קוד זהות האטום
שני מספרים, Z ו-A, מספרים מי היסוד, כמה נויטרונים יש בו ומה אפשר להסיק על מבנה האטום.
שני המספרים שקובעים את האטום
המספר האטומי
(Z - Atomic Number)
מספר המסה
(A - Mass Number)
המספר האטומי (Z) - "תעודת הזהות" של האטום
המספר האטומי הוא המספר החשוב ביותר - הוא קובע מי האטום!
המספר האטומי (Z) = מספר הפרוטונים בגרעין
זה המספר שקובע את זהות היסוד:
• אם Z = 1 → מימן (Hydrogen)
• אם Z = 6 → פחמן (Carbon)
• אם Z = 8 → חמצן (Oxygen)
• אם Z = 79 → זהב (Gold)
כלל זהב: שני אטומים עם אותו מספר פרוטונים הם אותו יסוד, גם אם יש להם מספר שונה של נויטרונים!
Z = מספר הפרוטונים
המספר האטומי לא משתנה - אם אטום מאבד או מקבל פרוטון, הוא הופך ליסוד אחר!
מספר המסה (A) - כמה "כבד" האטום
מספר המסה אומר לנו כמה חלקיקים "כבדים" יש בגרעין.
מספר המסה (A) = פרוטונים + נויטרונים
האלקטרונים לא נספרים כי הם קלים מדי (פחות מ-0.05% מהמסה).
לדוגמה:
• אטום חמצן: 8 פרוטונים + 8 נויטרונים = A = 16
• אטום פחמן: 6 פרוטונים + 6 נויטרונים = A = 12
• אטום נתרן: 11 פרוטונים + 12 נויטרונים = A = 23
A = Z + N
(מספר המסה = פרוטונים + נויטרונים)
מספר המסה יכול להשתנות לאותו יסוד - אטומים באותו יסוד יכולים להיות עם מספר שונה של נויטרונים.
מספר אטומי מול מספר מסה
מספר אטומי (Z)
מספר הפרוטונים בלבד. קובע את זהות היסוד.
דוגמה: חמצן תמיד Z=8
מימן תמיד Z=1
זהב תמיד Z=79
מספר מסה (A)
פרוטונים + נויטרונים. קובע את מסת האטום.
דוגמה: חמצן יכול להיות A=16, A=17, A=18
פחמן יכול להיות A=12, A=13, A=14
חשוב לזכור: Z קובע מי האטום, A קובע כמה הוא כבד.
חישוב מספר הנויטרונים
אם יודעים את A ואת Z, אפשר לחשב את מספר הנויטרונים (N):
N = A - Z
דוגמה: אטום נתרן (Na)
• Z = 11 (פרוטונים)
• A = 23 (מסה)
• N = 23 - 11 = 12 נויטרונים
סימון אטום ביסוד
את האטום מסמנים כך:
- למעלה משמאל: מספר המסה (A)
- למטה משמאל: המספר האטומי (Z)
- באמצע: סימן היסוד
- דוגמה: ₁₁²³Na (נתרן-23)
דוגמאות: חישוב Z, A, N
מימן (H)
סימון: ₁¹H
Z = 1 (פרוטון)
A = 1 (מסה)
N = 1-1 = 0 (נויטרונים)
מימן הוא היסוד היחיד שיכול להיות ללא נויטרונים!
הליום (He)
סימון: ₂⁴He
Z = 2 (פרוטונים)
A = 4 (מסה)
N = 4-2 = 2 (נויטרונים)
פחמן (C)
סימון: ₆¹²C
Z = 6 (פרוטונים)
A = 12 (מסה)
N = 12-6 = 6 (נויטרונים)
חמצן (O)
סימון: ₈¹⁶O
Z = 8 (פרוטונים)
A = 16 (מסה)
N = 16-8 = 8 (נויטרונים)
נתרן (Na)
סימון: ₁₁²³Na
Z = 11 (פרוטונים)
A = 23 (מסה)
N = 23-11 = 12 (נויטרונים)
כלור (Cl)
סימון: ₁₇³⁵Cl
Z = 17 (פרוטונים)
A = 35 (מסה)
N = 35-17 = 18 (נויטרונים)
יסודות נפוצים ומספריהם
| יסוד | סימן | Z (פרוטונים) | A (מסה טיפוסית) | N (נויטרונים) |
|---|---|---|---|---|
| מימן | H | 1 | 1 | 0 |
| הליום | He | 2 | 4 | 2 |
| ליתיום | Li | 3 | 7 | 4 |
| בריליום | Be | 4 | 9 | 5 |
| בורון | B | 5 | 11 | 6 |
| פחמן | C | 6 | 12 | 6 |
| חנקן | N | 7 | 14 | 7 |
| חמצן | O | 8 | 16 | 8 |
| פלואור | F | 9 | 19 | 10 |
| ניאון | Ne | 10 | 20 | 10 |
| נתרן | Na | 11 | 23 | 12 |
| מגנזיום | Mg | 12 | 24 | 12 |
| אלומיניום | Al | 13 | 27 | 14 |
| סיליקון | Si | 14 | 28 | 14 |
| זרחן | P | 15 | 31 | 16 |
| גופרית | S | 16 | 32 | 16 |
| כלור | Cl | 17 | 35 | 18 |
| ארגון | Ar | 18 | 40 | 22 |
| אשלגן | K | 19 | 39 | 20 |
| סידן | Ca | 20 | 40 | 20 |
* מספר המסה (A) הוא הנפוץ ביותר, אבל לכל יסוד יש גם איזוטופים אחרים
שאלה לחשיבה
למה לרוב היסודות יש יותר נויטרונים מאשר פרוטונים?
