כימיה כללית PDF

‫שנה א׳‬ ‫סמסטר א׳‬ ‫מחברת‬ ‫כימיה כללית‬ ‫‪1‬‬  ‫תוכן עניינים‬ ‫‪3‬‬ ‫חזרה על כימיה תיכונית ‪.........................................................

‫שנה א׳‬ ‫סמסטר א׳‬ ‫מחברת‬ ‫כימיה כללית‬ ‫‪1‬‬  ‫תוכן עניינים‬ ‫‪3‬‬ ‫חזרה על כימיה תיכונית ‪.................................................................................................................‬‬ ‫‪4‬‬ ‫כימיה ומדידות ‪...........................................................................................................‬‬ ‫‪6‬‬ ‫אטומים מולקולות ויונים ‪..............................................................................................‬‬ ‫‪7‬‬ ‫סטויכיומטריה ‪.............................................................................................................‬‬ ‫‪9‬‬ ‫כוחות בין מולקולריים ‪..................................................................................................‬‬ ‫כוחות בין חלקיקים שונים ‪12............................................................................................‬‬ ‫תגובות כימיות ‪13...............................................................................................................................‬‬ ‫‪14‬‬ ‫תמיסות ‪.....................................................................................................................‬‬ ‫תגובות שמתרחשובת במים )שיקוע‪ ,‬חומצה בסיס‪ ,‬חמצון חיזור‪ ,‬טטרציה( ‪15......................‬‬ ‫גזים ‪22...............................................................................................................................................‬‬ ‫גזים ‪23...........................................................................................................................‬‬ ‫התיאוריה הקינטית של גזים ‪26.........................................................................................‬‬ ‫תכונות קולגטיביות ‪27........................................................................................................................‬‬ ‫תכונות קולגטיביות ‪28.....................................................................................................‬‬ ‫מבנה וקישור ‪30.................................................................................................................................‬‬ ‫התיאוריה הקוונטית מכנית של אטומים ‪31........................................................................‬‬ ‫קרינה אלקטרומגנטית ‪34................................................................................................‬‬ ‫מבנה לואיס בקשרים בין מולקולריים ‪36...........................................................................‬‬ ‫‪37‬‬ ‫קוטביות קשר קוולנטי ‪.................................................................................................‬‬ ‫מבנים גיאומטריים של מולקולות ‪39.................................................................................‬‬ ‫תיאוריית הקשר הערכי ‪41................................................................................................‬‬ ‫‪43‬‬ ‫רזוננס ‪.......................................................................................................................‬‬ ‫‪44‬‬ ‫אורביטלים מולקולריים ‪...............................................................................................‬‬ ‫שיווי משקל כימי ‪45............................................................................................................................‬‬ ‫חומצות ובסיסים ‪48............................................................................................................................‬‬ ‫חומצות ובסיסים ‪49.........................................................................................................‬‬ ‫קביעת חוזק חומצה ‪51....................................................................................................‬‬ ‫תמיסת בופר ‪53..............................................................................................................‬‬ ‫קינמטיקה ‪55......................................................................................................................................‬‬ ‫קצב תגובה ‪56................................................................................................................‬‬ ‫חישוב קבוע תגובה ‪58.....................................................................................................‬‬ ‫תרמודינמיקה ‪60................................................................................................................................‬‬ ‫אלקטרוכימיה ‪71................................................................................................................................