» «
מבנה החומר
מהו מבנה החומר?



החומרים בעולם מגוונים ושונים זה מזה, בתכונות, במרקם וכדומה. אבל בואו נציץ בסיבות שהם שונים, באבני היסוד הבסיסיות ביותר של החומר ובחלקיקים הזעירים ביותר שהמדע מכיר. נביט למרכיבים של האטומים ושל המולקולות.

על מה מדובר?

כל החומרים בעולם מורכבים ממולקולות. המולקולות הללו בנויות מאטומים. את האטומים עצמם מרכיבים פרוטונים, נייטרונים וענן של אלקטרונים מסביבם.

לרוב לא מזכירים את זה אבל גם הפרוטונים והנויטרונים מורכבים מחלקיקים זעירים יותר שנקראים קוורקים, או קווארקים. נכון להיום, הקוורקים הם החלקיקים הקטנים ביותר שהמדע מכיר.

בניגוד לחלקיקים שיכולים להיות לבד בטבע, כמו האלקטרונים, הנויטרונים והפרוטונים, הקוורקים באים תמיד בזוגות או בשלשות. ככל הידוע לא ניתן למצוא קוורק בודד בטבע, או להפרידו. החשוב לעניין מבנה החומר הוא שהקווארקים נמשכים זה לזה ויוצרים את הפרוטונים והנויטרונים,

האחרונים מתחברים במינונים שונים ובכל הרכב של ניוטרונים ופרוטונים הם יוצרים גרעין של אחד מהיסודות הכימיים, אלו שמוצגים כל כך יפה בטבלה המחזורית. לכל יסוד בה יש מספר אטומי משלו.

דוגמאות? - בואו נראה: מימן למשל מכיל פרוטון אחד (מה שאומר שמספרו האטומי יהיה גם הוא 1). אם יהיו שני פרוטונים אז זה כבר גרעין של הליום ואתה כבר יודעים מה מספרו האטומי, נכון? (צודקים - התשובה היא 2). נמשיך ב-6 פרוטונים שיש לגרעין הפחמן ושמונה לחמצן וכן הלאה.

אגב, לא פעם בגרעין האטום משתנה המספר של הנויטרונים. למשל באטום פחמן יכולים להיות מספרים שונים של נויטרונים. ההבדלים הללו יוצרים איזוטופים - כולם פחמן אבל בעוד שהפעילות הכימית שלהם זהה, המאפיינים הפיזיקליים שלהם הם לא פעם שונים.

כך יש איזוטופים של פחמן שהם יציבים, בעוד שאחרים הם רדיואקטיביים. התכונות הללו שימושיות לא פעם, כמו במקרה של פחמן 14, שבזכותו ניתן לתארך את גילם של מאובנים וממצאים ארכיאולוגיים. יש כמובן איזוטופים אחרים, לא רק לפחמן. ביניהם כלור 35, כלור 37 ועוד.

נחזור לגרעין. יש בו לרוב מספר דומה של פרוטונים ונויטרונים. אבל מה בדיוק תפקידם של הנויטרונים?

ובכן, הנויטרונים מסייעים לפרוטונים להיצמד אלו לאלו, בניגוד לנטייה הבסיסית שלהם לדחות זה את זה, בשל המטען החשמלי השונה של פרוטונים שונים.

האטום נוצר מחיבור של פרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי לאלקטרונים בעלי מטען שלישי. באטומים נייטרליים מבחינה חשמלית יש מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים. כלומר, באטומים כאלה ייקשר אלקטרון שלילי אחד עם כל פרוטון חיובי. לכן יהיו בכל יסוד מספר דומה של אלקטרונים ופרוטונים והאטום שלו יהיה נייטרלי.

מדע הכימיה מכיר בכ-90 יסודות יציבים.


הנה תיאור מבנה החומר (מתורגם):

https://youtu.be/LE9Rmij-avM


סקירה על מבנה האטום (מתורגם):

https://youtu.be/mY1AMxUPhB8


כך נקשרים ביניהם אטומים לחלקיקים (מתורגם):

http://youtu.be/NgD9yHSJ29I?t=6s


תכנית חינוכית על מבנה החומר עם פרופסור דן שכטמן:

https://youtu.be/D2knuNloXH8?long=yes


וד"ר שקמה שוורצמן מסבירה את החומר בצורה יפה ומקורית - בעזרת מוסיקה:

https://youtu.be/m5GKw93EL9M?long=yes
מולקולה
מהן מולקולות?



