יחסים וקשרים בעולם החומרים

יחסים וקשרים בעולם החומרים
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים רצף לימוד הנושאים א. קשרים בעולם החומר ב. יחסים בעולם החומר צוות פיתוח תמי לוי-נחום יעל שוורץ זיוה בר-דב מכון וייצמן מרצה דורית בר דצמבר 2007

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים לאטום ומולקולה מימדים קטנים ביותר. להלן סדרי גודל של חלקיקים שונים: אטום מולקולה וירוס חיידק כדור טניס 10-10 10-9 10-8 10-6 10-1 קוטר (מטר) אתר "פי- עשר" דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים רמות הבנה בכימיה מאקרו מיקרו סמל רמה מאקרוסקופית(Macroscopic) הרמה המתארת את מה שאנו רואים או חשים או מודדים (תכונות החומר) עבור צֶבֶר חלקיקים, למשל סוכר: מוצק גבישי לבן לו טעם מתוק. רמה מאקרוסקופית זו רמה שכל הדיוט מכיר גם אם לא למד כלל כימיה. קיים קשר בין רמות ההבנה רמה מיקרוסקופיתSubmicroscopic/microscopic) תיאור המבנה והתהליכים המיקרוסקופיים של החלקיקים (אטומים, מולקולות, יונים, שרשראות פולימרים) של החומר, למשל סוכר: מולקולות המורכבות מאטומי מימן, חמצן ופחמן הקשורים בקשר קוולנטי חזק ובין המולקולות קשרי מימן וקשרי ון-דר-ולס רמת הסמל(Symbolic) "שפה כימית" של עולם החומר: ייצוג החומר ע"י נוסחא כימית, למשל: ייצוג של סוכר C12O22H11(s) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מאקרו מיקרו סמל תהליך רמת התהליך (Process): מתארת את השינוי המתרחש בחומר במהלך תגובה - ניתוק ויצירת קשרים בין ותוך מולקולאריים כולל היבטים אנרגטיים וקינטיים (קצב תגובה). יכולת זיהוי התהליך המתרחש (רתיחה, התכה, אידוי, מסיסות...) דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים 7. מבנה ענק- יוני, מתכתי ואטומרי
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מושגים הנלמדים בפרק 1. אטום בודד- הערכות אלקטרונית, אנרגיית יינון 2. קשר בין שני אטומים- קוטביות קשר ואנתלפיית קשר 3. מולקולה- קשר תוך מולקולארי, קוטביות מולקולה 4. קשר בין מולקולות- ון-דר-ולס, מימן 5. טמפרטורת רתיחה וטמפרטורת היתוך 6. מסיסות- במים ובממסים מולקולאריים שונים 7. מבנה ענק- יוני, מתכתי ואטומרי דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים 1. אטום בודד א. רמות אנרגיה מלאות (למשל פחמן: 2-4, אשלגן: ) ב. רמות אנרגיה מקוצרות- לפי לואיס: אלקטרונים ברמה האחרונה. לכל האטומים באותו טור במערכה המחזורית מערך אלקטרוני דומה דורית בר

