Transcript H 2
הכימיה של החיים :מקור Biology, by N. A. Campbell and J. B. Reece 7th. Ed. 2005 נעמי ירון:עריכה למה כימיה? הביולוג מתמחה בחקר תופעות החיים ,אך יש לזכור כי האורגניזמים החיים והעולם שבו הם מתקיימים הן מערכות טבעיות ,הפועלות בכפוף לחוקי הכימיה והפיזיקה .יצורים חיים עשויים מחומרים כימיים ופועלים בעולם של חומר. מהו חומר? חומר מוגדר כ: כל דבר שתופס מקום ויש לו מסה. חומרים קיימים בעולם בצורות שונות בעלות תכונות ייחודיות: חומרים המרכיבים את סלעי כדור הארץ מתכות שְׁ ַמ ִנים גזים ממה מורכב חומר? חומר מורכב מיסודות כימיים ומצירופים של יסודות כימיים הנקראים תרכובות. יסוד הוא חומר הבנוי מסוג אטומים אחד. כיום מוכרים 92יסודות המופיעים בטבע. [יש ויכוח בספרות בנוגע למספר המדויק של היסודות המופיעים בטבע. במקומות שונים מוזכרים בין 92-98יסודות כאלה .יסודות נוספים המופיעים בטבלה המחזורית הם סינטטיים ,מעשי ידי האדם] (העשרה והבהרה למורים :המושג ַאלֹוטְׁ רֹוּפ )Allotrope בהרבה מקומות נהוג להגדיר יסוד כחומר שלא ניתן לפרקו ולקבל ממנו חומרים חדשים. הגדרה זו יוצרת בעיה להסביר את ההבדל בין חמצן O2לאוזון .O3האם חמצן הוא היסוד ואוזון הוא תרכובת? האם חמצן ואוזון הם שני חומרים שונים? המושג אלוטרופ מתייחס לוריאנטים (גרסאות שונות) של חומרים הבנויים מאטומים זהים אך בעלי מבנה מולקולרי שונה ותכונות פיסיקליות שונות. יסודות בעלי אלוטרופים הם למשל פחמן ,חמצן ,גופרית ופוספאט. פוספאט קיים בלפחות שלוש צורות אלוטרופיות :אדום ,שחור/סגול ולבן/צהוב .פוספט אדום ולבן עשויים 4 אטומים מסודרים במבנה טטראהדר (פירמידה) .בפוספאט האדום ,הטטרהדרים קשורים זה לזה בשרשרת ואילו בפוספאט הלבן הם בודדים .פוספאט שחור מורכב מיריעות דו-מימדיות של משושים (בדומה לגראפיט). לפחמן יש 8אלוטרופים שהתגלו עד כה השונים מאד זה מזה בתכונותיהם. יסודות לכל יסוד יש סמל שהוא לרוב האות הראשונה או שתי האותיות הראשונות בשמו .חלק משמות היסודות נגזרים מהשפה הלטינית או הגרמנית, לדוגמה :הסמל עבור היסוד נתרן Naנגזר משמו הלטיני .Natrium היסודות העיקריים המופיעים בגופם של יצורים חיים היסוד סמל אחוז ממשקל הגוף חמצן O 65% פחמן C 18.5% מימן H 9.5% חנקן N 3.3% סידן Ca 1.5% זרחן P 1% אשלגן k 0.4% גופרית S 0.3% נתרן Na 0.2% כלור Cl 0.2% מגנזיום Mg 0.1% ארבעת יסודות אלה מהווים 96% ממסתו של גוף האדם יסוד יכול להופיע בטבע בצורות שונות .1 צורה של אטומים בודדים היסודות של משפחת הגזים האציליים מופיעים כאטומים בודדים: הליום ,Heניאון ,Neארגון .Ar מהו מודל מדעי? מודל מדעי מנסה להמחיש תהליך או רעיון או מושג מופשטים באמצעים גרפיים (איור למשל) או באמצעות בניית דגם או בעזרת משוואה מתימטית. המודל אינו העתק מדויק של המציאות! פעמים רבות