מתכות



המתכות הן חומרים מוצקים (בטמפ' החדר), קשים יחסית, ומבריקים. רוב המתכות מוליכות חשמל וחום בנוסף על כך. המבנה המולקולרי של המתכות הוא בדרך כלל גבישי (בצורת גבישים), אך לא תמיד העין מסוגלת לראות את הגבישים. הצבע של רוב המתכות הוא גוון כסוף-אפרפר פרט לזהב והנחושת, שלהם גוון צהוב ואדמדם.
המתכות מתחלקות לשני סוגים עיקריים: המתכות הטהורות, והמסגים.
המתכות הטהורות הן יסודות. הן מורכבות מסוג אחד ויחיד של אטום. דוגמא לך הם: זהב, ברזל, כסף.
כדי לעצב מתכות לצורות שונות אפשר להשתמש ביציקה, ערגול, מכות פטיש וכד'. ביציקה, מכניסים מתכת נוזלית (מותכת) לתוך תבנית וכאשר המתכת מתקררת היא מקבלת את צורת התבנית.
המסגים הם תערובות של שני מתכות טהורות או יותר. לצורך ערבוב המתכות, מתיכים אותן בכבשן ו"שופכים" מתכת אחת לתוך המתכת השנייה. דוגמאות לכך הם: פליז (נחושת ואבץ) וברונזה (בדיל ונחושת).
רוב המתכות נמצאות בטבע בצורת עפרות, כלומר לא בצורה טהורה. בתוך העפרות המתכות נמצאות בקשר כימי עם יסודות אחרים שהם בדרך כלל גופרית, פחמן וחמצן. כדי להפריד את המתכות מן המרכיבים האחרים, משתמשים בשתי שיטות עיקריות.
א. חימום בכבשן: מכניסים את העפרה לכבשן, לעתים בתוספת פחמן.
ב. אלקטרוליזה: מכניסים פיסה של עפרת מתכת לתוך תמיסה, ומעבירים זרם חשמלי בתמיסה. פעולה זו יוצרת תגובה אלקטרו-כימית שמפרקת את העפרה ונותנת לנו מתכת טהורה.
תכונה חשובה של המתכות היא נקודת ההיתוך והרתיחה שלהם. פרט לכספית, כל המתכות מוצקות בטמפרטורת החדר. הכספית רגישה מאוד לשינויים בטמפרטורה, שגורמים לה להתרחב ולהתכווץ) ולכן היא משמשת במדי חום. מתכת נוספת, טונגסטן (או וולפרם) משמשת כחוט להט בנורות מפני שיש לה נקודת התכה גבוהה מאוד, º3410. הטמפרטורה של המתכות קשורה למוליכות החשמלית. ככל שהטמפ' יורדת, כך המוליכות החשמלית טובה יותר. מסיבה זו יש מאווררים על מעבדים של מחשב, כדי לקרר אותם שלא ישרפו וכדי לשפר את המוליכות החשמלית. מתכות שמוליכות חשמל בצורה טובה הן: כסף, זהב, אלומיניום ונחושת. הכסף מוליכה חשמל בצורה הטובה ביותר. הנחושת היא הנפוצה ביותר ליצירת חוטי חשמל, טלפון וחוטים אחרים שמשמשים להעברת חשמל.
לכל מתכת יש צפיפות יחסית או מסה סגולית (מסומנת ב –ρ). למים יש צפיפות של 1.0, ולכל מתכת יש צפיפות משל עצמה. המתכת הקלה ביותר היא ליתיום – 0.5 והמתכת הכבדה ביותר היא אוסמיום – 22.5.
לכמה מתכות יש תכונה שנקראת מגנטיות, כלומר משיכה של קטבים מנוגדים. הקוטב הצפוני של מתכת מגנטית אחת יימשך לקוטב הדרומי של המתכת השנייה ולהפך. המתכות המגנטיות ביותר הן: ברזל, קובלט וניקל. המגנטיות תלויה בסוג האטומים ובארגונם בתוך המולקולה. מסיבה זו אפשר לייצר מגנטים ממסגים שמורכבים ממתכות לא-מגנטיות.


גופרית


גופרית (S) היא יסוד בקבוצה 6 של הטבלה המחזורית (ביחד עם חמצן, סלניום, פולוניום וטלוריום). היא מוצק צהוב שאינו מסיס במים. אפשר להפיק אותה מנפט ומתרכובות סולפידים מתכתיים (גופרית בקשר כימי עם יסוד אחר). אחד הסולפידים הנפוצים ביותר הוא ברזל גופרי (FeS). גופרית טהורה באה בשתי צורות עיקריות: גופרית רומבית וגופרית מונוקלינית. הגופרית הרומבית היא הצורה היציבה ביותר של הגופרית בטמפרטורת החדר. יש לה צורה של גביש ארוך, שמתרחב במרכז. הגופרית המונוקלינית היא צורה של גופרית שמופיעה כאשר מחממים את הגופרית מעל ל- º96. גביש של הגופרית המונוקלינית הוא ארוך מאוד, דק וזוויתי הגופרית משמשת לייצור גומי, חומצה גופרתית, תכשירים רפואיים שונים וקוטלי פטריות. הגופרית בוערת באויר, וכתוצאה מכך נוצר הגז גופרית דו-חמצנית.

