לעיון בחוברת מדעי החומר לכיתה ח
הילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיה מ ד ע י ה ח לכויתמר הח עי החומר מד לכיתה ח חוברת הדגמה לספר מדעי החומר לכיתה ח תוכן העניינים פרק :1מבוא פרק :2אטומים ,יסודות והטבלה המחזורית פרק :3תערובות ותרכובות פרק :4שינויים בחומר פרק :5אנרגיה חשמלית פרק :6כוחות ותנועה 3 פרק :2אטומים ,יסודות והטבלה המחזורית בפרק זה נלמד ש... מושגים שנכיר: • כל החומרים בנויים מאטומים. אטום • חלקיקי החומר הם אטומים מסוגים שונים או צירופים שלהם. • יסודות הם חומרים הבנויים מסוג אחד בלבד של אטומים ,ואי אפשר לפרק אותם לחומרים פשוטים יותר. • האטום בנוי מגרעין זעיר המכיל פרוטונים ונויטרונים ,שסביבו נעים אלקטרונים ב"ענן אלקטרונים". • מספר הפרוטונים בגרעין האטום נקרא "המספר האטומי". • לאלקטרונים מטען חשמלי שלילי ,לפרוטונים מטען חשמלי חיובי והנויטרונים הם נייטרלים -חסרי מטען חשמלי. • באטום נייטרלי מספר האלקטרונים זהה למספר הפרוטונים .ביֹון (אטום בעל מטען חשמלי) מספר האלקטרונים שונה ממספר הפרוטונים. • היסודות מאורגנים בטבלה המחזורית לפי מספרם האטומי. • ליסודות הנמצאים באותו הטור בטבלה המחזורית תכונות דומות ,והם נקראים "משפחה כימית". יסוד גרעין ,ענן אלקטרונים אלקטרון ,פרוטון ,נויטרון כוחות אלקטרוסטטיים מספר אטומי מולקולה סריג יון טבלה מחזורית משפחה כימית 4 חלקיקי החומר -אטומים ומולקולות אטום -כל החומרים בעולם מורכבים מאטומים. אפשר לבצע עם התלמידים פעילות שבה הם מחשבים את מספר האטומים בחתימה שלהם. החודים המשמשים למילוי עיפרון מכני מכילים מספר עצום של אטומי פחמן -כ–.1022 מבקשים מהתלמידים לחתום מספר רב של חתימות בעיפרון מכני ,ומודדים בסרגל בכמה סנטימטרים התקצר חודו .לאחר מכן אפשר לחשב את מספר האטומים בכל חתימה -התוצאה תהיה בסדר גודל של כ–1020 ()100,000,000,000,000,000,000 אטומים. חלקיקי החומר יכולים להיות גם יונים ,אטומים בעלי מטען חשמלי, ועל כך נדון בהמשך. חלקיקי החומר יכולים להיות מסודרים בצורות שונות - כחלקיקים בודדים או כחלקיקים הקשורים זה לזה באופנים שונים. כל החומרים בעולם בנויים מאטומים* .הרעיון שלפיו החומר מורכב מיחידות מבנה בסיסיות הנקראות "אטומים" הוא קדום מאוד -הפילוסוף היווני דמוקריטוס העלה אותו כבר לפני כ 2,400-שנים. לאחר כ 2,000-שנים התקבלה השערתו של דמוקריטוס ,שהתבססה על דמיון ועל היגיון ,על דעת המדענים ,וניסויים ותצפיות מדעיים שנערכו הוכיחו כי החומר אכן בנוי מאטומים. האטומים זעירים מאוד -גרגיר אחד של חול או של מלח מכיל מיליארדי מיליארדים של אטומים (כ–.)1018 מסיבה זו אי אפשר לראות את האטומים בעין או במיקרוסקופ פשוט, והמדענים ביססו את מסקנותיהם לפי בעוביו של קו זה ,שסורטט בעיפרון, נכנסים כ 3-מיליון אטומי פחמן (העיפרון תוצאות ניסויים שערכו כדי להוכיח את עשוי מגרפיט ,המורכב מאטומי פחמן). קיומם של אטומים. בסוף המאה ה– 20פותחו מיקרוסקופים היכולים להגדיל את תמונת החפץ הנצפה עד פי 10מיליון (מיקרוסקופים סורקים) .