מבנה אטומי ותכונות

מטרות למידה 1.1.A: חישוב כמות חומר או מספר חלקיקיו היחסי באמצעות ניתוח מימדים והרעיון של המול.

• 1.1.A.1 אין ספירת חלקיקים ישירה בזמן ביצוע עבודה מעבדת. לכן, חייב להיות קשר בין מסות החומרים המגיבים לבין המספר בפועל של חלקיקים העוברים שינויים כימיים.
• 1.1.A.2 מספר אווגדרו ($N_{\mathrm{A}} = 6.022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$) מספק את הקשר בין מספר המולים בדגימה טהורה של חומר לבין מספר החלקיקים המרכיבים (או היחידות הנוסחתיות) של חומר זה.
• 1.1.A.3 ביטוי המסה של אטום או מולקולה בודד ביחידות מסה אטומית (amu) הוא שימושי מכיוון שהמסה הממוצעת ב-amu של חלקיק אחד (אטום או מולקולה) או יחידה נוסחתית אחת של חומר תהיה תמיד שווה מספרית למסה המולרית של חומר זה בגרמים. כך, קיים קשר כמותי בין מסת החומר לבין מספר החלקיקים שהוא מכיל.
  • משוואה: $n = m/M$

מטרות למידה 1.2.A: הסבר הקשר הכמותי בין ספקטרום המסה של יסוד לבין המסות האיזוטופים שלו.

• 1.2.A.1 ניתן להשתמש בספקטרום המסה של דוגמה המכילה יסוד אחד כדי לקבוע את זהות האיזוטופים של יסוד זה ואת התפוצה היחסית של כל איזוטופ בטבע.
• 1.2.A.2 ניתן להעריך את המסה האטומית הממוצעת של יסוד מתוך ממוצע משוקלל של המסות האיזוטופיות, תוך שימוש במסת כל איזוטופ ובתפוצתו היחסית.
  • הערה על חריגות: פרשנות של ספקטרום מסה לדוגמאות המכילות יותר מיסוד אחד או פיקים הנובעים ממינים אחרים מאיוני מונו-אטומיים טעונים ב单个 מטען לא תיבחן בבחן AP.

מטרות למידה 1.3.A: הסבר הקשר הכמותי בין הרכב אלמנטרי לפי מסה לבין הנוסחה האמפירית של חומר טהור.

• 1.3.A.1 חומרים טהורים מסוימים מורכבים ממולקלות בודדות, בעוד אחרים מורכבים מאטומים או יונים הקשורים ביניהם ביחסים קבועים כפי שמתואר בנוסחת יחידה.
• 1.3.A.2 לפי חוק היחסים הקבועים, היחס בין המסות של האלמנטים המרכיבים בכל דוגמה טהורה של תרכובת זו היא תמיד אותו דבר.
• 1.3.A.3 הנוסחה הכימית שמפרטת את היחס השלם הנמוך ביותר של אטומים של האלמנטים בתרכובת היא הנוסחה האמפירית.

מטרות למידה 1.4.A: הסבר הקשר הכמותי בין הרכב אלמנטרי לפי מסה לבין הרכב החומרים במערכת מעורבת.

• 1.4.A.1 חומרים טהורים מכילים אטומים, מולקלות או נוסחות יחידה של סוג אחד בלבד. מערכות מעורבות מכילות אטומים, מולקלות או נוסחות יחידה של שני סוגים או יותר, שהיחסים היחסיים שלהם עשויים להשתנות.
• 1.4.A.2 ניתוח אלמנטרי יכול לשמש לקביעת המספרים היחסיים של אטומים בחומר ולקביעת הטוהרות שלו.

מטרות למידה 1.5.A: הצגת הגדרת האלקטרונים במצב היסוד של אטום של יסוד או של היונים שלו באמצעות עקרון הבנייה (Aufbau).

