יסוד כימי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Disambig RTL.svg המונח "יסוד" מפנה לכאן. אם התכוונתם למשמעות אחרת, ראו יסוד (פירושונים).
גביש של מולקולות מעגליות, שכול אחת מהן מכילה שמונה אטומי גופרית. בגביש זה, אין שום אטום שאינו אטום גופרית. דהיינו, לכול אטום ואטום בגביש הזה יש בדיוק 16 פרוטונים.

בכימיה, יסוד כימי (או יסוד) הוא אחד משני הדברים:

  1. קבוצת כל האטומים, שמספר הפרוטונים בהם זהה; מספר הפרוטונים נקרא המספר האטומי והוא קובע את שמו של האטום ואת עיקר תכונותיו הכימיות. אטומים מורכבים מפרוטונים, נייטרונים ואלקטרונים, אולם וריאציות במספרם של שני המרכיבים האחרונים, לא נחשבות לשינוי היסוד. ידוע על 118 יסודות שנצפו ונחקרו, אך רק 92 מהם הם יציבים דיים כדי להתקיים בטבע. שני היסודות הנפוצים ביותר ביקום הם מימן והליום, אך היסודות הנפוצים ביותר על כדור הארץ הם החמצן והצורן.
  2. צבר חומר, שכול האטומיים שבו שווים במספר הפרוטונים, שבכול אחד מהם. ישנם צברים כאלו, כמו צבר אטומי נאון, שהאטומים בהם לא יוצרים שום קשר כימי ביניהם, ישנם כאלו, כמו חמצן, שיוצרים מולקולות (O2 או O3) וישנם כאלו, כמו פחמן, בהם האטומים יוצרים גביש (גרפיט או יהלום).

אנשי המדע נוטים להשתמש בשתי הגדרות אלו לסירוגין ויש להבדיל ביניהן על פי ההקשר.

שמות היסודות הכימיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סמל כימי[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – סמל כימי

סמל כימי הוא קיצור שמו של יסוד, המייצג אותו בטבלה המחזורית ובנוסחאות כימיות. שם זה ניתן לו לפי שמו באנגלית או בלטינית. לדוגמה: ברזל נקרא בלטינית Ferrum, ועל כן הסימן הכימי של היסוד ברזל הוא Fe. לכל יסוד סמל כימי ייחודי. לכל היסודות הטבעיים סמל כימי בן אות אחת או שתיים. לאחדים מהיסודות המלאכותיים סמל בן שלוש אותיות.

דוגמה: חמצן מיוצג על ידי הסמל הכימי O ומימן על ידי H. לכן נתאר את התגובה הכימית בה חמצן ומימן יוצרים מולקולת מים כך:

 2 H + O \to H_2 O

אך מאחר שמולקולות מימן וחמצן מופיעות בטבע כ-H_2 , O_2) התגובה שמתרחשת היא

 2 H_2 + O_2 \to 2 H_2 O.

האות הראשונה של הסמל תמיד תהיה אות גדולה ואם קיימות אותיות נוספות, תמיד יהיו קטנות (לדוגמה: Fe, ולא FE).

מאפיינים פיזיקאליים של היסודות הכימיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

המאפיינים הפיזיקליים של היסודות הכימיים מסייעים להבדיל בין יסוד ליסוד.

מספר אטומי[עריכת קוד מקור | עריכה]

מספר אטומי (atomic number) הוא התכונה הבסיסיות ביותר של היסוד הכימי. תכונה זו מתארת את מספר הפרוטונים שבגרעין האטום ולכן גם את מספר האלקטרונים שבאטום במצבו הנייטרלי. אופיו הכימי של האטום נקבע לחלוטין על ידי מספר זה. לדוגמה: המספר האטומי של מימן הוא 1 והמספר האטומי של דרמשטטיום הוא 110.