שאלה מצוינת! שימו לב שמ-Z=1 עד Z=20, מספר הנויטרונים דומה למספר הפרוטונים.
אבל ביסודות כבדים יותר, יש הרבה יותר נויטרונים:
• אורניום (U): Z=92, אבל A=238 → N=146 נויטרונים!
למה?
הפרוטונים בגרעין דוחים זה את זה (מטען חיובי).
כדי שהגרעין לא יתפזר, צריך יותר נויטרונים שיפרידו בין הפרוטונים ויחזקו את הגרעין ביחד.
ככל שיש יותר פרוטונים, צריך הרבה יותר נויטרונים כדי לייצב את הגרעין.
יסודות עם Z גבוה מ-83 הם רדיואקטיביים - הגרעין שלהם לא יציב ומתפרק עם הזמן.
שאלה לחשיבה
מה ההבדל בין מספר אטומי למספר מסה?
המספר האטומי Z הוא מספר הפרוטונים והוא קובע את זהות היסוד. מספר המסה A הוא סכום הפרוטונים והנויטרונים, ולכן הוא מתאר כמה חלקיקים כבדים יש בגרעין של האטום.
כללי זהב למספר אטומי ומסה
Z קובע זהות
המספר האטומי תמיד זהה לאותו יסוד. לכל חמצן Z=8, לכל זהב Z=79.
A יכול להשתנות
אטומים באותו יסוד יכולים להיות עם מספר מסה שונה (איזוטופים).
N = A - Z
מספר הנויטרונים הוא תמיד ההפרש בין מספר המסה למספר האטומי.
אטום ניטרלי
מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים (= Z) באטום ניטרלי.
שאלה לחשיבה
אטום מסוים מסומן כך: ₂₆⁵⁶Fe. כמה פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים יש בו (בהנחה שהוא ניטרלי)?
מהסימון: Z=26 (מספר אטומי, למטה) ו-A=56 (מספר מסה, למעלה). לכן: 26 פרוטונים, N = 56-26 = 30 נויטרונים, ובאטום ניטרלי מספר האלקטרונים שווה ל-Z = 26 אלקטרונים. זהו אטום ברזל (Fe)!
Z = זהות
המספר האטומי קובע מיהו היסוד
A = מסה
מספר המסה = פרוטונים + נויטרונים
N = יציבות
הנויטרונים מייצבים את הגרעין
הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלייב יצר ב-1869 את הטבלה המחזורית - טבלה שמסדרת את כל היסודות.
איך היסודות מסודרים?
- היסודות מסודרים לפי המספר האטומי (Z) - מ-1 (מימן) ועד 118 (אוגנסון)
- כל יסוד בטבלה נמצא במשבצת עם המספר האטומי שלו
- יסודות באותה עמודה (קבוצה) מתנהגים באופן דומה מבחינה כימית
בזמנו של מנדלייב, לא ידעו על פרוטונים! הוא סידר את היסודות לפי המסה, אבל היום אנחנו יודעים שהמספר האטומי הוא העיקרון המארגן.
מנדלייב אפילו חזה יסודות שעוד לא התגלו - הוא השאיר משבצות ריקות וחזה שקיים יסוד עם תכונות דומות לאלומיניום (שקרא לו "אקה-אלומיניום"), ואכן גליום (Ga) התגלה ב-1875!
שאלה לחשיבה
למה מנדלייב סידר את היסודות לפי מסה אטומית, אבל היום אנחנו מסדרים לפי מספר אטומי? מה ההבדל?
בזמנו של מנדלייב (1869) לא ידעו על פרוטונים, אז הוא סידר לפי מסה. אבל מסה כוללת גם נויטרונים, ולכן לפעמים הסדר 'השתבש' (למשל ארגון A=40 לפני אשלגן A=39). המספר האטומי Z (מספר הפרוטונים) הוא הנתון האמיתי שקובע את זהות היסוד ותכונותיו, ולכן הוא העיקרון המארגן הנכון.