ה. מבוא להנדסת חומרים- פתרונות פרק (מורחב): קשרים בין אטומיים איזוטופים- אטומים של אותו יסוד, אשר הם בעלי מסות שונות.. מסות השונות נובעות ממספר שונה של נויטרונים בגרעין. היסוד נקבע עפ"י מספר הפרוטונים בגרעין והמסה האטומית מחושבת + לפי מס' החלקיקים בגרעין: פרוטונים נויטרונים. קיום איזוטופים בטבע הוא ההסבר העיקרי לכך שהמסה האטומית בטבלה המחזורית לא נתונה ע"י מס' שלם. המסה האטומית בטבלה היא ממוצע משוקלל של המסות האטומיות של האיזוטופים הקיימים בטבע.. סיבה נוספת היא שמסת הפרוטון שונה ממסת הנויטרון. tomic Mass Uit (MU). יחידת מידה למסה אטומית היא: ערכי משקל אטומי בטבלה המחזורית נתונים ב-.MU בקירוב טוב ניתן. לקרוא אותם ביחידות של g/mol? כמה גרם יש ביח' מסה אטומית אחת MU MU N g mol av g g.66 3 6.3 4 g טבלת היסודות היא טבלה מחזורית. המחזוריות נובעת מאופן סידור אלקטרונים ברמות אלקטרוניות מסביב לגרעין בכל אטום..3 הקונפיגורציה האלקטרונית מופיעה עבור כל אטום בטבלה. למעשה, המצב היציב של החלקיקים, אטומים או יונים, הוא בהשלמה של קליפה אלקטרונית חיצונית.. העמודה הראשונה בטבלה Na) (Li, מאופיינת באלקטרון S בודד בקליפה האחרונה. הנטייה של יסודות אלה היא למסור אלקטרון, לכן הם יציבים בתור יונים: + Na. Li +, באופן דומה, העמודה של F..Cl, זה גם מסביר למה הגזים האצילים הם אצילים- אין להם נטייה אנרגטית לוותר או לקבל אלקטרון לטובת קשר עם יסוד אחר.
4 א. ( ההבדלים העיקריים נובעים מאופי הקשרים: קשרים יוניים- משיכה אלקטרוסטטית בין יונים בעלי מטען שונה. קשרים קוולנטיים- קיים "שיתוף" של אלקטרונים בין ענני האלקטרונים של שני אטומים סמוכים, כך שכל אטום "מרגיש" סביבו סידור אלקטרונים דומה לזה של שיווי משקל. קשרים מתכתיים- ליבות היונים, בעלות מטען חיובי, מופרדות זו מזו, אך גם קשורות זו לזו ע"י "ים" של אלקטרוני הערכיות של האטומים. ההסבר באופן איכותי: ההבדל בין קבוצות החומרים הנ"ל מתבטא, בין היתר, בתכונותיהם החשמליות. בשני סוגי הקשרים הראשונים, החומר מתנהג כמבודד או מוליך למחצה מפני שהאלקטרונים תפוסים ליון ספציפי ואינם יכולים לנוע בחופשיות. קשר מתכתי לעומת זאת מאפשר תנועת אלקטרונים חופשית יחסית, ולכן מוליכותם החשמלית טובה. ב) הקשרים הקוולנטיים, בניגוד לאחרים, הם בעלי כיווניות מסויימת, שהאטומים אינם יכולים להסתדר באריזה הצפופה ביותר, אלא רק בהתאם לכיווניות הקשרים. עובדה זו היא הגורם לכך שאריזתם של חומרים אלו בד"כ פחות צפופה. כך