מהי מולקולה? - המולקולה (Molecule) היא מבנה של מספר אטומים שקשר כימי מחבר אותם זה לזה. האטומים בטבע מתקיימים לבדם או בקבוצה. קבוצת אטומים כזו נקראת מולקולה. חלק מהמולקולות בטבע כוללות קבוצות אטומים זהים וחלק - אטומים שונים.

מה ההבדל בין מולקולות לאטומים? - האטום הוא היחידה הקטנה ביותר של היסוד הכימי ובכל יסוד כימי יש רק סוג אחד של אטומים. המולקולה, לעומת זאת, היא היחידה הקטנה ביותר של חלקיקים מרוכבים. ההבדל בין מולקולות לאטומים, הוא שמולקולות מכילות תמיד אטומים.

בטבע האטומים מופיעים בדרך כלל בצורה של מולקולות, כלומר במבנים של כמה אטומים שקשורים זה לזה בקשר כימי.


הנה המולקולות והאטומים שמרכיבים את החומר שממנו עשוי העולם (מוצק, גז ונוזל):

http://youtu.be/hc0EtPPpZUU


הסבר על עולם המולקולות (מתורגם):

http://youtu.be/4WR0_gEEZ9I?t=7s


הסבר של המולקולות בעזרת אנלוגיה של יחסים בין בני אדם (מתורגם):

http://youtu.be/dUMmoPdwBy4?t=7s


וההבדלים בין אטומים, מולקולות ויסודות:

http://youtu.be/fND0ps4EtBg
מצב צבירה
מהם מצבי הצבירה - מוצק, נוזל וגז?



מצב צבירה של חומר הוא אחד מהמצבים המרכזיים של החומר. חומר יכול להיות במצב צבירה אחד.

מצבי הצבירה המוכרים הם: מוצק, נוזל וגז. אבל יש גם את הפלזמה, שהוא מצב הצבירה הרביעי והפחות מוכר.

בין מצבי הצבירה השונים יש הבדלים משמעותיים. המעבר ממוצק לנוזל נקרא התכה, בעוד המעבר מנוזל לגז נקרא רתיחה או התאדות. ישנם גם שמות למעברים ההפוכים: עיבוי הוא המעבר מגז לנוזל, בעוד המעבר מנוזל למוצק היא התמצקות או הקפאה.


הנה סרטון שמסביר ומדגים מהם מצבי הצבירה ומה ההבדלים ביניהם (מתורגם):

http://youtu.be/DWg9k5RqUyM


כך נקבעים הלחץ והטמפרטורה על ידי מהירות האטומים של הגז (עברית):

https://youtu.be/jWV_kRCUt4M


החומר הקר ביותר בעולם הוא גז (מתורגם):

https://youtu.be/W6aL9YyRx1A


והתכנית "להיות מדען עם פרופסור דן" בפרק על מצבי צבירה (עברית):

http://youtu.be/D2knuNloXH8?long=yes
אטומים
מהם האטומים שמהם בנוי כל העולם?



כל חומר בטבע ובעולם מתחלק להמון מרכיבים זעירים שבזעירים שנקראים אטומים. האטום הוא המרכיב הכי קטן של החומר, מרכיב שלא ניתן לחלקו למרכיבים קטנים יותר. אנו רואים מסביבנו המון אטומים, אך לא בודדים, אלא כחומר שמכיל הרבה מאד מהם. בטיפת מים יש יותר ממיליארד מיליארדים של אטומים!

אולי לא ניתן לחלק את האטום הבודד אבל גם הוא מורכב ממספר מרכיבים. לכל אטום יש גרעין במרכזו, שעשוי מחלקיקים שטעונים במטען חשמלי חיובי. אלה הם הפרוטונים. בנוסף להם יש חלקיקים נייטרליים שנקראים נוטרונים.

מסביב לגרעין יש חלל שבו יש אלקטרונים, המקיפים את הגרעין. האלקטרונים הם חלקיקים שטעונים במטען שלילי. באטום יש מספר זהה של אלקטרונים ופרוטונים ולכן האטום הוא נייטרלי ואינו נושא מטען חשמלי.