משקל אטומי[עריכת קוד מקור | עריכה]

המשקל האטומי הוא הממוצע המשוקלל של מסות האטומים של כל האיזוטופים של אותו יסוד, על פי שכיחותם בטבע. יחידת המסה הבסיסית במדידת משקל אטומי היא דלטון, וערכו של דלטון אחד נקבע ל-(1/12) של מסת אטום פחמן.

טמפרטורת התכה ורתיחה[עריכת קוד מקור | עריכה]

בדומה לכל חומר, גם ליסודות הכימיים יש טמפרטורות שבהן הם עוברים ממצב צבירה אחד לאחר, טמפרטורות אלו נקראות נקודת ההתכה - למעבר ממוצק לנוזל, ונקודת רתיחה - למעבר מנוזל לגז. בדרך כלל מודדים נקודת התכה ורתיחה במעלות קלווין. טונגסטן הוא היסוד הכימי בעל נקודת ההתכה הגבוה ביותר (3695 מעלות קלווין שהן 3422 מעלות צלזיוס) ורניום הוא בעל נקודת הרתיחה הגבוהה ביותר (5869 קלווין שהן 5596 מעלות צלזיוס).

אלקטרושליליות[עריכת קוד מקור | עריכה]

אלקטרושליליות (או אלקטרונגטיביות, Electronegativity) היא מידת יכולתו היחסית של אטום למשוך אלקטרונים אליו בקשר קוולנטי. מערך האלקטרונים באטום הוא אשר קובע את האלקטרושליליות - האטומים הקרובים להשלמת קליפתם החיצונית למבנה של גז אציל (ניאון למשל) על ידי הוספת אלקטרונים, הם בעלי אלקטרושליליות גבוהה יותר מאשר אלו המגיעים לקליפה חיצונית שלמה בעזרת מסירת אלקטרונים. אלקטרושליליות נמדדת תמיד בערכים חיוביים והאטום בעל האלקטרושליליות הגבוהה ביותר הינו הפלואור - אנרגיית יינון גבוהה וזיקה אלקטרונית גבוהה, בעל ערך אלקטרושליליות 4. למתכות לעומת זאת, יש נטייה למסירת אלקטרונים ולכן הן מקבלות את הערכים הנמוכים ביותר של אלקטרושליליות - לדוגמה פרנציום, מתכת אלקלית, מקבלת ערך 0.7, הנמוך ביותר.

קיבול חום סגולי[עריכת קוד מקור | עריכה]

קיבול חום סגולי (או חוֹם סגולי) (מקובל לסמנו באות \ C) של חומר מסוים הוא מונח המתאר את כמות החום (\ Q) שיש להשקיע ביחידת מסה של אותו חומר על מנת להעלות את הטמפרטורה שלו במעלה אחת. ביחידות קלוריה לגרם למעלה (צלזיוס או קלווין). החום הסגולי של מים הוא 1.

ביחידות סטנדרטיות מודדים קיבול חום סגולי בג'אול לקילוגרם למעלות (צלזיוס או קלווין).

מוליכות חשמלית[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוליכותו החשמלית של חומר מסוים היא מידת היכולת של זרם חשמלי לעבור בחומר (נמדדת על ידי יחידת סימנס או MHO). ככל שמוליכות של החומר תהיה גבוהה יותר, היכולת של הזרם לעבור בו תהיה גבוהה יותר, ככל שמוליכותו של החומר תהיה קטנה יותר, היכולת של הזרם לעבור בו תהיה קטנה יותר. היפוכה של המוליכות החשמלית היא ההתנגדות החשמלית (נמדדת ביחידת המידה אוהם מסומן ב-Ω). המוליכות החשמלית של חומר נובעת מכמות נשאי מטען חשמלי החופשיים הקיימים בו (לרוב, אלקטרונים), כיוון שנשאי המטען הם המאפשרים יצירת זרם חשמלי.

