carbon2

Report
‫הכימיה של החיים‬
‫חלק ב'‬
‫מקור‪:‬‬
‫‪Biology, by N. A. Campbell and J. B. Reece‬‬
‫‪7th. Ed. 2005‬‬
‫עריכה‪ :‬נעמי ירון‬
‫כיצד מאורגנים האלקטרונים בחלל האטום?‬
‫האלקטרונים מסודרים בחלל‬
‫האטום בצורה שתקנה רמת‬
‫אנרגיה נמוכה ביותר ולכן יציבות‬
‫לאטום‪.‬‬
‫האלקטרונים מסודרים סביב‬
‫הגרעין במעין "קליפות" או‬
‫"אורביטלות"‪ .‬בתמונה זאת‬
‫קליפה ‪-1‬עשויה להכיל עד ‪ 2‬אלקטרונים‪.‬‬
‫מיוצגות שלוש הקליפות‬
‫קליפה ‪ 2‬עשויה להכיל עד ‪ 8‬אלקטרונים‪.‬‬
‫הראשונות‪ ,‬הקרובות ביותר‬
‫קליפה ‪ 3‬עשויה להכיל עד ‪ 8‬אלקטרונים‪.‬‬
‫לגרעין‪.‬‬
‫שימו לב לקליפות של הגזים האצילים בטור ‪...8‬‬
‫בדקו את עצמכם (לאחר מילוי דף העבודה)‬
‫האלקטרונים של "קליפת" הערכיות‬
‫הקשר הכימי‬
‫כיצד נוצרת מולקולה משני אטומים?‬
‫מה מחזיק את האטומים זה לצד זה?‬
‫מהו הקשר הכימי?‬
‫יצירת מולקולות תלויה בקשרים הכימיים בין אטומים‬
‫אטומים יכולים להעביר (למסור) אלקטרונים מתוך קליפת הערכיות או‬
‫לקבל אלקטרונים‪.‬‬
‫אטומים יכולים לשתף אלקטרונים הנמצאים בקליפת הערכיות‪.‬‬
‫שיתוף או העברת אלקטרונים יוצרת כוחות משיכה בין אטומים סמוכים‬
‫המחזיקים את האטומים יחד ומכונים קשרים כימיים‪.‬‬
‫הקשרים הכימיים החזקים ביותר הם הקשר הקוולנטי או הקשר היֹו ִני‪.‬‬
‫הקשר הכימי‬
‫כששני אטומים מתקרבים זה לזה במהלך תגובה כימית‪,‬‬
‫הגרעינים שלהם לא מתקרבים מספיק זה לזה על מנת שיוכלו‬
‫להשפיע זה על זה (אינטראקציה)‪.‬‬
‫רק האלקטרונים‪ ,‬שאינם נמצאים בגרעין אלא נעים בחלל האטום‬
‫הם החלקיקים היכולים להיות מעורבים באינטראקציה‪/‬תגובה‬
‫בין שני אטומים‪.‬‬
‫הקשר הכימי‬
‫ההתנהגות הכימית של אטום מסוים תלויה בראש ובראשונה‬
‫בסידור האלקטרונים בקליפה החיצונית ביותר שלו‪.‬‬
‫אלקטרונים אלה נקראים‪" :‬אלקטרוני העֶ ְר ִכּיּות" והקליפה‬
‫החיצונית נקראת‪" :‬קליפת ערכיות"‪.‬‬
‫אטומים שלהם מספר זהה של אלקטרוני ערכיות מתנהגים‬
‫בצורה דומה ושייכים למשפחה כימית אחת‪.‬‬
‫אטומים שקליפת הערכיות שלהם‬
‫מלאה‪ ,‬אינם פעילים מבחינה כימית‪,‬‬
‫כלומר אינם מגיבים עם אטומים‬
‫אחרים (ואף לא עם אטומים של‬
‫עצמם) ליצירת תרכובות‪.‬‬
‫קבוצת יסודות אלו מרוכזת בטור הימיני‬
‫ביותר של הטבלה המחזורית‬
‫ונקראת‪ :‬קבוצת הגזים האצילים‪.‬‬
‫חומר מולקולרי‬
‫חומר מולקולרי הוא חומר המורכב ממולקולות הבנויות מאטומי אל‪-‬מתכות הקשורים‬
‫ביניהם בקשרים קוולנטיים‪.‬‬
