אנו מסבירים מהו חומר ומהן התכונות הכימיות והפיזיקליות שלו. כמו כן, איך זה מסווג וכמה דוגמאות לחומר.
מה הבעיה?
אנו קוראים חומר לכל מה שתופס מקום מסוים ב עוֹלָם או שטח, יש כמות מסוימת של אֵנֶרְגִיָה ונתון לאינטראקציות ושינויים ב מזג אוויר, שניתן למדוד בעזרת מכשיר של מדידה.
מנקודת מבט כימית, חומר הוא קבוצת היסודות המרכיבים את מְצִיאוּת מורגש, כלומר, מה שמהווה את החומרים הסובבים אותנו ואת עצמנו. ה כִּימִיָה האם ה מַדָע העוסקת בחקר ההרכב והתמרה של החומר.
אנו משתמשים במונח חומר כמילה נרדפת ל חומרכלומר, מהדבר שממנו עשויים חפצים, ואנו מבינים אותו מבחינה מדעית כמשהו אחר מאשר כוחות או אנרגיות, שקשורות יותר אליהן דִינָמִיקָה שמתקשרים עם חפצים.
החומר נמצא בכל מקום ובכל מצב פיזי (מוצק, נוזלי, גזי, פלזמה). יש חומר ב אוויר שאתה נושם, כמו גם בכוס של מים. כל מה שאנו רואים, מרגישים ונוגעים הוא חומר, וזו הסיבה שהוא מהותי להתפתחות של חַיִים בְּ- כוכב לכת.
ככל הידוע לנו, החומר הכימי מורכב מחלקיקים מיקרוסקופיים, שאנו קוראים להם אטומים. אטומים הם היחידות הבסיסיות של החומר. לכל אטום יש את התכונות של יסוד כימי אליו הוא שייך. ישנם עד כה 118 יסודות כימיים הממוקמים, מסודרים ומסווגים ב- טבלה מחזורית של האלמנטים.
מצד שני, אטומים שונים זה מזה, בהתאם לכמות או התפלגות שלהם חלקיקים תת - אטומיים, שהם תמיד משלושה סוגים: אלקטרונים (מטען שלילי), פרוטונים (חיוב חיובי) ו נויטרונים (טעינה ניטראלית). הפרוטונים והנייטרונים נמצאים בגרעין האטום, והאלקטרונים סביבו.
התגובות בין צורות החומר או חומרים שונים ידועות בשם תגובה כימית.
תכונות כימיות של חומר
כל צורה של חומר מגיבה בנוכחות חומרים אחרים, על פי תכונות מכוונות מסוימות של האטומים שלו או מולקולות, מה שמאפשר לתוצאה של התגובות האמורות להיות חומרים שונים מהראשוניים (מורכבים יותר או פשוטים יותר).
בין התכונות הכימיות העיקריות של החומר הן:
- pH. קורוזיביות של חומצות וקוסטיות של בסיסים זה קשור ל-pH של החומר, כלומר לרמת החומציות או הבסיסיות שלו, ליכולתו לתרום או לקלוט אלקטרונים כשהוא במגע עם חומרים מסוימים, כמו למשל. מתכות או כמו ה חומר אורגני. תגובות אלו הן בדרך כלל אקסותרמיות, כלומר הן יוצרות חוֹם. מצד שני, pH מודד את כמות יוני H3O + או OH– בחומר או א התפרקות.
- תגובתיות. על פי החוקה האטומית שלו, החומר יכול להיות תגובתי יותר או פחות, כלומר, נוטה פחות או יותר להשתלב עם חומרים אחרים. במקרה של הצורות התגובתיות יותר, כמו המתכות צזיום (Ce) ופרנציום (Fr), נדיר לראות אותן בצורות טהורות, הן כמעט תמיד חלק מ תרכובות עם אלמנטים אחרים. השיחות גזים אצילים או גזים אינרטיים, לעומת זאת, הם צורות של חומר עם תגובתיות נמוכה מאוד, שכמעט ולא עוברים תגובה עם שום חומר אחר.
- דליקות. חומרים מסוימים יכולים להתלקח, כלומר ליצור פיצוץ המשחרר חום ומייצר להבות, בנוכחות מקור חום או בתגובה עם חומרים אחרים. חומר זה נקרא דליק (לדוגמה, בנזין).