מוליכות תרמית[עריכת קוד מקור | עריכה]

מוליכות תרמית היא כמות החום המועברת בחומר בעקבות שיפוע הטמפרטורות ביחידת זמן ובתנאים קבועים בניצב לפני השטח, כאשר העברת החום תלויה רק בשיפוע הטמפרטורות. יחידת המידה התקנית של המוליכות הטרמית היא ואט למטר קלווין \frac{W}{(m \cdot K )}

אנרגיית יינון[עריכת קוד מקור | עריכה]

יינון הוא תהליך שבו מוצא אלקטרון מהרמה האחרונה של האטום. האנרגיה הדרושה לתהליך זה מכונה אנרגיית יינון. המדד ההפיך של היינון הוא הזיקה האלקטרונית - האנרגיה הדרושה להכנסת אלקטרון לאטום. אפשר להוציא יותר מאלקטרון אחד. לדוגמה הוצאת האלקטרון השני במערך נקראת אנרגיית היינון השנייה וכן הלאה. אנרגיית היינון גדלה ככל שמתקדמים ימינה ולמעלה במערכה המחזורית.

הטבלה המחזורית[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – הטבלה המחזורית
הטבלה המחזורית של דמיטרי מנדלייב

הדרך המקובלת ביותר להציג את רשימת היסודות היא הטבלה המחזורית של היסודות. לפי הטבלה אפשר לראות איזה סוג, איזה מצב צבירה ובאיזה קבוצה כל יסוד: ליסודות הנמצאים באותה השורה יש מספר זהה של קליפות אלקטרונים, כשהקליפה החיצונית של היסודות בקצה השמאלי של הטבלה מכילה אלקטרון בודד, ואילו זו של היסודות בקצה הימני מכילה 8 אלקטרונים (המספר המקסימלי האפשרי; כלומר, קליפתם מלאה לגמרי באלקטרונים). לדוגמה, ליתיום וניאון מכילים שניהם שתי קליפות אלקטרונים, כיוון ששניהם מצויים בשורה השנייה של הטבלה; הקליפה החיצונית של ליתיום מכילה אלקטרון בודד, וזו של ניאון - 8 אלקטרונים.

ליסודות הנמצאים באותו הטור (מכונה בהקשר זה קבוצה) יש מספר זהה של אלקטרונים בקליפה החיצונית. היות שלמספר האלקטרונים בקליפה החיצונית השפעה מכרעת על התכונות הכימיות של היסוד, מגלים כל היסודות באותו הטור תכונות דומות ומהווים ברוב המקרים קבוצה מוגדרת בעלת שם (הלוגנים, מתכות אלקליות ועוד). לכלל זה (בנוגע למספר האלקטרונים בקליפה החיצונית) יש יוצאים מן הכלל במתכות המעבר. הטבלה המחזורית מחולקת לשלוש קבוצות עיקריות (מתכות, מתכות למחצה (מטלואידים) ואל מתכות) ולמספר קבוצות משנה.

מתכות אלקליות[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתכת אלקלית (ליתיום, נתרן, אשלגן, רובידיום, צזיום ופרנציום) היא יסוד מתכתי, לרוב מוצק בטמפרטורת החדר, רך ופעיל מאוד. המתכות האלקליות הן המתכות הנמצאות בטור הראשון בטבלה המחזורית. מתכות אלה לא נמצאות אף פעם בטבע כיסוד אלא הן תמיד בצורת תרכובת עם יסודות אחרים. מתכות אלה הן בצבע כסף, רכות (במיוחד כאשר יורדים בטבלה המחזורית), בעלות צפיפות נמוכה ומתרכבות במהירות רבה. לכולן יש אלקטרון אחד ברמה האחרונה, כך שעדיפותם האנרגטית היא לאבד את האלקטרון.

