יסודות, תרכובות והטבלה המחזורית

המחזורית, והטבלה תרכובות יסודות1תת נושא :

(35)עמוד גדלים והגדלות

סרטון הדגמה

המסע אל תוך החומר

העולם החלקיקי " נקראים" החומרים של הבניין אטומיםאבני , לחלוקה- – ניתן בלתי ביוונית טום א

נקראים לזה זה המחוברים אטומים ממספר הבנויים מולקולותחלקיקי

מצבי הצבירה של החומרחומרים יכולים להיות במצב צבירה מוצק, נוזל או גז.

בכל אחד ממצבי הצבירה, החלקיקים ערוכים באופן שונה ומאופיינים בסוגי תנועה

שונים ובתכונות שונות.

מוצנוזלגזק

סרטון הדגמה

במה שונים זה מזה חומרים באותו מצב צבירה ?

השוואה בין חומרים שונים במצב צבירה זהה.

במה שונים זה מזה חומרים באותו מצב צבירה ?

חומרים שונים, המצויים באותו מצב צבירה, נבדלים בסוג החלקיקים

מהם הם בנויים, או/ו בסידור החלקיקים.

H2מודל של מולקולת מימן מודל של מולקולת

Cl2כלור

מודל של מולקולת מים H2O

מהו חלקיק ?

מולקולות או יונים,אטומיםכל החומרים בעולם בנויים מ

)הבנויים אף הם מאטומים(.

H2מודל של מולקולת מימן מודל של מולקולת

Cl2כלור

מודל של מולקולת מים H2O

מהו אטום ? הוא חלקיק קטן מאוד, בסדר גודל של עשרות עד מאות פיקו מטר אטום

( המהווה את אבן הבניין של כל 10-10)מיליונית של מיליונית המטר החומרים;

סוגי אטומים בלבד.110כיום מוכרים כ-

סרטון הדגמה

1,000,000,000,000,000,000,000בקצה החוד של העיפרון שלכם יש אטומי פחמן

מהי מולקולה ? של אטומים )שניים לפחות( מספר מוגדרבודדת היא מולקולה

הקשורים ביניהם בקשר כימי במבנה מוגדר. כל מולקולה מוגדרת על ידי סוג האטומים שממנה היא בנויה, מספר האטומים מכל סוג, ועל ידי

המבנה הגיאומטרי שלה

סרטון הדגמה

מודל של מולקולת מים

H2O

מודל של מולקולת מתאן

CH4

חומרים טהורים

צירופים שונים של אטומים ומבנים שונים שבהם ערוכים האטומים, מאפשרים את קיומם ואת יצירתם של מספר עצום של חומרים שונים.

, כלומר חומר הבנוי מאטומים מסוג אחד, יסודיכול להיות חומר טהור הבנויה משני סוגי אטומים לפחות תרכובתאו

נדון בהמשך

תערובת

תרכובת יסוד

חומר טהור

חומר

יכול להיות

יכול להיות

חומרים טהורים

נדון בהמשך

תערובת

תרכובת יסוד

חומר טהור

חומר

יכול להיות

יכול להיות

מולקולות של יסודמולקולות שמורכבות מאטומים מסוג אחד הן מולקולות של מולקולות שמורכבות מסוגים שונים של אטומים הם

תרכובת

H2מולקולת מימן Cl2מולקולת כלור

מולקולת מים

H2O

מולקולת CH4מתאן

האטומים המדהימים

מהו חומר טהור ?

)יסוד או תרכובת( הוא חומר שההרכב שלו קבוע ואשר תכונותיו חומר טהורקבועות, כלומר:

לחומר טהור הרכב קבוע המתבטא בנוסחה כימית מוגדרת אחת ויחידה. •

בנוסחה הכימית של החומר הטהור מופיעים סמלי היסודות המרכיבים את •החומר והיחסים המספריים ביניהם.

לחומר טהור תכונות קבועות המאפיינות אותו ואותו בלבד. למשל, •

טמפרטורות היתוך ורתיחה הן תכונות ייחודיות ומאפיינות חומר טהור מסוים כך שניתן לזהות אותו, בין היתר, על פי ערכי התכונות האלו.

