משתמש:Druid888/טיוטה ב

תכנון

מבוא התא מבוא לכימיה מולקולות ביולוגיות התא מטבוליזם ותפקוד חלבונים תפקוד ממברנות פוטוסינתזה יצרנות לא-פוטוסינתטית? נשימה תאית ותסיסה מחזור התא גנטיקה הדוגמה המרכזית בקרה על התבטאות גנים דפוסי הורשה ומחלות גנטיות מגוון נגיפים חיידקים ארכיאה איקריוטים פטריות צמחים מגוון בצמחים בעלי חיים ארגון בבעלי חיים מגוון בבעלי חיים רכיכות פרוקי רגליים מיתרנים עצבים חישה הורמונים כסות שרירים שלד הובלה נשימה עיכול שתן וכבד חיסון רבייה התפתחות התנהגות אקולוגיה אבולוציה גילוי האבולוציה מיקרואבולוציה מקרואבולוציה פילוגנזה אבולוציה של החיים אבולוציה של איקריוטים אבולוציה של צמחים אבולוציה של בעלי חיים אבולוציה ואקולוגיה

תכנון מפורט

מבוא ביוכימיה וביולוגיה של התא מבוא לכימיה אטומים והכוח החשמלי סידור האלקטרונים באטום יונים קשרים קוולנטיים קוטביות חומציות מבט נוסף: מלחי מרה מולקולות ביולוגיות קבוצות פונקציונליות ליפידים פחמימות חלבונים חומצות גרעין מבט נוסף: סיבים תזונתיים מטבוליזם ותפקוד חלבונים ריאקציות כימיות מבנה מרחבי של חלבון קטליזה קופקטורים דנטורציה מסלולים מטבוליים מבט נוסף: חמצת התא מבנה אוניברסלי של התא תא פרוקריוטי תא איקריוטי מערכת הממברנות התוך-תאית גרעין התא מיטוכונדריה פלסטידים שלד התא פני התא מבט נוסף: תפקוד ממברנות דיפוזיה טורגור ולחץ אוסמוטי חלבונים ממברנליים העברה דרך ממברנות אקסוציטוזה ואנדוציטוזה מבט נוסף: פוטוסינתזה אור ופיגמנטים מבט על הפוטוסינתזה כלורופלסטים מעגל קלווין-בנסון ריאקציות האור מסלולי קיבוע פחמן אבולוציה של הפוטוסינתזה מבט נוסף: יצרנות לא-פוטוסינתטית? נשימה תאית ותסיסה מבט על הפקת אנרגיה נשימה אירובית מיטוכונדריה גליקוליזה יצירת אצטיל-CoA ומעגל קרבס זרחון צמוד להעברת אלקטרונים נשימה אנאירובית ותסיסה אבולוציה של נשימה אירובית מבט נוסף: מחזור התא מחזור תא פרוקריוטי פליגה מחזור תא איקריוטי מיטוזה ציטוקינזה בקרה על מחזור התא גידולים רבייה זוויגית מיוזה מבט נוסף: טלומרים גנטיקה הדוגמה המרכזית ארגון DNA הכפלת DNA מבנה ותפקוד של RNA שעתוק תרגום אללים ומוטציות מבט נוסף: גילוי תפקוד ה-DNA בקרה על התבטאות גנים דפוסי הורשה ומחלות גנטיות אבולוציה - לחשוב עוד על מה לכתוב כאן בדיוק. להעביר לסוף הקורס. גילוי האבולוציה מיקרואבולוציה ברירה טבעית גנים אנוכיים דפוסי ברירה טבעית פולימורפיזם מאוזן ברירה זוויגית אבולוציה של אלטרואיזם מגוון גנטי ספציאציה מבט נוסף: עמידות לאנטיביוטיקה מקרואבולוציה ספציאציה התפצלות אדפטיבית הכחדה קואבולוציה העברת גנים אופקית שיווי משקל מקוטע לעומת הדרגתיות ? פילוגנזה מגוון ומקרואבולוציה נגיפים חיידקים ארכיאה איקריוטים פטריות צמחים בעלי חיים ארגון בבעלי חיים ארגון כללי בבעלי חיים מערכות איברים רקמות חיבור רקמות אפיתל רקמות עצב רקמות שריר התפתחות רקמות משוב מבט נוסף: מגוון בבעלי חיים ספוגים צורבים תולעים שטוחות תולעים טבעתיות תולעים נימיות קווצי עור מבט נוסף: רכיכות מאפיינים של רכיכות כיטונים חלזונות חלזונות סילוניות מבט נוסף: פרוקי רגליים מאפיינים של פרוקי רגליים בעלי כליצרות טרילוביטים מרבי רגליים סרטנים חרקים פשפשאים דבוראים זבובאים פרפראים חיפושיות מבט נוסף: מיתרנים מאפיינים של מיתרנים דגים חסרי לסתות דגי סחוס דגי גרם דו-חיים זוחלים עופות ודינוזאורים יונקים אוכלי חרקים עטלפים פרסתנים טורפים פרימטים מבט נוסף: עצבים מגוון מערכות עצבים נוירונים הולכה בתוך נוירונים העברה סינפטית מערכת העצבים ההיקפית מוח השדרה המוח נוירוגלייה מחלות נוירולוגיות מבט נוסף: חישה מסלולי חישה חישה סומטית וויסצרלית טעם וריח שמיעה שיווי משקל מערכות ראייה מבנה העין עיבוד חזותי ליקויים בחישה מבט נוסף: הורמונים פעילות הורמונלית מנגנוני בקרה הורמונליים המערכת האנדוקרינית ההיפותלמוס ויותרת המוח בלוטת התריס + בלוטות יותרת התריס איי הלבלב יותרת הכליה גונדות בלוטת האיצטרובל מחלות הורמונליות סוכרת מבט נוסף: כסות עור קשקשים נוצות שיער בלוטות אקסוקריניות בעור גלימה התנשלות מחלות עור מבט נוסף: שרירים מבנה השריר שרירים חלקים שריר הלב שרירי שלד כיווץ שרירים ובקרה עצבית מטבוליזם בשריר מחלות שרירים מבט נוסף: שלד שלד הידרוסטטי שלד חיצוני שלד פנימי סחוס עצם מפרקים וגידים מחלות של מערכת השלד מבט נוסף: הובלה המולימפה דם מרכיבי הדם תאי דם אדומים עצירת דמם לב בקרה על התכווצות הלב עורקים נימים ורידים לחץ דם מחלות דם, לב וכלי דם מבט נוסף: סיווג דם נשימה עיכול שתן וכבד חיסון רבייה התפתחות בעלי חיים התנהגות אקולוגיה

