עריכה : ירדן קדמי

יחסים וקשרים בעולם החומרים :4מצגת חלק

ערך ושכתב : ירדן קדמיהמצגת מבוססת על אתר האינטרנט המלווה את הספר ,

כמו גם על מצגות, וחומרים שפירסמו מורים אחרים, טובים ומנוסים: עדינה שיינפלד, דליה עובדיהו, עירית רן, דניאלה

ליבמן, רותי שטנגר, אילנה זוהר, נאווה תמם, ותמי לוי נחום.

מכל אחד נתרמתי. כולם יבואו על הברכה.

עריכה : ירדן קדמי

חומרים אטומריים

עריכה : ירדן קדמי

פחמן בשתי צורות אלוטרופיות יהלום וגרפיט

עריכה : ירדן קדמי

יהלום

Cהנוסחה אמפירית -

: כל פחמן מבנה היהלום פחמנים 4קשור ל-

שכנים בקשר קוולנטי יחיד. כל פחמן במרכז

טטראהדר. המבנה ענק, תלת ממדי.

עריכה : ירדן קדמי

גרפיט

Cהנוסחה אמפירית -

: כל פחמן מבנה הגרפיט פחמנים שכנים 3קשור ל-

בקשר קוולנטי. נוצרות טבעות משושות מישוריות.

לכל פחמן נותר אלקטרון לא קושר נייד במשטח. בין

המשטחים קשרים חלשים- בין מולקולרים.

יהלוםיהלוםעריכה : ירדן קדמי גרפיטגרפיט

בין השכבות יש קשרי ו.ד.ו לכן ניתן לכתוב עם גראפיט

בין כל האטומים יש קשרים קוולנטיים לכם היהלום הוא החומר הקשה ביותר בטבע

עריכה : ירדן קדמי

מדוע היהלום בעל קשיות גבוהה?בנוי מבנה צפוף תלת מימדי שבו כל אטום פחמן קשור יהלום•

אטומי פחמן בקשר קוולנטי. אפשרויות התנועה של 4לעוד האטומים במבנה מוגבלות למידי מכיוון שכל האטומים זהים

בגודלם וכל אחד מהם קשור בקשרים קוולנטים חזקים המגבילים אותו לנוע, ונדרש להשקיע כח רב כדי לגרום לתזוזה

של אטומים במבנה. לכן חומר זה יהיה בעל קשיות גבוהה.

עריכה : ירדן קדמי

מדוע הגרפיט בעל הולכה חשמלית?

גרפיט בנוי משכבות של משטחים משושים של אטומי פחמן. כל • אטומי פחמן נוספים. אולם לפחמן יש 3אטום פחמן קשור ל-

קשרים, כך שאלקטרון פנוי מצוי ליד כל פחמן. 4אפשרות ליצור כלומר בשריג יש חלקיקים טעונים)אלקטרונים( שהם בעלי •

אפשרות תנועה. ולכן יש הולכה חשמלית לשריג גרפיט.

עריכה : ירדן קדמי

עוד אלוטרופים של פחמן

פולארנים צנוריות הנאנו

עריכה : ירדן קדמי

Backyballפולרן- 20אחת התגליות החשובות בתחום החומרים של המאה ה-

C60פחמן יוצר מבנה של כדורים,

בעקבותיהם מצאו עוד מבנים המכונים פולארנים

עריכה : ירדן קדמי

תכונות של חומרים אטומרייםתכונות של חומרים אטומריים

א. מוצקים בטמפ. החדר.ב. בעלי נק. היתוך גבוהות במיוחד.

דוגמא לתהליך היתוך )של יהלום(:ג. לא מתמוססים במים.

ד. מוליכות חשמלית: לא מוליכים פרט לגרפיטה. לא פעילים כימית.

)()( lDimondsDimond CC

עריכה : ירדן קדמי

דוגמאות לחומרים אטומרייםCיהלום, • Cגרפיט, •Bבור, •Siצורן, •SiO2צורן חמצני, •

SiCצורן פחמני,•Ge גרמניום, •

עריכה : ירדן קדמי

קרבורונדום

קוורץ )חול(

עריכה : ירדן קדמי

יוניים חומרים

עריכה : ירדן קדמי

היוני הקשרשל האטומים שמרכיבים את אלקטרושליליות כאשר ההפרש ב•

הקשר הקוולנטי גדול מאוד, ניתן לומר שזוג האלקטרונים עובר כולו לאטום היותר אלקטרושלילי אטום זה הופך להיות יון

