תכונות חומרים
איך מזהים חומר? לכל חומר יש תכונות ייחודיות שמגדירות אותו
למה חשוב להכיר תכונות?
מוליכים
חומרים שמאפשרים לזרם חשמלי לעבור דרכם.
דוגמאות:
• נחושת
• ברזל
• אלומיניום
• מי מלח
מבודדים
חומרים שלא מאפשרים לזרם חשמלי לעבור.
דוגמאות:
• פלסטיק
• גומי
• עץ יבש
• זכוכית
כבל חשמלי - שילוב מושלם
כבל חשמלי בנוי משני חומרים:
- ליבה מנחושת - מוליכה את הזרם ביעילות
- מעטפת פלסטיק - מבודדת ומגינה מפני התחשמלות
- זו דוגמה לבחירת חומרים על פי תכונותיהם!
מוליכי חום טובים
חומרים שמעבירים חום מהר.
דוגמאות:
• מתכות (אלומיניום, נחושת)
שימוש: סירי בישול עשויים מתכת כדי להעביר חום מהאש למזון
מבודדי חום
חומרים שמעבירים חום לאט.
דוגמאות:
• עץ, פלסטיק, קלקר
• אוויר, צמר
שימוש: ידיות סירים עשויות פלסטיק כדי לא להיכוות
קשיות
קשיות (Hardness) מוגדרת כמדד להתנגדותו המכנית של חומר מוצק לעיוות פלסטי מקומי, שריטה או פנטרציה. בסולם מוס (Mohs Scale) לקשיות מינרלים, מדורגת ההתנגדות מ-1 (טלק רך) ועד 10 (יהלום), במבחני יכולת החריצה של חומר אחד את רעהו.
מבחן החריצה:
אם חומר A מצליח לחרוץ את חומר B, אז A קשה יותר מ-B.
דוגמאות לפי קשיות (מהרך לקשה):
• טלק (הכי רך)
• ציפורן
• זכוכית
• פלדה
• יהלום (הכי קשה בטבע)
יהלום יכול לחרוץ כל חומר אחר, ולכן משתמשים בו לחיתוך זכוכית ולקדיחה.
שקוף
אור עובר לגמרי.
זכוכית חלון, מים נקיים, אוויר
חצי-שקוף
אור עובר חלקית.
זכוכית חלבית, נייר דק, ערפל
אטום
אור לא עובר כלל.
עץ, מתכת, קרטון, אבן
ברק
ברק (Luster) מתאר את התכונה האופטית שלפיה כמות ואיכות ההחזרה האלקטרומגנטית (אור) מפני שטח החומר. מתכות מאופיינות בברק מתכתי עז (Metallic Luster) עקב ים האלקטרונים החופשיים שבהן, בעוד חומרים אדמתיים מציגים ברק עמום המשקף פיזור רב-כיווני (החזרה דיפוזית) של פוטונים.
ברק מתכתי:
מתכות מחזירות אור בצורה ייחודית ומבריקה.
דוגמאות: זהב, כסף, נחושת מצוחצחת
ברק מט (חסר ברק):
חומרים שאינם מחזירים אור בצורה חזקה.
דוגמאות: גיר, פחם, עץ לא מלוטש
תכונת הברק עוזרת לזהות מתכות ולהבדיל בינן לבין חומרים אחרים.
מסיסות
מסיסות (Solubility) היא המדד המבטא את יכולת החלקיקים של חומר מסוים (מומס) להשתלב במלואם בסריג או במבנה החלקיקי של חומר אחר (ממס), על מנת ליצור תערובת הומוגנית חד-פאזית (תמיסה). תכונה זו תלויה בקשרים כימיים (פולריות) ובטמפרטורת המערכת.
דוגמאות:
• סוכר מתמוסס במים ✓
• מלח מתמוסס במים ✓
• שמן לא מתמוסס במים ✗
• חול לא מתמוסס במים ✗
גורמים המשפיעים:
• סוג החומר
• טמפרטורה (בדרך כלל חום מגביר מסיסות)
כשסוכר מתמוסס במים, הוא לא נעלם - הוא מתפזר בין מולקולות המים!
סיכום תכונות חומרים נפוצים
| חומר | מוליך חשמל? | מוליך חום? | קשיות |
|---|---|---|---|
| נחושת | כן (מצוין) | כן (מצוין) | בינונית |
| ברזל/פלדה | כן | כן | גבוהה |
| זכוכית | לא | לא | גבוהה |
| פלסטיק | לא | לא | נמוכה-בינונית |
| עץ | לא | לא | בינונית |
| יהלום | לא | כן! | הגבוהה ביותר |
* יהלום הוא חריג מעניין: מבודד חשמלי אבל מוליך חום מצוין!
מדענים מפתחים חומרים חדשים עם תכונות מיוחדות:
• גרפן - חזק פי 200 מפלדה אבל דק כמו אטום אחד!
• אירוג'ל - מבודד חום מצוין, 99% אוויר
• סיבי פחמן - קלים וחזקים, משמשים במטוסים ומכוניות מירוץ
שאלה לחשיבה
למה כלי מטבח (סירים, מחבתות) עשויים ממתכת עם ידיות מפלסטיק או עץ?
על מנת למקסם יעילות ובטיחות, כלי מטבח נבנים משילוב חומרים בעלי תכונות תרמיות הופכיות. גוף הסיר מיוצר ממתכות בעלות מוליכות חום גבוהה (כאלומיניום או פלדה) לפיזור אנרגיה מהיר מן האש למזון, בעוד שהידיות עשויות מפולימרים (פלסטיק) או עץ, המתפקדים כמבודדי חום בעלי מוליכות תרמית נמוכה המונעת כוויות עור בטמפרטורות גבוהות.