‬‬ ‫‪2‬‬  ‫חזרה על כימיה תיכונית‬ ‫כימיה ומדידות‪ ,‬מבנה וקישור‪ ,‬סטויכומטריה וכוחות בין‬ ‫מולקולריים‬ ‫‪3‬‬  ‫כימיה ומדידות‬ ‫שיטת להפרדת תערובות‬ ‫‪ o‬סינון ‪ -‬שיטה להפרדת חומרים על בסיס הבדלים בצורות‬ ‫‪ o‬זיקוק ‪ -‬שיטה להפרדת חומרים על בסיס הפרשים בטמפרטורת הרתיחה שלהם‬ ‫‪ o‬כרומותוגרפיה ‪ -‬שיטה להפרדת חומרים על ידי היכולת שלהם לדבוק ‪ /‬לאחוז במשטח מוצק )לדוגמה אחיזה‬ ‫בנייר ‪ -‬צבעים שונים שרצים על גבי פס נייר(‪.‬הפזה הנייחת זה החומר שבאמצעותו בוחנים )שאליו החומרים‬ ‫נדבקים והפזה הניידת זה התערובת שאותה רוצים להפריד‪.‬‬ ‫מגנט‬ ‫‪o‬‬ ‫קיצורי סדרי גודל ליחידות‬ ‫משמעות‬ ‫שם‬ ‫ייצוג‬ ‫סדר גודל‬ ‫שם‬ ‫‪6‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪Mono‬‬ ‫‪M‬‬ ‫מגה ‪Mega /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪Di‬‬ ‫‪k‬‬ ‫קילו ‪Kilo /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪-1‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪Tri‬‬ ‫‪d‬‬ ‫דצי ‪Deci /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪Tetra‬‬ ‫‪c‬‬ ‫סנטי ‪Centi /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪Petra‬‬ ‫‪m‬‬ ‫מילי ‪Mili /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪-6‬‬ ‫‪6‬‬ ‫‪Hexa‬‬ ‫מיקרו ‪µ Micro /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪-9‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪Hepta‬‬ ‫‪n‬‬ ‫ננו ‪Nano /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪-12‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪Octa‬‬ ‫‪p‬‬ ‫פיקו ‪Pico /‬‬ ‫‪10‬‬ ‫יחידות מיוחדות‬ ‫‪ o‬לחץ‬ ‫‪ o‬מרחק‬ ‫ ‪) 760 mmHg = 1atm‬מילימיטר כספית(‬ ‫ אמסטרונג ) ( ‪ 10-10 -‬מטר ‪ -‬משמש למדידת אורך קשר‬ ‫‪ o‬נפח‬ ‫ ‪ 1‬מ"ל = ‪ 1‬סמ"ק = ‪1 mL = 1 cc = 1 cm3‬‬ ‫ ‪ 1‬קוב = ‪ 1000‬ליטר‬ ‫‪ o‬מסה‬ ‫ ‪ 10-24 X 1.65054 = u = amu‬גרם ‪ -‬משמש למדידת מסה של אטומים ושל חלקיקי אטום‬ ‫‪ −‬מסה של פרוטון = ‪1.0073 amu‬‬ ‫‪ −‬מסה של ניוטרון = ‪1.0087 amu‬‬ ‫‪ −‬מסה של אלקטרון = ‪5.486 X 10-4 amu‬‬ ‫‪ o‬טמפרטורה‬ ‫ ‪) tk‬טמפרטורות בקלווין( = ‪tc X + 273.15 K‬‬ ‫‪ −‬האפס המוחלט = ‪ 0‬קלווין‬ ‫‪4‬‬  ‫המשך כימיה ומדידות‬ ‫סימנים‬ ‫‪ = (density) d o‬צפיפות‬ ‫‪ = (Volume) V o‬נפח‬ ‫‪ = (Mass) m o‬מסה‬ ‫סוגי תכונות‬ ‫‪ o‬תכונה אינטנסיבית )‪ - (Intensive Properties‬תכונה שלא תלויה בכמות של החומר‪ ,‬כמו צפיפות‪ ,‬נקודת רתיחה‬ ‫או צבע‬ ‫‪ o‬תכונה אקסטנסיבית )‪ - (Extensive Properties‬תכונה שתלויה בכמות החומר‪ ,‬כמו מסה‪ ,‬נפח או אנרגיה‬ ‫שמות של יונים‬ ‫‪ o‬קטיון ‪ -‬יון חיובי‬ ‫‪ o‬אניון ‪ -‬יון שלילי‬ ‫‪:Fun Fact‬‬ ‫‪ o‬אלקטרוני ערכיות נקראים גם אלקטרונים וולנטיים‪.‬‬ ‫‪ – Substance o‬חומר טהור‪.‬‬ ‫‪5‬‬  ‫אטומים מולקולות ויונים‬ ‫יונים של מימן‬ ‫איזוטופים של מימן‬ ‫‪ o‬הידריד ‪H- -‬‬ ‫‪protium – 11H o‬‬ ‫‪ o‬פרוטון ‪H+ -‬‬ ‫‪ - deuterium - 21H o‬מסומן באות ‪ D2O) D‬לעומת ‪ H2O‬נקראים מים כבדים(‬ ‫‪ - tritium - 31H o‬מסומן באות ‪T‬‬ ‫הטבלה המחזורית‬ ‫‪ o‬מחזור = שורה ‪ VS‬קבוצה = עמודה ‪ /‬טור‬ ‫‪ - Metalloids o‬חומרים עם תכונות מתכתיות וגם אלמתכתיות‬ ‫‪ = Lanthanides o‬השורה הראשונה למטה )מתחילה ב‪ (Ce-‬נקראת לטנידים על שם היסוד ‪La‬‬ ‫‪ = Actinides o‬השורה השנייה למטה )מתחילה ב‪ (Th-‬נקראת אקטינידים על שם היסוד ‪Ac‬‬ ‫‪ o‬הקבוצות בטבלה המחזורית ממוספרות מ‪ 1-8-‬וגם על ידי האותיות ‪) A‬עבור כל ה"קבוצות הראשיות"( ו‪) B-‬עבור‬ ‫כל מתכות המעבר(‬ ‫קבוצות מיוחדות בטבלה המחזורית‬ ‫‪ o‬מתכות אלקליות )‪ - (1A‬מאוד פעילות‪ ,‬בעיקר עם מים‪ ,‬כי הנטייה שלהם למסור אלקטרון חזקה‪.‬ככל שיורדים‬ ‫במחזורים‪ ,‬הנטייה שלהם להגיב גבוהה יותר‪.‬‬ ‫‪ o‬מתכות אלקליות עפרוריות )‪ - (2A‬גם פעילות‪ ,‬אבל פחות מאלקליות‪.‬‬ ‫‪ o‬הלוגנים )‪ - (7A‬מופיעים בטבע כיסודות דו‪-‬אטומיים‪.‬מצבי צבירה משתנים‪.‬‬ ‫יסודות שמופיעים כדו אטומיים בטבע‬ ‫)‪I2(s) ,Br2(l) ,Cl2(g) ,F2(g) ,O2(g) ,N2(g) ,H2(g‬‬ ‫יונים מורכבים שצריך לזכור‬ ‫שם בעברית‬ ‫שם באנגלית‬ ‫ייצוג‬ ‫שם בעברית‬ ‫שם באנגלית‬ ‫ייצוג‬ ‫‪-‬‬ ‫‪+‬‬ ‫ניטרט‬ ‫‪Nitrate‬‬ ‫‪NO3‬‬ ‫אמוניה‬ ‫‪Ammonoium‬‬ ‫‪NH4‬‬ ‫‪-‬‬ ‫‪-‬‬ ‫הידרוקסיד‬ ‫‪Hydroxide‬‬ ‫‪OH‬‬ ‫ציאניד‬ ‫‪Cyanide‬‬ ‫‪CN‬‬ ‫‪-3‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫פוספט‬ ‫‪Phosphate‬‬ ‫‪PO4‬‬ ‫קרבונט‬ ‫‪Carbonate‬‬ ‫‪CO3‬‬ ‫‪-2‬‬ ‫‪-‬‬ ‫סולפט‬ ‫‪Sulfate‬‬ ‫‪SO4‬‬ ‫פכלורט‬ ‫‪Perchlorate‬‬ ‫‪ClO4‬‬ ‫מונחים שחשוב להכיר‬ ‫‪ o‬מלחי הידרט )‪ - (Hydrate‬מלחים שלוכדים בתוכם מולקולות מים‪.‬לדוגמה‪ ,‬בנחושת סולפט )‪ (CuSo4 5H2O‬יש ‪5‬‬ ‫מולקולות מים על כל יון של ‪ Cu+2‬ו‪.SO4-2-‬‬ ‫‪ o‬נוסחה אמפירית ‪ -‬היחס השלם הפשוט ביותר של נוסחת החומר‪.‬גם לחומרים מולקולריים של נוסחה אמפירית‪.‬‬ ‫לדוגמה‪ ,‬הנוסחה המולקולרית של מי חמצן היא ‪ H2O2‬אבל הנוסחה האמפירית שלה היא ‪.HO‬‬ ‫‪6‬‬  ‫סטויכיומטריה‬ ‫‪ o‬משקל מולקולרי )‪ - MW‬משקל מולקולרי(‪.‬יחידות‪amu :‬‬ ‫‪ o‬משקל נוסחתי )‪ - (Formula Weight - FW‬משקל מולקולרי פשוט לחומרים יוניים )על פי הנוסחה האמפירית(‪.