פחמן


הפחמן הוא יסוד מקבוצה 4 של הטבלה המחזורית. הוא אל-מתכת המופיעה שתי צורות גבישיות, וצורה אחת חסרת מבנה מוגדר. הפחמן מרכיב את כל התרכובות האורגאניות (ביחד עם מימן), שמשמשות גם לבניית הגוף. הפחמן משמש לייצור מתכות טהורות, על ידי התחברות עם החמצן שבעפרות, וכך נשארת רק המתכת. הפחמן הוא חומר שמרבה להתרכב עם חומרים אחרים בקשרים כימיים. שתי התרכובות הידועות ביותר שלו הן:
פחמן דו חמצני (CO2) ופחמן חד חמצני (CO). הפחמן הדו חמצני משמש במשקאות תוססים (הוא ה"גזים") ובתהליכים כימיים רבים. הפחמן חד חמצני הוא גז רעיל, חסר צבע וחסר ריח, המופק על ידי חימום של פחמן דו חמצני ועל ידי שריפה של חומרי דלק. מנועים של מכוניות פולטות אותו, והוא החומר האחראי ליצירת החור באוזון. הצורות הגבישיות של הפחמן הן:
יהלום וגרפיט. היהלום הוא החומר הקשה ביותר מכל החומרים הטבעיים. הוא שקוף נוצץ, וניתך בטמפ' º3750. הוא משמש לתכשיטים, מכשירים שוחקים בתעשייה, מקדחים, מחטים של גרמופונים ולחיתוך זכוכית.

גרפיט


הגרפיט הוא צורה גבישית אפורה של פחמן, דומה לזו של היהלום אך חלשה ממנה. הגרפיט הוא חומר רך ופתיתי כתוצאה מן הקשרים החלקים בין האטומים. הגרפיט הוא האל-מתכת היחידה שמוליכה חום וחשמל בצורה טובה. שימושי הרגפיט הם כחומר סיכה, מגעים במנועים חשמליים, אלקטרודות באלקטרוליזה ובעפרונות. ה"עופרת" בעיפרון היא בעצם גרפיט. יש לו מגע שומני במקצת וכאשר הוא נקי, אז יש לו ברק.

יוד


היוד הוא יסוד שנמצא בקבוצה 7 בטבלה המחזורית (קבוצת ההלוגנים). מוצק גבישי, דו-אטומי ויוצר קשרים כימיים. מפיקים אותו מנתרן יודתי ומאצות. חימום המוצק גורם להמראתו כגז אדום-סגול. הוא אינו נמס במים, אך הוא נמס בתמיסת אשלגן יודי. היוד הוא מרכיב חשוב לבריאותו של הגוף. הוא משמש ליצירת ההורמון תירוקסין, שאחראי לוויסות חילוף החומרים בגוף. לעומת זאת, אכילת יוד טהור עשויה לגרום להרעלה. היוד משמש גם לחיטוי פצעים, כאשר ממיסים אותו באתנול (סוג מסוים של אלכוהול). היוד מרבה להתרכב עם יסודות אחרים, ובעיקר מתכות. תרכובות של יוד עם מתכת נקראת יודיד. יודידים משמשים למטרות רבות. יודיד הכסף (AgI) משמש ל"הזרעת" עננים, כדי לגרום להם להוריד גשם. יודיד הכסף, ביחד עם כסף ברומי (AgBr) משמש בסרטי צילום.

מהלך הניסוי


בניסוי שעשינו בדקנו מספר תכונות של החומר: צורה, צבע, ברק, קשיות ומוליכות. את התכונות ניתן היה לגלות בעזרת חוש המישוש והראייה. את המוליכות בדקנו בעזרת מעגל חשמלי. חיברנו את החומר הנבדק לסוללות ולנורה. משתמשים בנורה כדי לבדוק אם וכמה זרם חשמלי עובר. אם הנורה דולקת, אז עובר זרם חשמלי דרך החומר הנבדק, ואם אין אור בנורה אז לא עובר זרם חשמלי דרך החומר הנבדק, ואז הוא אינו מוליך חשמלי.

תוצאות הניסוי


בתוצאות שקיבלנו אפשר ללמוד על מספר תכונות של החומרים שבדקנו. רוב החומרים מוליכים חשמל וצבעם אפרפר-כסוף. היו שני חומרים, גופרית ופחמן שהופיעו בצורה של אבקה דקה. ברוב החומרים ניתן היה לראות השתקפות של האור, ומכאן שהם היו מבריקים. חלק מן החומרים היו קשים, וחלק מהם לא היו קשים.

ביבליוגרפיה


אנציקלופדיה בריטניקה לנוער כרך יא עמ' 29-30 ; כרך ט עמ' 159-160 ; כרך ה עמ' 47 ; כרך ח עמ' 69-70
אנציקלופדיה כללית לנוער – כימיה עמ' 50-51 ; עמ' 70-71 ; עמ' 64-65 ; עמ' 74