הוא פשוט יותר ,מציג רק את התכונות העיקריות של האוביקט ,מוקטן או מוגדל ,צבוע בצבעי הדגשה שאינם מייצגים את המציאות וכו'. למרות שהמודל אינו העתק של המציאות הוא חשוב ושימושי שני מודלים שונים של התרכובת CCl4 מה מייצג הכדור או העיגול? מה מייצגים הקווים? מהם היתרונות והחסרונות של כל מודל? במה שונה כל מודל מהמציאות? אטומים של גז אציל בתמונה מוצגים חמישה אטומים בודדים המייצגים גז אציל. במרכז האטום ניתן להבחין בגרעין (בצבע כתום). (יש לזכור כי הגרעין אינו עשוי מקשה אחת אלא מורכב בעצמו מחלקיקים) מולקולות בנות שני אטומים זהים .2צורה של מולקולות בנות שני אטומים זהים! היסוד חמצן מופיע בטבע כO2 : היסוד חנקן מופיע בטבע כN2 : היסוד מימן מופיע בטבע כH2 : היסוד כלור מופיע בטבע כCl2 : היסוד ברום מופיע בטבע כBr2 : מולקולות של היסוד חמצן באטמוספרה צבר או גביש של אטומים זהים יסודות של מתכות כמו ברזל Feאו נחושת Cu מופיעים בטבע כצברים של אטומים. יסודות אל-מתכתיים כמו פחמן,פוספאט וגופרית יכולים להופיע בטבע כגבישים. מבנה של מתכות כברזל וזהב מבנה של גביש פחמן יהלום גרפיט תרכובות תרכובת היא כינוי לחומר המכיל שניים או יותר יסודות שונים הקשורים זה לזה ביחס קבוע. דוגמאות: בכל מולקולת מים יש אטום חמצן אחד ושני אטומי מימן .H2O :היסודות מימן וחמצן ביחס שונה מייצרים תרכובות שונה ,H2O2 :תרכובת הנקראת מי חמצן. ובכל מולקולת פחמן דו חמצני יש אטום פחמן אחד ושני אטומי חמצןCO2 : מים ופחמן דו חמצני מים פחמן דו-חמצני מלח בישול ) (NaClהוא תרכובת של היסודות נתרן וכלור ביחס ,1:1היוצרת מבנה של גביש היסוד נתרן מופיע בטבע כמתכת מוצקה ואילו היסוד כלור מופיע בטבע כגז רעיל. אך כאשר נתרן וכלור נקשרים זה לזה בקשר כימי התרכובת היא גביש בעל גרגרים לבנים ,הניתנים לאכילה. תרכובת לתרכובת יש תכונות ומאפיינים השונים מאלה של היסודות המרכיבים אותה. תרכובת :היסוד המתכתי נתרן (משמאל) מתרכב עם הגז הרעיל והצהבהב כלור (אמצע) ,ומתקבלים גבישים לבנים של נתרן-כלור הידועים כמלח בישול (ימין). תכונות של יסוד נקבעות בין השאר על ידי המבנה החלקיקי של האטומים שלו כל יסוד מורכב מסוג מסוים של אטום השונה מהאטומים של יסודות אחרים. אטום הוא יחידת החומר הקטנה ביותר השומרת על תכונות החומר. האטומים הם כה קטנים עד כי נדרשים כמיליון מהם על מנת ליצור את הנקודה בסוף משפט זה. ממה מורכב האטום? למרות שהאטום הוא היחידה הקטנה ביותר השומרת על תכונות החומר ,הוא עצמו מורכב מחלקיקים קטנים יותר. 3סוגי חלקיקים מהם בנויים אטומים הם: נויטרונים ,פרוטונים ואלקטרונים. Neutrons, Protons, Electrons חלקיקים קטנים באטום נויטרונים ופרוטונים קרובים מאד זה לזה ויוצרים את גרעין האטום במרכזו. האלקטרונים ,הנעים במהירות הקרובה למהירות האור, יוצרים כעין