‬‬ ‫יחידות‪amu :‬‬ ‫‪ o‬מול )‪ 6.02 X 1023 - (mol / mole‬חלקיקים )מספר אבוגדרו(‬ ‫‪ o‬מסה מולרית )‪ - (MM‬אותו מספר כמו משקל מולקולרי‪ ,‬רק ביחידות של ‪.g/mol‬אפשר לכתוב פשוט ‪.MW‬‬ ‫‪ o‬ריכוז מולרי )‪ – (C‬כמות מולי המומס בליטר ממס‪.‬יחידות‪ :‬מולר ) 𝑙𝑜𝑚 = ‪(M‬‬ ‫𝑟𝑒𝑡𝑖𝑙‬ ‫‪n=CXV‬‬ ‫חישוב ריכוז בתמיסה‬ ‫=𝑛‬ ‫חישוב מסה‬ ‫‪ – n o‬מספר מולים‬ ‫‪ - n o‬מספר המולים‬ ‫‪ – C o‬ריכוז מולרי במולר‬ ‫‪ - m o‬מסה בגרמים‬ ‫‪ – V o‬נפח בליטרים‬ ‫‪ - MW o‬מסה מולרית ‪ /‬משקל מולקולרי בגרם למול‬ ‫𝑁‬ ‫=𝑛‬ ‫חישוב מספר חלקיקים‬ ‫𝑁‬ ‫‪ - n‬מספר מולים‬ ‫‪ - N o‬מספר חלקיקים‬ ‫‪ - NA o‬מספר אבוגדרו‬ ‫= 𝐴‪𝑀𝑎𝑠𝑠%‬‬ ‫חישוב אחוזי מסה‬ ‫תגובות עם עודפים‬ ‫‪ o‬מגיב מגביל ‪ -‬המגיב שמתכלה לחלוטין כשתגובה הכימית מסתיימת‪.‬ברגע שהמגיב מתכלה לחלוטין‪ ,‬התגובה‬ ‫נעצרת‪.‬‬ ‫‪ o‬מגיב עודף ‪ -‬מגיב שיש ממנו עודפים‪ ,‬ולכן הוא לא מתכלה לחלוטין כשהתגובה מסתיימת‪.‬‬ ‫‪ o‬ניצולת )‪– (Yield‬‬ ‫ ניצולת תיאורתית‪ :‬כמות החומר המקסימלית שיכולה להתקבל בתגובה‪ ,‬בהינתן כמות מגיבים‪.‬‬ ‫ ניצולת מעשית‪ :‬כמות המגיבים שהתקבלה בפועל בתגובה‪.‬‬ ‫ניצולת מעשית‬ ‫ ניצולת אחוזית‪:‬‬ ‫= ניצולת אחוזית‬ ‫‪𝑋 100%‬‬ ‫ניצולת תיאורתית‬ ‫בתגובות שנתונה הכמות של שני המגיבים‪ ,‬צריך לוודא שאין מגיב עודף ולחשב על פי המגיב המגביל‪.‬‬ ‫שתי שיטות לבדוק אם יש מגיב עודף‪:‬‬ ‫‪.1‬בדיקת התוצר הקטן מבין השניים ‪ -‬לבדוק עבור כל מגיב‪ ,‬אם הוא היה מגיב עד כלות‪ ,‬כמה תוצר היה מתקבל‬ ‫ולבחור בסוף במגיב שייצר את כמות התוצר הקטנה יותר‪.‬‬ ‫‪.2‬בדיקת השוואת היחסים בין המגיבים ‪ -‬השוואת הכמויות הנתונות של המגיבים ליחסי מולי המגיבים בנוסחת‬ ‫התגובה הכימית וזיהוי המגיב המגביל‪.‬‬ ‫‪7‬‬  ‫סטויכיומטריה‬ ‫התיאוריה הקינטית המולקולרית של גזים‬ ‫בתיאוריה הקינטית המולקולרית של גזים‪ ,‬מתייחסים לכל הגזים כגזים אידאיליים ומסבירים באמצעותה תכונות של‬ ‫גזים כמו‪ :‬לחץ‪ ,‬נפח‪ ,‬טמפרטורה ומספר מולים‪.‬על פי התיאוריה‪ ,‬לא מתייחסים למבנה המולקולרי של גז מסויים‪.‬‬ ‫על פי התיאוריה‪:‬‬ ‫‪ o‬חלקיקי הגז נעים בתנועה מהירה‪ ,‬אקראית וקינטית )‪(Ek‬‬ ‫‪ o‬המרחק בין החלקיקים הוא רב‪ ,‬כלומר הם בעלי אנרגיה פוטנציאלית רבה )‪(Ep‬‬ ‫‪ o‬גזים אידיאליים הם גזים שלא מתייחסים בהם לכוחות המשיכה והדחייה בין החלקיקים שיוצרים את הקשרים הבין‬ ‫מולקולריים‪.‬בנוסף‪ ,‬כאשר מדברים על גזים אידיאליים‪ ,‬מניחים שההתנגשויות בין החלקיקים הן אלסטיות ולא‬ ‫פלסטיות‪ ,‬כך שלא אובדת לחלקיק האנרגיה הקינטית‪.‬‬ ‫‪PXV=nXRXT‬‬ ‫משוואת הגזים האידאליים‪:‬‬ ‫‪ o‬לחץ )‪ – (P‬כוח ליחידת נפח‪ ,‬התנגשויות חלקיקי הגז בדפנות הגלי‪.‬נמדד ביחידות ‪) atm‬אטמוספירה(‬ ‫‪ o‬נפח )‪ – (V‬בכלי סגור‪ ,‬נפח הגז שווה לנפח הכלי‪.‬נמדד ביחידות ‪) l‬ליטר(‬ ‫‪ o‬מספר מולים )‪ – (n‬נמדד ביחידות של ‪mol‬‬ ‫‪ o‬קבוע הגזים )‪0.0083 – (R‬‬ ‫‪ o‬טמפרטורה )‪ – (T‬האנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקי הגז‪.‬נמדד ביחידות ‪) Cº‬צלזיוס( או ‪) Kº‬קלווין(‬ ‫השערת אבוגדרו‬ ‫השערת אבוגדרו קובעת שנפחים שווים של גזים שונים באותם תנאים של לחץ וטמפרטורה‪ ,‬יש את אותו מספר‬ ‫חלקיקים )כמות מולים שווה(‪.‬מכך נובע הביטוי ‪) Vm‬נפח מולרי של גז( בתנאים של לחץ וטמפרטורה מסוימים‪.‬‬ ‫היחידות הן ‪) l/mol‬ליטר למול(‪.‬‬ ‫הרחבה להשערת אבוגדרו‪ :‬אפשר להשתמש בהשערת אבוגדרו לא רק כאשר הנפחים שווים‪.‬אם התנאים של הלחץ‬ ‫והטמפרטורה זהים‪ ,‬אז אפשר להגדיר שיחסי הנפחים הם כיחסי המולים‪.‬‬ ‫𝑉‬ ‫נוסחה לחישוב מספר המולים באמצעות נפח מולרי‪:‬‬ ‫=𝑛‬ ‫𝑚‪V‬‬ ‫‪ = n o‬מספר המולים )‪(mol‬‬ ‫‪ = V o‬נפח הגז )‪(l‬‬ ‫‪ = Vm o‬נפח מולרי )‪(l/mol‬‬ ‫תנאי תקן מיוחדים‬ ‫‪ o‬תנאי טמפרטורת החדר‬ ‫‪ o‬תנאי ‪Standard Temperature Pressure – STP‬‬ ‫ ‪1 atm = P‬‬ ‫ ‪1 atm = P‬‬ ‫‪Vm = 25 l/mol‬‬ ‫‪Vm = 22.4 l/mol‬‬ ‫ ‪25 º C = T‬‬ ‫ ‪0ºC=T‬‬ ‫‪8‬‬  ‫כוחות בין מולקולריים‬ ‫חזרה על מעברי מצבי צבירה‬ ‫‪ -‬המראה ‪ /‬סובלימזציה – מעבר ממוצק לגז‬ ‫‪ -‬ריבוץ ‪ /‬דפוזיציה – מעבר מגז למוצק‬ ‫תכונות המושפעות מכוחות בין מולקולריים‪:‬‬ ‫לחץ אדים‬ ‫‪ o‬חומר נדיף – חומר שבו לחץ האדים גבוה בטמפרטורה נמוכה‪ ,‬כלומר חומרים שהקשרים הבין‪-‬מולקולריים שלהם‬ ‫חלשים יותר )טמפרטורת הרתיחה שלהם נמוכה יותר(‪.‬‬ ‫‪ o‬נקודת רתיחה תלויה בלחץ חיצוני – כשלחץ האדים שווה ללחץ שמופעל על הנוזל )לרוב ‪ ,(1atm‬החומר מתחיל‬ ‫לרתוח‪.‬אם הלחץ החיצוני שמופעל על הנוזל יגדל‪ ,‬נקודת הרתיחה תעלה‪.‬כשמציינים טמפרטורת רתיחה יש לציין‬ ‫באיזה לחץ היא תקפה‪.‬‬ ‫ דוגמה לכך זה סיר לחץ – על ידי סגירת הרמטית כמעט‪ ,‬האדים שמעל המים מתחממים‪ ,‬הלחץ על המים‬ ‫גדל‪ ,‬טמפרטורת הרתיחה עולה והמים הנוזלים מגיעים לטמפרטורות גבוהות יותר‪.‬‬ ‫מתח פנים‬ ‫‪ o‬מתח פנים – האנרגיה הדרושה כדי להעלות את שטח הפנים של יחידת נוזל על ידי יחידת חום‪.‬היחידות הן‬ ‫)‪.(J/m2‬לחלקיקים שנמצאים על פני השטח יש פחות מוקדי משיכה לשאר מולקולות החומר‪ ,‬כלומר האנרגיה‬ ‫הפוטנציאלית שלהם גדולה יותר‪.‬האינטרס של כל המולקולות הוא להיות בתוך החומר וששטח הפנים של החומר‬ ‫יהיה קטן ככל האפשר‪.‬לכן לדוגמה‪ ,‬מים נמצאים בצורה של טיפה‪.‬המולקולות עשויות ליצור אפילו מעין קרום‬ ‫שקשה לחדור כך שגם חומר עם צפיפות גבוהה יותר לא יצליח לחדור‪.