מתכות אלקליות עפרוריות[עריכת קוד מקור | עריכה]

המתכות האלקליות-עפרוריות (בריליום, מגנזיום, סידן, סטרונציום, בריום ורדיום) הן יסודות מוצקים ובעלי צבע אפור עם ברק מתכתי אופייני. יסודות אלו מוליכים חשמל וחום וניתנים לריקוע. לקבוצה זו משתייכים ששת היסודות הנמצאים בטור השני של הטבלה המחזורית. היסוד האחרון בקבוצה - רדיום - הינו רדיואקטיבי. בשל נטייתן החזקה של המתכות האלקליות עפרוריות להגיב עם יסודות אחרים הן אינן נמצאות בצורתן החופשית בטבע. בימי הביניים האלכימאים התייחסו לחומרים שאינם מסיסים במים ושאינם משתנים בבעירה כאל "חומרי אדמה", עפר, ומכאן השם.

מתכות מעבר[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתכת מלובנת

מתכת מעבר היא יסוד כימי המורכב מאטומים שלאלקטרונים שלהם, אשר נמצאים ברמה האחרונה, אנרגיית יינון נמוכה. כתוצאה מכך חלק או כל האלקטרונים של הרמה האחרונה נמשכים בצורה חלשה לגרעין האטום. קבוצת מתכות המעבר כוללת 28 יסודות: (סקנדיום, איטריום, טיטניום, ונדיום, כרום, מנגן, ברזל, קובלט, ניקל, נחושת, אבץ, מוליבדן, ניאוביום, צירקוניום, רודיום, רותניום, פלדיום, כסף, קדמיום, הפניום, טנטלום, טונגסטן, רניום, אירידיום, אוסמיום, פלטינה, זהב וכספית) ובטבלה המחזורית מתכות המעבר משתרעות על 10 קבוצות. יש גם כ-10 מתכות מעבר אשר יוצרו במעבדה (טכנציום, רתרפורדיום, דובניום, סיבורגיום, בוהריום, האסיום, מייטנריום, דרמשטטיום, רונטגניום וקופרניקיום). כל מתכות המעבר הן מוצקות בטמפרטורת החדר, מלבד הכספית הנוזלית.

Poor Metals[עריכת קוד מקור | עריכה]

Poor Metals או Post-transition metals (מתכות מעבר עמידות) היא קבוצה של מתכות, שבטבלה המחזורית משתרעת על 3 קבוצות (5 קבוצות אם מחשיבים גם את היסודות שטרם התגלו). המתכות הן: אלומיניום, אינדיום, בדיל, גליום, תליום, עופרת וביסמוט. שאר המתכות שיוצרו במעבדה הן: אונונטריום, פלרוביום, אונונפנטיום, ליברמוריום, אונונספטיום ואונונאוקטיום.

מתכות למחצה[עריכת קוד מקור | עריכה]

המתכות למחצה (בורון, צורן, גרמניום, ארסן, אנטימון, טלור, פולוניום) הן אחד משלושת הסוגים של היסודות, שכוללים גם מתכות ואל מתכות. למתכות למחצה (נקראות גם מטלואידים), תכונות ביניים בין מתכות ואל מתכות. אין דרך מיוחדת להבדיל בין מתכת למחצה למתכת רגילה. ההבדל העיקרי הוא שמתכות למחצה הן בדרך כלל גם מוליכות למחצה, בעוד מתכות רגילות הן מוליכות. לעתים מוסיפים מתכות למחצה לסגסוגות. בטבלה המחזורית, המטלואידים חוצים בקו אלכסוני את הגבול בין מתכות ואל מתכות.

אל מתכת[עריכת קוד מקור | עריכה]

האל-מתכות (מימן, חנקן, חמצן, פלואור, כרום, ברום ויוד) הן דו-אטומיות. יש עוד 13 אל מתכות, אבל הן רב-אטומיות. האל-מתכות נמצאות בצד הימני העליון של הטבלה המחזורית. יוצא דופן הוא המימן, שמופיע בדרך כלל בצד השמאלי העליון יחד עם המתכות האלקליות, אבל הוא מתנהג ברוב המקרים כאל-מתכת. שלא כמו מתכות, שמוליכות חשמל, רוב האל-מתכות הן מבודדות או מבודדות למחצה. אל-מתכות יכולות ליצור סריג יוני עם מתכות, או לחלופין קשר קוולנטי עם אל-מתכות ומתכות אחרות. תחמוצת של אל-מתכת יוצרת חומצה.