ענן סביב הגרעין אנימציה כללית של מבנה האטום http://www.youtube.com/watch?v=WPz_2dwqG6A מספר אטומי אטומים של יסודות שונים נבדלים זה מזה במספר החלקיקים שבאטום. לכל האטומים של יסוד מסוים יש מספר זהה וקבוע של פרוטונים בגרעין האטום. מספר פרוטונים זה ,הייחודי לכל יסוד נקרא המספר האטומי היסוד חמצן O היסוד כלור Cl היסוד פחמן C היסוד הליום He 8פרוטונים 7פרוטונים 6פרוטונים 2פרוטונים מטען חשמלי לאלקטרונים ולפרוטונים יש מטען חשמלי. לכל אלקטרון יש יחידת מטען שלילית אחת. לכל פרוטון יש יחידת מטען חיובית אחת. נויטרון (כפי שמעיד עליו שמו) הוא חלקיק חסר מטען חשמלי. מבנה של אטום פחמן גרעין האטום המכיל 6פרוטונים ו 6-נויטרונים האלקטרונים נעים במסלולים השונים במרחקם מהגרעין. הערה :לא ניתן לומר את מיקומו המדויק של כל אלקטרון בכל רגע .ניתן רק להעריך את הסיכוי למציאת אלקטרון באזור זה או אחר .בעקבות כך ,נתייחס לאלקטרונים כ"ענן אלקטרוני". אלקטרון פרוטון נויטרון מספר מסה מספר המסה של האטום הוא סכום מספר הפרוטונים והנויטרונים בגרעין. לכל האטומים של יסוד נתון יש מספר זהה של פרוטונים ,אך הם יכולים להיות שונים זה מזה במספר הנויטרונים (ולכן גם בעלי מסה שונה). צורות אלה של אטומים (השייכים לאותו יסוד אך נבדלים במספר הנויטרונים) נקראות :איזוטופים .בטבע כל יסוד קיים כתערובת של איזוטופים. ארגון האטום הפרוטונים בגרעין האטום מעניקים לו מטען חיובי. האלקטרונים הנעים במהירות נשארים בקרבת גרעין האטום בשל כוחות המשיכה של מטענים מנוגדים זה לזה. האלקטרונים נמצאים בתנועה מתמדת ,מהירה מאוד ,לכן אינם נדבקים לגרעין (זכרו את הדוגמא של סיבוב דלי מלא במים במהירות גבוהה -המים אינם נשפכים ממנו) המסה של הפרוטונים והנויטרונים גדולה כמעט פי 2000מהמסה של האלקטרונים ולכן מחשבים מסה של אטום על ידי חיבור המסה של הפרוטונים והנויטרונים בלבד. מבנה האטום אם תדמו את האטום לאצטדיון כדורגל ,גודלו של הגרעין יהיה בערך כגודל נמלה במרכזו וגודלם של האלקטרונים יהיה כגודל ברחשים המעופפים בו. למעשה רוב רובו של האטום הוא חלל ריק... סידור האלקטרונים בקליפה הראשונה הקרובה ביותר לגרעין ( 2אלקטרונים); באטומי מימן והליום הערה :באיור זה מוצגים האלקטרונים של היסוד כעיגולים כחולים וה"קליפות" המייצגות רמות אנרגיה שונות ומרחק מהגרעין מוצגות על ידי מעגלים כחולים סביב הגרעין. אנו עושים שימוש באיורים אלה כדרך להמחיש את סידור האלקטרונים של האטום אך עליכם לזכור כי זהו מודל בלבד .