• 1.5.A.1 האטום מורכב מאלקטרונים בעלי מטען שלילי וגרעין בעל מטען חיובי המורכב מפרוטונים וניטרונים.
• 1.5.A.2 חוק קולון משמש לחישוב הכוח בין שני חלקיקים טעונים.
  • משוואה: $F_{coulombic} \propto \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
• 1.5.A.3 באטומים וביונים, ניתן לראות באלקטרונים כאילו הם נמצאים ב"מערכות (רמות אנרגיה)" וב"תת-מערכות (רמות משנה)", כפי שתואר בהגדרת האלקטרונים במצב היסוד. אלקטרונים פנימיים נקראים אלקטרוני ליבה, ואלקטרונים חיצוניים נקראים אלקטרונים ערכתיים. ההגדרה האלקטרונית מסובה על ידי מכניקת הקוונטים, כפי שמתואר בעקרון הבנייה ומוצג בטבלה המחזורית של האלמנטים.
  • הערה על חריגות: הקצאת מספרים קוונטיים לאלקטרונים בתת-מערכות של אטום לא תיבחן בבחן AP.
• 1.5.A.4 ניתן להעריך את האנרגיה היחסית הנדרשת להסרת אלקטרון מאזורים תת-קליים שונים באטום או יון, או מאותו אזור תת-קליי באטומים או יונים שונים (אנרגיית יוניזציה), על ידי יישום איכותני של חוק קולון. אנרגיה זו קשורה למרחק מהגרן ולמטען היעיל (המוגן) של הגרן.

מטרה לימודית 1.6.A: הסבר הקשר בין ספקטרום הפוטואלקטרונים של אטום או יון לבין: i. הריכוז האלקטרוני במצב היסוד של המינים. ii. האינטראקציות בין האלקטרונים לגרן.

• 1.6.A.1 ניתן למדוד ניסוינית את אנרגיות האלקטרונים בקליה נתונה באמצעות ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים (PES). מיקום כל פס בספקטרום PES קשור לאנרגיה הנדרשה להסרת אלקטרון מאזור התת-קליי המתאים, וגובהו היחסי של כל פס הוא (אידיאלית) פרופורציונלי למספר האלקטרונים באזור זה.

מטרה לימודית 1.7.A: הסבר הקשר בין מגמות במאפיינים אטומיים של יסודות לבין מבנה אלקטרוני ומחזוריות.

• 1.7.A.1 הארגון בטבלה המחזורית מתבסס על דפוסי תכונות חוזרות של יסודות, המוסברים על ידי דפוסי ריכוז אלקטרוני במצב היסוד ונוכחות קליאות (ותת-קליאות) אלקטרונים ממולאות לחלוטין או חלקית באטומים.
  • הצהרת חריגה: כתיבת הריכוז האלקטרוני של יסודות שהם חריגים לעקרון האופבו עומדת בהערכה במבחן AP.
• 1.7.A.2 ניתן לחזות מגמות במאפיינים אטומיים בתוך הטבלה המחזורית (מחזוריות) לפי מיקום היסוד בטבלה המחזורית ולהבין אותן איכותית באמצעות חוק קולון, מודל הקליאות וה concepts של הגנה ומטען גרעיני יעיל. מאפיינים אלו כוללים:
  • i. אנרגיית יוניזציה
  • ii. רדיאוסים אטומיים ואיוניים
  • iii. אפיליות לאלקטרונים
  • iv. שליליות אלקטרונית.
• 1.7.A.3 המחזוריות (ב-1.7.A.2) שימושית לחזות/להעריך ערכים של תכונות בהיעדר נתונים.

מטרה לימודית 1.8.A: הסבר הקשר בין מגמות במגיבות יסודות לבין מחזוריות.

• 1.8.A.1 הסיכוי ששני יסודות ייצרו קשר כימי נקבע על ידי האינטראקציות בין אלקטרונים בערך לגרעיני היסודות.
• 1.8.A.2 יסודות באותה עמודה בטבלה המחזורית נוטים ליצור תרכובות מקבילות.
• 1.8.A.3 המטענים האופייניים של אטומים בתרכובות יוניות נקבעים על ידי מספר האלקטרונים העל-קורתיים ומתוחזים לפי מיקוםם בטבלה המחזורית.