שלילי והאטום שהאלקטרון שלו עבר נקרא יון חיובי. הקשר .קשר יונינקרא

NH4בדרך כלל מדובר בקשר בין מתכת)או היון •( לאל-מתכת. +

המתכת בעלת אלקטרושליליות נמוכה, מוסרת אלקטרונים יון חיובי לאל-מתכת )בעלת אלקטרושלילות גבוהה(. נוצרים:

היונים בעלי מטענים מנוגדים, ולכן יון שלילי )אניון(. ו)קטיון(.קיימת משיכה חשמלית חזקה ביניהם שהוא הקשר היוני

עריכה : ירדן קדמי

היוני הסריג היוני מבנה הסריג מבנה זהו מבנה ענק, סריג יוני.במצב מוצק נוצר

תלת מימדי,שבו היונים מסודרים בצורהקבועה ואופיינית לחומר.כל יון חיובי

)קטיון( מוקף ע"י יונים שליליים וכל יון שלילי מוקף ביונים חיוביים.

התרכובת מורכבת מיונים, אולם היא נטראלית מבחינה חשמלית

בין היונים בעלי המטענים המנוגדים פועלים כוחות משיכה אלקטרוסטטיים חזקים. בנוסף

פועלים גם כוחות דחייה בין היונים בעלי המטענים הזהים

)סריג = מערך החלקיקים בחומר(

עריכה : ירדן קדמי

אמפירית אמפירית נוסחא נוסחאבתרכובת • האטומים בין ביותר הקטן השלם המספרי היחס את .מבטאת

? יוני חומר של אמפירית נוסחא בונים כיצד . , מטען חסרות היוניות התרכובות אולם טעונים חלקיקים הם היונים

" להגיע במטרה אלקטרונית הערכות י עפ תיעשה יוניות תרכובות בניית.) וקטיון ) אניון יון כל על אציל גז של אלקטרונית להערכות

חלקים: 2שמו של חומר יוני מורכב מ-•שם המתכת ושם האל-מתכת כאשר תמיד מתחילים

בשם המתכת. לדוג': אלומיניום כלורי. AlCl3גם הסימול הכימי יתחיל בסמל המתכת:

יוניים חומרים וסימול יוניים שם חומרים וסימול שם

עריכה : ירדן קדמי

אמפירית נוסחא לכתיבת אמפירית דגשים נוסחא לכתיבת דגשים. מי המתכת ומי האל-מתכת.לזהות 1

)המתכת : קטיון, האל-מתכת : אניון( . לזהות את המטענים בתרכובת היונית.2

מתכת : עפ"י מס' הטור. - מס' הטור 8 אל- מתכת: עפ"י הנוסחא:

. לקבוע יחס של מספרים קטנים ושלמים בין האניונים לקטיונים 3. 0כך שהמטען הכולל של התרכובת יהיה

עריכה : ירדן קדמי

דוגמאות – עם יונים פשוטים

Na Cl

Na+ Cl -

NaCl

Na S

Na+ S-2

Na2S

Na P

Na+ P-3

Na3P

Ba P

Ba+2 P-3

Ba3P2

עריכה : ירדן קדמי

יונים מורכבים

יוןסימול כימיNH4

יון אמוניום+CO3

יון פחמתי-2PO4

יון זרחתי-3SO4

יון גופרתי-2OH-הידרוכסיד

NO3יון חנקתי-

יון הידרוניום

H3O+

SO3יון גופריתי2-

עריכה : ירדן קדמי

דוגמאות – עם יונים מורכבים

Na NO3-

Na+ NO3 -

Na NO3

NH4+ S

NH4+ S-2

(NH4)2S

Na PO43 -

Na+ PO4

3 -

Na3PO4

Ba PO43 -

Ba+2 PO43 -

Ba3 )PO4(2

עריכה : ירדן קדמי

תרגול רשמו בטבלה הבאה נוסחאות אמפיריות

PO43-NO3

-CO32- O-2 I - P-3

K+

Ca+2

Al+3

NH4+

עריכה : ירדן קדמי

להבין יותר....

.יון חיובי נמשך ליון שלילי כלשהו.1

.יון נתרן קשור אך ורק ליון כלור שקיבל את 2האלקטרון שלו.

.אטום נתרן יכול ליצור אך ורק קשר יוני אחד, 3מפני שיש לו אך ורק אלקטרון אחד ברמה הגבוהה

ביותר. שקשר נוצר בין יוני כלור ויוני נתרן היא הסיבה.4

מפני שהועבר אלקטרון ביניהם..בתרשים, כל מולקולה של נתרן כלורי מכילה יון 6

נתרן אחד ויון כלור אחד..קשר יוני הוא המשיכה בין יון חיובי ויון שלילי.7

קרא כל משפט בקפדנות, והחליט אם הוא נכון או לא נכוןלא נכון נכון

עריכה : ירדן קדמי

להבין יותר....