בסידור האלקטרונים ביסודות נוספים נטפל בהמשך. אלקטרונים יכולים לעבור מקליפה לקליפה אלקטרון יכול לעבור מקליפה לקליפה רק על ידי קליטה או איבוד של אנרגיה השווה להפרש האנרגיות בין הקליפה הקודמת לקליפה החדשה. דוגמה :אנרגית אור יכולה להקפיץ אלקטרון מקליפה בה הוא נמצא לקליפה רחוקה יותר מהגרעין ,זהו האירוע הראשון המתרחש באטומים של מולקולות כלורופיל בזמן הפוטוסינתזה בצמחים. סידור האלקטרונים באטום אחראי לתכונות הכימיות שלו ההתנהגות הכימית של אטום תלויה בסידור האלקטרונים שלו כלומר בפיזור האלקטרונים בקליפות השונות. האלקטרונים של כל אטום נוטים להסתדר בצורה שבה רמת האנרגיה שלהם היא הנמוכה ביותר. בקליפה הראשונה רמת האנרגיה הפוטנציאלית היא הנמוכה ביותר אך יש בה מקום לשני אלקטרונים בלבד. מודל סידור האלקטרונים באטום באמצעות ציור נקודות על מנת להבין כיצד יסודות יוצרים תרכובות כימיות או יונים יש תחילה להבין את סידור האלקטרונים בתוך האטומים שלהם. את זה אפשר לעשות בקלות יחסית עבור 20היסודות הראשונים בטבלה המחזורית. ראשית ,יש לקרוא בטבלה המחזורית את המספר האטומי של היסוד! נשתמש באיור המהווה מודל ל"קליפות" סביב גרעין האטום בהם נמצאים ומסודרים האלקטרונים. האיור מדגים כמה אלקטרונים יכולים להסתדר בכל "קליפה" או מרחק מן הגרעין. אם ידוע לנו המספר הכולל של האלקטרונים באטום נוכל ל"סדר" אותם בקליפות השונות על פי הסדר המודגם כאן ,כשאנו מתחילים ב"קליפה" הקרובה ביותר לגרעין. גרעין דוגמה :אטום צורן Si בשלב ראשון נחלק את האטום ל 4-על ידי ציור .X בשלב השני נתחיל לשבץ את האלקטרונים .הזוג הראשון נכנס לרבע העליון הקרוב ביותר לגרעין! נמשיך לשבץ את האלקטרונים הבאים של הצורן באותה צורה בדקו את עצמכם (לאחר מילוי דף העבודה) כיצד מאורגנים האלקטרונים בחלל האטום? האלקטרונים מסודרים בחלל האטום בצורה שתקנה רמת אנרגיה נמוכה ביותר ולכן יציבות לאטום. האלקטרונים מסודרים סביב הגרעין במעין "קליפות" או "אורביטלות" .בתמונה זאת קליפה -1עשויה להכיל עד 2אלקטרונים. מיוצגות שלוש הקליפות קליפה 2עשויה להכיל עד 8אלקטרונים. הראשונות ,הקרובות ביותר קליפה 3עשויה להכיל עד 8אלקטרונים. לגרעין. שימו לב לקליפות של הגזים האצילים בטור ...8 האלקטרונים של "קליפת" הערכיות הקשר הכימי כיצד נוצרת מולקולה משני אטומים? מה מחזיק את האטומים זה לצד זה? מהו הקשר הכימי? יצירת מולקולות תלויה בקשרים הכימיים בין אטומים אטומים יכולים להעביר (למסור) אלקטרונים מתוך קליפת הערכיות או לקבל אלקטרונים. אטומים יכולים לשתף אלקטרונים הנמצאים בקליפת הערכיות. שיתוף או העברת אלקטרונים יוצרת כוחות משיכה בין אטומים סמוכים המחזיקים את האטומים יחד ומכונים קשרים כימיים. הקשרים הכימיים החזקים ביותר הם הקשר הקוולנטי או הקשר היֹו ִני. הקשר הכימי כששני אטומים מתקרבים זה לזה במהלך תגובה כימית, הגרעינים שלהם לא מתקרבים מספיק זה לזה על מנת שיוכלו להשפיע זה על זה (אינטראקציה). רק האלקטרונים ,שאינם נמצאים בגרעין אלא נעים בחלל האטום הם החלקיקים היכולים להיות מעורבים באינטראקציה/תגובה בין שני אטומים. הקשר