ביישומון זה מדגימים בצורה גרפית איך משתנים הערכים של: מרחק, אנרגיה וכוח בין שני אטומי מימן המתקרבים
זה לזה ליצירת קשר כימי ביניהם.
בחירה באטומי מימן לשם פשטות על מנת להסביר התקרבות של אטומים באופן כללי.
מדוע אטומים נקשרים?
על מנת לענות על השאלה צריך להבין כיצד משתנים הכוחות החשמליים בין האטומים והאנרגיה של המערכת כתלות
במרחק בין האטומים.
בגרף הראשון מתוארת האנרגיה של מערכת המורכבת משני אטומים ואיך היא תלויה במרחק ביניהם. במערכת הצירים:
ציר Y מתאר את האנרגיה של המערכת ביחידות של קילוג'אול למול.
ציר X מתאר את המרחק בין הגרעינים ביחידות של ננומטר = 10^-9 מטר.
מצויר גרף המתאר את האנרגיה E של המערכת כתלות במרחק בין גרעיני האטומים r.
שני אטומים מתקרבים עד שהגרעינים נמצאים במרחק השווה לאורך הקשר.
התקרבות נוספת דורשת אנרגיה.
אורך הקשר – המרחק בין שני גרעינים שבו האנרגיה של המערכת היא הקטנה ביותר.
התקרבות שני אטומים מלווה בפליטת אנרגיה.
בנקודת האיזון – המערכת יציבה מבחינה אנרגטית כיוון שבמצב זה הרחקת האטומים זה מזה או קירוב האטומים זה לזה
הן פעולות הדורשות השקעת אנרגיה.
F– הכוחות החשמליים הפועלים בין אטומים:
a במרחק גדול בין שהי הגרעינים, כוחות המשיכה והדחייה החשמליים בין האטומים זניחים לחלוטין. לכם אנרגית המערכת היא
סכום אנרגיות של שני האטומים הבודדים ומוגדרת כאפס.
b כאשר האטומים מתקרבים זה לזה, קיימים כוחות משיכה חשמליים בין כל אחד מהאלקטרונים (-) לשני הגרעינים (+),
וכוחות דחייה חשמליים בין אלקטרון לאלקטרון ובין גרעין לגרעין.
כשהאטומים ממשיכים להתקרב זה לזה, ניתן להסיק כי כוחות המשיכה חזקים מכוחות הדחיה.
c במרחק מסוים סך כל כוחות המשיכה החשמליים, כלומר כוחות המשיכה בין אלקטרוני הקשר (-) לגרעינים של שני האטומים (+),
שקולים ומנוגדים לכוחות הדחייה הקיימים בין אלקטרון לאלקטרון ובין גרעין לגרעין, כך ששקול הכוחות הוא אפס.
במצב זה מתקיים איזון בין כוחות הדחייה לכוחות המשיכה.
d מצב בו המרחק בין שני הגרעינים קטן יותר מזה שקיים בנקודת המינימום. כוחות הדחיה גדולים מכוחות המשיכה.
זה לזה ליצירת קשר כימי ביניהם.
בחירה באטומי מימן לשם פשטות על מנת להסביר התקרבות של אטומים באופן כללי.
מדוע אטומים נקשרים?
על מנת לענות על השאלה צריך להבין כיצד משתנים הכוחות החשמליים בין האטומים והאנרגיה של המערכת כתלות
במרחק בין האטומים.
בגרף הראשון מתוארת האנרגיה של מערכת המורכבת משני אטומים ואיך היא תלויה במרחק ביניהם. במערכת הצירים:
ציר Y מתאר את האנרגיה של המערכת ביחידות של קילוג'אול למול.
ציר X מתאר את המרחק בין הגרעינים ביחידות של ננומטר = 10^-9 מטר.
מצויר גרף המתאר את האנרגיה E של המערכת כתלות במרחק בין גרעיני האטומים r.
שני אטומים מתקרבים עד שהגרעינים נמצאים במרחק השווה לאורך הקשר.
התקרבות נוספת דורשת אנרגיה.
אורך הקשר – המרחק בין שני גרעינים שבו האנרגיה של המערכת היא הקטנה ביותר.
התקרבות שני אטומים מלווה בפליטת אנרגיה.
בנקודת האיזון – המערכת יציבה מבחינה אנרגטית כיוון שבמצב זה הרחקת האטומים זה מזה או קירוב האטומים זה לזה
הן פעולות הדורשות השקעת אנרגיה.
F– הכוחות החשמליים הפועלים בין אטומים:
a במרחק גדול בין שהי הגרעינים, כוחות המשיכה והדחייה החשמליים בין האטומים זניחים לחלוטין. לכם אנרגית המערכת היא
סכום אנרגיות של שני האטומים הבודדים ומוגדרת כאפס.
b כאשר האטומים מתקרבים זה לזה, קיימים כוחות משיכה חשמליים בין כל אחד מהאלקטרונים (-) לשני הגרעינים (+),
וכוחות דחייה חשמליים בין אלקטרון לאלקטרון ובין גרעין לגרעין.
כשהאטומים ממשיכים להתקרב זה לזה, ניתן להסיק כי כוחות המשיכה חזקים מכוחות הדחיה.
c במרחק מסוים סך כל כוחות המשיכה החשמליים, כלומר כוחות המשיכה בין אלקטרוני הקשר (-) לגרעינים של שני האטומים (+),
שקולים ומנוגדים לכוחות הדחייה הקיימים בין אלקטרון לאלקטרון ובין גרעין לגרעין, כך ששקול הכוחות הוא אפס.
במצב זה מתקיים איזון בין כוחות הדחייה לכוחות המשיכה.
d מצב בו המרחק בין שני הגרעינים קטן יותר מזה שקיים בנקודת המינימום. כוחות הדחיה גדולים מכוחות המשיכה.