ב"ה תרגיל סיכום כימיה חלק ב' 42.1.2.3.4 ב. ג. תאר את מבנה האטום. מהו מספר אטומי ומהו משקל אטומי? מהם האיזוטופים? מה מספר האלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים ביסודות הבאים: 22 א. Ca 44 In 111 26 Fe 56 1. סדר את האלקטרונים ברמות אנרגיה עיקריות, ציין מספר אלקטרונים ערכיים ביסודות הבאים: א. 13Al ב. 10Ne ג. 17Cl ד. 6C 6. במה מיוחדים האלקטרונים הערכיים? 7. מהו כלל האוקטט ומי היוצאים מכלל זה? 8. מהו החוק המחזורי ומה משמעותו? 4. כיצד מסודרת הטבלה המחזורית )טבלת מנדלייב(? 12. מהן התכונות של חומר מתכתי לעומת חומר אלמתכתי? 11. איזה מבין היסודות בכל זוג מתכתי יותר: א. Ca או K ב. Al או Ga ג. Na או Li ד. Rb או Sr 12. מהי אלקטרושליליות, ואיך היא קשורה למתכתיות ואלמתכתיות? 13. מהו יון, ואלו סוגי יונים אתה מכיר? 14. כתוב נוסחה אמפירית נכונה לתרכובות הנוצרות מהיונים הבאים: א. ) 1- Aluminum (Al 3+ ) and Chloride (Cl ב. ) 2- Potassium (K 1+ ) and Oxide (O ג. ) 3- Calcium (Ca 2+ ) and Phosphide (P 11. מהו קשר יוני? 16. מהו קשר קוולנטי? 17. מיין את התרכובות הבאות לתרכובות יוניות או קוולנטיות. תן נימוק להחלטתך: א. CO 2 ב. 5 PCl ג. KI ד. CaBr 2 ה. 4 AlPO. 18 האם חומר יוני הוא מוליך חשמל? 14. מהם קשרי ואן דר ואלס? 22. מה הגורמים העיקריים המשפיעים על קשרים אלו? 21. מהם קשרי מימן? 22. מהי האנומליה של המים וממה היא נובעת?
פתרון:.1.2.3 האטום הוא החלקיק הקטן ביותר השומר על תכונות החומר. הוא בנוי מפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. הפרוטונים, בעלי מסה של amu1 ומטען חשמלי חיובי 1+, והנויטרונים, בעלי מסה של amu 1 וחסרי מטען חשמלי, נמצאים ביחד בגרעין האטום. האלקטרונים, בעלי מסה זניחה ומטען חשמלי שלילי 1-, סובבים את הגרעין במרחק גדול יחסית. מספר אטומי הוא מספר הפרוטונים באטום אחד של היסוד )p(. מספר זה זהה למספר האלקטרונים )שמירה על מטען חשמלי כולל נייטרלי(. משקל אטומי הוא משקלם של הפרוטונים והנויטרונים באטום אחד של היסוד, כאשר משקל כל אחד מהם שווה ל- 1,)amu( כלומר: p+n )אין מכלילים את משקל האלקטרונים, כיוון שהוא זניח(. איזוטופים הם אטומים של אותו יסוד )בעלי מספר אטומי זהה(, השונים במסה שלהם )=שונים במספר הנויטרונים(, כלומר, לאיזוטופים יש מספר פרוטונים ואלקטרונים קבוע, רק מספר הנויטרונים משתנה. התכונות הכימיות של איזוטופים של אותו יסוד זהות, כיוון שיש להם אותו מספר אלקטרונים ופרוטונים, אך התכונות הפיזיקליות שלהם שונות )כמו צפיפות(. הכמות היחסית של איזוטופ מסויים בטבע קבועה בדרך כלל. 4. מספר האלקטרונים, פרוטונים ונויטרונים ביסודות הבאים: א. n=20 p=20, e=20, ב. n=76 p=49, e=49, ג. n=30 p=26, e=26, 1. חלוקת האלקטרונים לרמות אנרגיה ואלקטרונים ערכיים: א. רמת אנרגיה ראשונה: -2e, רמת אנרגיה שניה: -8e, רמת אנרגיה שלישית: -3e, 3 אלקטרונים ערכיים. ב. רמת אנרגיה ראשונה: -2e, רמת אנרגיה שניה: -8e, 8 אלקטרונים ערכיים, גז אציל! ג. רמת אנרגיה ראשונה: -2e, רמת אנרגיה שניה: -8e, רמת אנרגיה שלישית: -7e, 7 אלקטרונים ערכיים. ד. רמת אנרגיה ראשונה: -2e, רמת אנרגיה שניה: -4e, 4 אלקטרונים ערכיים. 