סיכום לבגרות בכימיה בנושא מושגי יסוד בכימיה והפרדת תערובות

–         מושגי יסוד בכימיה

–         שפת הכימאים.

–         תערובות והפרדתן.

חומר טהור
חומר שבכל חלקיו קיימות אותן תכונות כימיות ופיזיקליות קבועות, האופייניות רק לו. התכונות הייחודיות לחומר טהור כוללות למשל צבע, ריח, טעם, טמפרטורת היתוך, טמפרטורת רתיחה, צפיפות, משקל סגולי ועוד. תכונות אלו אינן תלויות בכמות החומר שבידינו – גם אם ניקח כמות קטנה או גדולה מהחומר, תכונותיו יישארו זהות.

יסוד
חומר טהור שכל חלקיקיו מורכבים מאטומים זהים זה לזה. יסוד הוא חומר בסיסי שאי אפשר לפרק אותו לחומרים פשוטים יותר בתהליכים כימיים רגילים. בטבע קיימים 92 יסודות טבעיים, ולכל יסוד שם, סימול כימי ותכונות משלו.
דוגמה ליסוד: חמצן – O₂ (מולקולת חמצן המורכבת משני אטומי חמצן זהים).

אטום
החלקיק הקטן ביותר שמרכיב את היסוד ושומר על תכונותיו. כל יסוד בטבלה המחזורית מורכב מאטומים זהים, כאשר כל האטומים של אותו היסוד מכילים את אותו מספר של פרוטונים בגרעין ואת אותו מספר של אלקטרונים מסביב לגרעין.
דוגמה לאטום: O – אטום בודד של חמצן.

מולקולה
חלקיק שמורכב מקבוצת אטומים הקשורים זה לזה בקשרים כימיים. המולקולה יכולה להיות בנויה ממספר אטומים זהים, ואז היא מולקולה של יסוד, או ממספר אטומים שונים, ואז היא מולקולה של תרכובת.

• כאשר האטומים זהים (למשל H₂ – מולקולת מימן), המולקולה שייכת ליסוד.

• כאשר האטומים שונים (למשל H₂O – מולקולת מים), המולקולה שייכת לתרכובת.

תרכובת
חומר טהור המורכב מסוגים שונים של אטומים הקשורים זה לזה בקשרים כימיים. התרכובת נוצרת בתהליך כימי שבו שני יסודות או יותר מתחברים למולקולות. לתרכובת יש תכונות חדשות ושונות לגמרי מתכונות היסודות שהרכיבו אותה.
דוגמאות לתרכובות: מים מזוקקים (H₂O), מלח בישול (NaCl), אצטון, חומצה חנקתית (HNO₃).

תערובת
שילוב של שני חומרים או יותר שנמצאים יחד באותו מקום אך לא יוצרים קשרים כימיים ביניהם, ולכן כל אחד מהחומרים שומר על תכונותיו. בתערובת אין יחס קבוע בין החומרים, ותכונות התערובת תלויות בהרכב וביחסים הכמותיים של החומרים שבה.

• תערובת הומוגנית (תמיסה) – תערובת אחידה במראה ובמרקם, שנראית כמו חומר אחד ולא ניתן להבחין בין מרכיביה בעין רגילה.
  דוגמאות: ג'ל לשיער, מיץ פטל, סוכר בכוהל, ברונזה (סגסוגת של נחושת ובדיל).

• תערובת הטרוגנית – תערובת לא אחידה, שבה ניתן להבחין בעין בכמה חומרים שונים המרכיבים אותה.
  דוגמאות: שמן ומים יחד, חול ומים.

גז (g)  ßß נוזל (l)  ßß מוצק (s)

גז (g) àà  נוזל (l) àà  מוצק (s)

–        גז הופך לנוזל בתהליך עיבוי.

–        נוזל הופך למוצק בתהליך קיפאון.

–        מוצק הופך לגז בתהליך המראה.

–        מוצק הופך לנוזל בתהליך היתוך.

–        נוזל  הופך לגז בתהליך רתיחה.