.יון חיובי יכול להיות קשור לכל יון שלילי בקרבתו, 8 בתנאי שהם מספיק קרובים זה לזה.

.יון כלור קשור אך ורק ליון נתרן שממנו הוא 11קבל אלקטרון.

.אטום כלור יכול ליצור קשר יוני אחד, היות ויש 12לו אפשרות לקבל אך ורק אלקטרון אחד ברמה

הגבוהה ביותר..יש קשר בין היונים בכל מולקולה, אבל אין 13

קשרים בין המולקולות..אחד.יון שלילי נמשך אך ורק ליון חיובי 14

.הסיבה שנוצר קשר בין יוני כלור לבין יוני נתרן 15היא מפני שיש להם מטענים הפוכים.

קרא כל משפט בקפדנות, והחליט אם הוא נכון או לא נכוןלא נכון נכון

עריכה : ירדן קדמי

להבין יותר....

.יון שלילי יכול להיות קשור לכל יון חיובי בקרבתו, 19בתנאי שהם מספיק קרובים זה לזה.

.אין מולקולות בתרשים.20

קרא כל משפט בקפדנות, והחליט אם הוא נכון או לא נכוןלא נכון נכון

עריכה : ירדן קדמי

? היוני הקשר של חוזקו תלוי במהא.גודל המטענים – ככל שהמטען החשמלי על היון גדול יותר, •

המשיכה החשמלית חזקה יותר.ב. רדיוס יוני – ככל שהרדיוס היוני קטן יותר, צפיפות המטען •

גדולה יותר ולכן המשיכה החשמלית חזקה יותר.

ככל שהקשר היוני חזק יותר, נק' ההיתוך והרתיחה של החומר תהיינה גבוהות יותר.

לא בתו"ל

עריכה : ירדן קדמי

תרגיל נסה לשער למי מן החומרים נק' היתוך גבוהה יותר:•

CaO ,NaBrא. CaO , MgOב. . MgO , MgSג. MgCl2, NaClד.

לא בתו"ל

עריכה : ירדן קדמי

היונים החומרים תכונותמוצק בטמפרטורת החדר • המוצק היוני בעל טמפרטורות היתוך ורתיחה גבוהות •(. חלק אחר קלי תמסחלק מן החומרים היונים מסיסים במים)•

(.קשי תמסאינו מסיס במים)מוליכות חשמלית: •

א. במוצק – אין הולכה חשמלית. ב. במצב נוזלי )מותך( - יש הולכה חשמלית.

ג. תמיסות מימיות של חומרים יונים קלי תמס מוליכות חשמלסריג יוני אינו ניתן לריקוע.•

הפעלת מעט כוח

++

 

עריכה : ירדן קדמי

התכה תהליךהתכת המוצק היוני גורמת לשבירת הסריג היוני וקבלת יונים ניידים •

במצב נוזלי.

ניסוח כימי לתהליך ההתכה של אשלגן חנקתי:•

KNO3)s( K+

)l( +NO3-)l(

BaCl2)s( Ba+2)l( + 2Cl-)l(

Ag2SO4)l( 2Ag+)l(+SO4

2-)l(

+

 ∆

Cl-Na+ Na+

עריכה : ירדן קדמי

ניסוח תהליכי המסהדוגמאות:•

KNO3)s( H2O K+

)aq( +NO3- )aq(

BaCl2)s( H2O Ba+2)aq( + 2Cl-)aq(

המסה תהליךתהליך שבו החומר היוני מוכנס למים ומתמוסס בהם. •

)בניגוד להתכה שבה החומר היוני מחומם עד שהוא מתנזל( מה שרואים בעין זה שהמוצק נעלם.

אנימציה של תהליך המסה )אינטרנט(http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/flash.mhtml

Molecular view': 4 לבחור את מס' Flash Animationsמתחת ל

?עריכה : ירדן קדמי המסה בתהליך קורה מהמולקולות המים, הן בעלות קצה חיובי )אטומי המימן( וקצה שלילי•

)אטומי החמצן(. בהכנסת חומר יוני למים, הקצוות החיוביים של מולקולות המים נמשכים אל היונים השליליים, שולפים אותם מתוך

המבנה של החומר היוני ועוטפים אותם במעטפת מיום )כלומר מולקולות המים עוטפות את היונים השליליים כך שהקצה החיובי של

מולקולות המים מופנה ליונים השליליים(.

