שאלה 1 · Web viewבטמפרטורה 300 K. הסבר עובדה זו בעזרת תורת ההתנגשויות. התשובה: 300oC (573 K) היא טמפרטורה גבוהה יותר

מדינת ישראלמשרד החינוך

המזכירות הפדגוגיתאגף מדעים

הפיקוח על הוראת הכימיה

ניתוח תוצאות של בחינת הבגרותבכימיה

יחידות לימוד תשע"ג5 ל- 3השלמה מ- ,037202 , 037201שאלונים

037203

בוגרי הקורסים למורים מוביליםהוכן על-ידי: במסגרת המרכז הארצי למורי הכימיה

זיוה בר-דבבראשות:חני אלישעצוות הכתיבה:

רחל אשראסתר ברקוביץ

מוחמד גרהקלודיה סאדר

אלה פרוטקין-זילברמןמיכאל קויפמןעדינה שינפלד

נאוה תמם

מכון ויצמן למדע: ד"ר רחל ממלוק-נעמןיעוץ מדעי ופדגוגי: משרד החינוך: ד"ר דורית טייטלבאום, מפמ"ר

כימיה

2014מאי

תוכן עניינים

עמ'3מבוא

17נושא חובה: אנרגיה ודינמיקה

30ברום ותרכובותיו

54פולימרים

77כימיה פיזיקלית - מרמת הננו למיקרואלקטרוניקה

96כימיה אורגנית מתקדמת

114כימיה של חלבונים וחומצות גרעין

137כימיה של הסביבה

156תרמודינמיקה שלב שני

175מיומנויות בנושאי מעבדות חקר

2

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות בכימיה יחידות לימוד תשע"ג5 ל- 3השלמה מ-

037203 , 037202 , 037201שאלונים ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות נעשה על ידי מורים מנוסים, בעלי ניסיון רב בהכנה ובהגשה לבגרות, בוגרי הקורסים למורים מובילים. הקורסים התקיימו במרכז הארצי

למורי הכימיה, המחלקה להוראת המדעים, במכון ויצמן למדע.

החומר מופיע באתר המרכז הארצי למורי הכימיה, מכון ויצמן למדע:http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter

ובאתר המפמ"ר:http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/chimya

בנוסף, ניתוחי הבגרות מהשנים תשנ"ח-תשע"ב נמצאים באתר המרכז הארצי למוריהכימיה, מכון ויצמן למדע.

תלמידים. 7034 יחידות לימוד 5 ל-3השנה ניגשו לבחינת השלמה מ-

בטבלה הבאה מוצגים ציונים ממוצעים על פי הנתונים של משרדהחינוך:

מספרשאלוןנבחנים

ציון ממוצעסופישנתיבחינה

037201629748479

037202*1329778280

037203*5061848786

3

http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/chimya

037201שאלון

41-5411%

0-407%

55-8454%

85-10028%

037202שאלון (ללא ציון מעבדה)

55-8449%

85-10028%

כולל ציון מעבדה*

הניתוח הנוכחי מתבסס על ממצאים סטטיסטיים של מכון סאלד )ציוני שאלות וציונישל המדגם תוצאות על טעויות300סעיפים(, ועל תת-סעיפים( )ציוני מחברות

אופייניות שאותרו על ידי מעריכי בחינת הבגרות. איתור ואיסוף טעויות אלה כרוך במאמצים רבים מצד המעריכים ועל כך תודתנו

הרבה.

הממצאים של מכון סאלד מתייחסים לציוני הבחינה בכתב בלבד, ללא ציון מעבדה.37203, 37303בציונים על פי שאלונים

בטבלה הבאה מוצגים ציונים ממוצעים על פי ממצאי מכון סאלד:

שאלון37201

שאלון37202**

שאלון37203**

ציוןמשוקלל

72727373ציון ממוצע

כולל ציון מעבדה**

התפלגות ציוני הבחינה על פי הממצאים של מכון סאלד

4

41-5410%

0-4011%

55-8447%

85-10034%

037202שאלון (ללא ציון מעבדה)

של הציונים בשלושת ממוצעים משוקלליםבטבלה הבאה מופיעים , על פי ממצאים סטטיסטיים שדווחו37203 , 37202 , 37201השאלונים:

נבחנים.7034על ידי מכון סאלד. ממצאים אלה מתבססים על

73ציון ממוצע משוקלל של הבחינה

הנושאנושא חובה:

אנרגיה1ודינמיקה

ברוםפולימריםותרכובותיו

כימיה פיזיקלית-

מרמת הננולמיקרואלקטרונ

יקה78 6 5 4 3 12מס' שאלה

707272 67 68 67 7877ציון ממוצעתלמידים %

14%8%14% 44% 4% 5% 27%73%שבחרו בשאלה

% תלמידי

100-854846 32 29 22 31 36 38

55-843639 39 43 51 46 40 43

5

ם שציונם

54-0 (40-0)

16(7)

15(7)

29 (17)

28 (15)

27 (11)

23 (11)

24 (13)

19 (11)

הנושאכימיה

אורגניתמתקדמת

כימיה של חלבונים וחומצות

גרעין

כימיה שלהסביבה

תרמודינמיקה

שלב שני

מיומנויו ת

בנושאימעבדות חקר

1617 1415 13 1112 910מס' שאלה

65655874 76 74 71 72 62ציון ממוצעתלמידים %

שבחרו בשאלה6%6%10%8% 7% 3%1%2%*

%תלמידיםשציונם

100-8517 35 33 41 42 2322 1426

55-8448 43 47 41 43 4950 4262

54-0 ) 40-0(

35)20(

22 )12(

20 )12(

18)9(

15)6(

28)14(

28)18(

44 (18)

12(1)

23202 מנבחנים בשאלון 20% ממספר כללי של נבחנים, 4%

התשובות לשאלות שמופיעות בחוברת זו מבוססות על המחווןלמעריכי בחינת הבגרות ומיועדות למורים. תלמידים זקוקים לתשובות מפורטות יותר!

, העשויהרמות חשיבה על פי הטקסונומיה של בלוםבניתוח השאלות אנו מציגים לעזור בתכנון לימודים ובהערכת הישגים. הטקסונומיה כוללת שש רמות חשיבה:

: יכולת של שליפת מידע מהזיכרון: פרטים, דרכים, אמצעים ועוד. ידעדוגמה לשאלה ברמה של ידע: מהי טמפרטורת הרתיחה של המים?

: יכולת להשתמש בחומר הנלמד, הצגתו בדרך שונה מזו שנלמדה.הבנה דוגמה לשאלה: קבע אם ההיגד הוא נכון: לאטומים של היסודות הנמצאים בטור

השני, יש מספר זהה של אלקטרוני ערכיות.

6

: יכולת ליישם את הידע הנרכש בהקשרים שונים ובמצבים חדשים.יישום+Pb2, מגיבה עם יוני עופרת, Ni(s)דוגמה לשאלה: המתכת ניקל,

(aq)אך אינה מגיבה , +Cr3עם יוני כרום,

(aq),האם מתרחשת תגובה אם טובלים מוט עשוי מתכת כרום . בתמיסה המכילה יוני עופרת?

: יכולת לנתח את הנתונים, להבחין בין עובדות להנחות, בין עיקראנליזה )ניתוח(לטפל.

במים. תאר באופן מילולי ברמהNH4NO3(s)דוגמה לשאלה: המיסו את החומר המיקרוסקופית את התמיסה שהתקבלה.

: יכולת להרכיב תוצר ממרכיביו - יכולת לשער, להמציא.סינתזהשאלה לדוגמה: לבקש מהתלמיד לתכנן ניסוי העשוי לאשר את השערתו.

: יכולת שיפוט איכותי וכמותי של תוצר על פי קריטריונים.הערכהלדוגמה: שיפוט רעיון, המצאה מדעית.

7

88 84

56

81

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-549%0-40

7%

55-8436%

85-10048%

1שאלה 1אנרגיה ודינמיקה

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


80787778ציון

פיזור ציונים 78ציון ממוצע על פי מכון סאלד: 27%בחרו בשאלה ציונים ממוצעים של סעיפי השאלה:

מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להכיר את המושגים: אנרגיה פנימית, אנרגיה קינטית לנתח את המידע הנתון - להבין שטמפרטורת הרתיחה של הכוהל צריכה להיות

נמוכה מטמפרטורת המים המשמשים לחימום הכוהל..לנסח תהליך אידוי של הכוהל.לעבור בין הערכים של טמפרטורה במעלות צלזיוס ובמעלות קלוויןלדעת מהם השינויים באנטרופיה של אותו חומר לאחר שינוי מצבי צבירה, ומהם

הגורמים המשפיעים על ערך האנטרופיה של החומר במצבי צבירה שונים..לקבוע אם במהלך התגובה אנטרופיית המערכת עולה או יורדת.להבחין בין מערכת לסביבה

8

90מים בטמפרטורה של oC

A Bכוהל בטמפרטורה של25o

.לחשב את כמות האנרגיה המושקעת בחימום הכוהל.לנתח מידע המוצג בגרף ולהסיק מסקנות.להבין את משמעות המושג: קיבול האנרגיה הסגולי

רמות חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום

בשכבות העמוקות של כדור הארץ הטמפרטורות גבוהות. מים חמים המגיעיםמשכבות אלו, מנוצלים לאידוי כוהל.

כוהל במצב גז משמש להפעלת טורבינות לייצור חשמל. מבצעים את התהליך בשני שלבים.

בשלב הראשון מחממים את הכוהל הנוזלי..בשלב הראשוןהאיור שלפניך מתאר את זרימת הנוזלים בצינורות

9

לפיחשיבהרמת תת-סעיףסעיףבלום

יישוםאיישוםiב

iiהבנהiiiיישום

יישוםגהבנהiד

iiיישוםiiiהבנה

(88 )הציון סעיף א' (Bהאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות הכוהל ביציאה מהצינור )קבע אם

(,Aגבוהה מן האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות הכוהל בכניסה לצינור ).נמקנמוכה ממנה או שווה לה.

התשובה:גבוהה יותר.

אנרגיה עוברת )בצורה חום( מהמים בטמפרטורה גבוהה לכוהל בטמפרטורה נמוכה. )טמפרטורת הכוהל ביציאה מהצינור גבוהה יותר מאשר בכניסה לצינור.(

טמפרטורה היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות. לפי כך האנרגיההקינטית הממוצעת של מולקולות הכוהל היוצא מהצינור גבוהה יותר.

.יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

הציון גבוה. רוב התלמידים הכירו את המושג - אנרגיה קינטית ואת הגורמים המשפיעים עליה, הבינו את מהות התהליך המתואר. יחד עם זאת, חלק מהתלמידים

"פספסו" בנימוק שלבים אחדים של התהליך. הטעויות שאותרו הן:.חוסר התייחסות לכיוון של מעבר אנרגיה בתהליך המתואר:התייחסות לחלקיק בודד ולא לצבר חלקיקים"מהירות החלקיקים במולקולה עולה כתוצאה מהתחממות המולקולה." •חוסר הבנה של הקשר בין אנרגיה קינטית ממוצעת של חלקיקי החומר לבין

טמפרטורה:"ככל שטמפרטורה גבוהה יותר, אנרגיה קינטית ממוצעת נמוכה יותר." •

10

כדי לא לדלג על שלב כלשהו בתהליך, מומלץ לבנות עם התלמידים סכמה שלהתרחשות התהליך:

העברת אנרגיה לכוהל

עלייה באנרגיה קינטית ממוצעת של חלקיקי הכוהל

עליית הטמפרטורה של הכוהל

מומלץ לדון עם התלמידים על הקשר בין אנרגיה קינטית ממוצעת של חלקיקיהסביבה לבין השינויים בחומר שעליהם מבוססת מדידת טמפרטורה.

אפשר להתחיל את הדיון מהדגמה של טרמוסקום - טרמומטר של גלילאו )ניתר

לרכוש אותו בחנויות מתנות(. זהו כלי שנועד להמחיש שינוי טמפרטורה בלי למדוד אותו. טרמוסקופ מכיל נוזל ומספר כדורים צפים

בעלי צפיפות שונה. ככל שטמפרטורת הסביבה עולה, צפיפות הנוזל קטנה ויותר כדורים יורדים

למטה. טרמוסקום ממחיש את העיקרון שלהשפעת טמפרטורה על צפיפות החומר.

שאלה לתלמידים: מדוע כשטמפרטורת הנוזל עולה, צפיפות

הנוזל קטנה? תשובה: עלייה באנרגיה קינטית של חלקיקי

הסביבה גורמת לניתוק של חלק מהקשרים בין

11

kJmol( )

חלקיקי הנוזל, החלקיקים מתרחקים זה מזה,וצפיפות הנוזל קטנה.

ממשיכים את הדיון - עוברים לעקרונות של מדידת טמפרטורה על ידי מד טמפרטורה המכיל נוזל

)כספית או כוהל(. מד טמפרטורה מסוג זה מבוסס על התרחבות נוזל עם עליית הטמפרטורה. מומלץ להיעזר באתר:

http://usatoday30.usatoday.com/weather/whattemp.htm

לאחר מכן אפשר לדון במד טמפרטורה דיגיטלי - אספקת האנרגיה גורמת להגברתהתנודות של

היונים בשריג מתכתי )כגון פלטינה(, ועקב כך לעלייה בהתנגדות לתנועה מכוונת שלאלקטרונים.

בשלב השני של התהליך הכוהל הופך לגז.-בוטאנול.2בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על שני הכהלים: אתאנול ו-

אתאנול CH3CH2OH(l)

-בוטאנול2CH3CH2CH(OH)CH3(l)

351372(Kטמפרטורת רתיחה )

12

http://usatoday30.usatoday.com/weather/whattemp.htm

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

8696

76

K42.349.6 298 ב- *אנתלפיית אידוי

נוזל. מול1*אנתלפיית אידוי - כמות האנרגיה הדרושה לאידוי

(84 )הציון סעיף ב'

(86 )הציון iתת-סעיף -בוטאנול - מתאים לשמש להפעלת2היעזר בטבלה וקבע איזה כוהל - אתאנול או

טורבינות.נמקבתהליך המתואר.

התשובה:אתאנול.

(K 372-בוטאנול )2 ושל 78o C( K 351טמפרטורת הרתיחה של אתאנול היא )99oC .

)כיוון שמים90oCהכוהל המתאים הוא זה שטמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה מ- מחממים את הכוהל(.90oCבטמפרטורה


13

פירוק הקשר - אנרגיה נקלטת (מושקעת) היווצרות הקשר - אנרגיה נפלטת

הציון גבוה. רוב התלמידים ניתחו נכון את המידע הנתון והבינו שטמפרטורת הרתיחהשל הכוהל צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת המים המשמשים לחימום הכוהל.

היו תלמידים שלא התייחסו בנימוקים לנתוני השאלה אלא ניסו "להמציא" הסברים: "עדיף להשתמש בכוהל אתאנול, כיוון שהוא פולט אנרגיה בטמפרטורה נמוכה יותר. כלומר, צריך•

להשקיע בו פחות אנרגיה על מנת שיפלוט אנרגיה.""אתאנול מתאים יותר, כיוון שהוא יוצר יותר קשרי מימן עם המים."•

היו תלמידים שתשובותיהם מעידות על חוסר הבנה של מושג אנרגיית קשר כאנרגיההדרושה לפירוק קשר או אנרגיה שנפלטת בהיווצרות קשר.

"בפירוק קשרים באתאנול נפלטת אנרגיה." •

מומלץ להדגיש את הקשר בין קליטת האנרגיה על ידי המערכת ופליטת האנרגיה מהמערכת לבין פירוק ויצירת קשרים. הדבר נכון לכל סוגי קשר, כולל כוחות בין

מולקולריים.

(96 )הציון iiתת-סעיף .iנסח את תהליך האידוי של הכוהל שבחרת בתת-סעיף ב

התשובה:C2H5OH(l) C2H5OH(g)

.הבנהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

הציון גבוה מאוד. התלמידים ידעו לנסח את תהליך האידוי של הכוהל.הטעויות המעטות שאותרו הן בלבול בין אידוי לבין המסה במים:

• C2H5OH(l) C2H5OH(aq) H2O(l)

14

וחוסר ידע והבנה - מהם הקשרים המתפרקים במהלך האידוי של חומריםמולקולריים:

• CH3CH2OH(l) CH3CH2(g) + H2O(g)

טעויות מסוג זה נובעות מחוסר ידע והבנה של נושא "מבנה וקישור". יש תלמידים שלאתמיד

קושרים את התהליך ברמת הסמל לרמת המיקרו, כלומר אינם מבינים ששינוי במצב צבירה לא משנה הרכב של חלקיקי החומר. מומלץ כבר מכיתה י' בנושא "מצבי

צבירה", ובהמשך בנושא "מבנה וקישור" לבצע עם התלמידים ניסויים שמוכיחיםומדגישים נקודה זו. למשל, לבצע ניסויים

של מעברים בין מצבי צבירה ולבקש מהתלמידים לרשום תצפיות בכל שלב הניסוי ולהסביראת

התצפיות האלה.

(76 )הציון iiiתת-סעיף קבע אם האנטרופיה של הכוהל במצב גז גבוהה מהאנטרופיה שלו במצב נוזל או

נמוכה ממנה. נימוקים.שניהבא

התשובה:במצב גז האנטרופיה גבוהה יותר.

: בנוסף לתנודה וסיבוב יש מעתק(, לכן יש יותראו( למולקולות יש יותר אופני תנועה )1)אפשרויות

לפיזור אנרגיה.( )הנפח של אותה כמות חומר במצב גז גדול )בהרבה( מאשר במצב נוזל.( 2)

: לפיזור( החלקיקים במרחב. או במצב גז יש יותר אפשרויות למיקום )לכן במצב גז מספר המצבים המיקרוסקופיים האפשריים רב יותר.

15

kJmol

42.3 0.022 mol = 0.931 kJ (= 931 J או:)

kJmol 49.6 0.014 mol = 0.694 kJ (= 694 J או:)

grmol 46

1 gr = 0.022 mol

grmol 46

grmol 74

1 gr = 0.014 mol

grmol 74


רוב התלמידים קבעו נכון, אך אותרו טעויות בנימוקים. הטעות העיקרית היא חוסר הבחנה בין שינויים באנרגיה פנימית של החומר לבין

שינויים באנטרופיה: "במצב גז יש יותר התנגשויות פוריות והאנרגיה הקינטית הממצעת גבוהה יותר, פיזור האנרגיה•

גבוה יותר במצב גז.""במצב גז המרחק בין החלקיקים גדול יותר, לכן האנרגיה הקינטית של החלקיקים גבוהה יותר."•"במצב גז יש יותר סיכויים להתנגשויות ויש יותר תיאורים מיקרוסקופיים."•

(56 )הציון סעיף ג' גדולה מכמותK 298 גרם אתאנול ב- 1קבע אם כמות אנרגיה הדרושה לאידוי

אנרגיה הדרושה . פרט את חישוביך , קטנה ממנה או שווה לה. K 298-בוטאנול ב- 2 גרם 1לאידוי

התשובה:

גרם אתאנול דרושה כמות אנרגיה גדולה יותר.1לאידוי המסה המולרית של אתאנול:

גרם אתאנול:1מספר המולים ב-

גרם אתאנול: 1אנרגיה הדרושה לאידוי

-בוטאנול:2המסה המולרית של

-בוטאנול:2 גרם 1מספר המולים ב-

-בוטאנול: 2 גרם 1אנרגיה הדרושה לאידוי


16

Jmol

Jgr

grmol

הציון נמוך. הטעות העיקרית היא דילוג על שלב הקביעה של מספר המולים של כוהל -חישוב על פי מול

אחד. היו תלמידים שכתבו: "נתון שיש לאדות מול אחד של כוהל"•

וחישבו בהתאם. בעיה נוספת היא טעויות ביחידות.

אפשר לטפל בבעיות שנתגלו בסעיף זה על ידי "המרת" נתונים עבור גרם חומרלנתונים עבור מול

חומר:

מסהחומרמולרית

קיבול אנרגיהאנתלפיית אידויאנתלפיית היתוךסגולי

0.13450690.390נחושת

0.08823360.230כסף

0.0122720.140כספית

0.0258710.130עופרת

0.1048542.430אתאנול

0.33322564.190מים

17

x 0.726 אנרגיה (J)

25.325

אתאנול

בוטאנול-2

טמפרטורה (oC)

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

83 80 80

c = = 2.42 0.726 J

1 gr 0.3oCJ

gr·oC

qmTc = )

(81 )הציון סעיף ד'. CH3CH2CH(OH)CH3(l) גרם 1 ו- CH3CH2OH(l) גרם 1מחממים

לפניך גרף המתאר את השינוי בטמפרטורה של כל אחד מהנוזלים האלה במהלךהחימום.

(83 )הציון iתת-סעיף פרט אתהיעזר בנתונים שבגרף, וחשב את קיבול האנרגיה הסגולי של אתאנול.

.חישוביך

התשובה:(q = mcT

T = 25.3oC 25oC = 0.3oC

18

Jgr·oC

Jgr·oC

Jgr·oC

x = 1 gr 2.66 (25.3oC 25oC) = 0.80 JJgr·oC


(80 )הציון iiתת-סעיף , מתאים לקיבול האנרגיה2.66 או 2.22איזה משני הערכים ,

-בוטאנול? 2הסגולי של .נמק

התשובה:

2.66

)לפי הגרף( בהשוואה לאתאנול, דרושה כמות אנרגיה גדולה יותר כדי להעלות אתהטמפרטורה

-בוטאנול באותה מידה.2 גרם 1של


(80 )הציון iiiתת-סעיף .פרט את חישוביך . xחשב את הערך של

התשובה: (q = mcT)


הציונים של שלושת תת הסעיפים גבוהים יחסית. רוב התלמידים הכירו את המושג: קיבול האנרגיה הסגולי, והבינו את משמעותו. הם

הצליחו לנתח מידע המוצג בגרף ולחשב את כמות האנרגיה המושקעת בחימום

19

J• c = = 0.0287 0.726 J1 gr 25.3oC gr·oC

Jgr·oC

Jgr·oC

הכוהל, את קיבול האנרגיה הסגולי. יחד עם זאת אותרו מספר טעויות הקשורות לחוסר מיומנות בעבודה עם גרפים. היו תלמידים שלא התייחסו להפרש בטמפרטורה

אלא לטמפרטורה סופית:

טעות נוספת היא חוסר הבחנה בין אנרגיה המושקעת בחימום החומר לבין קיבולהאנרגיה הסגולי שלו:

גרם בוטאנול.1 גרם אתאנול מאשר 1"בסעיף ג' מצאנו כי דרושה אנרגיה רבה יותר לחימום • מצאנו כי קיבול האנרגיה הסגולי של אתאנול הואiבתת-סעיף ד'

-בוטאנול צריך להיות קטן יותר.2. לכן אפשר להסיק שקיבול האנרגיה הסגולי של 2.42 ."2.22הערך המתאים הוא

מומלץ לבקש מהתלמידים לבנות גרפים נוספים מאותו סוג: לתת ערכים של קיבול האנרגיה הסגולי של שני חומרים, שמחממים אותם מאותה טמפרטורה התחלתית לאותה טמפרטורה סופית, ולבקש לבנות גרף מתאים. אפשרות נוספת היא לתת

גרף מוכן ולבקש מהתלמידים לקבוע באיזו נקודה בגרף נמצא ערך קיבול האנרגיההסגולי של כל אחד מהחומרים.

כדי להמחיש את המושג "קיבול האנרגיה הסגולי" מומלץ לבצע עם התלמידים אתהאנימציה הבאה:

http://oceanservice.noaa.gov/education/pd/oceans_weather_climate/media/specific_heat.swf

אנרגיה גיאותרמית: שימוש בחום הפנימי של כדור הארץ לייצור חשמל.מקורה של האנרגיה הזו הוא בתהליכי ההיווצרות של כדור הארץ.

ניתן להפיק אנרגיה גיאותרמית על ידי דחיפת נוזל )כוהל, נפט או מים( לתוך האדמה, ושימוש בגז החם שנוצר לאחר שהנוזל מתאדה כדי להפעיל טורבינות

שמקושרות לגנרטורים חשמליים. אתרים מומלצים להעשרה בנושא אנרגיה גיאותרמית:

http://www.planetnana.co.il/first_pxdex/geotermit.html

http://davidson.weizmann.ac.il/online/askexpert/earth_sci/%D7%9E%D7%94-%D7%94%D7%99%D7%90-%D7%90%D7%A0%D7%A8%D7%92%D7%99%D7%94-%D7%92%D7%99%D7%90%D7%95%D7%AA%D7%A8%D7%9E%D7%99%D7%AA-%D7%A8%D7%95%D7%95%D7%99%D7%98%D7%9C

20




http://www.planetnana.co.il/first_pxdex/geotermit.html

http://oceanservice.noaa.gov/education/pd/oceans_weather_climate/media/specific_heat.swf

81 74 80 74

010

2030

405060

7080

90100

ב א ד ג

41-548%0-40

7%

55-8439%

85-10046%

2שאלה 1אנרגיה ודינמיקה

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


80767777ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: לקשר בין ריכוז יוני הידרוניום בתמיסה המימית לבין pH.התמיסה .לדעת הגדרות של חומצה ובסיס.להבין את משמעות המושג: האנרגיה הפנימית של חלקיקי המערכתלקשר בין סוג התגובה: אנדותרמית או אקסותרמית, לבין שינוי האנרגיה הפנימית של

חלקיקי המערכת במהלך התגובה..להבחין בין מערכת לסביבה

21

להכיר את הגורמים המשפיעים על האנטרופיה של המערכת ועל האנטרופיה של הסביבה במהלך התגובה.

.לדעת מהו מצב שיווי-משקל ומהם המאפיינים של מצב זה .לקשר בין תיאור המערכת ברמה מיקרוסקופית לתיאור ברמה מאקרוסקופית .לקשר בין מספר המולים של גז בכלי סגור לבין הלחץ בכלי.לעבור בין הערכים של טמפרטורה במעלות צלזיוס ובמעלות קלווין.לדעת שטמפרטורה היא מדד לאנרגיה קינטית ממוצעת של החלקיקים.לקשר בין אנרגיה קינטית ממוצעת של החלקיקים לבין מהירות החלקיקים.להסביר ברמה מיקרוסקופית את התרחשות התגובה על פי תורת ההתנגשויות.לקשר בין טמפרטורה לבין קצב תגובה.לדעת חוק שני של תרמודינמיקה וספונטניות של תגובה , :לקשר ביו גדלים תרמודינמייםHo סביבהSo , יקוםSo , מערכתSo .


, היא גז רעיל הנפלט לאטמוספרה בשרפֵה של דלקים. SO2(g)גופרית דו-חמצנית,

(81 )הציון סעיף א'(:1 מגיב עם מי גשֶֶם על פי תגובה ) SO2(g)באטמוספרה

(1) SO2(g) + 2H2O(l) HSO3(aq) + H3O+(aq) Ho < 0

22


הבנהiאiiיישום

iiiיישוםivיישום

יישוםiבiiיישום

אנליזהגהבנהiד

iiיישוםiiiיישום

80 83 8774

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii iv

(. 1. התרחשה תגובה )SO2(g)ביצעו ניסוי: לכלי המכיל מים הוסיפו .iv-iלפניך ארבעה היגדים

.נמק כל קביעה קבע אם הוא נכון או לא נכון. iv-iעבור כל אחד מההיגדים

(80 )הציון iתת-סעיף .7 של התמיסה גדול מ- pHבתום התגובה היה ה-

התשובה:לא נכון.

+H3Oבמהלך התגובה נוצרים יוני (aq) -ריכוזם עולה( וה( pH .של התמיסה יורד


pHרוב התלמידים ידעו לקשר בין ריכוז יוני הידרוניום בתמיסה המימית לבין

התמיסה. יחד עם זאת אותרו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים: pHחוסר הבנה של הקשר בין ריכוז יוני הידרוניום בתמיסה המימית לבין . 1

התמיסה:+H3O"ההיגד נכון. נוצרים יוני •

(aq) לכן ,pH>7 ".+H3O"נכון. אנו רואים שבתוצרים נמצאים יוני •

(aq) -הגורמים ל ,pH לעלות אל עבר התחום החומצי."

חוסר ידע והבנה - מהי חומצה ומהי תמיסה חומצית: . 2 pH>7, לכן 1:1"לא נכון. בתום התגובה במערכת יש יונים חיוביים ויונים שליליים ביחס •

".

23

(83 )הציון iiתת-סעיף האנרגיה הפנימית של חלקיקי המערכת עולה במהלך התגובה.

התשובה:לא נכון. התגובה אקסותרמית, אנרגיה עוברת מהמערכת לסביבה. האנרגיה הפנימית של

חלקיקי המערכת יורדת.


רוב התלמידים הצליחו לקשר בין סוג התגובה - אקסותרמית, לבין שינוי האנרגיה הפנימית של חלקיקי המערכת. כמעט כל התלמידים קבעו שההיגד לא נכון, אך היו

תלמידים שהתקשו בנימוק. הסיבה העיקרית לטעויות היא חוסר הבחנה בין אנתלפיהלאנטרופיה:

"לא נכון. האנרגיה הפנימית של המערכת יורדת, כי במגיבים יש גז ובתוצרים אין." •

(87 )הציון iiiתת-סעיף האנטרופיה של הסביבה עולה במהלך התגובה.

התשובה:נכון.

התגובה אקסותרמית, אנרגיה עוברת מהמערכת לסביבה. האנטרופיה של הסביבהעולה.


הציון גבוה. רוב התלמידים ידעו לקשר בין סוג התגובה - אקסותרמית, לבין העלייהבאנטרופיה של הסביבה.

הטעויות המעטות, שאותרו בנימוקים, נובעות בעיקר מהתייחסות לשינוי באנטרופיהשל הסביבה כאל תמונה ראי של האנטרופיה של המערכת:

"נכון. האנטרופיה של המערכת יורדת, אז האנטרופיה של הסביבה עולה." •טעות נוספת שאותרה היא תוצאה של לימוד נוסחאות מבלי להבינן:

24

גז

התכה

המראה) )סובלימציה

0>oH0>oS

התאדות0>oH0>oS

דהסובלימציה0<oH0<oS

התעבות0<oH0<oS

"לא נכון. האנטרופיה של הסביבה נשארת קבועה, כיוון שאין שינוי בטמפרטורה ואין שינוי ב-•Ho ".של הסביבה

(74 )הציון ivתת-סעיף האנטרופיה של המערכת עולה במהלך התגובה.

התשובה: לא נכון.

מול גז(. האנטרופיה של המערכת0 מול גז ל- 1יש ירידה במספר מולים של גז )מ- יורדת.


. אותרו טעויות אופייניותiii-iהציון של תת-סעיף זה נמוך מהציונים של תת-סעיפים ממספר סוגים עיקריים:

התייחסות לשינוי הכללי של מספר המולים במהלך התגובה במקום התייחסות לשינוי במספר המולים של גז בלבד.

:חוסר הבחנה בין שינוי אנרגיה לבין שינוי אנטרופיה במהלך התגובה "לא נכון. התגובה אקסותרמית, החום נלקח מהמערכת ועובר לסביבה, ולכן האנטרופיה•

במערכת יורדת." "לא נכון. במהלך התגובה משתחררת אנרגיה ממערכת לסביבה, לכן האנרגיה של•

המערכת קטנה, וכך גם האנטרופיה."התייחסות לשינוי באנטרופיה של הסביבה כאל תמונת ראי של האנטרופיה

(:iiiשל המערכת )טעות זו אותרה גם בתת-סעיף "שינוי האנטרופיה של המערכת נמצא ביחס הפוך לשינוי האנטרופיה של הסביבה."•

מומלץ לדון עם התלמידים בשינויים במצב צבירה של החומר המלווים בשינוייאנתלפיה

ובשינויי אנטרופיה, תוך הדגשת ההבדלים בין שני גדלים אלה.

25

בהוראת נושא האנטרופיה מומלץ להדגיש שמצב הצבירה של החומר הוא הגורםהעיקרי המשפיע

על גודל האנטרופיה של החומר, ולהסביר ברמה מיקרוסקופית מדוע האנטרופיהשל גז גבוהה מזו

של נוזל. יש להדגיש שהאנטרופיה של חומרים מתייחסת לחלקיקים רבים ולאלחלקיק יחיד.

חשוב להסביר לתלמידים שיש לנסח נימוק מלא הכולל טענה ונימוק, ולתרגל כתיבתהתשובה

באמצעות אסטרטגיית החשיבה - טיעון.

אנו ממליצים לבצע עם התלמידים פעילות "מהי אנטרופיה", שפותחה על ידימשתתפי הקורס

להכשרת מורים מובילים להוראה, הערכה והנחייה של נושאים מתקדמים בכימיה - תרמודינמיקה ופולימרים. הקורס התקיים במרכז הארצי למורי הכימיה, מכון ויצמן

למדע, בשנת תשע"ג.

26

I?עבודה עם סרטון: מהי אנטרופיה . מהי אנטרופיה? הסרטון בא לבדוק את המחשבות של האנשים לגבי מושג

האנטרופיה וכמו כן המודלים השונים לגבי האנטרופיה.