מבוא

הביולוגיה עוסקת ביצורים חיים, במבנה ובתפקוד שלהם, במקורם וביחסי הגומלין בינם לבין עצמם ובינם לבין הסביבה. החיים מורכבים מרמות ארגון שונות, כאשר כל רמת ארגון יוצרת את זו שמעליה:

• מולקולות מרכיבות כמעט את כל החומרים בטבע, ובין השאר גם יצורים חיים. יצורים חיים מכילים מולקולות שנפוצות גם בחומר דומם, כמו מים, ובנוסף לכך הם מכילים מולקולות ביולוגיות כמו חלבונים, פחמימות ושומנים. בחקר המולקולות המרכיבות את היצורים החיים עוסקות הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית.
• תא הוא היחידה הבסיסית של החיים, ומורכב ממולקולות רבות. כל תא הוא בועת מים המוקפת במעטפת שומנית, ובתוכה נמצאות מולקולות ביולוגיות ומתקיימים התהליכים הקשורים לחיים. תאים כוללים, למשל, תאי עור ותא עצב. חלק מהיצורים החיים, כמו חיידקים, מורכבים מתא יחיד. בחקר המבנה והתפקוד של התאים עוסקת הביולוגיה של התא.
• רקמה מורכבת מתאים רבים הפועלים למטרה משותפת. רקמות נמצאות ביצורים רב-תאיים – יצורים המורכבים מתאים רבים. למשל, רקמת שריר מורכבת מתאי שריר רבים המתכווצים יחד כדי להניע חלקי גוף. בחקר
• איבר מורכב מרקמות מסוגים שונים הפועלות יחד למען מטרה משותפת. למשל, לב מורכב מרקמות שריר וחיבור הפועלות יחד כדי להניע את הדם.
• מערכת איברים היא קבוצה של איברים המבצעים יחד תפקידים משותפים, כמו מערכת השלד המורכבת מעצמות רבות אשר מייצבות יחד את הגוף.
• אורגניזם (יצור חי) רב-תאי מורכב ממערכות איברים רבות. בחקר המבנה של אורגניזמים ושל הרקמות, האיברים ומערכות האיברים המרכיבים אותם עוסקת האנטומיה, ובחקר התפקוד שלהם עוסקת הפיזיולוגיה.
• אוכלוסייה היא קבוצה של אורגניזמים מאותו המין החיים באזור מסוים, כמו כל הצבאים בעמק הצבאים שבירושלים.
• חברה כוללת את כל האוכלוסיות שחיות באזור מסוים, כמו כל היצורים החיים בעמק הצבאים.
• מערכת אקולוגית כוללת חברה יחד עם הסביבה שלה, הכוללת בין השאר את הקרקע, המשקעים ואור השמש.
• הביוספרה היא רמת הארגון הגבוהה ביותר, הכוללת את כל המערכות האקולוגיות בכדור הארץ. בחקר האוכלוסיות, החברות, המערכות האקולוגיות והביוספרה כולה עוסקת האקולוגיה, ובהשתנות שלהן עוסקת האבולוציה.