בימינו מסמלים את האטומים באמצעות אותיות לועזיות. כל יסוד מסומן באות לועזית גדולה (למשל: O, H, I). במידה והסימון של היסוד הוא ביותר מאות אחת, האות הראשונה הגדולה והאחרות קטנות (למשל: Mg, Br, Cl)

כאשר רוצים לכתוב מולקולה כלשהי, כותבים ליד סימן היסוד בלועזית את מספר האטומים של אותו היסוד במולקולה (לא צריכים לכתוב מספר אם יש רק אטום אחד של אותו היסוד). מספר זה נכתב ליד שם היסוד למטה בקטן (למשל: Mg₄ – מולקולה של 4 אטומי מגנזיום). כך גם נעשה במולקולה עם יותר מיסוד אחד, ליד כל יסוד כותבים את מספר האטומים שלו (למשל: C₆H₁₂O₆ – מולקולה של שישה אטומי פחמן, 12 אטומי מימן ושישה אטומי חמצן).

כאשר רוצים לכתוב מולקולה או אטום או יסוד שמופיע מספר פעמים, אך ללא קשר כימי, כותבים את מספר הפעמים שהוא מופיע לפני כל המולקולה (למשל: 2H₂O – שתי מולקולות של דו-מימן וחמצן).

אטום חמצן – O

שני אטומים של חמצן – 2O

מולקולה של יסוד חמצן – O₂ (הסבר בהמשך).

מולקולה של תלת-חמצן – O₃

מולקולה של דו-מימן וחמצן – H₂O

שתי מולקולות של דו-מימן וחמצן – 2H₂O

סימון מופשט יותר של אטומים ומולקולות ע"י ציורם בעיגולים.

דוגמאות: (האותיות שכתובות כאן אמורות להיות בתוך עיגולים אך זה לא מתאפשר בסיכום)

אטום חמצן – O

שני אטומים של חמצן – O   O

מולקולה של דו חמצן – OO

מולקולה של תלת חמצן – _OO_O

מולקולה של דו-מימן וחמצן – _HO_H

שתי מולקולות של דו-מימן וחמצן – _HO_H     HO_H

סימולי אטומים		סימולי מולקולות של יסודות
לפי דלתון	בימינו	לפי דלתון	בימינו
H	H מימן	HH	H2
N	N חנקן	NN	N2
O	O חמצן	OO	O2
P	P זרחן	PP PP	P4
S	S גופרית	SSS S     S SSS	S8
Cl	Cl כלור	ClCl	Cl2
Br	Br ברום	BrBr	Br2
F	F פלואור	FF	F2
I	I יוד	II	I2
		O OO	O3 אוזון

תהליכים בכימיה מנוסחים כך ששני החומרים אותם מחברים (המגיבים) כותבים בצד אחד ומחברים ביניהם בסימן + מהם עושים חץ ובצד השני כותבים את מה שיצא – התוצרים.

דוגמא:

• תערובת של מוצק שאינו נמס בנוזל:
  נפריד באמצעות סינון. הסינון נעשה בעזרת נייר סינון המונח בתוך משפך. הנוזל עובר דרך נייר הסינון ונאסף בכלי קיבול שמתחתיו, ואילו המוצק שאינו מתמוסס נשאר על נייר הסינון. שיטה זו מתאימה למשל להפרדת חול ממים.

• תערובת של שני נוזלים שאינם מתמוססים זה בזה:
  נפריד באמצעות משפך מפריד. הכלי מאפשר להפריד בין שכבות הנוזלים בזכות הבדל במשקל הסגולי שלהם (צפיפות שונה). הנוזל הכבד שוקע לתחתית המשפך ונרוקן אותו ראשון, ולאחר מכן את הנוזל הקל יותר. דוגמה לכך היא הפרדת שמן ומים.

• תערובת של שני נוזלים שמתמוססים זה בזה:
  נפריד באמצעות זיקוק משוכלל. בשיטה זו מחממים את התערובת כך שהנוזל בעל טמפרטורת הרתיחה הנמוכה יותר יתאדה ראשון. האדים מתעבים חזרה לנוזל ונאספים בכלי נפרד. זיקוק משוכלל מתאים כשקיים הבדל משמעותי בטמפרטורות הרתיחה, כמו בהפרדת כוהל ממים.

• תערובת של מוצק שנמס בנוזל:
  נפריד באמצעות זיקוק פשוט. בתהליך זה מחממים את התמיסה עד שהנוזל מתאדה ונאסף לאחר עיבוי, ואילו המוצק נשאר במיכל החימום. דוגמה לכך היא הפרדת מלח בישול ממים.