כנסו לקישור הבא:https://www.youtube.com/watch?v=P17AmUlrbdc

האם אנשים יודעים את מושג האנטרופיה? תנו דוגמאות..1האם יש הסכמה לגבי הגדרת האנטרופיה אצל המומחים? הסבירו..2בסרטון הוצגו מספר גישות לגבי מושג האנטרופיה. הציגו את הגישות השונות..3

עם איזו גישה אתם מתחברים? הסבירו.איזו גישה לגבי האנטרופיה שהיא הנכונה לדעתכם? הסבירו..4לפניכם תמונה מתוך ספר "פיסיקה לכל": עקרונות מדע החומר והאנרגיה. .5

איזו גישה להגדרת מושג האנטרופיה מופיעה בתמונה? הסבירו.

II.עבודה עם סרטון בנושא האנטרופיה .קראו את השאלות לפני שאתם רואים את הסרטון.

צפו בסרטון הבא: http :// www . youtube . com / watch ? v = z 0 XrbWNsSwA

תוך כדי שאתם צופים בסרטון, ענו על השאלות הבאות:אם יש צורך עברו על הסרטון יותר מפעם אחת.

מה ההסתברות שמטבע ינחת על הצד הלבן?.1מה ההסתברות שמטבע ינחת על הצד הלא לבן?.2 מטבעות, כמה מהם ינחתו על הצד הלבן? 10אם יש .3

27

http://www.youtube.com/watch?v=z0XrbWNsSwA

https://www.youtube.com/watch?v=P17AmUlrbdc

מדוע ההדגמה של מטבעות לא טובה כדי להדגים אנטרופיה? .4רמז: האם יש העדפה מסוימת לאחד מצידי המטבע?

כמה אופציות נחיתה יש לה? כמה צדדים יש ללבנה?.5

מלבנים, מה הייתם מצפים שייצא אם היו אלו מטבעות בהטלה? 9כאשר יש .6 מה קרה בפועל?.7האם יש אפשרות יותר מועדפת? .8במה שונים מטבעות מלבנים? .9

מה המצב היותר נמוך אנרגטית? .10מה קורה כשעוברים ממצב גבוה אנרגטית לנמוך אנרגטית וההיפך? .11 מה אנטרופיה מנבאת?.12 אם הלבנים נמצאות במצב מאוזן והשלב האנרגטי הבא לא מאוד גבוה, מה.13

יכול לקרות באופן ספונטני?הלבנים הם אנלוגיה למה? .14 למה הגומייה נוטה להתכווץ חזרה כשמפסיקים את המתיחה? הסבירו במושגים.15

של אנטרופיה.

תשובות:. 1/2ההסתברות היא .1.1/2ההסתברות היא .2 מטבעות. 3.5 אין העדפה לצד מסוים של המטבע. הסיכוי שווה לכך שינחת לכל צד. לעומת.4

זאת באנטרופיה יש העדפה למצב מסוים, יותר מאשרלאחר.

אופציות. 2 צדדים, 5.6חצי מאוזנים חצי מאונכים פחות או יותר..6 מאונכים. 2 מאוזנים, 7 .7כן, המצב המאוזן יותר מועדף..8במלבנים יש העדפה לצד מסוים..9

המאוזן..10נפלטת אנרגיה לעומת השקעת אנרגיה..11מהם הסיכויים להימצא במצב מסוים..12

28

לחץ

III כליזמן

לחץ

I כליזמן

לחץ

II כליזמן

67

85

010

2030

405060

7080

90100

i ii

חלק מהמלבנים יעברו למצב מאונך. .13לאטומים או למולקולות. .14 כאשר הגומייה מתוחה, המולקולות הבונות אותה נמצאות במצב מסודר, והן.15

נוטות לחזור למצב אי סדר. ולכן הגומייה חוזרת למצבהההתחלתי. האנטרופיה מניעה את התהליך.

(74 )הציון סעיף ב'(:2בתנאים מתאימים מתרחשת תגובה )

(2) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

שיש להם אותו נפח. לכל אחד מן הכלים הכניסוI , II , IIIלקחו שלושה כלים סגורים שלושה

.T . הכלים נשמרו בטמפרטורה קבועה SO2(g) , O2(g) , SO3(g)גזים: לפניך שלושה גרפים. כל גרף מתאר את השינוי בלחץ באחד הכלים, מרגע הכנסת

הגזים.

29

(85 )הציון iתת-סעיף אינו משתנה. הסבר מדוע.Iהלחץ בכלי

התשובה: אין שינוי בלחץ, כי המערכת נמצאת במצב שיווי-משקל )ריכוזי הגזים אינםIבכלי

משתנים מרגע הכנסתם לכלי(.


הציון גבוה. רוב התלמידים קראו נכון את הגרף וזיהו את המערכת הנמצאת במצבשיווי-משקל.

הם ידעו לקשר בין תיאור המערכת ברמה מיקרוסקופית, כגון ריכוז החומרים במצב גז בכלי, לבין מדדים מאקרוסקופיים, כגון הלחץ בכלי. יחד עם זאת אותרו טעויות

אחדות, הנובעות מחוסר ידע והבנה של מאפייני המצב של שיווי-משקל:"הלחץ בכלי לא משתנה כיוון שהתגובה לא התרחשה." •"הלחץ בכלי נשאר קבוע, כי תערובת הגזים לא הוצתה - לא סופקה אנרגיית שפעול."•

(67 )הציון iiתת-סעיף קבע באיזה כלי, מיד לאחר הכנסת הגזים, קצב התגובה הישירה גבוה מקצב

.נמקהתגובה ההפוכה.

30

התשובה: .IIבכלי

יורד. הסיבה לכך היא שמספר המולים של גז במהלך התגובה יורד )ישIIלחץ בכלי פחות התנגשויות

של מולקולות הגז עם דופן הכלי(, ולכן התגובה הישירה מועדפת וקצב התגובההישירה גבוה מקצב

התגובה ההפוכה.


הציון נמוך יחסית. הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא נימוקים חלקיים. רוב התלמידים קבעו נכון את הכלי והסביר על הקשר בין השינוי במספר

המולים של גז בכלי במהלך התגובה לבין שינוי הלחץ בכלי, אך לאהמשיכו - לא התייחסו לקינטיקה:

. הלחץ בכלי יורד, כי מספר מולי גז קטן." II"בכלי •היו תלמידים שהתייחסו באופן שגוי להפרעה למצב שיווי-משקל וטעו בקביעה:

. מספר המולים של המגיבים גדול יותר, לכן לפי עיקרון לה-שטליה תתגברIII"בכלי •תגובה ישירה."

(80 )הציון סעיף ג' גבוה מקצב התגובה הישירה300oC( קצב התגובה הישירה בטמפרטורה 2בתגובה )

. בעזרת תורת ההתנגשויות . הסבר עובדה זוK 300בטמפרטורה

התשובה:300oC (573 K) -300 היא טמפרטורה גבוהה יותר מ K (27oC) .

: בטמפרטורהאוטמפרטורה היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים ) גבוהה יותר האנרגיה הקינטית ממוצעת של החלקיקים גבוהה

יותר(, ולכן גם המהירות הממוצעת של החלקיקים גבוהה יותר. יש סיכוי גדול יותר

31

JK

JK

84

6480

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

להתנגשויות בין החלקיקים, ולכן גם סיכוי גדול יותר להתנגשויות פוריות )ביחידת זמן(: סיכוי גדול יותר להיווצרות תצמידים משופעלים(.או)

.אנליזהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

התלמידים לא התקשו להשוות בין הערכים של טמפרטורה במעלות צלזיוסובמעלות קלווין.

הבעיה העיקרית בסעיף זה היא הסברים חלקיים ולא מדויקים. היו תלמידיםשכתבו על כך

שטמפרטורה היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים, אך לאהתייחסו לתורת ההתנגשויות למרות הדרישה בשאלה.

חלק מהתלמידים הסיקו שמדובר בהפרעה למצב שיווי-משקל. הם התבלבלו בין השפעת טמפרטורה על קצב התגובה לבין השפעת טמפרטורה על

הריכוזים של מרכיבי המערכת: "הסיבה לכך היא שהתגובה ההפוכה היא אנדותרמית. כאשר מעלים טמפרטורה, מפרים•

מצב שיווי-משקל והתגובה ההפוכה מתגברת כדי לקלוט חום."היו תלמידים אשר סברו שהעלאת טמפרטורה מקטינה את אנרגיית השפעול:

"אנרגיית החלקיקים עולה בטמפרטורה גבוהה יותר, לכן אנרגיית השפעול יורדת, יש יותר•התנגשויות פוריות וקצב התגובה עולה."

(74 )הציון סעיף ד' לאטמוספרה.SO2(g)ביצעו מחקרים כדי לפתח תהליך למניעת פליטה של

(:3באחד משלבי התהליך שפותח מתרחשת תגובה )(3) 2SO2(g) + 2CuO(s) + O2(g) 2CuSO4(s)

:K 298( ב- 3לפניך הנתונים עבור תגובה )Soמערכת = 562

So 1570 = +יקום

32

(84 )הציון iתת-סעיף .Soמערכת 0הסבר מדוע >

התשובה: מול גז(.0 מול גז ל- 3: מ- או( יש ירידה במספר מולים של גז )3)בתגובה


הציון גבוה. הטעויות המעטות שאותרו הן חוסר התייחסות למספר מולים:מכיוון שיש יותר מגיבים מאשר תוצרים." Soמערכת 0> "•

.גזהיו תלמידים שלא ציינו שמדובר במספר המולים של

(64 )הציון iiתת-סעיף .נמק ללא חישוב( היא אנדותרמית או אקסותרמית. 3קבע אם תגובה )

התשובה:התגובה אקסותרמית.

.ΔSo)יקום 0: < אוהתגובה ספונטנית )האנטרופיה של המערכת יורדת, ולכן חייבת להיות עלייה באנטרופיה של הסביבה.

האנטרופיה של הסביבה עולה אם אנרגיה עוברת מהמערכת אליה.


הציון נמוך. רוב התלמידים קבעו נכון שהתגובה היא אקסותרמית. הטעות האופיינית העיקרית בתת-סעיף זה היא חוסר הבחנה בין המושגים: אנתלפיה

33

(ΔSoיקום = ΔSoמערכת + ΔSoסביבה)

Ho = 635,336 J = 635 kJ

Ho298 K

1570 = 562 + JK

JK ( )

ואנטרופיה, וחוסר יכולת לקשר בין השינויים באנטרופיה של היקום, באנטרופיהשל הסביבה ובין השינוי באנתלפיה של התגובה:

"נפלטת אנרגיה במהלך התגובה הישירה, במעבר מן המגיבים לתוצרים, לכן אנטרופיית• התוצרים נמוכה מזו של מגיבים, ומכאן ניתן להסיק שהתגובה הישירה הייתה

אקסותרמית." היא תגובה אקסותרמית. ניתן לראות זאת על פי אנטרופיית המערכת, אשר3"תגובה •

נמוכה מאפס. כלומר אנרגיה נפלטת מן המערכת לסביבה. תגובה מסוג זה נקראתאקסותרמית."

טעות אופיינית נוספת היא התייחסות לשינוי מצבי צבירה של החומרים:"התגובה אקסותרמית, כי נוצר מוצק מגז, ובתהליך זה אנרגיה נפלטת."•

(80 )הציון iiiתת-סעיף .פרט את חישוביך(. 3 עבור תגובה )Hoחשב את

התשובה:


.Hoרוב התלמידים חישבו נכון את ערכו של הטעות העיקרית בתת-סעיף זה היא חוסר הבחנה בין המושגים: אנתלפיה

ואנטרופיה - הצבת הערכים של אנטרופיה כערכים של אנרגיה ורישום יחידות .kJשל אנרגיה -

34

62 6174 73 71

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

41-5412%

0-4017%

55-8439%

85-10032%

3שאלה ברום ותרכובותיו

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


71497067ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להכיר את תהליך הייצור של ברום בתעשייה .להכיר את המושגים: המרה וניצולת. לחשב אחוז המרה ואחוז ניצולת.להכיר שיטות הפרדה ועקרונות הפרדה בין חומרים בתהליכים תעשייתייםלבצע חישובים סטויכיומטריים.להכיר את הביוצידים ואת פעילות החיטוי שלהם .להשוות כושר חיטוי של ביוצידים שונים.לרכוש מיומנות של קריאת גרפים ."להכיר את הנושא "שיווי-משקל כימי

35

קיטור110oC

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

66 6850

:לדעת את משמעות המושג pH.של תמיסה .להכיר תגובות חומצה-בסיס


(:1במגדל התגובה לייצור ברום במפעל הברום בסדום מתרחשת תגובה )(1) 2Br−

(aq) + Cl2(g) Br2(g) + 2Cl−(aq) ∆H° < 0

(:3( ו- )2במגדל התגובה יכולות להתרחש גם התגובות )(2) Br2(g) + Br−

(aq) Br3−

(aq)

(3) Br2(g) + Cl2(g) 2BrCl(g)

(62 )הציון סעיף א'

36


יישוםiאiiהבנה

iiiיישוםיישוםבאנליזהiג

iiהבנהאנליזהiד

iiאנליזהיישוםה

(66 )הציון iתת-סעיף ( היא תגובה מהירה גם בטמפרטורת החדר. במפעל מבצעים את התגובה1תגובה )

י סיבות לכך.שת . ציין 110oCבטמפרטורה

התשובה:- לשמור על ברום במצב גז.

: למנועאו(; 2: למנוע התרחשות של תגובה )או- למנוע המסת הברום בתמלחת )Br3היווצרות יוני

−(aq).)


רוב התלמידים הכירו את תהליך הייצור של ברום, אך חלק ניכר מהם לא ציינו סיבותתעשייתיות המתייחסות לתהליך הנתון אלא סיבות קינטיות כלליות:

"ככל שטמפרטורה גבוהה יותר קצב התגובה גבוה יותר."•"בטמפרטורה גבוהה יש מספיק אנרגיה להיווצרות תצמידים משופעלים."•"חימום מעודד את התגובה."•

(68 )הציון iiתת-סעיף Brאל תוך מגדל התגובה מזרימים תמלחת חמה עשירה ביוני

(aq)בכיוון המנוגד לכיוון הזרמת . הסבר מדוע. Cl2(g)הכלור,

37

התשובה: הזרמת התמלחת והכלור בכיוונים מנוגדים מאפשרת מגע טוב יותר בין המגיבים, כך

שיותר : אחוז ההמרה גדל(.אויוני ברום מגיבים עם הכלור )


, גם כאן חלק מהתלמידים מתקשים להסביר את הפתרונותiבדומה לתת-סעיף א התעשייתיים המיוחדים בתהליך ייצור הברום )בחלק מפתרונות אלה משתמשים גם

בתהליכי ייצור של חומרים אחרים(. תלמידים אלה כתבו על ערבוב באופן כללי, ללא הסבר כיצד הוא תורם לתהליך - שיותר יוני ברום מגיבים עם כלור, וכתוצאה מכך

גדל אחוז ההמרה:"כדי שהמגיבים יתערבבו בצורה טובה."•"כדי שיהיה ערבוב טוב יותר."•

(50 )הציון iiiתת-סעיף הזרמת הקיטור למגדל התגובה תורמת להעלאת הניצולת של התהליך. הסבר כיצד.

התשובה: , ומרחיק אותם מהתמלחת שבמגדלBr2(g)הקיטור סוחף איתו את אדי הברום,

התגובה. הזרמת ((, שבמהלכן3( ו- )2הקיטור מונעת התרחשותן של תגובות מתחרות )תגובות )

Br3מתקבלים תוצרי לוואי בלתי רצויים )יוני (aq) -ו BrCl(g)היווצרות תוצרי לוואי( .)

גורמת לירידה בניצולת התהליך.( לכן הזרמת הקיטור תורמת להעלאת הניצולת שלהתהליך.


38

= 12,250 mol 12,500 mol 98%100%

160grmol

= 12,500 mol 1·106 gr 80 gr

mol

80grmol

10 1·105 liter = 1·106 gr grliter

= 6125 mol12,250 mol 2

= 5875 mol 940,000 gr gr

הציון נמוך. תלמידים רבים אינם בקיאים בתהליך ייצור הברום והתקשו להסביר כיצד פתרונות תעשייתיים מעלים את ניצולת התהליך. כתוצאה מכך הם כתבו הסברים

שלא מתאימים לשאלה:"הקיטור גורם לערבוב חזק ובכך מעלה את הניצולת."•"הקיטור מגדיל את הלחץ, ולכן גדל מספר ההתנגשויות."•"הקיטור מחמם ובכך מעלה את מספר ההתנגשויות."•"בטמפרטורה גבוהה למולקולות יש אנרגיה גבוהה יותר ולכן התהליך מהיר יותר."•

הבעיה הנוספת בתת-סעיף זה היא הסברים חלקיים: כותבים על מניעת ההיווצרות של תוצרי לוואי, אך לא מזכירים את התפקיד הנוסף של הקיטור - לסחוף איתו את

אדי הברום.

(61 )הציון סעיף ב'Br גרם יוני 10 ליטר תמלחת המכילה 100,000למתקן התגובה הזרימו

(aq).בליטר .98% קילוגרם ברום. אחוז ההמרה היה 940התקבלו

חשב את אחוז הניצולת של התהליך. פרט את חישוביך.

התשובה: :Brהמסה המולרית של יוני

בתמלחת: Brהמסה של יוני

Brמספר המולים של יוני (aq)

בתמלחת:

Brמספר המולים של יוני (aq) ההמרה:98% שהגיבו על פי

Br לבין יוני Br2(g)יחס המולים בניסוח התגובה בין (aq) 2:1 הוא,

39

7872

010

2030

405060

7080

90100

i ii

ניצולת:100% שהיו צריכים להתקבל ב- Br2(g)לכן מספר המולים של

:Br2(g)המסה המולרית של

שהתקבלו:Br2(g)מספר המולים של

אחוז הניצולת:


הטעויות בסעיף זה דומות לטעויות שנתגלו בשאלת חישוב בשנה שעברה. חלק מהתלמידים התקשו בהבנת המושגים "המרה" ו"ניצולת" ובחישובים סטויכיומטריים.

הם לא מבחינים בין כמות החומר שהוכנסה למכל התגובה לבין כמות החומר שהגיבה בפועל. היו תלמידים שדילגו על אחד או יותר משלבי החישוב. כמו כן הופיעו

טעויות בחישוב מספר המולים של חומר ובחישוב מסה מולרית, וטעויות ביחידות.

(74 )הציון סעיף ג' . H2O(g) ו- Br2(g) , Cl2(g)תערובת הגזים היוצאת ממגדל התגובה מכילה

הפרדת הברום מתערובת הגזים מתבצעת בשלושה מתקנים: במעבה, במפרידובמגדל זיקוק.

40

III II I

Br2(l) , H2O(l)

H2O(l)

Br2(l)

Br2(l)

H2O(l)

Br2(l) , H2O(l) Cl2(g) , Br2(l) , H2O(l)

Cl2(g)

H2O(l)

Br2(l)

(72 )הציון iתת-סעיף :I , II , IIIלפניך שלושה תרשימים

פסלת אתהסבר מדועקבע איזה מהתרשימים מציג נכונה את המתרחש במפריד. שני התרשימים

האחרים.

התשובה:.IIתרשים מופרד במעבה )כי טמפרטורת הרתיחה של הכלורCl2(g) אינו נכון, כיוון ש- Iתרשים

נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של הברום והמים(. מופרד מהמים )ההפרדה מבוססת על כךBr2(l) אינו נכון, כי במפריד IIIתרשים

שמסיסות הברום במים היא מאוד נמוכה(. הצפיפות של ברום גדולה מצפיפות המים, (.IIIולכן השכבה התחתונה היא שכבת הברום )ולא שכבת המים כמתואר בתרשים


41

רוב התלמידים הבינו את עקרונות ההפרדה בתהליך ייצור הברום ובחרו בתרשיםהנכון. יחד עם זאת חלק מהתלמידים התקשו בבחירה:

חסר כלור."III ו- II נכון, כי הוא מכיל את כל החומרים, ואילו בתרשימים I"תרשים • היו תלמידים שבחרו בתרשים הנכון, אך התקשו בהסבר - מדוע שני התרשימים

הנוספים אינם נכונים.

(78 )הציון iiתת-סעיף הסבר מדוע מבצעים הפרדה נוספת במגדל הזיקוק.

התשובה: הברום המופרד במפריד מכיל עקבות של כלור ומים. לכן יש צורך בשלב נוסף של

: במגדל הזיקוק מפרידים את הברום מעקבות של כלור ומים(.אוהפרדה )


רוב התלמידים ידעו שבברום המופרד יש עקבות של כלור ומים ויש להפרידם. הבעיההעיקרית של חלק מהתלמידים בתת-סעיף זה היא הסברים חלקיים:

"הברום שיוצא מהמפריד מכיל כלור."•"בברום יש מעט מים וצריך להפרידם."•

חלק מהתלמידים אינם מבינים את העקרונות של תהליכי ההפרדה. הנושא "שיטות הפרדה" חשוב מאוד להבנה של מבנה חומרים ותכונותיהם. מומלץ להכניס נושא זה בשלבים שונים של הוראת הכימיה בכל הזדמנות. עבור חלק משיטות ההפרדה ניתן ומומלץ לבצע ניסויים שונים להיכרות עם שיטות. מומלץ להיעזר בדוגמאות לתהליכי הפרדה שונים, שהבאנו בחוברת ניתוח תוצאות של בחינת הבגרות בכימיה,

יחידות לימוד תשע"א. 5 ל- 3השלמה מ- כמו כן מומלץ להשתמש באוסף פעילויות בנושא "שיטות הפרדה", הנמצא באתר

הלימודי: כימיה ותעשייה כימית בשירות האדם, מכון ויצמן למדע, בדף:

42

pH

HOCl HOBr

0

20

40

60

80

1000

20

40

60

80

100

4 5 6 7 8 9 10 11

אחוז של יוניXO(aq)

אחוז חומצהHOX (aq)

7274

010

2030

405060

7080

90100

i ii

http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/learnchem/main.asp?pagekind=4&ID=02_17_02

תמיסות מימיות המכילות כלור וברום משמשות לחיטוי מים בברכֵות שחייה. (:Br או Cl מייצגX( )5( ו- )4בתמיסות אלה מתרחשות התגובות )

(4) X2 + 2H2O(l) HOX(aq) + H3O+(aq) + X−

(aq)

(5) HOX(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + XO−

(aq)

XO גבוה מכושר החיטוי של יוני HOX(aq)כושר החיטוי של מולקולות (aq) .

הגרף שלפניך מתאר את השינוי בהרכב התמיסות המימיות המכילות ברום וכלור עםהשינוי

התמיסה.pHב-

(73 )הציון סעיף ד'

43

http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/learnchem/main.asp?pagekind=4&ID=02_17_02

(74 )הציון iתת-סעיף , לתמיסה מימית של כלור אוpH<8>7לאיזו תמיסה יש כושר חיטוי גבוה יותר בתחום

לתמיסה.נמקמימית של ברום?

התשובה: לתמיסת ברום במים )כושר החיטוי של התמיסות המימיות של כלור וברום מיוחס

HOBr(aq) אחוז המולקולות pH<8>7 (. על פי הגרף, בתחום HOX(aq)למולקולות

במים גדול בהרבה מאחוז במים.HOCl(aq)המולקולות


רוב התלמידים הצליחו לקשר בין כושר החיטוי של תמיסות ברום וכלור במים לאחוזHOX(aq) ולקבוע על פי הגרף הנתון שלתמיסת , HOBr(aq)כושר חיטוי גבוהה יותר. יחד

עם זאת הופיעו טעויות אופייניות הנובעות בעיקר מחוסר מיומנות של קריאת גרף ועבודה איתו. היו תלמידים שלא הבינו את הנתון שבפתיח לסעיף והתייחסו לאחוז יוני

XO(aq):במים ClO"על פי הגרף האחוז של יוני •

(aq)גדול יותר בתחום הנתון, לכן לתמיסת כלור במים כושר החיטוי גדול יותר."

(72 )הציון iiתת-סעיף כושר החיטוי של תמיסת הברום נמוך מאוד. הסבר מדוע.pH > 9ב-

התשובה:

44

+H3Oהריכוז של יוני pH > 9ב- (aq)( 5 נמוך. כתוצאה מכך מועדפת התגובה הישירה,)

בה נוצריםBrOיוני

(aq) . גבוה מכושרHOBr(aq) קטֵן )כושר החיטוי של מולקולות HOBr(aq)הריכוז של pH > 9ב-

החיטוי BrOשל יוני

(aq) .)


חלק מהתלמידים התקשו בקביעה ובהסבר של התרחשות התגובות לאחר ההפרה של מצב שיווי-משקל במערכת. כתוצאה מכך הופיעו הסברים חלקיים, ללא

התייחסות למצב שיווי-משקל:BrO"כושר החיטוי נמוך כיוון שנוצרים הרבה יוני •

(aq)".." HOX(aq)"כושר החיטוי נמוך מכיוון שנוצר מעט •

היו תלמידים שכתבו הסברים שחזרו על הנתון בשאלה:•"pH".כזה לא מתאים לפעילות הברום

(71 )הציון סעיף ה' ( ו-6מתרחשות התגובות ) ,NaClO(aq) , לתמיסת NaBr(s)כאשר מוסיפים נתרן ברומי,

(7:)(6) Br−

(aq) + ClO−(aq) BrO−

(aq) + Cl−(aq)

(7) BrO−(aq) + H2O(l) HOBr(aq) + OH−

(aq)

או לתמיסה מימיתNaClO(aq)קבע לאיזו תמיסה יש כושר חיטוי גבוה יותר - לתמיסת .נמק . NaBr(aq) ו- NaClO(aq)המכילה

התשובה: כושר חיטוי גבוה יותר, כי בתמיסה זו נוצרות NaBr(aq) ו- NaClO(aq)לתמיסה המכילה

גבוה מכושר החיטוי של יוני HOBr(aq)כושר החיטוי של מולקולות . HOBr(aq)מולקולות BrO

(aq) או יוניClO(aq) .

: מתקיימת פעולה סינרגטית, שבה שילוב של שני החומרים משפר ומגביר אתאוהשפעתם.

45


כושר חיטויNaBr(aq) ו- NaClO(aq)שלתמיסה מימית המכילה רוב התלמידים קבעו נכון גבוה יותר, אך חלק מהתלמידים טעו בנימוק. הטעות האופיינית העיקרית היא

OHהתייחסות ליוני (aq):כאל גורם המעלה את כושר החיטוי

כושר חיטוי גבוה יותר, מכיוון שהיא בסיסית וברום NaBr(aq) ו- NaClO(aq)"לתמיסה המכילה • בסיסי."pHמחטא טוב יותר ב-

OH מתקבלים יוני (7)"בתגובה •(aq) מה שאומר שיש יותר כושר חיטוי בגלל שהתמיסה ,

בסיסית יותר."

אנו מצרפים דפי סיכום בנושא הביוצידים והשימוש בהם, על פי ספר לימוד "לא עלהברום לבדו" מאת ד"ר מירי קסנר, מכון ויצמן למדע.

ביוצידים המבוססים על ברום וכלור

ביוצידים ביוצידים לא מחמצנים

מחמצנים

46

חומריםBr2 Cl2 יסודות: מורכבים

ויקרים, בעיקר תרכובות:

NaClOנגזרות הלוגניות

Ca(ClO)2 של תרכובות

אורגניות הלוברום

שימוש -נפוצים יותר בשימושבעיקר

לתעשיות:ומיועדים בעיקר ל-: בריכות שחייה ציפויים וצבעים מגדלי קירור דבקים טיפול בשפכים חומרי

איטום חיטוי סניטרי פולימרים

מסוימים

47

מנגנון פעולתם של הלוגנים)ביוצידים מחמצנים( כחומרי חיטוי

HOXתכונות החיטוי מיוחסות בעיקר למולקולות (1) X2(aq) + 2H2O(l) HOX(aq) + H3O+

(aq) + X(aq)

(2) HOX(aq) + 2H2O(l) H3O+(aq) + OX

(aq)

כשהכלור פועל כביוציד בבריכות מתרחשת תגובה עםאמוניה:

NH3(aq) + HOCl(aq) NH2Cl(aq) + H2O(l)

כשהברום פועל כביוציד בבריכות מתרחשת תגובה עם:אמוניה

NH3(aq) + HOBr(aq) NH2Br(aq) + H2O(l)

NH2Br(aq) + H3O+(aq) [NH3Br]+

(aq)

[NH3Br]+(aq) NH3(aq) + Br+

(aq)

בשילוב של הברום ותרכובות מסוימות של כלור, למשל:NaOClשילוב בין הברום ו-

רצויה

לארצויה

48

Br2(aq) + 2OH(aq) BrO

(aq) + H2O(l) + Br(aq)

Br(aq) + ClO

(aq) BrO(aq) + Cl(aq)

BrO(aq) + H2O(l) HBrO(aq) + OH

(aq)

דוגמאות השילוב של תרכובות ברום ותרכובות כלור:NaOCl + NH4Br NaOCl + NaBrCa(OCl)2 + NH4Br Ca(OCl)2 + NaBr

דפי סיכום: ביוצידים - חומרים בעלי פעילותביולוגית,

קוטלי מיקרואורגניזמים

כלורשם החומרCl2נוסחה

מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצןגזמצב צבירה בתנאי חדר

נוזלצורת השיווקראה: תכונות הלוגנים בספר הלימודתכונות מיוחדות

. זמין1יתרונות. מחיר נמוך יחסית2. נוח בשימוש3

. בעל ריח חריף1חסרונות. גורם לגירוי חריף בעיניים וברקמות ריריות 2. מסיסותו יורדת עם עליית טמפרטורה3. שיתוך מהיר של מתכות4. תגובה עם אמוניה בבריכות ויצירת כלורו- אמינים – 5

רעילים, בעלי ריח חריף, מתפרקים באיטיות . בסביבה בסיסית )בריכות( רוב pH. יעילותו תלויה ב-6

ויש לדאוג לאספקה HClO הכלור נמצא לא בצורת רצופה

UV. יעילותו נפגעת מקרינת 7

- בריכות שחייהמשמש לחיטוי של:

49

- מגדלי קירור- טיפול בשפכים

ברום כלורישם החומרBrCl נוסחה

מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצןנוזלמצב צבירה בתנאי חדר

נוזלצורת השיווק. נוזל בתנאי חדר ולכן קל יותר לטיפול מכלור1יתרונות

. יכולת שיתוך נמוכה מזו של ברום2. גורם פחות מברום גירויים באף ובעיניים3. פחות נוטה להתפרק במים חמים4. תגובה עם מים מהירה מזו של ברום, רוב אטומי 5

שהיא מועדפתHOBr(aq) הברום נמצא בצורת . פעולה סינרגטית )אטומי כלור וברום(6

מחירו גבוה יותר מזה של ברום וכלורחסרונותמתאים במיוחד לשימוש במים חמיםמשמש לחיטוי של:

ברוםשם החומרBr2נוסחה

מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצןנוזלמצב צבירה בתנאי חדר

נוזלצורת השיווקראה: תכונות הברום בספר הלימודתכונות מיוחדות

בהשוואה לכלור:יתרונות. ריח פחות חריף1. גורם לגירוי פחות חריף בעיניים וברקמות ריריות2. מסיסותו עולה עם עליית הטמפרטורה3. ברומואמינים אינם צורבים, ריחם פחות חריף,4

הם מתפרקים במהירות גבוה מזהHBrO. כושר חיטוי גבוה יותר עקב ריכוז 5

)הקיים בבריכות(pH 7-8 ב-HClO שלUV. יעילותו נפגעת פחות מקרינת 6

בהשוואה לכלור:חסרונות. יכולת שיתוך גבוהה יותר1. מחירו גבוה יותר )כי מייצרים אותו מכלור(2

- בריכות שחייהמשמש לחיטוי של:

50

C C

C Cl

O

N N

CH3CH3

Br =

O

=


יודשם החומרI2 נוסחה

ביוציד מחמצן או לאמחמצן

מחמצן

מוצקמצב צבירה בתנאי חדר- מוצקצורת השיווק

- תמיסה כוהליתראה: תכונות הלוגנים בספר הלימודתכונות מיוחדות

שימוש רפואי )גם תרכובות של יוד(משמש לחיטוי של:

"הלוברום" שם החומר דו-מתיל-הינדנתואין5,5-כלורו, 3 -ברומו, 1

נוסחה

מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצןמוצקמצב צבירה בתנאי חדר

טבליות המתמוססות במים בצורה איטית ומבוקרתצורת השיווק

51

ומשחרר גזים רעילים0C 160מתפרק מעל תכונות מיוחדות. יעיל ביותר בחיטוי מים 1יתרונות

. ניצול הברום הנו מרבי מפני שבתגובה עם המים2BrO וגם HOBr(aq) , HOCl(aq) מתקבלים

(aq) -וClO(aq).

