Transcript מדעי החומר
מדעי החומר "מדעי החומר" בהוצאת מט"ח. תוכנית הלימודים ודרישות המקצוע • • • • • • • • ספרי לימוד- "מדעי החומר" לכתה ח -הוצאת מט"ח-משעור הבא "מדעי החיים" לכתה ח -הוצאת מט"ח-משעור הבא מחברת נפרדת לכל נושא הרכב הציון- שני מבחנים במחצית במועדים ידועים. בחנים -ללא הודעה מראש. הערכת מורה20% - מהו מדע? • הגדרה -שיטה לאיסוף ידע אודות העולם באמצעות תצפית ,ניסוי והסקת מסקנות שיטתית ופיתוח ידע זה להסברים כוללניים (תאוריה או תורה). • השיטה המדעית כוללת עקרונות ותהליכים המשמשים לאיסוף ידע מדעי המכונה גם מחקר מדעי. • אדם העוסק במדע נקרא מדען. מדעי החומר • כימיה -מדע העוסק בחקר החומרים ותכונותיהם. • פיסיקה -מדע העוסק בחקר תופעות הטבע הבסיסיות שבהן מעורבים חומרים ואנרגיה. • הנדסה -תחום העוסק ביישומים של הכימיה, הפיסיקה ותחומים אחרים ,כדי לתת מענה לצרכים של האדם ולשפר את איכות חייו. שלבי החקר המדעי • • • • • • • • מטרת המחקר. ניסוח שאלת חקר (גורם משפיע וגורם מושפע). השערה. תכנון ניסוי(.מהלך ,כלים וחומרים ,בקרה ,חזרות). ביצוע הניסוי. תאור התוצאות. סיכום ומסקנות. העלאת שאלות ורעיונות להמשך החקר. עבודת חקר • • • • עליכם לתכנן ,לבצע ולהכין דוח ניסוי המבוסס על הניסוי שתואר בעמודים .7-10 העבודה תתבצע ביחידים או זוגות. הדו"ח יהיה בהיקף של שני עמודים לפחות. הדו"ח יוגש מיד לאחר חופשת סוכות. עבודת חקר • • • • • • • הדוח יכלול את הסעיפים הבאים: שאלת חקר. השערה. תכנון הניסוי וביצועו -יכלול מהלך הניסוי בשלבים, כלים וחומרים ,בקרה ,גורם משפיע וגורם מושפע. תאור התוצאות -תאור מילולי וגרפי. מסקנות. העלאת שאלות ורעיונות לחקר המשך. אמצעי זהירות במעבדה • • • • • • אין לאכול ולשתות במעבדה. אין לטעום או להריח חומרים המשמשים לניסויים. יש לעבוד בשיער אסוף. יש לעבוד ע"פ הוראות הניסוי במדוייק. אם מתרחש משהו חריג ,יש להודיע מיד למורה. אין להסתובב במעבדה בזמן ניסוי או הדגמה. המבנה החלקיקי של החומר • • • • • דמוקריטוס טען כי: כל החומרים בנויים מחלקיקים זעירים. בין החלקיקים קיים ריק. החלקיקים נמצאים בתנועה מתמדת. בין החלקיקים קיימים כוחות משיכה. המבנה החלקיקי -חזרה • • • • • המודל החלקיקי מאפשר להסביר תופעות שונות כגון: התפשטות ודחיסת גזים. נוזל שומר על נפחו אך לא על צורתו. מוצק שומר על צורתו ונפחו ....... המבנה החלקיקי של החומר גז נוזל מוצק החלקיקים רחוקים זה מזה .אין ביניהם כוחות משיכה ולכן תנועתם חופשית ומהירה. לגז אין נפח קבוע – הוא תופס את הנפח של הכלי בו הוא נמצא החלקיקים קרובים זה לזה, אך לא מסודרים. המשיכה ביניהם חזקה ולכן תנועתם מוגבלת והם מחליקים זה על זה. לנוזל נפח קבוע. החלקיקים קרובים זה לזה ומסודרים. המשיכה ביניהם חזקה מאד ולכן הם נעים במקומם. למוצק נפח קבוע. אטומים, יסודות והטבלה המחזורית חלקיקי החומר -אטומים ומולקולות • • • • • אטום -החלקיק הקטן ביותר המרכיב את החומר. כל החומרים בעולם בנויים מאטומים. קיימים 118סוגי אטומים (טבעיים ומלאכותיים). גודל האטום הוא עשרות עד מאות פיקו מטרים (פיקו מטר -מליונית המיליונית של המטר) מולקולה -מספר אטומים המחוברים ביניהם. על אף שמוכרים 118סוגי אטומים שונים ,יש בעולם מספר עצום של חומרים שונים(.כמה?) חנקן פחם המגוון העצום של החומרים מתאפשר כתוצאה מצירופים שונים של האטומים. (בדומה ל 22-אותיות הא"ב שיוצרות שפה שלמה) © חומר יכול להיות יכול להיות חומר טהור יכול להיות תערובת יכול להיות נדון בהמשך יסוד תרכובת © חומר טהור הרכב החומר אחיד וקבוע -כלומר יש לו נוסחה כימית אחת ויחידה( .