לראשונה יכלו המדענים לראות אטומים ,ולהוכיח כי הם אכן קיימים. 2מיקרומטר תמונה זו של אטומי צורן נוצרה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים צורן (סיליקון) 5 חלקיקי החומר ,שבהם עסקנו בשנה שעברה ,יכולים להיות אטומים מסוגים שונים או מולקולות* -צירופים של אטומים שהתחברו ביניהם. לדוגמה: חלקיקים של מים הם מולקולות מים, המורכבות מאטומים של חמצן ושל מימן • • מולקולה -שני אטומים או יותר המחוברים ביניהם. חלקיקים של הליום הם אטומים של הליום כל החומרים בעולם מורכבים מאטומים. חלקיקי החומר יכולים להיות אטומים מסוגים שונים או מולקולות. שאלה באיורים שלפניכם חלקיקים של חומרים שונים הנמצאים באוויר. סרטטו טבלה מתאימה ומיינו בה את החומרים על פי סוג החלקיקים המרכיבים אותם: איזה חומר בנוי מאטומים ואיזה חומר בנוי ממולקולות? חנקן פחמן דו–חמצני מתאן ארגון חמצן תשובה :חנקן ,פחמן דו–חמצני, מתאן ,חמצן ומימן הם מולקולות, ארגון וניאון הם אטומים. מימן ניאון 6 יסודות יסודות* הם חומרים המורכבים מסוג אחד של אטומים .לדוגמה ,חמצן הוא יסוד - הוא עשוי מאטומי חמצן בלבד ,ולעומתו ,פחמן דו–חמצני אינו יסוד -הוא מורכב גם מאטום של פחמן וגם מאטומי חמצן .יסודות אחרים המוכרים לכולנו הם ,לדוגמה ,זהב, ברזל ,פחמן ומימן .יסודות הם חומרים בסיסיים ,שאי אפשר לפרק אותם לחומרים פשוטים יותר .לכל יסוד תכונות המאפיינות אותו ,ומבדילות אותו מיסודות אחרים. יסוד -חומר הבנוי מסוג אחד בלבד של אטומים. זהב ברזל (מצופה בשכבת חלודה) כספית גפרית פחמן כיצד אפשר להסביר את ההבדלים בין היסודות? •יסודות שונים בנויים מאטומים שונים .לדוגמה :זהב בנוי מאטומים של זהב, ומימן בנוי מאטומים של מימן -השונים מאלו של הזהב. •ביסודות שונים סידור האטומים שונה .האטומים ביסודות השונים מסודרים באופן שונה ,והכוחות הפועלים בין האטומים שונים. יש יסודות שבנויים מאטומים בודדים .כאלה הם ,למשל, ההליום והארגון. יש יסודות שבנויים ממולקולות ,שבהן שני אטומים של אותו היסוד או יותר קשורים ביניהם .כאלה הם ,למשל ,החמצן והמימן. יש יסודות שבנויים מאטומים הקשורים זה לזה במבנה ענק ומסודר של גביש (סריג) .כזה הוא ,למשל ,הפחמן (המופיע בצורה של יהלום או של גרפיט). 24 פעילות אל הרשת בניית אטומים ויונים www.ebaghigh.cet.ac.il היכנסו אל אתר האינטרנט הילקוט הדיגיטלי חט"ב -מדע וטכנולוגיה ,ובחרו בתחום כימיה. היכנסו אל הנושא מבנה האטום והטבלה המחזורית ,ובחרו ביחידת הלימוד בניית אטומים ויונים. בפעילות זו תוכלו להתנסות בבניית אטומים ויונים לפי הנתונים עליהם בטבלה המחזורית שביחידה .