כל היצורים החיים כוללים שלוש קבוצות: חיידקים, ארכיאה ואיקריוטים. תאים איקריוטיים מכילים חלקים פנימיים מוקפי שומן, וביניהם גרעין, שהוא בועה המכילה את ה-DNA של התא. איקריוטים כוללים את בעלי החיים, הצמחים והפטריות, וכן קבוצות רבות פשוטות יותר המאוגדות תחת השם פרוטיסטים. לעומת זאת, חיידקים וארכיאה לא מכילים בועות פנימיות כמו הגרעין, והם דומים יחסית במבנה הכללי שלהם; יחד עם זאת, חיידקים וארכיאה שונים מאוד אלה מאלה בפרטים רבים של המבנה והתפקוד.

חיידקים וארכיאה הם פשוטים מאוד מהבחינה המבנית לעומת איקריוטים, אך הם מגוונים מאוד וכוללים מינים המייצרים מזון בדרכים שונות לצד מינים הניזונים ממזון שיוצר על ידי אורגניזמים אחרים. בעלי חיים הם יצורים רב-תאיים הניזונים מעיכול חומרי מזון שיוצרו על ידי אורגניזמים אחרים. בעלי חיים מסוימים מסננים חלקיקי מזון מהמים, בעוד אחרים הם אוכלי צמחים, טורפים, אוכלי נבלות או טפילים. צמחים מייצרים מזון בעצמם, באמצעות שימוש באנרגיה המתקבלת מאור השמש. רוב הצמחים, ביניהם כל צמחי היבשה, הם רב-תאיים, אך אצות מסוימות הן חד-תאיות. פטריות הן רב-תאיות ברובן, ואינן מייצרות מזון בעצמן אלא ניזונות ממזון שיוצר על ידי אורגניזמים אחרים. פטריות רבות ניזונות מאורגניזמים מתים.

הביולוגיה עוסקת גם בווירוסים, על אף שלעיתים קרובות הם לא נחשבים ליצורים חיים, משום שאינם מורכבים מתאים ואינם יכולים להתרבות בעצמם. וירוס מורכב מקופסא חלבונית, מזערית ביחס לתא, המכילה חומר גנטי. וירוסים חודרים לתאים, גורמים להם לשכפל אותם שוב ושוב וכך מתרבים תוך כדי שהם גורמים להשמדת אותם תאים.

ערך לקריאה	חלקים בערך	נדרש שיפור?
ביולוגיה	עקרונות הביולוגיה	כן: להוסיף בעקרונות הביולוגיה תת-פרק על התאמה בין מבנה לתפקוד

ביוכימיה וביולוגיה של התא

מבוא לכימיה

אטומים והכוח האלקטרומגנטי

איור 1.1 מודל פשטני של האטום: הכדור השחור במרכז מסמל את הגרעין, שבו נמצאים הפרוטונים והנויטרונים. הכדורים האדומים, שהם האלקטרונים, נעים סביב הגרעין.

כל החומרים מורכבים מאטומים, חלקיקים שגודלם בערך 1 חלקי עשרה מיליארד מטר. אטומים מורכבים בעצמם מחלקיקים קטנים אף יותר: פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. הפרוטונים והנויטרונים מרוכזים באזור קטן במרכז האטום, שהוא גרעין האטום. האלקטרונים מפוזרים סביב הגרעין ונעים סביבו (איור 1.1).

החלקיקים באטום מקיימים אינטראקציות ביניהם, הקרויות כוחות. ישנם ארבעה כוחות בסיסיים: כוח הכבידה, הכוח החלש, הכוח החזק והכוח האלקטרומגנטי. כוח הכבידה הוא משיכה בין גופים שונים, בהתאם למסה שלהם. גוף בעל מסה גדולה מושך גופים אחרים בעוצמה גדולה יותר מגוף בעל מסה קטנה, וזוהי הסיבה שאנו נופלים לכיוון מרכז כדור הארץ, וגם הסיבה שכדור הארץ עצמו מסתובב סביב השמש. במרחקים קצרים, כוח הכבידה חלש יחסית לשאר הכוחות ולכן ההשפעה שלו על אטומים ומולקולות זניחה ביחס לשאר הכוחות. הכוח החלש אחראי לשינוי סוגם של החלקיקים התת-אטומיים, כמו הפיכה של פרוטון לנויטרון או להפך, ואחראי לקרינה רדיואקטיבית. הכוח החזק אחראי למשיכה בין פרוטונים ונויטרונים ופועל כדבק חזק המצמיד אותם זה לזה בגרעין. הוא חזק מאוד במרחקים קצרים ביותר, כמו בתוך אטום, לכן גרעיני אטומים כמעט שלא מתפרקים; יחד עם זאת, הכוח החזק נחלש במהירות כשהמרחק גדל ולכן המשיכה בין פרוטונים ונויטרונים באטומים שונים זניחה. הכוח האלקטרומגנטי הוא משיכה בין מטענים מנוגדים (מטען חיובי ומטען שלילי) ודחייה בין מטענים זהים. הוא חזק בהרבה מכוח הכבידה והדעיכה שלו על פני המרחק איטית בהרבה מזו של הכוח החזק, לכן הוא משפיע רבות על תהליכים כימיים ונעסוק רבות בהשלכות שלו בפרק זה.