מולקולות מסוג אחד). תכונותיו של החומר קבועות ומאפיינות רק אותו. (נק' רתיחה והיתוך ועוד) לדוגמא: מודל של מולקולת מים מים כלור H 2O Cl2 נקודת הרתיחה: 100 0 C -35 C נקודת ההתכה: 00C -101 0 C מודל של מולקולת כלור 0 © יסוד חומר הבנוי מסוג אחד של אטומים. כיום מוכרים למעלה מ118 -יסודות כימיים המאורגנים בטבלה הנקראת הטבלה המחזורית. לכל יסוד כימי יש סימול המייצג אותו. (האות הראשונה או 2-3האותיות הראשונות של שמו הלועזי של היסוד). לדוגמא :המימן H -הכספית Hg -ברום Br - יסוד יכול להיות בנוי מאטומים בודדים ,ממולקולות או מגבישים (מולקולות ענק). © מבנה האטום היסודות הם אבני הבניין של כל החומרים המצויים בעולמנו!! קיימים בעולמנו מעל ל70,000חומרים: מים ,נחושת-כלורית ,עץ ,פחמן דו-חמצני ,חנקן ועוד רבים. מספר זה הולך וגדל משנה לשנה ,בשל עבודת הכימאים. אך אם נפרק את כל החומרים נגלה כי הם מורכבים מ" 118 -אבני בניין" – אלו הם היסודות. מה מאפיין את כל היסודות? כל היסודות בנויים מחלקיקים הנקראים– אטומים. כל יסוד בנוי מסוג אחד של אטומים. זהו אטום נחושת. זהו אטום הליום. וכך יראה ,בהגדלה ענקית ,לוח נחושת. וכך יראה ,בהגדלה ענקית ,גז ההליום. יסודות בנויים מאטומים. וממה בנויים האטומים? מאמצע המאה ה 19-הבינו המדענים שהאטום אינו מיקשה אחת. האטום בנוי משני חלקים עיקריים: .1גרעין האטום בעל נפח זעיר ביחס לאטום. " .2ענן" אלקטרונים הנעים סביב הגרעין אך גם גרעין האטום בנוי מחלקיקים זעירים יותר הנקראים :פרוטונים ונויטרונים. אטום בנוי מ.. גרעין האטום אלקטרונים בנוי מ.. פרוטונים נויטרונים האלקטרונים ()e - .1האלקטרונים הם חלקיקים קטנים מאוד ,בעלי מטען חשמלי שלילי ( )-אשר נעים במהירות גבוהה סביב גרעין האטום. .2בגלל תנועתם המהירה נהוג לציירם כ"ענן" סביב הגרעין. סרטון הדגמה על תנועת האלקטרונים סביב הגרעין .3מספר האלקטרונים הנעים סביב גרעין האטום שווה למספר הפרוטונים בתוך גרעין האטום. הפרוטונים ()P + הפרוטונים נמצאים בגרעין האטום וצמודים לנויטרונים. הפרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי ולכן הם "מושכים" את האלקטרונים (שמטענם שלילי). מסת הפרוטונים גדולה פי ,2000בקירוב ,ממסת האלקטרון. מכאן שרוב מסת האטום מרוכזת בגרעין. הפרוטונים קבועים במקומם בגרעין האטום – לעולם לא עוזבים אותו. מספרם בגרעין שווה למספר האלקטרונים סביב הגרעין. הניוטרונים (ללא מטען חשמלי) .1מספר הניוטרונים בגרעין האטום שווה למספר הפרוטונים או גדול מהם. .2הנויטרונים שווים במסתם למסת הפרוטונים. .3מטענם החשמלי נייטרלי (לא חיובי ולא שלילי). • • • • כוחות משיכה ודחייה חשמליים גופים בעלי מטענים חשמליים מנוגדים- נמשכים זה לזה. גופים בעלי מטענים חשמליים דומים- דוחים זה את זה. • כוחות חשמליים/אלקטרוסטטיים = כוחות משיכה ודחייה בין גופים בעלי מטען חשמלי. המטען החשמלי של האטום מספר האלקטרונים באטום שווה למספר הפרוטונים מטענם החשמלי של האלקטרונים()- מנוגד למטענם החשמלי של הפרוטונים ()+ לכן האלקטרונים נעים במרחב סביב הגרעין ולא עוזבים את האטום. לאטום אין מטען חשמלי .הוא נייטרלי. אטום היסוד מימן אטום היסוד הליום סימן כימי – H סימן כימי – He מספר אטומי ( 1-לפי מס' הפרוטונים) מספר אטומי ( 2-לפי מס' הפרוטונים) + באטום הליום ניתן למצוא 2אלקטרונים, 2פרוטונים ו 2-נויטרונים. מספר אטומי • • • • • • מספר אטומי = מספר הפרוטונים באטום. (באטום ניטרלי מספר האלקטרונים זהה למספר הפרוטונים). ההבדל בין אטומים של יסודות שונים הוא במספר הפרוטונים בגרעין. כמה פרוטונים יש באטום נחושת? מהו המספר האטומי של אשלגן? ש.ב -מהו הסימן הכימי והמספר האטומי של מגנזיום, פלטינה ,ברום ,טונגסטן ומנדלביום? יונים • • • • • • יון -אטום בעל מטען חשמלי. ביון מספר האלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים. יון (בעל מטען) שלילי -יותר אלקטרונים מפרוטונים יון (בעל מטען) חיובי -פחות אלקטרונים מפרוטונים חישוב מטען האטום/היון: (מספר האלקטרונים) – (מספר הפרוטונים) .