. נוח בשימוש: טבליות המתמוססות במים בצורה 3 איטית ומבוקרת

מחיר גבוה יחסיתחסרונות- מי בריכותמשמש לחיטוי של:

- מקוואות- מערכות קירור תעשייתיות כולל אלו המבוססות על

זרימה במעגל סגור

BBAB שם החומר נוסחה

BrCH2COOCH2CH=CHCH2COOCH2Br לא מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצן

נוזלמצב צבירה בתנאי חדרנוזלצורת השיווק

- גורם לשיתוךתכונות מיוחדות- מתפרק בטמפרטורות גבוהות

. מחיר גבוה יחסית1חסרונות. גורם לשיתוך2

DBNP"ביוברום" שם החומר-ניטרילו פרופיון-אמיד 3 דו-ברומו, 2,2

דימתיל הינדנטואיןנוסחה

NºCCBr2CONH2

לא מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצן

52

מוצקמצב צבירה בתנאי חדר- אבקהצורת השיווק

- תמיסה מימית )החומר לא מסיס במים. מוסיפים לו אתילן גליקול המאפשר את מסיסותו(

ומשחרר אדי ברום ומימן ברומי0C 160- מתפרק מעל תכונות מיוחדות- רגיש לחום ואור

מתאים במיוחד למערכות קירוריתרונות. מחיר גבוה יחסית1חסרונות

. רגיש לחום ואור2. יש להוסיף אתילן גליקול בעת ההמסה3

- מי תעשייהמשמש לחיטוי של:- מגדלי קירור

נתרן תת-כלוריתישם החומר נוסחה

NaClOמחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצן

מוצקמצב צבירה בתנאי חדרמוצקצורת השיווק

- בריכות שחייהמשמש לחיטוי של:- מגדלי קירור

- טיפול בשפכים

סידן תת-כלוריתישם החומרCa(ClO)2 נוסחה

מחמצןביוציד מחמצן או לא מחמצןמוצקמצב צבירה בתנאי חדר

מוצקצורת השיווק- בריכות שחייהמשמש לחיטוי של:


53

41-5413%

0-4015%

55-8443%

85-10029%84

51

75 70 72

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

4שאלה ברום ותרכובותיו

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


76526968ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להכיר את תהליך הייצור של נתרן ברומטי בתעשייה .להכיר את המושגים: המרה וניצולת. לחשב אחוז המרה ואחוז ניצולתלבצע חישובים סטויכיומטריים.להכיר ולהבין את תרשימי הזרימה התעשייתיים .להשוות בין שיטות שונות לביצוע תהליך תעשייתי

54

להכיר ולהבין גרפים המתארים את מסיסות החומרים השונים במים כתלות בטמפרטורה.


, במפעל KBrO3(s) , ואשלגן ברומטי, NaBrO3(s)נתרן ברומטי, השאלה עוסקת בייצור "תרכובות ברום" ברמת חובב.

(:1 תגובה ) מבוסס עלNaBrO3(s)תהליך הייצור של (1) 3Br2(l) + 6Na+

(aq) + 6OH(aq) 6Na+

(aq) + BrO3(aq) + 5Br

(aq) + 3H2O(l)

(, במכל התגובה מתרחשות תגובות לוואי אחדות, שבחלקן נוצרים יוני1נוסף לתגובה )BrO

(aq) . Brיונים אלה וגם יוני

(aq)( ובתגובות הלוואי, אינם רצויים בתהליך1 , הנוצרים בתגובה ) ייצור זה.

(84 )הציון סעיף א'הניצולת של תהליך הייצור נמוכה יחסית. הסבר מדוע.

55



iiיישוםיישוםiג

iiאנליזהיישוםדיישוםiה

iiאנליזה

חימום

5745

010

2030

405060

7080

90100

i ii

התשובה: : מתרחשות תגובות לאאוהניצולת נמוכה, כי מתקבלים תוצרי לוואי לא רצויים )

רצויות(.


הציון גבוה. התלמידים הבינו שאם בתהליך תעשייתי מתרחשות תגובות לוואיומתקבלים תוצרי לוואי, הניצולת תהיה נמוכה.

הטעויות המעטות שאותרו מצביעות על חוסר הבחנה בין המרה לניצולת:"הניצולת נמוכה, כי לא כל כמות המגיבים הגיבה בתהליך."•

(51 )הציון סעיף ב'BrOיש שתי שיטות להקטין את כמות יוני

(aq): ) . מתרחשת תגובה NH4Br(s)בשיטה הראשונה מוסיפים למכל התגובה אמוניום ברומי,

2:)(2) 2NH4Br(s) + 3BrO

(aq) + 2OH(aq) 5Br

(aq) + N2(g) + 5H2O(l)

(:3בשיטה השנייה מחממים את התמיסה. מתרחשת תגובה )(3) 3BrO

(aq) 2Br(aq) + BrO3

(aq)

(45 )הציון iתת-סעיף

56

ציין יתרון תעשייתי אחד של השיטה השנייה על פני השיטה הראשונה.

התשובה: מהיתרונות:אחד

BrO3- מתקבל תוצר רצוי - יוני (aq).

- לא מכניסים חומר נוסף, למכל התגובה.- לא נוצר גז הגורם לעלייה בלחץ בתוך המכל.


(57 )הציון iiתת-סעיף במפעל "תרכובות ברום" בחרו לפעול על פי השיטה הראשונה. הסבר מדוע.

התשובה:השקעת אנרגיה נמוכה יותר )כי אין צורך בחימום(.


בשני התת-סעיפים הציונים נמוכים. תלמידים רבים לא הצליחו להשוות בין שיטותBrOלהקטנה של כמות יוני תעשייתיות

(aq) לא מכירים. הסיבה לכך היא שתלמידים אלה מספיק את הפתרונות התעשייתיים לבעיות הייצור. התלמידים שטעו התקשו לנתח את

מפעלהיתרונות והחסרונות של כל אחת מהשיטות כדי להסביר את הבחירה שנעשתה ב "תרכובות ברום", וציינו דברים לא מתאימים כיתרונות של השיטה השנייה בתת-סעיף ב'

i: קצרה יותר."(3)"תגובה •OH אין יוני (3)"בתגובה •

(aq)".מסוכנים "השיטה השנייה מהירה יותר."•

במפעלהתלמידים שהתקשו להסביר מדוע, למרות היתרונות של השיטה השנייה, ב"תרכובות ברום" בחרו בשיטה הראשונה, כתבו הסברים לא הגיוניים:

"בתגובה נפלט חנקן שלא מזיק לסביבה."•"אמוניום ברומי מתקבל מברום המיוצר בארץ."•

57

A(aq) B(aq)

מתקןהפרדה

C(s)לייבוש

C(s)

NaCl(aq) NaCl(aq)

תערובת התוצרים

מתקןIII

H2O(l)

A(s)

H2O(l)

B(s)מתקן

IמתקןII

שלב ראשון שלב שני

60

85

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(.4 מבוסס על תגובה )KBrO3(s)תהליך הייצור של (4) K+

(aq) + Cl(aq) + Na+(aq) + BrO3

(aq) KBrO3(s) + Na+

(aq) + Cl(aq)

.KBrO3(s)לפניך תרשים זרימה של ייצור

(75 )הציון סעיף ג'

(85 )הציון iתת-סעיף . A , B , Cזהה את החומרים

58

התשובה:A - NaBrO3 :או A - KCl

B - KCl B - NaBrO3

C - KBrO3 C - KBrO3


הציון גבוה. רוב התלמידים הצליחו לזהות את החומרים על פי תרשים הזרימה הנתון.תלמידים מעטים לא הצליחו לזהות את התוצר.

(60 )הציון iiתת-סעיף .I , II , IIIזהה את התהליכים המתרחשים במתקנים

התשובה: במים.KCl(s) ושל NaBrO3(s) מתרחשים תהליכי ההמסה של II ובמתקן Iבמתקן .KBrO3(s) מתרחשת תגובת השיקוע של IIIבמתקן


הציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים התקשו להבין את תרשים הזרימה. רוב , אך לא הבינוI , IIאת התהליכים המתרחשים במתקנים התלמידים שטעו זיהו נכון

, וכתבו שבמתקן זה מתרחשתKBrO3(s)מתרחשת תגובת השיקוע של IIIשבמתקן הפרדת התוצרים.

(70 )הציון סעיף ד' .KCl(aq) הגיבה עם כמות מתאימה של תמיסת NaBrO3 מול 600תמיסה המכילה

מול459התקבלו KBrO3(s) פרט את . חשב את אחוז ההמרה בתהליך. 85% . אחוז הניצולת בתהליך הוא

.חישוביך

התשובה:

59

= 540 mol 459 mol 100%

85%

100% = 90%540 mol 600 mol

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

NaBrO3

NaCl

KClKBrO3

טמפרטורה(oC)

מסיסותגרם מלח)

( גרם מים100ב-

ניצולת:100% שהיו צריכים להתקבל ב- KBrO3(s)מספר המולים של

שהגיבוNaBrO3 , לכן מספר המולים של 1:1יחס המולים בניסוח התגובה הוא mol 540בפועל:

אחוז ההמרה:


חלק מהתלמידים התקשו בהבנת המושגים "המרה" ו"ניצולת". הם לא הבחינו בין כמות החומר שהוכנסה למכל התגובה לבין כמות החומר שהגיבה בפועל. היו

תלמידים שדילגו על אחד משלבי החישוב. בנוסף הופיעו טעויות בחישוב מספרהמולים של חומר ובחישוב האחוזים.

(72 )הציון סעיף ה' ( כתלות4הגרף שלפניך מתאר את המסיסות של המגיבים והתוצרים בתגובה )

בטמפרטורה.

60

59

92

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(92 )הציון iתת-סעיף . הסבר80oC-75oCמבצעים את השלב הראשון של תהליך הייצור בטווח טמפרטורה של

מדוע.

התשובה: , כי )על פי הגרף( בטווח80oC-75oCמבצעים את השלב הראשון בטווח טמפרטורות

זה מסיסות המגיבים במים גבוהה.


הציון גבוה מאוד. כמעט ולא היו טעויות.

(59 )הציון iiתת-סעיף .נמק ? 50oC-40oC או 15oC-10oCבאיזה טווח טמפרטורות עדיף לבצע את השלב השני,

התשובה: במיםKBrO3(s)בטווח זה מסיסות התוצר . 15oC-10oCעדיף לבצע בטווח טמפרטורות

נמוכה מאוד, ואילו מסיסות החומרים האחרים בתמיסה גבוהה. רק התוצר שוקע.


הציון נמוך. תלמידים רבים התקשו לקבוע טווח טמפרטורות שבו עדיף לבצע את השלב השני, כי לא קישרו בין מצב צבירה של התוצר לבין טווח טמפרטורות מתאים, לא הצליחו

61

, ולכן בחרו בטווח הלא15oC-10oCלהשוות בין מסיסות החומרים בטווח טמפרטורות נכון.

חלק מהתלמידים בחרו בטווח הנכון, אך לא יכלו לנמק את קביעתם.

נמוכים. הסיבה לכך היא כנראה חוסר3-4הציונים של חלק מהסעיפים בשאלות הבנה של היבטים טכנולוגיים הקשורים בתהליכים התעשייתיים, חוסר העמקה

מספקת בלימוד הנושא. במקרים רבים התלמידים משננים מערכת של סיסמאות שאותן הם משבצים בתשובותיהם. חוסר הבנה של המושגים "המרה" ו"ניצולת" גורם לטעויות גם בשאלות חישוב וגם בשאלות הדורשות יישום, כגון כיצד להגדיל

המרה וניצולת. מומלץ להקצות זמן להוראה וללמידה ולהרבות בתרגול, להבהיר את המושגים

הבעייתיים, לבקש מהתלמידים לצייר תרשימי זרימה של תהליכים תעשייתיים, לנתח כל תהליך, להביא דוגמאות לשילוב של כל אחד מפרקי הסילבוס כפי שהוא בא

לידי יישום בתעשייה הכימית. הנושא התעשייתי הוא אינטגרטיבי וכולל יישום של עקרונות וידע שנלמדים בכל

הנושאים האחרים. מומלץ להדגיש שההמרה מתייחסת למגיבים בלבד ולהסביר לתלמידים שיש להבחין

המרה, לבין100%בין תגובות המתרחשות עד תום, שבהן יש אפשרות להגיע ל- 100%תגובות שמגיעות למצב של שיווי-משקל. בתגובות אלה אי אפשר להגיע ל-

המרה. מומלץ להדגיש שהניצולת מתייחסת לתוצרים בלבד ולהסביר את הקשר בין תגובות

לוואי ותוצרי לוואי לבין ניצולת. להבהרת המושגים: המרה וניצולת ומשמעותם מומלץ להיעזר בנספח א' לספר

לימוד "לא על הברום לבדו" מאת ד"ר מירי קסנר, מכון ויצמן למדע. כמו כן, מומלץ לעבור על ההמלצות שלנו בחוברת ניתוח בגרות השלמה תשע"ב,

סעיף ה'.3שאלה

62

7487

77

50

71

ו ה ד ג ב א 0

10

2030

405060

7080

90100

38

41-5416%

0-4011%

55-8451%

85-10022%

5שאלה פולימרים

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


69696467ציון


מהתלמידים

63

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לדעת מהו פיתול אקראי של שרשרות הפולימר.להכיר את הגורמים המשפיעים על יכולת הפיתול של שרשרות הפולימר ,להכיר את המושג: טמפרטורה זגוגית Tgשל פולימר, וגורמים המשפיעים על ,

.Tgערכו של -לקשר בין ערך הTgשל הפולימר לבין המרחק הממוצע בין קצות השרשרת

של הפולימר. ,להכיר את המושג: טמפרטורת היתוך Tmשל פולימר, וגורמים המשפיעים על ,

.Tmערכו של להעריך אם טמפרטורה היתוך של פולימר מסוים גבוהה או נמוכה - על פי

סדירות שרשרותיו, חוזק אינטראקציות בין שרשרות וצפיפות האריזה.להכיר את תהליך ההידרוליזה של פולימרים שהתקבלו בשיטת דחיסה, ואת

החומרים והתנאים הדרושים כדי לבצע תהליך זה. נוסחאות של תוצרי ההידרוליזה שבמהלכה מתפרק עמוד השדרה שללרשום

הפולימר..להבין את תיאור התהליך הלא מוכר ולענות על השאלות עליו.לדעת מאפייני פולימרים המתאימים לייצור סיבים.לדעת מהי ההכוונה של האזורים הגבישיים בפולימר לפני ואחרי המתיחה .להכיר את המושגים: חומר מצליב, קשרי צילוב, פולימר מוצלבלרשום נוסחת מבנה של קטע מייצג לפולימר מוצלב, כשנתונות נוסחאות של

פולימר ושל חומר מצליב.


64


יישוםiאiiיישום

יישוםבהבנהגיישוםiד

iiאנליזההבנהiה

iiיישוםיישוםו

―C― ―C―O―CH2―CH2―O―

O―

―

―C― ―C―O―CH2―CH2―O―

―C―CH2―C―O―CH2―CH2―O― ( )4

62

82

010

2030

405060

7080

90100

i ii

השאלה עוסקת בפוליאסטרים אחדים. .I-IIIבטבלה שלפניך מוצגים נתונים על שלושה פוליאסטרים,

מספרהפולימ

ר

שםהפולימר

טמפרטורנוסחת היחידה החוזרת של הפולימרה

Tgזגוגית, (oC)

טמפרטורת

Tmהיתוך, (oC)

Iפוליאתילןאדיפט

(PEA )

4550

IIפוליאתילן טרפתאלט

(PET)

70265

IIIפוליאתילן נפתלט

(PEN)

120270


65

(82 )הציון iתת-סעיף , המרחק הממוצע בין קצות השרשרת גדול יותר? II או Iבאיזה מהפולימרים,

.נמק את קביעתךהנח שאורך השרשרות בשני הפולימרים דומה.

התשובה: גדול יותר.II - PETהמרחק הממוצע בין קצות השרשרת בפולימר

יוצרות קטעים קשיחיםPETהטבעות הבנזניות בעמוד השדרה של שרשרות ה- שמגבילים את הפיתול האקראי וגורמים להתיישרות השרשרות.

: הקבוצות המתילניות מאפשרותאו אין קטעים קשיחים )I - PEAבשרשרות הפולימר פחות מפותלות והמרחק הממוצע בין קצותPETפיתול אקראי(. לכן שרשרות של

השרשרות גדול יותר.


של פולימר ואת הגורמים המשפיעים עלTgרוב התלמידים ידעו את משמעות המושג של הפולימר לביןTg. הם הצליחו לקשר בין ערך ה- Tgערכו של

המרחק הממוצע בין קצות השרשרת של הפולימר. יחד עם זאת אותרוטעויות משני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1 גדול יותר, כי בפולימר זה יש בשלד השרשרתI"המרחק הממוצע בין קצות השרשרת בפולימר •

." CH2–מספר רב יותר של קבוצות קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2 גדול יותר, כי הקשרים בשרשרות יותרII"המרחק הממוצע בין קצות השרשרת בפולימר •

חזקים."או בנימוק חלקי - דילוג על שלבים אחדים בנימוק:

•"Tg של פולימר II".גדול יותר, לכן המרחק הממוצע בין קצות השרשרת בפולימר זה גדול יותר יש טבעות בנזן, לכן המרחק הממוצע בין קצות השרשרת בפולימר זה גדול יותר."II"בפולימר •

66

מומלץ להבהיר לתלמידים את המושגים: אורך ממוצע של שרשרת, שרשרת לאורך השרשרת, שרשרתCCמפותלת באופן אקראי לחלוטין, תרומת קשר

פרושה, שרשרת מפותלת עם הגבלות - בליווי תרגול ושימוש במודלים שונים. אפשר לבנות מודל הפולימר ממקלות ארטיק ומסמרים קטנים, בצורת זיגזג, ולחשב

אורך השרשרת ותרומה של כל מקל לאורך. הניסוי המומלץ הוא "מהלך השיכור" מספר לימוד "מקרומולקולות" מאת אילן

לולב, מכון ויצמן למדע. אפשר להסביר מושג פיתול השרשרת שהוא אקראי לחלוטין בעזרת ניסוי נוסף: קיפולו של תיל נחושת באופן אקראי במרחב, לאחר מכן אפשר

למדוד את המרחק בין קצוות התיל.

(62 )הציון iiתת-סעיף . I של פולימר Tm גבוה מערך ה- II של פולימר Tmהסבר מדוע ערך ה-

התשובה:

לא. PEA יכולות להתארגן באריזה צפופה, בעוד ששרשרות ה- PETשרשרות ה- חזקות יותר.PETאינטראקציות ון-דר-ואלס בין שרשרות ה-


Tmהציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים התקשו להסביר את ההבדל בערכי ה-

.Tmשל שני הפולימרים, כי לא ידעו מהם הגורמים המשפיעים על ערכו של להתארגן באריזהPETהתלמידים שטעו לא התייחסו ליכולת השרשרות של

צפופה ולחוזק היחסי של אינטראקציות ון-דר-ואלס הפועלות בין שרשרות הפולימרים. כמעט כל התלמידים שטעו הזכירו את הטבעות הבנזניות, אך לא

של שניTm לבין ההבדל בערכי ה- PETהצליחו לקשר בין נוכחותן בשרשרות שלהפולימרים. הטעויות האופייניות הן:

- התייחסות להבדל בין מידת הפיתול האקראי של שרשרות הפולימרים של הפולימרים, ולא של ה-Tgהדבר מתאים להסבר הבדלים בערכי ה-

Tm : יש טבעות בנזן המונעות פיתול אקראי."II"...כי בפולימר • התייחסות לטבעות הבנזניות בפולימרII :בשלד השרשרת כאל קבוצת צד

67

יש קבוצות צד נפחיות - טבעות בנזניות."II"...כיוון שבפולימר •התייחסות לקשרים קוולנטיים תוך מולקולריים כאל קשרים שניתקים בתהליך

ההיתוך: ממוצקII"...כי הקשרים בטבעות בנזניות הם חזקים וקשה לפרק אותם במעבר של פולימר •

לנוזל."

(87 )הציון סעיף ב' .II של פולימר Tg גבוה מערך ה- III של פולימר Tgהסבר מדוע ערך ה-

התשובה: גדולים יותר. כל קטע מכיל שתיIII - PENהקטעים הקשיחים בשרשרות של פולימר

טבעות בנזניות.המגבלות לפיתול האקראי של שרשרות גדולות יותר.


הציון גבוה. רוב התלמידים הבינו שככל שקטעים קשיחים בשרשרות הפולימר גדולים יותר, הגבלות לפיתול אקראי של שרשרות הפולימר גדולות יותר. הטעויות

של פולימר:Tgהמעטות שאותרו נובעות מחוסר הבנה של משמעות המושג: מורכבות מיחידות גדולות יותר וקשה יותר לפרק את הקשרים ביןIII"...כי שרשרות פולימר •

יחידות אלה."

,Tgבסעיפים א'-ב' הופיעו טעויות הנובעות מחוסר הבחנה בין טמפרטורה זגוגית, , של הפולימר, ובין הגורמים המשפיעים עלTmוטמפרטורת היתוך,

.Tm ו- Tgערכים של Tm ו- Tgמומלץ להיעזר במפות מושגים של גורמים עיקריים המשפיעים על ערכי

של פולימרים, המופיעות בחוברת ניתוח תוצאות של בחינת הבגרות בכימיה יחידות לימוד תשע"ב.5 ל- 3השלמה מ-

מומלץ להיעזר בדף מידע "פולימרים מאקרו ומיקרו שהכינה ד"ר מלכה יאיון. הדףנמצא באתר של המרכז הארצי למורי הכימיה, בדף:

http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=150

68

http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=150

HO―C― ―C―OH

O―

―

O―

―

―O―C― ―C―O―

O―

―

O―

―

• ―O―CH2―CH2―O― +

―O―C― ―C―O―

O―

―

O―

―

• ―O―CH2―CH2

.II - PETיש שיטות שונות למחזור פולימר

(77 )הציון סעיף ג'אחת השיטות כוללת ביצוע הידרוליזה של הפולימר, ניקוי המונומרים ופלמור מחדש.

רשום את נוסחאות המבנה של תוצרי ההידרוליזה.

התשובה:


רוב התלמידים רשמו נכון את נוסחאות המבנה של תוצרי ההידרוליזה. הטעות האופיינית העיקרית היא רישום נוסחאות של חלקים מיחידה חוזרת במקום

מונומרים:

היו תלמידים שרשמו את נוסחת המבנה של יחידה חוזרת כולה:


HO―CH2―CH2―OH

69

+ nA

[ ]n ―C― ―C―O―CH2―CH2―O―

O―

―

O―

―

+ 2nCH3OH(l)

―C― ―C―O―CH3

O―

―

O―

―

nCH3―O

38

62

010

2030

405060

7080

90100

i ii

היא ביצוע תהליך שנקרא מִחזור כימי: מכניסים אתPETשיטה אחרת למַחְזרֵ הפולימר הגרוס , בעודף, תוך כדי חימום והפעלת לחץ. CH3OH(l)לתוך מתאנול,

מתפרק על פי התגובה:PETהפולימר והזיהומים מתמוססים במתאנול, וה-

(62 )הציון iתת-סעיף .Aרשום את נוסחת המבנה של החומר

התשובה:


HO―CH2―CH2―OH

70

• n ―CH2―O― [ ]

O―

―

O―

―

―C― ―C―O―CH2―CH2―OH HO―CH2―CH2―O

HO―C― ―C―OH

O―

―

O―

―

• CH3 ― ―CH3

COOH

―

• COOH―CH2 ―CH2―CH―COOH

ורשמו נוסחאות כגון:Aהציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים לא הצליחו לזהות חומר • ―O―CH2―O― • H2C = O

• CH3CH2OH • H2 O

חלק מהתלמידים לא שמו לב לכך שהניסוח הנתון הוא מאוזן, ולכן ניתן להגיעלנוסחת התוצר הנוסף בהסתמך על איזון.

(38 )הציון iiתת-סעיף שנוסחתו:Bמפרידים את תוצרי התגובה ממתאנול ומגיבים ביניהם לקבלת החומר

. רשום נוסחת מבנה של PET עובר פלמור עם מונומר נוסף לקבלת Bחומר המונומר הנוסף.

התשובה:


- תוצר התהליךBהציון נמוך במיוחד. תלמידים רבים טעו בקביעה של נוסחת חומר המתואר. הם לא הצליחו להבין ולנתח את המידע הנתון בשאלה. הנוסחאות

השגויות שאותרו הן:• H2C = O

• HO―CH2―OH

• HO―CH2―CH2―OH

• ―O―CH2―O―CH2―O―

• COOH―CH2 ―CH2―OH

71

7767

010

2030

405060

7080

90100

i ii

מומלץ לעבוד עם התלמידים על שאלות מסוג זה: לתאר את התהליך הלא מוכר, לנתח את המידע הנתון, ואז להשלים את הנוסחאות החסרות. אפשר

להיעזר במודלים מסוגים שונים כדי להמחיש את הנתונים. ניתןלהשתמש במידע שבאתרים:

http://www.pslc.ws/macrog/pet.htm

http://ocw.mit.edu/courses/materials-science-and-engineering/3-051j-materials-for-biomedical-applications-spring-2006/lecture-notes/lecture4.pdf

(71 )הציון סעיף ה'PET.משמש בין היתר לייצור סיבים בתעשיית הטקסטיל

(67 )הציון iתת-סעיף שבזכותם הוא מתאים לייצור סיבים.PET מאפייני מבנה של שלושהציין

התשובה:

72



http://www.pslc.ws/macrog/pet.htm

מבין המאפיינים:שלושה- שרשרות קוויות ללא קבוצות צדדיות נפחיות.

- נוכחות טבעות בנזניות יוצרת קטעים קשיחים בשרשרות.- כוחות בין שרשרתיים חזקים.

יכול לספוג לחות.PET- הודות לקבוצות אסטריות, - נוכחות קבוצות מתילניות בשרשרות מקנה לפולימר גמישות.


חלק מהתלמידים התקשו לציין את מאפייני מבנה של הפולימר הנתון שבזכותם הוא מתאים לייצור סיבים. ברוב התשובות השגויות שאותרו צוינו תכונות )נכונות

של הפולימר: מבנהולא נכונות( שלא שייכות למאפייני "פולימר סופג מים."•"הפולימר ארוך וחזק."•גבוהות." Tm ו- Tg"טמפרטורות •"עמידות במתיחה."•"לפולימר יש אפשרות ליצור קשרי מימן."•

היו תלמידים שציינו קבוצות הנמצאות בשרשרות הפולימר, אך לא הבינו שטבעותבנזניות נמצאות בשלד של הפולימר:

"יש לו קבוצות צדדיות נפחיות - טבעות בנזניות."•ושקבוצות מתילניות אינן קשיחות:

קשיחות."CH2-"יש לו קבוצות •

73

I II

מומלץ לתת לתלמידים רשימה של דרישות לסיבים, ולבקש למיין דרישות אלה - לקבוע אילו מהן מהווים מאפייני מבנה של הפולימרים המתאימים לייצור

סיבים ואילו הן תכונות הסיבים: אחוז גבישיות גבוהאזורים צפידים קשרים בין שרשרתיים חזקיםשרשרות ללא קבוצות צדדיות גדולותשרשרות ללא הסתעפויות או הצלבותשרשרות ארוכות וליניאריות גרם למול10000-50000מסה מולרית ערכיTg -ו Tm

23 oC < Tg מתאימים למישוש בסיבים: < 107 oC ; 197 oC < Tm

<

297 oC

ספיגת לחות - :קבוצות היוצרות קשרי מימןCOOH , -CONH , -OH - :קבוצות העשויות ליצור קשרי מימן עם מולקולות המיםCOO גמישותיכולת להיצבע)קבוצות הנקשרות לצבען )קשר קוולנטי או בין מולקולרי

(77 )הציון iiתת-סעיף בתהליך ייצור הסיבים הפולימר עובר מתיחה.

שלפניך מציג נכון את ההכוונה של האזורים הגבישיים I-IIאיזה מהאיורים הסכמתיים .נמק את קביעתךבפולימר לאחר המתיחה?

74

HO―CH2―CH―CH2―OH OH

―

התשובה: . )לפני המתיחה האזורים הגבישיים פזורים בפולימר ללא כיוון מוגדר.(IIאיור

במתיחה )חד-כיוונית( האזורים הגבישיים מסתדרים בכיוון ציר האורך.


רוב התלמידים זיהו נכון את האזורים הגבישיים, שמסתדרים בכיוון ציר האורך באיורII:והסבירו את בחירתם. יחד עם זאת אותרו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים ,קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1 , כיוון שאזורים אלה כבר אינם נמתחים ולא משנים את צורתם."I"איור •קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2 , כי המתיחה כבר לא משפיעה על אזורים אלה."II"איור • , כיוון שאזורים גבישיים קרובים יותר אחד לשני."II"איור •

(38 )הציון סעיף ו' מפוליאסטר מוצלב מייצרים ציפויים למוצרי עץ. כדי לקבל פוליאסטר מוצלב, לשני

המונומרים מוסיפים גליצרול, , במהלךPETשל

הפלמור.

רשום קטע מייצג של הפוליאסטר המוצלב שמתקבל בפלמור.

התשובה:

75

――C― ―C―O―CH2―CH―CH2―O―C― ―C―O―CH2―CH2―O――

O―

―

O―

―

O―

―

O―

―

O

C O

C O

O―

―

• ―C― ―C―O―CH2―CH―CH2―

O―

―

―

―

O O―

―

―C― ―C―O―CH2―CH―CH2―

O―

―

OH ―

O―

―

• ―C― ―C―O―CH2―CH―CH2―

O―

― O―

―

―C― ―C―O―CH2―CH―CH2―

O―

― OH

―

―C― ―C―O―CH2―CH2―

O―

―

―

• ―C― ―C―O―CH2―CH2―

O―

― ―

CH2

―

CH2

CH―OH ―


הציון נמוך במיוחד. רוב התלמידים התקשו לרשום קטע מייצג לפולימר מוצלב. ניתןלמיין את הטעויות האופייניות שאותרו בסעיף זה לשני סוגים עיקריים:

טעויות בשילוב מולקולות של חומר מצליב בשרשרות הפולימר:.1

טעויות ברישום הקטע המצליב לאחר שילוב נכון של מולקולות חומר מצליב.2בשרשרות הפולימר:

76

6580

62

53

89

64

ו ה ד ג ב א 0

10

2030

405060

7080

90100

41-5412%

0-4011%

55-8446%

85-10031%

6שאלה פולימרים

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


68707070ציון


מהתלמידים

77

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לקבוע את שיטת הפלמור שבה התקבל הפולימר על פי הקטע המייצג הנתון.להכיר את שיטת הדחיסה לקבלת פולימר, יצירת קשר אמידי .לרשום את נוסחאות המונומרים שמהם התקבל הפולימר הנתון בשיטת דחיסה.לדעת מהו תפקיד הזרז בתגובת דחיסה.לבצע חישובים סטויכיומטריים .לדעת את התנאים הדרושים למסיסות של פולימרים במים .להכיר את המושגים: חומר מצליב, קשרי צילוב, פולימר מוצלב.לדעת את ההבדלים בין פולימר ליניארי ופולימר מוצלב .להעריך כושר ספיגה של פולימרים, כולל פולימרים מוצלבים


דנדרימרים הם פולימרים כדוריים הנוצרים בפלמור על ידי דחיסה, בתהליך רב-שלבי. הנוצרת בשלבים הראשונים של הפלמורAלפניך נוסחת מבנה של מולקולה

לקבלת הדנדרימר.

78



iiיישוםהבנהiג

iiהבנהיישוםדיישוםהיישוםiו

iiאנליזה

(65 )הציון סעיף א' נוצרת בתגובת דחיסה בין מולקולה מרכזית ובין ארבע מולקולות של מונומרAמולקולה

X . .Xרשום נוסחת מבנה למולקולה של מונומר

התשובה:H2NCH2CH2NH2


הציון נמוך, הופיעו נוסחאות שגויות רבות. חלק מהתלמידים לא הצליחו לקבוע מהו , חלקם לא הבינו כנראה את השאלה כראוי, היו שהתקשו לעבודXמונומר

עם ייצוג מקוצר לנוסחת מבנה של הפולימר.דוגמאות לטעויות:

• H2NCH2CH2COOH

• H2NCH=CHNH2

• HOCH2CH2CONH CH2CH2NH2

79

7782

010

2030

405060

7080

90100

i ii

אנו ממליצים לתרגל עם התלמידים בכיתה דוגמאות לתהליך דחיסה דומה, כלומר דחיסה של מספר מונומרים עם מולקולה מרכזית. מומלץ להוסיף שלבים לפתרון השאלה:

: לזהות את הקשר האמידי.I- שלב : לשים לב כי ישנם ארבעה קשרים אמידים.II- שלב : "לפרק" את הקשר האמידי ובכך לקבל את נוסחת המונומר הרצוי.III- שלב

בתגובתY נקשרת לארבע מולקולות של מונומר Aבהמשך התהליך הרב-שלבי, מולקולה דחיסה.