caffeine 2. קשר בין שני אטומים כשאטום פוגש אטום... קיום קשר כימי IV IV I II II III איזור I- אין כוחות משיכה/דחייה בין החלקיקים איזור II- כוחות משיכה > כוחות דחייה נקודה III – כוחות משיכה = כוחות דחייה איזור IV – כוחות משיכה < כוחות דחייה דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים ככל שהקשר חזק יותר, הבור האנרגתי עמוק יותר-
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ככל שהקשר חזק יותר, הבור האנרגתי עמוק יותר- אנרגיית קשר ירוק גבוהה מסגול גבוהה מכחול דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים יצירת וניתוק קשר כאשר נוצר קשר- נפלטת אנרגיה כאשר ניתק קשר- נקלטת אנרגיה דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חוק קולון מתאר כוחות משיכה ו/או דחייה בין מטען חיובי למטען שלילי q1 . q2 F = K . R2 קיים יחס ישר בין המטען לכוח המשיכה בין החלקיקים קיים יחס הפוך (בריבוע) בין המטען למרחק בין החלקיקים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים אלקטרושליליות אלקטרושליליות של אטום- מבטאת את יכולתו היחסית של האטום למשוך אליו את אלקטרוני הקשר הקוולנטי להלן טבלה המציגה ערכי אלקטרושליליות של אטומים מייצגים *מתכות H *אל- N,Cl O F 2.1 מתכות 3 3.5 4 * מרבית המתכות ומרבית האל-מתכות דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים הפרש אלקטרושליליות בין אטומים בקשר, מבטא את קוטביות הקשר- כאשר אין הפרש א"ש – מדובר בקשר קוולנטי טהור, ככל שההפרש א"ש גדל - הקוטביות גדלה (עד קשר יוני בו קיים הפרש א"ש גבוה) (ראה טבלה עמוד 25) השוואה של ערכי אלקטרושליליות בעזרת המערכה המחזורית: באותו טור- הערך יורד עם הירידה בטור (R גדל) באותה שורה- הערך עולה משמאל לימין (מטען גרעיני עולה) דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים ככל שהפרש אלקטרושליליות עולה,
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קוטביות קשר קשר קוולנטי טהור (אין הפרש א"ש) קשר קוולנטי קוטבי קשר יוני ככל שהפרש אלקטרושליליות עולה, קוטביות הקשר עולה דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קוטביות קשר בקשר קוטבי, קיים סיכוי גבוה יותר למצוא את האלקטרונים ליד האטום לו אלקטרושליליות גבוהה יותר (פיזור האלקטרונים אינו שווה) א. בקשר O-H לחמצן אלקרושליליות גבוהה יותר, ולכן קיים סיכוי גבוה יותר למצוא את האלקטרונים ליד החמצן (או- פיזור האלקטרונים ליד החמצן גבוה יותר) ב. בקשר O-F לחמצן אלקרושליליות נמוכה יותר, ולכן קיים סיכוי גבוה יותר למצוא את האלקטרונים ליד הפלואור (או- פיזור האלקטרונים ליד החמצן נמוך יותר) ג. בהשוואה בין יוד לכלור, ליוד יותר רמות אנרגיה ולכן המשיכה של האלקטרונים ע"י הכלור חזקה מהמשיכה של האלקטרונים ע"י היוד. בהתאם, הקשר ICl קוטבי, וצפיפות אלקטרונים גבוהה יותר ליד הכלור. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ערכי אנתלפיית (אנרגיית) קשר אנתלפיית קשר מבטאת את האנרגיה הדרושה כדי לנתק מול קשרים גזיים לשני מול אטומים בודדים. להלן שני תהליכים המתארים פירוק קשר: C-C(g)  2C(g) C-H  C(g) H(g) אנתלפיית הקשר תלויה בשני גורמים: א. המרחק בין האטומים- ככל שהמרחק קטן יותר, המשיכה החשמלית בין האטומים חזקה יותר ונדרשת אנרגיה גבוהה יותר לניתוק הקשר ב. קוטביות הקשר- ככל שהקשר קוטבי יותר, המשיכה החשמלית בין האטומים חזקה יותר דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים להלן דוגמאות המשוות ערכי אנתלפת קשר בין קשרים: א. גודל האטום: H-H > C-C ככל שלאטום יותר רמות אנרגיה, הוא גדול יותר ולכן המרחק בין האטומים גדל, המשיכה החשמלית נחלשת ואנתלפיית קשר יורדת. ב. קוטביות קשר: O-C > C-C או O-O כאשר גודל האטומים דומה, ככל שקוטביות הקשר גבוהה יותר, המשיכה בין האטומים חזקה יותר ואנתלפיית הקשר עולה. ג. קשר בודד, כפול או משולש: C-C < C=C < CC בקשר כפול לעומת בודד, צפיפות האלקטרונים בין האטומים גבוהה יותר, ולכן האטומים נמשכים חזק יותר זה לזה. המרחק ביניהם קטן ובהתאם המשיכה בין האטומים חזקה יותר ואנתלפיית הקשר עולה. כאשר האטומים מתקרבים, נוצרת דחייה בין המטען הגרעיני שלהם. בהתאם אנרגיית הקשר הכפול אינה כפולה בערכה מאנרגיית הקשר הבודד. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים שימו לב!!! קיימים נתונים הסותרים לכאורה את ההסברים שלנו, למשל: אנו מצפים כי F-F > Cl-Cl, היות ואורך הקשר בין אטומי הפלואור (להם רדיוס אטומי קטן) קטן יותר, ולכן כוחות המשיכה בין אטומי הפלואור חזקים יותר. אבל- הנתונים שונים וקיים F-F < Cl-Cl כיצד נסביר את הנתון? ההסבר הוא כי בנוסף לכוחות המשיכה קיימים גם כוחות דחייה. היות ואטומי הפלואור קטנים, כוחות הדחייה הקיימים בין אטומי הפלואור חזקים ומחלישים את אנרגיית הקשר. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים 3. מולקולה בודדת רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית עבור המולקולות הבאות: H2 H2O H2O2 CH4 CO2 C3H8 C2H6O ברישום המולקולות יש להקפיד על מספר קשרים המתאים לכל אטום, המתאים לייצוג האלקטרוני המקוצר (אלקטרון בודד יוצר קשר, זוג אלקטרונים נותר כאלקטרונים לא קושרים): פחמן, C- 4 קשרים חמצן, O- 2 קשרים + 2 זוגות אלק' לא קושרים מימן, H – קשר אחד חנקן- 3 קשרים + זוג אלק' לא קושרים הלוגנים, F I Br Cl- קשר + 3 זוגות אלק' לא קושרים הערה: זוג אלקטרונים לא קושרים יירשמו כשתי נקודות ולא כקו דורית בר