‫לדוגמה‪ :‬יסודות מולקולריים כמו ‪O2, H2, Cl2, N2‬‬
‫או תרכובות כמו‪NO, H2O, NO2, CO2 :‬‬
‫סריג אטומרי‬
‫סריג אטומרי הוא מבנה של סריג ענק הבנוי מאטומים הקשורים זה לזה בקשרים‬
‫קוולנטיים‬
‫הסריגים האטומריים הם מועטים למדי‪ .‬דוגמאות‪:‬‬
‫יהלום‪ ,‬גרפיט‪ ,‬צורן‪ ,‬קרביד הצורן )‪ ,(SiC‬צורן דו חמצני ‪ -‬סיליקה )‪ ,(SiO2‬גרמניום‪.‬‬
‫סיליקה )‪(SiO2‬‬
‫)‪ (SiC‬סיליקון קרביד‬
‫סריג יוני‬
‫סריג יוני הוא מבנה המורכב מיונים חיוביים ושליליים הנמשכים זה לזה באמצעות קשרים‬
‫יוניים‪ ,‬כלומר מכוח המשיכה בין מטענים מנוגדים והוא מאפיין חומרים יוניים הנקראים גם‬
‫מלחים‪.‬‬
‫היונים החיוביים הם בדרך כלל יוני מתכות ואילו היונים השליליים הם בדרך כלל יוני אל‪-‬‬
‫מתכות‪.‬‬
‫סריג מתכתי‬
‫סריג מתכתי הוא האופן בו מסודרים אטומי המתכת‪.‬‬
‫בסריג המתכתי נעים האלקטרונים של קליפת הערכיות סביב‬
‫גרעיני האטומים בלי להיות קשורים לגרעין מסוים‪ .‬למעשה קיימים‬
‫כאן יונים חיוביים ואלקטרונים הנעים סביבם‪.‬‬
‫הקשר הכימי‬
‫אטומים שיש להם‪ ,‬בקליפה החיצונית ביותר‪ ,‬אלקטרוני ערכיות‬
‫פנויים (כלומר‪ ,‬הקליפה אינה מלאה)‪ ,‬עשויים להגיב עם‬
‫אטומים אחרים בסביבתם בצורה שתאפשר להם למלא את‬
‫הקליפה החיצונית‪.‬‬
‫הם עשויים לחלוק אלקטרונים עם אטומים אחרים או למסור‪/‬לקבל‬
‫אלקטרונים מאטומים אחרים‪ .‬בצורה זו נוצרים קשרים כימיים‪.‬‬
‫המולקולות הנוצרות הן יותר יציבות מבחינה אנרגטית‪.‬‬
‫קשר קוולנטי‬
‫קשר קוולנטי הוא קשר של שיתוף זוג אלקטרוני ערכיות בין שני‬
‫אטומים‪ .‬שני אטומי המימן מתחברים למולקולה‪.‬‬
‫צורת‬
‫הכתיבה‪:‬‬
‫‪H2‬‬
‫‪H-H‬‬
‫קשר קוולנטי בין אטומי מימן‬
‫סידור האלקטרונים באטומי הפחמן והצורן‬
‫אטום הפחמן‪ ,‬כמו גם אטום הצורן (סיליקון) אשר נמצאים באותו טור בטבלה המחזורית‬
‫מתייחדים בכך שיש לרשותם ‪ 4‬אלקטרוני ערכיות פנויים ליצור קשרים קוולנטיים‪.‬‬
‫קשר קוולנטי כפול‬
‫שיתוף של שני אלקטרוני ערכיות בין שני אטומי חמצן‪:‬‬
‫צורת הכתיבה‪:‬‬
‫‪O2‬‬
‫‪O=O‬‬
‫הקשר הכימי‬
‫אלקטרונגטיביות‬
‫הכוח שבו מושך אטום מסוים את אלקטרוני הקשר‬
‫הקוולנטי נקרא‪ :‬אלקטרונגטיביות‪.‬‬
‫ככל שאטום הוא יותר אלקטרונגטיבי כך הוא מושך‬
‫את אלקטרוני הקשר הקוולנטי המשותפים יותר‬
‫קרוב לגרעין שלו‪.‬‬
‫בתרכובת‪:‬‬
‫אלקטרוני הקשר הקוולנטי יימצאו בדיוק באמצע בין‬
‫שני אטומי המימן כי לכל אטום מימן יש כוח‬
