגודל של גרגר אורז במרכז המגרש, והאלקטרונים היו נעים בטריבונות!
רוב האטום הוא... ריק!
99.9999999999999% מנפח האטום הוא מרחב ריק. החומר שאנחנו רואים הוא בעצם ריק כמעט לגמרי!
דוגמאות לאטומים ומבנה שלהם
מימן (H)
הגרעין:
1 פרוטון
0 נויטרונים
ענן אלקטרונים:
1 אלקטרון
הליום (He)
הגרעין:
2 פרוטונים
2 נויטרונים
ענן אלקטרונים:
2 אלקטרונים
פחמן (C)
הגרעין:
6 פרוטונים
6 נויטרונים
ענן אלקטרונים:
6 אלקטרונים
חמצן (O)
הגרעין:
8 פרוטונים
8 נויטרונים
ענן אלקטרונים:
8 אלקטרונים
נתרן (Na)
הגרעין:
11 פרוטונים
12 נויטרונים
ענן אלקטרונים:
11 אלקטרונים
כלור (Cl)
הגרעין:
17 פרוטונים
18 נויטרונים
ענן אלקטרונים:
17 אלקטרונים
שאלה לחשיבה
מדוע הגרעין לא מתפזר, למרות שכל הפרוטונים בעלי מטען חיובי ודוחים זה את זה?
שאלה מצוינת! פרוטונים אכן דוחים זה את זה בגלל המטען החיובי שלהם.
אז מה מחזיק את הגרעין ביחד?
יש כוח חזק יותר מהדחייה החשמלית — כוח שנקרא "כוח גרעיני חזק".
הכוח הגרעיני החזק:
• פועל רק במרחקים קצרים מאוד (בתוך הגרעין)
• מושך את הפרוטונים והנויטרונים זה לזה
• חזק פי מאה מהכוח החשמלי!
הנויטרונים עוזרים גם הם — הם מפרידים בין הפרוטונים ומפחיתים את הדחייה החשמלית.
ללא הכוח הגרעיני החזק, לא היו אטומים, ולא היינו קיימים!
איך לזכור את החלקיקים
זכרו את המילה פ.נ.א:
- פ = פרוטון ← חיובי (+), בגרעין, כבד
- נ = נויטרון ← ניטרלי (0), בגרעין, כבד
- א = אלקטרון ← שלילי (-), בענן, קל
גרעין = מרכז כבד
פרוטונים + נויטרונים = 99.9% מהמסה
אלקטרונים = קליפה קלה
נעים במהירות עצומה, קלים מאוד
אטום ניטרלי
מספר פרוטונים = מספר אלקטרונים
עד שנת 1911, מדענים חשבו שהאטום הוא כמו "עוגת שזיפים" — מסה חיובית עם אלקטרונים שלילים "תקועים" בה.
ניסוי רתרפורד (1911):
המדען ארנסט רתרפורד ירה חלקיקים אלפא (גלעיני הליום) על רדיד זהב דק.
- רוב החלקיקים עברו דרך הרדיד — זה הוכיח שהאטום הוא בעיקר ריק!
- חלק קטן מהחלקיקים הוחזר לאחור — זה הוכיח שיש גרעין קטן וצפוף במרכז
- רתרפורד אמר: "זה כמו לירות תותח על נייר ולראות את הכדור חוזר אליך!"
כך התגלה המודל הגלעיני של האטום — גרעין קטן וצפוף במרכז, ואלקטרונים נעים סביבו.