מהיום-יום ידוע לנו שכדי להתנגד לכוח המשיכה יש להשקיע אנרגיה. כך למשל, כשאדם מרים כדור עליו להפעיל את השרירים ולהמיר אנרגיה שאצורה בסוכרים ובשומנים להתנגדות לכוח. דבר דומה מתרחש גם בהתנגדות לכוחות אחרים: כדי שמטען שלילי יתרחק ממטען חיובי, עליו להשקיע אנרגיה. כאשר המטענים רחוקים זה מזה, הם אוצרים אנרגיה רבה יותר מאשר כשהם קרובים זה לזה.

לפרוטונים מטען חיובי של 1+ ולאלקטרונים מטען שלילי של 1-. לפיכך, פרוטונים נדחים מפרוטונים אחרים ואלקטרונים נדחים מאלקטרונים אחרים, אך פרוטונים ואלקטרונים נמשכים זה לזה. הסיבה שהאלקטרונים באטום סובבים סביב הגרעין היא שהם נמשכים אליו, בדומה לכדור הארץ שנמשך לשמש ולכן סובב סביבה. לנויטרונים אין מטען חשמלי (אלקטרומגנטי), לכן הם לא מושפעים מהכוח האלקטרומגנטי.

אטומים נבדלים אלה מאלה במספר החלקיקים התת-אטומיים שלהם. מספר הפרוטונים באטום נקרא המספר האטומי שלו, והוא קובע את סוג האטום, כלומר היסוד שלו. למשל, המספר האטומי של יסוד החמצן הוא 8, לכן בכל אטום חמצן יש שמונה פרוטונים. משום שהפרוטונים מושכים אלקטרונים, אך אלקטרונים דוחים אלקטרונים, לרוב מספר הפרוטונים והאלקטרונים באטום שווים: לאטום בעל יותר פרוטונים מאלקטרונים יש מטען חיובי, לכן הוא מושך אלקטרונים נוספים, ואילו לאטום בעל יותר אלקטרונים מפרוטונים מטען שלילי ולכן האלקטרונים יעברו לאטומים אחרים. מסיבה זו לאטומי חמצן יש בדרך כלל שמונה אלקטרונים, בהתאם למספר הפרוטונים, וכך מטענו הכולל הוא אפס. יסודות שונים נבדלים בתכונות הכימיות שלהם, כפי שנפרט במהשך הפרק.

לפרוטונים ולנויטרונים מסה דומה, אך לאלקטרונים מסה קטנה בהרבה, לכן רוב המסה של אטום נובעת מהפרוטונים והנויטרונים שלו. מסיבה זו, מספר הפרוטונים והנויטרונים באטום נקרא מספר המסה. לאטומים שונים מאותו יסוד, כלומר בעלי מספר פרוטונים זהה, עשוי להיות מספר מסה שונה. אטומים כאלה נקראים איזוטופים. למשל, האיזוטופ הנפוץ של חמצן הוא חמצן-16, כלומר חמצן עם שמונה נויטרונים (יחד עם שמונת הפרוטונים, מתקבל מספר המסה 16). האיזוטופ הזה נבדל במספר הנויטרונים שלו מאיזוטופ אחר של חמצן, חמצן-18. איזוטופים מסוימים אינם יציבים, והגרעין שלהם מתפרק תוך פליטת אנרגיה ולעיתים גם חלקיקים תת-אטומיים שונים – תהליך שנקרא דעיכה רדיואקטיבית.

מושגים חדשים

אטום (atom)   חלקיק המרכיב את כל החומרים. אלקטרון (electron)   חלקיק תת-אטומי בעל מטען שלילי הנע סביב גרעין האטום. גרעין אטום (atomic nucleus)   אזור קטן במרכז האטום בו מרוכזים הפרוטונים והנויטרונים. דעיכה רדיואקטיבית (radioactive decay,‏ nuclear decay,‏ radioactive disintegration או nuclear disintegration, גם דעיכה גרעינית)    התפרקות ספונטנית של גרעיני אטומים באיזוטופ לא-יציב תוך כדי פליטת אנרגיה ו/או חלקיקים תת-אטומיים. יסוד (element)   סוג האטום, שנקבע לפי המספר האטומי. הכוח האלקטרומגנטי (electromagnetic force)   משיכה בין מטענים מנוגדים ודחייה בין מטענים זהים. הכוח החזק (strong force,‏ strong interaction או strong nuclear force, גם הכוח הגרעיני החזק)   משיכה בין פרוטונים ונויטרונים. הכוח החלש (weak force,‏ weak interaction או weak nuclear force, גם הכוח הגרעיני החלש)   אינטראקציה האחראית לשינוי סוג החלקיקים התת-אטומיים ולדעיכה רדיואקטיבית. כוח הכבידה (gravitational force)   משיכה של גופים בהתאם למסה שלהם. מספר אטומי (atomic number)   מספר הפרוטונים באטום. מספר מסה (mass number)   מספר הפרוטונים והנויטרונים באטום. נויטרון (neutron, גם ניטרון או ניוטרון)   חלקיק תת-אטומי חסר מטען הנמצא בגרעין האטום. פרוטון (proton)   חלקיק תת-אטומי בעל מטען חיובי הנמצא בגרעין האטום.

