מה הגודל של אטום פחמן?

לאטום פחמן יש שישה אלקטרונים סביב גרעין של שישה פרוטונים ובדרך כלל גם שישה נייטרונים. רוחבו של אטום פחמן, כשמודדים אותו כמו את אטום המימן באתר, כלומר ככפליים מהמרחק שבו סביר ביותר למצוא את האלקטרונים החיצוניים שלו, הוא כ-0.13 ננומטרים, או 130 פיקומטרים. ננומטר הוא מיליארדית המטר, ופיקומטר הוא אלפית הננומטר.

גודל

לאטום אין צורה או גודל קשיחים, ולכן יש כמה דרכים להגדיר אותו, וכל אחת נותנת מספר אחר. המספר כאן מבוסס על חישובים של המקום שבו סביר ביותר למצוא את האלקטרונים. שניים מששת האלקטרונים של הפחמן נשארים קרוב לגרעין, וארבעת האחרים נמצאים רחוק יותר, כפי שמראה התמונה באתר. סביר ביותר למצוא את ארבעת האלקטרונים החיצוניים במרחק של כ-65 פיקומטרים מהגרעין, ולכן רוחב האטום הוא כ-130 פיקומטרים.

כשמדובר באטומים שבתוך מולקולות, כימאים משתמשים לעתים קרובות במדד אחר. הרדיוס הקוולנטי הוא מחצית המרחק בין מרכזיהם של שני אטומים קשורים. שני אטומי פחמן המחוברים בקשר יחיד נמצאים במרחק ממוצע של 154 פיקומטרים זה מזה, ולכן לפי מדד זה רוחבו של אטום פחמן הוא כ-150 פיקומטרים.

רדיוס ואן דר ואלס, לעומת זאת, מודד עד כמה שני אטומים נפרדים יכולים להתקרב זה לזה לפני שהם דוחים זה את זה. לפי מדד זה רוחבו של אטום פחמן הוא כ-340 פיקומטרים.

השוואות גודל

• רוחבו של אטום פחמן גדול בערך פי 1.2 מרוחבו של אטום מימן, שרוחבו לפי אותו מדד הוא 106 פיקומטרים.
• הסליל הכפול של דנ"א, שרוחבו כ-2 ננומטרים, רחב כ-15 אטומי פחמן.
• כ-600,000–800,000 אטומי פחמן, זה לצד זה, היו משתרעים על פני רוחבה של שערת אדם.
• אילו אטום פחמן הוגדל לגודל של כדור כדורסל, שקוטרו כ-24 סנטימטרים, שערת אדם הייתה ברוחב של כ-150–185 קילומטרים.

איך אטומי פחמן מתחברים זה לזה

אטומי פחמן נוטים ליצור ארבעה קשרים, והם יכולים להתחבר זה לזה בשרשראות באורכים שונים רבים. היכולת הזאת ליצור שרשראות באורכים רבים היא הסיבה לכך שהפחמן חיוני לחיים. קשר כפול מקרב שני אטומי פחמן זה לזה יותר מקשר יחיד, למרחק של 134 פיקומטרים, וקשר משולש מקרב אותם למרחק של 120 פיקומטרים.

פחמן טהור מופיע בכמה צורות, ובהן יהלום, גרפיט וגרפן. היהלום קשה מספיק כדי לחתוך סלע, ואילו הגרפיט רך. גרפן הוא יריעה של אטומי פחמן בעובי אטום אחד בלבד, המחוברים בתבנית של משושים, כמו רשת לולים.

לראות אטומי פחמן בודדים

אטומי פחמן בודדים קטנים מדי בהרבה למיקרוסקופ אור, אך נצפו במיקרוסקופים אלקטרוניים. ב-2008 חוקרים במעבדה הלאומית לורנס ברקלי השתמשו במיקרוסקופ TEAM 0.5 כדי ליצור תמונות שבהן נראה כל אטום פחמן ביריעת גרפן. הגרפן שביר, ולכן השתמשו בקרן אלקטרונים עדינה יותר, בעלת אנרגיה נמוכה יותר, שהצליחה בכל זאת להבחין בפרטים הרחוקים זה מזה אנגסטרום אחד (100 פיקומטרים).

שקילת אטומים

גם הפחמן קובע את קנה המידה לשקילת אטומים. מאז 1960 פחמן-12, הצורה של הפחמן שיש בה שישה נייטרונים, משמש נקודת ייחוס למסות אטומיות. היחידה שבה משתמשים, הדלטון, מוגדרת כאחד חלקי שנים עשר ממסת אטום פחמן-12. כ-99% מהפחמן בכדור הארץ הוא פחמן-12.

מקורות

• Theoretical Calculation of Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The Atomic Radii. Ghosh and Biswas, International Journal of Molecular Sciences, 2002.
• Carbon: Radii of Atoms and Ions. WebElements, University of Sheffield.
• Carbon. Royal Society of Chemistry, Periodic Table.
• Electronic Structure of Atoms (Electron Configurations). In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• Strengths of Ionic and Covalent Bonds. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• Hydrocarbons. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
• DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e. OpenStax, 2018.
• Closest Look Ever at Graphene: Stunning Images of Individual Carbon Atoms From TEAM 0.5 Microscope. Lawrence Berkeley National Laboratory, 2008.
• The Nobel Prize in Chemistry 2014: Press Release. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.
• Atomic Weight of Carbon. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• The International System of Units (SI). 9th edition, version 4.01. BIPM, 2026.
• Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.