למה אטומים לא אוהבים להיות לבד?
גלו את הסוד מאחורי הקשרים שיוצרים את כל החומרים סביבנו
מאטומים בודדים למולקולות
מהו קשר כימי?
קשר כימי (Chemical Bond) הוא כוח משיכה פיזיקלי חזק המחזיק אטומים יחד בתוך מולקולות ותרכובות, הנוצר באמצעות שיתוף או העברת אלקטרוני ערכיות כדי להשיג יציבות אנרגטית.
קשר כימי הוא כוח משיכה חזק בין אטומים שגורם להם להישאר מחוברים זה לזה.
איך זה עובד?
הקשר נוצר באמצעות אלקטרוני הערכיות - האלקטרונים בקליפה החיצונית של האטום.
• האטומים יכולים לשתף אלקטרונים (קשר קוולנטי)
• האטומים יכולים להעביר אלקטרונים (קשר יוני)
בשני המקרים, האטומים משיגים יציבות - מצב אנרגטי נמוך יותר.
יציבות = קליפה חיצונית מלאה
קשר כימי הוא הדרך שבה אטומים משיגים יציבות, בדומה לגזים האצילים.
כלל האוקטט - הסוד של היציבות
כלל האוקטט (Octet Rule) הוא כלל יסוד בכימיה הקובע שאטומים נוטים להיקשר זה לזה כך שבקליפתם החיצונית ביותר (קליפת הערכיות) יהיו בדיוק 8 אלקטרונים, המקנים להם יציבות מרבית בדומה לגזים האצילים.
כלל האוקטט אומר: אטומים שואפים להגיע למצב שבו יש להם 8 אלקטרונים בקליפה החיצונית (או 2 בקליפה הראשונה).
למה דווקא 8?
כי כך נראית הקליפה החיצונית של הגזים האצילים - היסודות היציבים ביותר בטבלה המחזורית!
דוגמאות:
• נאון (Ne) - יש לו 8 אלקטרוני ערכיות ← יציב מאוד, לא מגיב
• ארגון (Ar) - יש לו 8 אלקטרוני ערכיות ← יציב מאוד, לא מגיב
• נתרן (Na) - יש לו 1 אלקטרון ערכיות ← לא יציב, רוצה להיפטר ממנו
• כלור (Cl) - יש לו 7 אלקטרוני ערכיות ← לא יציב, רוצה עוד אחד
8 אלקטרוני ערכיות = יציבות מקסימלית
אטומים יוצרים קשרים כימיים כדי להגיע למצב של 8 אלקטרונים - כמו הגזים האצילים.
הגזים האצילים - דוגמה לחיקוי
הליום (He)
2 אלקטרונים בקליפה היחידה
קליפה מלאה ← יציב לחלוטין
לא מגיב עם אף אחד
נאון (Ne)
8 אלקטרונים בקליפה החיצונית
קליפה מלאה ← יציב לחלוטין
משמש בשלטי ניאון
ארגון (Ar)
8 אלקטרונים בקליפה החיצונית
קליפה מלאה ← יציב לחלוטין
משמש בנורות חשמל
אטומים יציבים מול אטומים לא יציבים
אטום יציב (גז אציל)
קליפה חיצונית מלאה
• 8 אלקטרוני ערכיות (או 2 בקליפה הראשונה)
• לא צריך קשרים
• לא מגיב עם יסודות אחרים
• אנרגיה נמוכה - במצב הכי נוח
דוגמה: נאון (Ne) - 2, 8 ← קליפה חיצונית מלאה!
אטום לא יציב (רוב היסודות)
קליפה חיצונית לא מלאה
• פחות מ-8 אלקטרונים בקליפה החיצונית
• צריך ליצור קשרים
• מגיב בקלות
• אנרגיה גבוהה - לא במצב נוח
דוגמה: נתרן (Na) - 2, 8, 1 ← רק אלקטרון אחד בקליפה החיצונית
המסקנה: אטומים יוצרים קשרים כדי להגיע ליציבות - קליפה חיצונית מלאה.
אלקטרוני ערכיות - המפתח לקשרים
מהם אלקטרוני ערכיות?
האלקטרונים בקליפה החיצונית של האטום - אלו שמשתתפים בקשרים כימיים
איך נדע כמה יש?
מספר הקבוצה בטבלה המחזורית מציין את מספר אלקטרוני הערכיות (ביסודות הקבוצות הראשיות)
למה הם חשובים?
רק אלקטרוני הערכיות משתתפים בקשרים - האלקטרונים הפנימיים לא!
כמה צריך ליציבות?
8 אלקטרוני ערכיות (או 2 בקליפה הראשונה) = יציבות מלאה
להעביר אלקטרונים
אטום מוותר על אלקטרונים או מקבל אלקטרונים
יוצר קשר יוני
לשתף אלקטרונים
שני אטומים חולקים אלקטרונים ביניהם
יוצר קשר קוולנטי
להישאר לבד
אם כבר יש 8 אלקטרונים - אין צורך בקשרים
זה המצב של גזים אצילים
שאלה לחשיבה
למה גזים אצילים לא יוצרים קשרים עם אף אחד?
גזים אצילים לא יוצרים קשרים כי הקליפה החיצונית שלהם כבר מכילה מספר מרבי של אלקטרוני ערכיות (8, או 2 בהליום). מצב אוקטט מלא זה מעניק להם יציבות אנרגטית מושלמת, ולכן אין להם גירוי פיזיקלי לשתף או להעביר אלקטרונים.
בגלל שגזים אצילים לא מגיבים, הם נקראים גם "גזים אינרטיים" (inert = לא פעיל).
כשאומרים שאטום "רוצה" להיות יציב, זו כמובן דרך דיבור פשוטה. אטומים לא חושבים ולא מרגישים!
האמת הפיזיקלית:
אטומים נוטים באופן טבעי למצב עם אנרגיה נמוכה.
- קליפה חיצונית מלאה = אנרגיה נמוכה
- קליפה חיצונית לא מלאה = אנרגיה גבוהה
- הטבע תמיד שואף למינימום אנרגיה (כמו כדור שמתגלגל למטה מגבעה)
כשאטום יוצר קשר כימי ומגיע לקליפה מלאה, הוא משחרר אנרגיה - סימן שהוא עבר למצב יציב יותר.
אנלוגיה: זה כמו כדור שנח בתחתית גבעה - הוא לא "רוצה" להיות שם, אבל זה המצב הכי יציב מבחינה פיזיקלית.
שאלה לחשיבה
למה גזים אצילים (הליום, ניאון, ארגון) כמעט לא יוצרים קשרים כימיים עם אטומים אחרים?
כי הקליפה החיצונית שלהם כבר מלאה (8 אלקטרונים, או 2 בהליום). לפי כלל האוקטט, אטום יציב כשהקליפה החיצונית שלו מלאה. הגזים האצילים כבר יציבים בפני עצמם - אין להם 'סיבה' ליצור קשרים. שאר האטומים יוצרים קשרים כימיים (יוניים או קוולנטיים) כדי להשלים את הקליפה ולהגיע ליציבות דומה.