תרגילים

1.   לאטום פחמן מסוים שישה פרוטונים, שישה נויטרונים ושישה אלקטרונים.      א.   מה המספר האטומי שלו ומספר המסה של האטום?      ב.   מה המטען הכולל (סכום מטעני החלקיקים התת-אטומיים) של האטום?      ג.   איך נקרא איזוטופ הפחמן אליו שייך האטום?      ד.   מה המטען של גרעין האטום? תשובות לתרגיל 1 א.   המספר האטומי הוא מספר הפרוטונים ומספר המסה שווה לסכום מספר הפרוטונים ומספר הנויטרונים, לכן המספר האטומי הוא 6 ומספר המסה הוא 12 (6+6). ב.   לכל פרוטון מטען של 1+ ולכל אלקטרון מטען של 1-, לכן המטען של כלל הפרוטונים הוא 6+ והמטען של כלל האלקטרונים הוא 6-. לפיכך המטען הכולל של האטום הוא 0 (6-6). ג.   פחמן-12, על שם מספר המסה שלו. ד.   גרעין האטום כולל את הפרוטונים והנויטרונים של האטום. לכל פרוטון מטען של 1+ ולכל נויטרון מטען של 0. האטום מכיל שישה פרוטונים, לכן המטען הכולל של גרעין האטום הוא 6+.

סידור האלקטרונים באטום

איור 1.2 אורכי גל נראים לעין של פוטונים. המספרים מציינים את אורך הגל בננומטרים (מיליארדית מטר).

איור 1.3 מסלולים שונים של אלקטרונים באטום (מעגלים ורודים) עם רמות אנרגיה שונות. ככל שהמסלול רחוק יותר מגרעין האטום (עיגול אדום) כך האנרגיה של האלקטרון גדולה יותר. האלקטרון הנראה באיור (עיגול ירוק) פולט פוטון תוך כדי שינוי המסלול וירידה ברמת האנרגיה.

חלקיקים קטנים כמו אלקטרונים מתנהגים בצורה שונה ממה שמוכר לנו בחיי היום-יום. יש להם כמה מצבים אפשריים, שאינם רציפים: הם יכולים להסתובב סביב גרעין האטום בכמה מסלולים השונים זה מזה באנרגיה שלהם. ככל שהמסלול רחוק יותר ממרכז הגרעין, האנרגיה של האלקטרון גדולה יותר. אלקטרונים יכולים לאבד אנרגיה בקלות, על ידי פליטה של חלקיק אור, אך כדי לקבל אנרגיה הם צריכים לקלוט במקרה חלקיק כזה. חלקיקי האור הללו נקראים פוטונים, והם מתנהגים מבחינות רבות כמו גלים. המרחק בין שני שיאים עוקבים של גל נקרא אורך הגל, ולפוטונים שונים עשויים להיות אורכי גל שונים. הצבעים שאנו רואים הם למעשה פוטונים באורכי גל שונים: למשל, פוטונים הנראים בעיננו כאדומים הם ארוכים יותר מפוטונים הנראים ככחולים (איור 1.2). לפוטונים באורכי גל קצרים יותר יש אנרגיה רבה יותר, וכדי שאלקטרון יעבור ממסלול מסוים למסלול עם אנרגיה גבוהה יותר הוא צריך לקלוט פוטון באורך גל מתאים; הסיכוי של אלקטרון לקלוט פוטון כזה הוא קטן יחסית, ולכן אלקטרונים נוטים יותר לעבור ממסלול עם אנרגיה גבוהה למסלול עם אנרגיה נמוכה מאשר להפך (איור 1.3).

אם כך, היינו מצפים שבדרך כלל כל האלקטרונים באטום יהיו במסלול עם רמת האנרגיה הנמוכה ביותר. ובכל זאת, באטומים עם יותר משני אלקטרונים חלק מהאלקטרונים נעים במסלולים עם אנרגיה גבוהה יותר. בדומה לעצמים יום-יומיים, שני אלקטרונים לא יכולים להיות באותו המקום ובאותו המצב. אלקטרונים במסלול של רמת האנרגיה הראשונה יכולים להיות רק בשני מצבים אפשריים, לכן יש "מקום" רק לשני אלקטרונים. אלקטרונים נוספים לא יכולים להצטרף לרמת האנרגיה הראשונה משום שהיא כבר "תפוסה" על ידי אלקטרונים אחרים, לכן הם נעים במסלולים עם אנרגיה גדולה יותר. בכל רמת אנרגיה יכול להיות מספר שונה של אלקטרונים: למשל, ברמה הראשונה יכולים להיות שני אלקטרונים, אך ברמות השנייה והשלישית יכולים להיות שמונה אלקטרונים.