מהו יסוד ? הוא חומר טהור הבנוי מאטומים מסוג אחד. הכלור, הברזל והברום הם יסוד

יסודות כימיים. 110דוגמאות ליסודות שונים. היום מוכרים למעלה מ-

סרטון הדגמה

טבלת היסודות

? מהיכן הגיעו היסודות

של היקום 2 חלקים ההסטוריה

הכרת היסודותבעברית השם סמל

אלומיניום Al

אשלגן K

ברום Br

ברזל Fe

גופרית S

הכרת היסודותבעברית השם סמל

הליום He

זהב Au

זרחן P

חנקן Fe

חמצן O

הכרת היסודותבעברית השם סמל

יוד I

כלור Cl

כסף Ag

מגנזיום Mg

נחושת Cu

הכרת היסודותבעברית השם סמל

מימן H

נאון Ne

סידן Ca

פחמן C

צורן Si

הטבלה המחזורית של היסודות הכימייםבטבלה המחזורית.היסודות הכימיים מאורגנים

המייצג אותו, כך שהטבלה המחזורית מציגה את כל סימולי סימוללכל יסוד כימי היסודות.

סרטון הדגמה

הטבלה המחזורית של היסודות הכימייםהכימאי הרוסי, דימיטרי מנדלייב היה הראשון שערך את היסודות על פי תכונותיהם

בטבלה וכינה אותה "הטבלה המחזורית של היסודות". הוא פרסם את גרסתה .1869הראשונה ב-

היסודות מאורגנים בשורות )מחזורים( ובטורים מסוימים ולסידור יש משמעות.

סרטון הדגמה

נוסחאות של יסודות

כפי שאמרנו מולקולה מתקבלת כשמספר אטומים נקשרים יחד. מולקולות של יסוד הן מולקולות המכילות אותו סוג של אטומים. נוהגים לסמן במספר קטן מצד ימין

ליסוד את מספר האטומים במולקולה של היסוד

היסוד שם נוסחא

חמצן

גופרית

ברום

מימן

O2

S8

Br2

H2

סימון מצבי צבירה של החומרנהוג לציין את מצב הצבירה של החומר בטמפרטורת החדר בתחתית הנוסחה מצד

ימין

solid (s), מוצק liquid (l), נוזל gas(g) גז

היסוד שם נוסחא

חמצן

גופרית

ברום

מימן

O2(g)

S8(s)

Br2(l)

H2(g)

מיון היסודות

לפנינו יסודות שונים, ננסה למיין אותם לפי תכונת המוליכות החשמלית שלהם

מוליך יסוד שאינו יסודמוליך

אבץ חמצן

עופרת גופרית

ברזל יוד

אלומיניום

מתכות ואל-מתכות – יסודות שמוליכים חשמל )בטמפ' החדר רוב המתכות מוצקות ובעלות ברק(מתכות

– יסודות שאינם מוליכים חשמל )נמצאות במצבי צבירה שונים, אינן בעלות אל-מתכותברק(

תרכובת יסוד

חומר טהור

חומר

יכול להיות

יכול להיות

מתכותאל-מתכו

ת

תכונות של מתכות

לפניך מתכות שונות : לוח נחושת, נייר אלומיניום, פסים של מתכות, כלי ברזל, כלי נחושת, גביע כסף, פטיש.

תכונות של אל-מתכות

ראינו שאל-מתכות יכולות להימצא במצבי צבירה שונים.

חמצן, מימן, הליום ונאון הם גזים

ברום הוא נוזל

יוד, פחמן, גופרית וזרחן הם מוצקים

במה שונים היסודות זה מזה ?

במה נבדלים היסודות )והחומרים( זה מזה ? סה"כ – סוג , היערכות, כוחות

ליסודות השונים תכונות שונות התלויות בסוג האטומים, בהערכות שלהם

ובכוחות הפועלים ביניהם :

במה נבדלים הליום וחמצן ?

הליום

חמצן

אל-מתכות : היסוד פחמן – הקשר בין תכונות לשימושים

במה שונים החומרים זה מזה ?