(82 )הציון iתת-סעיף ,HO(CH2)3OH , H2N(CH2)3NH2 , HOOC(CH2)3COOHאיזה משלושת המונומרים:

.נמק? Yמתאים להיות מונומר

התשובה:HOOC(CH2)3COOH

)הקצהAקצה אחד של מולקולת דו-חומצה יוצר קשר אמידי עם מולקולה השני ייצור בהמשך קשר עם דו-אמין(.

.A: מולקולות המונומר יוצרות קשרים אמידיים עם מולקולה או

80


רוב התלמידים קבעו נכון את המונומר המתאים על פי עקרונות של תגובת דחיסה. יחד עם זאת אותרו טעויות. הטעות האופיינית העיקרית היא הבחירה

, המצביעה על חוסר ידע והבנה - מהן הקבוצותH2N(CH2)3NH2במונומר הפונקציונליות שצריכות להיות למונומרים כדי שיתאימו לתגובת דחיסה:

הוא מסוגל להיקשר לקבוצות אמיניות על ידי מסירת. H2N(CH2)3NH2 "מונומר •המימנים בקצוות שלו."

מתקשר לקשר אמידי."Y מכיוון שמונומר Yמתאים להיות מונומר H2N(CH2)3NH2"המונומר •

אתרים במכילים אנימציה המדגימה את צמיחת דנדרימר:https://www.youtube.com/watch?v=gXX5nnqsXCI

http://www.dendritech.com/pamam.html

(77 )הציון iiתת-סעיף . הסבר מדוע.Y אינו מתאים להיות מונומר CH3(CH2)3COOHהמונומר

התשובה: ,Aהקצה הקרבוקסילי של המונומר הנתון יכול ליצור קשר אמידי עם מולקולה

הקצה השני)המתילי( לא יוכל להמשיך את תהליך הפלמור.


רוב התלמידים ידעו שבפלמור על ידי דחיסה מגיבים מונומרים עם שתי קבוצות פונקציונליות בכל מולקולה, והסבירו נכון את חוסר ההתאמה של המונומר

CH3(CH2)3COOH להיות מונומר Yאך היו תלמידים שכתבו . הסברים לא נכונים:

."NH2 -לא מגיבה עם קבוצת COOH-"מונומר זה אינו מתאים כי קבוצת •

81

http://www.dendritech.com/pamam.html

https://www.youtube.com/watch?v=gXX5nnqsXCI

מומלץ לתרגל עם התלמידים את תגובות דחיסה לקבלת פולימרים.מצורף דף תרגול מתאים:

1 שאלה לפניך שני קטעים מייצגים של פולימרים שהתקבלו בשיטת דחיסה:

I. ―OCH2CH2OCOCH2COOCH2CH2OCOCH2CO―

II. ―CO(CH2)4CONHCH2C6H4CH2NHCO(CH2)4CO―

ציין את תנאי הפלמור לקבלת הפולימרים הנתונים. א.עבור כל אחד מהפולימרים הנתונים רשום:ב.

i .נוסחת מבנה של יחידה חוזרתii .נוסחאות מבנה של המונומרים

2 שאלה לפניך נוסחאות של חמישה מונומרים:

(1) H2N(CH2)2COCl

(2) HOOCC6H4OH

(3) HOOC(CH2)3COOH

(4) H2N(CH2)2NH2

(5) HOC6H4OH

רשום את נוסחאות המבנה של הפולימרים הבאים: (.1פולימר שהתקבל ממונומר )א.(.2פולימר שהתקבל ממונומר )ב.(.4( ו- )3פולימר שהתקבל ממונומרים )ג.(.5( ו- )3פולימר שהתקבל ממונומרים )ד.

3 שאלה ניתן לקבל שני פולימרים שונים.H2NCH2CH=CHCH2COOHמהמונומר

רשום נוסחת מבנה ליחידות חוזרות של שני הפולימרים.א.עבור כל פולימר ציין שיטת פלמור שבה התקבל הפולימר.ב.


82

54

80

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(80 )הציון iתת-סעיף ?Y ובין מולקולות של מונומר Aמהו סוג הקשרים שנוצרו בין מולקולה

התשובה:קשרים אמידיים.


רוב התלמידים קבעו נכון את סוג הקשרים, אך הופיעו גם טעויות, הנובעותמחוסר הבנה של שיטת הפלמור על ידי דחיסה:

"קשרי צילוב."•180o"הקשר שנוצר הוא קשר כיווני •

, לכן נוצר קשר מימני." "קשרי ון-דר-ואלס וקשרי מימן."•

(54 )הציון iiתת-סעיף בתגובת הדחיסה מוסיפים זרז. הסבר מה תפקידו של הזרז.

התשובה:זרז מאפשר לתגובה להתרחש במנגנון שונה בו אנרגיית שפעול נמוכה יותר.

: לתגובה אנרגיית שפעול גבוהה, ולכן נדרש זרז.או


83

132grmol

517 + 4132 418 = 973 grmol

grmol

grmol

grmol

הציון נמוך. תלמידים רבים לא ידעו מהו תפקיד הזרז, למרות שנושא זה נלמדביסודיות בפרק החובה.

הטעויות שאותרו נובעות מחוסר הבנה של תפקיד הזרז בכלל ובתגובת דחיסהבפרט:

"תפקיד הזרז הוא ליצור קשרי צילוב בין שרשרת לשרשרת."•"בעזרת הזרז נוצרים קשרים בין מונומרים."•"תפקיד הזרז הוא לגרום לקבלת הפולימר."•

(53 )הציון סעיף ד' גרם למול. 517 היא Aהמסה המולרית של חומר המורכב ממולקולות

פרט את ? Yמהי המסה המולרית של חומר המתקבל אחרי הוספת מונומר .חישוביך

התשובה:

Y :(HOOC(CH2)3COOH)המסה המולרית של מונומר מול4 מול מונומר ונפלטים 4 , מתווספים A)לכל מול חומר, המורכב ממולקולות

מולקולות מים(.המסה המולרית של החומר המתקבל:


הציון נמוך. רוב הטעויות נובעות מחוסר הבנה של תגובת הדחיסה המתרחשת כשמולקולהA נקשרת לארבע מולקולות של מונומר Yהטעות העיקרית שאותרה היא .

מול מולקולות4 מול מונומר ונפלטים 4התעלמות מכך שבתגובת הדחיסה מתווספים מים:

• 517 + 134 = 651 gr

• 517 + 134 18 = 633 gr/mol

• 517 + 4134 = 1053 gr/mol

84

, כולל רישום Yמומלץ לבקש מהתלמידים לנסח את שלב ההוספה של מונומר נוסחת מבנה של

הפולימר המתקבל לאחר התגובה.

(89 )הציון סעיף ה' אחד השימושים של דנדרימרים הוא אגירה של תרופות והובלתן בכלי הדם לאיבר

פגוע. . Aלמולקולה של דנדרימר יש מבנה דומה למבנה של מולקולה

הסבר מדוע יש לדנדרימר מסיסות גבוהה במים )המצויים בדם(.

התשובה: דנדרימר מתמוסס היטב במים )בדם(, כי במולקולות שלו יש מוקדים רבים ליצירת

קשרי מימן עם המים. : נוצרים קשרי מימן בין אטום המימן החשוף מאלקטרונים במולקולה של המים)או

לבין זוג אלקטרונים בלתי קושר על אטום החמצן או על אטום החנקן במולקולה סמוכה של

הדנדרימר.(


הציון גבוה. התלמידים ידעו את התנאים הדרושים למסיסות של פולימרים במים.אותרו טעויות מעטות בהסברים על קשרי מימן:

"קשרי מימן נוצרים בין אלקטרון לא קושר של חמצן במולקולת הדנדרימר לבין אלקטרון•בלתי מזווג של מימן."

תלמידים מעטים כתבו סיסמה:"קוטבי מתמוסס בקוטבי."•

85

5969

010

2030

405060

7080

90100

i ii

―

―

―

― ―N―CH2―CH2―N―C―CH2―CH2―CH2―C― ―

H

― H

OO

שימוש בדנדרימרים ברפואה:אתרים מומלצים:

http://www.hayadan.org.il/dendrimers-0206082/

http://www.haaretz.co.il/news/health/1.934071

http://www.tbk.co.il/article/316371

סרטונים:https://www.youtube.com/watch?v=Wa_I6A1cnRQ

https://www.youtube.com/watch?v=RBjWwlnq3cA&list=PLB059583D3676221C

(64 )הציון סעיף ו'

(69 )הציון iתת-סעיף . B וליצור פולימר Y יכול להגיב עם מונומר Xמונומר

.Bרשום נוסחת מבנה ליחידה חוזרת של הפולימר

התשובה:

86

http://www.tbk.co.il/article/316371

http://www.haaretz.co.il/news/health/1.934071

http://www.hayadan.org.il/dendrimers-0206082/

NH2


בתת-סעיף זה חלק מהתלמידים רשמו נוסחאות שגויות של יחידה חוזרת, למרות שבסעיפים הקודמים רשמו נוסחאות נכונות של המונומרים. הסיבה לכך היא

חוסר הבנה כיצד מתרחשת תגובת דחיסה: • HNCH2CH2OCH2CH2CH2ONH

• HNCH2CH2OCH2CH2CH2ONH

(59 )הציון iiתת-סעיף .C , וליצור פולימר H2N(CH2)2CHCH2NH2 יכול להגיב עם המונומר Yמונומר

מתמוסס במים, ואילו הפולימר השני תופח במים, אךC ו- Bאחד משני הפולימרים לא

.נמקמתמוסס. קבע איזה משני הפולימרים מתמוסס ואיזה תופח.

התשובה: מתמוסס במים.Bפולימר תופח במים, אך לא מתמוסס.Cפולימר

במהלך ההמסה במים של כל אחד משני הפולימרים, מולקולות המים חודרות ביןשרשרות הפולימר,

נוצרים קשרי מימן בין קבוצות אמידיות לבין מולקולות המים. )הפולימר תופח.( , מולקולות המים מפרידות ומרחיקות את שרשרות הפולימרBבהמסה של פולימר

והוא מתמוסס. הוא פולימר מוצלב. תהליך ההמסה שלו במים נעצר בשלב התפיחה, כיCפולימר

מולקולות המים לא יכולות להפריד בין שרשרותיו הקשורות בקשרים קוולנטיים.


87

שיטות צילוב

לאחר הפלמור בזמן הפלמור

פולימר שמתקבלבשיטת דחיסה

פולימר שמתקבלבשיטת סיפוח

:יש להוסיף למונומרים בתנאים מתאימים

אפשר לבצע צילובגם של פולימר שהתקבל בשיטת סיפוח

וגם של פולימר שהתקבל בשיטת דחיסה

צילוב בשיטתפלמור על ידי דחיסה

צילוב בשיטתפלמור על ידי סיפוח

הציון נמוך. כדי להעריך את כושר ספיגת המים ואת מידת המסיסות של פולימרים דרושים מספר שלבי חשיבה: לזהות מוקדים ליצירת קשרי מימן עם

המים, לזהות אפשרות ליצירה של פולימר מוצלב על פי המונומרים הנתונים, לדעתאת ההבדלים במסיסות במים בין פולימר ליניארי לבין פולימר מוצלב.

כפולימר מוצלב. לחלקCהטעות האופיינית העיקרית היא אי-זיהוי של פולימר מהתלמידים טעות זו גרמה לקביעה שגויה:

תופח מפני הוא יוצר מעט קשרי מימן וישנה בו נוכחות גדולה של אזוריםB"פולימר • שמתמוסס במים, מפני שהוא יוצר הרבה קשרי מימן."Cאמורפיים, לעומת פולימר

כאל פולימר עם קבוצות צדCוחלקם קבעו נכון, אך בהסבר התייחסו לפולימר נפחיות:

יש קבוצות צד נפחיות המפריעות למסיסות במים, ולכן הוא רק תופח."C"בפולימר •

הטעויות הנוספות שאותרו הן חוסר הבחנה: בין קשרי מימן בין שרשרות הפולימרים לבין קשרי מימן הנוצרים בין קבוצות

אמידיות של פולימרים לבין מולקולות המים.בין קשרי מימן בין שרשרות הפולימרים לבין קשרים קוולנטיים תוך

מולקולריים.

אנו מביאים סיכום של שיטות צילוב. סכמה זו כוללת חומר העשרה שלא נכלל במסמך הלימה, אך מומלץ לעבור עליה עם התלמידים להבנה

טובה יותר של נושא הצילוב.

88

7שאלה כימיה פיזיקלית - מרמת הננו

למיקרואלקטרוניקהשאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


77746972ציון


מהתלמידים

89

80

61

86

61

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-5411%

0-4013%

55-8440%

85-10036%

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: המושג: אטום מעורר.להכיר את.להתאים היערכות אלקטרונים של אטום לנתונים.לרשום היערכות אלקטרונים של יון.לקבוע מספר אלקטרונים לאטום וליון.לצייר דיאגרמת אכלוס אלקטרונים לפי נתונים.להבחין בין המושגים: היערכות אלקטרונים, דיאגרמת אכלוס אלקטרונים ליישם חוקיות שנלמדה )עיקרון האיסור של פאולי( על מקרים אחרים )כאשר

עיקרון האיסור של פאולי אינו תקף(..לאכלס אלקטרונים באורביטלים לפי חוקיות חדשה להתאים בין היערכות האלקטרונים באורביטלים למיקום היסוד בטבלה

מחזורית.לקבוע כמה יסודות אמורים להיות בשורה בטבלה המחזורית ובאיזה טור אמור

להיות יסוד מסוים לפי חוקיות חדשה..לחשב אנרגיה לפי אורך גל.להבין את ההבדל בין אנרגיית יינון למול חומר לבין אנרגיית יינון לאטום אחד.להשתמש בערך של מספר אבוגדרו

.לחשב תדירות לפי אנרגיה, כאשר האנרגיה נתונה ביחידות של קילוג'אול למול


90

79 79 83

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

, הוא מוליך למחצה ומשמש לייצור שבבים אלקטרוניים. Si(s)צורן )סיליקון(, השימוש הנפוץ של יסוד זה בתעשיית השבבים בא לידי ביטוי בשם "עמק הסיליקון"

שנמצא בקליפורניה, ארצות-הברית.

(80 )הציון סעיף א' , לרישום היערכות אלקטרונים באטומי צורן.b ו- aלפנייך שתי אפשרויות,

a: 1s2 2s2 2p6 3s2 3px1 3py

1

b: 1s2 2s2 2p6 3s13px1 3py

1 3pz1

(79 )הציון iתת-סעיף .נמקקבע איזו מן האפשרויות מתאימה לאטום צורן מעורר.

91



iiiיישוםיישוםiב

iiיישוםiiiיישוםivיישום

יישוםגיישוםד

אנרגיה

2s

3s

1s

3p

2p

1s 2s 2p 3s 3p

התשובה:b . 3אלקטרון "קפץ" מרמהs 3 לרמהp( או , לכן זהו מצב עם אנרגיה יותר גבוהה:

מצב מעורר(.

.הבנהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא הציון אינו גבוה למרות שזהו תת-סעיף קל יחסית.

ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים: .קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי או חלקי .קביעה שגויה וניסיון לנמקה

(79 )הציון iiתת-סעיף צייר דיאגרמה של אכלוס אלקטרונים באטום צורן מעורר.

התשובה:דיאגרמת אכלוס אלקטרונים של אטום צורן מעורר:

:או

.(4s: כל אפשרות אחרת נכונה, גם אפשרות שהאלקטרונים עוברים לרמה או)


92

2 2 6 2 1 1

5665 65

55

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii iv

טעויות אופייניות:.אי רישום אורביטלים:סימון מספרי אלקטרונים בלבד במשבצות

(83 )הציון iiiתת-סעיף במצב יסוד.+Si2רשום היערכות אלקטרונים ביון

התשובה:1s22s22p63s2:1 אוs22s22px

22py22pz

23s2


טעויות אופייניות שאותרו:.רישום היערכות אלקטרונים ליון במצב מעורר אלקטרונים.16רישום היערכות אלקטרונים לאטום עם

3בהנחה שעקרון האיסור של פאולי אינו נכון, וכל אורביטל יכול לאכלס אלקטרונים:



93

. נמקכמה יסודות היו נכללים בשורה הראשונה במערכה המחזורית?

התשובה:שלושה יסודות.

1sבשורה הראשונה נמצאים יסודות שבאטומים שלהם יש אלקטרונים באורביטל

בלבד.


הציון נמוך.טעויות אופייניות:

:קביעה נכונה עם הסבר לא מדויק אלקטרונים."3"שלושה יסודות, כי בשורה הראשונה מאכלסים •.קביעה שגויה וניסיון לנמקה

(65 )הציון iiתת-סעיף . נמקכמה יסודות היו נכללים בשורה השנייה במערכה המחזורית?

התשובה: יסודות.12

. בכל אורביטל יכולים2p ושלושה אורביטלים 2sבשורה השנייה יש אורביטל אחד להיות

יסודות. 3 4 = 12 אלקטרונים, ולכן יהיו בשורה השנייה 3


הציון נמוך.הטעות האופיינית הייתה קביעה שגויה וניסיון לנמקה.

(55 )הציון iiiתת-סעיף

94

3רשום את היערכות האלקטרונים באטום הצורן שבו כל אורביטל יכול לאכלס אלקטרונים.

התשובה: אלקטרונים.(14)לאטום צורן

היערכות האלקטרונים שלו היא:1s32s32p8:1 אוs32s32px

32py32pz

2


הציון נמוך.טעות אופייניות:

רישום היערכות אלקטרונים באופן המוכר לפי עיקרון האיסור של פאולי: • 1s22s22px

22py22pz

23s23px1

(56 )הציון ivתת-סעיף .נמקלאיזה טור היה משתייך היסוד צורן?

התשובה: :או אלקטרונים ברמה החיצונית )11 . לפי הכלל החדש יש לאטום הצורן 11טור

ברמה השנייה(.


הציון נמוך. תלמידים התקשו לקבוע לאיזה טור ישתייך הצורן.טעויות אופייניות שהתגלו היו בעיקר קביעות שגויות וניסיון לנמקן.

קביעה לדוגמה:."7"צורן יהיה בטור •

או לחלופין:"צורן יהיה הלוגן."•

תלמידים רבים הבינו שלאטום יהיה חסר אלקטרון אחד להשלמת רמה מלאה. עקב 7זאת התאימו לידע קודם שלהם של הטבלה המחזורית וקבעו כי הצורן יהיה בטור

95

E = = 6.9·1019 J 288·109 m

6.63·1034 J·sec 3·108 msec

(E = )hc

שבו מופיעים אטומי יסודות ההלוגנים, שגם להם חסר אלקטרון כדי להשלים לרמהחיצונית מלאה.

קביעה שגויה נוספת:"צורן לא יהיה באף טור."•

טורים בלבד. תלמידים אלו קבעו כי8חלק מהתלמידים מקובעים בחשיבה שקיימים אלקטרונים ברמה האחרונה, ולכן אינו מתאים9לצורן יהיו

לאף טור.

חוקיותמומלץ לגוון את הלימוד התיאורטי בעזרת תרגילים מסוג זה, הדורשים יישום שנלמדה )עיקרון האיסור של פאולי( על מקרים אחרים )כאשר עיקרון

האיסור של פאולי אינו תקף(.אנו מביאים קישורים לאנימציות ולסרטונים המומלצים:

אנימציות של אורביטלים אטומיים:http://www.micromountain.com/sci_diagrams/at_struct/at_struct_pages/banimorb.htm

http://www.micromountain.com/sci_diagrams/at_struct/at_struct_pages/canimorb.htm

אתר עם מספר אנימציות של אורביטלים אטומיים:http://dwb4.unl.edu/chemAnime/atomic_orbits.htm

סרטון "היערכות אלקטרונים על פי מודל בוהר":http://www.youtube.com/watch?v=Tt-LmcD8Iec

Shapes of Atomic Orbitalsסרטון “ “

https://www.youtube.com/watch?v=F-xLQ1WBIlQ

(86 )הציון סעיף ג' בספקטרום הפליטה של אטומי צורן מופיעים, בין היתר, קווי פליטה באורכי הגל

האלה:288 nm, 505 nm , 637 nm , 785 nm

פרט(. UVחשב את אנרגיית הפוטון המתאים לקו הפליטה בתחום אולטרה-סגול ).את חישוביך

התשובה:

.(nm 288)הקו המתאים הוא

96

https://www.youtube.com/watch?v=F-xLQ1WBIlQ

http://www.youtube.com/watch?v=Tt-LmcD8Iec

http://dwb4.unl.edu/chemAnime/atomic_orbits.htm

http://www.micromountain.com/sci_diagrams/at_struct/at_struct_pages/canimorb.htm

http://www.micromountain.com/sci_diagrams/at_struct/at_struct_pages/banimorb.htm

= 1.31·1018 J 6.03·1023790·103 J

= = 19.75·1014 Hz = 1.975·1015 Hz ( = )hE

6.63·1034 J·sec 1.31·1018 J

:או


הציון גבוה. התלמידים ידעו לחשב אנרגיה על פי אורך גל.הטעויות המעטות שאותרו הן:

- 390בחירה באורך גל שגוי nm.והמשך נכון של החישוב .אי התאמת יחידות - מננומטר למטר.אי רישום יחידות

(61 )הציון סעיף ד' קילוג'אול למול. מספר חלקיקים790נתון: אנרגית היינון הראשונה של הצורן היא

במול .1023·6.02חומר -

פרט אתחשב את תדירות הקרינה הנמוכה ביותר שיכולה ליינן את אטום הצורן. .חישוביך

התשובה:

אנרגיית יינון עבור אטום אחד:

97

התדירות המינימלית של הקרינה העשויה ליינן את אטום הצורן:


הציון נמוך. חלק מהתלמידים התקשו בחישוב התדירות.טעויות אופייניות:

.חישוב של אורך גל במקום תדירות כדי להמיר מקילוג'אול לג'אול.1000אי התאמת יחידות - לא כופלים פי .דילוג על מעבר לאטום אחד - לא מחלקים במספר אבוגדרוהתעלמות מנתוני השאלה ושימוש באחד מאורכי הגל שהיו נתונים בסעיף קודם

כאורך גל ליינון. חישוב התדירות על פי אורך הגל שנבחר..טעויות חישוב

, כי לא יודעים1034 או 1018חלק מהתלמידים מתקשים לעבוד עם מספרים כמו להקליד מספרים כאלה במחשבון. לעיתים הם לא מעתיקים

נכון את התשובה מהמחשבון, רושמים למשל 1.3118 J 10·1.31 במקום18 J.

מומלץ לתרגל חישובים עם חזקות במונה ובמכנה בכיתה, באופן מעשי במחשבון ולא להסתמך על ידע קודם שאולי קיים, ובדרך כלל אינו קיים, אצל

התלמידים.

98

86

5466

7892

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א 41-548%

0-4011%

55-8443%

85-10038%

8שאלה כימיה פיזיקלית - מרמת הננו

למיקרואלקטרוניקה

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


74737272ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:להכיר את תחום האור הנראה מתוך הספקטרום הכללי של הקרינה

האלקטרומגנטית.לדעת מהו המיקום של תחום האור הנראה בספקטרום הכללי של הקרינה

האלקטרומגנטית, יחסית לקרינה אולטרה-סגולה ולקרינה אינפרא-אדומה..לקשר בין אורך הגל של הקרינה, תדירות הקרינה ואנרגיית פוטון של הקרינה

99

להכיר את התיאוריה של אורביטלים מולקולריים, כולל במולקולות רב אטומיות של תרכובות אורגניות, עם קשרים כפולים מצומדים. להכיר את המושג:

כרומופור. להכיר את המושגיםHOMO -ו LUMOולקשר בין אורך הכרומופור במולקולה

.LUMO ו- HOMOלבין המרווח האנרגטי בין לקשר בין המרווח האנרגטי ביןHOMO -ו LUMO.במולקולה לבין צבע החומר להבחין בין הקרינה הנבלעת על ידי מולקולה המכילה כרומופור לבין הקרינה

המתפזרת המגיעה לעינינו..לקבוע על פי גלגל הצבעים מהו הצבע המשלים לצבע האור הנבלע לנתח את ספקטרום הבליעה הנתון, לדעת כיצד ניתן לזהות חומר על פי

הספקטרום שלו..להכיר דיודה פולטת אור ועקרונות פעולתה לדעת שאם כל פוטון של הקרינה האלקטרומגנטית הוא בעל אנרגיה הגדולה

מאנרגיה הדרושה לפירוק קשר קוולנטי בין אטומים במולקולה, הקרינהיכולה לפרק את הקשר.


השאלה עוסקת בצבע הכחול.

100



יישוםiבiiאנליזה

יישוםגיישוםiד

iiיישוםיישוםה

8587

010

2030

405060

7080

90100

i ii

E = = 4.37·1019 J (= 2.73 eV) 455·109 m

6.63·1034 J·sec 3·108 msec

(E = )hc

E = = 4.04·1019 J (= 2.53 eV) 492·109 m

6.63·1034 J·sec 3·108 msec


(87 )הציון iתת-סעיף .פרט את חישוביךחשב את טווח האנרגיה של פוטונים של אור כחול.

התשובה:nm - 492 nm 455טווח אורכי הגל:

1019 J - 4.37·1019 J·4.04טווח האנרגיה:

)eV - 2.73 eV 2.53: או )


הציון גבוה. התלמידים ידעו לחשב את טווח האנרגיה של פוטונים של אור כחול, עלפי הנוסחה הנתונה.

יחד עם זאת אותרו טעויות אחדות:

101

• E = = 9.94·1035 J 3·108

6.63·1034 455·109

N

H

N

H

O

O

.)אי זיהוי של טווח אורכי הגל של האור הכחול )למרות גלגל הצבעים הנתון:טעויות בחישוב של אנרגיית פוטון על פי הנוסחה הנתונה

.טעויות חישוב.טעויות ביחידות

(85 )הציון iiתת-סעיף קבע אם תדירות הקרינה בתחום אולטרה-סגול גבוהה מתדירות הקרינה בתחום

האור הכחול או .נמקנמוכה ממנה.

התשובה:גבוהה יותר.

אורכי גל קצרים מאורכי גל של אור כחול. קיים יחס הפוך בין אורך גלUVלקרינת תדירות גבוהה יותר(.UVלתדירות )לכן לקרינת


קיים יחס הפוך בין אורך גל לתדירות ויישמו את הידעהציון גבוה. התלמידים ידעו ש הקרינה בתחום אולטרה-סגול. תלמידים מעטים טעו, כי לא הצליחו להסיקלגבי

קצרים מאורכי גל שלUVאורכי גל של קרינת מהנתונים שבגלגל הצבעים שאור כחול.

(54 )הציון סעיף ב'לפניך נוסחת מבנה של מולקולת אינדיגו.

102

5161

010

2030

405060

7080

90100

i ii

HO

H

H

O

O

N

N

(61 )הציון iתת-סעיף העתק את הנוסחה למחברתך, והקף את הכרומופור שבמולקולת אינדיגו.

התשובה:

103

H

H

O

O

N

N

H

H

O

O

N

N

אפשר לקבל גם:


הציון נמוך. חלק מהתלמידים התקשו לסמן את הכרומופור במולקולת אינדיגו.הסיבה לטעויות שאותרו היא חוסר ידע והבנה - מהו הכרומופור במולקולה.

הטעות האופיינית העיקרית היא סימון טבעות בנזניות חיצוניות בלבד:

טעות אופיינית נוספת היא סימון החלק הפנימי של המולקולה:

היו תלמידים שסימנו רק את הקשר הכפול המרכזי:

104

H

H

O

O

N

N

(51 )הציון iiתת-סעיף נתון חומר שצבעו אדום, וצורת המולקולות שלו דומה לצורת המולקולות של

אינדיגו. קבע אם הכרומופור במולקולה של חומר זה גדול מהכרומופור במולקולת אינדיגו

או .נמקקטן ממנו.

התשובה:קטן יותר.

חומר בצבע אדום: בולע אור ירוק. חומר בצבע כחול: בולע אור כתום.

אורכי גל של אור ירוק קצרים מאורכי גל של אור כתום. HOMOיש יחס הפוך בין אורכי גל לבין האנרגיה, לכן הפער האנרגטי בין אורביטלי

גדול יותר במולקולה של החומר האדום. LUMOלאורביטלי ככל שהכרומופור במולקולת החומר קטן יותר - הפער האנרגטי גדול יותר.


הציון נמוך. תלמידים רבים התקשו לקבוע באיזו מולקולה כרומופור גדול יותר. הטעות האופיינית העיקרית היא קביעה שגויה הנובעת מחוסר הבנה כי צבע החומר

מציין את תחום גלי האור הנראה שאינם נבלעים אלא מתפזרים ונראים לעינינו. התלמידים שטעו התייחסו לצבע האדום ולצבע הכחול והשוו את הכרומופורים

בהתאם: "הכרומופור בחומר בצבע האדום יהיה גדול יותר, כי יש לו אורך הגל גדול יותר."• "גדול יותר, כיוון שככל שאורך הגל ארוך יותר הכרומופור ארוך יותר. לצבע האדום מתאים אורך•

גל ארוך יותר מאשר לאורך גל שמתאים לצבע הכחול." "הכרומופור במולקולות של חומר שצבעו אדום יהיה גדול יותר מהכרומופור במולקולת האינדיגו,•

מכיוון שככל שאורך הגל ארוך יותר הכרומופור ארוך יותר, ולצבע האדום מתאים אורך גל ארוך יותרמאשר לאורך הגל שמתאים לצבע כחול."

105

אורך גל(mn)

עוצמת בליעה

007 056 006 055 005 054 004 053 003 052

HOMOהטעויות הנוספות שאותרו הן טעויות בקשר בין פער האנרגיה בין אורביטלי

לבין אורך הכרומופור במולקולה.LUMOו-

מומלץ לתרגל סימון כרומופור במולקולות שונות וניסוח תשובה מלאה. סעיפים שיש לכלול בתשובה המתייחסת להשפעת מבנה המולקולות על צבע החומר

הנראה:.מספר קשרים כפולים מצומדים - אורך הכרומופור השפעת מספר הקשרים הכפולים המצומדים על המרווח ביןHOMO -ל LUMO. -השפעת גודל המרווח על אנרגיית הפוטון הנדרשת כדי להעלות אלקטרון מרמת ה

HOMO -לרמת ה LUMO. .הקשר בין התדירות או אורך הגל של הפוטון הנבלע לאנרגיהוסעיף חשוב שתלמידים רבים שוכחים להתייחס אליו - קביעת צבע החומר לפי אור

מפוזר, כלומר האור שלא נבלע.

(66 )הציון סעיף ג'נתון קטע מספקטרום בליעה.

106

קבע אם הקטע הנתון יכול להיות קטע מספקטרום הבליעה של אינדיגו. .נמק . nm - 700 nm 250בתשובתך התייחס לתחום אורכי הגל

התשובה:כן.

- בתחום האור הכתום, מפזר את שאר אורכיnm 620החומר בולע באורך גל בערך הגל. אנו רואים את האור הכחול שהוא המשלים בגלגל הצבעים.

אינה משפיעה על צבע החומר.nm (UV) 380הבליעה באורכי גל שהם קצרים מ-


הטעויות האופייניות שנתגלו בסעיף זה הן:.טעויות הנובעות מקריאה שגויה של הגרף והבנה לקויה של נתוני השאלה .חוסר התייחסות לקרינה שלא בתחום האור הנראה:התייחסות לקרינה הנבלעת בלבד ולא לתחום הקרינה המגיע לעינינו "לא, משום שאינדיגו בולע אורכי גל בתחום הנראה בלבד, ואילו אורכי הגל הנראים•

."UVבתרשים הם נמוכים מאלו שבתחום הנראה וכוללים אורכי הגל הנמצאים גם בתחום ולמולקולה זוnm 300-270"לא, מכיוון שתחום עוצמת הבליעה הגבוהה ביותר היא בין •

."nm 700צריכים להיות אורכי גל גדולים יותר - עד

מומלץ להבהיר לתלמידים את המושגים של העברה, בליעה ופליטה של אורבאמצעות התייחסות לצבעם של גופים מסוגים שונים.

- גוף אשר עבר עירור מסוג כלשהו - חשמלי, כתוצאה מתגובהגוף מאיר כימית, עקב בליעת קרינה וכדומה. חלק מהאנרגיה נפלטת מהגוף בצורה

קרינתית בתחום האור הנראה )אך לא רק בתחום זה(. צבעו של הגוף הואבתחום אורכי הגל הנפלטים.

ההבדל בין גוף מאיר לשאר הגופים הוא שאת הגוף המאיר ניתן לראות גםכאשר אין מקור אור פועל בקרבתו.

107

7584

010

2030

405060

7080

90100

i ii

כדי לראות גופים שאינם גופים מאירים צבעוניים נדרש מקור אור. - בולע את כל אורכי הגל באור הנראה. שחור אינו צבע, הוא נראהגוף שחור

על רקע צבעים אחרים. - מחזיר את כל הקרינה בתחום אורכי הגל של האור הנראהגוף לבן אטום

ויוצר במוחנו תחושה של צבע לבן. - אינו מעביר גלי אור בתחום הנראה. הוא בולע חלקגוף צבעוני אטום

מאורכי הגל בתחום האור הנראה ומחזיר או מפזר את שאר אורכי הגל. השילוב שלהם יוצר במוחנו את הצבע של הגוף. בדרך כלל אנו עוסקים בגופים

שבולעים תחום מסוים של אורכי גל . שאר הצבעים מפוזרים ויוצרים במוחנו תחושת צבע של הצבע הנגדי בגלגל הצבעים. קיימים גם מקרים שבהם הגוף

בולע תחום רחב של אורכי גל ומפזר אך ורק את הצבע הנקלט כצבע שלהגוף.