6. האלקטרונים הערכיים קובעים את אופיו הכימי של היסוד. אלו האלקטרונים היכולים לעזוב את האטום בקלות יחסית ולעבור לאטום אחר. האלקטרונים הערכיים יכולים להקשר עם אלקטרונים ערכיים של אטום אחר ליצירת מוקולה. 7. כל אטום שואף מבחינת יציבות אנרגטית להגיע למצב של 8 אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית ביותר )אוקטט(. ניתן להשיג מצב זה ע"י מסירה, הוספה או שיתוף של אלקטרונים ערכיים. היוצאים מן הכלל הם מימן והליום He(,H(, להם יש רק רמת אנרגיה אלקטרונית אחת, המתמלאת ע"י 2 אלקטרונים בלבד. 8. החוק המחזורי אומר כי התכונות הכימיות של היסודות הם פונקציה מחזורית של המספרים האטומים שלהם. המשמעות של דבר זה היא שניתן לסדר את היסודות בסדר עולה על פי
המספר האטומי שלהם ולייצר טבלה אשר בכל שורה שלה יתחיל מחזור חדש של תכונות כימיות, כל היסודות בעלי התכונות הכימיות הדומות יהיו תמיד בטור אחד. 4. הטבלה המחזורית מסודרת בטורים ושורות. השורות מציינות את רמת האנרגיה של האלקטרונים החיצוניים ביותר )הרמה הערכית( ונקראות מחזורים, הטורים מציינים את מספר האלקטרוניםהערכיים של היסוד )בכל שורה הם נמצאים ברמת אנרגיה גבוהה יותר(, כלומר את אופיו הכימי של היסוד. כתוצאה מכך היסודות בעלי האופי המתכתי נמצאים כולם בצד שמאל של הטבלה ואילו היסודות האלמתכתיים נמצאים בצד ימין. 12. היסודות המתכתיים הם אלו אשר מכילים מעט אלקטרונים ערכיים )1-3(, דבר המשפיע על תכונותיהם הכימיות, לעומת האלמתכות המכילות יותר מ- 4 אלקטרונים ערכיים. כתוצאה מכך אחד המאפיינים של מתכות הוא מוליכות חשמלית לעומת חוסר הולכת חשמל של האלמתכות. בגלל מיעוט האלקטרונים הערכיים, המתכות נוטות למסור אותן, ולכן מייצרות בד"כ קשרים יונים עם אלמתכות. האלמתכות שמתקשות "להפרד" מהאלקטרונים הערכיים שלהם, מייצרות קשרים עם מתכות, או קשרים קוולנטיים עם אלמתכות. 11. היסודות המתכתיים יותר הם: א. K ב. Ga ג. Na ד. Rb 12. אלקטרושליליות מבטאת במספרים את יכולתו של אטום למשוך אליו זוג אלקטרונים בקשר הכימי. למתכות יש בד"כ אלקטרושליליות נמוכה )נוטות למסור אלקטרונים( ולאלמתכות יש בד"כ אלקטרושליליות גבוהה )נוטות למשוך אליהן אלקטרונים(. 