היערכות האטומים

אל-מתכות : היסוד פחמן – הקשר בין תכונות לשימושים

Carbone nanotubes

השוואה בין מתכות לאל-מתכות

מתכות מתכות- אל

מוצקות בטמפרטורת החדר )למעט כספית(

מצבי הצבירה בטמפ' 3מופיעות ב-החדר

מוליכות חשמל גרועות )מלבד מוליכות היטב חשמלהגרפיט(

מוליכות חום גרועות )מלבד יהלום(מוליכות חום במידה רבה

שבירות ופריכותניתנות לריקוע ומתיחה

בעלות צבעים מגוונים. חסרות ברקמבריקות

המבנה החלקיקי של המתכות

האטומים מסודרים במבנה מסודר המכיל מספר גדול מאוד של אטומים קשורים

זה לזה. בין האטומים פועלים כוחות משיכה חזקים יחסית.

המבנה החלקיקי של אל-מתכות

נמצאות במצבי צבירה שונים. מבנה חלקיקי מגוון

ישנן אל-מתכות שמופיעות במבנה של אטומים בודדים : נאון, הליום.

ישנן אל-מתכות שמופיעות במבנה של מולקולות דו-אטומיות: חמצן, מימן.

ישנן אל-מתכות שמופיעות במבנה של מולקולות רב-אטומיות: גופרית. או במבנה

של סריג כמו היהלום.

תכונות האל-מתכות ייקבעו לפי )סה"כ( :

סוג האטומים

היערכות האטומים

הכוחות הפועלים בין האטומים או בין המולקולות.

מתכות ואל-מתכות בטבלה המחזורית

אל-מתכות

מתכותאני שולט בטבלה המחזורית

במה נבדל היסוד צורן )כמוצק( והיסוד פחמן )כמוצק( ?

C(s)מודל של יהלום

וצילום של יהלום

Si(s)מודל של סיליקון

צילום של אבני סיליקון ופרוסת סיליקון מעובדת שעליה יצרו שבבי

מחשב

סוג האטומים

כוחות בין האטומים

במה נבדל החמצן מהאוזון ?

היערכות כוחות בין האטומיםהאטומים

O2חמצן O3אוזון

תרכובות

תרכובת

O2חמצן H2מימן

+

מולקולת מים

תרכובת

תרכובת היא חומר טהור המורכב משני יסודות לפחות.

לכל תרכובת מתאימה נוסחה כימית קבועה המייצגת את סוג

האטומים שמהם היא מורכבת ואת היחס המספרי ביניהם.

גלוקוז

C6H12O6

מלח בישול

NaCl

יצירת תרכובות בכיתה

נחושת + גופרית -------< נחושת גופרית

מגנזיום + חמצן --------< מגנזיום חמצני

ברזל + חמצן --------< ברזל חמצני )חלודה(

יצירת תרכובות

החומר שם סמל החומר סוג

נחושת Cu(s) יסוד

גופרית S8(s) יסוד

גופרית נחושת CuS(s) תרכובת

יצירת תרכובת נחושת גופרית

יצירת תרכובות

החומר שם סמל החומר סוג

מגנזיום Mg(s) יסוד

חמצן O2(g) יסוד

חמצני מגנזיום MgO(s) תרכובת

שרפת מגנזיום

יצירת תרכובות

החומר שם סמל החומר סוג

גופרית Mg(s) יסוד

חמצן O2(g) יסוד

גופרית חמצנית- דו

SO2(s) תרכובת

שרפת גופרית

פירוק תרכובות

יסוד לא ניתן לפירוקתרכובת ניתנת לפירוק. אחת הדרכים לפרק תרכובת היא באמצעות זרם

חשמלי. אלקטרוליזהפירוק חומרים באמצעות זרם חשמלי נקראת

פירוק תרכובת ליסודותיה : פירוק נחושת כלורית

החומר שם סמל החומר סוג

כלורית נחושת CuCl2(s) תרכובת

נחושת Cu(s) יסוד

כלור Cl2(g) יסוד

פירוק תרכובות

פירוק תרכובת ליסודותיה : פירוק נחושת כלורית

החומר שם נחושת כלורית

כלור נחושת

החומר סוג תרכובת תרכובת

צבירה מצב יסוד

צבע יסוד

נמצא במערכת

בתמיסה אלקטרודה לידא

אלקטרודה לידב

פירוק תרכובות

פירוק תרכובת לחומרים פשוטים יותר : פירוק סוכר

החומר שם סוכרוז פחמן מים

החומר סוג תרכובת

צבירה מצב

צבע

ניתן לפרק תרכובת גם באמצעות חימום. ישנם מקרים בהם תוצרי הפירוק של התרכובת הם היסודות המרכיבים אותה, במקרים אחרים חלק מתוצרי

הפירוק הן תרכובות אחרות, בדרך כלל פשוטות יותר.