‬גורמים שמשפיעים על מתח הפנים של‬ ‫חומר‪:‬‬ ‫ חוזק הקשרים הבין‪-‬מולקולריים‪ :‬ככל שהקשרים הבין‪-‬מולקולריים חזקים יותר‪ ,‬מתח הפנים גדל‪.‬‬ ‫ טמפרטורה‪ :‬ככל השמעלים את הטמפרטורה‪ ,‬האנרגיה הקינטית המומצעת של החלקקים גדלה‪ ,‬וקל יותר‬ ‫למתוח את שטח הפנים של החומר‪ ,‬כלומר מתח הפנים יורד‪.‬‬ ‫קפילריות‬ ‫‪ o‬קפילריות – היכולת של נוזל לעלות בתוך בצינור דק באופן המנוגד לכוח הכבידה‪.‬ככל השצינור דק יותר‪ ,‬הנוזל‬ ‫יעלה גבוה יותר‪.‬הנוזל יעלה עד אשר יתאזן כוח המשיכה לכוחות האדהזיה‪.‬‬ ‫ כוחות קוהזיה – כוחות בין נוזל לבין עצמו )לדוגמה משיכה של מים למים(‪.‬‬ ‫ כוחות אדהזיה – כוחות בין נוזל לבין פני השטח )לדוגמה משיכה של מים לקש(‪.‬‬ ‫‪ o‬עקמומיות בשטח הפנים – מינסכוס – במים שטח הפנים שלהם בתוך צינור דק הוא קעור‪ ,‬לעומת כספית שיוצרת‬ ‫צורה קמורה בשטח הפנים שלה‪.‬תופעה זו נוצרת כיוון שכוחות האדהזיה במים גדולים מכוחות הקוהזיה‪ ,‬לעומת‬ ‫כספית שבה כוחות הקוהזיה חזקים מכוחות האדהזיה‪.‬‬ ‫צמיגות‬ ‫‪ o‬צמיגות – התנגדות הנוזל לזרימה‪.‬ככל שהכוחות הבין‪-‬מולקולריים יהיו גבוהים יותר‪ ,‬הצמיגות תהיה גדולה יותר‪.‬‬ ‫מודדים על ידי זריקת עצם כבד לצינור המלא באותו נוזל ומדידת הזמן שלוקח לחומר ליפול‪.‬‬ ‫‪9‬‬  ‫המשך כוחות בין מולקולריים‬ ‫כוחות לונדון – דיספרסיה )‪ – (Dispersion Foces‬כוח דיפול רגעי – דיפול מושרה‬ ‫אחד הסוגים של קשרי ואן דר ואלס‪.‬נוצרים כאשר דיפול רגעי של אטום ‪ /‬מולקולה משרה על מולקולה שכנה מאוזנת‬ ‫דיפול מושרה‪.‬סוג קשרי הואן דר ואלס הכי חלש‪.‬‬ ‫גורמים המשפעים על כוחות לונדון‪:‬‬ ‫‪ o‬מסה מולרית – ככל שהמסה המולרית גדלה‪ ,‬כוחות לונדון גדלים‪.‬ככל שהמסה המולרית גדולה‪ ,‬מספר‬ ‫האלקטרונים גדול יותר‪ ,‬יש יותר רמות אנרגיה‪ ,‬כוחות הפיזור‪ ,‬כלומר הפולריזביליות )היכולת לייצר קוטביות( גדל‬ ‫וחוזק קשרי לונדון יגדל‪.‬‬ ‫‪ o‬צורת המולקולות )שטח הפנים( – ככל ששטח הפנים גדול יותר‪ ,‬יש יותר מוקדים ליצירת קשר‪ ,‬כלומר שטח המגע‬ ‫יגדל וחוזק הקשרים יעלה בהתאמה‪.‬‬ ‫כוחות דיפול – דיפול‬ ‫סוג נוסף של קשרי ואן דר ואלס‪.‬כאשר מולקולה בעלת דו קוטב קבוע מתקרבת בצידה השלילי אל צידה החיובי של‬ ‫מולקולה נוספת בעלת דיפול קבוע‪.‬חוזק הקשר תלוי בהפרשי האלקטרושליליות‪ ,‬כלומר רמת הקיטוב‪ ,‬בין שני‬ ‫האטומים היוצרים את הקשר הקוולנטי‪.‬נסמל את הפרש האלקטרושליליות על ידי וקטור המכוון לקיטוב השלילי‪,‬‬ ‫כאשר אורכו של הווקטור מסמל את גודלו‪.‬לדוגמה‪:‬‬ ‫יש לשים לב כי לעיתים גם אם יש קשר קוטבי‪ ,‬המולקולה סימטרית ועל כן אין דיפול קבוע‪.‬לדוגמה‪:‬‬ ‫כוחות דיפול – דיפול מושרה‬ ‫כוחות הקיימים בין שני חומרים מולקולריים שונים‪ ,‬אשר אחד מהם בעל דו קוטב קבוע‪ ,‬ואחד מהם מאוזן‪.‬המולקולה‬ ‫בעלת הקוטביות הקבועה משרה קוטביות על המולקולה השכנה‪.‬כוחות אלו מאפשרים התמוססות חלקית של‬ ‫חומרים לא קוטביים בחומרים קוטביים‪ ,‬לדוגמה הימצאותן של מולקולות חמצן )‪ (O2‬מועטות במים‪.‬‬ ‫קשרי מימן‬ ‫‪ o‬הידרופילי – אזור ש"אוהב" מים‪ ,‬כלומר האזור לו יש מוקדים ליצירת קשרי מימן‬ ‫‪ o‬הידרופובי – האזור שדוחה מים‪ ,‬כלומר האזור שאינו קוטבי )שרשרת פחמימנית(‬ ‫גורמים המשפיעים על חוזר קשרי המימן‪:‬‬ ‫‪ o‬קוטביות הקשר )‪(N < O < F‬‬ ‫‪ o‬מספר המוקדים ‪ -‬כאשר כשיש יחס של ‪ 1:1‬בין המימנים החשופים מאלקטרונים לבין זוג אלקטרוני ערכיות‪,‬‬ ‫הקשרים יהיו חזקים יותר‪.‬‬ ‫‪ :Fun Fact 1‬במפה אלקטרוסטטית )מפה המתארת את קוטביות המולקולה על ידי צבעים( – הכחול הוא הקוטב‬ ‫החיובי‪ ,‬בעוד האדום הוא הקוטב השלילי‪.‬‬ ‫‪ :Fun Fact 2‬הצפיפות הגבוהה ביותר של מים היא ב‪ 4-‬מעלות צלזיוס ולא ב‪ 0-‬בצורתם המוצקה‪ ,‬כיוון שהמבנה‬ ‫המרחבי של מים במצב צבירה מוצק הינו מעין טבעות‪ ,‬שבמרכזן חלל ריק אשר מגדיל את נפח הקרח‪.‬זאת בשל‬ ‫כוחות הדחייה והמשיכה הנוצרים כתוצאה מקיטוב המולקולה‪.‬‬ ‫‪10‬‬  ‫המשך כוחות בין מולקולריים‬ ‫כוחות יון – דיפול‬ ‫כוחות הנוצרים בין מולקולות קוטביות לבין חומרים יוניים‪ ,‬בעת התמוססותם אחד בשני – לדוגמה התמוססות של‬ ‫חומר יוני במים‪.‬הקטיון נמשך לדיפול השלילי של המולקולה )לדוגמה אטום החמצן במים( והאניון לצד החיובי‬ ‫)לדוגמה אטום המימן במים(‪.‬‬ ‫גורמים המשפיעים על חוזק קשרי היון – דיפול‪:‬‬ ‫‪ o‬המרחק בין גרעיני המולקולות – בהנחה שהממס )החומר המולקולרי( זהה‪ ,‬לדוגמה מים‪ ,‬ככל שהרדיוס האטומי‬ ‫של היון גדול יותר‪ ,‬המרחק בין הגרעינים יגדל וחוזק הקשר יפחת‪.‬‬ ‫‪ o‬מטען היון – ככל שמטען היון גדול יותר‪ ,‬קשרי המשיכה שיווצרו יהיו משמעותיים יותר וחוזק הקשר יגדל‪.‬‬ ‫סיכום חוזק הקשרים הבין מולקולריים‪:‬‬ ‫קשר יון – דיפול‬ ‫קשרי מימן‬ ‫קשר דיפול – דיפול‬ ‫קשר דיפול – דיפול מושרה‬ ‫קשר דיפול רגעי – דיפול מושרה‬ ‫‪11‬‬  ‫כוחות בין חלקיקים שונים‬ ‫כוחות בין יונים‬ ‫הגורמים המשפיעים על חוזק הקשר‪:‬‬ ‫‪ o‬גודל המטען )‪(+1 < +2‬‬ ‫‪ o‬המרחק בין גרעיני היונים – ככל שהרדיוס האטומי של היונים גדול יותר‪ ,‬הקשר יהיה ארוך יותר וחוזקו יקטן‪.‬‬ ‫הקשר המתכתי‬ ‫סריג קטיונים בים של אלקטרונים חופשיים ובלתי מאותרים‪.‬‬ ‫נקודות ההתחה והרתיחה של מתכות משתנות מאוד ) יכולות להיות גדולות מחומרים יונים או קטנות מהם‬ ‫משמעותית(‪.‬‬ ‫סריג קוולנטי ‪ /‬רשת קוולנטית‬ ‫לדוגמה‪:‬‬ ‫‪ o‬יהלום ‪ -‬כל פחמן קשור לארבעה פחמנים נוספים‬ ‫‪ o‬גרפיט ‪ -‬כל פחמן קשור לשלושה פחמנים נוספים במבנה של שכבות‪ ,‬בינהן נוצרים מעט קשרי ואן דר ואלס‪.