מבנה מרחבי- קווי להלן דוגמאות למבנים מרחביים של מולקולות שונות זוויתי טטרהדאר פירמידה משולשת דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים במולקולה עם מספר קשרים, עשויה להיות השפעה של מבנה המולקולה (אטומים שונים) על קוטביות הקשר. למשל: הקשר C-C במולקולה CH3-CH3 אינו קוטבי, אבל האם הקשר C-C במולקולה CH3-CH2OH אינו קוטבי? בהחלט כן קוטבי: הקשר C-C במולקולה CH3-CH2-OH קוטב: אטום החמצן לו אלקטרושליליות גבוהה, מושך את אלקטרוני הקשר C-C ופיזור האלקטרונים בקשר אינו אחיד- הקשר קוטבי דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קוטביות של מולקולה: במולקולה קוטבית קיים איזור חיובי ואיזור שלילי פיזור האלקטרונים במולקולה אינו סימטרי. קיים סיכוי גבוה יותר למצוא את האלקטרונים ליד היסוד לו אלקטרושליליות גבוהה אתאנול CH3CH2OH היא מולקולה קוטבית. ואזור הידרופובי בו פיזור נמוך של אלקטרונים (יוצר קשרי ון-דר-ולס) במולקולה קיימים: איזור הידרופילי בו פיזור גבוה של אלקטרונים (יוצר קשרי מימן עם המים) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מבנה מרחבי- שימו לב: אורביטל המכיל זוג אלקטרונים לא קושרים תופס נפח במרחב, וגורם למולקולה לא להיות סימטרית- כתוצאה מכך מולקולה הינה קוטבית דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים מימן חיובי (מימן חשוף מאלקטרונים) –
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מימן חיובי (מימן חשוף מאלקטרונים) – הוא מימן הקשור ליסוד לו אלקטרושליליות גבוהה. כתוצאה מכך פיזור האלקטרונים ליד היסוד לו אלקטרושליליות גבוהה יהיה גבוה, ואילו הפיזור ליד המימן הוא נמוך. חשוב לזכור כי למימן אלקטרון אחד בלבד, ולכן כאשר הוא חשוף מאלקטרונים, הוא חסר אלקטרונים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מימנים חיוביים (מימן חשוף מאלקטרונים) בחומצת לימון דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מודלים מודל מתאר מציאות כלשהי והוא נועד לגשר בין תיאוריה לבין תופעה למודל תכונות מוגדרות וברורות: המודל והמציאות הינם איזומורפיים בחלק מהתכונות זה לזה. המודל חייב להיות אוטונומי, דהיינו הבנה של המושג וגם פתרון בעיות הקשורות אליו יתאפשרו או בעזרת המודל או בעזרת המציאות אותה מייצג המודל. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מודלים (צורות ייצוג שונות) של מולקולה, למשל: אתאנול CH3CH2OH OH C2H5OH דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים נוסחת ייצוג ונוסחה מולקולארית פנול מודל של מולקולה- מייצג בצורה כללית את המולקולה נוסחת ייצוג מלאה- מתאר את כל הקשרים וכל האטומים המולקולה C6H6O C6H5OHאו נוסחה מולקולארית- מתאר אילו סוגי אטומים במולקולה וכמה מכל סוג דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים דוגמא לשאלה: לפניך 3 מודלים של מולקולות שונות: ציקלובוטאן ציקלוהכסאן T.N.T. עבור כל אחד מהמודלים רשום: א. נוסחת ייצוג מלאה ב. נוסחא מולקולארית ג. האם קיים מימן חיובי באחת המולקולות? אם כן, סמן אותו ד. אלו קשרים קיימים בציקלוהכסאן? למי מהקשרים אנרגיה גבוהה יותר? נמק. דורית בר

קבוצות פונקציונאליות יש להכיר את הקבוצות: א. כוהל -OH ב. חומצה אורגנית/קרבוקסילית -COOH ג. אתר -C-O-C- קבוצה אמינית –NH2 תוצג בהמשך בפרק חומצות ובסיסים דורית בר