- מעביר קרינה בתחום הנראה. הוא בולע חלק מאורכיגוף צבעוני שקוף הגל בתחום האור הנראה ומעביר את שאר אורכי הגל. השילוב שלהם יוצר במוחנו את הצבע של הגוף. בדרך כלל אנו עוסקים בגופים שבולעים בתחום מסוים של אורכי גל . שאר הצבעים עוברים )חלק מפוזרים( ויוצרים במוחנו

תחושת צבע של הצבע הנגדי בגלגל הצבעים. - מעביר את כל הקרינה בתחום האור הנראה. בולעגוף שקוף חסר צבע

בתחום שאינו נראה כגון אולטרה-סגול או אינפרא-אדום.

(78 )הציון סעיף ד'( כחול. LED פיתחו לראשונה דיודה פולטת אור )1990בשנת

.SiC(s)דיודה זו בנויה מקרביד הצורן,

108

E = = 4.23·1019 J = 2.64 eV 470·109 m

6.63·1034 J·sec 3·108 msec

(E = )hc

m

(84 )הציון iתת-סעיף . נמק . nm 615 או nm 470 פולט אור באורך גל LEDקבע אם ה-

התשובה:470 nm .

אנו רואים את הקרינה הנפלטת )ולא צבע משלים(.


. יחדLEDהציון גבוה. התלמידים ידעו לקבוע את אורך הגל שבו נפלטת הקרינה מה- עם זאת הופיעו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה הנובעת מהתייחסות לאור בצבע משלים כקובע את הצבע המגיע.1לעינינו:

מתאים, כי הוא בצבע המשלים לאור כחול."nm 615"אורך גל •

קביעה נכונה המלווה בהסבר שגוי:.2 , משום שהיא מקור אור. לכן היא בולעת ופולטתnm 470 פולטת אור באורך גל LED"ה- •

את אותו אורך גל."

(75 )הציון iiתת-סעיף . I2(g) פוגעת בכלי המכיל יוד, LEDהקרינה הנפלטת מה-

. eV 1.57 במולקולת יוד שווה ל- I-Iאנרגיית קשר .פרט את חישוביך, והסבר . IIקבע אם פוטון הקרינה ינתק את הקשר

התשובה: .II יכול לנתק קשר nm 470פוטון באורך גל :nm 470באורך גל אנרגיית הפוטון

.IIלניתוק הקשר אנרגיה זו גבוהה מהאנרגיה הדרושה

109

N P

: או1.57 eV = 2.51·1019 J

:IIלניתוק הקשר אורך הגל המקסימלי הדרוש

nm 470פוטון באורך גל קיים יחס הפוך בין אורך גל לאנרגיית פוטון. לכן אנרגיית

. IIגדולה מהאנרגיה הנדרשת לניתוק הקשר


, אך היו תלמידיםnm 470באורך גל רוב התלמידים חישבו נכון את אנרגיית הפוטון שטעו.

הטעות האופיינית העיקרית היא טענה שקרינה אלקטרומגנטית לא יכולה לנתק קשר קוולנטי בין אטומים במולקולה. טעות זו נובעת מחוסר הבנה שאם כל פוטון של

הקרינה האלקטרומגנטית הוא בעל אנרגיה הגדולה מאנרגיה הדרושה לניתוק קשרקוולנטי בין אטומים במולקולה, הקרינה יכולה לפרק את הקשר:

, כי היא גורמת רק לעירור אלקטרוני."II"הקרינה לא יכולה לנתק את הקשר •

מומלץ לעמוד על ההבדל בין תהליכי סף, כגון ניתוק קשר קוולנטי במולקולה על ידיקרינה אלקטרומגנטית, לבין תהליכים רזונטיביים, כגון עירור אלקטרוני.

תהליכי סף: יינון, אפקט פוטואלקטרי, ניתוק קשר קוולנטי במולקולה, צילום. התרחשות תהליך סף תלויה בלעדית באנרגיה של פוטון בודד - היא צריכה להיות

שווה או גדולה מהאנרגיה הדרושה לתהליך. תהליכים רזונטיביים: בליעה ופליטה של פוטונים. התהליך יתרחש רק אם אנרגיה של

פוטון תהיה שווה לאנרגיה הדרושה לתהליך )לא קטנה יותר ולא גדולהיותר(.

(92 )הציון סעיף ה':LEDלפניך סכמה של מעגל חשמלי שבו משולב

110

מחובר באופן שהוא יפיץ אור? LEDהאם ה-

התשובה:כן.


, את פעולתו ואת אופן שילובוLEDהציון גבוה מאוד. התלמידים הכירו את המבנה של במעגל חשמלי.

כמעט ולא אותרו טעויות.

מומלץ להציג לתלמידים סרטונים על דיודות פולטות אור:https://www.youtube.com/watch?v=BH9LI973H8w

https://www.youtube.com/watch?v=WjvUVjuHRtc

https://www.youtube.com/watch?v=GodkGafZsh4

9שאלה כימיה אורגנית מתקדמת

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


58616362ציון

111

https://www.youtube.com/watch?v=GodkGafZsh4

https://www.youtube.com/watch?v=WjvUVjuHRtc

https://www.youtube.com/watch?v=BH9LI973H8w

6070 74

38

66

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א 41-5415%

0-4020%

55-8448%

85-10017%


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: .להכיר את המושג איזומרים .לצייר נוסחאות מבנה לאיזומרים שונים.לדעת מה מאפיין נוקלאופיל חלש או חזק.לדעת מהי ההשפעה של חוזק הנוקלאופיל על קצב תגובת ההתמרה :להכיר את המנגנונים של תגובות ההתמרהSN1-ו SN2ואת השיקולים - באיזה ,

מנגנון תתרחש תגובה..לנסח תגובות התמרה לקרוא גרפים המתארים שינוי אנרגיה עם התקדמות תגובות התמרה, ולהתאים

.SN2 ו-SN1גרפים אלה למנגנונים

על פי רמות חשיבהשל בלום הטקסונומיה

112


הבנהאיישוםבאנליזהiג

iiיישוםיישוםiד

iiיישוםיישוםiה

iiיישוםiiiיישום

CH3

CH3−CH−CH2Br

Br

CH3

CH3−C−CH3

BrCH2−CH2

• CH3−CH2 −

.מסועפות , ולהם מולקולות C4H9Brיש שני איזומרים שנוסחתם המולקולרית

(60 )הציון סעיף א' משני האיזומרים האלה.כל אחדרשום נוסחת מבנה למולקולות של

התשובה:


הציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים מתקשים ברישום נוסחאות של איזומרים. קושי זה יחידות לימוד. הטעות האופיינית העיקרית היא3קיים גם בנושאים של רישום נוסחה של איזומר לא מסועף:

• CH3CH2CH2CH2Br

היו שרשמו נוסחה של איזומר לא מסועף עם שרשרת מכופפת:

113

sM( )

CH3SH (C2H5OH)CH3S (C2H5OH)

CH3SH (C2H5OH)

CH3S (C2H5OH)

מומלץ לתרגל עם התלמידים את רישום נוסחאות המבנה של איזומרים שונים - עם שרשרות ישרות ועם שרשרות מסועפות, ולהבהיר לתלמידים כיצד להבחין בין נוסחאות של אותו איזומר )הרשומות בצורות שונות( לבין נוסחאות של איזומרים

שונים. התלמידים צריכים להבין, שכיפוף השרשרת זה לא יצירת איזומר חדש, ומה שקובע זה אופן קישור בין אטומי פחמן בשרשרות. מומלץ להדגים זאת

בעזרת מודלים.

חקרו את תגובות ההתמרה של שני האיזומרים עם ועם יוני .

, היה הממס.C2H5OH(l)בתגובות אלו אתאנול, (. בכל ניסוי השתמשו באותו איזומר וקבעו את קצב4(-)1ביצעו ארבעה ניסויים, )

התגובה. . Aנסמן איזומר זה באות

(:4(-)1בטבלה שלפניך מוצג מידע על הניסויים )

מספרהניסוי

קצב התגובה (Mריכוז התחלתי )הנוקלאופיל[A]]

]נוקלאופיל(1)0.91.30.5(2)1.81.31.0(3)1.82.61.0(4)0.91.3?

(70 )הציון סעיף ב'.נמק ? CH3S או יוני CH3SHאיזה נוקלאופיל חזק יותר:

התשובה: . −CH3Sיוני

114

8266

010

2030

405060

7080

90100

i ii

CH3SH (C2H5OH)

גדול יותר מהמטען השלילי )החלקי(−CH3Sהמטען השלילי שעל אטום הגופרית ביוני .CH3SHשעל אטום הגופרית במולקולות

נמשכים חזק יותר לאטום הפחמן בשלד פחמני הקשור לקבוצה עוזבת −CH3Sלפיכך יוני (. )פחמן


הם נוקלאופיל חזק יותר. הטעויות הופיעו−CH3Sרוב התלמידים קבעו נכון שיוני בנימוקים.

:חזרה על הקביעה במילים אחרות במקום נימוק"יון שלילי הוא נוקלאופיל חזק יותר ממולקולה ניטראלית."•חוסר הבחנה בין חוזק נוקלאופיל - יכולת לתקוף פחמן טעון חיובית, לבין חוזק

בסיס - יכולת למשוך אטום מימן:• "CH3S− נוקלאופיל חזק יותר. עלSקיים מטען שלם, ולכן הזיקה שלו "לגנוב" מימן גבוהה

יותר".

מומלץ לחדד לתלמידים את ההבדל בין חוזק נוקלאופיל לבין חוזק בסיס.


(66 )הציון iתת-סעיף SN1 עם מתרחשת במנגנון Aקבע אם התגובה של איזומר

.SN2או במנגנון

115

Br

CH3CH3−C−CH3

.נמק

התשובה: . SN1המנגנון הוא

ובלתיAלפי תוצאות הניסוי אפשר לראות שקצב התגובה תלוי בריכוז של איזומר תלוי בריכוז הנוקלאופיל. )לפיכך התגובה היא מסדר ראשון.(


. הטעויות הופיעוSN1שהמנגנון הוא הציון נמוך יחסית. רוב התלמידים קבעו נכון בנימוקים

חלק מהתלמידים לא כתבו שהם מסתמכים על הנתונים בטבלה אלא רק טענו שקצב התגובה לא תלוי בריכוז הנוקלאופיל. היו תלמידים שנימקו את בחירת

המנגנון בכך שהנוקלאופיל חלש.

(82 )הציון iiתת-סעיף .נמק . Aקבע איזו מבין נוסחאות המבנה שרשמת בסעיף א מייצגת את איזומר

התשובה:

, לכן הוא אלקיל ברומיד שלישוני.SN1 מגיב במנגנון Aאיזומר )בשלב הראשון במנגנון זה נוצר יון קרבוניום שלישוני שהוא יציב(.


מועדף אלקיל הליד שלישוני, לכן בחרו נכון.SN1רוב התלמידים יודעים שבמנגנון יחד עם זאת גם בתת-סעיף זה הופיעו נימוקים לא מתאימים ומשפטים החוזרים על

הקביעה במילים שונות - במקום נימוק:

116

3542

010

2030

405060

7080

90100

i ii

CH3SH (C2H5OH)

CH3SH (C2H5OH)

"...כי הוא יותר מסועף."•



עם . Aנסח את התגובה של איזומר

התשובה:(CH3)3CBr + (CH3)3CSCH3 + HBr


הציון נמוך מאוד. רוב התלמידים התקשו לנסח נכון את התגובה.הטעויות האופייניות הן:

:רישום נוסחאות מולקולריות • C4H9Br , C4H9SCH3

.רישום מנגנון במקום ניסוח תגובה:כתיבת נוסחה שגויה של התוצר

• (CH3)3CSHCH3

מומלץ להבהיר לתלמידים איך להבחין בין ניסוח תגובה לבין רישום מנגנון. מומלץ לתרגל כתיבת נוסחאות מבנה של אלקיל הלידים שונים ולהבחין בין נוסחה

יח"ל(.3מולקולרית לנוסחת מבנה )חזרה על הנלמד בנושאי

117

CH3S (C2H5OH)

60

8167

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

(35 )הציון iiתת-סעיף (, נמוך ממנו או1)( היה גבוה מקצב התגובה בניסוי 4)קבע אם קצב התגובה בניסוי

שווה לו..נמק

התשובה:שווה.

, שבו הנוקלאופיל אינו משתתף בשלבSN1בשני הניסויים מתרחשת תגובה במנגנון הקובע את קצב התגובה, ולכן סוג הנוקלאופיל אינו משפיע על קצב התגובה.


( היה גבוה מקצב תגובה )4הציון נמוך במיוחד. תלמידים רבים קבעו שקצב תגובה ) (, כי הנוקלאופיל חזק יותר. תלמידים אלה "שכחו" שבסעיף הקודם קבעו1

בו רק ריכוז החומר המותקף משפיע על הקצב, ואין חשיבות לאSN1שהמנגנון הואלריכוז הנוקלאופיל ולא לטיבו.

חלק מהתלמידים קבעו נכון, אך לא כתבו נימוק.

(66 )הציון סעיף ה' (, הוסיפו את האיזומר השני לתמיסה המכילה יוני5)בניסוי נוסף,

. .Bנסמן איזומר זה באות

118

+ :Br:: :CH3S C

H

H

CH(CH3)2

: :CH3S + CH H

Br:

CH(CH3)2

: :

CH3S H

CH(CH3)2

: : CH

Br:

: :

אנרגיה אנרגיה

(60 )הציון iתת-סעיף קבע מהו מנגנון התגובה, ונסח אותו.

התשובה:SN2


הציון נמוך. תלמידים רבים בחרו במנגנון של אלימינציה - כנראה לא הבינו שכל הניסויים

מתייחסים לתגובת התמרה, כפי שכתוב בתחילת השאלה )אולי זה קושי בהבנתהנקרא יותר מאשר קושי בכימיה(.

יש תלמידים שאמנם בחרו במנגנון הנכון, אך הוסיפו נימוק או תיאור מילולי ולאניסחו את המנגנון כפי שהתבקשו.

(81 )הציון iiתת-סעיף , המציגים את שינוי האנרגיה עם התקדמות התגובה. II ו- Iלפניך שני גרפים,

119

עם יוניBקבע איזה משני הגרפים מתאר את התגובה של איזומר .נמק.

התשובה: .IIגרף

מתאים לתגובהII , שהוא מנגנון חד-שלבי. גרף SN2התגובה מתרחשת במנגנון חד-שלבית.


הציון די גבוה. רוב התלמידים הבינו שהתגובה היא מסדר השני )גם אם היא תגובת , כי התבלבלו ביןIאלימינציה( המתרחשת בשלב אחד. היו תלמידים שבחרו בגרף

מצב מעבר לתוצר ביניים: . למרות שהתגובה מתרחשת בשלב אחד, קיים בה מצב מעבר הניתן לבידוד, המהווה אתI"גרף •

הנקודה הנמוכה בגרף."

מומלץ לחדד לתלמידים את ההבדלים בין מצב מעבר לתוצר ביניים וכיצד הםמתבטאים בגרפים.

120

CH3SH (C2H5OH) CH3S (C2H5OH)

CH3SH (C2H5OH)

CH3S (C2H5OH)

CH3S (C2H5OH)

(67 )הציון iiiתת-סעיף החליפו את הנוקלאופיל בנוקלאופיל .

עם היה גבוה מקצבBקבע אם קצב התגובה של איזומר התגובה של

. נמק עם יוני , נמוך ממנו או שווה לו. Bאיזומר

התשובה: עם היה נמוך יותר.Bקצב התגובה של חומר

. קצב התגובה מושפע על ידי סוג הנוקלאופילSN2התגובה מתרחשת במנגנון )וריכוזו(.

CH3SHהוא נוקלאופיל חלש מיוניCH3S−.


רוב התלמידים קבעו נכון, אך הופיעו נימוקים שגויים. הטעות האופיינית העיקרית בנימוקים היא טענה שהסיבה לקצב הנמוך היא שלתגובה יש יותר שלבים:

"קצב התגובה יהיה נמוך יותר, כי היא תתרחש ביותר שלבים והמולקולה לא תהיה יציבה."•יתכן שטעות זו נובעת מהמחשבה ששינוי הנוקלאופיל יגרום לשינוי המנגנון.

בעיה נוספת היא חוסר נימוק.

מומלץ לתרגל שינויים שונים כגון: שינוי הנוקלאופיל, שינוי הממס, שינוי הקבוצההעוזבת - על קצב של אותה תגובה באותו מנגנון.

בבחינת הבגרות תשע"א וכן סעיפים א'10ראו הצעה לתרגיל סיכום בניתוח לשאלה תשס"ט.11ו-ב' בשאלה

121

6886

7054

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-5410%

0-4012%

55-8443%

85-10035%

10שאלה כימיה אורגנית מתקדמת

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


65727472ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:לדעת את הגורמים המשפיעים על התרחשות של תגובות התמרה ואלימינציה

במנגנונים השונים: האלקיל הליד, חוזק הנוקלאופיל והממס.

122

Br

CH3CH3−CH2−CH2–C–CH3

לדעת כיצד משפיע ריכוז הנוקלאופיל על קצב תגובת התמרה מסדר ראשון ומסדר שני.

לדעת כיצד משפיע שינוי אטום ההלוגן באלקיל הליד המגיב על קצב תגובת ההתמרה.

.לרשום נוסחאות מבנה לאיזומרים של אלקנים.להכיר את התנאים להתרחשות אלימינציה ולקבלת תוצרים שונים


(.4(-)1 מובא מידע על ארבע תגובות )Iבטבלה Iטבלה

מנגנון התגובההתגובההחומר המגיבCH3−CH2−CH2−CH2−CH2Br

-ברומו פנטאן1(1)SN2

(2)E2

-מתיל פנטאן2-ברומו-2

(3)SN1

(4)E2

123


אנליזהiאiiיישום

הבנהiבiiיישום

יישוםiגiiאנליזה

iiiיישוםיישוםד

6770

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(68 )הציון סעיף א' (, והממס שבוa(-)d רשומים ארבעה נוקלאופילים, המסומנים באותיות )IIבטבלה

מומס כל אחד מהנוקלאופילים.

IIטבלה

הממסנוסחת הנוקלאופיל(a) CN−C2H5OH(l) אתאנול (b) CN−(CH3)2SO(l) DMSO

(c) CH3O−CH3OH(l) מתאנול (d) (CH3)3CO−(CH3)3COH(l) -בוטאנולt

, אך בסיס חלש מהם.− CH3O הם נוקלאופיל חזק מיוני− CNיוני

(70 )הציון iתת-סעיף .I( שבטבלה 4(-)1בחר בנוקלאופיל המתאים ביותר עבור כל אחת מן התגובות )

התשובה:( b - ))1(תגובה ( d - ))2(תגובה ( a - ))3(תגובה (c - ))4(תגובה

124


הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה הן:ה( חלפת הנוקלאופילb( -ב )aכלומר תלמידים הבינו שלתגובת התמרה ,)

דרוש נוקלאופיל חזק, אך טעו בממס וכן טעו בחשיבות הממסSN2במנגנון .SN1לתגובת התמרה מסוג

( החלפת הנוקלאופילd-ב )cכלומר תלמידים הבינו שלתגובת אלימינציה ,)) דרוש נוקלאופיל שהוא בסיס חזק, אך לא ייחסו חשיבות לנפחיות שלו.

מומלץ לחזור על הגורמים המשפיעים על הסיכוי להתרחשות תגובות ההתמרה והאלימינציה, כפי שהם מסוכמים בספר לימוד "מולקולות במסע, התחנות

שבדרך" מאת אריאלה וינר, חיה פרומר, רחל צימרוט, האוניברסיטה העברית וכן התרגילים בעמוד זה.119בירושלים, בעמוד

(67 )הציון iiתת-סעיף ( בלבד.2( ו-)1נמק את בחירתך עבור תגובות)

התשובה: ) 1 ( תגובה

המגיב הוא אלקיל ברומיד ראשוני. .− CH3O מיוניהם נוקלאופיל טוב ובסיס חלש − CNיוני

DMSO .)הוא ממס אפרוטי )שאינו מחליש/ממסך את הנוקלאופיל (SN2)בתנאים אלה מועדף מנגנון

) 2 ( תגובה

רק בנוכחות )נוקלאופיל חלש שהוא(E2אלקיל הלידים ראשוניים מגיבים במנגנון .CH3(3CO(: בסיס חזק ונפחי(, כמו יוני אובסיס חזק עם שלד פחמני מסועף )

: או

125

9082

010

2030

405060

7080

90100

i ii

הם בסיס חזק ונפחי ונוקלאופיל חלש. הם אינם יכולים לגרום CH3(3CO( יוני ולגרום לתגובתלתגובת התמרה, אך יכולים לתקוף אטום מימן שעל אטום פחמן

. E2אלימינציה במנגנון


הציון די נמוך. חלק מהתלמידים התקשו לנמק קביעה באופן מלא וחזרו על קביעהבמילים שונות במקום נימוק או כתבו סיסמאות:

•" CH3O− הוא בסיס לואיס חזק יותר ולכן יש יותר סיכוי שהוא יתקוף את המימן שעל פחמן.",לכן הציאניד שמומס באתאנול יהיה מגיב טוב." SN2מתרחשת תגובה מסוג( 1)"בתגובה • משום שבכהל מועדפת תגובת אלימינציה."( a) הנוקלאופיל המתאים הוא(2)"בתגובה •


(82 )הציון iתת-סעיף (. קבע אם כתוצאה מכך קצב1 את ריכוז הנוקלאופיל בתגובה )2מגדילים פי

התגובה יגדל, יקטן .נמקאו לא ישתנה.

התשובה:קצב התגובה יגדל.

היא תגובה מסדר שני. קצב התגובה תלוי גם בריכוז של החומר המותקף)1(תגובה וגם בריכוז

( v = k[RBr] [CN−]הנוקלאופיל: ) .(2 יגדל פי )1( קצב תגובה 2)אם מעלים את ריכוז הנוקלאופיל פי

126


הציון די גבוה. רוב התלמידים מבינים שבתגובה מסדר שני לריכוז הנוקלאופיל ישהשפעה על קצב התגובה.

היו תלמידים שטעו - סברו שקצב התגובה מושפע רק מסוג הנוקלאופיל ולאמריכוזו:

"קצב התגובה לא ישתנה, מפני שזה לא משפיע על חוזק הנוקלאופיל ועל מהירות התקפתו." •

(90 )הציון iiתת-סעיף ( מחליפים את אטום הברום באטום כלור.3במולקולות המגיב שבתגובה )

.נמקקבע אם כתוצאה מכך קצב התגובה יגדל, יקטן או לא ישתנה.

התשובה:קצב התגובה יקטן.

חזק יותר מהקשרC−Cl ,)הקשר Br הם קבוצה עוזבת פחות טובה מאטומי Clאטומי C−Br .)

כאשר הקבוצה העוזבת פחות טובה, קצב ההיווצרות של יוני קרבוניום )השלבהקובע את קצב

התגובה( איטי יותר.


הציון גבוה. רוב התלמידים מבינים את הקשר בין טיב הקבוצה העוזבת לקצב התגובה. התלמידים שטעו קבעו נכון שקצב תגובה יקטן, אך לא הצליחו לנמק כראוי

את קביעתם, כי התייחסו לטיב הקבוצה העוזבת לפי קריטריונים לא רלוונטיים: "כלור היא מולקולה קטנה יותר ולכן היא גם זזה פחות ויציבה יותר.•

האלקטרושליליות שלו גבוהה יותר, ולכן הוא יעזוב פחות את המולקולה."אין התייחסות לקצב של יצירת יוני הקרבוניום כגורם הקובע את קצב התגובה.


127

77

43

99

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

CH3

CH3−CH2−CH2–C=CH2CH3−CH2−CH=C−CH3

CH3

II I

• CH3−CH2−CH=CH−CH2−CH3

• CH3−CH=CH−CH2−CH2−CH3

• CH2=CH−CH2−CH2−CH2−CH3CH3

• CH2=CH−CH2−CH−CH3

( מתקבלים שני אלקֵנים.4בתגובה )

(77 )הציון iתת-סעיף מהאלקנים.כל אחדרשום נוסחת מבנה ל

התשובה:


(. חלק4במקרה הנתון מדובר באיזומרים המתקבלים כתוצרים בתגובה ) מהתלמידים לא הבינו כנראה את השאלה ורשמו נוסחאות של איזומרים שלא

(:4מתקבלים בתגובה )

128

CH3

• CH3−CH2−CH2=CH−CH3

• CH3−CH2−CH2−C=CH3

CH3

CH3–CH2–CH2–CH2–CH2Cl

CH3

Cl

CH3–C–CH2–CH3

Cl

CH3–CH–CH2–CH2–CH3

(1) (2) (3)

CH3

CH3–CH2–CH–CH2Cl

Cl

CH–CH2–CH2–CH3

CH3

CH3

Cl–CH2–CH–CH2–CH3

(4) (5) (6)

טעויות נוספות הן מספר שגוי של אטומי מימן הקשורים לאטומי פחמן ומספר קשריםשיוצר כל אטום פחמן:

בשתי השאלות בנושא "כימיה אורגנית מתקדמת" חלק מהתלמידים מתקשים ברישום נוסחאות מבנה של איזומרים. בסרטוט איזומרים )איזומרים של

שרשרת ואיזומרים ציס טרנס( כדאי לשלב תרגול בעזרת מודלים, יחד עם שרטוט של כל איזומר. בצורה כזאת התלמיד יראה שאיזומר נוצר רק כאשר

אחר. C–C אחד ונוצר קשר C–Cנותק קשר בספר "תרכובות הפחמן"45 בעמוד 2מומלץ לבצע עם התלמידים תרגיל

מאת נאוה מילנר, מכון ויצמן למדע. בעזרת תרגיל זה ניתן ללמד את התלמידים מתי מדובר באיזומרים )ניתוק קשר ויצירת קשר חדש( ומתי מדובר

באותה מולקולה )ציור שונה של נוסחת מבנה או קונפורמציה(. אנו מביאים את התרגיל המעובד:

.C5H11Clהנוסחאות הבאות מתארות מולקולות שנוסחתן המולקולרית

אילו נוסחאות מתארות מולקולות זהות?א.אילו נוסחאות מתארות מולקולות של איזומרים?ב. .C5H11Clרשום נוסחאות מבנה של שני איזומרים נוספים שנוסחתם המולקולרית ג.

:תשובות(6( ו- )4( ; )5( ו- )3)א.

129

CH3

CH3

CH3–C–CH2Cl

Cl

CH3–CH2–CH–CH2–CH3

Br

CH3

CH3−CH2−CH2–C–CH35 4 3 2 1

( 4( ו- )3(, )2(, )1)ב. ג.

(43 )הציון iiתת-סעיף אלקנים.שני( מתקבלים 4הסבר מדוע בתגובה )

התשובה:-מתיל פנטאן בספרות:2-ברומו-2נסמן את אטומי הפחמן בשרשרת של

C-3, אטום C-1: אטום אטומי פחמן 3במולקולה של המגיב יש אטומי מימן על

(. הבסיס יכול לתקוף כל אחד מהם.CH3ואטום הפחמן שבקבוצת מתיל )− או על אטום הפחמן בקבוצת מתיל, מתקבלC-1כאשר הבסיס תוקף אטום מימן שעל

. Iתוצר . II , מתקבל תוצר C-3כאשר הבסיס תוקף אטום מימן שעל


הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים התקשו בכתיבת הסברים. הטעויות הן בעיקרהסברים חלקיים וציטוט של סיסמאות:

ובתגובה כזו יכולים להתקבל עדE2 מתקבלים שני אלקנים מכיוון שזוהי תגובת (4)"בתגובה •שלושה איזומרים."

שהנוקלאופיל יכולמתקבלים בעקרון שלושה אלקנים כי יש שלושה פחמני ( 4)"בתגובה •לתקוף, אבל שניים מהם זה אותו אלקן."

130

OCH3

CH3

CH3−CH2−CH2–C–CH3

מומלץ לתרגל עם התלמידים כתיבת נימוקים והסברים מלאים. לעיתים תלמידים יודעים את החומר ומגיעים לתשובה נכונה, אך מתקשים מאוד

בהסברים.

(99 )הציון iiiתת-סעיף .נמק ?50°C או 25°C(, 4באיזו טמפרטורה כדאי לבצע את תגובה )

התשובה: .50°Cב-

ברוב המקרים, לתגובות האלימינציה אנרגיית שפעול גבוהה יותר מאשר לתגובותהתמרה.

יש לחלקיקים המגיבים מספיק אנרגיה ליצירת תצמידים משופעלים50oCב- יש לחלקיקי המגיבים סיכוי גדול יותר להתנגשויות פוריות(. 50oC: ב- או)


הציון גבוה מאוד. התלמידים בהחלט יודעים שלתגובת אלימינציה דרושה טמפרטורה גבוהה. ההסברים

התלמידים התייחסו לאנרגית השפעול הגבוהה של תגובה זו. לא אותרו טעויות.

(54 )הציון סעיף ד' . 25°C , בטמפרטורה של CH3OH(l)-מתיל פנטאן מגיב עם מתאנול, 2-ברומו-2

רשום את הנוסחה של התוצר העיקרי שצפוי להתקבל בתגובה זו.

התשובה:

131

• CH3−CH2−CH2−C−CH3

CH3

OH

CH2OH

• CH3−CH2−CH2−C−CH3

CH3

76 73 68 63

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א 45-14

%8

04-0%21

48-55%74

001-58%33


הציון נמוך. תלמידים רבים התקשו לקבוע מהו התוצר העיקרי של התגובה. הטעותהאופיינית העיקרית היא רישום נוסחת כוהל במקום אתר:

מומלץ לתרגל רישום ניסוחים של תגובות התמרה עם נקלאופילים שונים, כוללמולקולות, תוך שימת דגש על כתיבת נוסחאות מבנה נכונות.

11שאלה כימיה של חלבונים ושל חומצות גרעין

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


73717071ציון


מהתלמידים

132

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:להכיר את מבנה הנוקלאוטיד, המולקולות הבונות את הנוקלאוטיד והקשרים בין

מרכיבי הנוקלאוטיד. -להכיר את מבנה הDNA לדעת מהם הקשרים בין הנוקלאוטידים בגדיל .DNA

וקבוצות אטומים שביניהן נוצרים הקשרים. -לזהות את רצף הנוקלאוטידים בDNA..להכיר ולזהות את הקשרים בין נוקלאוטיד אחד לשני.לדעת כיצד מתרחש תהליך תעתוק לרשום קטעmRNA.המתועתק .לדעת כיצד מתרחש תהליך תעתוקלהכיר את המושג מוטציה, להזות את המוטציה והשלכותיה לגבי מבנה החלבון

שנוצר. להכיר את מבנה ההיסטונים, הקשרים ביןDNAלהיסטונים וגורמים המשפיעים

על קשרים אלה.


133



יישוםiבiiיישום

אנליזהiגiiאנליזה

הבנהiדiiיישום

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O

O

O

O

O

O

….

….

….

O

….

I גדיל II גדיל

N

7280

010

2030

405060

7080

90100

i ii

:DNAלפניך קטע ממולקולת


134

OO

OH

H3C

O

N

NH

O OP

O

O

OH

O

OH

NH2

N

N

O OP

O

O

O

CT

(80 )הציון iתת-סעיף הנתון.DNA משני הגדילים של קטע ה- כל אחדרשום את רצף הנוקלאוטידים ב

בכל רצף.5 ואת קצה ‘3ציין את קצה ‘

התשובה: ' I: 5' A C G T 3גדיל ' II: 3' T G C A 5גדיל


ורשמו נכון את רצף5 ואת קצה ‘3רוב התלמידים זיהו נכון את קצה ‘ ובזיהוי5 ואת קצה ‘3הנוקלאוטידים. יחד עם זאת הופיעו טעויות בקביעת קצה ‘

נוקלאוטידים. היו תלמידים שלא הבחינו בין קשר בנוקלאוטיד לבין קשר ביןנוקלאוטידים.

(72 )הציון iiתת-סעיף .I מבין הנוקלאוטידים שמהם נוצר גדיל שנייםצייר נוסחאות מבנה של

התשובה: מהנוקלאוטידים:שניים

135


רוב התלמידים ציירו נכון את נוסחאות המבנה של נוקלאוטידים, אך היו שטעו.הטעויות האופייניות הן:

.ציור של שני נוקלאוטידים מחוברים. יתכן ולא הבינו את השאלה.ציור של הסוכר, הבסיס החנקני וקבוצת הזרחה בנפרד במקום נוקלאוטיד

מומלץ לחדד את ההבדל בין מרכיבי נוקלאוטיד לבין נוקלאוטיד.