פירוק תרכובות

פירוק תרכובת לחומרים פשוטים יותר : פירוק סוכר

החומר שם סמל החומר סוג

סוכרוז C12H22O11(s) יסוד

מים H2O(l) יסוד

פחם ) פחמן)

C(s) תרכובת

כיצד ניתן לדעת אם חומר הוא יסוד או תרכובת ?

היסודות בנויים מסוג אחד בדיקה ניסויית – ננסה לפרק אותו. 1.לפחות, אטומים סוגי משני בנויה התרכובת ואילו אטומים של המרכיבים היסודות את מהפירוק ולקבל לפרקה ניתן לכן לפרק כימית, תגובה באמצעות ניתן, לא זאת, לעומת אותה.

יסוד ליסודות אחרים.

על 2. החומרנסתכל של הכימית שבנוסחתו הנוסחה חומר .שניתן חומר אלא יסוד, לא הוא לפחות יסודות שני מופיעים

לפרקו לחומרים פשוטים יותר.

SO2

C6H22O11

S8

H2O

הכרת התרכובות – תרכובות הפחמן

גם הנקראות הפחמן אורגניות תרכובות תרכובות תרכובות הן המכילות אטומי פחמן ומיוצרות בגופם של יצורים חיים.

סוכרים (פחמימות)סוכרים הם "משפחה" של תרכובות המכילות אטומי פחמן, אטומי מימן ואטומי חמצן.

הסוכר הנפוץ בטבע הוא הגלוקוז )נקרא גם סוכר ענבים(. הגלוקוז )חד-סוכר( נוצר בצמח בתהליך הפוטוסינתזה מפד"ח ומים.

הכרת התרכובות – תרכובות הפחמןרב-סוכרים (פחמימות)

מהגלוקוז שהוא חד-סוכר מיוצרים בגופם של היצורים החיים מולקולות גדולות מאוד, מולקולות ענק של סוכרים הנקראות רב-סוכרים. בתזונה נוהגים לכנות את הרב-סוכרים –

פחמימות. )מונו=אחד(.מונומריםמולקולות ענק נוצרות מהרבה מולקולות קטנות הנקראות

פולימר.מולקולת הענק נקראת

עמילןרב סוכר. פולימר של גלוקוז.

מיוצר בצמחים. בריכוז גבוה בחיטה,אורז ותירס.

תאיתרב סוכר. "סרט" של מולקולות גלוקוז.

מרכיב של דופן תאי הצמח.

הכרת התרכובות – תרכובות הפחמןחלבונים

מיוצרים בכל תא חי. החלבונים הם מולקולות ענק )פולימרים( המורכבים מיחידות .חומצות אמינובסיסיות )מונומרים( הנקראות

חומצות אמינו הן תרכובות המכילות פחמן, מימן, חמצן וחנקן. מיוצרות בתאים חיים.

הכרת התרכובות – תרכובות הפחמן

פחמימנים"משפחה" של תרכובות שמורכבות מפחמן ומימן בלבד. מופקים מזיקוק של נפט

ומשמשים בעיקר כחומרי דלק. לדוגמה: גז בישול, בנזין אוקטאן, פרפין.

החומר שם סמל סוג החומר

צבירה מצב

בישול גז) + בוטאן) פרופאן

C4H10+C3H8 תרכובת גז

אוקטאן בנזין C8H18 תרכובת נוזל

נר שעוות C15H32 תרכובת מוצק

המיקרוסקופי המבנהותרכובות יסודות של

החלקיקים היערכות

המבנה המיקרוסקופי של יסודות ותרכובות – היערכות החלקיקים

NaCl(s)גביש מלח

והמודל של המבנה שלו

כפי שלמדנו חומרים יכולים להיות במצב צבירה מוצק, נוזל או

גז. בכל אחד ממצבי הצבירה, החלקיקים ערוכים ונעים באופן

שונה.

האם כל המוצקים ערוכים בצורה זהה ?

האם כל הנוזלים ערוכים בצורה זהה ?

