כימיה - מושגי יסוד
חזרה לכימיה
- רמה: התחלת לימודי כימיה ו- 3 יח"ל
מהי כימיה?
כימיה - מדע החומר והשינויים המתחוללים בו. עולם הכימיה כולל את כל הגופים הסובבים אותנו - את האדמה עליה אנו הולכים, את המזון אותו אנחנו אוכלים, את רקמות גופנו ואת הצורן שאנו משתמשים בו לבניית מחשבים. שום גוף חומרי אינו נמצא מעבר לתחומי הכימיה, אם חי ואם מת, אם צמח ואם מינרל, אם הוא נמצא בכדור-הארץ ואם בכוכב רחוק.
הגדרות בסיס בכימיה
- תערובת - מספר חומרים הנמצאים ביחד ללא קשרים כימיים ביניהם. התערובת מתפרקת ע"י שימוש בשיטות פיסיקליות (ראה בהמשך הסיכום). ישנם שני סוגים של תערובת:
- תערובת הומוגנית - תערובת הנראית אחידה במראה. כלומר לא ניתן להבחין בעין בלתי מזויינת בין החומרים המרכיבים אותה. לדוגמא: אוויר ומי ים.
- תערובת הטרוגנית - תערובת אשר ניתן להבחין בה בחומרים אשר נמצאים בה, כלומר לא אחידה. לדוגמא: מים עם שמן, מים עם כלורופורם.
- תמיסה -
- תרכובת - חומר אחד הבנוי מכמה יסודות, יש לו תכונות חדשות לגמרי (שונות משל היסוד). ניתן לפרק תרכובת רק ע"י שימוש שיטות כימיות (כלומר שימוש בתגובות בין חומרים אשר יגרמו לפירוק של תרכובת. מגוון התגובות האלו הוא עצום והיריעה קצרה מידי כדי להתעסק בהן כאן). דוגמאות: מים, מלח שולחן, אמוניה ופחמן דו-חמצני.
- יסוד - החומר הפשוט ביותר השומר על תכונותיו ואי אפשר לפרקו מבלי לאבד את תכונותיו. היסוד בנוי מסוג אחד בלבד של אטומים. דוגמאות: הליום, חמצן, נתרן, ברזל ומגנזיום.
- מתכות -
- אל-מתכות -
- אטום - יחידת החומר הקטנה ביותר הייחודית ליסוד כימי מסוים. האטומים מורכבים מפרוטונים בעלי מטען חיובי, מאלקטרונים בעלי מטען שלילי ומניוטרונים חסרי מטען. (ראה מבנה האטום).
- מולקולה - יחידת חומר המורכבת משני אטומים או יותר, זהים או שונים, הקשורים זה לזה בקשרים כימיים. יש לשים לב שלא כל מולקולה היא תרכובת (מולקולה יכולה להיות גם יסוד אם היא מורכבת משני אטומים זהים כמו מולקולת החמצן הבנויה משני אטומי חמצן), אבל כל תרכובת היא מולקולה.
שפת הכימיה
סימולים
נוסחאות
ניסוחי תגובה
מצבי צבירה
הפרדת תערובות (זיקוק)
זיקוק
זיקוק היא שיטה המפרידה חומרים ע"פ נקודות הרתיחה השונות שלהם. הזיקוק משמש להפרדת תערובות כאשר הן במצב צבירה נוזלי. הזיקוק מתבצע ע"י חימום התערובת ועיבוי האדים הנוצרים בטמפרטורות שונות. לדוגמא ניתן לבצע זיקוק לתמיסה (סוג של תערובת הומוגנית) המכילה אלכוהול ומים ע"י חימום התמיסה. כאשר התמיסה תגיע לטמפרטורה של 78 מעלות צלזיוס אז האלכוהול ירתח ויתאדה והמים יוותרו. ניתן לעבות את האדים כדי לקבל את האלכוהול. על בסיס שיטה זו מפרידים נפט גולמי למרכיביו השונים בעזרת מגדלי זיקוק בהם נעשה התהליך.
רתיחה
ניתן להפריד תערובות ע"י הרתחתן. למשל אם נרצה להפריד את מלח ממי ים נוכל להרתיחם. המים יתאדו ואילו המלח ישאר בכלי.
כרומוטוגרפיה
שיטה זו משמשת בעיקר לצורך אנליזה וזיהוי חומרים הנמצאים בתערובת. השיטה מבוססת על העיקרון שחלקיקים מסוגים שונים זזים במהירויות שונות. הכרומטוגרפיה מתבצעת על פי רוב ע"י נייר מיוחד הנטבל בתמיסה או לחלופין נייר מיוחד שעליו מטפטפים מספר טיפות מהתמיסה. לאחר זמן מה ניתן יהיה לראות פסים כאשר כל פס מורכב למעשה מחומר אחד. קיימות שיטות נוספות כגון שימוש בקולונה או במשטחי TLC (כרומטוגרפיה על שכבה דקה)
סינון
אם תערובת מכילה חלקיקים בגדלים שונים למשל תערובת המכילה נוזל וגרגירים מוצקים (כמו חול ומים) ניתן לבודד את החלקיקים השונים על פי גודלם בעזרת סינון. לדוגמא כאשר מכינים אספירין ורוצים לבודדו מהתמיסה בה הוא נמצא משתמשים בסינון. האספירין הוא מוצק והוא נמצא בצורה גבישית ולכן הוא לא עובר את נייר הסינון בעוד שהנוזל שחלקיקיו קטנים יותר מסוגל לעובר את הנייר.
Zone Refining - לא לבגרות
שיטה המשמשת להשגת חומרים ברמת נקיון גבוהה ביותר. השיטה מבוססת על כך שחומרים מתגבשים נוטים לדחוק חומרים אחרים. השימוש בשיטה זו משיג רמות נקיון גבוהות ביותר ומשמש בין השאר להשגת סיליקון בדרגת ניקיון גבוהה לתעשיית האלקטרוניקה (אטום אחד של אי-ניקיונות למיליארד אטומי צורן).
טיהור הצורן ע"י שיטה זו מתבצע כך:
שפופרת המכילה צורן מוצק מורדת דרך כבשן דק דמוי טבעת. כשתחתית השפופרת מגיעה למפלס הטבעת, הצורן ניתך. השפופרת ממשיכה לרדת והצורן המותך נוטף מתחת למפלס הטבעת הלוהטת, מתמצק צורן טהור ומותיר את האטומים הזרים בנתך. בשלב זה יש ליד תחתית השפופרת צורן מוצק טהור, ליד חלקה העליון יש צורן מוצק לא טהור, ושכבה דקה של צורן מותך מפרידה ביניהם. כשנע הצורן מטה, נע האזור המותך דרך הצורן שאינו טהור, כשהוא אוסף בדרכו את האטומים הזרים. כשמגיע האזור למעלה כבר נאספו מרבית האטומים הזרים באזור המותך. ע"י חזרה על התהליך רמת הניקיון משתפרת, ומטיל הצורן שנותר - טהור יותר.