שעור רביעי: קשרים כימיים
קשרים כימיים
אמנם היסודות בנויים מאטומים, אך פעמים רבות החומרים מופיעים בטבע לא כאטומים בודדים, אלא כפרודות (מולקולות). בפרודה יש כמה אטומים, שנים או יותר, הקשורים ביניהם בקשר כימי (Chemical Bond) . הפרודות יכולות להיות קשר בין כמה אטומים של אותו חומר, או קשר בין אטומים של חומרים שונים. כך, החמצן מופיע לפעמים כדו-חמצן, H2 , דהיינו, שני אטומים של החמצן הקשורים ביניהם ומהווים פרודה אחת.
בתערובות יש חומרים שונים אשר האטומים שלהם אינם קשורים בקשר כימי האחד לשני.
בתרכובות, האטומים של החומרים השונים קשורים ביניהם בקשר כימי.
כאשר אטומים של חומרי יסוד שונים מתחברים בקשר כימי לפרודה אחת, נוצרת תרכובת שהיא בעצם חומר חדש השונה בתכונותיו מתכונותיהם של חומרי היסוד המרכיבים אותו. כך, מים, למשל, שהם נוזל בטמפרטורת החדר, מורכבים ממימן וחמצן, אשר כל אחד מהם הוא גז בטמפרטורת החדר. בעוד חמצן הוא דליק (ניתן לבעירה בקלות) מאד, המים אינם דליקים כלל – נהפוך הוא, הם מצטיינים בכיבוי דליקות ובעירות.
קשר כימי (Chemical Bond) בין אטומים שונים נוצר עקב משיכה של אטומים זה לזה, או פעולת-גומלין (אינטראקציה) בין אטומים שונים. בדומה, הקשר הכימי בין פרודות שונות נוצר עקב משיכה של הפרודות זאת לזאת. הקשר הכימי הוא בעיקרו פעולת-גומלין (אינטראקציה) בין מטענים חשמליים, או כוחות אלקטרומגנטיים, באטומים או פרודות – וזה כתוצאה מהשאיפה של כל אטום להיות ברמת האנרגיה הנמוכה ביותר.
אלקטרוני ערכיות הם האלקטרונים הנמצאים ברמת האנרגיה האחרונה (החיצונית) של האטום, או ב"קליפה החיצונית" של האטום.
קיימים מספר סוגים של קשרים כימיים, נציין כאן רק את העיקריים ביניהם.
קשר יוני הוא קשר בין שני יונים או יותר, האחד מהם חיובי והשני שלילי. הקשר נוצר עקב המשיכה החשמלית (האלקטרוסטאטית) בין השניים. כאמור בפרקים קודמים, מטענים חשמליים זהים דוחים זה את זה, בעוד מטענים חשמליים מנוגדים (חיובי ושלילי) נמשכים זה לזה.
קשרים תוך-פרודתיים (תוך-מולקולאריים) הם קשרים בין האטומים של פרודות שונות והם נחלקים לשני תתי-קבוצה:
קשר קוולנטי (משותף ערכיות) הוא קשר הדדי הנוצר כתוצאה משיתוף הדדי בין אלקטרוני הערכיות של אטומים שונים, כך שהאטומים נקשרים לפרודות. ראו איור מצורף למטה.
קשר קואורדינטיבי הוא סוג מסוים של קשר קוולנטי, אשר בו רק אטום אחד תורם אלקטרונים. קשר כזה יכול להיות בין יון חיובי לבין אטומים או פרודות התורמים אלקטרונים.
קשרים בין-פרודתיים (בין-מולקולאריים) הם קשרים בין פרודות שונות, קשרים המתקיימים ברמת הפרודה – להבדיל מקשרים תוך-פרודתיים המתקיימים ברמת האטום. אלה הם קשרים בין פרודות נפרדות – בין אם פרודות של אותו חומר ובין פרודות של חומרים שונים המעורבבים זה בזה.
האיור הבא מתאר קשר יוני וקשר קוולנטי:
קשר מתכתי
קשר מתכתי הוא קשר בין גרעיני אטומים של מתכת (יונים חיוביים), קשר הנובע משיתוף אלקטרוני הערכיות בין כל האטומים של המתכת. בקשר כזה נוצר מעין סריג המורכב מכל הגרעינים של כל האטומים המשתתפים בסריג זה – וכן מכל האלקטרונים ברמות האנרגיה הסגורות, המקיפים את גרעיני האטומים. האלקטרונים החופשיים של אותם אטומים צפים בין הגרעינים ומושכים אותם האחד לשני בכוחות חשמליים (אלקטרומגנטיים). מבנה סריגי זה,המכונה סריג מתכתי, הוא זה המעניק למתכות את המוליכות החשמלית שלהן – זה משום שהאלקטרונים החופשיים אינם קשורים לגרעין אטום מסוים – ולכן יש להם חופש תנועה, המאפשר זרם חשמלי.
הרחבות נוספות:
http://he.wikipedia.org/wiki/אלקטרון_ערכיות
http://he.wikibooks.org/wiki/כימיה_-_3_יחידות/_סוגי_קשרים_כימיים
http://he.wikipedia.org/wiki/קשר_כימי
בשעור הבא נעסוק בתגובות (ריאקציות) כימיות ובשעור שאחריו נעסוק במתח וזרם חשמליים.