הכימי ההתנהגות הכימית של אטום מסוים תלויה בראש ובראשונה בסידור האלקטרונים בקליפה החיצונית ביותר שלו. אלקטרונים אלה נקראים" :אלקטרוני העֶ ְׁר ִכּיּות" והקליפה החיצונית נקראת" :קליפת ערכיות". אטומים שלהם מספר זהה של אלקטרוני ערכיות מתנהגים בצורה דומה ושייכים למשפחה כימית אחת. אטומים שקליפת הערכיות שלהם מלאה ,אינם פעילים מבחינה כימית, כלומר אינם מגיבים עם אטומים אחרים (ואף לא עם אטומים של עצמם) ליצירת תרכובות. קבוצת יסודות אלו מרוכזת בטור הימיני ביותר של הטבלה המחזורית ונקראת :קבוצת הגזים האצילים. חומר מולקולרי חומר מולקולרי הוא חומר המורכב ממולקולות הבנויות מאטומי אל-מתכות הקשורים ביניהם בקשרים קוולנטיים. לדוגמה :יסודות מולקולריים כמו O2, H2, Cl2, N2 או תרכובות כמוNO, H2O, NO2, CO2 : סריג אטומרי סריג אטומרי הוא מבנה של סריג ענק הבנוי מאטומים הקשורים זה לזה בקשרים קוולנטיים הסריגים האטומריים הם מועטים למדי .דוגמאות: יהלום ,גרפיט ,צורן ,קרביד הצורן ) ,(SiCצורן דו חמצני -סיליקה ) ,(SiO2גרמניום. סיליקה )(SiO2 ) (SiCסיליקון קרביד סריג יוני סריג יוני הוא מבנה המורכב מיונים חיוביים ושליליים הנמשכים זה לזה באמצעות קשרים יוניים ,כלומר מכוח המשיכה בין מטענים מנוגדים והוא מאפיין חומרים יוניים הנקראים גם מלחים. היונים החיוביים הם בדרך כלל יוני מתכות ואילו היונים השליליים הם בדרך כלל יוני אל- מתכות. סריג מתכתי סריג מתכתי הוא האופן בו מסודרים אטומי המתכת. בסריג המתכתי נעים האלקטרונים של קליפת הערכיות סביב גרעיני האטומים בלי להיות קשורים לגרעין מסוים .למעשה קיימים כאן יונים חיוביים ואלקטרונים הנעים סביבם. הקשר הכימי אטומים שיש להם ,בקליפה החיצונית ביותר ,אלקטרוני ערכיות פנויים (כלומר ,הקליפה אינה מלאה) ,עשויים להגיב עם אטומים אחרים בסביבתם בצורה שתאפשר להם למלא את הקליפה החיצונית. הם עשויים לחלוק אלקטרונים עם אטומים אחרים או למסור/לקבל אלקטרונים מאטומים אחרים .בצורה זו נוצרים קשרים כימיים. המולקולות הנוצרות הן יותר יציבות מבחינה אנרגטית. קשר קוולנטי קשר קוולנטי הוא קשר של שיתוף זוג אלקטרוני ערכיות בין שני אטומים .שני אטומי המימן מתחברים למולקולה. צורת הכתיבה: H2 H-H קשר קוולנטי בין אטומי מימן סידור האלקטרונים באטומי הפחמן והצורן אטום הפחמן ,כמו גם אטום הצורן (סיליקון) אשר נמצאים באותו טור בטבלה המחזורית מתייחדים בכך שיש לרשותם 4אלקטרוני ערכיות פנויים ליצור קשרים קוולנטיים. קשר קוולנטי כפול שיתוף של שני אלקטרוני ערכיות בין שני אטומי חמצן: צורת הכתיבה: O2 O=O הקשר הכימי אלקטרונגטיביות הכוח שבו מושך אטום מסוים את אלקטרוני הקשר הקוולנטי נקרא :אלקטרונגטיביות. ככל שאטום הוא יותר אלקטרונגטיבי כך הוא מושך את אלקטרוני הקשר הקוולנטי המשותפים יותר קרוב לגרעין שלו. בתרכובת: אלקטרוני הקשר הקוולנטי יימצאו בדיוק באמצע בין שני אטומי המימן כי לכל אטום מימן יש כוח אלקטרונגטיבי שווה וזהה לחברו. קשר קוולנטי מקוטב (פולארי) H2Oלדוגמה ישנם קשרים קוולנטיים בהם אחד השותפים ,הוא בעל "כוח משיכת אלקטרונים" חזק יותר משותפו לקשר (אלקטרונגטיביות) ,ולכן אלקטרוני הקשר המשותפים נמצאים בממוצע קרוב יותר לשותף שמושך אותם חזק יותר .