ואילו הקטבים השליליים של המים )החמצן( נמשכים ליונים החיוביים בסריג היוני, שולפים אותם מן המבנה

ויוצרים סביבם מעטפת מיום )מולקולות המים עוטפות את היונים

כך שהקצוות השליליים של מולקולות המים מופנים כלפי היונים החיוביים(.

עריכה : ירדן קדמי

תמיסות יוניות מימיות מוליכות חשמל

עריכה : ירדן קדמי

פסק זמן על חשיבה... : הסבירו מהם מים....משימה•

מאקרו סמל)רמת התופעה(

מיקרו )רמה חלקיקית(

H2Oנוזל שקוףניתן להמיס בו

חומרים רביםטמפרטורת

100cהרתיחה: לא מוליכים חשמל

מורכב מאטומי מימן

וחמצן;חומר מולקולרי עם קשרים קו-ולנטיים;קיימים קשרי מימן

בין מולקולות המים;

מבנה מרחבי זוויתי של המולקולה

עריכה : ירדן קדמי

רמות ההבנה בכימיה – זוהי הרמה התחושתית המתייחסת לתופעות רמת התופעה•

אותן ניתן לזהות באמצעות החושים. ברמה זו נכללים תהליכים ותופעות אחריהן ניתן לעקוב באמצעות שינויים כגון: שינויי

, מוליכות ומסיסות.pHטמפרטורה, שינויי צבע, שינויי ברמה זו משתמש הכימאי במושגים מופשטים -רמה חלקיקית•

המתארים חלקיקים )אטומים, מולקולות, יונים( השייכים לרמה החלקיקית )הרמה המיקרוסקופית( כדי להסביר התרחשויות המתוארות ונצפות ברמת התופעה )הרמה המאקרוסקופית(.

הרמה המייצגת את שפת הכימיה. ברמת זו -רמת הסמל•משתמשים בייצוגים מגוונים: סמלים כימיים, נוסחאות כימיות,

מודלים, משוואות וגרפים.

תיאור מילולי של התהליך שמתרחש או המנגנון : רמת התהליך•תוך ציון השינוי שקרה. התייחסות להיבט האנרגתי, או הקינטי. רמת התהליך צריכה לבטא את הבנת התהליך ולתארו באופן

מילולי. כוללת התייחסות למנגנונים. למשל : התייחסות לשינוי שהתרחש בתהליך, התייחסות •

להיבטים אנרגתיים )אם הושקעה או נפלטה אנרגיה בתהליך(, לקצב/מהירות התגובה וכדומה.

עריכה : ירדן קדמי

המסה במים....ברמת המאקרו ומיקרו

)()()(2

)( aqaqlOH

S ClNaNaCl וברמת הסמל

עריכה : ירדן קדמי

המסה במים....ברמת התהליךבתהליך ההמסה התפרקו הקשרים בין היונים בעלי המטענים •

המנוגדים בסריג היוני וחלק מקשרי המימן בין מולקולות המים ובמקביל נוצרו משיכות חשמליות בין המטענים החלקיים על

מולקולות המים למטענים המלאים של היונים בעלי מטען מנוגד. המשיכות הללו התגברו על הקשרים היוניים בשריג

המוצק, וגרמו לכך שמולקולות המים "שלפו" את היונים מתוך הסריג המוצק ויצרו מעטפת מיום של מולקולות מים סביב כל

יון.היונים הממוימים מפוזרים בין מולקולות המים בצורה אחידה

אם נבדק – ניתן להתייחס להיבטים אנרגתיים )אם הושקעה או •נפלטה אנרגיה בתהליך(,

עריכה : ירדן קדמי

סעיף ג':1 שאלה 2006בגרות

, מתמוסס היטב במים. NaBrג. נתרן ברומי, מה הסיבה לכך?

. היווצרות קשרי מימן בין יוני המומס לבין מולקולות המים1. היווצרות קשרי ו.ד.ו בין מולקולות המומס למולקולות המים 2. היווצרות כוחות משיכה בין יוני המומס למולקולות המים.3. היווצרות קשרים יוניים בין יוני המומס למולקולות המים. 4

עריכה : ירדן קדמי

)מבנה 3 – מתוך שאלה 2009בגרות וקשור(

סעיף ד'נבדקת אפשרות לגדל עצי קינמון ולהשתמש כדשן באמוניום חנקתי,

NH4NO3 שמסיסותו במים גבוהה. בתנאי החדר אמוניום חנקתי הוא ,מוצק לבן.