הטבלה המחזורית (איור 1.4) היא ייצוג פשוט של כל היסודות בהתאם לארגון האלקטרונים בהם. ככל שיסוד מכיל אלקטרונים רבים יותר ברמה החיצונית שלו כך הוא ממוקם ימינה יותר בטבלה, וככל שיסוד מכיל רמות רבות יותר של אלקטרונים כך הוא ממוקם למטה יותר בטבלה.

איור 1.4 הטבלה המחזורית. כל שורה מייצגת רמת אנרגיה נוספת של האלקטרונים. שמות היסודות מופיעים כקיצורים – למשל, C הוא קיצור של carbo (פחם בלטינית) ומציין את היסוד פחמן. המספרים מעל לשמות היסודות מציינים את המספר האטומי.

מושגים חדשים
אורך גל (wavelength)   מרחק בין שני שיאים עוקבים של גל. ככל שאורך הגל של חלקיק קצר יותר כך האנרגיה שלו רבה יותר. פוטון (photon)   חלקיק אור הנושא אנרגיה.

יונים

לא כל האטומים מכילים מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים, ואטומים שמספר האלקטרונים בהם שונה ממספר הפרוטונים נקראים יונים.

המשיכה של כל אלקטרון באטום לפרוטונים שבגרעין האטום מנוגדת לדחייה של אותו אלקטרון כלפי האלקטרונים האחרים באטום. האלקטרונים האחרים באטום מרחיקים את אותו אלקטרון מהאטום ודוחפים אותו החוצה. אך הדחייה של אותו אלקטרון מכל אחד מהאלקטרונים האחרים משתנה: אלקטרון "מרגיש" דחייה חלשה יותר מאלקטרונים שבאותה הרמה שלו או ברמות גבוהות יותר לעומת הדחייה שהוא "מרגיש" מאלקטרונים שברמות נמוכות יותר ממנו. ניתן להסביר זאת בכך שאלקטרונים באותה רמה הם לעיתים קרובות זה לצד זה, ואז הדחייה שהם מרגישים דוחפת אותם במידה רבה לצדדים במקום החוצה.

נסתכל על המשיכה של האלקטרונים באטום פלואור (F) לגרעין שלו. לפלואור תשעה פרוטונים לכן במצב נייטרלי יש לו תשעה אלקטרונים – שניים ברמה הראשונה ועוד שבעה ברמה השנייה. האלקטרונים ברמה הראשונה נמשכים מאוד לגרעין, משום שהם קרובים אליו; בנוסף, הם נדחים רק מעט זה מזה ועוד פחות מהאלקטרונים שחיצוניים יותר מהם, לכן הם "מרגישים" מכיוון גרעין האטום מטען של כמעט 9+, ונמשכים אליו מאוד. יתר על כן, האנרגיה שלהם נמוכה במיוחד משום שהם ברמה ראשונה – לכן האלקטרונים ברמה הראשונה "תקועים" במקומם בעוצמה רבה מאוד, ודרושה אנרגיה רבה כדי להוציא אותם מהאטום (כלומר להעביר אותם למצב עם הרבה אנרגיה). האלקטרונים ברמה השנייה נעים במסלול עם אנרגיה גבוהה יותר, לכן דרושה פחות אנרגיה כדי להוציא אותם מהאטום, והם "מרגישים" דחייה חזקה מהאלקטרונים ברמה הראשונה. יחד עם זאת, גם האלקטרונים ברמה השנייה משפיעים רק מעט זה על זה, לכן כל אלקטרון "מרגיש" מכיוון הגרעין מטען של כמעט 7+ (9 פרוטונים פחות 2 אלקטרונים ברמה הראשונה); לכן גם האלקטרונים ברמה השנייה נמשכים בחוזקה לאטום וקשה מאוד להוציא אותם. גם אלקטרון חדש שיצטרף ירגיש מטען דומה, משום שהאלקטרונים באותה הרמה משפיעים רק מעט זה על זה.

לעומת זאת, נסתכל על המשיכה של האלקטרונים באטום ליתיום (Li) לגרעין שלו. לליתיום שלושה פרוטונים בלבד ולכן במצב נייטרלי גם שלושה אלקטרונים – שניים ברמה הראשונה ועוד אחד ברמה השנייה. האלקטרונים ברמה הראשונה קרובים לגרעין, נדחים רק מעט זה מזה ומהאלקטרון החיצוני יותר ונעים במסלול עם אנרגיה נמוכה, לכן דרושה אנרגיה רבה כדי להוציא אותם מהאטום. לעומת זאת, האלקטרון ברמה השנייה נדחה בחוזקה מהאלקטרונים ברמה הראשונה, וכך "מרגיש" מכיוון הגרעין רק מטען של כ-1+ (שלושה פרוטונים בגרעין פחות שני אלקטרונים ברמה הראשונה). האלקטרון ברמה השנייה נמשך רק מעט לגרעין ולכן קל מאוד להוציא אותו מהאטום.