‬לכל‬ ‫פחמן נשאר אלקטרון ערכיות אחד שלא יוצר קשר ומחפש דרך "להיות מזווג"‪ ,‬מדובר במטען חשמלי נייד ולכן‬ ‫גרפיט מוליך חשמל‪.‬‬ ‫‪ o‬צורן – סריג אטומרי המורכב מאטומי ‪) Si‬צורן ‪ /‬סיליקון(‪.‬משמש בתעשיית האלקטרוניקה כמוליך למחצה‪.‬‬ ‫‪ o‬צורן חמצני ‪ /‬קוורץ – סריג אטומרי של ‪ Si‬שלכל אחד מהם קשורים ‪ 4‬אטומי חמצן‪.‬הנוסחה היא ‪ ,SiO2‬נראית כמו‬ ‫נוסחה מולקולרית אבל היא לא‪.‬‬ ‫סיכום תכונות חומרים מוצקים‬ ‫הולכה חשמלית‬ ‫קשיחות ושבירות‬ ‫נקודת התחה‬ ‫סוג המוצק‬ ‫לא מוליך חשמל‬ ‫רך ושביר‬ ‫נמוכה )קשרי ואן דר ואלס‬ ‫מולקולרי‬ ‫‪ /‬מימן(‬ ‫מוליכה‬ ‫קשיחות משתנה‪ ,‬לא‬ ‫משתנה‬ ‫מתכת‬ ‫שבירה‬ ‫לא מוליך חשמל במצב‬ ‫קשה ושביר )כשנותנים‬ ‫גבוה עד מאוד גבוה‬ ‫יוני‬ ‫צבירה מוצק‪ ,‬רק בנוזל‬ ‫מכה בפטיש‪ ,‬מזיזים יון‬ ‫ובתמיסה‬ ‫חיובי לחיובי ויש קשר של‬ ‫דחייה(‬ ‫לרוב לא מוליך חשמל‬ ‫מאוד קשה‬ ‫מאוד גבוה‬ ‫סריג קוולנטי‬ ‫‪12‬‬  ‫תגובות כימיות‬ ‫‪13‬‬  ‫תמיסות )‪(Solutions‬‬ ‫הגדרת תמיסה – תערובת הומוגנית כשהממס הוא החומר שנמצא בכמות גדולה יותר והמומס בכמות קטנה יותר‪.‬‬ ‫‪ o‬תמיסה מימית – הממס הוא מים‬ ‫תמיסות מימיות‬ ‫‪ o‬תרכובות יוניות – לרוב מתפרקות במים ליונים שלהן )פרט למלחים קשי תמס(‬ ‫ חומרים קשי תמס ‪ -‬חומרים יונים שיוצרים משקע כשמכניסים אותם למים‪.‬יש מערכת של חוקים לקביעה אם‬ ‫חומר יוני הוא קל תמס או קשה תמס‪.‬לא צריך לזכור איזה מלחים הם קלי וקשי תמס – זה יהיה נתון בשאלה‪.‬‬ ‫‪ o‬תרכובות מולקולריות – לרוב מתממוססות במים אך לא מתפרקות‬ ‫ יש תרכובות מולקולריות מסוימות שמגיבות עם מים כשהן מתפרקות )ליונים שלהן(‪ ,‬גם בתרכובות הללו‪,‬‬ ‫התגובה לא תהיה בכל המולקולות‪ ,‬רק בחלקן‪.‬‬ ‫‪ o‬אלקטרוליט – חומר שמתפרק ליונים כשהוא מתמוסס במים‬ ‫ אלקטרוליט חזק‪ :‬חומר שמתפרק ברובו ‪ /‬במלואו ליונים כשמכניסים אותו למים‪.‬מלחים‪ ,‬חומצות חזקות‬ ‫ובסיסים חזקים הם אלקטרוליטים חזקים‪.‬לדוגמה – מלח שולחן‪ ,NaCl ,‬מתפרק כולו ליונים כשמכניסים אותו‬ ‫למים‪.‬התמיסה תוליך חשמל בצורה טובה‪.‬‬ ‫ אלקטרוליט חלש‪ :‬חומר שמעט ממנו מתפרק ליונים כשמכניסים אותו למים‪ ,‬לדוגמה ‪ -‬חומצות חומץ‪,‬‬ ‫‪ ,CH3COOH‬מתפרקות בחלקן הקטן מאוד למים ויוצרות )‪.CH3COO-(aq) + H+(aq‬התמיסה תוליך חשמל באופן‬ ‫חלקי‪.‬‬ ‫‪ o‬נונאלקטרוליט – חומר יוני שלא מתפרק ליונים שלו )מתיינן( כשמכניסים אותו למים‪.‬‬ ‫‪14‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫תגובות שיקוע‬ ‫תגובות שבהן התמוססות במים מובילות לחומר שלא מתמוסס במים – משקע ) ‪.(s /‬היונים שלא משתתפים הם‬ ‫יונים משקיפים‪.‬‬ ‫ניסוחים לתגובות שיקוע‪:‬‬ ‫‪ o‬משוואה מולקולרית –‬ ‫רושמים את התרכובות היוניות קלות התמס כאילו הן תרכובת מולקולרית כשבפועל אנחנו צריכים לדעת‬ ‫שבתמיסה יש יונים חופשיים‪.‬את המשקע רושמים כרגיל‪.‬‬ ‫‪ o‬משוואה יונית –‬ ‫רושמים את היונים של התרכובות היוניות קלות התמס בנפרד‪.‬את המשקע רושמים כרגיל‪.‬‬ ‫‪ o‬משוואה יונית נטו –‬ ‫צמצום החומרים שזהים בתוצרים ובמגיבים‪.‬‬ ‫חומצות בסיסים‬ ‫** אינדיקטור מיץ כרוב – מסייע לזהות אם מדובר בחומצה ‪ /‬בסיס על פי צבע‪.‬‬ ‫לחומצות ולבסיסים יש ‪ 3‬הגדרות שונות‪:‬‬ ‫‪ o‬הגדרת ארניוס – מתייחסת רק לחומרים שנמצאים במים‪.‬‬ ‫ חומצה – חומר שכשמכניסים אותו למים‪ ,‬ייצר יוני ‪.H+‬‬ ‫לדוגמה‪HCl(aq)  H+(aq) + Cl-(aq) :‬‬ ‫על אף שכותבים ‪ ,H+‬בפועל – ‪ H+‬אף פעם לא נמצא חופשי בתוך מים אלא הופך ליון הידרוניום )‪ (H3O+‬ולכן‬ ‫אפשר לכתוב גם ככה‪) HCl(g) + H2O(l)  H3O+(aq) + Cl-(aq) :‬ה‪ H+-‬התחבר עם המים לקבלת ‪.(H3O‬‬ ‫‪ −‬חומצה חזקה – חומצה שמגיבה עד תום )אלקטרוליט חזק(‪.‬מרבית התרכובות היוניות שמכילות ‪ H+‬הן‬ ‫חומצות חזקות‪.‬כל התרכובות יוניות המכילות יונים הלוגניים ומימן )‪ ,(HI ,HBr ,HCl‬הן חומצות חזקות פרט‬ ‫ל‪.HF-‬‬ ‫‪ −‬חומצה חלשה – חומצה שלא מגיבה עד תום )אלקטרוליט חלש( לדוגמה ‪.HF‬‬ ‫ בסיס – חומר שכשמכניסים אותו למים‪ ,‬ייצר יוני הידרוקסיד ‪.OH-‬‬ ‫לדוגמה‪NaOH(aq)  Na+(aq) + OH-(aq) :‬‬ ‫או התמוססות אמוניה במים‪) NH3(g) + H2O(l)  NH4(aq) + OH-(aq) :‬המים מתפרקים ליונים ואז ה‪ H+-‬מתחבר‬ ‫עם האמוניה(‪.‬‬ ‫‪ −‬בסיס חזק – בסיס שמגיב עד תום )אלקטרוליט חזק( כל חומר יוני שמכיל יוני הידרוקסיד‪.‬‬ ‫‪ −‬בסיס חלש – בסיס שלא מגיב עד תום‪.‬‬ ‫‪15‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫המשך חומצות ובסיסים‬ ‫תגובות סתירה‬ ‫תגובה בין חומצה לבסיס‪ ,‬במהלכה נוצרות מולקולות מים‪.‬‬ ‫לדוגמה‪2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq)  CaCl2(aq) + 2H2O(l) :‬‬ ‫ניסוח תגובת סתירה יונית נטו‪H+(aq) + OH-(aq) --> H2O(l) :‬‬ ‫‪ o‬תרגול‪:‬‬ ‫‪ o‬הגדרת ברונסדט ‪ -‬לאורי‬ ‫ חומצה – מוסרת ‪H+‬‬ ‫‪ −‬חומצה חד פרוטית ‪ -‬חומצה שיכולה לשחרר רק ‪ H+‬אחד‬ ‫‪ −‬חומצה רב פרוטית – חומצה שיכולה לשחרר יותר מ‪ H+-‬אחד‬ ‫ בסיס – מקבל ‪H+‬‬ ‫לדוגמה בתגובה‪.HCl(aq) + H2O (l)  H3O+(aq) + Cl-(aq) :‬ה‪ HCl-‬מוסר ‪ H+‬ולכן משמש כחומצה‪ ,‬בעוד המים‬ ‫מקבלים ‪ H+‬ולכן משמשים כבסיס‪.‬‬ ‫בתגובה‪.NH3(aq) + H2O(aq)  NH4+4(aq) + OH-(aq) :‬האמוניה מוסרת ‪ H+‬ומשמשת כחומצה‪ ,‬בעוד המים הפעם‬ ‫משמשים כבסיס‪.