13. יון הוא אטום בודד או תרכובת )מספר אטומים קשורים יחד בקשר כימי( שיש להם מטען חשמלי. סוגים של יונים: קטיון הוא יון בעל מטען חשמלי חיובי. הוא נוצר כאשר היסוד "מאבד" אלקטרונים והמאזן החשמלי באטום נוטה עכשו ל"טובת" הפרוטונים החיוביים שבגרעין. אניון הוא יון בעל מטען חשמלי שלילי. הוא נוצר כאשר היסוד מקבל אלקטרונים והמאזן החשמלי באטום נוטה ל"טובת" האלקטרונים השליליים. יון פוליאטומי הוא תרכובת בעלת מטען חשמלי. 14. הנוסחות הנכונות: א. AlCl 3 ב. O K 2 ג. Ca 3 P 2. 11 קשר יוני הוא קשר המבוסס על משיכה חשמלית בין קטיון לאניון. הקשר היוני נוצר בין שני אטומים עם הפרש גדול באלקטרושליליות ביניהם, כך שהאטום בעל האלקטרושליליות הנמוכה ימסור את האלקטרונים הערכיים שלו לאטום בעל האלקטרושליליות הגבוהה. קשר יוני נוצר בד"כ בין מתכת לאלמתכת. 16. קשר קוולנטי הוא קשר המבוסס על שיתוף באלקטרונים שברמת האנרגיה החיצונית של שני אטומים. קשר קוולנטי נוצר בין אטומים שהאלקטרושליליות שלהם שווה או קרובה, כך שאף אחד מהם לא יכול למשוך את האלקטרונים אליו. קשר קוולנטי נוצר בד"כ בין אלמתכות. קשר קוולנטי קוטבי )פולרי( נוצר כאשר האלקטרושליליות של היסודות המרכיבים את המולקולה אינה זהה ( אף כי הפער אינו מספיק לקשר יוני(, וכך נוצר במולקולה קצה טעון חלקית במטען חשמלי חיובי וקצה טעון חלקית במטען חשמלי שלילי..17 א. קוולנטי- אלמתכת+אלמתכת ב. קוולנטי- אלמתכת+אלמתכת ג. יוני- מתכת+אלמתכת ד. יוני- מתכת+אלמתכת ה. יוני- מתכת+ יון פוליאטומי 18. חומר יוני במצב מוצק אינו מוליך חשמל, כי אז היונים נמשכים בחוזקה אחד לשני ואינם נותנים לאלקטרונים לנוע. חומר יוני במצב נוזל או כאשר הוא מומס במים הוא מוליך חשמלי.
14. קשרי ואן דר ואלס הם קשרים בין מולקולות, המבוססים על משיכה חשמלית, קבועה או רגעית, בין המולקולות. קשרים אלו מחזיקים את המולקולות בצברים במוצק ובנוזל. 22. הגורמים העיקריים המשפיעים על קשרי ואן דר ואלס הם: גודל ענן האלקטרונים של הקשר המולקולרי )ככל שהוא גדול יש יותר סיכוי להווצרות דיפול(, מידת הקוטביות של המולקולה )מה ההפרש באלקטרושליליות בין האטומים המרכיבים את המולקולה(, שטח פני המולקולה )ככל שהשטח גדול יותר יש מגע טוב יותר בין המולקולות(. 21. קשרי מימן הם מקרה פרטי של קשרי ואן דר ואלס. אלו קשרים הנוצרים בין אטום מימן במולקולה אחת עם אחד מהאטומים חנקן, חמצן או פלואור ) NOF (.לאטומים אלו אלקטרושליליות גבוהה יחסית, בפער של 2.8 או יותר מאטום המימן. בגלל הקוטביות החזקה של המולקולה הם יוצרים קשרים חזקים יחסית. הקשר הקיים בין מולקולות מים הוא קשר מימן, וכן קשרים רבים המייצבים מבנים ביוכימיים )כמו מבנה שניוני של חלבון(. 22. האנומליה של המים היא המצב המיוחד שבו מים במצב מוצק )קרח( תופסים נפח גדול יותר מאשר מים במצב נוזל. תכונה זו נובעת מכך שכל מולקולת מים יכולה לייצר 4 קשרי מימן עם מולקולות סמוכות, כאשר המים מתגבשים למוצק, קשרים אלו יוצרים מרווח בין המולקולות, וכך צפיפות המים יורדת )=נפחם גדל(. S