- חִמצוּן. זה אובדן אלקטרונים מאטום או יוֹן כאשר הוא מגיב כנגד תרכובת מסוימת.
- צִמצוּם. זהו הרווח של אלקטרונים של אטום או יון כאשר הוא מגיב כנגד תרכובת מסוימת.
תכונות פיזיקליות של חומר
במצב המוצק החלקיקים קרובים מאוד זה לזה.
לחומר יש גם תכונות פיזיקליות, כלומר תכונות הנגזרות משינויים בצורת המראה שלו הקשורים לפעולה של כוחות חיצוניים אחרים. התכונות הפיזיקליות אינן קשורות להרכב הכימי של החומרים.
בין התכונות הפיזיקליות העיקריות של החומר הן:
- טֶמפֶּרָטוּרָה. זוהי מידת החום שהחומר מציג בכל פעם, שבדרך כלל מוקרנת כלפי הסביבה כאשר לחומר יש טמפרטורה גבוהה יותר מסביבתו. טמפרטורה היא דרגת אנרגיה קינטית מוצג על ידי חלקיקים של חומר.
- מצב צבירה. חומר יכול להופיע בשלושה "מצבים" או מבנים מולקולריים הנקבעים לפי הטמפרטורה שלו או לַחַץ שאליו הוא נתון. שלושת המדינות הללו הן: מוצק (חלקיקים צפופים, אנרגיה קינטית נמוכה), נוזל (חלקיקים פחות ביחד, מספיק אנרגיה קינטית כדי שהחומר יזרום, מבלי להיפרד לגמרי) ו גזי (חלקיקים רחוקים מאוד, אנרגיה קינטית גבוהה).
- מוליכות או מוליכות. ישנן שתי צורות של מוליכות: תֶרמִי (חום) ואת חשמלי (אלקטרומגנטיות), ובשני המקרים זוהי היכולת של חומרים לאפשר מעבר אנרגיה דרך החלקיקים שלהם. חומרים בעלי מוליכות גבוהה ידועים בתור מוליכים, אלו עם מוליכות נמוכה כמו מוליכים למחצה ואלה עם מוליכות אפס כגון מבודדים.
- נקודת המסה. זוהי הטמפרטורה שבה מוצק הופך לנוזל בלחץ של 1 אטמוספירה.
- נקודת רתיחה. זוהי הטמפרטורה שבה הלחץ של קִיטוֹר של נוזל שווה ללחץ סביב הנוזל. בשלב זה הנוזל הופך לאדים. כאשר לחץ האדים של הנוזל שווה ללחץ אטמוספרי זה נקרא "נקודת רתיחה רגילה".
סיווג החומר
ישנן דרכים וקריטריונים רבים לסווג חומר. מנקודת מבט כללית, אנו יכולים לפרט את העיקריים כדלקמן:
- חומר חי. מתאים ל יצורים חיים, בעודם בחיים.
- חומר דומם. הוא מרכיב חפצים אינרטיים, חסרי חיים או מתים.
- חומר אורגני. מורכב בעיקר מאטומי פחמן ומימן, ובדרך כלל מקושר ל- כימיה של החיים.
- חומר אנאורגני. זה לא אורגני ולא בהכרח קשור לחיים אלא לתגובות כימיות ספונטניות או לא ספונטניות.
- עניין פשוט. הוא מורכב מאטומים מכמה סוגים שונים, כלומר, הוא קרוב יותר לטוהר.
- חומר מורכב. הוא מורכב ממספר רב של אלמנטים מסוגים שונים, המגיעים לרמות מורכבות גבוהות.
דוגמאות לחומר
כמעט כל העצמים ביקום הם דוגמה טובה לחומר, כל עוד הם מורכבים מאטומים ויש להם תכונות פיזיקליות-כימיות ניתנות לקביעה, ניתנות להבחין ומדידות.
אבנים, מתכות, האוויר שאנו נושמים, עץ, גופנו, המים שאנו שותים, כל החפצים שאנו משתמשים בהם מדי יום הם דוגמאות מושלמות לחומר. יש אפילו תיאוריות עדכניות של פיזיקת הקוונטים המציעות שהוואקום, שהובן עד כה כהיעדר חומר, יהיה גם "מלא" בסוג כלשהו של חלקיקים, הנקראים "בוזוני היגס".