DNA.יכול להיפגע מסיבות שונות (.4(-)1 . נסמן אותם )DNAהסעיפים ב, ג, ד נוגעים לארבעה סוגים של פגיעות ב-

136

7471

010

2030

405060

7080

90100

i ii


(71 )הציון iתת-סעיף ( היא חיתוך הגדיל על ידי פירוק חלק מהקשרים שבין הנוקלאוטידים.1פגיעה מסוג )

-N : קשר מימני, קשר DNAמהו סוג הקשר שמתפרק בחיתוך הגדיל של ה- גליקוזידי,

קשר פוספו-אסטרי, קשר פפטידי?

התשובה:קשר פוספואסטרי.


חלק מהתלמידים לא ידעו שנוקלאוטיד אחד נקשר לאחר בקשר פוספואסטרי, 3 על פחמן OHשנוצר בין קבוצת הזרחה בנוקלאוטיד אחד לבין קבוצת ה--

בנוקלאוטיד האחר. הטעויות האופייניות הן:חוסר הבחנה בין קשרים פוספואסטריים בין נוקלאוטידים לקשרי מימן בין גדילי

DNA:"קשרי מימן."• חוסר הבחנה בין קשרים פוספואסטריים בין נוקלאוטידים לקשריםNגליקוזידיים-

בין בסיס חנקני לסוכר:"קשרים גליקוזידיים."•

137

7462

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(74 )הציון iiתת-סעיף ( היא היווצרות קשרים קוולנטיים בין בסיסים של נוקלאוטידים2פגיעה מסוג )

סמוכים .הסבר . כיצד פגיעה זו משפיעה על הקשרים בין הגדילים? DNAבאחד מגדילי ה-

התשובה:( חלק מקשרי מימן בין הגדילים מתנתקים.2בפגיעה מסוג )

כאשר נוצרים קשרים קוולנטיים בין הבסיסים החנקניים הסמוכים, משתנה מבנה ה-DNA ,

ולכן לא יכולים להיווצר קשרי מימן עם הגדיל המשלים.


רוב התלמידים הבינו, שכאשר נוצרים קשרים קוולנטיים בין שני בסיסים סמוכים, לא ישתנה.DNAמבנה ה- יוכלו להיווצר קשרי מימן עם הגדיל השני. כתוצאה מכך

DNAה- הטעויות האופייניות שאותרו הן בעיקר התייחסות לשינוי אפשרי במבנה

כיצד פגיעה זו משפיעה על הקשרים בין הגדילים:במקום לתאר "קשרים קוולנטיים יכופפו את השרשרת ולכן היא לא תהיה במבנה סליל."•"קשרים קוולנטיים יחליפו את קשרי המימן ולכן הקשרים בין הבסיסים יתחזקו."•

(68 )הציון סעיף ג'( ואחריהן.4( ומסוג )3 לפני פגיעות מסוג )DNAלפניך קטעי הגדיל של ה-

3ATG GCC TGC AAA CGC TGG ’5 ’לפני הפגיעה:

3ATG GCT TGC AAA CGC TGG ’5 ’(:3אחרי פגיעה מסוג )

3ATG GCC C TGC AAA CGC TGG ’5 ’(:4אחרי פגיעה מסוג )

נמצא באזור המקדד לחלבון, מה יכולים להיות השינויים במבנהDNAאם קטע ה- החלבון -

138

(62 )הציון iתת-סעיף (?3אחרי פגיעה מסוג )

התשובה: ( הוחלף נוקלאוטיד. פגיעה זו יכולה לגרום להחלפה של חומצה3בפגיעה מסוג )

אמינית אחת בשרשרת החלבון בחומצה אמינית אחרת.


Cהציון נמוך. תלמידים רבים לא הצליחו לזהות את המוטציה - החלפת הנוקלאוטיד

, ולא הבינו שבתהליך התעתוק יתקבל רצף נוקלאוטידים שונהTבנוקלאוטיד המקודד לחומצות אמינית שונה. החלפת חומצה אמינית עשויה להשפיע על מבנה

החלבון ותפקודו.הטעות האופיינית העיקרית היא אי-הבחנה בשינוי שיתרחש:

"לא יהיה שינוי במבנה החלבון, משום שלאותה חומצה אמינית יש כמה קודונים."•בעיה נוספת בתת-סעיף זה היא הסברים חלקיים:

"הפגיעה היא בהחלפת ציטוזין לתימין. שניהם בסיסים מסוג פירימידינים ולא יווצרו קשרי מימן•בניהם."

"השינוי הוא שלא יווצרו קשרי מימן ולכן מבנה החלבון יפגע."•

מומלץ לנתח יחד עם התלמידים את נתוני השאלה ולבנות הסבר בשלבים. יש לשים , בעוד שתהליך3 לקצה '5 הנתונים הם מקצה 'DNAלב לכך שקטעי ה-

של 3 הוא מקצה 'RNAהתעתוק של .DNAה-

נתון:

139

ATG GCC TGC AAA CGC TGG ’5 3 ’ לפני הפגיעה:DNAקטע ה-

GGT CGC AAA CGT 5 או: ’

CCG GTA ’3

CCA GCG UUU GCA GGC CAU' 5 התקין המתקבל בתעתוק: RNAקטע ה-

3 ' (:3אחרי פגיעה מסוג )

DNA: ’3ATG GCT TGC AAA CGC TGGקטע ה-

’5


TCG GTA ’3

'CCA GCG UUU GCA AGC CAU 3' 5 המתקבל בתעתוק:RNAקטע ה-

( תופיע בחלבוןGGCהשינוי בקודון משנה את סוג החומצה האמינית: במקום גליצין )( . AGC סרין )

(74 )הציון iiתת-סעיף (?4אחרי פגיעה מסוג )

התשובה: ( מתווסף נוקלאוטיד אחד. הוספת נוקלאוטיד תגרום לשינויים4בפגיעה מסוג )

במבנה החלבון. החלבון יכול להיות קצר יותר )אם נוצר קודון סיום(, או: שינוי של חומצות אמיניות.


,DNAרוב התלמידים הצליחו לזהות את המוטציה - הוספת נוקלאוטיד לרצף ה- אך חלק מהתלמידים לא המשיכו בהסבר. היו תלמידים שכתבו תשובות כלליות כגון:

"יהיה חלבון שונה לגמרי." •"הכל ישתנה." •

גם כאן מומלץ לנתח יחד עם התלמידים את נתוני השאלה ולבנות הסבר בשלבים. נתון:

140

5967

010

2030

405060

7080

90100

i ii

ATG GCC TGC AAA CGC TGG ’5 3 ’ לפני הפגיעה:DNAקטע ה-


CCG GTA ’3

CCA GCG UUU GCA GGC CAU' 5 התקין המתקבל בתעתוק: RNAקטע ה-

3 ' (:4אחרי פגיעה מסוג )

DNA: ’3ATG GCC C TGC AAA CGCקטע ה-

TGG ’5


CCC GGT A ’3

'CCA GCG UUU GCA GGG CCA U 3' 5 המתקבל בתעתוק:RNAקטע ה- יהיה שינוי רק בשני הקודונים האחרונים.

הוספת נוקלאוטיד משפיעה על מסגרת הקריאה ומשנה את הקודונים. מתקבליםקודונים שונים

ולכן החומצות האמיניות המרכיבות את החלבון משתנות, כלומר מתקבל רצף שונה.

(63 )הציון סעיף ד' נפגע יש להפריד אותו ממולקולות ההיסטונים. אפשר לבצעDNAכדי לבדוק אם ה-

את ההפרדה .NaCl(aq) תמיסת נתרן כלורי, בעזרת

141

(67 )הציון iתת-סעיף ?DNAמהם הקשרים הקיימים בין מולקולות ההיסטונים ובין ה-

התשובה:: קשרים יוניים(.אוקשרים חשמליים )

)המטען החשמלי הכולל על החלבונים ההיסטונים הוא חיובי, כי הם מכילים אחוזגבוה של ליזין

הטעונות מטען שלילי, נמשכות למולקולותDNAוארגינין. קבוצות הזרחה שב- ההיסטונים.(


חלק מהתלמידים התקשו לקבוע מהם הקשרים הקיימים בין מולקולות ההיסטונים. DNAובין ה-

הם קבעו שהקשרים הם:"קשרי מימן." •"קשרי ון-דר-ואלס." •

קבוצות הזרחהDNAמומלץ להבהיר לתלמידים שבמבנה הדו-גדילי של ה- הנושאות מטען שלילי פונות אל ההיסטון. המטען החשמלי הכולל על החלבונים

ההיסטוניים הוא חיובי, כי הם מכילים אחוז גבוה של ליזין וארגינין. הקבוצות הצדדיות של חומצות אלה טעונות מטען חיובי. ולכן בין החלבונים ההיסטונים לבין

נוצרים כוחות משיכה חשמליים.DNAמולקולות ה-

(59 )הציון iiתת-סעיף ממולקולות ההיסטונים?DNA גורמת להפרדת ה- NaCl(aq)מדוע הוספה של תמיסת

התשובה:

142

+Naיוני (aq) -נמשכים לקבוצות הזרחה שב DNAובכך מחלישים את כוחות המשיכה ,

למולקולות ההיסטונים.DNAשבין ה-


הציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים לא הבינו שהוספת תמיסת נתרן כלורי היא הוספת . לכןDNAיוני נתרן ויוני כלור, ה"מתחרים" בכוחות המשיכה שבין ההיסטון ל-

להיסטון. יוני הנתרן יימשכו לקבוצת הזרחה הנושאתDNAיתנתקו הקשרים שבין ה- מטען שלילי ויוני הכלור יימשכו לקבוצת הצד של החומצות האמיניות הנושאות מטען

חיובי בהיסטון. תלמידים אלה ניסו "להמציא" הסברים כגון: "תמיסת המלח סופחת מים והמלח מתחבר אל קשרי המימן של הדנ"א ו\או ההיסטון ובכך•

מפריד ביניהם." יש משיכה חזקה ביותר מאשר ההיסטונים לכן הדנ"א מתקשרNaCl(aq)"למולקולות •

." NaCl(aq)למולקולת

.11אנו מביאים שאלות לתרגול בחלק מהנושאים שבהם עוסקת שאלה 1 שאלה

:DNAנתון רצף נוקלאוטידים בקטע מגדיל של מולקולת 5' C A C G C T T G G T G A C C G T A A 3'

המשלים.DNAרשום את רצף הנוקלאוטידים בקטע מגדיל ה- א.המקורי.DNA , המתועתק מגדיל ה- mRNAרשום את רצף הנוקלאוטידים בקטע ה- ב. mRNAרשום את רצף החומצות האמיניות בקטע של החלבון, שיתורגם ממולקולת ג.

זו. ,C ל- G המקורי ישונה מ- DNA בגדיל ה- 15אם הנוקליאוטיד ה- ד.

?mRNAאיך יראה קטע ממולקולת ה- mRNAמה ישתנה ברצף החומצות האמיניות בקטע של החלבון, שיתורגם ממולקולת ה.

זו? , מה ישתנה ב-15, לאחר הנוקליאוטיד ה- DNA לגדיל המקורי של ה- Gאם יתווסף ו.

mRNA? מה ישתנה בחלבון ?ז. , מה ישתנה ב-C ל- Gהמקורי ישונה מ- DNA בגדיל ה- 11אם הנוקליאוטיד ה- ח.

mRNA?

143

O

O

O

O

O

O

O

OO

O

O

O

O

O

O

O

O

….

….

….

O

….

I גדיל II גדיל

N

מה ישתנה בחלבון ?ט.

2 שאלה .DNAלפניך שני גדילים הלא מחוברים של

צייר קשרים בין שני הגדילים ליצירת מולקולה דו-גדילית.א. ?DNAמהו סוג הקשרים שמייצבים את מבנה ה- ב.

144

85

62

90

6174

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

41-549%

0-409%

55-8441%

85-10041%

בין אילו חלקים של נוקליאוטידים נוצרים הקשרים שציינת?ג.רשום את כיוונם של כל אחד משני הגדילים.ד..1-4באיור ישנם בסיסים חנקניים המסומנים במספרים ה.

כנה אותם בשמות: אדנין, גואנין, ציטוזין ותימין. היעזר בדפי הנוסחות.סמן את הקשרים הפוספואסטרים המחברים בין הנוקלאוטידים.ו.

12שאלה כימיה של חלבונים ושל חומצות גרעין

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


76777174ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: : כיווניות, בסיסים משלימים וקשריםDNAלהכיר את המבנה הדו-גדילי של ה- ×

המייצבים את המבנה. -לזהות את רצף הנוקלאוטידים בDNA..להכיר ולזהות את הקשרים בין נוקלאוטיד אחד לשני

145

,לדעת כיצד מתרחש תהליך תעתוק. יש להקפיד על הכיווניות ובסיסים משלימים אורציל יופיע במקום תימין.

-לרשום קטע מmRNA.המתועתק .להבין מידע חדש הנתון בשאלה ולהשתמש בו .לדעת כיצד מתרחש תהליך התרגום, הכיוון בו מתרחש התהליךלרשום נכון את נוסחת הקטע מהחלבון המתקבל בתרגום, כולל הקצה האמיני

והקצה הקרבוקסילי.לבצע חישובים פשוטים על בסיס הקוד הגנטי. × להבין עקרונות של הקוד הגנטי. ×


.RNAמחלת האיידס נגרמת על ידי נגיף )וירוס(. החומר התורשתי של נגיף זה הוא שלו חודר לתוך התא.RNAכשנגיף זה בא במגע עם תא, ה-

דו-גדילי. תהליך זה נקרא תעתוק הפוך.DNA של הנגיף משמש לבניית RNAה-


146


יישוםiאiiאנליזה

הבנהiבiiיישום

הבנהגיישוםדיישוםiה

iiיישום

8290

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(90 )הציון iתת-סעיף הסבר מדוע התהליך נקרא תעתוק הפוך.

התשובה:DNA RNAתעתוק "רגיל" מתרחש בכיוון:

התעתוק המתואר מתרחש בכיוון ההפוך.


הציון גבוה. התלמידים הבינו את תיאור התעתוק ההפוך המובא בשאלה והסבירו מדוע התהליך נקרא כך. הופיעו טעויות מעטות, בעיקר חוסר התייחסות למושג

, וניסיון להסביר מדועmRNA ל- DNA"תעתוק" - העברת המידע הגנטי מ- התהליך הוא "הפוך":

דו-גדילי."DNA יש רק גדיל אחד ו– RNA"מכיוון של- •

אנו ממליצים בלימודי תהליך תעתוק להשוות בין תעתוק "רגיל" ותעתוק " הפוך" ועל ידי כך להראות את המאפיינים המשותפים של כל תעתוק ולהבחין

אוRNA ל- DNAבין כיוון התהליך מבחינת סוגים של חומצות הגרעין )מ- (.3 ל- ‘5להפך( ומבחינת כיוון צמיחת השרשרת ) מ- ‘

לשם כך אפשר להשתמש באנימציות:http://www.youtube.com/watch?v=0MJIbrS4fbQ

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter18/

animation_quiz_3.html

147

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter18/animation_quiz_3.html

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter18/animation_quiz_3.html

http://www.youtube.com/watch?v=0MJIbrS4fbQ

(82 )הציון iiתת-סעיף של הנגיף שחודר לתא:RNAלפניך קטע

5' CCU CGA CCU CUU GCC 3'

,DNA מגדילי ה- כל אחדרשום את רצף הנוקליאוטידים בקטע המתאים של שנוצרו בתעתוק הפוך.

. 5 ואת קצה ‘3ציין את קצה ‘

התשובה:(RNA: 5' CCU CGA CCU CUU GCC 3' )

I 3' GGA GCT GGA GAA CGG 5'

II 5' CCT CGA CCT CTT GCC 3'


רוב התלמידים הצליחו ליישם את עקרונות התעתוק שלמדו כדי לרשום את תוצריהתעתוק ההפוך.

יחד עם זאת אותרו טעויות הנובעות מהפרת הכללים של קריאת הרצפים בחומצות .5 ואת קצה ‘3גרעין. טעות נוספת היא רישום הפוך של קצה ‘

מומלץ להבהיר לתלמידים שהנקודה המרכזית אותה הם צריכים להבין, כדי , היאRNA והן של DNAלהימנע מטעויות מסוג זה בקריאת הרצפים, הן של

יהיה יציב הגדילים צריכים להסתדר בסדרDNAשעל מנת שהקשר בין גדילי ה- הפוך:

148

74

130

10

2030

405060

7080

90100

i ii

תוך מולקולריים

פוספוליפידים - סוגי הקשרים

(62 )הציון סעיף ב' שנוצר בתעתוק הפוך נקשר DNAכל גדיל

משולב.DNA של התא. מתקבל DNAלגדיל

(13 )הציון iתת-סעיף המשולב?DNAמהו סוג הקשרים שנוצרו במהלך היווצרות ה-

התשובה:קשרים פוספו-אסטריים.

.הבנהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא במהלךהציון נמוך במיוחד. רוב התלמידים טעו בקביעת הקשרים הנוצרים

המשולב:DNAהיווצרות ה- "קשרי מימן."•"קשרים גליקוזידיים."•"קשרי ון-דר-ואלס."•

אנו מביאים את סיכום המידע על הקשרים השונים בפוספוליפידים, בחלבוניםובחומצות גרעין.

סיכומים אלה עשויים לעזור למניעת הטעויות.

149

בין מולקולריים

קשרי מימןכוחות ון-דר-ואלס

בתמיסה מימיתבין מולקולות של פוספוליפידים לבין מולקולות מים

בין מולקולות של פוספוליפידיםלבין עצמן

חלבונים - סוגי הקשרים


כוחות ון-דר-ואלסקשרי מימןקוולנטיים

בין קבוצות צדהידרופוביות

במבנה שלישוני

בין קבוצות צדהידרופיליות


בין קבוצותפפטידיות


דו-גופרית ביןאטומי גופריתבמבנה מרחבי

פפטידיים ביןשיירים של

חומצות אמיניותבשרשרת

150


קשרי מימןקוולנטיים

חומצות גרעין - סוגי הקשרים

151

mRNA ביןtRNA -ל

DNA ביןmRNA -ל

בין מולקולריים

קשרי מימן

(74 )הציון iiתת-סעיף

152

המשולב עובר בתא תעתוק רגיל ותרגום. נוצרים חלבונים של מעטפתDNAה- הנגיף.

מקודד.ii הנתון בתת-סעיף א RNAרשום את רצף החומצות האמיניות שקטע ה- הוא התחלה של קודון.RNA' של 5 בקצה Cהנח שה-

התשובה:Pro Arg Pro Leu Ala


הטעות האופיינית העיקרית בתת-סעיף זה היא רישום של רצף החומצות האמיניות בעברית. בעיה נוספת היא טעויות בזיהוי חומצות אמיניות - עבודה לקויה עם הטבלה

"רשימת קודונים והחומצות האמיניות המתאימות להם" שבדפי הנוסחאות.

בנוסף לדרישה לרשום את רצף החומצות האמיניות באנגלית, מומלץ לסכם אתהתשובות

לסעיפים א'-ב' בטבלה:

רצף חומצותאמיניות

ProArgProLeuAla

mRNA5’ CCUCGACCUCUU GCC 3’

DNA’I3’ GGAGCTGGAGAA CGG 3גדיל

’II5’ CCTCGACCTCTT GCC 3גדיל

(90 )הציון סעיף ג'לפניך חמישה שלבים של התהליך המתרחש בתא לאחר התקפה של נגיף האיידס.

השלבים רשומים בסדר אקראי. רשום אותם בסדר הנכון.תעתוק הפוך-תעתוק רגיל-תרגום- של הנגיף לתאRNAחדירת ה- -

153

= 500110 gr

mol

55,000 grmol

המשולבDNAהיווצרות ה- -

התשובה: של הנגיף לתאRNA. חדירת ה- 1. תעתוק הפוך2 המשולבDNA. היווצרות ה- 3. תעתוק רגיל4. תרגום5


הציון גבוה. הופיעו טעויות מעטות הנובעות מחוסר הבנה של המושג החדש "גדילמשולב". היו תלמידים שהתייחסו לגדיל זה כאל שרשרות נפרדות.

(61 )הציון סעיף ד' גרם למול.55,000 האיידס היא המסה המולרית של אחד מחלבוני נגיף

גרם למול.110מסה מולרית ממוצעת של יחידת חומצה אמינית בחלבון זה היא מטר.1010·3.4 שכנים בגדיל הוא נוקלאוטידיםהמרחק הממוצע בין מרכזי

.פרט את חישוביך שמקודד את החלבון. DNAחשב את אורך הקטע של ה-

התשובה:

מספר החומצות האמיניות בחלבון:

3 500 שמקודד את החלבון:DNAמספר הנוקלאוטידים בקטע ה-

= 1500 1010 m (1500 1) = 5.097·107 m·3.4 שמקודד את החלבון:DNAאורך קטע ה-

154

, וגם חישובים נוספים:1010 m 1500 = 5.1·107 m·3.4)התקבל גם חישוב: חישוב בו תלמיד הוסיף קודון התחלה, חישוב בו תלמיד הוסיף גם קודון התחלה וגם

קודון סיום.(


לבצע חישובים פשוטים על בסיס הקודהציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים התקשו הגנטי.

הטעויות האופייניות הן: -בחישוב של מספר הנוקלאוטידים בקטע ה- 3אי-הכפלה ב DNAשמקודד את

החלבון. -של מספר החומצות האמיניות במקום הכפלה.3חלוקה ב

אנו מביאים מספר תרגילים העשויים לעזור לתלמידים להימנע מטעויות מסוגזה:

מה יותר כבד - חלבון או גן שלו? .1 110מסה מולרית ממוצעת של יחידת חומצה אמינית בחלבון זה היא נתון:

גרם למול. גרם למול.300מסה מולרית ממוצעת של נוקלאוטיד היא

זוגות נוקלאוטידים. מהו אורך הקטע? 60 מכיל DNAקטע ממולקולת ה-.2.nm 0.34נתון: אורך נוקלאוטיד הוא

נוקלאוטידים. מהו אורך100 מכיל DNAקטע דו-גדילי של מולקולת ה- .3הקטע?

.nm 0.34נתון: אורך נוקלאוטיד הוא נוקלאוטידים. מהו מספר של1230 מכיל DNAקטע ממולקולת ה-.4

חומצות אמיניות שמכיל החלבון שמתאים לקטע זה? מעביר. מהו מספר חומצותRNA מולקולות 30בתהליך התרגום השתתפו .5

אמיניות, מספר קודונים, ומספר נוקלאוטידים שהשתתפו בתהליך זה? גרם למול. מהו אורך40000מסה מולרית של שרשרת פוליפפטידית היא .6

? DNAשל הקטע המתאים של מולקולת

155

7772

010

2030

405060

7080

90100

i ii

110מסה מולרית ממוצעת של יחידת חומצה אמינית בחלבון זה היא נתון: גרם למול.

.nm 0.34 אורך נוקלאוטיד הוא שמקודדת מבנה ראשוני של מולקולתDNAמהו אורך הקטע ממולקולת .7

שיירי חומצות אמיניות? מהו מספר מולקולות של 51חלבון, אשר מכיל RNA ?מעביר הנדרש להיווצרות חלבון זה

.nm 0.34נתון: אורך נוקלאוטיד הוא

(74 )הציון סעיף ה'

(72 )הציון iתת-סעיף בתא גדול ממספר הסוגים של חומצות אמיניות בסך כלtRNAמספר הסוגים של

החלבונים המרכיבים תא חי. הסבר מדוע.

התשובה: גדול ממספר החומצות האמיניות.( tRNA)מספר הסוגים של

חומצה אמינית יכולה להיות מקודדת על ידי יותר מקודון אחד, לכן יש יותר סוגיtRNA.מאשר חומצות אמיניות

:או

156

.64 = 43מארבעה סוגי נוקלאוטידים מתקבל מספר קודונים אפשריים: .20מספר סוגים של חומצות אמיניות:


חלק מהתלמידים התקשו להסביר את העובדה הנתונה. הופיעו הסברים כללייםכגון:

"כי כך בנו תא חי."•היו תלמידים שחזרו על העובדה הנתונה במקום הסבר:

בתא מאשר הסוגים של חומצות אמיניות."tRNA"בגלל שיש יותר סוגים של •

(77 )הציון iiתת-סעיף מביא לשינוי ברצף שלDNAה- הסבר מדוע לא כל שינוי ברצף נוקלאוטידים בגדיל

חומצותאמיניות במולקולת חלבון.

התשובה: שינוי בהרכב הקודון לא תמיד מביא לשינוי ברצף החומצות האמיניות, כי אותה

חומצה אמינית יכולה להיות מקודדת על ידי מספר קודונים.


רוב התלמידים כתבו הסברים נכונים, אך הופיעו גם טעויות. הבעיה העיקרית על העובדה הנתונה במקום הסבר:בתת-סעיף זה היא חזרה

."DNA"כי שינוי ברצף של חומצות אמיניות לא קורה כתוצאה מכל אחד מהשינויים בגדיל ה- •

מומלץ במהלך ההוראה והתרגול להתייחס לשתי תכונות של הקוד הגנטיולחשיבתן לקיום החיים:

157

חומצה אמינית אחת מקודדת על ידי מספר קודונים. חשיבות: לא כל שינוי. 1ברצף נוקלאוטידים מביא לשינוי במבנה החלבון.

כל קודון מקודד רק חומצה אמינית אחד. חשיבות: קוד גנטי הוא. 2 "חד-משמעי" - לא יתכן שעל בסיס של אותו מידע תא יבנה רצפים שונים

של חומצות אמיניות.

158

62

8873

81

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-549%

0-406%

55-8443%

85-10042%

13שאלה כימיה של הסביבה

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


74727776ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לקבוע את סוג התגובה הנתונהלהכיר תגובות חמצון-חיזור ולזהות תגובות אלה על פי שינויים בדרגות חמצון

של אטומי מחמצן ומחזר..לדעת עקרונות של טיהור מים. להכיר שיטות שונות לטיהור מים.להכיר את תורת ההתנגשויות בעזרת תורת ההתנגשויות את התלות של משך החיטוי בטמפרטורתלהסביר

המים..להכיר את הגורמים המשפיעים על קצב תגובה .לבצע חישובים סטויכיומטריים

159

6163

010

2030

405060

7080

90100

i ii

.לקרוא ספקטרום בליעה ולעבוד איתו .לדעת מהו היחס בין אנרגיית פוטון, אורך גל של הקרינה ותדירות הקרינה .לחשב את אנרגיית הפוטון על פי אורך הגל של הקרינה .לחשב את אורך הגל של הקרינה על פי תדירות הקרינה


. אמנם בדרך זו נפטרים I2(s)חובבי טבע נוהגים לטהר מי נחלים או אגמים בעזרת יוד מהחיידקים שבמים, אולם עודף היוד פוגע בטעמם של המים ואף עלול להזיק

לבריאות.

(62 )הציון סעיף א' היא אחת התגובות המתרחשות כשמכניסים יוד למים: )1(תגובה

(1) I2(aq) + 2H2O(l) HIO(aq) + H3O+(aq) + I

(aq)

, הנוצרת בתגובה זו, קוטלת את החיידקים.HIO(aq) חומצה

160



אנליזהביישוםiג

iiיישוםיישוםiד


(63 )הציון iתת-סעיף .נמקמהו סוג התגובה שעליה מבוסס הטיהור בעזרת יוד?

התשובה:תגובת חמצון-חיזור.

: יש שינוי בדרגות החמצון של אטומיאובמהלך התגובה יש מעבר של אלקטרונים )יוד(.


הציון נמוך. חלק מהתלמידים התקשו להבין מה זה סוג התגובה. אותרו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1"תגובת חומצה-בסיס, כי נוצרת חומצה."• "תגובת שיווי-משקל, כי ברגע מסוים נוצר שיווי-משקל, כלומר יש שוויון בריכוזים שנשמר ולא•

משתנה.""תגובה אקסותרמית."•קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2 "תגובת חמצון-חיזור, כי אנו רואים שכמה מולקולות של יוד ומים משנות את מספר האלקטרונים•

שלהן.""תגובת חמצון-חיזור, כי יוד הוא הלוגן. הלוגנים נוטים לעבור חמצון."•

יח"ל מומלץ להזכיר לתלמידים5במהלך הלימוד של נושאי בחירה בהשלמה ל- יח"ל ובנושא החובה. לדוגמה, עבור3נושאים ומושגים שנלמדו במסגרת של

נושאים אחדים מפרק "כימיה של הסביבה":

161

נושאים בפרק "כימיה של הסביבה"

נושאים ומושגיםעליהם מומלץ לחזור

מבנה וקישורשיטות טיהורתגובות חמצון-חיזור

תגובות חומצה-בסיסתגובות שיקוע

הלוגניםרדיקלים חופשיים

תגובות הפיכותאנרגיה

שיווי-משקלקצב תגובה

תגובות חומצה-בסיסטיטרציה כשיטת מדידהאינדיקטורים

תגובות שיקוע חישובים

סטויכיומטרייםהתחממות גלובלית )"אפקט החממה"(

תכונות הגזיםאנרגיה

שיווי-משקל

(61 )הציון iiתת-סעיף הצע שיטה נוספת לטיהור מים בשטח.

התשובה:הרתחת מים.

, טיהור על ידי כלור ועוד(UV)לקבל כל שיטה נכונה אחרת, כגון הקרנת


תלמידים רבים התקשו להציע שיטה נוספת לטיהור מים בשטח. הופיעו הצעותלא הגיוניות כגון:

"לטהר מים בעזרת ג'ל."•"להכניס למים סבון."•

היו תלמידים שהתעלמו מכך שמדובר בטיהור מים בשטח והציעו שיטות שלאניתנות לביצוע בתנאי שטח ולא עוזרות להיפטר מחיידקים:

"להעביר מים דרך מחליף יונים."•"לטהר מים באמצעות קולונה."•

162

7672

10

2030

405060

7080

90100

על ערכה לטיהור מים בטבליות יוד כתובים הנתונים האלה:

טמפרטורת המים(oC)

משך החיטוי)דקות(

מספר הטבליות שצריך ליטר מים1 להכניס ל-

5604.015452.525301.535151.2

(88 )הציון סעיף ב'הסבר בעזרת תורת ההתנגשויות את התלות של משך החיטוי בטמפרטורת המים.

התשובה: )ככל שטמפרטורת המים נמוכה יותר, קצב התגובה של היוד כמחטא והורס חיידקים

הוא איטי יותר.(בטמפרטורה נמוכה יותר, אנרגיה קינטית ממוצעת של החלקיקים נמוכה יותר.

: הסיכוי ליצירת תצמידיםאומספר התנגשויות פוריות )ביחידת זמן( קטן יותר ) משופעלים קטן יותר(.

לקצב התגובה קטן יותר )לכן משך החיטוי גדול יותר(. .אנליזהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

את התלות של משך החיטוי בטמפרטורת המיםהציון גבוה. תלמידים ידעו להסביר בעזרת תורת ההתנגשויות. הופיעו טעויות מעטות הנובעות מחוסר הבחנה בין הסבר

ברמה מאקרוסקופית לבין הסבר ברמה מיקרוסקופית:"האנרגיה של המים גדולה והם זזים יותר, וכתוצאה מכך מתנגשים עם היוד בכלי."•"מים מתחממים, קצב התגובה עולה, ולכן מספר התנגשויות בין המולקולות עולה."•

(73 )הציון סעיף ג' .25oC ליטר מים בטמפרטורה 20מטיילים חיטאו בטבליות יוד

163

grmol254

0.008 gr = 3.15·105 mol

grmol254

(72 )הציון iתת-סעיף ליטר מים.20 מ"ג יוד. חשב כמה מולים של יוד הוסיפו המטיילים ל- 8כל טבלייה מכילה .פרט את חישוביך

התשובה:

:I2(s)המסה המולרית של

בטבלייה אחת:I2(s)מספר המולים של

טבליות היוד.(1.5 יש להוסיף לליטר מים 25oC)בטמפרטורה של = 20 1.5 טבליות30 ליטר מים: 20מספר טבליות יוד שיש להוסיף ל-

טבליות 105 mol 30 = 9.45·104 mol·3.15 טבליות: 30 ב- I2(s)מספר המולים של


ליטר מים על ידי20מולים של יוד שהוסף ל- רוב התלמידים חישבו נכון את מספר ההמטיילים.