להלן דוגמא לשאלה: לפניך מודל של חומצת חלב- א. רשום נוסחת ייצוג מלאה ב. הקף בעיגול את הקבוצות הפונקציונאליות ג. האם קיימים קשרי מימן בין שתי מולקולות של החומצה? הסבר. ד. האם המולקולה קוטבית? אם כן- סמן את האיזור החיובי ואת האיזור השלילי. ה. הקף בריבוע את המימנים חיוביים במולקולה. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים 4. קשרים בין מולקולאריים קשר בין.... לבין... קשרים בין מולקולאריים מתאפשרים כאשר המולקולות מתקרבות זו לזו, אבל- אין שינוי במערך הקשרים הקוולנטיים הקיימים בתוך המולקולה מרחקי הקשר בין המולקולות גדול מהמרחק בקשרים הקוולנטיים הקיימים בתוך המולקולה הקשרים בין המולקולות חלשים יותר מהקשרים בתוך המולקולות דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים בחומרים מולקולאריים, קיימים שני סוגי קשרים בין המולקולות- א. קשרי מימן ב. קשרי ון-דר-ולס (קוטביים ולא קוטביים) להזכירכם- בתוך מולקולה, קיימים קשרים קוולנטיים בין האטומים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי מימן קשרי מימן הם קשרים- בין מימן חיובי/ חשוף מאלקטרונים (מימן הקשור ליסוד לו אלקטרושליליות גבוהה) -O H-O- לבין אלקטרונים לא קושרים על יסוד לו אלקטרושליליות גבוהה כאשר האטומים המשתתפים בקשר נמצאים בזווית מתאימה האטומים נמצאים בקו ישר: דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי מימן דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מודלים המתארים קשרי מימן שונים דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים נמצאים בזווית מתאימה במרחב (בקו ישר)
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי מימן מתקיימים כאשר האתרים המתאימים (מימן חיובי ואלקטרונים לא קושרים)- נמצאים בזווית מתאימה במרחב (בקו ישר) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מספר קשרי מימן אפשריים שמולקולה יכולה ליצור חיבור של: מימנים חיוביים + זוגות אלקטרונים לא קושרים על אטום לו אלקטרושליליות גבוהה H2O : 2 מימנים + 2 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 4 אפשרויות לקשרי מימן NH3 : 3 מימנים + 1 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 4 אפשרויות לקשרי מימן HF : 1 מימנים + 3 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 4 אפשרויות לקשרי מימן CH3OH : 1 מימנים + 2 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 3 אפשרויות לקשרי מימן CH3COOH : 1 מימנים + 4 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 5 אפשרויות לקשרי מימן קפאין: 0 מימנים + 8 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 8 אפשרויות לקשרי מימן HCN : 0 מימנים + 1 זוגות אלקטרונים לא קושרים = 1 אפשרויות לקשרי מימן דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מספר קשרי מימן האפשריים אינם קיימים במציאות בדר"כ. קשרי המימן מתקיימים כאשר- א. המולקולות נמצאות במרחב בזווית מתאימה ב. קיים יחס מתאים בין מספר המימנים החיוביים לבין זוגות האלקטרונים הלא קושרים שימו לב: בין מולקולות המים קיימים קשרי מימן רבים, ולכן קשרים בין מולקולאריים חזקים ונ.ר. יחסית גבוהה. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים להלן קטע המתאר קשרי מימן חזקים בין כלורופורום לאצטון in the laboratory it is important to remember that the hydrogen bond can be a strong interaction. You may notice organic solvents containing chlorine atoms are usually stored separately from others awaiting disposal. The reason can be appreciated by considering the interaction between chloroform and acetone: Both chlorine and oxygen are very electronegative so the effective charges on the hydrogen (caused by the chlorines drawing electrons from the carbon) and oxygen are high. Note there is essentially one centre for positive charge on chloroform but that the negative charge is distributed between a number of atoms. The opposite is true for acetone. When the two are mixed they can form a stronger mutual interaction than separately. This results in a fairly exothermic reaction which can heat the system to such an extent that it spontaneously combusts! צ"ל ציור של אצטון דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי מימן- תירגול להלן מודלים של 4 מולקולות: ויטמין A, ויטמין C, ויטמין D וקפאין. א. בין מי מהמולקולות ייתכנו קשרי מימן? הסבר. ב. כמה קשרי מימן אפשריים בכל אחת מהמולקולות? פרט תשובתך. ויטמין A ויטמין C ויטמין D דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי ון-דר-ולס קימיים בכל החומרים, אבל לעיתים עוצמת הקשר זניחה באטום בודד של הליום קיים סיכוי שווה למצוא את האלקטרונים סביב הגרעין, אין דו-קוטב. אבל- גם במצב זה (של אטום בודד) יש פיזור לא שווה של האלקטרונים סביב הגרעין, ונוצר דו-קוטב רגעי דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים שני אטומים ביניהם נוצר קשר- מוצק או נוזל
caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים כאשר שני אטומי הליום נפגשים, נוצרים כוחות משיכה ודחייה בין שני האטומים, עובדה הגורמת לפיזור לא סימטרי של ענן האלקטרוני סביב הגרעין. בצורה זו נוצר דו-קוטב מושרה. הקוטביות המושרה של האטומים מאפשרים כוחות משיכה בין האטומים ואלו כוחות ון-דר-ולס. + שני אטומים ביניהם נוצר קשר- מוצק או נוזל שני אטומים בודדים, ללא קשר- גז שימו לב: בין אטומי הליום נוצרים קשרי ון-דר-ולס (ולא קשרים קוולנטיים), קשרים דומים נוצרים בין מולקולות אנימציה המתארת כוחות ון-דר-ולס: דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ככל שאטום או מולקולה גדול יותר, יש סיכוי גבוה יותר לקוטביות רגעית, נוצר קיטוב מושרה חזק יותר ותהייה משיכה חזקה יותר (כוחות ון-דר-ולס חזקים יותר) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי (ון-דר-ולס) קוטביים צבר חלקיקים וביניהם קשרי... דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מאקרו מיקרו סמל תהליך רמת התהליך (Process) מתארת את השינוי המתרחש בחומר במהלך תגובה: ניתוק ויצירת קשרים בין ותוך מולקולאריים היבטים אנרגטיים (תרמודינאמיים) וקינטיים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים שינוי מצבי צבירה רמת התהליך התכה רמת המאקרו - במהלך ההתכה כמות המוצק יורדת וכמות הנוזל עולה. אין שינוי בטמפרטורה במהלך ההתכה. רמת המיקרו - ב- Tm האנרגיה המושקעת מחלישה במוצק קשרים בין מולקולאריים, והחומר הופך מצבר חלקיקים בהם אין כמעט תנועה (קיימת תנודה) לנוזל- צבר חלקיקים בהם ניתקים ונוצרים קשרים בין החלקיקים המאפשרים תנועה רבה יותר (תנודה, סיבוב ומעט מעתק). דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים רתיחה רמת המאקרו - במהלך הרתיחה כמות הנוזל יורדת. אין שינוי בטמפרטורה במהלך הרתיחה. רמת המיקרו – בטמפרטורת הרתיחה (Tb) האנרגיה המושקעת משפיעה על ניתוק קשרים בין מולקולאריים הקיימים בנוזל, והחומר הופך מצבר חלקיקים ביניהם קיימים קשרים הניתקים ונוצרים המאפשרים תנועה- לגז בו חלקיקים ללא קשרים ביניהם, להם תנועה רבה (בעיקר מעתק). דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ערכם של נ.ר. ונ.ה. ערכם של נ.ר. ונ.ה. מושפעים מחוזק קשרים בין מולקולאריים חוזק קשרי ון-דר-ולס מושפעים מ: א. גודל ענן האלקטרונים ב. קוטביות המולקולות ג. המרחק בין המולקולות (סיעוף, טבעתית)- ככל ששטח המגע גדול יותר, יהיו יותר איטרקציות חוזק קשרי מימן מושפעים מ: א. עד כמה המימן חיובי N-H < O – H < F – H (הפרש אלקטרושליליות) ב. מספר קשרי מימן הקיימים בין המולקולות (במים מתקיימים קשרי מימן רבים). ב- מים וב- HF אפשריים אותו מספר קשרי מימן. למרות ש- HF יותר קוטבי, בין מולקולות המים קיימים יותר קשרי מימן לכן בין מולקולות המימן האינטרקציות חזקות יותר, ונ.ר. של המים גבוהה יותר! דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חוזק קשרי ון-דר-ולס מושפעים מ: א. גודל ענן האלקטרונים: C3H8 ו- C5H12 ל- C5H12 ענן אלקטרונים גדול יותר, לכן יתקבל קיטוב רגעי ובהמשך קיטוב מושרה גדול יותר, וחוזק קשרי ון-דר-ולס יהיה חזק יותר ב. קוטביות המולקולות: Br2 ו- ICl לשתי המולקולות גודל ענן אלקטרונים זהה. אבל ICl היא מולקולה קוטבית המחזקת קשרי ון-דר-ולס דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ג. מרחק בין המולקולות (סיעוף או צורה טבעתית): 1. סיעוף: לבוטאן ולאיזובוטאן ענן אלקטרונים זהה (C4H10). אבל בוטאן אינה מסועפת, לכן יהיה מגע טוב יותר בין המולקולות ואינטראקציות ו.ד.ו. חזקות יותר בין המולקולות בוטאן איזובוטאן 2. צורה טבעתית: לציקלוהכסאן ולהכסן ענן אלקטרונים זהה (C6H12) אבל ציקלוהכסאן טבעתית, לכן שטח המגע בין מולקולות קטן יותר, יהיו בה אינטראקציות ו.ד.ו. חלשות יותר מאשר בהקסן הכסן ציקלוהכסאן דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חוזק קשרי מימן מושפעים מ: א. עד כמה המימן חיובי – CH3NH2 < CH3OH O יסוד יותר אלקטרושלילי מאשר N, לכן המימן בכוהל יהיה יותר חיובי מאשר באמין, וקשרי מימן יהיו חזקים יותר בכל הדוגמאות- ההשוואה בין מולקולות להן ענן אלקטרוני דומה. ב. מספר קשרי מימן הקיימים בין המולקולות C3H5OH < CH3COOH בחומצה ייתכנו יותר קשרי מימן בין המולקולות, ולכן קשרי המימן יהיו חזקים יותר ג. מספר קשרי מימן הקיימים בפועל H2O > HF F יותר אלקטרושלילי מ- O ולכן הקשר H-F קוטבי מהקשר O-H. אבל- היות וב- HF יתקיימו בפועל פחות קשרי מימן (פחות מימנים ופחות אפשרות מרחבית), נ.ר. של HF נמוכה יותר דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים שאלה מסכמת: לפניך מודלים של שתי מולקולות שונות: וויטמין C קפאין א. I. רשום נוסחת ייצוג מלאה לכל אחת משתי המולקולות II. רשום נוסחה מולקולארית לכל אחת משתי המולקולות III. סמן מימן חיובי בוויטמין C ב. למי מהקשרים אנתלפיית קשר גבוהה יותר: C-O או O-H? הסבר. ג. האם ייתכנו קשרי מימן בין שתי מולקולות של ויטמין C? בין שתי מולקולות של קפאין? בין מולקולה של קפאין לבין מולקולה של וויטמין C? הסבר. ד. לוויטמין C נ.ה. גבוהה משל קפאין. הסבר. בהסבר יש להתייחס למספר אלקטרונים ופרוטונים, קוטביות, מספר אפשרויות לקשרי מימן דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מסיסות של חומרים מולקולאריים במהלך ההמסה מושקעת אנרגיה במהלך ניתוק קשרים הקיימים בממס ובמומס (מלבד בגז), ובהמשך נפלטת אנרגיה במהלך יצירת קשרים (קשרי ון-דר-ולס, קשרים קוטביים או קשרי מימן) בין המומס לבין הממס. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מסיסות רמת התהליך דוגמא: המסה של סוכר במים במהלך ההמסה מושקעת אנרגיה בניתוק קשרי מימן וקשרי ו.ד.ו. בין מולקולות הסוכר, התנועה של מולקולות המים מאפשרת מגע בין המים לסוכר. נוצרים קשרי מימן ביניהן תוך פליטת אנרגיה. בתום ההמסה מתקבלות מולקולות סוכר אליהן קשורות מולקולות מים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מסיסות חומרים במים בין מולקולות המים קשרי מימן רבים. לכן חומר יתמוסס במים כאשר ייצור קשרי מימן רבים עם המים. להלן דוגמא לחומרים להם מסיסות גבוהה עם מים (יוצרים קשרי מימן עם המים) בשתי המולקולות איזור הידרופילי ובו מימן חשוף מאלקטרונים היכול ליצור קשרי מימן עם המים (בזווית מתאימה!!!), ולכן לכל אחד מהחומרים מסיסות גבוהה במים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קשרי מימן הנוצרים במהלך המסה במים: בין אתאנול למים ובין מתיל אמין למים דורית בר