במולקולה נוצרים קטבים של מטען חלקי; החמצן טעון במטען חלקי שלילי יחסית למימן שטעון במטען חלקי חיובי. מדוע זה חשוב? אטומים או מולקולות בעלי מטען או קוטב של מטען חלקי ,שונים בתכונותיהם מאטומים או מולקולות ניטרליים. קיום מטען או מטען חלקי מסביר מדוע מלח מתמוסס היטב במים וחומרים אחרים אינם מתמוססים ,ומדוע חומרים כמו חמצן חודרים בקלות דרך קרום התא ואילו מים זקוקים לתעלות מיוחדות על מנת לצאת ולהכנס מתאים. קשר יֹו ִני שני אטומים היוצרים קשר כימי זה עם זה ,עשויים להיות שונים מאד זה מזה בכוח משיכת האלקטרונים שלהם (אלקטרונגטיביות). ייתכן אף מצב שבו אטום אחד מושך לחלוטין אלקטרון/ים מתוך אטום שני. לדוגמה: היסוד פלואור ) (Fוהיסוד כלור ) (Clהם בעלי 7אלקטרוני נתרן פלואורידי ערכיות .שניהם נוטים ליצור קשר כימי (קשר יוני) עם היסוד נתרן ) (Naולייצר תרכובות המכונות מלחים. נתרן כלורי /מלח בישול קשר יֹונִי א' למשל :כשאטום נתרן (בעל אלקטרון יחיד בקליפה החיצונית) נתקל באטום כלור (בעל 7אלקטרונים בקליפה החיצונית), האלקטרון היחיד של הנתרן עובר אל אטום הכלור. במצב החדש ,לשני האטומים יש כעת קליפות חיצוניות מלאות (מצב יציב מבחינה אנרגטית). קשר יוני נוצר כתוצאה מהמשיכה בין שני מטענים מנוגדים. קשר יֹונִיב' יצירת תרכובת מבוססת על קשר יוני :נתרן כלורי יצירת יונים :יון נתרן חיובי ויון כלור שלילי העברת אלקטרון מאטום נתרן לאטום כלור השוואה בין קשר קוולנטי לקשר יוני העברת אלקטרון קשר יֹונִי שיתוף אלקטרונים קשר קוולנטי יֹון מהו יֹון? יון הוא אטום או מולקולה הנושאים מטען חשמלי ,כיוון שמספר האלקטרונים בהם שונה ממספר הפרוטונים .זאת בשונה מאטום נייטרלי ,שבו מספר האלקטרונים והפרוטונים שווה ומטענם החשמלי הכללי הוא אפס . יון חיובי שבו יש פחות אלקטרונים מפרוטונים נקראָ :קטְׁ יֹון. יון שלילי שבו יש יותר אלקטרונים מפרוטונים נקראַ :אנְׁיֹון. מלח תרכובות הנוצרות על ידי קשרים יוניים בין אטומים נקראות תרכובות יוניות או מלחים. למשל :נתרו כלורי (מלח שולחן) מורכב מגבישים שנוצרו כאשר קטיונים ואניונים רבים נקשרו זה לזה ויצרו מבנה תלת מימדי של כעין "רשת" מלח 2 מגנזיום כלוריד(MgCl2) : מהו המטען החשמלי של יון המגנזיום? אשלגן יודי )(KI הקשר הכימי ;18קשרי מימן קשרי מימן נוצרים בין מולקולות ולא בתוך מולקולה כמו קשר קוולנטי וקשר יוני. כאשר אטום מימן מקוטב