לאחר מכן ,בדקו אם תשובתכם נכונה. הטבלה המחזורית של היסודות עד למאה ה– 18היו ידועים יסודות מועטים לאדם ,חלקם היו מוכרים לו עוד מתקופות קדומות ,לדוגמה :ברזל ,זהב ,נחושת וגפרית. במאה ה– 18הואץ קצב גילוי היסודות .מדענים החלו לחפש את החוקיות בתכונות של היסודות ,וניסו למיין את היסודות לקבוצות המגלות תכונות משותפות. פריצת הדרך הושגה בזכות עבודתו של דמיטרי מנדלייב ,כימאי רוסי שפרסם בשנת 1869את הטבלה המחזורית. בשנה זו כבר הכירו 63יסודות .מנדלייב ,שנהג לשחק בקלפים ,הכין לכל יסוד כרטיס שבו כתב את שמו ואת תכונותיו .כאשר סידר את 63הכרטיסים של היסודות בסדר עולה לפי המסה האטומית שלהם, גילה כי קיימת מחזוריות בתכונות היסודות :כל כמה יסודות מופיע יסוד שתכונותיו דומות ליסוד אחר ,שקדם לו. פסלו של מנדלייב ,לצד תבליט של הטבלה המחזורית שבקיר המכון למדידה בסנקט פטרבורג שברוסיה 25 8 מחזור -קבוצת היסודות הנמצאים באותה השורה בטבלה המחזורית. משפחה -קבוצת היסודות הנמצאים באותו הטור בטבלה המחזורית. התמונה שלפניכם מציגה את הטבלה המחזורית המודרנית ,המבוססת על עבודתו של מנדלייב .בטבלה זו מאורגנים היסודות משמאל לימין ומלמעלה למטה בסדר עולה של מספרים אטומיים ,החל במימן שמספרו האטומי .1 שורות הטבלה מכונות גם מחזורים* .הטורים של הטבלה מכונים גם משפחות* ,ובהם נמצאים יסודות שלהם תכונות משותפות. משפחה מחזור • • • הטבלה המחזורית היא טבלה המארגנת את כל היסודות הידועים לפי סדר עולה של מספרים אטומיים. שורות הטבלה נקראות גם מחזורים. טורי הטבלה נקראים גם משפחות ,ובהם נמצאים יסודות בעלי תכונות דומות. 28 9 פעילות אל הרשת www.ebaghigh.cet.ac.il הטבלה המחזורית -מתכות ואל–מתכות היכנסו אל אתר האינטרנט הילקוט הדיגיטלי חט"ב -מדע וטכנולוגיה ,ובחרו בתחום כימיה. היכנסו אל הנושא מבנה האטום והטבלה המחזורית ,ובחרו ביחידת הלימוד הטבלה המחזורית. בטבלה אינטראקטיבית זו תוכלו ללחוץ על שם היסוד ,ולקבל עליו מידע .מלבד זאת ,תוכלו גם למיין את היסודות לפי קריטריונים שונים. 1 .1לחצו על הכפתור מתכות/אל מתכות שבתחתית המסך, ועיינו במיון היסודות למתכות ולאל מתכות .רשמו במחברתכם עוד דוגמאות למתכות ולאל–מתכות ,מלבד אלו שכבר הוזכרו בספר (לפחות שתיים מכל סוג). 2 .2לחצו על הכפתור מצב צבירה ,ועיינו במיון היסודות לפי מצב הצבירה שלהם בטמפרטורת החדר. .אבאיזה מצב צבירה נמצאות מרבית המתכות בטמפרטורת החדר? .באיזו מתכת יוצאת דופן? מה מצב הצבירה שלה? .