את ההמסה במים אל ברמה המיקרוסקופיתתלמיד התבקש לתאר אמוניום חנקתי. לפניך התיאור שכתב התלמיד:

"בהתחלה היו מולקולות מים שביניהן הין קשרי מימן, ומולקולות של אמוניום חנקתי שגם ביניהן היו קשרי מימן. חלק מקשרי המימן שבין

מולקולות המים ניתקו וגם חלק מקשרי המימן שבין מולקולות האמוניום החנקתי ניתקו. ונוצרו קשרי מימן בין מולקולות המים

למולקולות האמוניום החנקתי" טעויות והסבר לגבי כל שתי. בתיאור שהתלמיד כתב יש טעויות. ציין 1

אחת מהן מדוע זאת טעות.. נסח את תהליך ההמסה במים של אמוניום חנקתי.2

עריכה : ירדן קדמי

תגובות שיקוע

תגובות שמהלכן נוצר משקע. הן מתרחשות כאשר ערבוב תמיסות יוניות

צלולות בהן מומסים יונים ממוימים, יוצר חומר יוני חדש שהוא קשה תמס.

http://www.youtube.com/watch?v=8RmVwz2fNGcסרטון- תגובות שיקוע

עריכה : ירדן קדמי - המשך שיקוע תגובות

Ag+)aq(+NO3

-)aq( +Na+

)aq(+ Cl- )aq(AgClAgCl)s(+ NO3-

)aq(+Na+)aq(

((AgNOAgNO33)): בערבוב תמיסה מימית של כסף חנקתי דוגמא•, נוצר משקע . נסחו (NaClNaCl))ותמיסה מימית של מלח בישול

ניסוח יוני נטו ויוני כולל

ניסוח כולל: •

Ag+)aq(+ Cl-

)aq(AgClAgCl)s( ניסוח נטו:•

)()()(2

)(

)(3)()(2

)(3

aqaqlOH

S

aqaqlOH

S

ClNaNaCl

NOAgAgNOניסוח תהליכי המסה: •

עריכה : ירדן קדמי

++ AgAg

NONO 33--

NONO 33--

++ AgAg

Na+(aq)+ Cl-

(aq)

+ Na

-- ClCl

-- ClCl

+ Na

-- Cl Cl ++ Ag Ag++ AgAg-- Cl Cl ++ Ag Ag -- Cl Cl

-- Cl Cl ++ Ag Ag -- Cl Cl++ Ag Ag -- Cl Cl ++ Ag Ag

+ Na+ Na

NONO33--

+ NaNONO33--

+ NaNONO33--

AgCl(s) + Na+(aq)+ NO3

-(aq)

Ag+(aq)+ NO3

-(aq)

עריכה : ירדן קדמי

תרגיל נוסף... עם עם ( ( KK22CrCr22OO77))מערבבים תמיסה של אשלגן דו כרומטימערבבים תמיסה של אשלגן דו כרומטי•

( נוצר משקע. רשמו ניסוח ( נוצר משקע. רשמו ניסוח AgAgNONO33תמיסה של כסף חנקתי )תמיסה של כסף חנקתי )נטו וכולל.נטו וכולל.

2K2K++)aq()aq( + Cr + Cr22OO77

2-2-)aq()aq( + 2Ag + 2Ag++

)aq()aq( +2NO +2NO33--)aq()aq( Ag Ag22CrOCrO7)s(7)s( + 2K + 2K++

)aq()aq(+ 2NO+ 2NO33--)aq()aq(

הניסוח נטו:הניסוח נטו:•CrCr22OO77

2-2-)aq()aq( + 2Ag + 2Ag++

)aq()aq( Ag Ag22CrOCrO7)s(7)s(

הניסוח הכולל:הניסוח הכולל:

עריכה : ירדן קדמי

ניסוח תהליך שיקוע

שלבים בניסוח יוני נטו וכולל של תגובה. לכתוב תהליכי המסה במים לכל חומר. 1•. לערוך טבלת עזר לקביעת המשקע.2•. לנסח ולאזן את תגובת השיקוע נטו.3•. להכפיל את תגובות ההמסה במקדמים מתאימים לפי 4•

המקדמים של תגובת השיקוע נטו.. לכתוב ניסוח נטו כולל כך ש: המגיבים הם תוצרי תהליכי 5•

, 4ההמסה המוכפלים במקדמים מתאימים עפ"י שלב ובתוצרים יהיו המשקע והיונים המשקיפים.