חיובית הקשור בקשר קוולנטי לאטום אחר ,נמשך מכוח משיכת מטענים מנוגדים לאטום מקוטב שכן. קשרי מימן בין מולקולות של מים קשרי המימן בין מולקולות מים שכנות (קשרים המבוססים על משיכה חשמלית בין מולקולות טעונות חלקית; מקוטבות), הם האחראיים לתכונות הייחודיות של המים המאפשרות לתהליכים ביולוגיים רבים להתקיים. תזכורת לשפת הכימאים; נוסחה מולקולארית של חומרים נוסחה של חומר כימי כוללת את היסודות מהם הוא מורכב שימו לב: כאשר הסימן הכימי מורכב מאות אחת היא תמיד תהיה אות גדולה. כאשר הסימן הכימי מורכב משתי אותיות הראשונה תהיה גדולה והשנייה קטנה. חמצן O נתרן Na מימן H כלור Cl שפת הכימאים ()2 כאשר בתרכובת מופיע מספר לימינו של אטום הוא יציין כמה אטומים מאותו סוג יש בתוך מולקולת התרכובת. למשלMgCl2 : במולקולה של תרכובת זו יש אטום אחד של היסוד מגנזיום )(Mg ושני אטומים של היסוד כלור ) (Clקשורים זה לזה בקשר כימי. איזה קשר? קשר יוני .זוהי תרכובת של מלח! שפת הכימאים ()3 למשלNO2 : במולקולה של תרכובת זו ישנו אטום אחד של חנקן ) (Nושני אטומי חמצן ) (Oהקשורים בקשר כימי. איזה קשר? קשר קוולנטי. שפת הכימאים ()4 לפעמים מציינים בצד ימין של התרכובת באות לועזית קטנה בסוגריים את מצב הצבירה שלה בטמפרטורת החדר. ) = (gמצב צבירה גזי. )(gas ) = (lמצב צבירה נוזלי )(liquid ) = (sמצב צבירה מוצק )(solid תרגול בדף מתאים שפת הכימאים ()5 כאשר רוצים לציין מספר מולקולות מסוג מסוים (למשל כאשר מתארים תגובה כימית) ,רושמים את מספר המולקולות מצד שמאל של הנוסחה המולקולארית. לדוגמה: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O הספרות באדום מציינות כי 6מולקולות פחמן דו-חמצני מגיבות עם 6מולקולות מים ומתקבלות מולקולה אחת של גלוקוז ו6- מולקולות חמצן. תרגול נוסחה מולקולארית התרכובת הגזית מימן גופרי ,המורכבת ממולקולות רבות ובכל מולקולה שני אטומי מימן ואטום גופרית מחוברים . התרכובת הגזית מים ,המורכבת ממולקולות רבות ובכל מולקולה אטום חמצן אחד ושני אטומי מימן יסוד במצב צבירה מוצק המכיל מולקולות ובכל אחת 4אטומי זרחן מחוברים. תרכובת במצב צבירה גזי המכילה מולקולות .בכל מולקולה 4אטומי מימן ואטום פחמן אחד מחוברים. יסוד במצב צבירה גזי המכיל מולקולות רבות ובכל אחת שני אטומי מימן. התרכובת הנוזלית כהל מתילי המכילה מולקולות .כל מולקולה מורכבת מאטום פחמן אחד ,אטום חמצן אחד ושלושה אטומי מימן* תרכובת במצב צבירה גזי המכילה מולקולות .בכל מולקולה אטום חנקן ושלושה אטומי מימן. )H2S(g )H2O(g )P4(s )CH4(g )H2(g )CH3OH(l )NH3(g * הסבר למורה יש הבדל בין נוסחה אמפירית של חומר לבין נוסחה מולקולארית. הנוסחה האמפירית של כהל מתילי היא: ) CH4O(lהמציינת רק את היחס בין המרכיבים השונים במולקולה (כמה אטומים מכל סוג יש) נוסחה מולקולארית של כהל מתילי היא: CH3OHוהיא מראה לא רק את מספר האטומים אלא באיזו צורה הם קשורים במולקולה .