הילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיה

מדעי החומרלכיתה ח

לכיתה חמדעי החומר

הילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיה

תוכן העניינים

פרק 1: מבוא

פרק 2: אטומים, יסודות והטבלה המחזורית

פרק 3: תערובות ותרכובות

פרק 4: שינויים בחומר

פרק 5: אנרגיה חשמלית

פרק 6: כוחות ותנועה

חוברת הדגמה לספרמדעי החומר לכיתה ח

3

בפרק זה נלמד ש...

כל החומרים בנויים מאטומים. •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".

מושגים שנכיר:

אטום

יסוד

גרעין, ענן אלקטרונים

אלקטרון, פרוטון, נויטרון

כוחות אלקטרוסטטיים

מספר אטומי

מולקולה

סריג

יון

טבלה מחזורית

משפחה כימית

פרק 2: אטומים, יסודות והטבלה המחזורית

4

חלקיקי החומר - אטומים ומולקולותכל 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

תוצאות ניסויים שערכו כדי להוכיח את קיומם של אטומים.

בסוף המאה ה–20 פותחו מיקרוסקופים היכולים להגדיל את תמונת החפץ

הנצפה עד פי 10 מיליון )מיקרוסקופים סורקים(. לראשונה יכלו המדענים לראות אטומים, ולהוכיח כי הם אכן קיימים.

בעוביו של קו זה, שסורטט בעיפרון, נכנסים כ -3 מיליון אטומי פחמן )העיפרון

עשוי מגרפיט, המורכב מאטומי פחמן(.

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.

2 מיקרומטר

צורן )סיליקון( תמונה זו של אטומי צורן נוצרה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים

אטום - כל החומרים בעולם מורכבים מאטומים.

5

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?

תשובה: חנקן, פחמן דו–חמצני, מתאן, חמצן ומימן הם מולקולות,

ארגון וניאון הם אטומים.

חמצןפחמן דו–חמצניחנקן מימןמתאן ניאוןארגון

• כל החומרים בעולם מורכבים מאטומים.• חלקיקי החומר יכולים להיות אטומים מסוגים שונים או מולקולות.

חלקיקי החומר, שבהם עסקנו בשנה שעברה, יכולים להיות אטומים מסוגים שונים או מולקולות* - צירופים של אטומים שהתחברו ביניהם.

לדוגמה:

מולקולה - שני אטומים או יותר המחוברים ביניהם.

חלקיקים של מים הם מולקולות מים, המורכבות מאטומים של חמצן ושל מימן

חלקיקים של הליום הם אטומים של הליום

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.

פחמן כספית

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.

יסוד - חומר הבנוי מסוג אחד בלבד של אטומים.

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(.

ברזל )מצופה בשכבת חלודה(

גפריתזהב

24

בניית אטומים ויונים

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 היסודותעד למאה ה–18 היו ידועים יסודות מועטים לאדם, חלקם היו מוכרים

לו עוד מתקופות קדומות, לדוגמה: ברזל, זהב, נחושת וגפרית.במאה ה–18 הואץ 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 1869 את הטבלה המחזורית.

בשנה זו כבר הכירו 63 יסודות. מנדלייב, שנהג לשחק בקלפים, הכין לכל יסוד כרטיס שבו כתב את שמו ואת תכונותיו. כאשר סידר את

63 הכרטיסים של היסודות בסדר עולה לפי המסה האטומית שלהם, גילה כי קיימת מחזוריות בתכונות היסודות: כל כמה יסודות מופיע

פסלו של מנדלייב, לצד תבליט של הטבלה יסוד שתכונותיו דומות ליסוד אחר, שקדם לו. המחזורית שבקיר המכון למדידה בסנקט

פטרבורג שברוסיה

www.ebaghigh.cet.ac.il

פעילותאל הרשת

825

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

מחזור - קבוצת היסודות הנמצאים באותה השורה

בטבלה המחזורית.משפחה - קבוצת היסודות

הנמצאים באותו הטור בטבלה המחזורית.

• 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.

928

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.

11 לחצו 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(.

21 לחצו על הכפתור מצב צבירה, ועיינו במיון היסודות לפי .מצב הצבירה שלהם בטמפרטורת החדר.

באיזה מצב צבירה נמצאות מרבית המתכות א. בטמפרטורת החדר?

איזו מתכת יוצאת דופן? מה מצב הצבירה שלה?ב.

מה תוכלו לומר על מצב הצבירה של האל–מתכות?ג.

שאלה 2: )א( מוצק; )ב( כספית, נוזל; )ג( אל–מתכות קיימות בטמפרטורת החדר בכל מצבי הצבירה.

www.ebaghigh.cet.ac.il

פעילותאל הרשת

אלומיניום הוא מתכת

פחמן בצורת יהלום. פחמן הוא אל–מתכת.

פעילות סיכום1034תערוכה 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.

בטבלה שלפניכם מתוארות התכונות של כמה יסודות.התאימו בין היסוד לבין המספר המסמן את מקומו המשוער בטבלה. הסבירו את בחירותיכם.

שאלה

לפניכם תבנית של טבלה מחזורית, שבה מסומנים במספרים ארבעה מקומות ריקים.

1

2

4

3

האם הוא פעיל מבחינה מראה חיצוניהיסודכימית?

האם הוא מוליך חשמל?