‬‬ ‫כלומר על פי הגרה זו‪ ,‬מים יכולים לשמש גם כחומצה וגם כבסיס‪.‬בהגדרה זו נשתמש בכימיה אורגנית‪.‬‬ ‫דוגמה לתגובת חומצה – בסיס שבה נוצר גז‬ ‫)‪Na2CO3(aq) + 2HCl(aq)  2NaCl(aq) + H2CO3(aq‬‬ ‫)‪H2CO3(aq)  CO2(g) + H2O(l‬‬ ‫)‪Na2CO3(aq) + 2HCl(aq)  2NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l‬‬ ‫‪16‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫תגובות חמצון – חיזור‬ ‫)‪Cu+(aq) + Fe+3(aq)  Cu+2(aq) + Fe+2(aq‬‬ ‫מחציות התגובה‪:‬‬ ‫‪Cu+(aq)  Cu+2(aq) + e‬‬ ‫)‪Fe+3(aq) + e  Fe+2(aq‬‬ ‫‪ o‬תהליך החמצון – הפסד ‪ e‬ועלייה בדרגת החמצון‬ ‫‪ o‬תהליך חיזור – הרווחת ‪ e‬וירידה בדרגת החמצון‬ ‫קביעת דרגת החמצון‬ ‫‪.1‬תרכובת נטרלית ‪ -‬סכום דרגות החמצון בתרכובת נטרלית תמיד יהיה שווה ל‪.0-‬‬ ‫‪.2‬תרכובות יונית – דרגת החמצון שווה למטען היון‬ ‫‪.3‬חמצן – ברוב התרכובות דרגת החמצון שלו תהיה ‪ ,-2‬פרט ל‪ O2-‬שם היא תהיה ‪ 0‬ופרט ל‪ H2O2-‬ותרכובות נוספות‬ ‫בה היא תהיה ‪.-1‬‬ ‫‪.4‬מימן – ברוב התרכובת דרגת החמצון תהיה ‪ +1‬פרט לתרכובות עם מתכת שם ישמש כיון שלילי ודרגת החמצון‬ ‫שלו תהיה ‪.-1‬‬ ‫‪.5‬הלוגנים – ‪ F‬תמיד ‪.-1‬שאר ההלוגנים‪ ,‬לרוב ‪ ,-1‬פרט לכשהם בתרכובת עם הלוגן בעל אלקטרושליליות גבוהה‬ ‫משלהם )יותר גבוה מהם בטבלה המחזורית( או בתרכובת עם חמצן‪.‬‬ ‫‪.6‬יון מורכב – סכום דרגות החמצון של האטומים המרכיבים אותו שווה למטען היון‪.‬‬ ‫דוגמאות לתגובות חמצון חיזור‪:‬‬ ‫‪ o‬תגובת צירוף‪" - 2Na(s) + Cl2(g)  2NaCl(s) :‬משניים יצא אחד"‪.‬הנתרן מחזר‪ ,‬הכלור מחמצן‬ ‫‪ o‬תגובת פירוק‪ – 2HgO(s)  2Hg(l) + O2(g) :‬החמצן מחזר‪ ,‬הכספית מחמצנת‬ ‫‪ o‬תגובת החלפת מיקום‪ Zn – Zn(s) + 2HCl(aq)  ZnCl2(aq) + H2(g) :‬מחזר‪ ,‬מימן מחמצן‬ ‫‪ o‬תגובת שריפה‪ – 2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s) :‬תגובה בה חומר מגיב עם אוויר לפליטת חום )להבה(‪.‬מגנזיום מחזר‪,‬‬ ‫חמצן מחמצן‬ ‫איזון תגובות חמצון חיזור‪:‬‬ ‫‪.1‬מזהים מי החמצן ומי המחזר‬ ‫‪.2‬מאזנים את שני חצאי התגובות ומוודאים שמספר האלקטרונים שנמסרים ומתקבלים זהה‬ ‫‪.3‬מאזנים את שאר התגובה‬ ‫‪17‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫תגובות חמצון – חיזור בסביבה בסיסית ‪ /‬חומצית‬ ‫איזון משוואות חמצון – חיזור בסביבה חומצית‬ ‫‪.1‬קביעת מחמצן מחזר על פי השינויים ברמת החמצון‬ ‫‪.2‬איזון חצאי המשוואות‪:‬‬ ‫‪ o‬לאזן את כל האטומים פרט למימן ולחמצן‬ ‫‪ o‬לאזן את החמצן בעזרת הוספת מים‬ ‫‪ o‬לאזן את המימן על ידי הוספת ‪) H+‬נתון שהתגובה בוצעה בסביבה חומצית – תצורה אחרת של ‪(H3O+‬‬ ‫‪ o‬איזון המטען על ידי הוספת אלקטרונים במקום המתאים‬ ‫‪ o‬איזון שני חצאי התגובה בהתאם למספר האלקטרונים שעובר בכל אחת מהן‬ ‫‪.3‬מחברים את שתי המשוואות ומצמצים ‪ e‬ומולקולות אם יש צורך‬ ‫‪8H+ + 5Fe+2(aq) + MnO4-(aq)  5Fe+3(aq) + Mn+2 + 4H2O‬‬ ‫חצאי תגובות‪:‬‬ ‫‪5Fe+2 + 5e  5Fe+3‬‬ ‫‪MnO4- + 8H+ + 5e  Mn+2 + 4H2O‬‬ ‫איזון משוואות חמצון – חיזור בסביבה בסיסית‬ ‫‪.1‬איזון רגיל כמו בסביבה חומצית‬ ‫‪.2‬הוספת יוני ‪ OH-‬באותה כמות כמו יוני ה‪ H+-‬בשני הצדדים‬ ‫‪.3‬יוצרים תגובת סתירה‪ H+ + OH-  H2O :‬על פי היחסים המתאימים‪ ,‬על מנת "למחוק" את ה‪.H+-‬‬ ‫‪.4‬מארגנים את מולקולות המים מחדש‪.‬‬ ‫)‪MnO4-(aq) + SO4-2(aq) +2H+(aq)  2MnO2(aq) + 3SO4-2(aq) + H2O(l‬‬ ‫)‪MnO4-(aq) + SO4-2(aq) +2H+(aq) + 2OH-(aq)  2MnO2(aq) + 3SO4-2(aq) + H2O(l) + 2OH-(aq‬‬ ‫)‪MnO4-(aq) + SO4-2(aq) + 2H2O(l)  2MnO2(aq) + 3SO4-2(aq) + H2O(l) + 2OH-(aq‬‬ ‫)‪MnO4-(aq) + SO4-2(aq) + H2O(l)  2MnO2(aq) + 3SO4-2(aq) + 2OH-(aq‬‬ ‫טיפים למבחן‪:‬‬ ‫‪ o‬לפעמים יהיה רשום סביבה בסיסית ‪ /‬חומצות‪ ,‬ולפעמים יוסיפו ‪ H+‬או ‪ OH-‬במגיבים ‪ /‬בתוצרים )רמז למיקום(‬ ‫‪ o‬תמיד מדובר בתמיסה מימית וצריך להוסיף מים‪.‬לפעמים יהיה כבר מים בתגובה ואז זה רמז למיקום שלהם‬ ‫‪18‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫ריכוז מולרי ‪ /‬מולריות )‪(C / M‬‬ ‫מספר מולי מומס‬ ‫= ‪Molarity M/C‬‬ ‫נפח‬ ‫‪ – n o‬מספר מולים‬ ‫‪ – V o‬ריכוז מולרי במולר‬ ‫‪ – V o‬נפח בליטרים‬ ‫כתיבה נוספת היא על ידי סוגריים מרובעות‪ ,‬לדוגמה‪.[NaCl] = 0.5M :‬אם לא רשום ממס‪ ,‬מדובר במים‪.‬‬ ‫אחוז מסה‬ ‫מסת המומס‬ ‫= )ריכוז באחוזי מסה( ‪𝑊eight precent‬‬ ‫‪X 100%‬‬ ‫מסה כוללת של התמיסה‬ ‫‪ o‬מסת התמיסה = מסת המומס ‪ +‬מסת הממס‬ ‫צפיפות התמיסה‬ ‫מסת התמיסה ממס מומס‬ ‫= )‪ (d‬צפיפות התמיסה‬ ‫‪X 100%‬‬ ‫נפח התמיסה‬ ‫מיהול )הוספת מים(‬ ‫של הממס הוא ‪.n‬‬ ‫נניח שיש תמיסה עם נפח ‪ V1‬וריכוז ‪ – C1‬מספר המולים‬ ‫מוהלים את התמיסה‪ ,‬כלומר מוסיפים לה מים‪ ,‬כך שכרגע הנפח הוא ‪ V2‬והריכוז הוא ‪ – C2‬אך מספר המולים של‬ ‫הממס נשאר ‪.(n = CV) n‬‬ ‫לפיכך כאשר מוהלים‪V1C1 = V2C2 :‬‬ ‫‪ = V1 o‬נפח התמיסה לפני המהילה )מרוכז(‬ ‫‪ = C1 o‬ריכוז התמיסה לפני המהילה )מרוכז(‬ ‫‪ = V2 o‬נפח התמיסה אחרי המהילה‬ ‫‪ = C2 o‬ריכוז התמיסה אחרי המהילה‬ ‫‪19‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫טטרציה‬ ‫‪ o‬טטרציה של חומצה בסיס = טטרציה הוא תהליך שבו קובעים ריכוז מולרי של תרכובת כולשהי על פי יצירת תגובת‬ ‫סתירה והשוואת יחסי המולים‪ ,‬תוך שימוש באינדיקטור‪.