תיאור מיקרוסקופי, תיאור מאקרוסקופי

בטבלה הבאה מופיעים תיאור מיקרוסקופי וגם מאקרוסקופי כלליים עבור מצבי הצבירה השונים.

כאשר נרצה לתאר חומר בתיאור מאקרוסקופי ניעזר במושגי היסוד הנמצאים בטבלה. בנוסף ניעזר בתיאורים כמו צורה, צבע, גוון, מרקם, ריח וכדומה.

לעומת זאת בתיאור מיקרוסקופי נתאר את החומר על ידי תיאור סוג החלקיקים, סוג קשרים בין חלקיקים, סידור החלקיקים ואופי תנועה.

להלן תיאור מיקרוסקופי לפי סוג החומר, ראשית מוצגים חומרים טהורים ולאחר מכן תערובות.

גזים אציליים

• חלקיק: אטום בודד.
• קשרים: אין קשרים בין אטומים של גז אציל כיוון שלכל אטום רמה אנרגיה ערכית מלאה ולכן אטומי הגז לא יצרו קשרים.
• סידור חלקיקים: אטומים בודדים ללא סדר. בין אטומי הגז מרחק רב (יחסית). אטומי הגז יתפסו את כל נפח הכלי המכיל אותם.
• אופי תנועה: לאטומי הגז תנועות מסוג תנודה, סיבוב וגם מעתק.
• דוגמה: He_(g), Ne_(s), Ar_(g), Kr_(g), Xe_(g), Rn_(g) .

חומר מולקולרי במצב גז

• חלקיק: מולקולה.
• קשרים: במצב צבירה גז הקשרים הבין מולקולריים זניחים עקב המרחק הגדול (יחסית) בין מולקולות.
• סידור חלקיקים: מולקולות בודדות ללא סדר. בין המולקולות מרחק רב (יחסית). מולקולות הגז יתפסו את כל נפח הכלי המכיל אותם.
• אופי תנועה: למולקולות הגז תנועות מסוג תנודה, סיבוב וגם מעתק.
• דוגמה: CO_2(g), SH_2(g), C₃H_8(g), O­_2(s) .

חומר מולקולרי במצב נוזל

• חלקיק: מולקולה.
• קשרים: במצב נוזל יש קשרים בין מולקולריים בין מולקולות החומר בהתאם לקוטביות ומבנה המולקולה.
  קשרים בין מולקולריים מתחלקים לשלושה מקרים. קשרי דו-קוטב רגעי בין מולקולות או אזורים לא קוטביים. קשרי דו קוטב קבוע בין מולקולות או אזורים קוטביים. יחד דו-קוטב רגע וקבוע נקראים אינטראקציות ון דר ולס (ו.ד.ו).
  קשר בין מולקולרי נוסף הוא קשר מימני הנוצר כאשר ישנו אטום N,O,F הקשור לאטום מימן (פרוטון חשוף).
• סידור חלקיקים: במצב נוזל אין סדר מוגדר למולקולות. חלקיקים קרובים זה לזה עם חופש סיבוב. החלקיקים מסוגלים "להתגלגל" אחד על השני, כך מתרחשת זרימה של נוזל.
  בהינתן מולקולה קוטבית נציין את הקוטב החיובי שנמשך לקוטב שלילי. לדוגמה במולקולת HCl המימן הוא בעל קוטב חיובי הנקשר בין מולקולרית לאטום כלור של מולקולה שכנה.

δ⊕ (H-Cl) δ⊖  – – – –  δ⊕ (H-Cl) δ⊖

• אופי תנועה: למולקולות הנוזל תנועות מסוג תנודה וסיבוב.
• דוגמה: H₂O_(l), CH₃NH_2(l), Br_2(l), CH₂O_(l) .

