חומרים תכונות ושימושים תכונות החומר.כיתה ז

חלק א', כיתה ז'

חומרים: תכונות ושימושים

תכונות החומר.

צבע: נקלט במוח לפי אורך גל האור שמפיק החפץ.
ריח: קליטת כימיקלים מהאוויר ע"י נוירונים, שמועבר הישר למרכז הריח במוח לעומת חושים אחרים.
טעם: נקלט ע"י בלוטות על הלשון בשם "פקעיות טעם". חלקן מיועדות למלוח, מתוק, חמוץ או מר.
קשיות: מאפיין של חומר מוצק המשקף את מידת ההתנגדות שלו לשינוי של קבע בצורתו.
ציפה: הפעלת כוח מנוגד להפעלת כוח מסוים, נקרא כוח ציפה.
מסיסות במים: חומר המתפרק לחלקיקים (מולקולות או יונים) בחומר אחר.
מוליכות חשמלית: מידת היכולת של זרם חשמלי לעבור בגוף כלשהו.
מגנטיות: כוח מגנטי נוצר מתנועה של מטען חשמלי.
דליקות: בתהליך הבעירה מתפרצת אנרגיה בצורת חום ואור – אש.
צפיפות: מכונה גם 'משקל סגולי'. הצפיפות של גוף היא המסה שלו ליחידת נפח. נמדדת ביחידות מסה לנפח, לדוגמא X גרם לY סמ"ק, או בק"ג למטר מעוקב (X ק"ג לY מטר מעוקב). את הצפיפות נהוג לסמן באות היוונית רו (כמו P באנגלית).
מוליכות חום: תכונה המציינת את מידת העברת החום של החומר. נמדדת ככמות החום המועברת בחומר, ביחידת זמן ובתנאים קבועים. נהוג לסמן באות היונית קפא (נראית כמו K)

חומרים

אוויר: מורכב ברובו מחנקן (N), חמצן, מעט ארגון, מעט פחמן דו – חמצני ומעט מאוד גזים אחרים.
האוויר כולל גם אדי מים המשתנים ממקום למקום.
חנקן: מסומן כN. יסוד נפוץ, חסר טעם ריח וצבע בטמפרטורת החדר.
חמצן: גז. מסומן כO. יסוד אל-מתכתי המופיע בטבעיותו כמולקולת O2.
ארגון:  גז אצילי, מסומן כ Ar. חסר צבע וריח.
פחמן דו חמצני: נכתב כCO2. חסר צבע.

מים: תרכובת כימית נוזלית המהווה בסיס לכל צורות החיים המוכרות לנו. מולקולת מים מורכבת משני אטומי מימן ומאטום חמצן אחד. הנוסחא שלה היא H2O.
בתנאים רגילים, נקודת הקיפאון של המים היא 0 מעלות. המים המוצקים הם קרח.
טמפרטורת הרתיחה של המים יורדת ככל שיורד הלחץ האטמוספרי (ככל שהמקום גבוה יותר).
מתכות: קבוצת יסודות כימיים. מתכות מתאפיינות בהולכת חשמל וחום גבוהה. סוגי המתכות הנפוצים בשימוש הם אלומיניום, ברזל, נחושת ואחרים.
מתכת מוליכה חשמל מכיוון שהאלקטרונים קשורים באופן חלש לאטומים ויכולים לנוע מרחק גדול.
אל מתכת: יסוד כימי החסר תכונות מתכתיות. המחלקה כוללת בתוכה אתה הלוגנים (מלבד אסטטין) ואת הגזים האציליים. רוב האל – מתכות נמצאות בצד הימני העליון של הטבלה המחזורית, מהן יוצא דופן המימן המופיע בצד שמאל עליון יחד עם המתכות האלקליות.

מאפייני החומר הם מסה נפח וצפיפות.

 

 

 

 

חומרים: שינוי בחומר

מעברים בין מצבי הצבירה: ישנם 4 מצבי צבירה אפשריים: מוצק, נוזל, גז ופלזמה.
חומר יעבור ממצב צבירה אחד לשני בטמפרטורה מסוימת הנקראת טמפרטורת מעבר, המשתנה בכל חומר. מעבר ממוצק לנוזל נקרא התכה, מנוזל לגז נקרא רתיחה, ומגז לפלסמה נקרא יינון.
מעבר מפלסמה לגז נקרא קומבינציה, מגז לנוזל נקרא עיבוי, ומנוזל למוצק נקרא הקפאה.
טמפרטורת המעבר תלויה גם בסוג החומר אך גם בלחץ. לרוב, לחץ גבוה יותר יעלה את טמפרטורת המעבר אך לא תמיד.

המודל החלקיקי של החומר

1)      החומר בנוי מחלקיקים

2)      בין החלקיקים יש מרווח (ריק)

3)      החלקיקים נמצאים בתנועה תמידית.

בעזרת תורת החלקיקים מוסבר השוני בין שלושת מצבי הצבירה של כל חומר המשנה מצבי צבירה.
בעת שינוי מצב צבירה, החלקיקים עצמם אינם משתנים, וגם לא כמותם.
מה משתנה:
*גודל המרווח בין החלקיקים (מידת הריק) *הסידור שלהם *מהירות תנועתם *אופן תנועתם (חופש התנועה של החלקיקים) *עוצמת כוחות המשיכה הפועלים בין החלקיקים.

