GCH1_001 רקע ומושגי יסוד

האטום

חומר

חומר הוא כל דבר שיש לו מסה ותופס נפח במרחב. כל החפצים שאנו סביבנו עשויים מחומרים. הגזים באטמוספרה, אף שהם בלתי נראים, הם חומר - הם תופסים מקום במרחב והם בעלי מסה. אור שמש הוא לא חומר, אלא סוג של אנרגיה.

אטום

ג’ון דלתון פיתח את מה שידוע כיום כהמודל האטומי, בהם הוא קבע כי:

כל יסוד כימי מורכב מחלקיקים זעירים לא ניתנים לפירוק הנקראים אטומים. אטומים לא יכולים להיווצר או להיהרס בזמן שינוי כימי.

לפי הנחה זו, אותם האטומים שמופיעים לפני תגובה כימית חייבים להימצא גם לאחר מכן.

האטום מורכב מצירוף מסוים של פרוטונים, ניוטרונים ואלקטרונים. במרכז האטום נמצא הגרעין שהוא בעצמו מורכב מפרוטונים בעלי מטען חיובי (), וניוטרונים בעלי מטען ניטרלי. סביב הגרעין “מתסובבים” האלקטרונים. בנוסף, מניסויים שונים הסיקו כי:

מסת הפרוטון מסת ניוטרון
מסת האלקטרון

מבחינת גודל הגרעין - אם האטום היה בגודל חדר מטרים, אז הגרעין היה תופס בערך את הגודל הבא:

יסוד כימי

לכל אטום מאותו יסוד כימי יש את אותו מספר הפרוטונים. לכן לפי מספר זה, הנקרא המספר האטומי נוכל להבדילו בין יסודות שונים:

כאשר:

• הסמל הוא סמל היסוד (במקרה זה, פחמן).
• הסימון הוא המספר האטומי.
• הסימון הוא מספר המסה.

מספר מסה הוא מספר הפרוטונים + מספר הניטרונים ביסוד (מספר הניוטרונים לא תמיד שווה למספר הפרוטונים).

איזוטופ - אטומים השונים של אותו יסוד בעלי אותו מספר אטומי, אך בעלי מסה שונה (מספר ניטורונים שונה) נקראים איזוטופים של אותו האטום. למשל, שניים מהאיזוטופים השונים של אותו היסוד:

יון הוא אטום בעל מספר אלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים ולכן הם אינם ניטרלים ונושאי מטען. למשל:

זהו אטום חמצן עם פרוטונים, ניוטרונים, ו- אלקטרונים.

הערות:

את המטען של האטום תמיד מסמנים עם גודל המטען ומימינו סימן המטען.

משקל אטומי

משקל אטומי של יסוד מוגדר כממוצע משקולל של המסות של האיזוטופים השונים שלו ביחידות מסה אטומיות, לפי שכיחותם בטבע.

כאשר היא שכיחות האיזוטופ, הוא מסת האיזוטופ, ו- הוא מספר האיזוטופים השונים של אותו היסוד.

מול

מול הוא יחידה כמותית. כלומר, אפשר לומר “יש לי מול של בקבוקים” או “בתוך הצנצנת יש מול של גרגירי חול”. הגדירו למול את הגודל , שזהו מספר מאוד גדול ומאוד ספציפי, וזה למה אנו לא משתמשים בו ביום יום אלא אם כן אנחנו כימאים. לומר “יש לי מול של בקבוקים” זה לומר “יש לי בקבוקים”.
אז למה המספר הענקי והמסוים הזה? מהסיבה שכאשר אנו מדברים על מספר אטומים בגרם של חומר מסוים, הרבה יותר נוח לומר “יש לי 0.5 מול של פחמן” מאשר “יש לי אטומים של פחמן”.

גודל המול מוגדר ככמות האטומים שיש ב- של פחמן (). גודל מספר זה ידוע גם כמספר אבוגדרו:

דוגמאות:

תרגילים:

1. בהינתן של גופרית (), כמה מולים יש בדגימה זו? כמה אטומים? נתון כי המשקל האטומי שלו הוא .

תרכובות כימיים

מים, פחמן דו-חמצני, פחמן חד חמצני הם כולם תרכובות כימיים. תרכובת כימית מוגדרת כהרכב של שני אטומים או יותר, שבינהם קשרים כימיים “המחברים” אותם. את התרכובות ניתן לייצג בעזרת נוסחאות כימיות, שמורכבות מהסימנים של היסודות הכימיים שמרכיבים אותן. נבדיל בין שתי סוגי תרכובות.

תרכובת מולקולרית

תרכובת מולקולרית מורכבת בדרך כלל מאטומים לא מתכתיים שמוחזקים ביחד ע”י קשר קוולנטי - קשר בו האטומים משתפים בינהם חלק מהאלקטרונים. את המולקולה נייצג בנוסחה כך:

סימון זה מייצג את המולקולה של מים - שני אטומי מימן , ואטום יחיד.
לגבי הסימון הבא:

סימון זה מייצג מולקולות מים, כלומר בסה”כ אטומי מימן ו- אטומי חמצן. אבל, זה לא אומר שכל האטומים האלו קשורים אחד לשני באותה מידה - כל מולקולת מים היא עדיין נפרדת מהשנייה.

תרכובות יוניות

שילוב כימי של מתכת ואל-מתכת בדר”כ יוצר תרכובת יונית. תרכובת זו עשויה מיונים שליליים ויונים חיוביים “המחוברים” אחד לשני ע”י קשר יוני - קשר בו ישנו מעבר של אלקטרונים מאטום אחד לאטום שני.
האטומים של יסודות מתכתיים נוטים “לאבד” אלקטרון כאשר הם משולבים עם אטום אל-מתכתי. אטום חיובי זה נקרא קטיון (יון בעל מטען חיובי). לעומת זאת, האטום האל-מתכתי קולט את האלקטרון, והוא נקרא אניון (יון בעל מטען שלילי).

למשל, מלח שולחן:

נוסחאות כימיות

נוסחא אמפירית

נוסחה אמפירית היא הנוסחה הפשוטה ביותר של תרכובת. היא מראה שני דברים:

1. סוג האטומים בתרכובת.
2. הכמות היחסית שלהם (ביחס לאטומים אחרים).
   למשל, הנוסחא היא הנוסחא האמפירית לתרכובת .
   לחומצה אצטית (), פורמלדהיד () וגולקוז () יש את אותה הנוסחה האמפירית.

נוסחא מולקולרית

מבוססת על המולקולה עצמה בתרכובת. המולקולה של חומצה אצטית מכילה אטומי פחמן , ארבעה אטומי מימן () ושתי אטומי חמצן . לכן הנוסחא המולקולרית שלה היא , לעומת הנוסחא האמפירית שלו . בעצם, נוסחא מולקולרית תמיד תהיה מכפלה כלשהית של הנוסחא האמפירית, ולפעמים אפילו שווה לה, כמו אצל פורמלדהייד, שנוסחתו המולקולרית היא .

מסה של תרכובת

המסה המולקולרית של מולקולה היא המסה שלה במידות אטומיות, והיא מחושבת כסכום המסות של האטומים המרכיבים אותה:

המסה המולרית של מולקולה היא המסה של מול אחד שלה. המסה המולקולרית של היא, כפי שחישבנו, בערך . מסה של מול אחד של הוא מספר אבוגדרו כפול המסה של כל אחד מהאטומים המרכיבים אותו, ולכן הוא שווה למספר אבוגדרו כפול המסה המולקולרית: