. סוגי חלקיקים:

כל החומרים בעולם בנויים מאטומים, מולקולות או יונים (הבנויים אף הם מאטומים).

אטום הוא חלקיק קטן מאוד, בסדר גודל של עשרות עד מאות פיקו מטר (מיליונית של מיליונית המטר) המהווה את אבן הבניין של כל החומרים; כיום מוכרים כ-118 סוגי אטומים בלבד. 

על אף שמוכרים כ- 118  סוגי אטומים בלבד. צירופים שונים של אטומים ומבנים שונים שבהם ערוכים האטומים, מאפשרים את קיומם ואת יצירתם של מספר עצום של חומרים שונים.

מולקולה בודדת היא מספר מוגדר של אטומים (שניים לפחות) הקשורים ביניהם בקשר כימי במבנה מוגדר.

כל מולקולה מוגדרת על ידי סוג האטומים שממנה היא בנויה, מספר האטומים מכל סוג, ועל ידי המבנה הגיאומטרי שלה. ישנם חומרים הבנויים ממולקולות וישנם חומרים בעלי מבנים אחרים, כמו מבני ענק (מבנים לא מולקולרי, לדג': מלח בישול).

 

כל החומרים בטבע מתחלקים לחומרים טהורים וחומרים לא טהורים:

  

חומר טהור יכול להיות יסוד, כלומר חומר הבנוי מאטומים מסוג אחד, או תרכובת הבנויה משני סוגי אטומים לפחות .

חומר טהור (יסוד או תרכובת) הוא חומר שההרכב שלו קבוע ואשר תכונותיו קבועות.

יסוד- חומר שלא ניתן לפרוק או התרכבות,  מתואר בסימן כימי  לדוגמה:  נתרן Na  ,  חמצן O2

תרכובת-תרכובת היא חומר טהור המורכב משני יסודות לפחות. לכל תרכובת מתאימה נוסחה כימית קבועה המייצגת את סוג האטומים שמהם היא מורכבת ואת היחס המספרי ביניהם. לדוגמה: מים (H2O), בנויים ממולקולות שכל אחת מהן מורכבת מאטום אחד של היסוד חמצן הקשור בקשר כימי לשני אטומים של היסוד מימן.

ניתן ליצור תרכובת ישירות מהיסודות המרכיבים אותה או על ידי תגובות אחרות (למשל, בתגובה בין שתי תרכובות אחרות). ניתן לפרק תרכובת לתרכובות פשוטות יותר ואף ליסודות שמהם היא מורכבת.

כיצד ניתן לדעת האם חומר הוא יסוד או תרכובת?

התשובה לכך היא בשתי רמות: 

  1. בדיקה ניסויית - האם ניתן לפרקו. היסודות בנויים מסוג אחד של אטומים ואילו התרכובת בנויה משני סוגי אטומים לפחות, לכן ניתן לפרקה ולקבל מהפירוק את היסודות המרכיבים אותה. לעומת זאת, לא ניתן, באמצעות תגובה כימית, לפרק יסוד ליסודות אחרים.
  2. בדיקה תיאורטית - התייחסות לנוסחה הכימית של החומר. חומר שבנוסחתו מיוצגים שני יסודות לפחות הוא לא יסוד, אלא חומר שניתן לפרקו לחומרים פשוטים יותר. 

 

חומר לא טהור הינו תערובת.

 

 

 

 

2.  תערובות:

תערובת= ערבוב של שני חומרים או יותר. בתערובת כל חומר שומר על תכונותיו. התערובת ניתנת להפרדה על ידי שימוש בתכונות מפרידות ובטכניקות פיסיקליות. בתערובת לא נוצרים/ נשברים קשרים כימיים.

רוב החומרים סביבנו הם תערובות של שני חומרים טהורים או יותר: האוויר הוא תערובת של גזים, מי ברז הם תערובת של מים עם מלחים וחומרים נוספים, יין הוא תערובת של מים עם חומרים כמו סוכר וכוהל  וכו'.

ניתן לחלק את התערובות  לשני סוגי תערובות:  

תערובת לא אחידה (הטרוגנית) שניתן להבחין בעין בשני חומרים לפחות (לדוגמא, מלח ופלפל; שמן ומים; וסלט ירקות) ותערובת אחידה (הומוגנית) המכונה גם תמיסה, הנראית (לעין) כמו חומר אחד לדוגמה, מי מלח; אוויר; וזהב מסחרי.

תמיסה היא תערובת הומוגנית של שני חומרים לפחות, כאשר אחד מהם מתפקד כממס והאחרים מומסים בו. החלקיקים של החומרים המומסים, היכולים להיות בכל מצבי הצבירה, מוקפים בחלקיקים של הממס שאף הוא יכול להיות בכל מצב צבירה.

 בתהליך התמוססות נוצרים קשרים בין חלקיקי המומס המוקפים בחלקיקי הממס. חלקיקים אלו מפעפעים – כלומר, נעים מאזור שבו ריכוזם גבוה יחסית למקום שבו ריכוזם נמוך יחסית עד לפיזורם האחיד בנפח הכולל של הממס.

הממס מוגדר בדרך כלל כחומר שכמותו בתמיסה היא הגדולה ביותר, בעוד שכל שאר החומרים נחשבים מומסים. לפיכך, על פי רוב, הממס קובע את מצב הצבירה של התמיסה (מוצקה, נוזלית או גזית). לדוגמא: סוכר המומס במים הינו דוגמא לתמיסה נוזלית, אוויר הוא דוגמא לתמיסה גזית שבה חמצן וגזים נוספים מומסים בחנקן; והנחושת מומסת בזהב, בתמיסה מוצקה, למשל, בתכשיטי "זהב" מסחריים שמכינים על ידי היתוך המוצקים, ערבובם והקפאתם.

 

הפרדת התערובת למרכיביה

כדי להפריד בין החומרים השונים הנמצאים בתערובת יש למצוא תכונות האופייניות לכל חומר בתערובת, כמו למשל, מסיסות במים, טמפרטורת רתיחה, גודל גרגירים או משיכה למגנט. תכונה כזו מכונה תכונה מפרידה כיוון שהיא מאפשרת להפריד בין החומרים הנמצאים בתערובת.

להלן דוגמאות לשיטות הפרדה אחדות:

סינון

שיטה זו מתאימה להפרדת תערובות לא אחידות (הטרוגנטיות) של מוצק ונוזל או של מוצקים שונים. התכונה המפרידה שמשתמשים בה לצורך סינון היא גודל החלקיקים/גרגירים. המסננת, נייר הסינון או הנפה, הם "כלים" שיש בהם "חורים". החלקיקים הקטנים עוברים דרך החורים אל כלי הנמצא מתחת לכלי הסינון, ואילו החלקיקים הגדולים יותר, שאינם עוברים דרך החורים, נשארים בכלי הסינון.

אידוי

שיטת האידוי מתאימה הן להפרדת תערובות לא אחידות (הטרוגניות) והן להפרדת תערובות אחידות (הומוגניות) המכונות תמיסות. משתמשים בשיטה זו, למשל, לייבוש מוצק הספוג או מצוי בנוזל כלשהו או לקבלת החומר המוצק המומס בנוזל. התכונה המפרידה בשיטה זו היא טמפרטורת הרתיחה או יכולת ההתאדות השונה של כל חומר. מאדים את הממס (בדרך כלל נוזל), בחימום, והחומר המומס (בדרך כלל מוצק), שוקע.

כרומטוגרפיה

שיטת הפרדה זו כוללת את כל שיטות ההפרדה המסתמכות על השוני ביכולתם של חומרים שונים להסתפח לחומר נתון. פעמים רבות החומרים הנפרדים הם צבעוניים.  לדוגמא, כשמכינים צבע, מערבבים צבענים שונים עד לקבלת הגוון הרצוי.  לבדיקת מרכיביו של צבע מסוים ניתן להשתמש בשיטה זו, המפרידה את הצבענים ה מזה. ניתן להשתמש בנייר סינון כחומר הסופח. נהוג לסמן את מקום הטיפה הנבדקת בעיפרון ולהשמש בממס כלשהו. שיטה זו מקובלת למשל, בתחום זיהוי פלילי.

זיקוק

שיטה זו משמשת להפרדת תערובת על בסיס ההבדלים בטמפרטורת הרתיחה של הנוזלים בתערובת.  מחממים תערובת נוזלית והנוזל בעל טמפרטורת הרתיחה הנמוכה יותר ירתח ויהפוך לאדים. את האדים אוספים במכשיר זיקוק, האדים מתקררים לאורך המעבה והופכים שוב לנוזל, שאותו אוספים בכלי מתאים.

בתעשייה, הנפט הגולמי מופרד למרכיביו השונים כמו בנזין, נפט, סולר ושמני סיכה.

בתעשיות היין והבירה מזקקים את הכוהל מתערובת התסיסה. במהלך זיקוק יין ניתן להפריד בין האתנול (האלכוהול) לבין המים. ההפרש בין טמפרטורת הרתיחה של אתנול (780C) לבין זו של המים (1000C).

מגנט

כאשר בתערובת הטרוגנית שמכילה ברזל, ניתן להשתמש במגנט להפרדתו מהתערובת. התכונה המפרידה היא משיכה למגנט (מגנטיות). למשל, אבקת גופרית ואבקת ברזל המעורבבות ניתן להפריד באמצעות מגנט שמושך את הברזל בלבד.

דוגמה: הפרדת תערובת של אבנים, חול אבקת ברזל ומלח 

  

שלב

תיאור הפעולה שעל תומר לבצע

הנימוק לביצוע השלב

תכונה מפרידה

1

לקרב לתערובת מגנט

כדי לגרום לאבקת הברזל להימשך ולצאת מהתערובת.

משיכה למגנט

2

לסנן במסננת

כדי לגרום להוצאת האבנים

גודל גרגר

3

להמיס במים

כדי לגרום לחול לשקוע ולמלח להתמוסס

מסיסות במים

4

לסנן באמצעות נייר סינון

כדי לגרום לחול להישאר על נייר הסינון ולמים והמלח לעבור

גודל גרגר

5

לאדות את תמיסת מי המלח

כדי לגרום למים לעבור למצב צבירה גז (אדי מים) בעוד שהמלח יישאר בכוס.

טמפרטורת רתיחה

 

ההבדל בין תערובת לתרכובת:

תרכובת

תערובת

מתפרקת לחומרים פשוטים יותר בתהליך פירוק

ניתן להפריד בין המרכיבים ולקבל כל חומר בנפרד (טהור) בעזרת תהליך הפרדה מתאים

תהליך פירוק הוא תהליך כימי *  

תהליך הפרדה הוא תהליך פיסיקלי **

בפירוק של תרכובת נוצרים חומרים חדשים בעלי הרכב ותכונות השונים מהתרכובת.

לאחר ההפרדה של תערובת לא מקבלים חומרים חדשים אלא חומרים שכבר היו בתוך התערובת.

אין שינוי הרכב ותכונות של החומרים בעקבות ההפרדה

*תהליך פיסיקלי  =  תהליך שבו לא משתנות תכונות החומר, אין ניתוק קשרים כימיים ואין יצירת קשרים כימיים חדשים.  ( לדוגמא:  הפרדת תערובת , יצירת תערובת , המסה ,  שינוי מצב צבירה של חומר, חיתוך חומר, ריקוע מתכת - תהליכים פיסיקליים )

**תהליך כימי = תהליך בו נוצרים חומרים חדשים בעלי תכונות חדשות, נוצרים קשרים כימיים בין אטומים או ניתקים קשרים כימיים בין אטומים. ( פרוק תרכובת ליסודותיה או  יצירת תרכובת הם תהליכים כימיים . )

3. יסודות ומבנה האטום:

מבנה האטום

האטום מורכב מחלקיקים שונים. העיקריים שבהם נקראים: פרוטונים, ניטרונים ואלקטרונים.

הפרוטונים וניטרונים נמצאים במרכז האטום. והם מהווים את גרעין האטום.

הגרעין טופס נפח זעיר ביותר בתוך האטום.

בנוסף לגרעין יש באטום אלקטרונים הנמצאים בתנועה מתמדת מסביב לגרעין האטום .

לפרוטונים יש מטען חשמלי חיובי שנהוג לסמן בסימן +.

(חשוב- הפרוטונים לעולם קבועים במקומם בגרעין האטום – לא עוזבים אותו)

הניטרונים חסרי מטען חשמלי, כלומר הם נייטרליים   0

האלקטרונים טעונים במטען שלילי שנהוג לסמן בסימן - . 

בין מטענים זהים קיימים כוחות דחייה חשמליים  ואילו בין מטענים מנוגדים קיימים כוחות משיכה חשמליים (בין הגרעין החיובי לבין האלקטרונים השליליים קיימת משיכה חשמלית.)

 

  

לכל יסוד יש אטומים המכילים  פרוטונים אלקטרונים , וניטרונים (למימן אין ניטרונים ) . 

 

 

מספר אטומי

מספר הפרוטונים בגרעין האטום הוא שקובע את סוג האטום (היסוד). מספר זה מכונה: מספר אטומי. לדוגמא: המספר האטומי של היסוד מימן (H) הוא 1, כיוון שגרעין אטום המימן בנוי מפרוטון אחד בלבד; המספר האטומי של היסוד ברזל (Fe) הוא 26 כיוון שגרעין אטום הברזל בנוי מ- 26 פרוטונים ומספרו האטומי של היסוד אורניום (U) הוא 92.

יסוד אחד שונה מיסוד אחר בכך שהאטום שלו מכיל מס' שונה של פרוטונים (ומכאן שיש לו מספר אטומי שונה).

אטום ניטראלי- באטום ניטראלי מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים.

אטומים טעונים - יונים

אטום שעקב תגובה כימית נוסף לו אלקטרון (או אלקטרונים) יהיה טעון במטען חשמלי שלילי (יותר אלקטרונים מפרוטונים) והוא יכונה יון שלילי (אניון).

כאשר מאבד האטום אלקטרון או אלקטרונים, הוא יהיה טעון במטען חשמלי חיובי (פחות אלקטרונים מפרוטונים) והוא יכונה יון חיובי (קטיון).

הערה: בדרך כלל במהלך תגובות כימיות שבהן מתקבלת תרכובת יונית (כדוגמת מלח הבישול נתרן כלורי), אטומי היסודות האל-מתכתיים נוטים לקבל אלקטרונים ולהפוך ליונים שליליים בעוד שאטומי היסודות המתכתיים נוטים לאבד אלקטרונים ולהפוך ליונים חיוביים. 

 

4. הטבלה המחזורית- סידור האטומים:

דימיטרי מנדלייב המציא את טבלת היסודות במאה ה-18, הוא סידר את היסודות לפי מספר סידורי ותכונות משותפות.

הוא לא גילה את כל היסודות אך הוא השאיר מקום ריק ליסודות שיתגלו בהמשך בתוספות התכונות שלהם.

סימול כימי של יסודות:

לכל יסוד כימי סימול המייצג אותו, כך שהטבלה המחזורית מציגה את כל סימולי היסודות. הסימול הוא האות הראשונה או 2-3 האותיות הראשונות של שמו הלועזי של היסוד. לדוגמא: היסוד מימן מיוצג על ידי האות H, הכספית מיוצגת על ידי שתי אותיות - Hg, הסידן -Ca  והברום – Br.

חשוב- בסימול כימי של כל יסוד יש אות גדולה אחת בלבד (והיא תמיד ראשונה).                               

 

מבנה הטבלה המחזורית

היסודות מופיעים בטבלה המחזורית בסדר עוקב על פי המספר האטומי, בשורות עוקבות.

כמו כן, קיים גם קשר בין המבנה האלקטרוני של האטומים לבין סידור האטומים בשורות ובטורים בטבלה המחזורית:

  • מספר השורה שבה ממוקם אטום מסויים מעיד על מספר רמות האנרגיה שהאלקטרונים ערוכים בו; למשל, לאטום הפחמן הנמצא בשורה שניה- שתי רמות אנרגיה, ולאטום הנתרן הנמצא בשורה השלישית- שלוש רמות אנרגיה.

כאשר מתייחסים לשמונה הטורים בטבלה המחזורית קיים קשר בין מספר האלקטרונים החיצוניים לבין מספר הטור. למשל, לאטום המימן ולמתכות הנמצאות בטור הראשון, אלקטרון חיצוני אחד; לאטום החמצן ולאטומים הנמצאים איתו בטור השישי- 6 אלקטרונים חיצוניים.     

תוכן פוגע