באופן כללי, ככל שלאטום יותר פרוטונים, כך האלקטרונים החיצוניים שלו נמשכים אליו יותר, ולכן קשה יותר להוציא אותם מהאטום; זאת עד שהרמה החיצונית מתמלאת, משום שברמה הבאה האלקטרונים החדשים יידחו בחוזקה מהאלקטרונים הקודמים. הכלל הזה מוביל למסקנה שהיסודות הימניים ביותר בטבלה המחזורית, כלומר שהרמה החיצונית ביותר שלהם מכילה יותר אלקטרונים, מושכים את האלקטרונים החיצוניים שלהם במידה רבה יותר מאלה שבצד השמאלי של הטבלה המחזורית, כלומר שהרמה החיצונית ביותר שלהם מכילה מעט אלקטרונים.

בנוסף, ככל שיש לאטום פחות רמות של אלקטרונים כך האלקטרונים החיצוניים ביותר שלו נמצאים ברמה נמוכה יותר ולכן נעים במסלול עם אנרגיה נמוכה יותר. מאחר שהאלקטרונים החיצוניים ביותר הם אלה שקל יחסית להוציא אותם מהאטום הדבר אומר שככל שיש לאטום פחות רמות אלקטרונים כך קשה יותר להוציא אלקטרונים מאותו אטום. לפיכך, ניתן לראות מגמה נוספת בטבלה המחזורית: היסודות בצד העליון של הטבלה מושכים את אלקטרונים החיצוניים שלהם במידה רבה יותר מאלה שבצד התחתון שלה.

מידת המשיכה של האלקטרונים לגרעין האטום נקראת אלקטרושליליות; כפי שראינו, היא משתנה בין יסודות שונים (איור 1.5).

איור 1.5 אלקטרושליליות של היסודות, לפי סולם פאולינג. הקו המקווקו מפריד בין מתכות לאל-מתכות.‏
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	טור שורה
H 2.20																	He	1
Li 0.98	Be 1.57											B 2.04	C 2.55	N 3.04	O 3.44	F 3.98	Ne	2
Na 0.93	Mg 1.31											Al 1.61	Si 1.90	P 2.19	S 2.58	Cl 3.16	Ar	3
K 0.82	Ca 1.00	Sc 1.36	Ti 1.54	V 1.63	Cr 1.66	Mn 1.55	Fe 1.83	Co 1.88	Ni 1.91	Cu 1.90	Zn 1.65	Ga 1.81	Ge 2.01	As 2.18	Se 2.55	Br 2.96	Kr 3.00	4
Rb 0.82	Sr 0.95	Y 1.22	Zr 1.33	Nb 1.6	Mo 2.16	Tc 1.9	Ru 2.2	Rh 2.28	Pd 2.20	Ag 1.93	Cd 1.69	In 1.78	Sn 1.96	Sb 2.05	Te 2.1	I 2.66	Xe 2.60	5
Cs 0.79	Ba 0.89	*	Hf 1.3	Ta 1.5	W 2.36	Re 1.9	Os 2.2	Ir 2.20	Pt 2.28	Au 2.54	Hg 2.00	Tl 1.62	Pb 2.33	Bi 2.02	Po 2.0	At 2.2	Rn 2.2	6
Fr 0.7	Ra 0.9	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og	7
‏		La 1.1	Ce 1.12	Pr 1.13	Nd 1.14	Pm 1.13	Sm 1.17	Eu 1.2	Gd 1.2	Tb 1.1	Dy 1.22	Ho 1.23	Er 1.24	Tm 1.25	Yb 1.1	Lu 1.27	:לנתנידים *
‏		Ac 1.1	Th 1.3	Pa 1.5	U 1.38	Np 1.36	Pu 1.28	Am 1.13	Cm 1.28	Bk 1.3	Cf 1.3	Es 1.3	Fm 1.3	Md 1.3	No 1.3	Lr 1.3	:אקטינידים **

היסודות מחולקים לשתי קבוצות, אשר נבדלות זו מזו באלקטרושליליות שלהן: מתכות, שלהן אלקטרושליליות נמוכה יחסית, ואל-מתכות, שלהן אלקטרושליליות גבוהה יחסית. שתי הקבוצות נבדלות זו מזו בתכונות רבות. למרות החלוקה הדיכוטומית הזו, התכונות של היסודות משתנות ברציפות, ועל אף שתכונות רבות מופיעות בעיקר אצל קבוצה אחת, הן לעיתים מופיעות גם אצל הקבוצה השנייה.