קשרים כימיים
אמנם היסודות בנויים מאטומים, אך פעמים רבות החומרים מופיעים בטבע לא כאטומים בודדים, אלא כפרודות (מולקולות). בפרודה יש כמה אטומים, שנים או יותר, הקשורים ביניהם בקשר כימי (Chemical Bond) . הפרודות יכולות להיות קשר בין כמה אטומים של אותו חומר, או קשר בין אטומים של חומרים שונים. כך, החמצן מופיע לפעמים כדו-חמצן, H2 , דהיינו, שני אטומים של החמצן הקשורים ביניהם ומהווים פרודה אחת.
בתערובות יש חומרים שונים אשר האטומים שלהם אינם קשורים בקשר כימי האחד לשני.
בתרכובות, האטומים של החומרים השונים קשורים ביניהם בקשר כימי.
כאשר אטומים של חומרי יסוד שונים מתחברים בקשר כימי לפרודה אחת, נוצרת תרכובת שהיא בעצם חומר חדש השונה בתכונותיו מתכונותיהם של חומרי היסוד המרכיבים אותו. כך, מים, למשל, שהם נוזל בטמפרטורת החדר, מורכבים ממימן וחמצן, אשר כל אחד מהם הוא גז בטמפרטורת החדר. בעוד חמצן הוא דליק (ניתן לבעירה בקלות) מאד, המים אינם דליקים כלל – נהפוך הוא, הם מצטיינים בכיבוי דליקות ובעירות.
קשר כימי (Chemical Bond) בין אטומים שונים נוצר עקב משיכה של אטומים זה לזה, או פעולת-גומלין (אינטראקציה) בין אטומים שונים. בדומה, הקשר הכימי בין פרודות שונות נוצר עקב משיכה של הפרודות זאת לזאת. הקשר הכימי הוא בעיקרו פעולת-גומלין (אינטראקציה) בין מטענים חשמליים, או כוחות אלקטרומגנטיים, באטומים או פרודות – וזה כתוצאה מהשאיפה של כל אטום להיות ברמת האנרגיה הנמוכה ביותר.
אלקטרוני ערכיות הם האלקטרונים הנמצאים ברמת האנרגיה האחרונה (החיצונית) של האטום, או ב"קליפה החיצונית" של האטום.
קיימים מספר סוגים של קשרים כימיים, נציין כאן רק את העיקריים ביניהם.
קשר יוני הוא קשר בין שני יונים או יותר, האחד מהם חיובי והשני שלילי. הקשר נוצר עקב המשיכה החשמלית (האלקטרוסטאטית) בין השניים. כאמור בפרקים קודמים, מטענים חשמליים זהים דוחים זה את זה, בעוד מטענים חשמליים מנוגדים (חיובי ושלילי) נמשכים זה לזה.
קשרים תוך-פרודתיים (תוך-מולקולאריים) הם קשרים בין האטומים של פרודות שונות והם נחלקים לשני תתי-קבוצה:
קשר קוולנטי (משותף ערכיות) הוא קשר הדדי הנוצר כתוצאה משיתוף הדדי בין אלקטרוני הערכיות של אטומים שונים, כך שהאטומים נקשרים לפרודות. ראו איור מצורף למטה.
קשר קואורדינטיבי הוא סוג מסוים של קשר קוולנטי, אשר בו רק אטום אחד תורם אלקטרונים. קשר כזה יכול להיות בין יון חיובי לבין אטומים או פרודות התורמים אלקטרונים.
קשרים בין-פרודתיים (בין-מולקולאריים) הם קשרים בין פרודות שונות, קשרים המתקיימים ברמת הפרודה – להבדיל מקשרים תוך-פרודתיים המתקיימים ברמת האטום. אלה הם קשרים בין פרודות נפרדות – בין אם פרודות של אותו חומר ובין פרודות של חומרים שונים המעורבבים זה בזה.
האיור הבא מתאר קשר יוני וקשר קוולנטי:
קשר מתכתי
קשר מתכתי הוא קשר בין גרעיני אטומים של מתכת (יונים חיוביים), קשר הנובע משיתוף אלקטרוני הערכיות בין כל האטומים של המתכת. בקשר כזה נוצר מעין סריג המורכב מכל הגרעינים של כל האטומים המשתתפים בסריג זה – וכן מכל האלקטרונים ברמות האנרגיה הסגורות, המקיפים את גרעיני האטומים. האלקטרונים החופשיים של אותם אטומים צפים בין הגרעינים ומושכים אותם האחד לשני בכוחות חשמליים (אלקטרומגנטיים). מבנה סריגי זה,המכונה סריג מתכתי, הוא זה המעניק למתכות את המוליכות החשמלית שלהן – זה משום שהאלקטרונים החופשיים אינם קשורים לגרעין אטום מסוים – ולכן יש להם חופש תנועה, המאפשר זרם חשמלי.
הרחבות נוספות:
http://he.wikipedia.org/wiki/אלקטרון_ערכיות
http://he.wikibooks.org/wiki/כימיה_-_3_יחידות/_סוגי_קשרים_כימיים
http://he.wikipedia.org/wiki/קשר_כימי
בשעור הבא נעסוק בתגובות (ריאקציות) כימיות ובשעור שאחריו נעסוק במתח וזרם חשמליים.