האטומים מתקיימים לבדם או בקבוצות שנקראות מולקולות. חלק מהמולקולות כוללות קבוצות אטומים זהים וחלק - אטומים שונים.

היסודות הכימיים עשויים מאטומים בודדים. חלקיקים מרוכבים, או תרכובות, עשויים ממולקולות.

מכיוון שהאטום הוא חלקיק יסודי שלא ניתן לחלוקה לחלקיקים קטנים יותר, הוא זכה לשמו. האות א' פירושה לא ו"טום" פירושו פריק, משהו שמתפרק. כלומר א-טום הוא דבר בלתי פריק, שאיננו מתפרק. אטום.


הנה האטום בהסבר (מתורגם):

https://youtu.be/_lNF3_30lUE


הסבר על האטום:

http://youtu.be/jZO6W-DEVLk


אי אפשר לראות את האטומים אבל אפשר לראות סימנים שהם משאירים (עברית):

https://youtu.be/IUW5O52naFw?t=13m58s&end=20m16s


הנה האטומים בטבע:

http://youtu.be/hc0EtPPpZUU


כך מסודרים האטומים של חומרים שונים:

http://youtu.be/sWWuxYXcmtM

מבנה החומר

אטום
מה זה אטום וכיצד הוא התגלה?



האטום הוא החלקיק הקטן ביותר של יסוד כימי שבו נשמרות תכונות היסוד. האטום מורכב מחלקיקים קטנים יותר שאינם באים לידי ביטוי בתורה הכימית. בעבר חשבו המדענים שהאטום הוא חלקיק יסודי שלא ניתן לחלק אותו לחלקיקים קטנים יותר, אך מאוחר יותר התגלה שהאטום מורכב מחלקיקים קטנים יותר: גרעין שבו פרוטונים ונייטרונים (שגם הם מורכבים מחלקיקים נוספים), ומסביבו ענן של אלקטרונים.

למעשה, עידן הטכנולוגיה הגרעינית נולד בשנת 1939, כשזוג החוקרים האן ושטרסמן גילו שבליעת נויטרונים על ידי גרעיני אורניום, עשויה לפרק אותם ליסודות קלים יותר תוך פליטה של אנרגיה. שחרור האנרגיה מהפירוק הזה הוא שקידם את הטכנולוגיה הגרעינית, הן לצורך ייצור של חשמל מכורים גרעיניים והן ליצירת פצצות אטום הרסניות, שמאיימות על שלום העולם.

המדע כיום יודע שרוב החומרים לא מורכבים מסוג אחד של אטומים, אלא ממולקולות, שהן מספר אטומים דומים או שונים, שקשורים זה לזה.

המילה אטום פירושה ביוונית "לא ניתן לחלוקה". טבע אותה דמוקריטוס, הפילוסוף היווני בן המאה ה-5 לפני הספירה, חוקר יווני שהגה אז את רעיון קיומם של האטומים - מרכיבי היסוד של כל מה שמקיף אותנו בעולם. הוא חשב שאטומים הם המרכיבים הקטנים ביותר בטבע. הוא צדק כמעט בכל אבל היום אנו יודעים שגם האטום מורכב מחלקים שונים...


הנה התפתחות תיאוריית האטום (עברית):

http://youtu.be/bbQeJ8aPcjk


על ההיסטוריה של גילוי האטום (מתורגם):

http://youtu.be/xazQRcSCRaY?t=6s


כך נקשרים ביניהם אטומים לחלקיקים (מתורגם):

http://youtu.be/NgD9yHSJ29I?t=6s


וכך התפתח הרעיון של האטום עד לחומר האפל, שאת קיומו משערים כיום הרחק בחלל (מתורגם):

https://youtu.be/HneiEA1B8ks


אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

העולם הוא צבעוני ומופלא, אאוריקה כאן בשביל שתגלו אותו...

אלפי נושאים, תמונות וסרטונים, מפתיעים, מסקרנים וממוקדים.

ניתן לנווט בין הפריטים במגע, בעכבר, בגלגלת, או במקשי המקלדת

בואו לגלות, לחקור, ולקבל השראה!

אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.