חומר מולקולרי במצב מוצק

• חלקיק: מולקולה.
• קשרים: במצב מוצק יש את מירב הקשרים בין מולקולריים. הקשרים בין מולקולות החומר תלויים בקוטביות ומבנה המולקולה.
  קשרים בין מולקולריים מתחלקים לשלושה מקרים. קשרי דו-קוטב רגעי בין מולקולות או אזורים לא קוטביים. קשרי דו קוטב קבוע בין מולקולות או אזורים קוטביים. יחד דו-קוטב רגע וקבוע נקראים אינטראקציות ון דר ולס (ו.ד.ו).
  קשר בין מולקולרי נוסף הוא קשר מימני הנוצר כאשר ישנו אטום N,O,F הקשור לאטום מימן (פרוטון חשוף).
• סידור חלקיקים: במצב מוצק יש סדר מוגדר למולקולות. חלקיקים קרובים זה לזה במידה רבה יותר ממצב נוזל. בכלליות נאמר כי במצב מוצק המולקולות מסתדרות בצורת גָּבִישׁ.
  בהינתן מולקולה קוטבית נציין את הקוטב החיובי שנמשך לקוטב שלילי.
• אופי תנועה: למולקולות המוצק תנועות מסוג תנודה בלבד.
• דוגמה: C₆H₁₂O_6(s), I_2(s), S_8(s), C₅₀H_102(s) .

חומר אטומרי (מצב טבעי)

* חומרים אטומריים יהיו במצב מוצק בלבד במצב טבעי.

• חלקיק: אטום או 'מולקולה' [נוסחה אמפירית].
• קשרים: קשרים קוולנטים, קשרי ו.ד.ו.
• סידור חלקיקים: סריג אטומים או 'מולקולות' לדוגמה יהלום C_(Diamond) או צורך דו-חמצני (חול) SiO_2(s) . ישנם חומרים אטומריים הבנויים בשכבות של סריגים כמו גרפיט C_(Graphite). בין שכבות הסריגים יש קשרים בין מולקולריים מסוג ו.ד.ו
• אופי תנועה: לחלקיקי המוצק תנועות מסוג תנודה בלבד.
• דוגמה: C_(Diamond), C_(Graphite), SiO_2(s), SiC_(s) .

* חומר אטומרי במצב נוזל מאבד את צורת הסריג: לחלקיקי השריג לא יהיה סדר. חלקיקי חומר אטומרי במצב נוזל יהיה קרובים זה לזה עם יכולת סיבוב.

חומר מתכתי (מצב טבעי)

• חלקיק: קטיונים (יונים חיוביים) של מתכות ב'ים של אלקטרונים' (אלקטרונים בלתי מאותרים).
• קשרים: קשר מתכתי: משיכה בין אלקטרונים בלתי מאותרים החופשיים לנוע לבין קטיוני מתכות. ניתן לתאר את הקשר המתכתי כמצב בו כל אטומי המתכת בסריג משפתים אלקטרונים אחד עם השני.
• סידור חלקיקים: קטיוני המתכת מסתדרים בצורת סריג: מבנה ענק עם יחידה חוזרת וסידור תלת ממדי.
• אופי תנועה: לחלקיקי המוצק תנועות מסוג תנודה בלבד.
• דוגמה: Na_(s), Ca_(s), Fe_(s), Cu_(s) .

* מתכת במצב צבירה נוזל תאבד את הצורה המסודרת של הסריג ולא יהיה סדר לחלקיקים. במצב נוזל לקטיון מתכת יהיה בנוסף גם סיבוב.

חומר יוני (מצב טבעי)

* חומרים יוניים יהיו במצב מוצק בלבד במצב טבעי.

• חלקיק: קטיונים (יונים חיוביים) ואניונים (יונים שליליים) המשלימים למטען כולל ניטרלי.
• קשרים: קשר יוני.
• סידור חלקיקים: קטיונים ויונים מסודרים כך שסביב כל קטיון ישנם אניונים בלבד ובאותו אופן סביב כל אניון ישנם רק קטיונים. מטען הכולל של הקטיונים שווה למטען הכולל של האניונים.
• אופי תנועה: לחלקיקי המוצק תנועות מסוג תנודה בלבד.
• דוגמה: NaCl_(s), Ca(OH)_2(s), (NH₄)₃PO_4(s).