לכן היסוד Hמופיע פעמיים! כהלים מאופיינים על ידי קבוצת O-H (למורה -ויקיפדיה) נוסחה מולקולרית היא הדרך הבסיסית ביותר לציון תרכובות. בנוסחה זו נכתבים הסמלים הכימיים של האטומים המרכיבים אותה ,ולצידם מספר האטומים מכל סוג .מספר האטומים נכתב מימין לסמל הכימי ,בכתב תחתי .כתיבתה של נוסחה מולקולרית דורשת מידע לגבי המבנה המולקולרי של המולקולה .בכתיב מסוג זה יופיעו האטומים על פי מיקומם וקישורם במולקולה. דוגמאות: מולקולת מים ;מורכבת משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד .המימן נכתב תחילה והחמצן אחריו . מולקולת אמוניה ;מורכבת משלושה אטומי מימן ואטום חנקן אחד . תרכובת אורגנית לדוגמה; מולקולת נתרן הידרוקסידי ;מורכבת מאטום נתרן ,אטום חמצן ואטום מימן .הכתיבה היא של נוסחה מולקולרית ,ולכן החמצן מופיע לפני המימן . תרגול נוסף בנו (ממודלים כדוריים) או ציירו את צורת המולקולות הבאות: H2O, H2O2, CH4, C2H6, C4H12, C2H4, C2H2, N2H4, HCN, COH2 פתרונות מי חמצן המשמשים בין השאר להבהיר שיער מתאן ,גז טבעי דליק חסר צבע וריח אתאו ,גז טבעי H-O-H )1. (H2O H-O-O-H )2. (H2O2 )3. (CH4 )4. (C2H6 פתרונות ()2 הגז בוטאן הגז אתילן הורמון צמחי הקשור בהבשלת פירות קלימקטוריים הגז אצטילן; גז מתלקח בלתי יציב התרכובת הידרזין )5. (C4H10 )6. (C2H4 )7. (C2H2 )8. (N2H4 פתרונות ()3 הרעל הקטלני ציאניד התרכובת הרעילה והמסוכנת פורמאלדהיד (פורמלין) )9. (HCN )10. (COH2 שאלת אתגר מהי נוסחת המבנה המולקולארית של התרכובת: תשובה: C3H5(OH)3 שאלת אתגר איזו נוסחה מולקולאריות מבין הבאות אינה נכונה? C3H4 CO2 C2H8 COCl2 תגובה כימית תגובה כימית מוגדרת כתהליך של יצירה או פירוק של חומרים. לפי ג'ון דלטון מאבות תורת הכימיה (המאה ה- ,)19תגובה כימית היא" :איחוד או היפרדות של אטומים". תגובה כימית בצק עוגה שתפח בעקבות הוספת אבקת אפיה נר בוער מסמרים שהחלידו כיצד ניתן לזהות שהתרחשה תגובה כימית? נוצר חומר חדש או "נעלם" חומר קיים. נפלטה או נקלטה אנרגיה (הטמפרטורה השתנתה). נפלא אור. תפיחת בצק באמצעות אבקת אפיה :תגובה כימית בין בסיס לחומצה אבקת אפיה מכילה סודה לשתיה (חומר א' שהוא בסיס) ומלח של חומצה (חומר ב' כמו קרם טרטר שהוא חומצה). כאשר חומר א' מגיב עם חומר ב' מתקבל בין השאר הגז פחמן דו חמצני (חומר ג'), המשתחרר לתוך עיסת העוגה כבועות וגורם להתפחה. בשפה הכימיתKNaC4H4O6 + H2O + CO2 : NaHco3 + KHC4H4O6 מלח של חומצה טארטרית=חומצה סודיום ביקרבונאט = בסיס מקורות http://faculty.sdmiramar.edu/fgarces/zCourse/All_Year/Ch100_OL/aMy _FileLec/04OL_LecNotes_Ch100/03_AtomsElements/305_ElectronCo nfig/305_ElectronConfig.htm