תהליכי שינוי בחומר

השפעת שינוי הטמפרטורה על הנפח: חום = אנרגיה. כשהחלקיקים נמצאים בסביבה חמה יותר, הם נעים מהר יותר מה שגורם להם להתפשט למקומות יותר נרחבים. לכן, בלון עם אוויר מחומם יתנפח יותר לעומת כזה שלא.
עליה בטמפרטורה = עליה בלחץ.
דחיסה: קירוב החלקיקים אחד לשני. מכיוון שבמוצק ונוזל החלקיקים מסודרים וקרובים מהתחלה, נפחו לא יקטן בהרבה. בגז הם אינם צפופים ולכן ניתן לדחוס גז בקלות יחסית.

התמוססות
תמיסה מרוכזת: כמות המומס בממס גדולה (מים עם 5 כפיות סוכר)
תמיסה מהולה: כמות המומס בממס קטנה (מים עם כפית סוכר)
השפעת הטמפרטורה והערבוב על מהירות ההתמוססות: ככל שהטמפרטורה תגדל כך מהירות ההתמוססות.

חוק שימור המסה עפ"י המודל החלקיקי קובע כי גם אם הצורה והנפח משתנים; כל עוד לא הוחסר או נוסף חומר – המסה לא תשתנה.

סוגי אנרגיה המרה ושימור

סוגי אנרגיה

חום: האנרגיה הקינטית של המולקולות בחומר. כלומר, פעילות המולקולות עצמן יוצרת חום. זוהי אנרגיית החום.
חשמלית: האנרגיה הקינטית של האלקטרונים בחומר. כלומר, פעילות האלקטרונים יוצרת אנרגיית חשמל.
קרינה (אור):
גובה: כאשר גוף מוגבה מעל פני הארץ הוא רוכש אנרגיה פוטנציאלית כבידתית.
הגורמים המשפיעים על אנרגיית הגובה הם משקלו של הגוף (יותר משקל – יותר אנרגיה), גובה הגוף.
תנועה: אנרגיה בה ניחן גוף מתוקף תנועתו. היא תלוי אך ורק במסת הגוף ובמהירותו.
כימית: אנרגיה הנשמרת בחומר. בחומרים אורגניים מצויה אנרגיה כימית רבה. אנרגיה כימית מעידה על קשרים חלשים בין האטומים שבמולקולה. קשרים חלשים הם עתירי אנרגיה ואילו קשרים חזקים דלים באנרגיה. כשקשר עובר ממצב של קשר לחלש לקשר חזק, הוא פולט אנרגיה – זו מכונה אנרגיה כימית.

המרות אנרגיה: האדם משנה אנרגיה ממקור כלשהו לאנרגיה השימושית לו. למשל: אנרגיה כימית המצויה בנפט הופכת לאנרגיה חשמלית לאחר מספר תהליכים. תהליך המרת האנרגיה אינו מושלם, מכיוון שבמהלכו נאבדת אנרגיית חום המשמעותית יותר מזו שמופקת בתהליך.
דוגמאות: שריפת אנרגיה כימית של חומרים ← קיטור המופעל באנרגית חום ← אנרגיית תנועה של הגזים המפעילה טורבינה ← אנרגיה חשמלית בגנרטור.

חוק שימור האנרגיה: קובע כי אנרגיה לא נוצרת או נעלמת, אלא רק משנה את צורתה.

שינויים בחומר כתוצאה מקליטה או פליטה של אנרגיית חום: הוספה \ גריעה של אנרגית חום תגרום לשינוי במהירות החלקיקים ולכן לשינוי הטמפרטורה ← שינוי הנפח, הלחץ ומצב הצבירה.

דרכי ההובלה של אנרגיית החום: 1) הולכה – חום עובר מהקצה החם לקצה הקר
2) הסעה – חום עובר במים מהשכבות התחתונות לעליונות
3) קרינה – חום עובר בצורת קרינה אינפרה אדומה

מושגים

סגסוגת: תערובת מתכות, עשויה להיות שונה מהמתכות המרכיבות אותה.
לדוגמא, פלדת אל – חלד עשויה מברזל וכרום, כשהכרום מונע את החלדת הסגסוגת.

פעפוע – מצב בו חלקיקי חומר X נכנסים בין רווחי החלקיקים של חומר אחר.

לחץ גז – הכוח שגז מפעיל על דפנות המיכל בו הוא נמצא = חלקיקי הגז מתנגשים בדפנות.

דוגמא ל"גז חריף" – כלור

התכה – מוצק לנוזל
התעבות – נוזל למים
התאדות – נוזל לגז, אך ללא השפעת טמפרטורת הרתיחה שלו, אלא בצורה טבעית.
רתיחה – נוזל לגז
קיפאון – נוזל למוצק

תרכובת אורגנית – תרכובת המכילה אטומי פחמן ומימן הקשורים אחד לשני. יש מעל ל10 מליון תרכובות אורגניות, רוב החומרים המוכרים לאדם הם כאלו.

יחידת המידה של אנרגיה – ג'ול