הלוגנים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הלוגן הוא כל יסוד השייך למשפחת ההלוגנים: קבוצת יסודות אל-מתכתיים, רעילים, המאכלסים את העמודה ה-17 והלפני אחרונה בטבלה המחזורית. ההלוגנים הם: פלואור, כלור, ברום, יוד ואסטטין. ההלוגנים מצויים בטבע בצורת מולקולות דו-אטומיות ובתרכובות רבות. להלוגנים יש שבעה אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית (7 אלקטרוני ערכיות); דבר זה גורם להלוגנים להיות פעילים במיוחד, ולהגיב בעוצמה עם חומרים רבים. פלואור, בנוסף, הוא היסוד האלקטרושלילי ביותר בכל הטבלה המחזורית; גם עובדה זו אחראית לכך שזהו אחד היסודות הפעילים ביותר.

גזים אצילים[עריכת קוד מקור | עריכה]

גז אציל

גזים אצילים הם יסודות כימיים שלהם קליפה חיצונית מלאה של אלקטרונים, ולכן אינם מתרכבים בקלות עם יסודות אחרים (השם גזים אצילים ניתן להם בזמן שהדעה הייתה שאינם מתרכבים כלל). יסודות אלה הם: הליום, נאון, ארגון, קריפטון, קסנון ורדון. כל היסודות הללו הם גזים בטמפרטורת החדר, ולהם נקודות היתוך ונקודות רתיחה נמוכות מאוד. הגזים האצילים מופיעים בטור ה-18 בטבלה המחזורית.

יסודות נדירים[עריכת קוד מקור | עריכה]

לנתנידים[עריכת קוד מקור | עריכה]

קבוצת הלנתנידים היא קבוצה של 15 מתכות מעבר נדירות ביותר, הדומות מאוד אחת לשנייה והנמצאות לעתים קרובות אחת ליד השנייה. קבוצת הלנתנידים מכילה את היסודות לנתן, צריום, פרסאודימיום, נאודימיום, פרומתיום, סמריום, אירופיום, גדוליניום, טרביום, דיספרוסיום, הולמיום, ארביום, תוליום, איטרביום ולוטציום, אשר נמצאים בטבלה המחזורית במקומות 57 - 71 ומסודרים בשורה נפרדת מתחת לטבלה הראשית, שורת הלנתנידים.

אקטינידים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סדרת האקטינידים היא סדרה כימית של 15 יסודות דומים ביותר. הסדרה כוללת את היסודות אקטיניום, תוריום, פרוטקטיניום, אורניום, נפטוניום, פלוטוניום, אמריציום, קוריום, ברקליום, קליפורניום, איינשטייניום, פרמיום, מנדלביום, נובליום ולורנציום. האקטינידים נמצאים בטבלה המחזורית במקומות 89 - 103 והם מרוכזים בשורה נפרדת מתחת לגוף הטבלה, שורת האקטינידים. היסודות האקטינידים מאופיינים ברדיואקטיביות ומשך חיים קצר למדי; רק אורניום ותוריום לא נוצרו באופן מלאכותי (במעבדה), וכל האקטינידים מוצקים בטמפרטורת החדר.

יסודות מלאכותיים / סינתטיים[עריכת קוד מקור | עריכה]

קיימים כ-30 יסודות כימיים מלאכותיים (הידועים גם בשמותיהם "יסודות סינתטיים" או "יסודות טרנס אורניים") אשר נוצרו במאיצי חלקיקים. מתוכם עשרה הם מתכות מעבר, חמש Poor Metals, הלוגן אחד, לנתניד אחד ו-13 אקטינידים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

יוד

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא יסוד כימי בוויקישיתוף