חומרים אטומריים
תוכן עניינים
חומרים אטומריים
הגדרה
חומר אטומרי (סריג אטומרי) הוא חומר, הבנוי ממבנה ענק של אטומים, הקשורים זה לזה בקשרים קוולנטיים. בדר"כ של אל מתכות מטור 4 יוצרים סריג אטומרי. דוגמאות יפורטו בהמשך.
תכונות חומרים אטומריים
1. מוצקים בטמפ' החדר.
2. נק' היתוך ורתיחה גבוהות.
דוגמא לתהליך היתוך (של יהלום) : (C(s) ->C(l
3. אינם מוליכים חשמל (מלבד גרפיט).
4. מסיסותם גרועה.
5. אינם פעילים כימית.
דוגמאות לחומרים אטומריים:
1.יהלום – מוצק אטומרי עשוי אטומי פחמן.כל אטום פחמן בסריג קשור ל- 4 אטומי פחמן נוספים בקשר קוולנטי. סביב כל פחמן נוצר מבנה מרחבי של טטראהדר. הקשרים הכימיים בין אטום זה לבין ארבעת שכניו שווים באורכם ובחוזקם והזווית בין הקשרים היא כ109° . מתקבל מבנה מרחבי תלת מימדי בצורת טטראהדר (סביב כל פחמן). היהלום הוא החומר הקשה ביותר בטבע, ובעל נק' ההתוך הגבוהה ביותר מכל היסודות (3550 מע"צ) . היהלום חומר אינרטי (אינו מגיב בתגובות כימיות), יציב מאוד ובעל מוליכות חום טובה. יהלום טהור הוא שקוף, יהלומים צבעוניים מכילים יסודות נוספים למשל יהלומים כחולים מכילים מעט בור (B).
יהלומים משמשים כתכשיטים.משתמשים באבקת יהלומים לליטוש וחיתוך חומרים קשים,לרבות היהלומים עצמם.
2.גרפיט- מוצק אטומרי עשוי אטומי פחמן.
כל אטום פחמן בסריג קשור ל- 3 אטומי פחמן נוספים בקשר קוולנטי.. נוצרים משטחים של טבעות משושות של פחמנים, כשאטום פחמן נמצא בכל קודקוד של משושה. האלקטרון ה-4 של כל אטום אינו משתתף בקשר קוולנטי והוא חופשי בים האלקטרונים שבין המשטחים. מכאן נובעת הולכת החשמל של הגרפיט. בין השכבות קיימים כוחות ואנדר ואלס לכן הגרפיט רך ומתפורר.
כמו היהלום גם הגרפיט הוא חומר אינרטי.הגרפיט בעל צבע אפור כהה ובעל ברק מתכתי.הוא איננו שקוף.
משתמשים בגרפיט כאלקטרודות בסוללות חשמליות,במתקנים לאלקטרוליזה ובמתקנים חשמליים שונים.עפרונות מכילים גרפיט.
3.צורן-המבנה דומה למבנה היהלום.נקודת ההיתוך גבוהה יחסית לנקודות ההיתוך של היסודות האחרים.היא נמוכה מזו של יהלום כיוון שאטומי הצורן גדולים מאטומי הפחמן והקשרים הקוולנטיים בין אטומי הצורן חלשים יותר.
צורן משמש בתעשיות המקרואלקטרוניקה.
חומרים נוספים: סיליקון/צורן דו חמצני (SiO2), קרביד הצורן (SiC), בור (B). מבין הסריגים האטומריים רק הגרפיט מוליך חשמל (בהמשך יוסבר מדוע).
העמקה: מניין ההבדל במס' הקשרים שיוצר אטום הפחמן בגרפיט ויהלום?
אטום הפחמן הוא בעל הערכות אלקטרונית של
1s22s22p2
זאת אומרת, ברמת האלקטרונים הערכית שלו ישנם 4 אלקטרונים, הנמצאים באורביטלי p ו-s.
במבנה סריג אטומרי של יהלום:
כאשר אורביטל s מתחבר ל3 אורביטלי p ויוצר מבנה של sp3, נוצר קשר קוולנטי, שבו האלקטרונים מפוזים באופן שווה באורביטל היברידי זה. המבנה המרחבי המתקבל הוא טטרהדר. מבנה הטטרהדר יוצר מצב של קשרים קוולנטיים אחידים, יציבים וחזקים, שאורך כל אחד מהם הוא 1.54A (אנגסטרם) וזווית קשר של 109.47 מעלות.
במבנה סריג אטומרי של גרפיט:
בגרפיט, אורביטל s מתחבר לשני אורביטלי p בלבד, ונוצר אורביטל היברידי של sp2. כך נוצר מצב, שבו נקשרים שלשות של אטומי פחמן, בקישרי סיגמא.
מתקבל מבנה של משטחים, המיוצב ע"י קשרי ואן דר ואלס.
היבטים פדגוגיים
פעילויות העשרה
מאמר "יהלומים מלאכותיים: איך מזהים את ההבדל?" מתוך Ynet
מאמר מתוך הספר "הכל כימיה" בהוצאת יסוד הוצאה לאור, "יהלומים לנצח", בנושא הכנת יהלומים מתוך חומרים המכילים פחמן (רמה בינונית, 6)