חומר יוני (נוזל, מותך)

• חלקיק: קטיונים (יונים חיוביים) ואניונים (יונים שליליים) המשלימים למטען כולל ניטרלי.
• קשרים: קשר יוני.
• סידור חלקיקים: קטיונים ויונים לא מסודרים כך שסביב כל קטיון ישנם אניונים בלבד ובאותו אופן סביב כל אניון ישנם רק קטיונים. מטען הכולל של הקטיונים שווה למטען הכולל של האניונים.
• אופי תנועה: לחלקיקי הנוזל תנועות מסוג תנודה וסיבוב.
• דוגמה: NaCl_(l), Ca(OH)_2(l), (NH₄)₃PO_4(l).

סגסוגת

• חלקיק: קטיונים (יונים חיוביים) של מתכות שונות ב'ים של אלקטרונים' (אלקטרונים בלתי מאותרים).
• קשרים: קשר מתכתי: משיכה בין אלקטרונים בלתי מאותרים החופשיים לנוע לבין קטיוני מתכות. ניתן לתאר את הקשר המתכתי כמצב בו כל אטומי המתכת בסריג משפתים אלקטרונים אחד עם השני.
• סידור חלקיקים: קטיוני המתכות מסתדרים בצורת סריג: מבנה ענק עם יחידה חוזרת וסידור תלת ממדי.
• אופי תנועה: לחלקיקי המוצק תנועות מסוג תנודה בלבד.
• דוגמה: ארד (נחושת Cu + בדיל Sn), פְּלִיז (נחושת Cu + אבץ Zn), כסף סטרלינג (כסף Ag + נחושת Cu).

תמיסות מולקולריות

• חלקיק: מולקולות מומס, מולקולות מֵמֵס. הסימון הכללי הוא [_{( מֵמֵס )} מוּמָס]. המֵמֵס הנפוץ ביותר הוא מים ולכן קיבל את הסימון (aq) שמקורו מהמילה האנגלית aqueous 'מֵימִי'.
• קשרים: בתמיסה מולקולרית יהיו קשרים בין מֵמֵס-מֵמֵס וגם מֵמֵס-מומס. הקשרים של מומס-מומס מוזנחים כיוון שאנו עוסקים בתמיסות מהולות לכן המרחק בין חלקיקי המומס גדולים וביניהם מספר רב של חלקיקי ממס.
  לדוגמה התמיסה CH₃OH_(aq)­. בין חלקיקי המֵמֵס H₂O- H₂O קשרי מימן ובין מֵמֵס-מומס H₂O- CH₃OH קשרי מימן גם כן.
  דוגמה נוספת היא CH₃OH_(benzene), [benzene = C₆H₆]_. בין חלקיקי המֵמֵס C₆H₆– C₆H₆ יש אינטראקציות ו.ד.ו של דו-קוטב רגעי, ובין מֵמֵס למומס דו-קוטב רגעי גם כן.
• סידור חלקיקים: כל מולקולת מומס מוקפת במספר רב של מולקולות מֵמֵס ורחוקה ממולקולות מומס אחרות. מולקולות התמיסה פחות צפופות ממצב מוצק וחסרות כל סדר.
• אופי תנועה: לחלקיקי הנוזל תנועות מסוג תנודה וסיבוב.
• דוגמה: CH₃OH_(aq), CH₃OH_(benzene) .

תמיסה יונית מימית

• חלקיק: קטיונים וגם אניונים בודדים המוקפים מולקולות מים (מֵמֵס).
• קשרים: קטיונים (⊕) נמשכים לאטומי החמצן במים, קוטב שלילי. אניונים (⊖) נמשכים לאטומי מימן, קוטב חיובי.
  בין מולקולות המים (מֵמֵס-מֵמֵס) ישנם קשרי מימן.
• סידור חלקיקים: קטיונים מוקפים במולקולות מים הפונות עם החמצנים, אניונים מוקפים במולקולות מים הפונות עם מימנים. מולקולות המים והיונים מפוזרים בתמיסה ללא סדר.
• אופי תנועה: לחלקיקי הנוזל תנועות מסוג תנודה וסיבוב.
• דוגמה: NaCl_(aq), Ca(OH)_2(aq), (NH₄)₃PO_4(aq) .

בעת תשובה מילולית במבחן זכרו כי תיאור מיקרוסקופי דורש:

• חלקיק
• קשרים
• סידור חלקיקים
• אופי תנועה