החוברת · דף לימוד
מתכות מול אל-מתכות
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 2: הטבלה המחזורית
למדו איך לזהות מתכות, אל-מתכות ומתכתונים לפי מיקום, מוליכות, ברק ותכונות פיזיקליות נוספות.
החלוקה הגדולה
הטבלה המחזורית מחולקת לשלוש קבוצות עיקריות לפי תכונות פיזיקליות וכימיות:
מתכות
רוב היסודות בטבלה (כ-80%)-מבריקות, מוליכות, גמישות
אל-מתכות
מיעוט היסודות-עמומות, מבודדות, שבירות
מתכתונים
קבוצה קטנה עם תכונות של שניהם
מתכות מול אל-מתכות: ההבדלים המרכזיים
מתכות
תכונות פיזיקליות:
• מבריקות (נצנוץ מתכתי)
• מוליכות חשמל וחום מצוינות
• ניתנות לעיצוב (malleable) - אפשר לפלטט לרדיד
• ניתנות למתיחה (ductile) - אפשר למתוח לחוט
• בדרך כלל מוצקות בטמפרטורת חדר (מלבד כספית)
• צפופות (כבדות יחסית)
ברזל, זהב, כסף, נחושת, אלומיניום
אל-מתכות
תכונות פיזיקליות:
• עמומות (לא מבריקות)
• מבודדות (לא מוליכות חשמל או חום)
• שבירות (נשברות בקלות אם מוצקות)
• לא ניתנות לעיצוב או מתיחה
• יכולות להיות גזים, נוזלים, או מוצקות
• קלות (צפיפות נמוכה)
חמצן, חנקן, פחמן, גופרית, פלואור, כלור
ההבדלים האלה נובעים מההבדלים במבנה האטומי-במיוחד מהאופן שבו האלקטרונים מסודרים.
תכונות מתכות לעומק
מבריקות
מתכות משקפות אור-יש להן "נצנוץ מתכתי" אופייני.
מוליכות חשמל
אלקטרונים חופשיים יכולים לנוע בקלות-מעבירים זרם חשמלי.
מוליכות חום
חום עובר במתכות במהירות-זו הסיבה שסירים עשויים ממתכת.
ניתנות לעיצוב
אפשר לפלטט מתכת לרדיד דק (כמו נייר כסף) בלי לשבור אותה.
ניתנות למתיחה
אפשר למתוח מתכת לחוט דק וארוך (כמו חוטי נחושת).
מוצקות בד"כ
כל המתכות מוצקות בטמפרטורת חדר-מלבד כספית (Hg) שהיא נוזל!
תכונות אל-מתכות לעומק
עמומות
אל-מתכות לא משקפות אור-הן נראות מט (לא מבריקות).
מבודדות
אל-מתכות לא מוליכות חשמל או חום (מלבד גרפיט-חריג!).
שבירות
אל-מתכות מוצקות נשברות בקלות-לא אפשר לפלטט או למתוח אותן.
גזים רבים
רוב האל-מתכות הן גזים בטמפרטורת חדר (O₂, N₂, Cl₂...).
צבעוניות
לאל-מתכות יש צבעים מגוונים-גופרית צהובה, ברום אדום, יוד סגול.
קלות
אל-מתכות בדרך כלל קלות-צפיפות נמוכה.
מתכתונים: היסודות ש"לא יודעים להחליט"
בין מתכות לאל-מתכות יש קבוצה מעניינת של יסודות עם תכונות מעורבות.
התכונות המיוחדות של מתכתונים (במיוחד מוליכות חלקית) עושות אותם חיוניים לאלקטרוניקה!
סיליקון (Si)
המתכתון החשוב ביותר!
- מבריק קלות (כמו מתכת)
- שביר (כמו אל-מתכת)
- חצי-מוליך-מוליך חשמל בתנאים מסוימים
- הבסיס לכל שבבי המחשב!
- נפוץ מאוד-אחד היסודות הנפוצים בקרום הארץ
גרמניום (Ge)
חצי-מוליך "אח של סיליקון"
- מבריק (אפור-כסוף)
- שביר
- חצי-מוליך
- שימוש: טרנזיסטורים, תאי שמש
- יותר יקר מסיליקון
ארסן (As)
מתכתון מפורסם ומסוכן
- מבריק מעט
- שביר
- רעיל מאוד!
- שימוש: סגסוגות מיוחדות
- היסטורית: רעל מפורסם
למה סיליקון הוא הבסיס לכל שבבי המחשב?
למה מתכות מוליכות חשמל טוב יותר מאל-מתכות?
מתכות ואל-מתכות בחיי היום-יום
חוטי חשמל (נחושת)
מתכת: נחושת מוליכה חשמל מצוין ונמתחת לחוטים דקים.
סירים (אלומיניום)
מתכת: אלומיניום מוליך חום, קל משקל, וניתן לעיצוב.
תכשיטים (זהב, כסף)
מתכות: מבריקות, לא מחלידות, וניתנות לעיצוב לצורות יפות.
גלגלי רכב (אלומיניום)
מתכת: חזקה, קלה, וניתנת ליציקה לצורות מורכבות.
האוויר (חנקן, חמצן)
אל-מתכות: גזים חיוניים לחיים, חסרי צבע וריח.
בלוני הליום
אל-מתכת: גז קל, לא דליק, לא מגיב.
גרפיט (עיפרונות)
אל-מתכת: פחמן-רך, שחור, מוליך חשמל (חריג!).
שבבי מחשב (סיליקון)
מתכתון: חצי-מוליך-הבסיס לכל האלקטרוניקה המודרנית!
השוואה מהירה: מתכות מול אל-מתכות
| תכונה | מתכות | אל-מתכות | מתכתונים |
|---|---|---|---|
| מבריקות | כן ✓ | לא ✗ | קצת |
| מוליכות חשמל | מצוינת ✓ | לא ✗ | חלקית |
| מוליכות חום | מצוינת ✓ | לא ✗ | חלקית |
| ניתנות לעיצוב | כן ✓ | לא ✗ | לא ✗ |
| שבירות | לא ✗ | כן ✓ | כן ✓ |
| מצב צבירה בד"כ | מוצק | גז/מוצק | מוצק |
| מיקום בטבלה | שמאל ומרכז | ימין עליון | קו גבול |
חריגים קיימים! למשל: גרפיט (פחמן) הוא אל-מתכת שמוליכה חשמל.
למה סיליקון חשוב כל כך לטכנולוגיה המודרנית, ומה הופך אותו לשונה ממתכת רגילה?