תערובת אתאנול ומים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מסיסות חומרים במים גם חומרים להם אין מימן חשוף מאלקטרונים (אינם יוצרים קשרי מימן ביניהן), עשויים להתמוסס במים. למשל: אצטון די מתיל-אתר המימן החשוף מאלקטרונים במים, יוצר קשרי מימן עם האלקטרונים הלא קושרים על אטום החמצן (לו אלקטרושליליות גבוהה) על האתר או האצטון דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מסיסות (נמוכה) במים ל- CO2 מסיסות (נמוכה) במים, היות ונוצרים קשרי מימן בין מימן חיובי במולקולת המים לבין אלקטרונים לא קושרים על החמצן בפחמן-דו-חמצני H – O - H גם לחמצן מסיסות (נמוכה) במים -דגים נושמים חמצן מומס במים... O = O H – O - H דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מדוע לחלק מהחומרים מסיסות נמוכה במים? בין מולקולות המים קיימים קשרי מימן רבים (עובדה המסבירה נקודת רתיחה גבוהה של המים) חומר מתמוסס במים כאשר ייווצרו קשרי מימן רבים בינו לבין המים. בהמסה של פד"ח במים נוצרים קשרי מימן רבים בין המים, והם כולאים צברים (בועות) של פד"ח. מנטוס/סוכר יוצרים קשרי מימן עם המים ולכן בהחלשות קשרי המימן בין מולקולות המים פד"ח משתחרר בפתאומיות מקולה. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קבוצת מורים משתעשעת.... (יש סרטון) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מסיסות בחומרים הידרופוביים חומרים מתמוססים בחומרים הידרופוביים תוך יצירת קשרי ון-דר-ולס (או קשרים קוטביים, כאשר המומס וגם הממס קוטביים) בין הממס למומס א. בנזן C6H6(l) מתמוסס היטב באתאנול C2H5OH(l) תוך יצירת קשרי ו.ד.ו. בנזן יתמוסס היטב גם ב- TTE CH3CCl3(l) תוך יצירת קשרי ו.ד.ו. ב. אתאנול יתמוסס היטב במים תוך יצירת קשרי מימן ביניהם, אבל גם בבנזן ביניהם יווצרו קשרי ו.ד.ו. ג. TTE יתמוסס היטב בבנזן ביניהם ייווצרו קשרי ו.ד.ו., אך ל- TTE מסיסות זניחה במים היות ולא ייווצרו קשרי מימן ביניהם. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים סבון חומר לו איזור הידרופילי היוצר קשרים עם המים ואיזור הידרופובי היוצר קשרים עם הליכלוך במגע בין סבון וליכלוך נוצרות מיצלות במיצלות, האיזור ההידרופובי פונה כלפי פנים ויצר קשר עם הליכלוך קצה הידרופילי איזור הידרופובי האידור ההידרופילי פונה כלפי חוץ ויוצר קשרי מימן עם המים השוטפים את הסבון דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים קטע מהספר "החידה של אנהיטה" "מבחינות רבות הצבעים שלי תלויים במה שאוכלים בני הכפר. את יודעת , חביבתי, שאינדיגו אינו מתמוסס במים, אבל שתן ממוסס את הגוש הכחול. בכל פעם שבחורים מהכפר באים לבית-הצביעה שלי, אני מבקש מהם להתרוקן מהתה ששתו באותו היום לתוך הצנצנת הזאת!" בחיוך ילדותי הוא הרים והראה לה את הכלי, שתכולתו ליטר. אנהיטה עיקמה את האף. "אין פלא שלצבע יש ריח איום ונורא" צבע אינדיגו: "כחול עמוק" דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מדוע הצבעי אסף שתן במטרה ליצור את הצבע הכחול (אידיגו)? ובכן, להלן מודלים של מולקולות של אינדיגו, שתן (אוריאה) ומים. הסבר מדוע אוריאה מתמוסס בשתן אך אינו מתמוסס במים? זכור: למים קשרי מימן רבים בין המולקולות... צבע אינדיגו: "כחול עמוק" indigo דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מבני ענק בחומר מולקולארי קיימים בתוך המולקולה קשרים קוולנטיים חזקים, ובין המולקולות קשרים חלשים יותר: קשרי ון-דר-ולס/ קוטביים/ מימן במבנה ענק- חלקיקים (אטומים או יונים) רבים (מיליארדי מיליארדים...) קשורים זה לזה מלח בישול יהלום מים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חומר יוני בחומר יוני קיימת משיכה חשמלית בין יונים חיובים ליונים שליליים ניתן לזהות חומרים יונים לפי תכונות או על פי הרכבם. חומר בו יונים חיובים אשר מקורם במתכות (או יון אמון) ויונים שליליים אשר מקורם באל מתכות הוא חומר יוני דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חומר יוני מבנה מיקרוסקופי מבנה ענק של אניונים וקתיונים הקשורים ביניהם בקשר יוני מוליכות חשמלית מאקרו- חומר יוני מוליך כנוזל, היות וליונים יש תנועה מסיסות/תגובה במים חומרים יוניים קלי תמס מסיסים במים. למים מוליכות חשמלית המתאפשרת בעזרת נוכחות היונים הממויימים. רמת התהליך... מצב צבירה בתנאי החדר כל החומרים היוניים מוצקים בתנאי החדר דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חומר מתכתי- למתכות אנרגיית יינון נמוכה מרבית היסודות במערכה המחזורית הן מתכות. אל-מתכות הן היסודות מצד ימין למעלה- צבועות בכתום, צהוב בהיר וירקרק דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מבנה מיקרוסקופי האטומים בגביש מתכתי משתפים את האלקטרונים הערכיים. האלקטרונים המשותפים בלתי מאותרים ("ים אלקטרונים") מוליכות חשמלית מאקרו- מוליך כמוצק וכנוזל, מיקרו- אלקטרונים חופשיים מאפשרים הולכה מסיסות/תגובה במים מתכות אלקליות (ותגובה חלשה של מתכות אלקליות עפרוריות) מגיבות במים תוך פליטה של מימן דליק וקבלת תמיסה בסיסית מצב צבירה בתנאי החדר מרבית המתכות מוצקות בתנאי החדר, מלבד Hg(l) תכונות ייחודיות ניתן לרקע מתכות דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חומר אטומרי מבנה מיקרוסקופי מבנה ענק בו אטומים קשורים זה לזה בקשר קוולנטי מוליכות חשמלית מאקרו- רק גרפיט מוליך כמוצק, מיקרו- קיימים אלקטרונים חופשיים מסיסות/תגובה במים אין מצב צבירה בתנאי החדר כל החומרים מוצקים בתנאי החדר דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים חול SiO2(s) קשר קוולנטי בין אטומי צורן לחמצן, ביחס סטוכיומטרי 1:2 גרפיט C(s) כל אטום פחמן קשרו בקשר קוולנטי ל- 3 אטומי פחמן במבנה מישורי, בין המישורים קיימים קשרי ון-דר-ולס יהלום C(s) כל אטום פחמן קשור בקשר קוולנטי ל- 4 אטומי פחמן במבנה טטרהדראלי SiC(s) קשר קוולנטי בין אטומי צורן לפחמן, ביחס סטוכיומטרי 1:1 דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ניסוח תהליכים יש להכיר: א. תהליכי שריפה (תגובה עם חמצן) של פחמימנים, מימן ופחמן שריפה של פחמימנים- נוצרים מים ופד"ח, למשל: שריפה של גז בישול- בוטאן C4H10(g) O2(g)  CO2(g) H2O(l) שריפה של מימן- נוצרים מים 2H2(g) O2(g)  H2O(l) שריפה של פחמן- נוצר פד"ח C(g) O2(g)  CO2(g) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ב. תהליכי התכה ואידוי של חומרים מולקולאריים ויוניים תהליכי התכה ואידוי של חומרים שאינם יונים: H2SO4(s)  H2SO4(l)  H2SO4(g) CCl4(s)  CCl4(l)  CCl4(g) S8(s)  S8(l)  S8(g) C(s)  C(l)  C(g) Fe(s)  Fe(l)  Fe(g) תהליכי התכה של חומרים יונים: Na2SO4(s)  2Na+(l) + SO4-2(l) CsCl(s)  Cs+(l) + Cl-1(l) NH4Br(s)  NH4+(l) + Br-(l) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים ג. תהליכי המסה של חומרים מולקולאריים ושל חומרים יוניים תהליכי המסה של חומרים שאינם יונים: במים: CH3OH(l) water CH3OH(aq) CH3COCH3(l) water CH3COCH3(aq) תהליכי המסה במים של חומרים יונים: Na2SO4(s)  2Na+(aq) + SO4-2(aq) CsCl(s)  Cs+(aq) + Cl-1(aq) NH4Br(s)  NH4+(aq) + Br-(aq) בממסים הידרופוביים CH3OH(l) C6H6(l) CH3OH(C6H6) CH3COCH3(l) TTE CH3COCH3(TTE) CH4(g) C6H14(l) CH4(C6H14) דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מוליכות חשמלית מוליכות חשמלית אפשרית: כאשר קיימים: א. יונים ניידים, או ב. אלקטרונים חופשיים א. יונים ניידים- קיימים בתמיסה יונית או בחומר יוני מותך (ובתמיסה חומצית או בסיסית) ב. אלקטרונים חופשיים- קיימים במתכת מוצקה ונוזלית וכן בגרפיט מוצק שימו לב: ניתן להבחין בין תמיסה יונית לתמיסה מולקולארית בעזרת מוליכות חשמלית, למשל: לתמיסה של מלח בישול (חומר יוני) מוליכות חשמלית גבוהה ואילו לתמיסת סוכר (חומר מולקולארי) מוליכות חשמלית זניחה. כמו כן ניתן להבחין בין חומר יוני מותך לחומר מולקולארי מותך בעזרת מוליכות חשמלית: לחומר יוני מותך מוליכות חשמלית גבוהה ואילו לחומר מולקולארי מותך מוליכות זניחה. ניתן להסביר עובדה זו כי בתמיסה יונית או חומר יוני מותך יש יונים ניידים המאפשרים מוליכות, ואילו בתמיסה מולקולארית או חומר מולקולארי מותך אין יונים ניידים- החומר מותך ומומס בצורה מולקולארית. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים מבנה ענק- תירגול מבנה מיקרוסקופי תכונות החומר מולקולות המקושרות ביניהן ע"י קשרי ון-דר-ולס 1 אינו מסיס במים A קשרים קוולנטיים בין האטומים בחומר 2 לתמיסה המימית מוליכות חשמלית B קתיונים ואניונים קשורים בקשר יוני 3 מוליך חשמל כמוצק C קתיונים מקושרים ע"י ים-אלקטרונים 4 חומר נדיף D דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים שימו לב: אין להשוות נ.ר. בין חומרים בעלי סריג שונה- למשל: לחומר קוולנטי נ.ר. חזקה יותר מחומר יוני כי הקשרים הקוולנטיים חזקים יותר מקשר יוני???? טעות כמובן!!!! קיימים שיקולים נוספים אותם אין צורך להציג. דורית בר