המבנה המיקרוסקופי של יסודות ותרכובות – היערכות החלקיקים

חומרים שונים הנמצאים באותו מצב צבירה בנויים מחלקיקים שונים ולכן

יכולים להיות בעלי מבנים שונים לחלוטין . כלומר החלקיקים במוצק יכולים

להיות מסודרים באופן שונה. חומר טהור )יסוד או תרכובת( יכול להיות :

מבנה בעל , מולקולרי

בנוי כלומר ממולקולות

שאינו בעל מבנה, מולקולרי

כלומר שאינו בנוי ממולקולות

גביש מלחNaCl

חומרים הבנויים ממולקולות )חומרים מולקולריים(

חומרים מולקולריים הם חומרים הבנויים מאוסף של מספר עצום של. מולקולות

הכוחות הקיימים בין האטומים בתוך המולקולות חזקים יותר מהכוחות הקיימים בין המולקולות.

מולקולת CO2פד"ח

CO2גביש קרח יבש

חומרים הבנויים ממולקולות )חומרים מולקולריים(

של אטומים )שניים לפחות( הקשורים מוגדרמולקולה בודדת היא מספרביניהם בקשר כימי.

Cl2 HClH2O

מולקולת אספירין

פולרן C60

חומרים הבנויים ממולקולות )חומרים מולקולריים(

ישנן מולקולות הבנויות מעשרות עד מאות אטומים, שמנים וחומצות שומן; וקיימות גם מולקולות גדולות מאוד הבנויות מאלפי אטומים, כמו חלבונים

ודי-אן-איי.

מולקולת חלבוןמולקולת דנ"א

3מולקולת אומגה חומצת שומן

חומרים הבנויים ממולקולות )חומרים מולקולריים(

חומרים רבים בנויים ממולקולות. חלקם מוצקים בטמפרטורת החדר וחלקם נוזלים

C6H22O11

סוכרI2יוד

C2H5OHאתנול

מהו גביש ?

)קריסטל( ?גבישמהו

C6H22O11

סוכרC

יהלום

בעל מבנה תת-מיקרוסקופי מסודר וסימטרי. מוצקבמרחב המודל נקודות באמצעות הגביש מבנה את המתאר . סריגמכונה

נחושת גופרתיתCuSO4

סריג מולקולרי

הוא התיאור התת-מיקרוסקופי של גביש מולקולרי )כגון יוד, סריג מולקולריקרח וקרח יבש(, כלומר, כיצד ערוכות המולקולות בגביש. כאמור, הכוחות

הקיימים בין האטומים במולקולות חזקים יותר מהכוחות הקיימים בין המולקולות.

מולקולת CO2פד"ח

CO2גביש קרח יבש

סריג מולקולרי של המים

גביש מולקולרי

H2O(s)

סריג מולקולרי

H2O(s)

מולקולת H2Oמים

חומרים שאינם בנויים ממולקולות

חומרים רבים אינם בנויים ממולקולות, כמו למשל: כל היסודות המתכתיים

)לדוגמא, ברזל, נתרן או כספית(, תרכובות יוניות )לדוגמא, מלח בישול, גיר או

נחושת כלורית( וחומרים אטומריים )לדוגמא, יהלום, גרפיט או צורן חמצני(.

Cיהלום

Feברזל

NaClמלח

Sio2סיליקון

חמצני

חומרים שאינם בנויים ממולקולות

לדוגמא, לא ; הקיימות בהם במוצקים אלו, לא ניתן להתייחס ליחידות ממשיות מוגדרות

בגביש הסיליקון SiO2בגביש מלח הבישול ולא קיימות מולקולות NaClקיימות מולקולות

החמצני.

Cיהלום

Feברזל

NaClמלח

Sio2סיליקון

חמצני

חומרים שאינם בנויים ממולקולות – סריג ענק )מבנה ענק(

בחומר .סריג ענק המבנה התת-מיקרוסקופי של מוצקים שאינם בנויים ממולקולות מכונה

יחידות סופיות )מולקולות( אלא מבנה "אינסופי" של מספר לא קיימותבעל מבנה ענק

ענק של אטומים או יונים הקשורים זה לזה בכל חתיכה של המוצק

Cיהלום

סריג יהלום

חומרים שאינם בנויים ממולקולות – סריג ענק )מבנה ענק(

Cסריג גרפיט סריג אטומרי

מלחNaClסריג סריג יוני

Feסריג ברזל סריג מתכתי