E B + 5 א. ( נפתור לפי ההדרכה: E B B B + } ב) E B + B + B B ג) 6 א. ( טמפ' היתוך נמוכה- לאלומיניום (l) טמפ' היתוך נמוכה מלטונגסטן (W) מכיוון שאנרגית הקשר (( (E( שלו קטנה יותר בערך מוחלט- קל יותר להפריד בין האטומים. ב) אנרגית אידוי לאטום- לטונגסטן (W) יש אנרגית אידוי לאטום גבוהה יותר, מפני שיש להשקיע אנרגיה גבוהה יותר כדי לנתק אטום מהחומר. ג) מקדם התפשטות תרמי- לאלומיניום (l) מקדם התפשטות תרמי גבוה יותר. זאת לפי שיפוע הגרף המתון יותר באיזור > שינוי קל באנרגיה יביא לשינוי משמעותי במרחק (). 3
:xcl שרטוט גרף לפי המשוואות, באמצעות תוכנת 7 א. ( Bodig Egy [V] 5 5-5 ER.4m E v..4.6.8 Eo-5.3V - E -5 It-tomic Spaatio [m] E B.4m ; E -5.3V B + : E ב. II+I ) ג) עפ"י הגרף של פתרון מתמטי: 8 ; -.436 ; B7.3-6 :3 נתון: לפי שאלה מתוך נגזרת האנרגיה לפי המרחק מצאנו את הקשר:.436 7. 36m הצבה: 6 8 7.3 6 B.436 7.3 E + + 5. 3V 8.36.36 4
א 8. Bodig Egy [V] 9 8 7 6 5 4 3 W C l Hg - 3 4 Mltig Tmpatu [c] ( יש להשקיע יותר אנגריה ככל שאנרגית הקשר של החומר גבוהה יותר, (טמפ' כדי להרחיק אטומים זה מזה- יש להשקיע אנגריה גבוהה יותר גבוהה יותר) כדי להתיך את החומר. לפי ההגדרה חומר נחשב נוזלי דרך שונה להסתכל על זה היא הבאה: (לפחות 5% מהמרחק הבין- כאשר תנודות האטומים גדולות מספיק וככל שאנרגית הקשר גבוהה משרעת התנודות תלויה בטמפ', אטומי). יותר יש צורך בהשקעת אנרגיה (טמפ') גבוהה יותר כדי להגדיל את התנודות הנ"ל. E (Mo) 7Ev ב) מתוך הגרף: F 9. כח המשיכה בין יוני O מטעני ו- היונים כאל מטענים נקודתיים בגודל + K, זהו חישוב מסדר ראשון שמתייחס אל ε 8.85. + 4πε F m 9.6 Cb F 4π 8.85 ; F m ו- - ( Z ) ( Z ) 9 (.5 m) נחשב בעזרת חוק קולון: 9 () ( )( Cb.6 ) N התקבל ערך שלילי. (-) הסימן מסמן משיכה. 5
4πε הערה בנושא יחידות: כדי לראות שהאיבר הוא המקדם.436 בנוסחא, יש להעביר הכל למע' יחידות שבה מטען האלקטרון הוא והמרחק נלקח ביח' של. m Cb F V יחידת הקיבול Faad מוגדרת באופן הבא: ε להיות, לכן, לא מספיק לקחת את צריך גם להמיר את ליח'., m m : המתאימות, כלומר ε 8.85 Cb 55.35 m V m V 55.35 6 3 m V 4π ( 55.35 ) 3.439 קיבלנו את הקבוע עבור קשר יוני.. קשר יוני עבור מערכות עם שני מרכיבים -B לפי: % Ioic Chaact.5 ( ) [ ] x B x % - ערכי א"ש (אלקטרו- שליליות) מהטבלה המחזורית. x, x B CsCl ZT TiO MgCl.5(.79 3.6) [ ] (.65.) [ ].5 (.54 3.44) [ ].5 (.3 3.6) [ ].5 75.4% 4.9% 59.4% 57.5% הצבה בנוסחא: ISb ( ) [ ].5.78.5.8% 6
. ( C) משקל מולקולרי ] mol [ g / טמפ' רתיחה 9.4-85 36.4 HF HCl לפי משקל מולקולרי, היינו מצפים של- HF תהיה טמפ' רתיחה נמוכה מל-, HCl אולם בין המולקולות של HF ישנם קשרים מולקולריים מסוג של קשרי מימן לעומת קשרי ואן-דר-ואלס בין מולקולות.HCl קשרי מימן חזקים משמעותית מקשרי ואן-דר-ואלס, של HF היא כ"כ גדולה. לכן טמפ' הרתיחה נערך ע י : מירי מרקוביץ ושירלי בורוכין (אביב 6) 7