‫אלקטרונגטיבי שווה וזהה לחברו‪.‬‬
‫קשר קוולנטי מקוטב (פולארי)‬
‫‪ H2O‬לדוגמה‬
‫ישנם קשרים קוולנטיים בהם אחד השותפים‪ ,‬הוא בעל "כוח משיכת אלקטרונים" חזק‬
‫יותר משותפו לקשר (אלקטרונגטיביות)‪ ,‬ולכן אלקטרוני הקשר המשותפים נמצאים‬
‫בממוצע קרוב יותר לשותף שמושך אותם חזק יותר‪ .‬במולקולה נוצרים קטבים של מטען‬
‫חלקי; החמצן טעון במטען חלקי שלילי יחסית למימן שטעון במטען חלקי חיובי‪.‬‬
‫מדוע זה חשוב?‬
‫אטומים או מולקולות בעלי מטען או קוטב של מטען חלקי‪ ,‬שונים‬
‫בתכונותיהם מאטומים או מולקולות ניטרליים‪.‬‬
‫קיום מטען או מטען חלקי מסביר מדוע מלח מתמוסס היטב במים‬
‫וחומרים אחרים אינם מתמוססים‪ ,‬ומדוע חומרים כמו חמצן‬
‫חודרים בקלות דרך קרום התא ואילו מים זקוקים לתעלות‬
‫מיוחדות על מנת לצאת ולהכנס מתאים‪.‬‬
‫קשר יֹו ִני‬
‫שני אטומים היוצרים קשר כימי זה עם זה‪ ,‬עשויים להיות שונים‬
‫מאד זה מזה בכוח משיכת האלקטרונים שלהם‬
‫(אלקטרונגטיביות)‪.‬‬
‫ייתכן אף מצב שבו אטום אחד מושך לחלוטין אלקטרון‪/‬ים מתוך‬
‫אטום שני‪.‬‬
‫לדוגמה‪:‬‬
‫היסוד פלואור )‪ (F‬והיסוד כלור‬
‫)‪ (Cl‬הם בעלי ‪ 7‬אלקטרוני‬
‫נתרן פלואורידי‬
‫ערכיות‪ .‬שניהם נוטים ליצור‬
‫קשר כימי (קשר יוני) עם‬
‫היסוד נתרן )‪ (Na‬ולייצר‬
‫תרכובות המכונות מלחים‪.‬‬
‫נתרן כלורי ‪ /‬מלח בישול‬
‫קשר יֹונִי‬
‫א'‬
‫למשל‪ :‬כשאטום נתרן (בעל אלקטרון יחיד בקליפה החיצונית)‬
‫נתקל באטום כלור (בעל ‪ 7‬אלקטרונים בקליפה החיצונית)‪,‬‬
‫האלקטרון היחיד של הנתרן עובר אל אטום הכלור‪.‬‬
‫במצב החדש‪ ,‬לשני האטומים יש כעת קליפות חיצוניות מלאות‬
‫(מצב יציב מבחינה אנרגטית)‪.‬‬
‫קשר יוני נוצר כתוצאה מהמשיכה בין שני מטענים מנוגדים‪.‬‬
‫קשר‬
‫יֹונִיב'‬
‫יצירת תרכובת מבוססת‬
‫על קשר יוני‪ :‬נתרן כלורי‬
‫יצירת יונים‪ :‬יון נתרן‬
‫חיובי ויון כלור שלילי‬
‫העברת אלקטרון‬
‫מאטום נתרן לאטום‬
‫כלור‬
‫השוואה בין קשר קוולנטי לקשר יוני‬
‫העברת אלקטרון‬
‫קשר יֹונִי‬
‫שיתוף אלקטרונים‬
‫קשר קוולנטי‬
‫יֹון‬
‫מהו יֹון?‬
‫יון הוא אטום או מולקולה הנושאים מטען חשמלי‪ ,‬כיוון שמספר‬
‫האלקטרונים בהם שונה ממספר הפרוטונים ‪.‬זאת בשונה‬
‫מאטום נייטרלי‪ ,‬שבו מספר האלקטרונים והפרוטונים שווה‬
‫ומטענם החשמלי הכללי הוא אפס ‪.‬‬
‫יון חיובי שבו יש פחות אלקטרונים מפרוטונים נקרא‪ָ :‬קטְ יֹון‪.‬‬
‫יון שלילי שבו יש יותר אלקטרונים מפרוטונים נקרא‪ַ :‬אנְיֹון‪.‬‬

similar documents