גמה תוכלו לומר על מצב הצבירה של האל–מתכות? שאלה ( :2א) מוצק; (ב) כספית ,נוזל; (ג) אל–מתכות קיימות בטמפרטורת החדר בכל מצבי הצבירה. אלומיניום הוא מתכת פחמן בצורת יהלום. פחמן הוא אל–מתכת. 10 34 פעילות סיכום תערוכה כיתתית היסוד שלי היעזרו בטבלה המחזורית שבאתר הילקוט הדיגיטלי - מדע וטכנולוגיה ,ובמקורות מידע נוספים לבחירתכם. בחרו יסוד אחד המעניין אתכם. אספו מידע על היסוד שבחרתם ,והכינו איקון שייצג אותו. על האיקון לייצג אחד ממאפייניו של היסוד או יותר: המראה שלו ,התכונות שלו ,השימושים שלו ,ההיסטוריה של גילויו או מידע אחר הנוגע ליסוד. הציגו את האיקון בתערוכה בכיתה ,והסבירו כיצד הוא מייצג את היסוד שבחרתם בו. No נובליו ם שאלה לפניכם תבנית של טבלה מחזורית ,שבה מסומנים במספרים ארבעה מקומות ריקים. 2 4 1 3 בטבלה שלפניכם מתוארות התכונות של כמה יסודות. התאימו בין היסוד לבין המספר המסמן את מקומו המשוער בטבלה .הסבירו את בחירותיכם. היסוד א ב ג ד מראה חיצוני גז חסר צבע מוצק שצבעו כסוף גז חסר צבע מוצק שחור-סגול האם הוא פעיל מבחינה כימית? כמעט שלא מאוד מאוד מאוד האם הוא מוליך חשמל? כן לא תשובה( :א) ( ;4ב) ;1 (ג) ( ;2ד) 3 יסודות א' ו-ג' הם גזים ולכן אין נתונים עבור המוליכות החשמלית שלהם. 7 8 He 5 6 3 4 2 סימול כימי 2 הטבלה המחזורית מציגה את כל היסודות הכימיים לפי הסדר העולה של המספרים האטומיים שלהם, החל במימן ,שמספרו האטומי .1 הליום 10 Ne ניאון Ar 18 ארגון Kr O פלואור חמצן F 17 Cl 36 54 Xe קסנון 86 Rn 35 Br ברום 53 I 16 S 34 Se סלניום 52 Te טלור יוד At 85 אסטטין N חנקן גפרית כלור קריפטון רדון 9 8 7 84 Po פולוניום 6 C פחמן 15 P זרחן As ארסן 51 Sb אנטימון Bi 83 ביסמוט B בור 14 Si 13 Al 32 Ge גרמניום 50 Sn בדיל Ne 31 30 Ga Zn גליום אבץ 49 48 Cd In Pb עופרת Tl Be ניאון קדמיום 80 81 Hg כספית תליום 29 Cu נחושת 47 Ag כסף Ni 28 קובלט ניקל 46 Pd פלדיום 79 Au זהב Pt Co 27 78 פלטינה Rh רודיום Ir 26 Fe ברזל 45 44 Ru רותניום 77 אירידיום בריליום Mg 76 Os אוסמיום Mn מנגן Tc 43 טכניציום 75 Re רניום מגנזיום 24 Cr כרום 42 Mo מוליבדן W 74 טונגסטן V 23 22 Ti טיטניום ונדיום 41 Nb ניוביום 73 Ta טנטלום 40 Zr זירקוניום 72 Hf Sc 21 סקנדיום Y 39 איטריום 57-71 20 Ca סידן Sr 56 Ba בריום הפניום 89-103 Lu 71 לוטציום Lr 103 לורנציום 70 Yb איטרביום No 102 נובליום 69 Tm תוליום 101 Md מנדלביום Er 68 ארביום 100 Fm פרמיום 66 Tb 67 דיספרוסיום טרביום Dy Ho הולמיום En 99 איינשטייניום Cf 98 קליפורניום 65 Bk 97 ברקליום 64 Gd גדוליניום 96 Cm קוריום Eu אירופיום 95 Am אמריציום 62 Sm סמריום Pu 94 פלוטוניום 61 Pm פרומתיום 93 Np נפטוניום 60 Nd ניודימיום U 92 אורניום Pr 59 58 Ce 88 Ra La 3 Li 2 ליתיום 11 Na 3 נתרן K 19 4 אשלגן 37 Rb 5 רובידיום 55 Cs 6 צזיום Fr 87 7 פרנציום 57 לנתן