מספר אטומי: ייצוג, תצורת אלקטרונים, דוגמה - גוּפָנִי - 2025

המספר האטומי של יסוד כימי מציין את מספר הפרוטונים כלול בגרעין אטום של רכיב זה. במקרה שהיה אטום ניטרלי, אז המספר האטומי יעלה בקנה אחד עם מספר האלקטרונים של האלמנט האמור.

כידוע, הגרעין האטומי מורכב מפרוטונים ונויטרונים. לפרוטונים יש מטען חיובי וערכם עולה בקנה אחד עם הערך המוחלט של המטען השלילי של האלקטרון, שהוא 1.6 x 10 ^-19 קולום ביחידות המערכת הבינלאומית.

איור 1. סכמטי של אטום הליום (הוא). מספר הפרוטונים הוא המספר האטומי. מספר הנויטרונים בתוספת מספר הפרוטונים הוא מספר המסה. מקור: Wikimedia Commons.

מכיוון שהם חלקיקים מהגרעין האטומי, פרוטונים ונויטרונים ידועים כגרעינים. החלקיקים הללו הם אלו שקובעים באופן מעשי את מסת האטום מאחר והגרעינים הם מסיביים פי אלפיים יותר מאלקטרונים של האטום. מסיבה זו, מספר הגרעינים באטום נקרא מספר המסה.

עם זאת המספר האטומי הוא זה שקובע את הזיקה הכימית של היסודות האטומיים, מכיוון שבאטומים ניטרליים מספר זה עולה בקנה אחד עם מספר האלקטרונים.

ייצוג מספר אטומי

בטבלה המחזורית, הסמל X של יסוד כימי מלווה בצד השמאלי התחתון עם המספר Z המייצג את המספר האטומי של האלמנט האמור, ואילו בחלק השמאלי העליון של הסמל הכימי של היסוד מסומן המסה המסה ל.

באיור הבא מופיעה סימון זה:

איור 2. מספר אטומי Z של היסוד הכימי X והמסה מספר A של היסוד הכימי X, על פי האמנה ששימשה בטבלה המחזורית. מקור: Wikimedia Commons.

ואז, טבלה 1 מציגה כמה דוגמאות לאלמנטים כימיים עם הכיתוב שלהם ומספרי האטום והמסה:

שולחן 1

אֵלֵמֶנט	סִמוּן	מספר אטומי Z	המסה מספר א
מֵימָן	1 1 ח	אחד	אחד
פַּחמָן	12 6 ג	6	12
חַמצָן	16 8 O	8	16
אוּרָנִיוּם	238 92 U	92	238

המספר האטומי וסדר האלמנטים בטבלה המחזורית

הטבלה המחזורית של היסודות הכימיים מאפשרת את הסידור הרצף ובסדר הולך וגובר של היסודות, בהתאם לערך המספר האטומי שלהם.

ידועים לפחות 118 מהם, החל במימן עד שמגיעים ליסוד 118 שהוא אוגנסון - לפני כן נקרא ununoctium- שסמלו הכימי הוא Og ומספרו המוני הוא 294.

10 היסודות הכימיים הראשונים עם סדר הולך וגובר במספר האטומי מוכרים הרבה יותר. אז למשל יש לנו את הידוע ביותר:

1. מימן, ח
2. הליום, הוא
3. ליתיום, לי
4. בריליום, היה
5. בורון, ב
6. פחמן, ג
7. חנקן, N
8. חמצן, או
9. פלואור, פ
10. ניאון, ני

איור 3. טבלה מחזורית מופשטת המציגה את סמלי היסודות הכימיים ואת המספר האטומי שלהם. מקור: Pixabay.

תצורה אלקטרונית

המספר האטומי מציין את מספר הפרוטונים בגרעין האטומי של יסוד כימי ולכל פרוטון, כאמור, יש מטען חיובי אלמנטרי של 1,602 x 10 ^-19 C.

אם האטום הוא נייטרלי, מספר האלקטרונים עם מטען שלילי אלמנטרי של -1602 x 10 ^-19 C חייב להיות שווה למספר האטומי. לכן, בידיעת המיקום המספרי של יסוד כימי בטבלה המחזורית, ידוע גם מספר האלקטרונים שלו.