‬‬ ‫לדוגמה‪:‬‬ ‫נתון‪ :‬תמיסת ‪ ,HCl‬כאשר נפחה ‪ 20cc‬אך ריכוזה המולרי אינו ידוע )? = ‪.(V1 = 20cc, C1‬‬ ‫תהליך הטטרציה‪ :‬הכנסת תמיסה בסיסית‪ ,NaOH ,‬שריכוזה המולרי ‪.0.1M‬כאשר הטטרציה תסתיים )הצבע ישתנה‬ ‫לסגול(‪ ,‬הנוזל יהפוך לסגול בהיר מאוד )אינדיקטור לבסיס(‪ ,‬ונמדוד את הנפח שהוכנס )‪.(V2‬‬ ‫התגובה שהתרחשה‪ – HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H2O(l) :‬יחסי המולים בין המגיבים הם ‪.1:1‬הוכנסו ‪0.1‬‬ ‫ליטרים של תמיסת ‪.NaCl‬‬ ‫חישוב‪:‬‬ ‫‪ o‬בסיום התהליך‪nOH = nH3O :‬‬ ‫‪ o‬לפיכך‪ V1C1 = V2C2 :‬או ‪C1 = (V2C2)/V1‬‬ ‫‪C2 = (10X0.1)/20 = 0.05M o‬‬ ‫דגש חשוב‪ :‬יש לשים לב ליחסי המולים בתגובה – לעיתים מדובר בחומצה דו פרוטית לדוגמה ואז יחסי המולים בין‬ ‫החומצה לבסיס יהיו ‪ 2:1‬ולא ‪.1:1‬‬ ‫‪20‬‬  ‫תגובות שמתרחשות במים‬ ‫חישוב ‪pH‬‬ ‫תזכורת על חוקי לוגים‪:‬‬ ‫‪log10Xa = a log10X o‬‬ ‫‪log10b + log10a = log 10(bXa) o‬‬ ‫‪log10b - log10a = log 10(b/a) o‬‬ ‫‪logac = logbc / logba o‬‬ ‫‪lnX = logeX o‬‬ ‫** ‪ p‬בכימיה זה ‪– log‬‬ ‫]‪pH = - log 10[H+] = - log10 [H3O+‬‬ ‫‪[H+] = [H3O+] = 10-pH‬‬ ‫]‪pOH = - log 10[OH-‬‬ ‫‪[HO-] = 10-pOH‬‬ ‫מספר דגשים‪:‬‬ ‫‪ = 0 < pH < 7 o‬חומצה‬ ‫‪ = 7 < pH < 14 o‬בסיס‬ ‫‪ o‬ככל שה‪ pH-‬עולה‪ ,‬ריכוז יוני ה‪ H+-‬יורד‬ ‫‪ o‬במים טהורים‪ ,[H+] = [H3O+] = [OH-] = 10-7M :‬לכן ‪pH = pOH = 7‬‬ ‫‪ o‬בטמפרטורת החדר )‪ 25‬מעלות צלזיוס(‪:‬‬ ‫ ‪[H+] X [OH-] = 10-14 = Kw‬‬ ‫‪ = Kw −‬קבוע‬ ‫‪ −‬מכך נובע שאם ריכוז ה‪ H+-‬עולה‪ ,‬ריכוז ה‪ OH--‬יורד ולהיפך‬ ‫ ‪pH + pOH = 14‬‬ ‫‪21‬‬  ‫גזים‬ ‫‪22‬‬  ‫גזים‬ ‫תכונות של גזים‬ ‫‪ o‬התכונות הפיזיקליות של גזים דומות‬ ‫‪ o‬לרוב תרכובות של גזים מורכבות מנוסחאות פשוטות ומסה מולרית נמוכה‬ ‫‪ o‬שלא כמו נוזלים ‪ /‬מוצקים‪ ,‬גזים‪:‬‬ ‫ ממלאים את נפח הכלי‬ ‫ ניתנים לדחיסה‬ ‫ יש צפיפות נמוכה‬ ‫‪ o‬שני גזים או יותר יוצרים תערובות הומוגנית‬ ‫לחץ )‪(Pressure‬‬ ‫לחץ הוא הכוח שמפעיל הגז על סביבתו‬ ‫‪kg X m‬‬ ‫כוח )מסה ‪ X‬תאוצה( ‪N -‬‬ ‫= יחידת ניוטון )‪(N‬‬ ‫= לחץ )‪(P‬‬ ‫‪s2‬‬ ‫שטח – ‪m2‬‬ ‫יחידות לחץ‪:‬‬ ‫‪SI o‬‬ ‫ ‪1 pascal (Pa) = 1 kg/(m s2) = 1 N/m2‬‬ ‫‪ o‬יחידות אחרות‪:‬‬ ‫ ‪1 bar = 105 Pa = 100 kPa‬‬ ‫ ‪1 atm = 101.325 kPa = 1.01325 bar‬‬ ‫ ‪1 atm = 760 torr = 760 mm Hg‬‬ ‫ )‪1 atm = 14.7 pai (Pounds per Square Inch‬‬ ‫בכימיה נשתמש בעיקר באטמוספירה ובמ"ל כספית‬ ‫מדידת לחץ‪:‬‬ ‫את הלחץ נמדוד באמצעות ברומטר‪ ,‬כאשר בברומטר נמדוד באמצעות יחידות של ‪760 mm Hg = 1 ) mm Hg‬‬ ‫‪.(atm‬ככל שהכספית בברומטר עולה יותר‪ ,‬הלחץ שמפעיל הגז גדול יותר‪.‬‬ ‫פיתוח נוסחה – לא למבחן‪:‬‬ ‫‪P=dXgXh‬‬ ‫‪ – P o‬לחץ )במ"ל כספית(‬ ‫‪ = g o‬תאוצת כדור הארץ )‪(g = 9.81‬‬ ‫‪ – h o‬הגובה שהכספית עולה‬ ‫‪23‬‬  ‫גזים‬ ‫מדידת שינוי בלחץ‬ ‫את השינוי בלחץ הגז מלחץ האטמוספירה נמצא באמצעות מנומטר‬ ‫‪Pgas = Patm + h‬‬ ‫‪ – h o‬ההפרש בין גבהי הכספית במילימטר‬ ‫‪ – P o‬הלחץ ביחידות מילימטר כספית‬ ‫‪ – Patm o‬בגובה פני הים הלחץ האטמוספרי הוא ‪.(1atm=) 760mmHg‬ככל שעולים בגובה‪ ,‬הלחץ יורד‪.‬‬ ‫חוקי הגזים‬ ‫בחוק הגזים מניחים שכל הגזים הם גזים אידאליים‪ ,‬כלומר‪:‬‬ ‫‪ o‬נפח החלקיק של הגז זניח לעומת נפח הגז כולו‬ ‫‪ o‬אין משיכה בין חלקיקי הגזים‬ ‫ייצוגים‪:‬‬ ‫‪ – V o‬נפח הגז‬ ‫‪ - P o‬לחץ הגז‬ ‫‪ – T o‬טמפרטורה בקלווין )תמיד בתרומודינמיקה(‬ ‫‪ – n o‬מספר המולים‬ ‫‪ – R o‬קבוע הגזים = משתנה בהתאם ליחידות‪ ,‬פירוט בעמוד הבא‬ ‫‪ (1‬חוק בויל )‪ :(Boyle‬כאשר ‪ T‬ו‪ n-‬קבועים )‪ 1‬לפני השינוי‪ 2 ,‬אחרי השינוי( ‪P1V1 = P2V2 -‬‬ ‫‪ (2‬חוק צארלס )‪ :(Charles‬כאשר ‪ P‬ו‪ n-‬קבועים – ‪ V1 = V2‬או ‪ ,V  T‬כלומר ‪ V‬פרופורציונלי ל‪T-‬‬ ‫‪T1 T2‬‬ ‫**בעקבות ניסויי החוק הזה‪ ,‬נקבע האפס המוחלט – טמפרטורה שבה כל הגזים מגיעים לנפח "אפסי"‪.‬‬ ‫‪ (3‬חוק אבוגדרו‪ :‬כאשר ‪ P‬ו‪ T-‬קבועים‪ V1 = V2 - :‬או ‪V  n‬‬ ‫‪n1 n2‬‬ ‫משוואת הגז האידאלי‪P V = n R T :‬‬ ‫‪P1V1‬‬ ‫‪P2V2‬‬ ‫חוק הגזים המשולב‪:‬‬ ‫=‬ ‫‪T1 n1‬‬ ‫‪T2 n2‬‬ ‫תנאי תקן‪:‬‬ ‫‪ – STP‬תנאים סטנדרטיים – לזכור למבחן‬ ‫‪273.15°K = 0°C = T o‬‬ ‫‪1 atm = P o‬‬ ‫בתנאים אלו‪ ,‬הנפח של ‪ 1‬מול גז הוא ‪.22.4 l‬‬ ‫)‪n(gas) = V(gas‬‬ ‫‪24‬‬ ‫באמצעות נתון זה‪ ,‬אפשר לחשב של מספר המולים של הגז‪ ,‬בהינתן נפחו בתנאי ‪22.4 :STP‬‬  ‫גזים‬ ‫קבוע הגזים‪:‬‬ ‫‪ o‬אם ה‪ P-‬באטמוספירה‪:‬‬ ‫ )‪R = 0.08206 l atm / (K mol‬‬ ‫‪ o‬אם ה‪ P-‬ב‪ mm Hg-‬או ב‪torr-‬‬ ‫ )‪R = 62.36 l torr /(K mol‬‬ ‫צפיפות הגז )‪ – (d‬ביחידות של ‪g/l‬‬ ‫‪d = MW P‬‬ ‫‪RT‬‬ ‫‪MW = d R T‬‬ ‫‪P‬‬ ‫חוק דלתון‬ ‫אם יש תערובת גזים‪ ,‬הלחץ הכולל שווה לסכום הלחצים החלקיים‪Ptotal = PA + PB + Pc + …. :‬‬ ‫חישוב לחץ כולל‬ ‫‪PT = (nA + nB + nC + ….) R T = nT R T‬‬ ‫‪V‬‬ ‫‪V‬‬ ‫חישוב לחץ חלקי של גז‬ ‫‪PA nA‬‬ ‫‪PA = XA PT‬‬ ‫= ‪XA‬‬ ‫=‬ ‫‪PT nT‬‬ ‫** ‪ XA‬הוא השבר המולי של גז ‪.A‬‬ ‫איסוף גז מעל מים‬ ‫יש טבלה המפרטת את לחץ אדי המים בכל טמפרטורה‪.‬זה יופיע כנתון במבחן‪.‬‬ ‫על מנת לחשב את הלחץ של הגז הנוצר‪ ,‬צריך לבדוק מה הלחץ הכולל ולהחסיר ממנו את לחץ אדי המים הנתון עבור‬ ‫אותה טמפרטורה )‪(PA = PT – PH2O‬‬ ‫‪25‬‬  ‫התאוריה הקינטית של הגזים‬ ‫בתאוריה הקינטית של הגזים אנחנו מניחים שגזים הם גזים אידיאליים‪.‬‬ ‫תזכורת – גזים אידאליים‪:‬‬ ‫‪ o‬נפח החלקיק של הגז‪ ,‬זניח לעומת נפח הגז כולו‬ ‫‪ o‬אין משיכה בין חלקיקי הגזים‬ ‫‪ o‬החלקיקים נעים באופן רנדומלי ובמהירות גבוהה‬ ‫‪ o‬התנגשות חלקיקי הגזים היא אלסטית ולא פלסטית‪ ,‬כל הארגיה היא אנרגיה קינטית ולא עוברת לאנרגיית חום‬ ‫‪ o‬אנרגיית הגז תלויה אך ורק בטמפרטורה‪ ,‬כיוון שיש לו אנרגיה קינטית בלבד‬ ‫מונחים חשובים‪:‬‬ ‫‪ o‬דיפוזיה – ערבוב של מולקולות גז בגז אחר על ידי תנועה אקראית תוך התנגשויות בין החלקיקים‪ ,‬עד להשוואת‬ ‫ריכוזים‬ ‫‪ o‬איפוזיה ‪ -‬בריחת של מולקולות גז דרך חור קטן לתוך חלל עם וואקום‪ ,‬מבלי שתהיה התנגשות בין מולקולות עד‬ ‫להגעה לשיווי משקל‬ ‫** מבחינתינו בקורס‪ ,‬נתייחס לשני המונחים באופן זהה‬ ‫‪26‬‬  ‫תכונות קולגטיביות‬ ‫‪27‬‬  ‫תכונות קולגטיביות‬ ‫תכונות קולגטיביות – תכונות שלא מושפעות מסוג החומר‪ ,‬אלא מכמותו‬ ‫מולליות )‪– (m‬‬ ‫דרך אחרת להביע ריכוז‪ ,‬שונה ממולריות‪.‬המולליות לא תלויה בטמפרטורה לדוגמה )במולריות הנפח משתנה‬ ‫בטמפרטורות שונה(‪.‬‬ ‫מספר מולים של מומס )‪(n‬‬ ‫= מולליות )‪(m‬‬ ‫מסה של ממס בלבד )‪(m‬‬ ‫‪ o‬מולליות – יחידות של ‪ mol/kg‬או יחידת מולל ‪m -‬‬ ‫‪ o‬מולים של מומס )‪ – (n‬ב‪mol-‬‬ ‫‪ o‬מסה של ממס בלבד )‪ – (m‬בק"ג‬ ‫שבר מולי )‪– (X‬‬ ‫אם יש כמה ממסים‪ ,‬מחשבים עבור כל ממס בנפרד )בהכרח קטן ב‪.(1-‬לשבר מולי אין יחידות‪.‬‬ ‫מספר מולים של מומס )‪(n‬‬ ‫= שבר מולי )‪(X‬‬ ‫מספר מולים של כלל התמיסה )‪(nT‬‬ ‫‪.1‬חוק ראול‬ ‫קובע שלחץ האדים של חומר טהור בטמפרטורה מסויימת )‪ - Pº‬הנקודה מסמנת שמדובר בלחץ של חומר טהור(‬ ‫גבוה מלחץ האדים של תמיסה באותה טמפרטורה )‪ ,(P‬כאשר הממס הוא החומר הטהור ‪.Pº > P -‬‬ ‫בהנחה שהמומס לא נמצא באדים‪ ,‬ניתן לחשב את לחץ האדים של התמיסה על ידי המשוואה‪.:‬‬ ‫‪Pº‬ממס טהור ‪X‬השבר המולי של הממס = ‪P‬ממס בתמיסה‬ ‫ניתן להביע את החוק גם בצורה נוספת )‪P‬ממס בתמיסה ‪Pº -‬ממס טהור = ‪:(ΔP‬‬ ‫‪Pº‬ממס טהור ‪X‬השבר המולי של המומס = ‪ΔP‬‬ ‫דגשים בנוגע לחוק ראול‪:‬‬ ‫חוק ראול מתייחס לתמיסה כאידיאלית‪ ,‬כלומר‪:‬‬ ‫‪ o‬שהאינטרקציה בין הממס לעצמו‪ ,‬בין המומס לעצמו ובין שניהם היא זהה‪.‬‬ ‫‪ o‬שאם המומס נדיף נוכל לחשב לחץ כולל בצורה הבאה )‪ A‬מומס ו‪ B-‬ממס(‪Ptotal = PA + PB = PAXA + PBºXB :‬‬ ‫‪.2‬העלייה בנקודת הרתיחה‬ ‫)לוודא שהדלתא חיובי(‬ ‫נקודת הרתיחה של הממס בתמיסה גבוהה מנקודת הרתיחה שלו כחומר טהור‪m :‬תמיסה ‪Kb‬ממס = ‪ΔT‬‬ ‫‪ – Kb o‬קבוע אליוסקופי של הממס )קבוע רתיחה( – יחידות‪Cº kg / mol :‬‬ ‫‪ – m o‬המולליות של התמיסה – יחידות‪m :‬‬ ‫‪28‬‬  ‫תכונות קולגטיביות‬ ‫‪.3‬הירידה בנקודת בקיפאון‬ ‫)לוודא שהדלתא חיובי(‬ ‫נקודת הקיפאון של הממס בתמיסה יורדת מנקודת הקיפאון שלו כחומר טהור‪m :‬תמיסה ‪Kf‬ממס = ‪ΔT‬‬ ‫‪ – Kf o‬קבוע קריוסקופי של הממס )קבוע קיפאון( – יחידות‪Cº kg / mol :‬‬ ‫‪ – m o‬המולליות של התמיסה – יחידות‪m :‬‬ ‫‪.4‬לחץ אוסמוטי‬ ‫לחץ אוסמטי )‪ – (π‬נוזלים יעברו תמיד מריכוז גבוה לנמוך‪.‬לחץ אוסמוטי הוא הלחץ שמפעיל הנוזל על תחתית הכלי‬ ‫)ככל שגובה הנוזל יעלה‪ ,‬הלחץ האוסמוטי יגדל(‪.‬‬ ‫חישוב לחץ אוסמוטי‪π = C R T :‬‬ ‫‪ o‬לחץ אוסמוטי )‪ – (π‬ביחידות ‪atm‬‬ ‫‪ o‬מולריות )‪ – (c‬ביחידות ‪M‬‬ ‫‪ o‬קבוע הגזים )‪ – (R‬יחידות‪(atm L) / (mol K) :‬‬ ‫‪ o‬טפרטורה )‪ – (T‬במעלות קלווין‬ ‫מכך נובע שככל שריכוז המומס גבוה יותר )‪ ,(C‬הלחץ האוסמוטי גדול יותר )הגיוני כי יותר נוזל יעבור‪ ,‬הגובה יעלה‬ ‫והלחץ יגדל(‪.‬‬ ‫** לחץ אוסמוטי הפוך ‪ -‬אם נרצה למנוע מנוזלים לעבור מריכוז גבוה לריכוז נמוך‪ ,‬נוכל להפעיל לחץ על הנוזל עם‬ ‫הריכוז הנמוך לכיוון הריכוז הגבוה‪.‬הלחץ שמופעל נקרא "לחץ אוסמוטי הפוך"‬ ‫מקדם וונטהוף‬ ‫כל התכונות הקולגטיביות מתייחסות לריכוז של הממס‪.‬בחומרים יונים קלי תמס לדוגמה‪ ,‬התרכובת מתפרקת ליונים‬ ‫שלה והריכוז גדל )‪ NaCl‬לדוגמה מתפרק ל‪ Na+-‬ו‪ ,Cl--‬לכן אם הריכוז של כל אחד מהם בתמיסה יהיה ‪ ,1M‬אך ריכוז‬ ‫הממס בתמיסה יהיה ‪.(2M‬‬ ‫לפיכך‪ ,‬יצרו את מקדם וונטהוף )‪ (i‬שמייצג את היחס בין הריכוז של הנוסחה המולקולרית‪ ,‬לבין הריכוז של היונים‬ ‫עצמם בתמיסה‪.‬ב‪ NaCl-‬לדוגמה‪.i = 2 :‬את כל אחד מחוקי התכונות הקולגטיביות‪ ,‬מכפילים ב‪.i-‬‬ ‫מצאו שכשעובדים עם ריכוזים מאוד גבוהים ה‪ i-‬קטן‪ ,‬כיוון שהחלקיקים מושכים אחד את השני מאוד ואז כאילו "לא‬ ‫מתפרקים"‪.‬‬ ‫‪Pº‬ממס טהור ‪X‬השבר המולי של המומס ‪ΔP = i‬‬ ‫‪m‬תמיסה ‪Kb‬ממס ‪ΔT = i‬‬ ‫‪m‬תמיסה ‪Kf‬ממס ‪ΔT = i‬‬ ‫‪π=iCRT‬‬ ‫‪29‬‬  ‫מבנה וקישור‬ ‫‪30‬‬  ‫התיאוריה הקוונטית מכנית של אטומים‬ ‫חלקיקים לא מצייתים לחוקי ניוטון‪.‬עבור חלקיקים‪ ,‬יש תיאוריה שונה שנקראת מכניקה קוונטית‪.‬‬ ‫התיאוריה קובעת כי‪:‬‬ ‫‪ o‬לא ניתן לקבוע את המסלול המדוייק של אלקטרון‪.‬ניתן לקבוע את מיקומו באופן הסתברותי‪.‬‬ ‫‪ o‬אלקטרון מתנהג באופן דואלי ‪ -‬גם כחלקיק וגם כגל‪.‬‬ ‫‪ o‬האלקטרונים נעים ברמות קוונטיזציה – יש להם רמות מסויימות של אנרגיה )לא ערכים רציפים(‬ ‫משוואת שרדינגר‬ ‫משוואות חצי דיפרנציאליות‪ ,‬אותן לא נלמד לפתור‪ ,‬אך נשתמש בפתרונות‪:‬‬ ‫צפיפות הסתברות‪ :‬הסבירות למצוא אלקטרון במקום מסויים‬ ‫הקשר בין אנרגיית האלקטרון לרמות