טעויות אופייניות:יחד עם זאת אותרו .קביעה שגויה של מסה מולרית של יוד - רושמים מסה מולרית של אטומי יוד.חישוב הריכוז של יוד ביחידות מ"ג לליטר.טעויות חישוב

(76 )הציון iiתת-סעיף כדי להיפטר מן הטעם הרע של המים המטוהרים, הוסיפו המטיילים למים טבליות של

164

grmol176

grmol176 9.45·104 mol = 0.16632 gr = 166.32 mg

166.32 mg50 mg טבליות 3.33 =

(:2) , שהגיב עם יוד על פי תגובה C,C6H8O6(s)ויטמין (2) C6H8O6(aq) + I2(aq) + 2H2O(l) C6H6O6(aq) + 2I(aq) + 2H3O+

(aq)

. C מ"ג של ויטמין 50כל טבלייה מכילה בכמות מספקת לתגובה עם כל היוד שהוכנסCהמטיילים הוסיפו טבליות של ויטמין

למים, כי לא ידעו מהי כמות היוד שהגיבה..פרט את חישוביך הוסיפו למים? Cכמה טבליות של ויטמין

התשובה: , 1:1 הוא C6H8O6(aq) לבין I2(aq)יחס המולים בניסוח התגובה בין

104 mol·9.45 ליטר מים: 20 שיש להוסיף ל- C6H8O6(s)לכן מספר המולים של

: C6H8O6(s)המסה המולרית של ליטר מים: 20 שיש להוסיף ל- C6H8O6(s)המסה של

ליטר מים: 20 שיש להוסיף ל- C6H8O6(s)מספר הטבליות של


20 שהוסף ל- C6H8O6(s)הטבליות של רוב התלמידים הצליחו לחשב נכון את מספר ליטר מים על ידי המטיילים, אך היו תלמידים שטעו. חלק מהתלמידים לא הבינו את

השאלה והתקשו לקשר בין החישוב בתת-סעיף זה לבין החישוב C . הם לא התייחסו לנתון שהמטיילים הוסיפו טבליות של ויטמין iבתת-סעיף ג'

בכמות מספקת לתגובה עם כל היוד שהוכנס למים.

ליטר מים על ידי המטיילים: 20מומלץ לסכם עם התלמידים את שלבי הטיהור של : 1 שלב

מול יוד.104·9.45 טבליות יוד המכילות סה"כ 30הוספת

165

ליטר מים20 הבקבוק הכיל:

9.45·104מול יוד

דקות החיטוי נגמר.30לאחר ליטר מים20 הבקבוק הכיל: 1לאחר החיטוי, בתום שלב

מול יוד104·9.45פחות מ-

: 2 שלב כדי להיפטר מן הטעם הרע של המים המטוהרים, המטיילים צריכים להוסיף למים

טבליות של , כדי שיגיב עם עודף היוד שנשאר בבקבוק אחרי החיטוי. Cויטמין

HIO(aq) חומצהמאחר והם לא ידעו כמה מולים של יוד הגיבו )בתגובה נוצרת

שקוטלת חיידקים(. )כמות מספקת לתגובה עם כל היודC ויטמין מול104·9.45לכן המטיילים הוסיפו

.C טבליות ויטמין 3.33שהוכנס למים( הנמצאים ב-

ליטר מים20בתום התגובה הבקבוק הכיל: שנשאר אחרי התגובה עם יוד Cעודף של ויטמין

166

A B

אורך גל) )מיקרון

בליעה

3918

07

001

0203

040506

0708

09001

מומלץ להיעזר בהוראה במצגות הנמצאות באתר הספר "יש לי כימיה עםהסביבה":

http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/sviva

- מצגת "המים" שהוכנה על ידי ד"ר מלכה יאיון וד"ר דפנה מנדלר- מצגת "הטיפול במים" שהוכנה על ידי ד"ר דבורה קצביץ וד"ר דפנה מנדלר

מומלץ להציג לתלמידים את הסרטונים:?http://www.youtube.com/watch"טיהור מים":

v=EJZm1cI8XC8

?http://www.youtube.com/watch"מערכות לטיהור מים אפורים":

v=mz6UCHY6ufU

UV": https://www.youtube.com/watch?v=9tlmhIYAPZQ"טיהור מים בשטח בקרינת

המבוצעת במטרה "הפוכה" - קביעת ריכוזiiתגובה המתוארת בתת-סעיף ג במשקאות קלים על ידי טיטרציה עם תמיסת יוד:Cשל ויטמין

https://www.youtube.com/watch?v=VWoRUk47VvU

(81 )הציון סעיף ד' .H2O(g)לפניך ספקטרום בליעה של

167

https://www.youtube.com/watch?v=VWoRUk47VvU

https://www.youtube.com/watch?v=9tlmhIYAPZQ




http://www.youtube.com/watch?v=mz6UCHY6ufU

http://www.youtube.com/watch?v=mz6UCHY6ufU

http://www.youtube.com/watch?v=EJZm1cI8XC8

http://www.youtube.com/watch?v=EJZm1cI8XC8


E = hc

E(eV) = = = 0.413 eV (nm)1240 1240

3000 nm

( E = )hc E = = 6.63·1020 J 3·106 m

6.63·1034 J·sec 3·108 secm

(93 )הציון iתת-סעיף ?B או לפוטון באורך גל Aלאיזה פוטון יש אנרגיה גבוהה יותר, לפוטון באורך גל

.נמק ללא חישוב

התשובה: מיקרון(.3: או )Aלפוטון באורך גל

: על פי הנוסחה:אויש יחס הפוך בין אורך הגל של הפוטון לבין האנרגיה שלו ).)


הציון גבוה. התלמידים ידעו לנתח את הנתונים, ליישם את היחס בין אנרגיית הפוטון לבין אורך הגל ולהסיק מסקנה ללא חישוב. התלמידים המעטים שטעו סברו

שאנרגיית הפוטון תלויה בעוצמת הקרינה: יש אנרגיה גבוהה יותר, כי הוא בולע יותר."B"לפוטון באורך גל •

(81 )הציון iiתת-סעיף .פרט את חישוביך . iחשב את אנרגיית הפוטון שבחרת בתת-סעיף ד

התשובה:

לקבל גם:


168

( = )c = = 5.56·107 m = 0.556 micron 5.4·1014 sec

1

3·108 secm

רוב התלמידים חישבו נכון את אנרגיית הפוטון על פי אורך גל של הקרינה על פיהנוסחה הנתונה.

יחד עם זאת אותרו טעויות אופייניות: .קשיים בעבודה עם חזקות.אי-רישום יחידות או רישום יחידות שגויות

(70 )הציון iiiתת-סעיף . Hz 1014·5.4 בקרינה בתדירות H2O(g)מקרינים .פרט את חישוביך בולע קרינה בתדירות זאת. H2O(g)קבע אם

התשובה:אורך גל של הקרינה בתדירות הנתונה:

: באורך גל זה(.אואין בליעה של קרינה בתדירות זו ) לקבל גם תשובה שאי אפשר לקבוע אם יש בליעה באורך גל זה, כי זהו ספקטרום

עם מרווחים לא סימטריים.


הציון בינוני. רוב התלמידים ידעו לחשב את תדירות הקרינה על פי אורך גל של בולע קרינהH2O(g)הקרינה על פי הנוסחה הנתונה, אך חלקם התקשו לקבוע אם

בתדירות הנתונה. הטעויות האופייניות הן:

.קשיים בעבודה עם ספקטרום הבליעה הנתון.קשיים בעבודה עם חזקות.אי-רישום יחידות או רישום יחידות שגויות - במעבר ממטרים למיקרונים

כדאי להסביר לתלמידים כיצד מבצעים פעולות עם חזקות ללא מחשבון. כמו כן מומלץ לבדוק אם התלמידים יודעים לקרוא נכון את התשובות

במחשבון.

169

7659

80 74

52

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

, מומלץ לתת לתלמידים תרגיליםiii ו- iiכדי למנוע טעויות שאותרו בתת-סעיפים הדורשים

עבודה עם חזקות ומעבר בין יחידות. תרגיל לדוגמה:

השלם את הנתונים החסרים בטבלה שלפניך. פרט את חישוביך וציין יחידות בתוךהחישוב.

תדירותאורך הגל של הקרינהמס'הקרינה

Hz

אנרגיית הפוטון שלהקרינה

J

nmmicron

620א.

8ב.

1014·5.03ג.

1019·3.96ד.

14שאלה כימיה של הסביבה

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


67606665ציון


מהתלמידים

170

41-5414%

0-4014%

55-8449%

85-10023%

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להכיר תהליכים של בליעה ופליטה של קרינה אלקטרומגנטית.לדעת את הנושא "אפקט החממה" - היבט מאקרוסקופי והיבט מיקרוסקופי ."להכיר את גזי החממה, את ההגדרה של "החלון האטמוספרי האינפרא-אדום,לדעת שעלייה בטמפרטורה - מדד לעלייה באנרגיה הקינטית הממוצעת

מתרחשת בעקבות בליעת הקרינה בתחום האינפרא-אדום ועקב הסעה -כתוצאה מהתנגשויות בין מולקולות.

."להכיר את המושג "צפיפותלנתח ניסויים המדגימים את אפקט החממה, להסביר את תוצאותיהם ולהסיק

מסקנות - על פי תיאורם..להתנסות בתכנון ניסוילהכיר סוגי עירור שאותו עוברת מולקולה בבליעת פוטון הקרינה, ואיזה עירור

שלUVהיא עוברת: אלקטרוני בבליעת פוטון הקרינה מתחום הנראה ומתחום .IRהספקטרום האלקטרומגנטי; ויברציוני בבליעת פוטון הקרינה מתחום

.להכיר את השיטה הוולומטרית לקביעת ריכוזי היונים במים.לנסח תגובה כשנתונים מגיבים ותוצרים .לבצע חישובים סטויכיומטריים עבור תמיסות מימיות


171


יישוםאאנליזהiב

iiאנליזהiiiהבנה

הבנהגיישוםדיישוםה

I II

CO2(g)

מד טמפרטורה מד טמפרטורה

השאלה עוסקת בשני ניסויים שונים הקשורים לסביבה. על ידי גז חממה. IRהניסוי הראשון נעשה כדי לחקור את הבליעה של קרינת

, על שולחן מעבדה, וכיסו את תחתיות הכוסות בדיסקיותII ו- Iהניחו שתי כוסות, -מושחרות.

מדדו את טמפרטורת האוויר בכוסות.- גדולה מצפיפותCO2(g) . הצפיפות של CO2(g) בפחמן דו-חמצני, IIמילאו את כוס -

האוויר, לכן הוא אינו מתנדף במהירות מתוך הכוס הפתוחה. הקרינו את הגזים בשתי הכוסות באור הנראה )ראה איור(. הדיסקיות המושחרות-

.IRבולעות קרינה זו ופולטות קרינת מטמפרטורת הגז8oC גבוהה ב- II דקות הייתה טמפרטורת הגז בכוס 10לאחר -

.Iבכוס

(76 )הציון סעיף א' הסבר כיצד הניסוי המתואר מדגים את "אפקט החממה". בתשובתך התייחס לכל מרכיבי

המערכת.

התשובה: בניסוי הקרינה הנפלטת מהמנורה מדגימה את הקרינה הנפלטת מהשמש.

172

44 46

93

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

הדיסקיות המושחרות מדגימות את הקרקע אשר בולעת את קרינת השמש, המגיעהלכדור הארץ,

. IRופולטת קרינת CO2(g) שבכוסII בולע קרינת IR האטמוספרה של ולכן מתחמם, כפי שמתחממת

כדור הארץ בגללגזי חממה.


כיצד הניסוירוב התלמידים התייחסו למרכיבי המערכת הניסויית והסבירו נכון המתואר מדגים את "אפקט החממה", אך חלק מהתלמידים לא הצליחו לקשר בין

הניסוי לתהליכים המתרחשים בטבע.הטעויות האופייניות הן:

קרינה הנפלטתאי-התייחסות לאחד או לשניים ממרכיבי המערכת הניסויית: ל CO2(g) על ידי הגז IRמהמנורה, לדיסקיות המושחרות או לבליעה של קרינת

.IIשבכוס :הקבלה שגויה בין מרכיבי הניסוי לבין התהליכים המתרחשים בטבעכמו גזי חממה." IR"הדיסקיות המושחרות בולעות את קרינת •."IR"קרינת המנורה מחממת את הגזים שבכוסות כמו קרינת •


173

I II

CH4(g)

4HC(g) אוויר

(44 )הציון iתת-סעיף . בסיום הניסוי טמפרטורות הגזים בשתי הכוסות היוCH4(g)חזרו על הניסוי עם מתאן,

זהות. הסבר מדוע.

התשובה:CH4(g) הוא גז חממה שבולע קרינה בתחוםIR .

, כי מתאן לא נמצא בכלי, הוא "ברח".IIלא חל שינוי בטמפרטורת הגז בכוס נמוכה מצפיפות האוויר, ולכן הגז "בורח" מהכוס.CH4(g): הצפיפות של או


גדולהCO2(g)הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים התעלמו מהנתון שהצפיפות של מצפיפות האוויר, לכן הוא אינו "בורח" במהירות מתוך הכוס הפתוחה, ולא הסיקו

אינו מתחמם בניסוי, אז הצפיפות שלו נמוכה מצפיפותCH4(g)מסקנה שאם גז חממה האוויר, ולכן הגז "בורח" מהכוס.

חלק ניכר מהתלמידים לא הבינו את תיאור הניסוי החדש. הם הניחו שבאחת , ומאחר ושניהם גזי חממה - הטמפרטורה בשתי CH4(g) ובשנייה CO2(g)מהכוסות היה

הכוסות עלתה באותה מידה:"מאחר ולשני הגזים ספקטרום בליעה דומה, הם בולעים אותה אנרגיה."•"שניהם גזי חממה, ולכן התחממו באותה מידה." •

הוא גז חממה: CH4(g)טעות אופיינית נוספת מצביעה על חוסר ידע - שהגז , כי הוא אינו גז חממה." IR אינו בולע את קרינת CH4(g)"הגז •

מומלץ לבקש מהתלמידים לצייר תרשים של הניסוי המתואר בתת- סעיף זה, כדילהבין טוב יותר באיזו מערכת מדובר.

174

I II

CH4(g)

4HC(g) אוויר

(46 )הציון iiתת-סעיף .CH4(g) על ידי IRהצע ניסוי שבו אפשר להדגים את הבליעה של קרינת

התשובה:.בכלי סגורכל הצעת ניסוי עם מתאן


, לא הצליחוiגם בתת-סעיף זה הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים, שטעו בתת-סעיף ב להציע ניסוי מתאים.

חלקם דילגו על תת-סעיף זה וחלקם הציעו ניסויים שלא התאימו לתשובותיהם ובשנייהCO2(g) . לדוגמה: התלמידים שהניחו שבאחת מהכוסות היה iבתת-סעיף ב

CH4(g) ,ומאחר ושניהם גזי חממה - הטמפרטורה בשתי הכוסות עלתה באותה מידה , בגז אחר. חלקם כתבו: CH4(g)הציעו כאן להחליף

, לכן שאלה זו אינה מתאימה." iבניסוי שבתת-סעיף IR בולע את קרינת CH4(g)"הגז •כחצי מהתלמידים, שענו נכון בתת-סעיף הקודם, לא התקשו בתת-סעיף זה וענו נכון.

גם כאן מומלץ לבקש מהתלמידים לצייר תרשים של הניסוי שהם הציעו:

175

(93 )הציון iiiתת-סעיף :IR כאשר היא בולעת פוטון מתחום CH4קבע מהו סוג העירור שעוברת מולקולה

אלקטרוני .הסבר כיצד קבעתאו ויברציוני.

התשובה: אינה מספיקה לעירור אלקטרוני.IRעירור ויברציוני. אנרגיית הפוטון של קרינת


הציון גבוה מאוד. התלמידים הכירו את סוגי עירור שאותו עוברת מולקולה בבליעת פוטון הקרינה, ואיזה עירור היא עוברת: אלקטרוני בבליעת פוטון הקרינה מתחום

של הספקטרום האלקטרומגנטי; ויברציוני בבליעת פוטוןUVהנראה ומתחום .IRהקרינה מתחום

התנאי להצלחה בסעיפים א'-ב' הוא הבנת התיאור של הניסוי המתואר והסקת מסקנותמן המידע.

בעת ביצוע ניסויים במעבדה, מומלץ לבקש מהתלמידים להסביר מה מתרחש בכלאחד משלבי הניסוי ולרשום הסברים אלה בדו"ח.

בספר הלימוד2 מלא )פרק IIמומלץ לבצע ניסוי "בקבוקים לוהטים" כניסוי ברמה "יש לי כימיה עם הסביבה" מאת דפנה מנדלר, אסנת אהרוני, מלכה יאיון, מכון

176

ויצמן למדע(. ביצוע הניסוי עוזר לתלמידים להבין את הקשר בין שינוי הטמפרטורה באורך גל מסוים.IRבמערכת, המכילה גז כלשהו, כתוצאה מהקרנת הגז בקרינת

(80 )הציון סעיף ג' מיקרון מכונה "החלון האטמוספרי האינפרא-אדום". הסבר12 מיקרון ל- 8התחום שבין

מדוע.

התשובה: מיקרון נקרא בשם "החלון האטמוספרי האינפרא-אדום",12 מיקרון ל- 8התחום בין

IR ( אינם בולעים בתחום זה, וקרינת H2O(g) ו- CO2(g): אוכי גזי החממה העיקריים )

נפלטת החוצה לחלל החיצון.


רוב התלמידים הכירו את ההגדרה של "החלון האטמוספרי האינפרא-אדום" ולא התקשו לענות על השאלה. היו תלמידים שכתבו הסברים כלליים ללא התייחסות לגזי

חממה: "בתחום זה הקרינה נפלטת החוצה." •"זהו תחום ללא בליעה." •

מומלץ להציע לתלמידים לקרוא )כהעשרה( את המאמר "מתאן - גז חממה, גז , יולי107קטלני ומקור אנרגיה ירוק", מאת ד"ר דרור בר-ניר, "גליליאו", גיליון

2007 :http://telem.openu.ac.il/courses/c20237/methane-g.htm

מקורות העשרה נוספים על אפקט החממה אפשר למצוא באתר הספר "יש לי כימיה עםהסביבה":

http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/sviva/

177

http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/sviva/

http://telem.openu.ac.il/courses/c20237/methane-g.htm

Iהניסוי השני נעשה כדי לקבוע את ריכוז יוני היוד, (aq)במים. השיטה מבוססת על ,

תגובת שיקוע . AgI(s)של כסף יודי,

I משַקעים את יוני ה- Iבשלב (aq) באמצעות הוספה של תמיסת AgNO3(aq).בעודף

+Ag מטטרים את יוני ה- IIבשלב (aq),שלא הגיבו, עם תמיסה המכילה יוני תיאוציאנט

SCN(aq),

+Fe3בנוכחות יוני ברזל, (aq) המשמשים אינדיקטור בטיטרציה. בתגובה נוצר משקע לבן ,

AgSCN(s) . +FeSCN2בנקודת הסיום של הטיטרציה נוצרים יוני

(aq).שצבעם אדום

(74 )הציון סעיף ד'I התגובות המתרחשות בתהליך הקביעה של ריכוז יוני היוד, שלושנסח את

(aq), במים.

התשובה:Ag+

(aq) + I(aq) AgI(s)

Ag+(aq) + SCN

(aq) AgSCN(s)

Fe3+(aq) + SCN

(aq) FeSCN2+(aq)


רוב התלמידים ניסחו נכון את התגובות על פי המגיבים והתוצרים הנתונים, אך היותלמידים שטעו בגלל אי-הבנה של תיאור הניסוי. הטעויות האופייניות שאותרו הן:

:רישום ניסוח מולקולרי• AgNO3(aq) + I

(aq) AgI(s) + NO3(aq)

רישום ניסוח תגובות המתרחשות בשלהII:באותו ניסוח • Ag+

(aq) + Fe3+(aq) + 2SCN

(aq) AgSCN(s) + FeSCN2+(aq)

רישום ניסוח תגובה בין יוניFe3+(aq) :עם תוצר התגובה הקודמת

• Fe3+(aq) + AgSCN(s) Ag+

(aq) + FeSCN2+(aq)

(52 )הציון סעיף ה'

178

molliter

grmol127 105 = 127·105 = 1.27 = 1.27 ppm gr

litermgrliter

0.05 liter5·107 mol

= 105 M

molliter0.0001 0.02 liter = 2·106 mol

molliter0.0005 0.003 liter = 1.5·106 mol

grmol127

. 104M בריכוז AgNO3(aq) מ"ל תמיסת 20 מ"ל מים הוסיפו 50ל- Iיוני ה-

(aq)יוני הגיבו עם Ag+(aq).

+Agטיטרו את עודף יוני ה- (aq) עם תמיסת יוני SCN

(aq) 10·5 בריכוז4Mבנוכחות , אינדיקטור.

SCN מ"ל תמיסת יוני ה- 3עד להופעת צבע אדום נדרשו (aq).

Iחשב את ריכוז יוני ה- (aq) במים, ביחידותppm . פרט את חישוביך.

התשובה: שהוכנסו למי השתייה בעודף:AgNO3מספר המולים של

. +Ag מול יוני 1 יש AgNO3 מול 1ב- שהוכנסו למי השתייה הוא:+Agיוני לכן מספר המולים של

2·106 mol

SCNמספר המולים של יוני (aq) שהגיבו עם עודף יוני Ag+

(aq) :

+Agיחס המולים בין יוני (aq) לבין יוני SCN

(aq) 1:1 בניסוח התגובה הוא , +Agיוני לכן מספר המולים של

(aq) שהגיבו עם יוני SCN(aq) : 1.5·106

mol +Agיוני מספר המולים של

(aq) שהגיבו עם יוני I(aq) : 2·106 mol 1.5·106 mol = 5·107 mol

+Agיחס המולים בניסוח התגובה בין יוני (aq) לבין יוני I

(aq) 1:1 הוא, Iלכן מספר המולים של יוני

(aq) :שהגיבו 5·107 mol

Iשל יוני הריכוז המולרי (aq):במים הנבדקים

:Iהמסה המולרית של יוני Iשל יוני הריכוז

(aq) במים הנבדקים ביחידות ppm:


הציון נמוך. הבעיה העיקרית בסעיף זה היא שתלמידים רבים לא הבינו את תיאור הניסוי, לא הצליחו לקבוע את סדר הפעולות, ולכן לא ידעו מהו הסדר של שלבי

179

ליטר מים המכילים 0.05I(aq) מול יוני 107·5

:ליטר תמיסה המכילה 0.07I(aq) מול יוני 107·5

Ag+(aq) מול יוני 106·2

Ag+(aq) מול יוני107·5הגיבו: I(aq) מול יוני 107·5

:לאחר התגובה נשארוAg+(aq) מול יוני 106·1.5

AgI(s) ומשקע

ליטר תמיסה המכילה 0.07Ag+(aq) מול יוני 106·1.5 SCN(aq) מול יוני 106·1.5

.שהגיבו ביניהם

:לאחר התגובהAgI(s) משקע

AgSCN(s) משקע תמיסה של

FeSCN2+(aq) יוני

ליטר0.02מוסיפים AgNO3(aq) תמיסת

104בריכוז M , המכילהAg+(aq) מול יוני 106·2

104·5בריכוז SCN(aq) מ"ל תמיסת יוני3נדרשו :Ag+(aq) טיטרציה של עודף יוני Mהתמיסה הכילה

SCN(aq) מול יוני 106·1.5

I שלב II שלב

החישוב. כתוצאה מכך הופיעו חישובים חלקיים ומבולבלים - חלק מהתלמידים דילגועל שלבים אחדים ולא הצליחו להגיע לפתרון הנכון.

מומלץ לבקש מהתלמידים - לאחר כל ניסוי, שכולל טיטרציה, לכתוב בדו"ח מעבדה, מול תצפיות בכל אחד מהשלבים, את הפירוש - מה מתרחש בשלב

זה. דוגמאות נמצאות במדריך למורה לספר הלימוד "יש לי כימיה עם הסביבה",

באתר הספר: http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/sviva

Iלקביעת הריכוז של יוני היוד, נסכם - מה מתרחש בכל אחד משלבי הניסוי (aq)

המתואר בסעיפים ד'-ה':, במים,

180


69 63 58 5771

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

41-5410%

0-4018%

55-8450%

85-10022%

15שאלה פרקים בתרמודינמיקה, שלב שני

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


70385265ציון


מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: .להכיר את התנאים להעברת אנרגיה ואת הצורות השונות של העברת אנרגיה.לקבוע באיזה כיוון מתרחש מעבר אנרגיה .להבחין בין ניסוי שבו נפח הגז נשמר קבוע לניסוי שבו הנפח משתנה.להכיר ולהבין את משמעות המושג: אנרגיה פנימית∆ ,לחשב את השינוי באנתלפיה התקניתH∆ עבור תגובה, על פי הערכים של ,°U°

והעבודה.לחשב את השינוי באנרגיה החופשית בניסוי שבו יש שינוי בנפח הגז ובניסוי שבו אין

שינוי בנפח. .להכיר את המושג: אנתלפיית התהוות תקנית לחשב את השינוי באנתלפיה עבור תגובה, אם נתונים ערכים של אנתלפיות התהוות

תקניות של מגיבים ותוצרים.

181

להכיר את משוואת הגזים. חשוב, שהתלמיד ידע להציב אתR.ביחידות המתאימות להכיר ולהבין את המושגים: אנטרופיה, שינוי אנטרופיה. לחשב את שינוי האנטרופיה

של מערכת, סביבה וייקום. .להכיר את המושג: אנרגיה חופשיתלהכיר את הגרף המתאר את השתנות האנרגיה החופשית כתלות בטמפרטורה. להבין

את המשמעות של שיפוע הגרף ושל נקודות החיתוך של הישר.


, משמשים להנעת מכוניותO2(g)מגיב עם חמצן, , H2(g)תאי דלק שבהם מימן, חשמליות. ,H2O(g)יכול לשמש מקור למימן. מתאנול מגיב עם קיטור, CH3OH(g), מתאנול,

בתנאים מתאימים, על פי התגובה: CH3OH(g) + H2O(g) 3H2(g) + CO2(g)

.II ו- Iביצעו שני ניסויים, 1atm, . בלחץ קבוע , 473K ביצעו את התגובה בטמפרטורה Iבניסוי

.U° = +41.74 kJבתנאים אלה השינוי באנרגיה הפנימית של המערכת היה: ∆


182



הבנהiבiiהבנה

יישוםiגiiיישום

יישוםדאנליזהה

61

87

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(87 )הציון iתת-סעיף מה הן צורות המעבר של אנרגיה בין המערכת לסביבה בתגובה זו?

התשובה:בין המערכת והסביבה יש מעברי אנרגיה בצורת חום ובצורת עבודה.


הציון גבוה. התלמידים ידעו שיש שתי דרכים להעברת אנרגיה: עבודה וחום. הם הבינו שמאחר והלחץ קבוע ויש עליה במספר מולי הגז במהלך התגובה, כדי לשמור

על לחץ קבוע - נפח הגז גדל, כלומר הגז ביצע עבודה - אנרגיה עברה גם בצורתעבודה.

התלמידים המעטים שטעו קבעו שיש מעבר אנרגיה בצורת חום בלבד:"יש מעבר של חום, כי יש עליה באנטרופיה של המערכת."•"מעבר של חום, כי יש שינוי באנרגיה הפנימית."•

(61 )הציון iiתת-סעיף .נמקבאיזה כיוון מתרחש כל אחד מהמעברים שציינת?

התשובה: בתגובה זו יש עליה באנרגיה הפנימית של המערכת, כלומר התגובה אנדותרמית.

לפיכך אנרגיה עוברת בצורת חום מהסביבה אל המערכת.

183

בתגובה זו יש עליה במספר המולים של גז ולכן בלחץ קבוע מתבצעת עבודה של התפשטות הגז )כנגד הסביבה(. כלומר יש מעבר אנרגיה בצורת עבודה מהמערכת

אל הסביבה.


הציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים התקשו לקבוע את הכיוון שבו מתרחשיםהמעברים.

הטעויות האופייניות הן::קביעה שגויה של כיוון מעבר החום וניסיון להסבירה." H < 0 ולכן q > 0"מעבר החום מהמערכת לסביבה, כיוון ש- • "חום עובר מהמערכת לסביבה. חום הוא סוג אנרגיה שמועברת כתוצאה מהפרש טמפרטורה•

וטמפרטורה בתגובה גבוהה מטמפרטורת הסביבה."קביעה שגויה של כיוון מעבר העבודה הנובעת מפירוש מוטעה של עליה במספר

המולים של גז במהלך התגובה: "מעבר העבודה מהסביבה אל המערכת, כי יש עליה במספר מולי גז - הדבר מתאפשר בגלל•

תוספת העבודה שמגיעה מהסביבה."

מומלץ לפתור עם התלמידים תרגילים העוסקים במעברי אנרגיה. תרגיל לדוגמה:

( קבע את צורת המעבר של אנרגיה:5(-)1עבור כל אחד מהניסויים )I .צורת חום בלבד .II .צורת עבודה בלבד .IIIצורת חום וצורת .

עבודה.

מס'ניסוי

תצפיות במהלך הניסויתחילת הניסוי

הכניסו סוכר ומים לבקבוק(1)ארלנמייר פתוח.

הסוכר נעלם. טמפרטורה הנוזלעולה.

184

44

76

010

2030

405060

7080

90100

i ii

הכניסו לימון לקומקום המכיל(2)אבנית.

האבנית נעלמת. נפלט גז.הטמפרטורה עולה.

הכניסו מבחנה סגורה, המכילה(3)נוזל, לתוך אמבט מים חמים.

הנוזל נעלם )הופך לגז(. הטמפרטורה של המים באמבט

יורדת. הכניסו מבחנה פתוחה, המכילה(4)

נוזל, לתוך אמבט מים חמים. הנוזל נעלם. הטמפרטורה של

המים באמבט יורדת. שמו סיר ובו שמן על מבער גז.(5)

לאחר דקות הכניסו גרגרי תירס לסיר.3

לאחר מספר דקות גרגריהפופקורן מתבקעים ועפים.


(76 )הציון iתת-סעיף .פרט את חישוביך° עבור התגובה הנתונה. Hחשב את ערך ה- ∆

התשובה: + °U° = ∆H )∆על פי החוק הראשון:

w)(w = −RT∆n )העבודה המתבצעת במהלך התגובה:

w = −8.31 Jmol−1K−1 473K 2 mol = −7860 J = −7.86 kJ

((H° : ∆H° = ∆U° − wהשינוי באנתלפיה, ∆∆ H° = +41.74 kJ – (−7.86 kJ ) = + 49.6 kJ

185


° עבור התגובה, על פי הנוסחאות.Hרוב התלמידים חישבו נכון את ערך ה- ∆ הטעויות שנתגלו קשורות בעיקר לדילוג על חישוב של ערך העבודה. הטעויות

האופייניות הן: הערך של ∆קביעה שגויה שלH :ללא מרכיב העבודה °

• ∆H° = ∆U° = +41.74 kJ

:קביעה שגויה של הפרש במספר המולים של גז• ∆n = 4 mol

הצבתR.ביחידות לא מתאימות

(44 )הציון iiתת-סעיף Hoלפניך ערכים של אנתלפיית התהוות תקנית,

f :של שני חומרים ,

החומרHo

f

(kJmol−1)H2O(g)−241.8CO2(g)−393.5

Hoחשב את ערך ה- f שלCH3OH(g) . פרט את חישוביך.

התשובה: (∆H° = ∆H°f ( יםתוצר ) – ∆H°f (מגיבים))

49.6 = −393.5 – (−241.8 + ∆H°f (CH3OH) )

∆H°f (CH3OH) = −393.5 + 241.8 – 49.6 = − 201.3 kJmol−1


הציון נמוך מאוד, למרות שנדרש חישוב פשוט על פי הנוסחה. הטעויות האופייניות הן:

שימוש בנוסחה "הפוכה" לחישובHo:עבור התגובה

186

4654

010

2030

405060

7080

90100

i ii

• ∆H° = ∆H°f (מגיבים) – ∆H°f (תוצרים)

.טעויות חישובאנתלפיית התהוות תקנית של יסוד שווהחוסר ידע - היו תלמידים אשר לא ידעו ש

לאפס:Ho "אי אפשר לחשב את ערך ה-•

f שלCH3OH(g) , כי לא נתון Hof שלH2(g) ."

(58 )הציון סעיף ג'.בנפח קבוע 473K ביצעו את התגובה בטמפרטורה IIבניסוי

(54 )הציון iתת-סעיף .נמקמהי כמות האנרגיה העוברת בין המערכת לסביבה בצורת חום?

התשובה:41.74 kJ

בתנאים של נפח קבוע כמות האנרגיה העוברת מהסביבה אל המערכת שווה לשינוי qv = ∆U(° .∆ U° = q + wבאנרגיה הפנימית )

= U° = q ∆ ולכן w = 0 בתנאים של נפח קבוע: :או

+41.74 kJ


187

So סביבה = qrevT( )

So − = − = 88.21סביבה JK−1 41.74J473 K

הציון נמוך. חלק ניכר מהתלמידים התקשו לקבוע את כמות האנרגיה העוברת בין המערכת לסביבה בצורת חום, כי לא הבינו, שמאחר והנפח נשאר קבוע - לא = °Uמתבצעת עבודה. כלומר האנרגיה עוברת בצורת חום בלבד ולכן מתקיים: ∆

∆Ho:דוגמאות לתשובות שגויות . "כאשר הניסוי מבוצע בנפח קבוע, האנרגיה שתשתחרר קודם כעבודה תשתחרר כעת כחום."• "כמות האנרגיה שתעבור היא אותה כמות כמו בניסוי הראשון בגלל שהטמפרטורה לא•

השתנתה."