באטום האלקטרונים הללו תופסים אזורים הנקראים אורביטלים, התלויים באנרגיה ובתנופה הזוויתית של האלקטרון. בתורו, הן האנרגיה והן המומנטום הזוויתי של האלקטרונים באטום מכמתים. המשמעות היא שהם יכולים לקחת רק כמה ערכים נפרדים.

כעת, האורביטלים מאוכלסים באלקטרונים מאנרגיה נמוכה לגבוהה יותר, בעקבות כללים מסוימים שקובעים את התצורה האלקטרונית.

באופן זה, מספר האלקטרונים באורביטלים החיצוניים ביותר או ברמות האטום מייסד את הקשרים שהוא יכול ליצור עם אטומים אחרים ליצירת מולקולות. מספר זה תלוי בתצורת האלקטרונים ובמספר האטומי.

מספרים קוונטיים

האנרגיה של אלקטרון באטום נקבעת על ידי המספר הקוונטי העיקרי שלו n, שיכול לקחת ערכים שלמים 1, 2, 3 …

התנע הזוויתי של האלקטרון באטום נקבע על ידי המספר הקוונטי המשני l (אות ele) וערכיו תלויים ב- n.

לדוגמה, עבור n = 2 מספר הקוונטים המשני לוקח את הערכים מ- 0 ל- n-1, כלומר: 0 ו- 1. באופן דומה, עבור n = 1, שהוא רמת האנרגיה הנמוכה ביותר, המספר הקוונטי המשני l זה לוקח רק את הערך 0.

מספרים קוונטיים משניים 0, 1, 2, 3 מסומנים לסירוגין על ידי האותיות s, p, d ו- f. האורביטלים s הם כדוריים והאורביטלים p הם בעלי תוחלת.

ישנם שני מספרים קוונטיים נוספים:

• המספר הקוונטי המגנטי ml, שמעביר את הערכים מ- -l ל- + l לאפס.
• מספר הקוונטים הסיבוב s, שלוקח רק ערכים + ½ ו- ½ והוא מאפיין של האלקטרון.

סוף סוף ישנו את עקרון ההדרה של פאולי, הקובע כי לשני אלקטרונים לא יכולים להיות כל ארבעת המספרים הקוונטיים הזהים. כתוצאה מעיקרון זה, למסלול יכול להיות לכל היותר שני אלקטרונים עם ספין הפוך.

תרשים תצורת אלקטרונים

דיאגרמת תצורת האלקטרונים משמשת לקביעת סדר מילוי האלקטרונים מהאורביטלים האנרגטיים הנמוכים ביותר לאלו האנרגטיים הגבוהים ביותר, ברגע שידוע המספר האטומי של יסוד כימי. איור 4 מציג תרשים זה:

איור 4. תצורה אלקטרונית. מקור: Wikimedia Commons.

הרעיון המתואר שם הוא הבא: המספר הראשון מציין את המספר הקוונטי העיקרי, ואז האות מציינת את המספר הקוונטי המשני, ולבסוף המספר העל-עליון מציין את המספר המקסימלי של האלקטרונים האפשרי באותו מסלול.

דוגמא

תצורה אלקטרונית של פחמן וסיליקון

כפי שצוין לעיל, לפחמן יש אטום מספר 6, כלומר יש לו 6 אלקטרונים המופצים כדלקמן: 1s2 2s2 2p2 . מצידו, לסיליקון יש אטום מספר 14 והאלקטרונים שלו מופצים בדרך אחרת זו: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 .

שני האלמנטים נמצאים באותו טור בטבלה המחזורית, מכיוון שלמרות שיש להם מספרים אטומיים שונים, יש להם אותה תצורה אלקטרונית במסלול החיצוני ביותר.

הפניות

1. קונור, נ. מה זה נוקלאון - מבנה גרעין אטומי - הגדרה. התאושש מ: periodic-table.org.
2. פסגת עמים. מספר אטומי: מה זה, איך הוא מיוצג. התאושש מ: cumbrepuebloscop20.org
3. Lifeder. מהי מחזוריות כימית? התאושש מ: lifeder.com
4. ויקיפדיה. תצורה אלקטרונית. התאושש מ: es.wikipedia.com
5. ויקיפדיה. מספר אטומי. התאושש מ: es.wikipedia.com