יחסים וקשרים בעולם החומרים יחסים בעולם החומר (סטוכיומטריה)
א. יש לדעת את המושג מול ב. מסה- מולארית וחישוב מתאים של מסה מסה מולארית היא מסה של מול חלקיקים ג. חישוב מספר חלקיקים (ב- 1 מול חלקיקים) ד. ריכוז מולארי של תמיסות דורית בר

תהליכים בכימיה א. בכימיה, יש משמעות ליחסי הכמויות אותן מכניסים לעוגה. אפיית עוגה, לפי מתכון בעמוד 69 ב. תהליכים בכימיה, היבטים כמותיים עבור מולקולות בודדות ג. חוק שימור החומר ו. נתונים קבועים (התהליך, החומרים, מ.מ., יחסי המולים..... גורמים ספציפיים- הכמויות הנתונות, נפח מולארי בתנאי הניסוי... ד. ניסוח תהליכים בכימיה- איזון ופתרון בעזרת יחסים סטוכיומטריים דורית בר

ה. זיהוי קשרים ניתקים ונוצרים במהלך תגובה, למשל: פרט אלו קשרים ניתקים ואלו קשרים נוצרים בכל אחד מהתהליכים הרשומים: A. C3H8(l)  C3H8(g) B. C3H8(g) O2(g)  3CO2(g) H2O(g) C. C3H8(g) O2(g)  3CO2(g) H2O(l) תגובה A- ניתוק קשרים בין מולקולארים, תגובה B- ניתוק ויצירת קשרים תוך מולקולאריים, תגובה C- ניתוק קשרים תוך מולקולאריים, יצירת קשרים תוך ובין מולקולאריים דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים הערות כלליות ראוי לשים לב: התייחסות למבנה החלקיקי ניסוח מלא המסביר קיום קשרי מימן התייחסות לרמות ההבנה: מיקרו, מאקרו, סמל ותהליך הבנה של חוזק קשרים בין מולקולאריים ובהמשך מסיסות ידיעת המושגים חלקיק לא מקוטב, קיטוב רגעי וקיטוב מושרה (מופיע בקשרי ו.ד.ו.)