(46 )הציון iiתת-סעיף .פרט את חישוביך°. S∆סביבה חשב את השינוי באנטרופיה של הסביבה,

התשובה:

)האנרגיה העוברת מהסביבה אל המערכת )בתגובה אנדותרמית( ולכן יש ירידהבאנטרופיה של הסביבה.(


הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים התקשו לחשב את השינוי באנטרופיה של הסביבה. היוHoתלמידים שדילגו על תת-סעיף זה. חלק מהתלמידים הציבו את ערך ה-

f של CH3OH(g)

qrev . במקום ערכו של

(57 )הציון סעיף ד' CH3OH(g)מול 0.005 , הכניסו 473K ליטר, המוחזק בטמפרטורה 0.5לכלי שנפחו

וכמות מתאימה של קיטור. במהלך התגובה נשאר נפח הכלי קבוע. פרט את? הנח שהמגיבים הגיבו בשלמות. בתום התגובהמה היה לחץ הגז בכלי

. חישוביך

התשובה: (PV=nRT)

188

P = =1.55 atm0.02 mol 0.082literatmmol−1K−173K

0.5 liter

∆G°(kJmol−1)

T (K)

n = 0.005 molמספר המולים של גז בתום התגובה:

4 = 0.02 mol

.יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא חלק ניכר מהתלמידים התקשו לעבוד עם משוואת הגזים ולא הצליחו לחשב נכון את

לחץ הגז בכלי בתום התגובה. הטעויות האופייניות הן: מספר המולים של גז בתום התגובה:קביעה שגויה של

• n = 0.005 mol

הצבתR.ביחידות לא מתאימות .טעויות חישוב

(71 )הציון סעיף ה' הוא: = −473Kעבור התגובה הנתונה, השינוי באנרגיה החופשית התקנית ב-

33.98 kJ Go473.

.G° : kJ −3.1 , −33.98 kJ , −51.6 kJלפניך שלושה ערכים של ∆Goאיזה מבין הערכים האלה מתאים עבור

.נמק? 573

התשובה:

. kJmol−1 51.6− הוא G°573∆הערך המתאים עבור ∆(G° = ∆H° − T∆S)°

)יש עליה במספר המולים של גז(. S° > 0 ∆ ו- H° > 0 ∆עבור התגובה הנתונה,עם הטמפרטורה היא:° G ∆צורת הגרף של שינוי

מתוך הגרף אפשר לראות שעם עליית הטמפרטורה הירידה באנרגיה החופשיתגדולה יותר.

189

:או גדל, ולכן הירידה באנרגיה° T∆Sעם עליית הטמפרטורה, הערך של המכפלה

החופשית גדולה יותר )ההפרש נעשה גדול יותר(.:או

(∆G° = ∆H° − T∆S°)

(∆G°473 = −33.98 kJ)

−33.98J = 49.6J − 473 K ∆S°

∆S° = 176.7 JK−1

∆G°573 = 49.6 kJ − 573 K kJK−1 = −51.6 kJ


Goמתאים עבור רוב התלמידים קבעו נכון מהו הערך ה המתאר. הם נעזרו בגרף 573

את השתנות האנרגיה החופשית כתלות בטמפרטורה והבינו את המשמעות של שיפוע הגרף ושל נקודות החיתוך של הישר, או חישבו את הערך הדרוש. יחד עם

זאת חלק מהתלמידים התקשו לנתח את המידע הנתון ולהגיע למסקנה נכונה. ניתןלמיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וניסיון לנמקה: .1 , כי יש עליה באנטרופיה, לכן השינוי באנרגיה החופשית יהיה קטןkJ −3.1"הערך המתאים הוא •

יותר." , כי יש ירידה באנטרופיה." kJ −3.1"הערך הוא •קביעה נכונה המלווה בהסבר שגוי: .2. הסיבה לכך היא עליה באנתלפיה וירידה באנטרופיה." kJ −51.6"הערך הוא ••"kJ −51.6 ".המערכת איבדה גם מאנתלפיה וגם מאנטרופיה .

190

79

33

66

42

010

2030

405060

7080

90100

ב א ד ג 41-5418%

0-4026%

55-8442%

85-10014%

16שאלה פרקים בתרמודינמיקה, שלב שני

שאלון37201

שאלון37202

שאלון37203


62473958ציון


מהתלמידים

191

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: .להכיר את המושג: אנרגיה חופשית.להכיר את הגרף המתאר את השתנות האנרגיה החופשית כתלות בטמפרטורה

להבין את המשמעות של שיפוע הגרף ושל נקודות החיתוך של הישר. להעריך את גודלו של השינוי באנטרופיה על פי השינוי במספר המולים של הגז

בתגובה. :לחשב את השינוי באנטרופיה על פי הנוסחה∆ G° = ∆H° − T∆S °. להבחין בין ∆G° לבין ∆G.∆ לקשר ביןG.עבור תגובה מסוימת לבין קבוע שיווי-משקל °להכיר את משוואת הקצב. לקבוע את משוואת הקצב מתוך נתונים על הניסויים

שבוצעו..לחשב קבוע שיווי-משקל וקצב תגובה על פי הנתונים .לקשר בין מנגנון התגובה למשוואת הקצב ולניסוח תגובה


192



אנליזהiבiiיישום

אנליזהiגiiיישום

iiiיישוםivיישום

אנליזהד

8177

010

2030

405060

7080

90100

i ii

I II III

∆G°(kJ)

T(K)

∆G°(kJ)

T(K)

∆G°(kJ)

T(K)

NO2(g)אחת התגובות המתרחשות במנוע של מכונית היא התגובה בין חנקן דו-חמצני,

. לפניך ניסוח התגובה: CO(g), ובין פחמן חד-חמצני, NO2(g) + CO (g) NO(g) + CO2(g) ∆H° = − 225.8 kJ


(77 )הציון iתת-סעיף °,G שלפניך מתאר נכונה את האנרגיה החופשית התקנית, ∆I-IIIאיזה מבין הגרפים

.נמק, עבור התגובה הנתונה? Tכפונקציה של הטמפרטורה,

193

∆S° = −13.76 J·K1 221700 J − 225800 J298 K1

התשובה:IIIגרף

.H° < 0עבור התגובה הנתונה ∆ בתגובה הנתונה אין שינוי במספר המולים של גז )מספר המולים של גז במגיבים שווה

למספר המולים של גז בתוצרים(. שינוי האנטרופיה במערכת הוא קטן, ולכן הגרף עם הטמפרטורה°G: השינוי של ∆או, קטן; °S: השיפוע של הגרף , −∆אומתון )

הוא קטן(.


רוב התלמידים בחרו בגרף הנכון ונימקו את קביעתם. הם הכירו את הגרף המתאר את השתנות האנרגיה החופשית כתלות בטמפרטורה, הבינו את המשמעות של

שיפוע הגרף ושל נקודות החיתוך של הישר, והעריכו נכון את גודלו של השינוי באנטרופיה של המערכת - על פי מספר המולים

של הגז השווה במגיבים ובתוצרים של התגובה. יחד עם זאת אותרו טעויות. הטעויותהאופייניות הן:

בחירה בגרףIסימנו של ∆ עקב אי-התייחסות לH. ° בחירה בגרףIIעקב אי-התייחסות לכך שמספר המולים של גז לא משתנה

במהלך התגובה, ולכן השינוי באנטרופיה של המערכת קטן מאוד. בחירה נכונה בגרףIII -המלווה בהסבר חלקי - התייחסות ל ∆H ל- ° בלבד או∆

S.בלבד °

(81 )הציון iiתת-סעיף .G°298 = 221.7 kJ הוא ∆K 298השינוי באנרגיה החופשית התקנית ב-

.פרט את חישוביך° עבור התגובה הנתונה. S∆מערכתחשב את הערך של

התשובה: (∆G°=∆H°−T∆S°)

194

2739

010

2030

405060

7080

90100

i ii


רוב התלמידים חישבו נכון את השינוי באנטרופיה על פי הנוסחה. הטעויות שאותרו הן בעיקר טעויות ביחידות וטעויות חישוב.

(33 )הציון סעיף ב' נמק כל שלפניך קבע אם הוא נכון או לא נכון. i- iiעבור כל אחד מן ההיגדים

.קביעה

(39 )הציון iתת-סעיף המערכת יכולה להגיע למצב של שיווי-משקל בכל טמפרטורה.

התשובה:ההיגד נכון.

∆(G=∆Go + RTlnQ ) .G = 0בכל טמפרטורה קיים הרכב מערכת שעבורו ∆

( מגיעה לערכה המזערי.G: בכל טמפרטורה האנרגיה החופשית של המערכת))או יכול להיות שווה לאפס בכל טמפרטורה.(G: ∆או


195

הציון נמוך מאוד. רוב התלמידים לא הבינו שמדובר במערכת באופן כללי ולא הטעות האופיינית העיקרית בתת-סעיף זה היא מסוים.°G∆במערכת הנתונה עם

.G∆ לבין °G∆בין חוסר הבחנה ° , וכתוצאה מכך כתבו שיש רק טמפרטורה אחת שבה ∆G∆התלמידים התייחסו ל-

G=0:"לא נכון. התגובה לא תתרחש בטמפרטורות גבוהות." •"לא נכון. המערכת יכולה להגיע למצב שיווי-משקל רק בטמפרטורה מסוימת." •

היו תלמידים שקבעו נכון, אך לא ידעו להסביר את קביעתם וכתבו נימוקים לאברורים או חזרו על הקביעה במקום הסבר:

"נכון. כי בשיווי-משקל קצב התגובה הישירה וההפוכה שווה. קבוע שיווי-משקל משתנה בעקבות•טמפרטורה, אבל לאחר זמן כל מערכת מגיעה לשיווי-משקל".

"נכון. המערכת תגיע למצב שיווי-משקל בכל טמפרטורה." •

(27 )הציון iiתת-סעיף , המערכת מכילה בעיקר תוצרים ומעט מאודK 298במצב של שיווי-משקל ב-

מגיבים.

התשובה:ההיגד נכון.

, אם יש ירידה גדולה באנרגיה החופשית התקנית שלG° = −RTlnK∆על פי הקשר: ( ובמצב שיווי-משקל המערכת תכילK>>1 יהיה גדול מאוד, )Kהמערכת, הערך של

בעיקר תוצרים ומעט מאוד מגיבים.:או(. Go < 0 יש ירידה גדולה באנרגיה החופשית התקנית של המערכת )∆K 298ב-

ולכן במצב שיווי-משקל המערכתK>>1התגובה הישירה מועדפת תרמודינמית. תכיל בעיקר תוצרים ומעט מאוד מגיבים.


° הנתון בגרף המתאר אתGהציון נמוך במיוחד. רוב התלמידים לא קישרו בין ∆ , עבור התגובהT°, כפונקציה של הטמפרטורה, Gהאנרגיה החופשית התקנית, ∆

, כלומר התגובה הישירה מועדפת תרמודינמיתG°<0הנתונה. נתון בגרף ש- ∆

196

61

81

54 54

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii iv

, ולכן במצב שיווי-משקל בטמפרטורה זו המערכת מכילהK 298בטמפרטורה של בעיקר תוצרים ומעט מאוד מגיבים. אותרו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1 "לא נכון. שיווי-משקל הוא מצב שבו קצב התגובה הישירה שווה לקצב התגובה ההפוכה, ולכן•

הריכוזים של תוצרים ומגיבים שווים."מערכת מכילה כמות שווה של מגיבים ותוצרים." הK 298"לא נכון. ב- •

° , או בחזרהHקביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי - לרוב התייחסות לערכו של ∆.2על הקביעה במקום נימוק:

"נכון. התגובה אקסותרמית ולכן התגובה הישירה מועדפת, ולכן יהיו יותר תוצרים."•במצב שיווי-משקל, במערכת יש בעיקר תוצרים." K 298"נכון. ב- •

. 398K(, בטמפרטורה 4(-)1כדי לקבוע את סדר התגובה ביצעו ארבעה ניסויים, )בכל אחד מן הניסויים הריכוזים ההתחלתיים של המגיבים היו שונים.

בטבלה שלפניך מובא מידע על הניסויים.

מספרהניסוי

קצב התגובה(molliter−1הריכוזים ההתחלתיים )ההתחלתי

(molliter−1min−1)[CO(g)][NO2(g)]

(1)1.610−25.010−41.7010−7

(2)3.210−25.010−41.7010−7

(3)3.210−21.510−31.5310−6

(4)6.410−22.010−3X


197

1.5·103 5·104

1.53·106 1.7·107)

(81 )הציון iתת-סעיף .נמקקבע מהו סדר התגובה ביחס לכל אחד משני המגיבים.

התשובה: . 2 הוא NO2(g)סדר התגובה ביחס ל- .0 הוא CO(g)סדר התגובה ביחס ל-

(:2( ו- )1השוואת התוצאות של ניסויים )- , אך קצב התגובה ההתחלתי נשאר2 פי CO(g)( הגדילו את הריכוז של 2 בניסוי )

אינו משפיע על קצב התגובה.CO(g)ללא שינוי. כלומר, הריכוז של .0 סדר התגובה ביחס למגיב זה הוא

(:3( ו- )2השוואת התוצאות של הניסויים )- 3 פי NO2(g)( הגדילו את הריכוז של 3 בניסוי )

9וקצב התגובה ההתחלתי גדל פי

.2 הוא NO2(g)סדר התגובה ביחס ל-


הציון די גבוה. רוב התלמידים קבעו נכון את סדר התגובה ביחס לכל אחד משניהמגיבים: בדקו

כיצד משפיע השינוי בריכוז של כל אחד המגיבים על קצב התגובה, כאשר הריכוז שלהמגיב האחר קבוע, ובדקו כיצד משתנה קצב התגובה בעקבות השינוי בריכוז.

:NO2(g)יחד עם זאת אותרו טעויות, בעיקר בקביעת סדר התגובה ביחס למגיב ."9 , כי קצב התגובה גדל פי 3 הוא NO2(g)"סדר התגובה ל- •

198

k0.68 litermol−1min−1 1.7·107 mol·liter1·min1(5.0·104)2 mol2·liter2

(k0.68 M−1min−1 או:)

k0.68 litermol−1min−1 106·1.53 :או mol·liter1·min1(1.5·102)2 mol2·liter2

(54 )הציון iiתת-סעיף רשום את משוואת הקצב.

התשובה:Rate = k[NO2]2 או Rate = k[NO2]2[CO]0


, לא הצליחו לעבור מקביעת סדר התגובהiחלק מהתלמידים, שענו נכון בתת-סעיף ביחס לכל אחד מהמגיבים לרישום משוואת הקצב.

הטעות האופיינית העיקרית היא רישום ביטוי לקצב תגובה במקום למשוואת הקצב.

(54 )הציון iiiתת-סעיף פרט את , וציין את היחידות המתאימות. kחשב את הערך של קבוע הקצב,

. חישוביך

התשובה:


, על פי נתוניkתלמידים רבים לא הצליחו לחשב את הערך של קבוע הקצב, השאלה ותשובותיהם בסעיפים הקודמים. הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא חוסר

הבחנה בין קבוע הקצב לבין קבוע שיווי-משקל, ולכן התלמידים שטעו חישבו את . בעיה נוספת היא טעויות ביחידות.G° = −RTlnK∆הקבוע על פי הנוסחה:

199

1.7·107 mol·liter1·min1

X

+

(61 )הציון ivתת-סעיף .פרט את חישוביך(. 4 , קצב התגובה ההתחלתי בניסוי )Xחשב את

התשובה:Rate = 0.68 litermol−1min−1 (2.0·10-3molliter-1)2 = 2.72·10-6molliter-1min-1

(2.72·10-6 Mmin-1 או: )

(. 1בניסוי ) מריכוזו ההתחלתי 4 גדול פי NO2(g)( הריכוז ההתחלתי של 4 : בניסוי )אוגדול יותר: 42 על פי משוואת הקצב, הקצב ההתחלתי צריך להיות פי

X = 16 1.70·10-7 molliter-1min-1 = 2.72·10-6molliter-1min-1


, אך חלק מהם הסתבכו בחישוב - לאXרוב התלמידים ידעו כיצד לחשב את ריכוז 42 ולא ב- 4הציבו נכון את הערכים. היו תלמידים שהכפילו את הקצב ההתחלתי ב-

.

(42 )הציון סעיף ד' ,I-IIאחד המנגנונים שהוצעו עבור התגובה מורכב משני השלבים האלמנטריים,

שלפניך. + 2NO2(g) NO3(g) - אִטי )שלב הקובע את קצב התגובה(: Iשלב

NO(g)

+ NO3(g) + CO(g) NO2(g) - מהיר:IIשלב

CO2(g)

נימוקים לכך.שנימנגנון זה תואם את המידע על הניסויים. הבא

התשובה:. חיבור שני השלבים האלמנטריים נותן את הניסוח הכולל של התגובה.1

2NO2(g) NO3(g) + NO(g)

NO3(g) + CO(g) NO2(g) + CO2(g)

NO2(g) + CO (g) NO(g) + CO2(g)

200

2000 1000

100

0

100

200

300

400

∆G°(kJ)

T (K)

I

המנגנון מתאים למשוואת הקצב. בשלב האיטי, הקובע את קצב התגובה,2 אינן משתתפותCO: המולקולות של או )NO2 מתנגשות שתי מולקולות של

בשלב הקובע את קצב התגובה(.


הציון נמוך. הבעיה העיקרים של הסעיף היא תשובות חלקיות. חלק ניכר מהתלמידים התייחסו רק למשוואת הקצב, ולא התייחסו כלל לתגובה הכוללת. כתוצאה מכך הם כתבו רק נימוק אחד. היו תלמידים שהתקשו לקשר בין מנגנון התגובה לבין משוואת

הקצב.

אנו מביאים דוגמה לתרגיל שהפתרון שלו עשוי לעזור לתלמידים להתגבר עלהקשיים בנושא "תרמודינמיקה, שלב שני".

נתונות שתי תגובות:A. 2Pb(s) + O2(g) 2PbO(s)

B. 2C(s) + O2(g) 2CO(g)

°, כפונקציה של הטמפרטורה,Gהגרף שלפניך מתאר את האנרגיה החופשית התקנית, ∆T ,

. B ו- Aעבור שתי תגובות:

201

.הסבר? A, מייצגת את תגובה II או Iאיזו מהעקומות, iא.ii כאשר שתגובהA ?הסבר. מתרחשת, מהו כיוון מעבר האנרגיה בצורת חום

iii באיזו טמפרטורה תגובהA,היא ספונטנית: בטמפרטורות גבוהות בטמפרטורות

.הסברנמוכות, בכל טמפרטורה. .נמק? B°עבור תגובה Hמהו הערך של ∆ iב.

ii∆ ,חשב את השינוי באנטרופיה התקניתS בתגובה , °B .פרט את חישוביך.iii באיזו טמפרטורה תגובהB,היא ספונטנית: בטמפרטורות גבוהות

בטמפרטורות .הסברנמוכות, בכל טמפרטורה.

קבע עבור כל אחת משתי התגובות אם המערכת מבצעת עבודה על הסביבה.ג..נמק

.הסבר ? Aמהו השינוי באנטרופיה של הסביבה, כאשר מתרחשת תגובה iד.ii חשב את השינוי באנטרופיה של הסביבה, כאשר תגובהA-מתרחשת ב

1000 K..פרט את חישוביך

.CO(g) ו- Pb(s) . תוצרי התגובה הם PbO(s) ל- C(s)נסח ואזן את התגובה בין iה. .B ו- Aהיעזר בתגובות

ii 'קבע אם התגובה שניסחת בתת-סעיף הi -1000 מתרחשת ב K .פרט את .חישוביך ונמק

17שאלה מיומנויות בנושאי מעבדות חקר

פיזור ציונים 74ציון ממוצע על פי מכון סאלד:

202

41-5411%

0-401%

55-8462%

85-10026%

7182 86 88

37

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

4%בחרו בשאלה ציונים ממוצעים של סעיפי השאלה:מכלל התלמידים,

מהנבחנים בשאלון20%37202

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: .לקרוא קטע מדעי ולהוציא מידע מתוכו .לנסח את שאלת החקר המתאימה למחקר שמתואר בקטע .לזהות את המשתנה התלוי ואת המשתנה הבלתי תלוי בניסוי.לתכנן ניסוי על פי שאלת חקר .להגדיר גורמים קבועים בניסוי להעביר מידע מצורת ייצוג אחת לשנייה - מנתונים המופיעים בטבלה לגרף

שמסורטט בהתאם לכללים..לפרש נכון את תוצאות הניסוי המוצגות בצורה גרפית .להסיק מסקנות.להציע מחקר המשך .לנסח תגובת סתירה.לבצע חישובים סטויכיומטריים


203

הסעיפים שאחריו.כל קרא את הקטע שלפניך וענה על כיצד אפשר למנוע החמצת חלב?

חלב פרה מכיל את כל אבות המזון: שומנים, חלבונים וסוכרים, וגם מינרליםּויטמינים. ו

חלב טרי שנשאר באוויר הפתוח לפרק זמן מסוים מחמיץ: חיידקים הופכים את .CH3−CH(OH)−COOHהלקטוז )סוכר חלב( לחומצה לקטית, שנוסחתה:

של החלב יורד, מסיסות החלבונים יורדת, לכן הם שוקעים. pHבתהליך זה, ה- SCNאחת השיטות למניעת החמצה של חלב מבוססת על תגובה בין יוני

(aq)ותמיסת H2O2(aq) במהלך התגובה נוצרים יוני . OSCN

(aq) .שקוטלים חיידקים , , המצוי בחלב, מזרז תגובה זו. Lpהאנזים לקטופראוקסידז,

לפניך תיאור של מחקר שעסק במניעת החמצה של חלב. ליטר. 1 דגימות של חלב טרי, כל דגימה בנפח של 20במחקר נלקחו

,b ו- a הדגימות לשני כלים. הכלים סומנו באותיות 20במעבדה חילקו כל אחת מ- KSCN(s) הוסיפו a20 עד a1(. רק לדגימותa3בצירוף מספר דגימה )לדוגמה

.H2O2(aq)ותמיסת .30oCכל הדגימות הוחזקו בטמפרטורה של

בכל הדגימות קבעו את אחוז החומצה בחלב - על פי הנוסחה נחשבת לתקינה.0.2%דגימה שבה אחוז החומצה בחלב נמוך מ- בטבלה שלפניך מוצגות תוצאות המחקר.

משך החזקת הדגימות)שעות(

02468101214% הדגימות התקניות

a20 - a1מתוך הדגימות

100100858080756535

204


יישוםאאנליזהביישוםiג


יישוםiדiiסינתזה

יישוםiהiiיישום

97grmol

97 1.55·104 mol = 0.015 gr grmol

100

80

40

60

:מקרא a b

דגימות תקינות %

אחוז הדגימות התקינות כתלות בזמן

% הדגימות התקניות b20 - b1מתוך הדגימות

10095757555400000

מעובד על פי: www.nu.edu.sa/uploads/sss/2/7/1/3/4.pdf

(71 )הציון סעיף א'SCNהריכוז ההתחלתי של יוני

(aq)10•1.55 בחלב היה4M. פרט את ליטר חלב בתחילת הטיפול. 1 שיש להוסיף ל- KSCN(s)חשב את המסה של

.חישוביךהתשובה:

SCN מול של יוני1 מתקבל KSCN(s) מול 1כשממסים בחלב (aq) .

.104M·1.55 בחלב בתחילת הטיפול הואKSCN(aq)לכן הריכוז המולרי של :KSCN(s)המסה המולרית של

שהוסיפו לליטר חלב:KSCN(s)המסה של


רוב התלמידים חישבו נכון, אך נתגלו מספר טעויות אופייניות:.אי הכפלה של הנתון במסה מולרית גרם למול, כלומר58שגיאה בקביעת המסה המולרית - בדרך כלל בחירה בנתון

SCNרק של היון (aq).

.אי רישום יחידות(82 )הציון סעיף ב'

סרטט גרף אחד המציג את תוצאות המחקר. הגרף צריך לכלול שתי עקומות: .a20 - a1- עקומה אחת עבור דגימות .b20 - b1- עקומה אחת עבור דגימות

התשובה:

205

http://www.nu.edu.sa/uploads/sss/2/7/1/3/4.pdf

74

10090

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

)בהערכה התקבל גם גרף עם חיבור בין הנקודות. אם תלמיד צייר דיאגרמת עמודותעם כל הפירוט הנדרש, הוא קיבל את רוב הנקודות.(

.אנליזה לדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

הציון גבוה. רוב התלמידים הצליחו לסרטט גרף על פי דרישות השאלה. יחד עם זאתהופיעו טעויות, הקשורות בעיקר לכללי סרטוט גרפים:

.אי רישום כותרת לגרף - טעות נפוצה.אי רישום כותרות לצירים.חוסר הקפדה על קנה מידה סרטוט שני גרפים נפרדים אחד לדגימותa ואחד לדגימות b..היפוך הצירים.סרטוט עקומות ללא הקפדה על ציון הנקודות.סרטוט גרף עמודות במקום גרף נקודות או רציף.סרטוט ביד חופשית באופן איכותי


206

(74 )הציון iתת-סעיף מהי שאלת החקר במחקר המתואר בקטע?

התשובה: על אחוז הדגימותH2O2(aq) ו- KSCN(aq)האם וכיצד משפיעה הוספת התמיסות

התקינות בזמן הנתון? על אחוז הדגימות30oC: כיצד משפיע זמן החזקת הדגימות בטמפרטורה של או

התקניות?


ניתן למיין את הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה לארבעה סוגים עיקריים:ניסוח שאלות חקר שבהן המשתנים אינם מוגדרים היטב:.1 משפיעים על החמצת החלב?"SCN"כיצד יוני •ב החמצת החלב?"קצעל H2O2(aq) ו- KSCN(aq) "מהי השפעת•

אי שימוש במילות שאלה מתאימות: .2עוזרת למניעת החמצת החלב?" H2O2(aq) ותמיסת KSCN "האם הוספת•סייעה לדגימות לשמור על תקינותם?" H2O2(aq) ו- KSCN(aq) "כמה השפעתם של•

ניסוח שאלות כלליות מאוד:.3"האם וכיצד אפשר למנוע החמצת חלב?"•

ניסוח משפט במקום ניסוח שאלה:.4על החמצת החלב לאורך זמן." KSCN(aq) "השפעת החומר•

מומלץ לתרגל עם התלמידים ניסוח שאלות חקר לפי הטכניקה שפורטה בניתוחבגרות השלמה

.17 יח"ל תשע"ב, שאלה 5 יח"ל ל- 3מ-

207

(100 )הציון iiתת-סעיף ?b20 - b1למְה שימשו דגימות

התשובה: משמשות לבקרה.b20 - b1הדגימות


הציון מצוין. לא אותרו טעיות.

(90 )הציון iiiתת-סעיף גורמים שנשמרו קבועים במחקר.שניציין

התשובה: מבין הגורמים הקבועים: שניים

- הטמפרטורה שבה נשמרו הדגימות.: מידת טריות החלב(.או- משך הזמן שעבר מהחליבה ועד להוספת חומרי הטיפול )

- זמן ההוספה של חומרי הטיפול שעשויים להאט את החמצת החלב.- נפח הדגימות.

- הנפח של התמיסות שהוספו.- ריכוז התמיסות שהוספו.


הציון גבוה. רוב התלמידים ציינו גורמים קבועים מתאימים.תלמידים מעטים רשמו באופן מאוד כללי:

"זמן וטמפרטורה."•"הזמן בו החלב עמד."•

208

9581

010

2030

405060

7080

90100

i ii


(81 )הציון iתת-סעיף רשום מסקנה אחת שאפשר להסיק מתוצאות המחקר.

התשובה: הטיפול המתואר מסייע במניעת החמצת החלב )אך לא מונע לחלוטין את החמצת

החלב(.


רוב התלמידים ענו נכון - כתבו על מניעת החמצת החלב. יחד עם זאת היו תלמידיםשלא הבינו במה עסק המחקר וכתבו מסקנות לא הגיוניות כגון:

"במחקר גילו שיטות חדשות להחזקת חלב."•"המסקנה היא שיש למצוא חומרים חדשים לשמירה על חלב טרי."•

חשוב מאוד לתרגל עם התלמידים פתרון שאלות בנושא מיומנויות החקר, ולא לסמוךעל היכולת של התלמידים להתמודד עם שאלות אלו על פי מידע כללי שנרכש.

(95 )הציון iiתת-סעיף הצע נושא להמשך המחקר.

209

26

54

010

2030

405060

7080

90100

i ii

התשובה: מבין הנושאים:אחד

- השפעת הטמפרטורה על תוצאות הטיפול שמתואר בקטע.- השפעת הטמפרטורה על הזמן עד להחמצת החלב.

( על תוצאות הטיפול.H2O2(aq):תמיסת או )KSCN(aq)- השפעת הריכוז של תמיסת - השפעת סוגי חלב על תוצאות הטיפול שמתואר בקטע.

.סינתזה לדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

הציון גבוה מאוד. תלמידים ידעו לענות על סעיף זה והציעו הצעות מתאימות להמשךהמחקר.

כמעט ולא אותרו טעויות.

(37 )הציון סעיף ה' מ"ל מים מזוקקים וטיפות20 מ"ל חלב 10בבדיקה של אחת הדגימות הוסיפו ל-

אחדות של NaOH(aq) 0.1M מ"ל של תמיסת 3האינדיקטור פנולפתלאין. לסתירת החומצה נדרשו

.

(54 )הציון iתת-סעיף .NaOH(aq)נסח את התגובה בין חומצה לקטית לתמיסת

210

התשובה:CH3CH(OH)COOH(aq) + Na+

(aq) + OH(aq) Na+(aq) + CH3CH(OH)COO

(aq) + H2O(l)

:אוH3O+

(aq) + CH3CH(OH)COO(aq) + Na+

(aq) + OH(aq) Na+(aq) + CH3CH(OH)COO

(aq) + 2H2O(l)

:אוH3O+

(aq) + OH(aq) 2H2O(l)

.יישום לדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים לא הצליחו ליישם ידע קודם של ניסוח תגובתסתירה, חלקם

לא חזרו כנראה על החומר הנלמד בכיתה י"א. טעויות אופייניות:

-שימוש בNaOH(aq) .בדומה לניסוח מולקולרי, במקום לפרק ליונים את הבסיס .אי רישום מצבי צבירה ומצבי הופעה.רישום ניסוחי תגובה שגויים

דוגמאות:• CH3CH(OH)CO + NaOH Na+ + CH3CH(OH)COOH

• CH3CH(OH)COOH + NaOH(aq) Na+(aq) + CH3CH(OH)COO

(aq) + H2O(l)

• CH3CH(OH)COOH(aq) + Na+(aq) + OH

(aq) Na CH3CH(OH)COO(aq) + H2O

• CH3CH(OH)COOH + NaOH Na+ + CH3CH(OH)COO + H3O+

(26 )הציון iiתת-סעיף גרם.1.03 מ"ל חלב היא 1נתון: המסה של

.פרט את חישוביךחשב את אחוז החומצה הלקטית בדגימה שנבדקה.

211

90grmol

90 0.0003 mol = 0.027 gr grmol

0.1 0.003 liter = 0.0003 mol molliter

1.03 10 ml = 10.3 gr grml

= 0.26% 0.027 gr 100%

10.3 gr

התשובה:

OH מול של יוני1 המתמוסס במים מתקבל NaOH(s))מכל מול (aq)לכן הריכוז .

OHיוניהמולרי של (aq) 0.1 הואM ).

OHמספר המולים של יוני (aq) -מ"ל תמיסת 3 ב NaOH(aq):

OHבין יוני יחס המולים(aq)לבין חומצה לקטית על פי ניסוח התגובה

, לכן מספר המולים של חומצה לקטית שהגיב:1:1הוא 0.0003 mol

המסה המולרית של חומצה לקטית: מ"ל חלב:10המסה של חומצה לקטית ב-

מ"ל חלב:10המסה של

אחוז החומצה הלקטית בדגימה:

.יישום לדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

הציון נמוך במיוחד. רוב התלמידים לא הצליחו להתמודד עם חישובים סטויכיומטרייםמורכבים.

טעויות אופייניות שאותרו:אי התאמת יחידות - שימוש במ"ל לצורך חישוב מספר המולים במקום להמיר

לליטרים:• n = 0.1×3 = 0.3mol

.שגיאה בקביעת המסה המולרית.חישוב חלקי בלבד.חוסר ידיעה כיצד לחשב אחוזים.טעויות חישוב

מומלץ לתרגל עם התלמידים חישובים סטויכיומטריים הכוללים חישובי אחוזים.חלק מהתלמידים לא מבינים את משמעות היחידות, ולכן תרגול היחידות ופירושן יסייע.

212

- מולר - הוא למעשה כמה מול חומר יש בליטר תמיסה. לכן הפעולהMלדוגמה: המתמטית תיתן: מול חלקי ליטר. לכן לא הגיוני לחלק גרם במול

ולקבל מולר. כדאי גם להדגים חישוב של מעבר מנפח למסה בתמיסות.

213

Documents

שאלה 1 · Web viewבטמפרטורה 300 K. הסבר עובדה זו בעזרת תורת ההתנגשויות. התשובה: 300oC (573 K) היא טמפרטורה גבוהה יותר