פרסאודימיום צריום 91 Th פרוטקטיניום תוריום Pa 38 סטרונציום רדיום 63 4 12 25 1 מימן שם היסוד אינדיום 82 מספר אטומי 1 H 10 אלומיניום צורן 33 5 1 90 Ac 89 אקטיניום הטבלה המחזורית של היסודות סרקו את הקוד לטבלה המחזורית האינטראקטיבית שבילקוט הדיגיטלי תמונות ואיורים על הכריכה :מסך מחשב -מטח ; כריכת הספר :טבלה מחזורית ;charobnica/shutterstock.com -ניאון Graeme Dawes/shutterstock. - ; comגפרור בוער ; Chris Pole/shutterstock.com -מולקולה ; koya979/shutterstock.com -מנוף Bedrin/shutterstock.com - עמ' • RTimages/shutterstock.com - 3עמ' 4רקע • zhu difeng/shutterstock.com -עמ' 4תחתון ימין Mitsuhiro Terakawa - • )and Minoru Obara, Keio University (courtesy spie. http://spie.orgעמ' 4תחתון שמאל • Enricoros at en.wikipedia -עמ' 3ימין ; Pavlo Loushkin/shutterstock.com -עמ' 3שמאל • MarFot/shutterstock.com -עמ' 6מימין לשמאל מלמעלה למטה - זהב ; Julia Reschke/shutterstock.com -ברזל ; Fokin Oleg/shutterstock.com -גפרית ; Kletr/shutterstock.com -כספית - ; MarcelClemens/shutterstock.comפחמן • leolintang/shutterstock.com -עמ' 24עליון – מטח • עמ' 24תחתון Photo: Heidas - • )http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sankt_Petersburg_Dmitri_Iwanowitsch_Mendelejew.jpg (CC BY-SA 3.0עמ' - 28 אלומניום ; Picsfive/shutterstock.com -יהלום • AptTone/ shutterstock.com -עמ' - 34פורטרט של אלפרד נובל ,מאה Photo: .19 www.imagebank.sweden.se, Gösta Florman / The Royal Library © כל הזכויות על חומרים ממקורות חיצוניים ששובצו בספר שמורות לבעליהן .הזכויות בטיפול. © תשע"ג .2012 ,כל הזכויות שמורות למטח – המרכז לטכנולוגיה חינוכית ,חברה לתועלת הציבור ,קרית משה רואו ,קלאוזנר ,16תל אביב 61394 הילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיה הילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיה www.ebag.cet.ac.ilמספק מענה מערכתי מלא ומקיף למורה ולתלמיד ומזמן להם את מיטב כלי ההוראה והלמידה הנדרשים תחת קורת גג אחת. מה בילקוט הדיגיטלי? תכנים מקוונים ,מאגרי מידע ,מעבדות והדמיות מהדורה דיגיטלית של ספרי הלימוד* ,המקנה יכולות לנהלם מערכת מתקדמת לניהול למידה ()LMS לפרטים נוספים התקשרו לטלפון 1-800-366-555 או שלחו דואר אלקטרוני לכתובת [email protected] ספרי לימוד במדע וטכנולוגיה לכיתות ז-ט מדעי החיים לכיתה ז מדעי החומר לכיתה ז מדעי החיים לכיתה ח מדעי החומר לכיתה ח (בפיתוח) מדעי החיים לכיתה ט (בפיתוח) עולם התזונה -בצמחים, בבעלי–חיים ובאדם (כיתה ט) *השימוש בספרים דיגיטליים בהתאם להרשאות בית הספר חידת התורשה (כיתה ט)
© Copyright 2024