-כמעט שלאגז חסר צבעא

כןמאודמוצק שצבעו כסוףב

-מאודגז חסר צבעג

לאמאודמוצק שחור-סגולד

תשובה: )א( 4; )ב( 1; )ג( 2; )ד( 3

יסודות א' ו-ג' הם גזים ולכן אין נתונים

עבור המוליכות החשמלית שלהם.

No

ם ו י ל ב ו נ

1

2

3

4

5

6

7

57-71

89-103

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr Ra

Be B

Al

Ga

In

Tl

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

Ne

He

Ar

Kr

Xe

Rn

Mg

Ca Sc Ti V Cr Mn Fe NiCo Cu Zn

Ho Er Tm Yb LuLa Ce Pr Nd Pm Sm GdEu Tb Dy

En Fm Md No LrAc Th Pa U Np Pu CmAm Bk Cf

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Sr

Ba

מימן

ליתיום

נתרן

אשלגן

רובידיום

צזיום

פרנציום

בריליום

מגנזיום

סידן סקנדיום טיטניום ונדיום כרום מנגן

סטרונציום איטריום זירקוניום ניוביום מוליבדן טכניציום רותניום רודיום פלדיום כסף קדמיום

כספית תליום

אינדיום

גליום

אלומיניום

בור פחמן חנקן

זרחן

ארסן

אנטימון

ביסמוט

חמצן פלואור ניאון

הליום

ארגון

קריפטון

קסנון

רדון

כלור

ברום

יוד

אסטטין

גפרית

סלניום

טלור

פולוניום

גרמניום

בדיל

עופרת

צורן

בריוםפלטינהזהב

רדיום

ברזל קובלט ניקל נחושת אבץ

הפניוםטנטלוםטונגסטןרניוםאוסמיוםאירידיום

תוליום איטרביום לנתןלוטציום צריום פרסאודימיום ניודימיום פרומתיום סמריום אירופיום גדוליניום טרביום דיספרוסיום הולמיום ארביום

מנדלביום נובליום אקטיניוםלורנציום תוריום פרוטקטיניום אורניום נפטוניום פלוטוניום אמריציום קוריום ברקליום קליפורניום איינשטייניוםפרמיום

1

3 54

11 12

6 7 8 9 10Neניאון

10

13 14 15 16 17 18

19 20 31 32 33 34 35 3625 26 27 2821 22 23 24 29 30

37 38 49 50 51 52 53 5443 44 45 4639 40 41 42 47 48

55 56 81 82 83 84 85 8675 76 77 7872 73 74 79 80

87 88

67 68 69 70 7161 62 63 6457 58 59 60 65 66

99 100 101 102 10393 94 95 9689 90 91 92 97 98

2

הטבלה המחזורית מציגה את כל היסודות הכימיים לפי הסדר העולה

של המספרים האטומיים שלהם, החל במימן, שמספרו האטומי 1.

שם היסוד

מספר אטומי סימול כימי

1 2 3 4 5 6 7 8

הטבלה המחזורית של היסודות

סרקו את הקוד לטבלה המחזורית האינטראקטיבית שבילקוט הדיגיטלי

תמונות ואיורים

Graeme Dawes/shutterstock. - ניאון ;charobnica/shutterstock.com - על הכריכה: מסך מחשב - מטח ; כריכת הספר: טבלה מחזורית Bedrin/shutterstock.com - מנוף ; koya979/shutterstock.com - מולקולה ; Chris Pole/shutterstock.com - גפרור בוער ; com Mitsuhiro Terakawa - עמ' 4 תחתון ימין•• zhu difeng/shutterstock.com - עמ' 4 רקע•• RTimages/shutterstock.com - 3 'עמ

and Minoru Obara, Keio University )courtesy spie. http://spie.org( ••עמ' 4 תחתון שמאל - Enricoros at en.wikipedia ••עמ' 3 ימין - Pavlo Loushkin/shutterstock.com ; עמ' 3 שמאל - MarFot/shutterstock.com ••עמ' 6 מימין לשמאל מלמעלה למטה -

זהב - Julia Reschke/shutterstock.com ; ברזל - Fokin Oleg/shutterstock.com ; גפרית - Kletr/shutterstock.com ; כספית - Photo: Heidas - עמ' 24 עליון – מטח ••עמ' 24 תחתון•• leolintang/shutterstock.com - פחמן ; MarcelClemens/shutterstock.com

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sankt_Petersburg_Dmitri_Iwanowitsch_Mendelejew.jpg )CC BY-SA 3.0( ••עמ' 28 - Photo: .19 עמ' 34 - פורטרט של אלפרד נובל, מאה•• AptTone/ shutterstock.com - יהלום ; Picsfive/shutterstock.com - אלומניום

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 16, תל אביב 61394

ספרי לימוד במדע וטכנולוגיה לכיתות ז-ט

מדעי החומר לכיתה ז מדעי החיים לכיתה ז

מדעי החומר לכיתה ח מדעי החיים לכיתה ח)בפיתוח(

מדעי החיים לכיתה ט )בפיתוח(

עולם התזונה - בצמחים, בבעלי–חיים ובאדם )כיתה ט(

חידת התורשה )כיתה ט(

הילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיההילקוט הדיגיטלי במדע וטכנולוגיה www.ebag.cet.ac.il מספק 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 )LMS( מערכת מתקדמת לניהול למידה

לפרטים נוספים התקשרו לטלפון 1-800-366-555 Sherut@cet.ac.il או שלחו דואר אלקטרוני לכתובת

*השימוש בספרים דיגיטליים בהתאם להרשאות בית הספר