דוגמאות

הפרדת תערובת חול ומים
החול הוא חומר מוצק שאינו מתמוסס במים. כאשר מערבבים חול עם מים, החול שוקע לקרקעית משום שאינו יוצר תמיסה עם המים. כדי להפריד את החול מהמים נשתמש בשיטה שנקראת סינון. בתהליך זה המים עוברים דרך נייר סינון או רשת דקה, בעוד גרגרי החול נשארים על פני המסנן מכיוון שגודלם מונע מהם לעבור דרכו. זוהי שיטה קלאסית להפרדת תערובת של מוצק שאינו נמס בנוזל.

הפרדת תערובת שמן ומים
שמן ומים הם שני נוזלים שאינם מתערבבים זה בזה (אינם מתמוססים), בשל הבדלים בקוטביות שלהם: המים קוטביים והשמן אינו קוטבי. כתוצאה מכך השמן יצוף על פני המים ויתקבלו שתי שכבות נפרדות. לשם הפרדת השכבות נשתמש במשפך מפריד – כלי מיוחד המאפשר לרוקן תחילה את הנוזל התחתון (בדרך כלל המים) ורק לאחר מכן את הנוזל העליון (השמן), ובכך להפריד בקלות בין שני הנוזלים.

הפרדת תערובת כוהל ומים
כוהל (אתנול) ומים הם שני נוזלים שמתערבבים זה בזה ויוצרים תמיסה אחידה (הומוגנית). להפרדתם נדרשת שיטה שתנצל את השוני בתכונותיהם הפיזיקליות, ובמקרה זה את ההבדל בטמפרטורות הרתיחה שלהם. נשתמש בזיקוק משוכלל, שיטה הכוללת שימוש בעמוד זיקוק לשיפור ההפרדה. בתהליך זה מחממים את התערובת, והחומר בעל נקודת הרתיחה הנמוכה יותר (הכוהל) יתאדה ראשון. האדים יעברו קירור ויתעבו חזרה לנוזל, וכך נוכל לאסוף את הכוהל בנפרד.

הפרדת תערובת מלח בישול ומים
במקרה זה מדובר במלח בישול (נתרן כלורי) שמתמוסס היטב במים ויוצר תמיסה. כדי להפריד את המלח מהמים נשתמש בזיקוק פשוט. בתהליך זה מרתיחים את התמיסה, המים מתאדים ונאספים לאחר עיבוי, ואילו המלח נשאר כמשקע בכלי החימום. השיטה מנצלת את ההבדל במצבי הצבירה: המים הופכים לאדים בעוד שהמלח נשאר במצב מוצק.

הפרדת תערובת של FeCl₃ (מוצק שנמס במים) ו-Fe (מוצק שאינו נמס במים)
בתערובת זו יש שני סוגי מוצקים: ברזל (Fe), שאינו מתמוסס במים, ו-FeCl₃ (ברזל כלורי), שמתמוסס במים ויוצר תמיסה. כדי להפריד בין השניים, נוסיף מים לתערובת. הברזל יישאר במצב מוצק ואילו הברזל הכלורי יתמוסס במים. נבצע סינון – הברזל יישאר על גבי המסנן, והמים יכילו את תמיסת הברזל הכלורי. לאחר מכן, אם נרצה להפריד את FeCl₃ מהמים, נבצע אידוי או זיקוק של המים ונקבל את המלח המומס בצורה מוצקה.

ניתן לראות שחומר אחד מתמוסס במים והשני לא. לכן נוסיף לתערובת מים. ה- FeCl₃ יתמוסס וה-Fe לא. כעת נוכל להשתמש בסינון כדי להפריד את ה-Fe (מוצק שאינו נמס בנוזל). לאחר שהפרדנו אותו, נשארה לנו תמיסת מים עם FeCl₃. בכדי להפריד את המים מחומר זה, נשתמש בזיקוק פשוט (מוצק שנמס במים).

* שימו לב, לעיתים יהיו תערובות רבות שלא נוכל להפריד בשיטות המקובלות (סינון, משפך מפריד, זיקוק פשוט/משוכלל) בגלל שתכונותיהן לא יאפשרו זאת (טמפ' רתיחה שווה, שני מוצקים, משקל סגולי שווה ועוד) ולכן נצטרך להוסיף להם חומר נוסף שיעזור לנו בתהליך ההפרדה. בדרך-כלל עלינו להוסיף לתערובות שכאלו חומרים שאחד החומרים בתערובת מתמוסס בהם והשני לא ואז לפעול בהתאם (שיטות ההפרדה המקובלות).