אחת התכונות המבדילות אל-מתכות ממתכות היא הנטייה לאבד או לקבל אלקטרונים. אלקטרונים נוטים לעבור מאטומים בעלי אלקטרושליליות קטנה (בדרך כלל מתכות) לאטומים בעלי אלקטרושליליות גדולה (אל-מתכות). למשל, ליתיום נוטה למסור אלקטרון לפלואור כאשר הוא בא איתו במגע (איור 1.6). לאחר מסירת האלקטרון, לאטום הליתיום מטען חיובי של 1+ ולאטום הפלואור מטען שלילי של 1-. המטענים החיוביים והשליליים מושכים זה את זה, ולכן אטומי הליתיום והפלואור נצמדים זה לזה: אף על פי שהאלקטרונים עצמם נמשכים יותר לפלואור מאשר לליתיום, אטום הפלואור כיחידה שלמה נמשך לאטום הליתיום ונצמד אליו. בחומר המורכב מאטומי ליתיום ומאטומי פלואור רבים, אטומי הליתיום מוסרים אלקטרונים לאטומי הפלואור ונצמדים אליהם; מתקבל מבנה סדור שבו יונים בעלי אותו מטען רחוקים זה מזה ויונים בעלי מטענים מנוגדים קרובים זה לזה. המבנה המתקבל הוא סריג יוני, שבו היונים ערוכים בצורה של לוח שחמט (איור 1.7). המשיכה בין היונים החיוביים לשליליים נקראת קשר יוני, וחומרים המורכבים מיונים הקשורים בקשרים יוניים קרויים חומרים יוניים, או מלחים. מלח הבישול הוא דוגמא לחומר יוני: הוא מורכב מיוני נתרן בעלי מטען של 1+, המסומנים כ-Na⁺‎, ומיוני כלור בעלי מטען של 1-, המסומנים כ-Cl^-‎ (איור 1.8). מלח בישול נקרא גם נתרן כלורי, על שם היונים המרכיבים אותו, ונכתב כ-NaCl.

• 
  איור 1.6 אטום ליתיום (Li) מוסר אלקטרון לאטום פלואור (F). שימו לב למבנה כל אטום: במרכז נמצא גרעין האטום, המורכב מפרוטונים ומנויטרונים, ומסביבו נעים אלקטרונים בכמה רמות שונות.
• 
  איור 1.7 סריג יוני של ליתיום פלואורי – חומר המורכב מיוני Li⁺‎ (כדורים סגולים) ומיוני F^-‎ (כדורים צהובים).
• 
  איור 1.8 סריג יוני של נתרן כלורי (NaCl), הידוע גם כמלח בישול. כדורים סגולים הם יוני נתרן (Na⁺‎) וכדורים ירוקים הם יוני כלור (Cl^-‎).

יונים רבים חשובים ליצורים חיים. הכנסה והוצאה של יוני נתרן (Na⁺‎) ויוני אשלגן (K⁺‎) בתאי עצב יוצרות שינויים במטען החשמלי שבתוך התא, וממלאות תפקיד חשוב בתקשורת בין תאי עצב המאפשרת חשיבה ועיבוד מידע. יוני סידן (Ca²⁺‎) הנכנסים לתאי עצב מפעילים חלבונים מסוימים וחשובים גם הם לתקשורת בין תאי עצב, ובמידה פחותה תורמים לכך גם יוני כלור (Cl^-‎). יוני סידן ממלאים תפקיד חשוב גם בהתכווצות שרירים, ויוני מימן (H+‎) ממלאים תפקיד מרכזי במגוון רחב של תהליכים ביוכימיים. יונים רבים משמשים כחלק ממולקולות גדולות יותר: יוני ברזל (Fe³⁺‎, Fe²⁺‎ ו-Fe⁴⁺‎) משמשים כחלק ממולקולות הם (heme) לנשיאת חמצן בדם ולתהליכים שונים הכוללים העברת אלקטרונים; יוני קובלט (Co⁺‎) משמשים כחלק מויטמין B₁₂‎ לבנייה של DNA (חומר התורשה); ויוני מגנזיום משמשים, בין השאר, כחלק מכלורופיל – מולקולה בעלת תפקיד חשוב בפוטוסינתזה, תהליך של ייצור סוכרים על ידי אור המתקיים בצמחים. על מולקולות, כמו הם, ויטמין B₁₂‎ וכלורופיל, נלמד בסעיף הבא.

מושגים חדשים
אלקטרושליליות (electronegativity, גם אלקטרונגטיביות)   מידת המשיכה של האלקטרונים החיצוניים לגרעין אטום. יון (ion)   אטום בעל מספר לא-שווה של פרוטונים ואלקטרונים. מלח (salt)   חומר המורכב מיונים חיוביים ומיונים שליליים. היונים במלח קשורים זה לזה בקשרים יוניים. קשר יוני (ionic bond)   משיכה חשמלית בין יונים חיוביים ויונים שליליים.