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים סילבוס מעודכן לתשס"ח פרטים הצבועים בצהוב, ירדו מהתכנית לתשס"ח, פרטים הצבועים בירוק, מומלצים להעשרה הבהרות לשנת תשס"ח הסילבוס לתשס"ח העשרה – צורות שונות של אורביטלים והרחבה בור פוטנציאל - לא בסילבוס התלמיד צריך להבין שישנם מספר גורמים המשפיעים על חוזקו של הקשר הקוולנטי והוא לומד במסגרת התיכון על חלק מהגורמים. כאשר מדובר בקשר קוולנטי טהור ישפיעו גורמים כגון: גודל האטומים (רדיוסים אטומיים), המבנה האלקטרוני שלהם, וגודל המטען הגרעיני. כאשר מדובר בקשר קוולנטי קוטבי יש לקחת בחשבון גורמים נוספים כמו למשל ההפרש באלקטרושליליות שדרוג והשלמה של המושגים מכיתה י' - יחידת הבסיס. שדרוג והוספת המושגים והעקרונות הבאים: אלקטרושליליות, חוק קולון, מושג האורביטל (תיאור האלקטרון במונחים של סיכוי למציאתו), גודל אטומים (רדיוסים אטומיים), אנרגיית קשר, אורך קשר, כיווניות קשר (קשרי מימן לעומת ואן דר-ואלס) סוגי הקשרים הכימיים קשר קוולנטי – חוזק קשר קוולנטי קשר קוולנטי יחיד/ כפול/ משולש קשרי מימן קשרים קוטביים /קשר יוני /קשרי ואן דר ואלס דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים סילבוס מעודכן לתשס"ח צהוב, ירד מהתכנית לתשס"ח, ירוק, מומלצים להעשרה הבהרות לשנת תשס"ח הסילבוס לתשס"ח מומלץ ללמד קשרי מימן רק פעם אחת ברצף! ירד: חומרים יוניים-מתכתיים ירד: פולימרים. כולל תגובת דחיסה מומלץ להתייחס: ליסודות מתכתיים קוטביות מולקולות על פי מבנה נתון סוגים של קישור בין-מולקולרי, ואן דרולס, קשרי מימן מבנה של חומרים מתכתיים. חומרים יוניים, אטומריים ומולקולריים. צריך ללמד מודל אחד של יסודות מתכתיים – האטומים בגביש המתכתי משתפים את האלקטרונים הערכיים. האלקטרונים המשותפים בלתי-מאותרים ("ים אלקטרונים"). דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים סילבוס מעודכן לתשס"ח צהוב, ירד מהתכנית לתשס"ח, ירוק, מומלצים להעשרה הבהרות לשנת תשס"ח הסילבוס לתשס"ח ירדו:, אלקנים, אסטרים, אמינים (ח"ב), קטונים ואלדהידים חומצות אמיניות ירד: המושג איזומרים ירד: מוצק אמורפי בדיון בטמפרטורות רתיחה והיתוך יש להתמקד בעיקר בהשוואה בין חומרים מולקולאריים ולא בחומרים בעלי מבני ענק . העשרה :סבון, מתח פנים, פלדה, זכוכית קבוצה פונקציונלית בתרכובות הפחמן אלקאנים, כהלים, אתרים, חומצות קרבוקסיליות (ללא תגובות) תכונות הנובעות מן המבנה והקישור: מצבי צבירה - מוצק גבישי ,נוזל, גז טמפרטורת היתוך, טמפרטורת אידוי . המסה. מוליכות חשמלית בתמיסה, במותך ובמוצק. דורית בר

caffeine יחסים וקשרים בעולם החומרים סילבוס מעודכן לתשס"ח צהוב, ירד מהתכנית לתשס"ח, ירוק, מומלצים להעשרה הבהרות לשנת תשס"ח הסילבוס לתשס"ח העשרה: מסה אטומית יחסית העשרה: מסה אטומית יחסית ממוצעת הבהרה: גורם מגביל - לא בתוכנית העשרה: ריכוזים ביחידות שונות ממולר העשרה: PPM , אחוז על פי מסה העשרה: משוואת הגזים האידיאליים  סטוכיומטריה  הגדרת מול, מסה מולרית.  ניסוח מאוזן של תגובות (חזרה).  חישובים סטוכיומטרים (חישובים פשוטים ללא גורם מגביל).  ריכוז מולרי.  המצב הגזי  לחץ, נפח וטמפרטורה.  נפח מולרי של גז - תלות בלחץ ובטמפרטורה.  השערת אבוגדרו (גישה מושגית). דורית בר

תודה על תשומת הלב דורית

יחסים וקשרים בעולם החומרים

Similar presentations

Presentation on theme: "יחסים וקשרים בעולם החומרים"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback

Log in

Auth with social network:

יחסים וקשרים בעולם החומרים

Similar presentations

Presentation on theme: "יחסים וקשרים בעולם החומרים"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback