:: wikimiki.org ::
| פלואור |
פלואור
פלואור הוא יסוד כימי ממשפחת ההלוגנים. סמלו הכימי F ומספרו האטומי הוא 9.
תכונות
הפלואור מצוי במצב של גז בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס; צבעו צהוב בהיר והוא בעל ריח חריף.
פלואור הוא היסוד האלקטרושלילי ביותר; לפיכך זהו היסוד הפעיל ביותר והוא מגיב בקלות עם חומרים אחרים. זהו אחד היסודות הבודדים היוצרים תרכובות עם גזים אצילים, ואחד משלושת היסודות היחידים (לצד חמצן וחנקן) המסוגלים ליצור קשרי מימן.
באוויר לח פלואור מגיב עם מים ויוצר חומצה פלואורית מסוכנת.
בתמיסות נוצר יון פלואור . יונים אחרים הם קומפלקסים של פלואור כמו או . תרכובות של פלואור ומתכתות יוצרות את המלחים היציבים ביותר.
שימושים
לפלואור הרבה שימושים, להלן מפורטים כמה מהם:
- פלואור הוא אחד המרכיבים בתהליך הייצור של טפלון.
- גזים כמו פראון מכילים פלואור ().
- עם חומצה פלואורית () חורטים על זכוכית, כמו למשל על נורה
- לפלואור שימושים בתחום ייצור המוליכים למחצה
- תרכובות פלואור-כלור-מימן-פחמן משמשים כנוזלי קירור במזגנים ומקררים. לאחרונה ישנה מגמה להוציא חומרים אלו משימוש ולעבור לחומרים בטוחים יותר מכיוון שהתגלה שגזים אלו פוגעים בשכבת האוזון
- נתרן פלואורי שימש בעבר בתור חומר הדברה, בעיקר נגד תיקנים
- תרכובות פלואור מוספות לעיתים קרובות למשחת שיניים, במקומות מסוימים אף מוסיפים פלואור למי השתיה.
- F-18, איזוטופ רדיואקטיבי שפולט פוזיטרונים כשהוא מתפרק.
מדעני חלל בארה"ב חקרו את פלואור בשנות ה־60 המוקדמות, הם חשבו שהוא יוכל לשמש כחומר דוחף בטילים. הניסוים ניכשלו מכיוון שהיה קשה לטפל בפלואור.
היסטוריה
סידן פלואורי תואר ב־1529 ע"י Georgius Agricola כחומר ריתוך (Flux), חומר זה סייע לרתך למזג מתכות או מינרלים. ב־1670 Schwandhard גילה שניתן לחרוט על זכוכית עם סידן פלואורי שעובד בחומצה.
Karl Scheele ועוד חוקרים רבים אחרים כגון Humphry Davy, Gay-Lussac, Antoine Lavoisier וLouis Thenard עשו ניסויים בחומצה פלואורית שהכינו מסידן פלואורי וחומצה גפרתית מרוכזת.
בסופו של דבר הבינו שחומצה פלואורית מכילה יסוד לא ידוע. יסוד זה לא הופק שנים רבות מכיוון שהוא מאוד פעיל, מיד לאחר שמפרידים אותו מחומר אחד הוא מגיב עם חומר אחר. ב־1886 פלואור בודד ע"י Henri Moissan, כמעט לאחר 74 שנים של ניסיונות. ניסיונות אלו עלו למספר חוקרים בבריאותם ואפילו בחייהם. Henri Moissan זכה בפרס נובל בכימיה ב־1906.
השימוש הראשון בפלואור היה בפרויקט מנהטן במלחמת העולם השניה, שתרכובת אורניום ופלואור () עזרה בהפרדה של האיזוטופ אורניום-235 מאורניום-238. היום משתמשים ב לא למטרות מלחמה ומייצרים בעזרתו אורניום מועשר שהוא דלק גרעיני לכורים גרעיניים (להפקת חשמל).
תרכובות
פלואור מוחלף לעיתים קרובות עם אטום מימן בתרכובות אורגניות, מכך שלפלואור הרבה תרכובות.
תרכובות פלואור וגזים אציליים יוצרו לראשונה ע"י Neil Bartlett ב־1962 - התרכובת הייתה הראשונה. תרכובות פלואור עם קריפטון ורדון יוצרו גם הן.
אמצעי זהירות
פלואור טהור מסוכן מאוד ויכול לגרום לכוויות כימיות קשות במגע עם העור.
גם מימן פלואורי מצריך טיפול מיוחד וצריך להמנע ממגע עם העור והעיניים.
פלואור ויוני פלואור מאוד רעילים. לפלואור טהור יש ריח חריף ועוקץ שנחשף בריכוז נמוך כמו 20 .
קישורים
- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/F/index.html WebElements.com – Fluorine]
- [http://education.jlab.org/itselemental/ele009.html It's Elemental – Fluorine]
- [http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=F Picture of liquid fluorine – chemie-master.de]
- [http://www.chemsoc.org/viselements/pages/fluorine.html Chemsoc.org]
- [http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/index-en.html Periodic Table of Elements]
- [http://news.nana.co.il/Article/?ArticleID=193986&sid=16 בלדד השוחי מסביר על מזגנים]
קטגוריה:יסודות כימיים
קטגוריה:הלוגנים
ja:フッ素
ko:플루오르
th:ฟลูออรีน
יסוד כימייסוד כימי או בקיצור, יסוד, הוא חומר שמורכב מאטומים בעלי אותו מספר של פרוטונים בגרעין. מספר זה הוא המספר האטומי של היסוד. דוגמה: כל האטומים שלהם שישה פרוטונים בגרעין הם אטומים של היסוד פחמן, וכל האטומים עם 92 פרוטונים בגרעין הם אטומים של היסוד אורניום.
הדרך המקובלת ביותר להציג את רשימת היסודות בדרך מסודרת היא הטבלה המחזורית של היסודות.
המדע העוסק בחקר היסודות ותכונותיהם הוא מדע הכימיה.
ראו גם
- יסודות כימיים (לפי שם)
- יסודות כימיים (לפי מספר אטומי)
- מונחים במבנה האטום
Category:כימיה
-
ja:元素
ko:화학 원소
ms:Unsur kimia
simple:Element
th:ธาตุเคมี
מספר אטומימספר אטומי (atomic number) הוא תכונה של יסוד כימי, המתארת את מספר הפרוטונים שבגרעין האטום, ולכן גם את מספר האלקטרונים שבאטום במצבו הנייטרלי. אופיו הכימי של האטום נקבע לחלוטין על ידי מספר זה.
ראו גם
- מונחים במבנה האטום
קטגוריה:תכונות כימיות
als:Ordnungszahl
ja:原子番号
ko:원자 번호
th:เลขอะตอม
גז
גז הוא מצב צבירה של החומר, בו המולקולות אינן צמודות (ישנו רווח ביניהן) אלא רחוקות אחת מהשנייה, המשיכה ביניהן נמוכה,
והן נעות בחופשיות יחסית. גז, בדומה לנוזל, מסוגל לזרום, ואינו מתנגד לשינוי בצורתו. בניגוד לנוזל, לגז אין נפח קבוע, והוא נוטה להתפשט כדי למלא את כל הנפח שהוקצב לו (עקרון אבוגדרו).האנרגיה הקינטית של גז גדולה מזו של נוזל או מוצק, אך קטנה מזו של הפלסמה.
מקור המילה גז היא כנראה בדרך בה איית מחדש כימאי פלמי את המילה היוונית כאוס, כפי שזו נשמעה בפיו.
גזים נבדלים במשוואת המצב שלהם. ככל שהגז נמצא בטמפרטורה הקרובה יותר לטמפרטורת הרתיחה שלו, הוא קרוב יותר למצב הנוזל. בטמפרטורות נמוכות נוצרים קשרים חזקים יותר בין המולקולות. חוק אבוגדרו אומר שבתנאי לחץ וטמפרטורה שווים, כמות שווה של גז אידיאלי תתפוס את אותו נפח ולא משנה גודל המולקולה. עבור גזים בלתי אידיאליים, קשר זה, הקרוי משוואת המצב, משתנה. גז ון-דר-ולס הנו דוגמא לגז בלתי אידיאלי.
מולקולות הגז יכולות להיות בעלות מבנים מגוונים, המשפיעים על האנרגיה הפנימית של הגז. הגז יכול להיות למשל חד אטומי, כפי שנפוץ בגזים אצילים, דו-אטומי, למשל כלור, חמצן או חנקן, או בעל מבנה מורכב יותר, אשר עשוי לערב מבנה מרחבי, למשל מולקולת המים, שהיא תלת אטומית כפופה. למבנה מולקולת הגז יש השפעה על דרגות החופש שלה, כלומר על יכולת התנועה של האטומים במולקולה זה ביחס לזה. לגז חד אטומי אין דרגות חופש נוספות כלל, פרט למיקומה ומהירותה של המולקולה. בגז דו-אטומי, יכולים האטומים להתקרב ולהתרחק זה מזה, בדומה לקפיץ. זו דרגת חופש אחת. המיקום המרחבי של הקו המחבר את האטומים אינו משנה, מכיוון שאין למה להשוותו.
עבור גזים בעלי מספר רב יותר של אטומים, דרגות החופש סבוכות יותר. פרט למרחקים בין המולקולות, משנות גם הזוויות שבין הקווים המחברים את האטומים.
כמות הגז נמדדת במול מולקולות.
ראו גם:
- גז אידאלי
- גז אציל
- גז בישול
דוגמאות לכמה גזים נפוצים
- מתאן
- הליום
- מימן
- חמצן
- פחמן דו-חמצני
ja:気体
ko:기체
ms:Gas
simple:Gas
th:แก๊ส
טמפרטורהטמפרטורה היא גודל פיזיקלי שנועד לכמת את מה שבאופן אינטואיטיבי אנו מבינים כ"חם" ו"קר". מבחינה פיסיקלית הטמפרטורה הינה גודל המבטא את "רמת התנועה" של חלקיקי החומר ומהווה מדד לאנרגיה הקינטית של החלקיקים.
הגדרות שונות לטמפרטורה
לטמפרטורה היו במהלך ההיסטוריה מספר הגדרות שונות, שבדיעבד אפשר להראות את האקוויוולנטיות שלהן:
טמפרטורה תרמומטרית
ההגדרה הראשונה לטמפרטורה היא הגדרה תרמומטרית, כלומר הגדרה שמנצלת מדידת תכונה מסויימת של החומר, שמשתנה עם הטמפרטורה, וכיולה בעזרת טמפרטורות ידועות. כך למשל הגדירו את הטמפרטורה בעזרת התרמומטר המוכר לנו שמנצל את תכונת ההתפשטות של החומר עם עליית הטמפרטורה, וקביעת סולם בו ידועות טמפרטורות מיוחדות.
אנדרס צלזיוס קבע ב-1742 את סולם הטמפרטורה שלו כך ש 0 מעלות יציינו את רתיחת המים ולעומת זאת 100 מעלות את קפיאתם. רק לאחר מותו, הוחלף כיוון הסולם. דבר זה מדגיש את שרירותיות הטמפרטורה התרמומטרית. אין משמעות פיזיקאלית אמיתית לאפס של הסולם. גם החלוקה למעלות היא בעייתית, אם לא מובטח שהשינוי בגודל הנמדד (כמו גובה הנוזל בתרמומטר) אכן פרופורציונאלי לטמפרטורה ה"אמיתית".
טמפרטורה תרמודינמית
התרמודינמיקה, שהתפתחה במאה ה-19, קושרת את הטמפרטורה למעבר חום אנרגיה תרמית. חום יזרום באופן ספונטאני מגוף "חם" לגוף "קר" עד אשר שתי המערכות יגיעו לאיזון ויימצאו בשיווי משקל תרמי.
לפיכך מגדירים את הטמפרטורה כך שגופים שנמצאים בשיווי משקל תרמי נמצאים באותה טמפרטורה. אם חום זורם מגוף א' לגוף ב', גוף א' יהיה בטמפרטורה גבוהה יותר.
כאשר נוסף חום לגוף מסויים, הטמפרטורה שלה עולה. וכאשר הוא מאבד חום, הטמפרטורה שלו יורדת.
מבחינה פורמאלית, הטמפרטורה מוגדרת בעזרת השינוי הרוורסבילי בחום, והשינוי באנטרופיה – מושג שהומצא בשביל להסביר את התכונה של חום לזרום מגוף בעל טמפרטורה גבוהה לגוף בעל טמפרטורה קרה. ההגדרה היא:
: .
פיתוח הגדרה זו לטמפרטורה נבע במידה רבה מחקירת מנוע קרנו – מודל תיאורטי למנוע המנצל מעבר חום בין מאגר חם למאגר קר בשביל לייצר עבודה, ביעילות הגבוה ביותר האפשרית באופן תיאורטי.
כאשר יש מערכת בה האנטרופיה היא פונקציה של האנרגיה, הטמפרטורה ניתנת על ידי:
:.
יש לשים לב שהטמפרטורה היא גודל אינטנסיבי, כלומר אם ניקח שני גופים בעלי אותה טמפרטורה ונחבר אותם, הטמפרטורה בגוף המחובר תהיה אותה הטמפרטורה כמו בשני החלקים שהרכיבו אותו. זאת בניגוד לחום שהוא גודל אקסטנסיבי: כמות החום האצורה בגוף שמורכב משני גופים שווה לסכום כמויות החום האצורות בכל אחד מהגופים.
הטמפרטורה במכניקה הסטטיסטית
במכניקה הסטטיסטית ניתן להשתמש בהגדרות הטמפרטורה של התרמודינמיקה. אולם בנוסף נחשפות עוד תכונות של הטמפרטורה, שנותנות מושג יותר עמוק על טבעה.
הטמפרטורה פרופורציונית לאנרגיה התרמית הממוצעת לדרגת חופש. כך בגז אידאלי חד אטומי, הטמפרטורה שווה לשני שליש האנרגיה האנרגיה הקינטית הממוצעת של כל אטום.
התפלגות בולצמן מראה פן נוסף של הטמפרטורה.
טמפרטורת החדר
נקבעה באופן שרירותי על 25 מעלות צלזיוס. המושג משמש בתגובות כימיות.
יישומים
הטמפרטורה היא גודל ותכונה נפוצה מאוד במדע. כמעט כל תחומי המדע עושים שימוש בתכונה זו וחוקרים אותה, ביניהם כימיה, ביולוגיה, פיזיקה ועוד.
תכונות פיזיקליות רבות, כגון מצב צבירה, לחץ, צפיפות, והולכה חשמלית תלויות בטמפרטורה. הטמפרטורה משחקת תפקיד חשוב גם בקביעת הקצב והאופן שבו תגובות כימיות מתרחשות. זוהי הסיבה שבגללה לגוף האדם ישנן מספר מערכות הדואגות לכך שטמפרטורת הגוף תישאר 37 מעלות צלזיוס, שינוי בטמפרטורה זו עלול לגרום לתהליכים מזיקים ותוצאות לא רצויות.
ראו גם
- יחידות מידה לטמפרטורה
- האפס המוחלט
קטגוריה:פיזיקה
קטגוריה:תרמודינמיקה
ja:温度
ko:온도
th:อุณหภูมิ
מעלות צלזיוסיחידות מידה לטמפרטורה#מעלות צלזיוס|יחידות מידה לטמפרטורה
צבע
צבע הוא תחושה שנוצרת במוח בעת צפייה בעצמים שמוטל עליהם (או שהם פולטים) אור. המדע העוסק במדידת צבע נקרא קולורימטריה.
קולורימטריה
צבעי החלק הנראה של הספקטרום
פיזיקה של צבע
תחושת הצבע הנתפסת איננה רק תכונה של העצם הנצפה עצמו. הצבע הנתפס על ידי המוח נקבע על ידי כמות ההארה שמגיעה אל העין בכל אורך גל בתחום הנראה. כמות הארה זו נקבעת על ידי מכפלה של שלושה גורמים: ספקטרום הפליטה של מקור האור, עקומת ההחזרה הספקטרלית של העצם. כאשר אור ממקור כלשהו פוגע בעצם, חלק מהקרינה האלקטרומגנטית נבלעת בעצם וחלקה מוחזרת ממנו. הבדלים פיזיקליים בין עצמים יכולים לגרום להם להחזרה שונה באורכי גל שונים, והבדלים אלה גורמים לנו לתחושת צבע שונה.
העין מגיבה לכל אורך גל של אור באופן שונה על פי העקומה הפוטופית באור והעקומה הסקוטופית בחושך.
התחושה הפסיכופיזית שנוצרת תלויה בספקטרום האור הנקלט וגם ברגישות העין לאורכי גל שונים של האור. על כן, למשל, יהיה צבעו של עצם שונה אם מסתכלים עליו תחת תאורות שונות, וכמו כן הוא יכול להתפס כשונה בעיני אנשים או בעלי חיים שונים. בדרך כלל כשמתייחסים לצבע של עצמים מתכוונים לצבע בתאורה "רגילה" (ולא, למשל, אור ירוק - שבו כל העצמים ייראו בגוונים ירקרקים) כשרואה אותם "צופה רגיל". מאחר שזוהי הגדרה רופפת למדי, ניתן במקרים רבים לשטות במוח (על ידי אשליה אופטית מסוימת) וליצור תחושת צבע מטעה. את התלות במקור האור או ברגישות הצופה ניתן לסלק רק על ידי שימוש במכשור מדויק שלא מסתפק בתחושת הצבע הסובייקטיבית אלא מודד את עקומת ההחזרה עצמה.
האור הנראה הוא חלק קטן מספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית, ומאופיין באורכי גל שבין 400x10-9 מטרים בקירוב ועד 700x10-9 מטרים בקירוב. זהו התחום שרשתית העין רגישה אליו. תחום זה ניתן לחלק באופן גס לפי רגישות העין של האדם הממוצע לתחומי הצבעים שמשמאל. אורכי הגל מדודים בננומטר (נ"מ), ועל מנת להמירם למטרים יש להכפילם ב-10-9). התדירויות נמדדות בטרה הרץ (טה"צ), שהם 1012 הרץ.
עצם שאינו מחזיר אור בתדירות שהעין קולטת יראה בצבע שחור. לא קיימים בטבע עצמים שלא מחזירים כלל אור בתחום הנראה אבל העין לא יכולה להבחין בהקרנה נמוכה מתחום מסויים שתחתיו העצם נראה שחור לחלוטין.
"אור לבן" מורכב ממספר אורכי גל ביחס מסויים (שמשתנה בהתאם לתדרים השונים).
עצם לא חייב להחזיר אור כדי להראות. כאשר מתבוננים דרך זכוכית צבעונית או נייר צלופן, האור הנראה הינו האור המועבר דרך החומר. חומר יכול גם לפלוט אור בעצמו: חומרים זרחניים, מנורות פלואורסנטיות, לייזר ונורות להט כולם פולטים אור משל עצמם, באמצעות מנגנונים שונים.
נורת הלהט פולטת בעיקר קרינת גוף שחור - היא מתחממת לטמפרטורה מסויימת, אשר הצבע המאפיין אותה הוא צבע צהבהב. בה במידה, ברזל מלובן פולט צבע אדום כאשר הוא מתחיל להתחמם, מכיוון שהוא נמצא בטמפרטורה שבה עיקר הפליטה הוא באדום. רוב הקרינה מן השמש מגיעה מקרינת הגוף השחור שלה, אשר מרכזה נמצא בצבע הירוק.
הלייזר ונורת הפלואורסנט פולטים שניהם אור בתחומי תדירויות צרים, אשר אינם קשורים לטמפרטורה שלהם אלא הם נובעים ממעברים אלקטרוניים בין רמות אנרגיה אטומיות בחומר.
תחושת הצבע אצל האדם
הרשתית האנושית מורכבת מחיישנים משני סוגים של תאים רגישים לאור: קנים ומדוכים. המדוכים הנם תאים פחוסים הרגישים לנוכחות אור ולשינויים בעוצמת האור. הקנים הנם תאים ארוכים הרגישים לצבע הנקלט אבל רגישים לאור נמוכה והם זקוקים לתאורה רבה יותר כדי ליצור תמונה.
קיימים 3 סוגי קנים:
- תאים הרגישים לאור אדום.
- תאים הרגישים לאור ירוק.
- תאים הרגישים לאור צהוב.
תחושת הצבע הנוצרת במוח היא שילוב של עוצמות החיווי של קנים בשלושת הצבעים השונים. מסיבה זו מוגדר הצבע כגודל תלת מימדי - ניתן לקבוע במדויק את תחושת הצבע אם קובעים את שלושת הערכים שמודדים הקנים השונים. הקושי בקביעה כזו הוא להגיע לכימות נייטרלי של גדלים אלה, כך שניתן יהיה להשוות תחושה של אדם אחד לאחר, בלי תלות בשום גורם.
לצורך כימות זה קיימים תקנים רבים שמתעדכנים לעיתים קרובות.
שילובי צבעים
הביטוי הידוע שחור על גבי לבן משמעו הברור ביותר, כמו בדף לבן שבו מודפסות אותיות שחורות. חרף זאת, מניסויים שנעשו מתברר שהצירוף הבולט ביותר הוא דווקא
# שחור על גבי צהוב,
#ירוק על גבי לבן,
#אדום על גבי לבן,
#כחול על גבי לבן,
#לבן על גבי כחול
#(ורק אז) שחור על גבי לבן.
שימוש בצבעים במחשבים
במחשבים משתמשים בצבע כמעט תמיד בעיצוב אתרי אינטרנט וממשקים של תוכנות. בשפת HTML, ובמגוון יישומים נוספים מסמנים את הצבע על ידי שלושה מספים הקסדצימליים דו ספרתיים, המייצגים את כמות האור האדום, ירוק, וכחול בצבע. לעיתים נהוג להוסיף לפני קוד הצבע את הסימון סולמית (#) כמה צבעים לדוגמה:
ראו גם
- צבעים | עיוורון צבעים
-
קטגוריה:ראייה
ja:色
ko:색
simple:Color
ריח
ריח הוא מה שנתפש על ידי החוש המכונה "חוש הריח". המונחים "צחנה" ו"סירחון" משמשים לתאר ריח לא נעים, בעוד המונח "ניחוח" כדי לתאר ריח נעים. המונח "ארומה" משמש לתיאור ריח נעים של משקה כגון יין או קפה.
ריחות הם התוצאה של קליטת כימיקלים המתנדפים באוויר, אף על פי שכמו בחושים אחרים, גורמים פסיכולוגיים יכולים למלא תפקיד בתחושת הריח.
ניחוחות מסוימים, כמו בשמים ופרחים, נחשקים מאד ואנשים מוכנים לשלם סכומים גדולים עבורם. תעשיות אחרות עוסקות בפיתוח מוצרים שנועדו להעלים ריחות לא נעימים, כגון דאודורנטים, מטהר אוויר ומסנני פחם פעיל.
ריחות שנתפשים כ"נעימים":
סוגים שונים של צמחים כמו פרחים, עצים, מנתה, פירות טריים, בשמים.
ריחות שנתפשים כ"לא נעימים":
פירות רקובים, נבלה, קיא והפרשות אחרות.
תפישת הריח תלויה, במידה רבה, בנסיבות. ריח בישול נתפש כרצוי בעת בישול, אך לא לאחר הארוחה או כאשר יש תחושת מלאות. גם גורמים תרבותיים לוקחים חלק בתפישת הריח - מה שנעים לאחד עשוי להיות לא נעים לאחר. ריחה של הגוייאבה למשל הוא ריח שנוי במחלוקת, כאשר לרוב האנשים דעה מוצקה עליו לכאן או לכאן.
מחקר ריחות הוא שדה מחקר מתפתח, אך הוא מסובך ומורכב. מערכת ההרחה האנושית יכולה להבחין בין אלפי ריחות שונים על בסיס כמות מועטה ביותר של חומר הנישא באוויר. חוש הריח של חיות רבות טוב יותר. ישנם, למשל, סוגים של פרחים המפרישים ריחות הנקלטים על ידי דבורים במרחק של קילומטר ויותר.
פרומונים הם ריחות כימיים המשמשים לתקשורת. נקבת העש יכולה להפריש פרומון שיגרה את הזכר ממרחק של כמה קילומטרים. מלכות דבורי הדבש מפרישות באופן קבוע פרומונים ששולטים על פעילות הכוורת. הפועלות בכוורת יכולות להפריש ריחות שיקראו לדבורים אחרות לתוך חלל מתאים כאשר הנחיל עובר ממקום למקום, או לסמן "אזעקה" כאשר הנחיל נמצא תחת איום.
ריחות מלאכותיים
מדענים עובדים על יצור מכונות מריחות שיוכלו להתמודד עם ריחות שונים - החל מבחינת בשמים וכלה בזיהוי מחלת הסרטן, אך ה"אפים המלאכותיים" טרם הגיעו לרמת ביצועים מספקת.
מדענים אחרים עובדים על הפקת ריחות באופן אוטומטי על בסיס מגוון מצומצם של ריחות, כפי שניתן להרכיב מגוון צבעים על בסיס מספר צבעי יסוד.
בשנות השמונים היה גל אופנתי של "עטי ריח" - עטים צבעוניים, שכל אחד מהם אופיין בריח מסויים. זו דוגמא לאופנה שהטכנולוגיה גרמה.
אמפולת ריח בננה, שהוא אחד הריחות שחיקוייו המלאכותי רווח יותר, משמשת לבדיקת אטימותו של מסנן מסיכת אב"כ: אם ניתן להריח את הריח, המסכה אינה אטומה או שמסנן הפחם טעון החלפה.
כאשר הועלתה האופרה "האהבה לשלושה תפוזים" בישראל בתחילת שנות התשעים, חולקו לקהל כרטיסי ריח. במהלך ההופעה, בין הסצנות, הוצג על הבמה שלט שנשא מספר. הקהל התבקש לגרד את המשבצת המתאימה למספר, כדי להפיק ריח התואם את הסצנה הקרובה.
קטגוריה:חושים
ja:悪臭
אלקטרושליליותאלקטרושליליות (או אלקטרונגטיביות, Electronegativity) היא מידת יכולתו היחסית של אטום למשוך אלקטרונים אליו בקשר קוולנטי.
המושג המקורי הוצע על-ידי לינוס פאולינג, כימאי-פיזיקאי, בשנת 1932. לאחר שנתיים פיתח ר.ס מוליקן דרך לחישוב ערכי אלקטרושליליות: הממוצע בין פוטנציאל היינון (האנרגיה הדרושה להרחקת אלקטרון מהאטום) והזיקה האלקטרונית (האנרגיה הדרושה להוספת אלקטרון לאטום במצב גזי).
הערכים המתקבלים לשיטתו של מוליקן הם ביחידות אנרגיה, לרוב באלקטרון וולט.
לפיכך, ישנן שתי טבלאות - טבלת מוליקן וטבלת פאולינג. הנפוצה יותר בשימוש היא טבלת פאולינג.
טבלה מוכרת פחות היא טבלת אלרד-רוצ'או.
מערך האלקטרונים באטום הוא אשר קובע את האלקטרושליליות - האטומים הקרובים להשלמת קליפתם החיצונית למבנה של גז אציל (ניאון למשל) על-ידי הוספת אלקטרונים, הם בעלי אלקטרושליליות גבוהה יותר מאשר אלו המגיעים לקליפה חיצונית שלמה בעזרת מסירת אלקטרונים.
אלקטרושליליות נמדדת תמיד בערכים חיוביים והאטום בעל האלקטרושליליות הגבוהה ביותר הינו הפלואור - אנרגיית יינון גבוהה וזיקה אלקטרונית גבוהה, בעל ערך אלקטרושליליות 4.
למתכות לעומת זאת, יש נטייה למסירת אלקטרונים ולכן הן מקבלות את הערכים הנמוכים ביותר של אלקטרושליליות - לדוגמא פרנציום, מתכת אלקאלית, מקבלת ערך 0.7, הנמוך ביותר.
קשרים קוטביים, נוקלאופילים ואלקטרופילים
בקשרים קוולנטיים בהם יש הבדלי אלקטרושליליות בין שני האטומים המשתתפים, קיימת חלוקה בלתי שווה של צפיפות האלקטרונים. האטום האלקטרושלילי יותר מושך אליו את האלקטרונים המשותפים ביתר חוזקה; לפיכך שורר סביב אטום זה מטען חשמלי שלילי (מטען זה הינו חלקי, כיוון שמשיכת האלקטרונים אינה מוחלטת; יש להבדיל בין מטען חלקי ובין מטען מלא, כפי שניתן לראות ביונים, למשל).
האטום האלקטרושלילי בקשר הקוולנטי מכונה נוקלאופיל (נוקלאוס פירושו "גרעין", פיל פירושו "אוהב"); אטום זה נמשך למטענים חשמליים חיוביים (לגרעיני אטומים, למשל, או ליונים חיוביים). לעומת זאת, סביב האטום הפחות אלקטרושלילי שורר מטען חשמלי חיובי (הנובע מהפרוטונים שבגרעין). אטום זה מכונה אלקטרופיל; הוא נמשך למטענים חשמליים שליליים (לאלקטרונים, למשל, או ליונים שליליים). היות ואטומים מסוימים הינם בלתי-פעילים מבחינה כימית, ניתנים לעתים הכינויים "נוקלאופיל" ו"אלקטרופיל" לכל המולקולה (במקרים של מולקולות קטנות). מולקולות נוקלאופיליות עשויות להיות בעלות מטען שלילי או נייטרליות. מולקולות בעלות מטען שלילי מכילות אלקטרון עודף (אחד או יותר), כך שבאופן אינטואיטיבי הן נמשכות למטענים חיוביים. נוקלאופילים נייטרליים, לעומת זאת, מכילים זוג אלקטרונים בלתי-קושר (אשר אינו משתתף בקשר כלשהו), והוא זה שנמשך למטענים החיוביים.
דוגמה לנוקלאופיל שלילי היא יון הידרוקסיד (-OH); הלה מכיל אלקטרון עודף אשר נמשך למטענים חיוביים. דוגמה לנוקלאופיל נייטרלי היא אמוניה; לאטום החנקן יש חמישה אלקטרונים בקליפתו החיצונית; שלושה מהם תפוסים בקשרים קוולנטיים עם שלושה אטומי מימן, ואילו שניים מהם מהווים זוג בלתי-קושר, אשר נמשך למטענים חיוביים. אמוניה היא בנוסף דוגמה למולקולה המוגדרת כולה כ"נוקלאופיל", למרות שהנוקלאופיל האמיתי בה הוא אטום החנקן בלבד.
בכדי שקשר יהיה קוטבי, על ההבדל באלקטרושליליות בין שני האטומים בקשר להיות גדול מ-0.3. הבדל קטן מ-0.3 קיים בקשרים קוולנטיים "טהורים" (במולקולות דו-אטומיות, למשל, כמו O2). אם ההבדל גדול מ-2.0 הקוטביות רבה מאוד; קשה לומר שהאלקטרונים "משותפים" לשני האטומים (זוהי ההגדרה של קשר קוולנטי - קשר בו האלקטרונים משותפים לשני האטומים), כיוון שהם נמצאים בעיקר סביב האטום האלקטרושלילי יותר; לפיכך, קשרים בהם ההבדל גדול מ-2.0 הינם קשרים יוניים ולא קוולנטיים.
קשרים קוטביים במולקולה אינם גורמים בהכרח לכל המולקולה להיות קוטבית. פחמן דו-חמצני, למשל, הינו מולקולה קווית הנראית כך מבחינה מרחבית:O=C=O. כל אחד משני הקשרים הקוולנטיים הינו קוטבי, שכן ההבדל בין הקוטביות של חמצן (3.44) ופחמן (2.55) הוא 0.89. למרות זאת, המולקולה אינה קוטבית, שכן המטען השלילי סביב החמצן הימני מאוזן על-ידי המטען השלילי סביב החמצן בצד שמאל.
בכימיה קיימת חשיבות עליונה להבנתם של קשרים קוטביים ולזיהוי אטומים נוקלאופיליים ואלקטרופיליים. תגובות כימיות רבות מספור, במיוחד בכימיה אורגנית, מבוססות על משיכתם של אלקטרופילים ונוקלאופילים אל אטומים במולקולה מסוימת.
ערכי האלקטרושליליות של יסודות הטבלה המחזורית
קטגוריה:כימיה
קישורים חיצוניים
- [http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/electroneg.html הסבר מפורט על אלקטרושליליות]
- [http://www.chm.davidson.edu/ronutt/che115/electroneg.htm שלושת הטבלאות של האלקטרושליליות]
ja:電気陰性度
ko:전기음성도
th:อิเล็กโตรเนกาทิวิตี
גז אצילגזים אצילים הם יסודות כימיים שלהם קליפה חיצונית מלאה של אלקטרונים, ולכן אינם מתרכבים בקלות עם יסודות אחרים (השם גזים אצילים ניתן להם בזמן שהדעה היתה שאינם מתרכבים כלל). יסודות אלה הם: הליום, נאון, ארגון, קריפטון, קסנון ורדון. כל היסודות הללו הם גזים בטמפרטורת החדר, ולהם נקודות היתוך ונקודות רתיחה נמוכות מאוד. הגזים האצילים מופיעים בטור ה-8 בטבלה המחזורית.
תכונתם של הגזים האצילים שלא להשתתף בריאקציות כימיות גרמה לקושי לזהותם, והראשון בהם, הליום, התגלה רק לאחר ניתוח ספקטרוסקופיה של השמש, וקיומו הוכח רק לאחר שויליאם רמזי בודד אותו.
ככל שהמספר האטומי של גז אציל גבוה יותר, כך הוא נוטה מעט יותר להתרכב, וכך הצליחו ליצור תרכובות אחדות:
- קסנון עם פלואור, יוצר את התרכובות XeF2 XeF4, ו-XeF6.
- רדון מתרכב עם פלואור לתרכובת RnF.
- קריפטון מתרכב עם פלואור לתרכובת KrF2.
בשנת 2002 התגלו תרכובות של אורניום עם ארגון, קריפטון וקסנון.
קטגוריה:כימיה
-
ja:希ガス
ko:비활성 기체
ms:Gas nadir
th:ก๊าซมีตระกูล
חנקן
חנקן (Nitrogen) הוא יסוד כימי שסימנו N ומספרו האטומי 7.
תכונות
החנקן הוא יסוד שכיח יחסית, גז חסר טעם, ריח וצבע בטמפרטורת החדר, המהווה בקירוב 78 אחוזים מאטמוספירת כדור הארץ. לחנקן יש את האלקטרושליליות השלישית הגבוהה ביותר בטבלה המחזורית - 3.0 (לפלואור יש את הגבוהה ביותר). חנקן גזי דו אטומי (N2) הוא גז אדיש מבחינה כימית.
שימושים
לחנקן שימושים רבים כיום, הנה כמה דוגמאות:
- חנקן משמש רכיב עיקרי במגוון תרכובות חשובות, ביניהן אמוניה וציאניד (חומצה ציאנית).
- כשמייצרים נוזלים נפיצים ממלאים את חלל האוויר בחדר הייצור בחנקן, מכיוון שהוא אדיש מבחינה כימית.
- חנקן נוזלי משמש לקירור עקב טמפרטורת הרתיחה הנמוכה שלו ומפיקים אותו ע"י זיקוק ודחיסה מאוויר.
- מלחי חומצה חנקתית הם תרכובות חשובות. לדוגמא, אשלגן חנקתי (KNO3) שמשמש חומר גלם לאבק שריפה ודשן מצוין.
- תרכובות חנקן אורגניות כמו למשל ניטרוגליצרין ו־TNT משמשות כחומר נפץ.
- חומצה חנקתית משמשת כחומר מחמצן לדלק טילים. הידרזין (N2H4) ונגזרותיו משמשות לעיתים כדלק טילים.
היסטוריה
חנקן (באנגלית Nitrogen, בעברית משמעות מהמלה ממקור "חנק") התגלה ע"י דניאל רותרפורד ב-1772. מרכיב מהאוויר שלא ניתן להבעיר בו אש היה ידוע במאה ה-18 לכימאים. החנקן נחקר ע"י קרל וילהלם שלה (Carl Wilhelm Scheele), הנרי קבנדיש (Henry Cavendish) וג'וסף פריסטלי (Joseph Priestley) שהתייחסו אליו כאל "אוויר שרוף".
תרכובות חנקן היו ידועות בימי הביניים. אלכימאים הכירו את החומצה החנקתית בתור Aqua Fortis ותערובת של חומצה חנקתית וחומצה הידרוכלורית (HCl) נקראו Aqua Regia (או מי מלך) שהתפרסם בזכות יכולתו להמיס זהב.
צורה בטבע
חנקן הוא הגז הנפוץ ביותר באטמוספירה של כדור הארץ (78.084% מהנפח, 75.5% מהמשקל), הוא המקור היחיד לתעשייה לחנקן נוזלי, שמנוזל מהאוויר.
בחלל התגלו מגוון תרכובות חנקן. חנקן נוצר בתהליכי היתוך גרעיני בכוכבים.
חנקן מהווה חלק גדול מפסולת בע"ח, בדרך כלל בצורת שתן, חומצת שתן ותוצרים אחרים של אורגניזמים שונים.
חנקן מולקולרי (N2) נמצא באטמוספירה של טיטאן (אחד מירחי שבתאי) ועכשיו התגלה בחלל הבין כוכבי ע"י David Knauth ושותפיו בעזרת טלסקופ אולטרה סגול.
תפקיד ביולוגי
חנקן הוא רכיב חיוני בכל בעלי החיים, נמצא בבסיסים חנקניים המרכיבים את ה DNA ו RNA ובחומצות האמיניות שהינם אבני בניין של החלבון. חנקן יכול גם לשמש כמקור אנרגיה לחיידקים אנארוביים.
אמצעי זהירות
דשנים וזבל כימי שמכילים חנקן הם מקור חמור לזיהום נהרות ומקווי מים. תרכובות שמכילות קבוצת ציאנו (CN) מאוד רעילות ויכולות לגרום למוות בכמויות קטנות אצל יונקים.
קישורים
- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/N/index.html WebElements.com – Nitrogen]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/N.html EnvironmentalChemistry.com – Nitrogen]
- [http://education.jlab.org/itselemental/ele007.html It's Elemental – Nitrogen]
- [http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/n.html Schenectady County Community College – Nitrogen]
- [http://www.uigi.com/nitrogen.html Nitrogen N2 Properties, Uses, Applications]
קטגוריה:יסודות כימיים
קטגוריה:אל-מתכות
ja:窒素
ko:질소
simple:Nitrogen
th:ไนโตรเจน
קשרי מימןקשר מימן הוא סוג של קשר בין-מולקולרי הקיים בין מטענים אלקטרוניים חלקיים בעלי קוטביות הפוכה. אף שהם חזקים מכוחות בין-מולקולריים אחדים, קשרי המימן חלשים בהרבה מקשרים יוניים או מתכתיים. בתוך מקרומולקולות, כגון חלבונים וחומצות הגרעין, הקשר יכול להתקיים בין שני חלקים של אותה המולקולה.
כפי שהשם מרמז, קשרי מימן הינם קשר בין מימן לאטום אחר.
הקשר נוצר בין מולקולה קוטבית שבה מצוי מימן - בעל ערך אלקטרושליליות של 2.1 - למולקולה אחרת בעלת אטום עם ערך אלקטרושליליות גבוה משלו בהפרש של מעל 0.8 (לפי פאולינג); האפשרויות היחידות הן חמצן, חנקן ופלואור.
בתוך המולקולה שמכילה מימן מושך האטום האלקטרושלילי את ענן האלקטרונים של המימן לכיוונו, ובכך הופך את המימן לבעל מטען חיובי חלקי. בגלל גודלו הקטן של המימן מטענו החיובי, גם אם חלקי, הוא צפוף ולכן חזק. כתוצאה מכך נמשכים אלקטרונים חופשיים ממולקולה קוטבית שכנה בעלת מטען שלילי חזק מספיק, וכך נוצר קשר המימן.
הדוגמא הטובה והנפוצה ביותר להשפעתו של הקשר המימני מצויה במים. מים מורכבים מאטום חמצן (בעל אלקטרושליליות 3.5), בעל שני זוגות של אלקטרונים חופשיים, ומשני אטומי מימן. לפיכך כל מולקולת מים יכולה ליצור ארבעה קשרים מימניים, במבנה המכונה טטראהדר.
ההשערה היא שללא קשרי מימן היו מים רותחים בטמפרטורה של 90- מעלות צלזיוס, אך הימצאות קשרי המימן במים גורמת לעלייה של 190 מעלות בטמפרטורת הרתיחה (ולכן הם רותחים ב-100 מעלות צלזיוס, כידוע). טמפרטורת הרתיחה הגבוהה הזו קיימת בשל הצורך להשקיע אנרגיה נוספת לשם ניתוק קשרי המימן. מאפיין זה קיים בתרכובות מימניות נוספות כגון אמוניה (NH3) ומימן פלואורי (HF).
ראו גם
- קשר כימי
קישורים חיצוניים
- [http://www.northland.cc.mn.us/biology/Biology1111/animations/hydrogenbonds.html סרטון על קשרי המימן במים]
Category:כימיה
ja:水素結合
מוליך למחצה
חומר מוליך למחצה הינו חומר אשר תכונות ההולכה החשמלית שלו נמצאות בתחום הרחב שבין אלה של חומרים מוליכים לבין אלה של חומרים מבודדים. בשונה בהם, תכונות ההולכה של מוליך למחצה משתנות מאד בתלות בגורמים חיצוניים, כגון טמפרטורה ואור. הניסוי הראשון בחומר מוליך למחצה נערך על ידי מייקל פאראדיי ב1833. פאראדי מגלה כי ההתנגדות החשמלית של כסף גּפרי יורדת עם חימומו של החומר.
החומרים
כסף
המוליכות החשמלית של חומר מסוים תלויה בכמות האלקטרונים החופשיים שיש לו, כלומר בכמות האלקטרונים שלא משתתפים בקשרים כימיים, לחומרים מוליכים יש כמות עצומה של אלקטרונים חופשיים ולמבודדים יש כמות זעומה, בשני המקרים כמות זו כמעט ולא משתנה בגלל ערורים חיצוניים.
באופן טיפוסי, מוליכים למחצה הם חומרים מהטור הרביעי של הטבלה המחזורית, כגון צורן Si (סיליקון) וגרמניום Ge המאופיינים ב4 אלקטרונים בקליפה החיצונית. כל אטום, כאשר החומר מסודר כגביש טהור, בעל 4 שכנים איתם הוא נמצא בקשר קוולנטי, כך שלמעשה בכל המערכת אין אלקטרונים חופשיים להולכה, גביש כזה נקרא אינטרינזי (intrinsic). בכדי לשפר, אם צריך, את תכונות ההולכה משתילים בתוך הגביש חומר אחר, גביש כזה נקרא אקסטרינזי (extrinsic).
בנוסף, ניתן להשתמש בתרכובות המשלבות שני חומרים, שאחד מהם הוא מהטור השלישי והשני מהטור החמישי. כך, מרכיב אחד תורם חמישה אלקטרונים והמרכיב השני תורם רק שלושה ומתקבל מצב זהה, בקירוב, לשימוש בחומרים מהטור הרביעי. תרכובות שימושיות בתעשיית המיקרואלקטרוניקה הן גליום-ארסניד (שילוב של גליום Ga וארסן As) ואינדיום-פוספיד (שילוב של אינדיום In וזרחן P). לצרכי הדמיה תרמית התפתחה תרכובת משולשת של מרקורי-קדמיום-תלוריד. קיימות כמובן תרכובות רבות אחרות.
סימום וסוגי הולכה
מרקורי-קדמיום-תלוריד (ראה: [פוזיטרון])
זיהום הגביש על ידי חומר אחר נקראת סימום (doping). על ידי הוספה של חומרים מהעמודה החמישית, נוספים אלקטרונים עודפים. קשרם של אלקטרונים אלה לאטום חלש יותר ולכן הם מסוגלים לנוע ולהעביר זרם חשמלי, חומרים אלו נקראים תורמים (donors). מצד שני, על ידי הוספה של חומרים מהעמודה השלישית, נוצרים קשרים בהם חסר אלקטרון, חומרים אלו נקראים אקספטורים (acceptors). מחסור זה באלקטרון נקרא חור והוא מתנהג כמו נושא מטען חיובי. ניתן להבין את העניין בעזרת האנלוגיה הבאה. תארו לעצמכם חדר עם הרבה אנשים חסרי נחת והרבה כסאות, כך שישנו רק כסא אחד פנוי. מדי פעם, אדם שיושב סמוך לכיסא הריק, יקום מכיסאו ויתיישב עליו. כעבור כמה זמן, אדם אחר יתיישב על כסאו וכך הלאה. מתבונן מבחוץ, שלא שם לב לאנשים, יראה כיסא ריק שזז ממקום למקום. האנשים הם האלקטרונים (נושאי המטען השליליים) והכיסא הריק - כלומר אי המצאותו של אדם עליו - הם החורים (המתנהגים כמו נושאי מטען חיוביים). מאחר ואין נושאי מטען חיוביים ידועים, תופעה זו סקרנה חוקרים רבים עד שנמצא לה הסבר. בהמשך לאותה אנלוגיה, צופה חיצוני הרואה אדם הקם מכסאו ומתחיל לנוע רואה בעצם שני דברים: ראשית, את היווצרותו של אדם מהלך נוסף (נושא מטען שלילי) ושנית את היווצרותו של כיסא ריק נוסף (נושא מטען חיובי). ארוע זה, בו נוצרים זוגות אלקטרון-חור, נקרא גנרציה. הארוע ההפוך, בו אדם מתיישב על כסא פנוי (או אלקטרון תופס את מקומו של החור), נקרא רקומבינציה.
הכמות וסוג נושאי המטען החופשיים בחומר תלויה בסוג הזיהום של המוליך למחצה ובשיעור הזיהום בו. מוליך למחצה יכול להכיל נושאי מטען חופשיים מסוג אחד או משני הסוגים גם יחד, בשיעורים דומים או שונים, וכל זאת בהתאם לסוג ולמידת הזיהום שבו. מוליך למחצה, שרוב נושאי המטען החופשיים בו הם אלקטרונים, נקרא חומר N type. מוליך למחצה, שרוב נושאי המטען החופשיים בו הם חורים, נקרא חומר P type.
זרמי סחיפה ודיפוזיה
במוליכים, הזרימה המשמעותית היחידה היא זרם הסחיפה. כאשר שדה חשמלי (הנוצר על ידי מתח חשמלי) גורם לאלקטרונים להיסחף בכיוון מסוים. זרם סחיפה ניתן לתאר כמסדרון ארוך ובו הרבה אנשים. האנשים שומעים קול הקורא להם להתקדם לכיוון מסוים והם מתקדמים בכיוון זה. האנשים הם נושאי המטען, הקול הקורא להם להתקדם הוא המתח החשמלי.
במוליכים למחצה קיים סוג נוסף של זרימה הנקרא זרימת דיפוזיה. כמו במקומות אחרים, כאשר ישנם הבדלים משמעותיים בריכוזים, מתבצעת דיפוזיה במטרה להשוות אותם. בהמשך לאנלוגיה שתיארנו, נניח שישנם במסדרון מקומות ריקים. האנשים העומדים יעדיפו להמצא במקום פנוי יותר. כלומר יעברו ממקומות צפופים למקומות צפופים פחות. כך שכעברו זמן מה, הצפיפות בכל המסדרון תהיה אחידה. עם, בנוסף לזה, יהיה קול שיורה להם על כיוון ההתקדמות (יופעל מתח) תתרחש תופעה זו במקביל לתנועה כללית בכיוון ההתקדמות. תופעה זו זניחה לחלוטין במתכות, שם ההבדלים בריכוזים כה קטנים ביחס לכמות לכמות נושאי המטען עד שאין טעם בכלל להתחשב בה.
הבדלים בריכוזים נוצרים בדרך כלל באופן מלאכותי - על ידי סימומים שונים. לאינטרקציה בין שני סוגי הזרמים חשיבות עליונה בצומת הPN.
צומת PN
דיפוזיה
צומת PN הוא חיבור של חומר מסוג N עם חומר מסוג P (למעשה מדובר באותו גביש המסומם בצורות שונות ולא בשני חומרים שונים המחובים בינהם). בצד P של הצומת יש המון חורים (ובפרט, ריכוזם גבוהה הרבה יותר מאשר בהצד השני של הצומת) ובצד N יש המון אלקטרונים (ובפרט, ריכוזם גבוהה הרבה יותר מאשר בהצד השני של הצומת). ניתן לראות את שני החומרים באיור. כפי שהוזכר קודם, תתבצע דיפוזיה של אלקטרונים מצד N לצד P ודיפוזיה של חורים מצד P לצד N, כפי שניתן לראות בשלב השני באיור. בקרבת הצמת, משני צדדיו, מתרחשת רקומבינציה ונשארים רק סיגים מיוננים (כלומר אטומים לא ניטראליים מבחינה חשמלית). בצד P נותרים סיגים נוטלים הטעונים במטען שלילי ואילו בצד בצד N נותרים סיגים תורמים הטעונים במטען חיובי. איזור זה נקרא איזור המחסור (depletion zone) שכן בגלל תהליכי הגנרציה והרקומבינציה החוזרים ונשנים, נראה שאין בו נושאי מטען. סיגים טעונים אלו יוצרים שדה חשמלי היוצר סחיפה המנוגדת לתהליך הדיפוזיה וכעבור כמה זמן, שני התהליכים מאזנים אחד את השני ונמצאים בשיווי משקל, כפי שניתן לראות בשלב השלישי באיור.
מיוננים
נחזור לאנלוגיה. כעת ישנם שני חדרים. בראשון כמות מסוימת של כיסאות והמוני אנשים ובשני המצב הפוך. התנהגות האנשים מוכתבת על ידי שני אינסטינקטים - מיזנטרופיה (הגורמת לרצון למצא מקום נפרד - דיפוזיה) ואהבת מולדת (הגורמת לו לרצות לחזור לביתו - השדה החשמלי הנוצר). ראשית, האנשים מנסים למצא מקום נפרד ומבצעים דיפוזיה לחדר השני ובאותו אופן, הכיסאות הריקים שגם שונאים את בני מינם, מבצעים דיפוזיה לחדר הראשון. כעבור כמה זמן, כאשר הצפיפות משתנה, אהבת המולדת משפיעה יותר ואנשים (וכסאות) חוזרים לחדרם. תנועתם מאוזנת, כלומר כמות ההולכים והשבים זהה, ונוצר מצב של שיווי משקל. חשוב לציין שאנלוגיה זו מוגבלת ומתארת רק את מה שנראה שקורה ולא את הגורמים לכך (כוחות משיכה חשמליים).
התנהגות הצומת נהית מעניינת ומועילה יותר כאשר מפעילים עליו מתח חיצוני ומנסים להעביר דרכו זרם חשמלי בכיוונים שונים. מתח בכיוון אחד תדחוף נושאי מטען כלפי הצמת ותקל על מעבר הזרם (מתח קדמי). אם נפעיל מתח בכוון המנוגד, נושאי המטען יתקשו עוד יותר לחצות את הצמת (משום שהם נמשכים ממנו על ידי השדה החשמלי) ולא יזרום זרם בכוון זה. בהמשך לאנלוגיה ניתן לומר כי שינוי המתח מחזק או מחליש את מידת ההשפעה של אהבת המולדת על נושאי המטען. בממתח קדמי, נושאי המטען ימשכו יותר לצד השני ויעבור זרם, התנגדות הצומת תשתנה עם השינוי במתח. בממתח אחורי, נושאי המטען לא יעברו לצד השני וכך לא יהיה זרם. כלומר הצומת מעביר זרם לכיוון אחד בלבד. דרך ההתנהגות זו של הצומת מאפשרת את בניית הדיודה והטרנזיסטור.
עירורי אנרגיה
דרך אחרת לגרום לחומר להוליך חשמל הינה לבצע עירור אנרגיה חיצוני, על ידי העלאת הטמפרטורה (שנותנת לאלקטרונים יותר אנרגיה תרמית) או על ידי בליעת פוטונים (אור) שמספקת לאלקטרונים מספיק אנרגיה לפרוץ מהקשר הכימי. כאשר אלקטרון משתחרר "נוצר" גם חור, שלא כמו במקרה של זיהום בו נוסף רק נושא מטען אחד.
רגישות זו לשינויים חיצוניים משתמשת לגילוי העירור עצמו ולא כדי להקנות לחומר תכונות כלשהן. ניתן לבנות גלאי אור פשוט על ידי פיסת חומר מתאימה, להפעיל מתח חשמלי בין הדקיה ולמדוד את הזרם החשמלי הזורם דרכה. כאשר יפגע אור בלוח, ההולכה החשמלית שלו תשתפר והזרם יגדל. באופן דומה ניתן למדוד גם שינויים בטמפרטורה. שימוש חשוב נוסף הוא הלוחות הסולריים, ההופכים את אנרגית הפוטונים הנבלעים בחומר לאנרגיה חשמלית.
ייצור חומרים מוליכים למחצה
טמפרטורה
ייצורם של חומרים מוליכים למחצה, בעלי תכונות חשמליות אחידות וצפויות, היא משימה קשה משתי סיבות עיקריות:
- רמת הטוהר הכימית הדרושה בזמן התהליך - נוחכותם של חומרים זרים, גם בכמויות מזעריות, יכולה להשפיע בצורה עצומה על תכונות החומר. החדרים הנקיים, הנקיים בסדרי גודל מחדרי ניתוח, אינם מספיקים ולכן תהליך הייצור כולל תהליכים נוספים, כגון ,zone refining. בתהליך זה מתיכים חלק מהגביש, זיהומים שונים נוטים להתרכז באיזור המותך ושאר החומר נוטר טהור יותר.
- שלמות הגביש הדרושה - חריגות מהמבנה הגבישי יפגמו באיכות החומר ובביצועיו. מגדלים גבישים גליליים וחותכים אותם לפרוסות. כרגע מגדלים גבישים בקוטר של 20 או 30 סנטימטר, כאשר חוזים מעבר ל45 סנטימטר בעוד מספר שנים.
שימושים נוכחיים והעתיד
התכונות המיוחדות של חומרים מוליכים למחצה איפשרו התקדמות אדירה בתחום המיקרואלקטרוניקה. בפרט, נוצרו התקנים חדשים כדוגמאת הטרנזיסטור והדיודות אשר החליפו את שפופרות הריק ואיפשרו התפתחות טכנולוגית חסרת תקדים ואת תחילת העידן הדיגיטלי. נוצרו גלאי אור חדשים, לדוגמא גלאים בתחום האור הנראה המשמשים למצלמות דיגיטליות וכן גלאים בתחום התת אדום המשמשים לראיית לילה.
ישנם הרבה תחומי מחקר הקשורים למוליכים למחצה. ישנו נסיון למצא חומרים חדשים בעלי תכונות משופרות החל מחומרים מורכבים וכלה מנסיונות למצא ולנצל חומרים ביולוגיים המציגים התנהגות של חומרים מוליכים למחצה (כדוגמת המלנין). חוקרים רבים, בינהם פיזיקאים, כימאים ומהנדסי חשמל שוקדים על פיתוחם של התקנים חדשים ועל לימודם לעומק של הקיימים. כמו כן קיימים נסיונות לשפר את תהליכי הייצור במיקרואלקטרוניקה שיאפשרו ליצור התקנים קטנים יותר ופרוסות סיליקון טהורות וגדולות יותר.
קישורים חיצוניים
- [http://nobelprize.org/physics/educational/semiconductors/intro.html הסבר פשוט וצבעוני על מוליכים למחצה (באנגלית)]
- [http://ece-www.colorado.edu/~bart/book/ ספר (באנגלית) על מוליכים למחצה]
----
קטגוריה:חשמל
ja:半導体
ko:반도체
th:สารกึ่งตัวนำ
מקרר
מקרר הנו מכשיר חשמלי, שתפקידו לצנן ולהקפיא את המצרכים אשר נמצאים בתוכו ולשמור על טמפרטורה נמוכה משל הסביבה.
המקררים המודרניים פועלים בדרך כלל בעזרת חשמל. ישנם מקררים אשר מיועדים לתעשייה ומייצרים קרח או גלידות. ישנם מקררים אשר שומרים על טמפרטורה נמוכה כמו באוניות וישנם מקררים ביתיים ששומרים על מצרכי המזון. קירור מצרכי מזון נובע בגלל שטמפרטורה נמוכה מתחילה את פעילותם של החיידקים. בטמפרטורה של 10 מעלות ואפילו פחות החיידקים אשר גורמים לריקבון המזון מתרבים באיטיות והמזון נשמר לתקופה ארוכה.
בשנת 1823 גילה המדען האנגלי מייקל פראדיי שהלחץ שמופעל על גז האמוניה הופך אותו לנוזל וכאשר מתאדה הנוזל הוא גוזל חום מסביבתו ותוך כדי הדחיסה (לחץ אשר מופעל על הגז) נוצר חום. כאשר מופסק הלחץ מעל הגז שהפך לנוזל הוא מתאדה וגוזל חום מסביבתו בכמות שווה של החום, זאת אומרת מצנן. דחיסה ושחרור, אלה יסודות פעולת המקרר החשמלי והמודרני.
בסוף המאה ה-19 המציא המדען הגרמני קארל פון לינדה את המדחס. המדחס מופעל באמצעות מנוע חשמלי שדוחס את הגז הנמצא בתוך מערכת הצינורות שבמקרר. בזמן הדחיסה מתחמם הגז ומן המדחס הוא עובר אל הצינורות אשר נראים מאחורי המקרר ובצינורות הללו מתקרר הגז לאחר שחומם והפך לנוזל והועבר לאויר החדר. הגז הנוזלי עובר דרך חור קטנטן אל צינור ארוך ורחב הקרוי "צינור האידוי". הצינור עוטף את סביב תא ההקפאה. הלחץ שבצינור לא חזק בגלל רוחבו והגז הנוזלי ניתז לתוכו ומתאדה ושוב הופך לגז ותוך כדי כך הוא לוקח את החום מהצינור ומתא ההקפאה. הגז חוזר מצינור האידוי אל המדחס וכל התהליך של הדחיסה, העיבוי והאידוי מתחיל מחדש.
אם מחזור הפעילות תמשך ללא הפסקה, הטמפרטורה בתא ההקפאה יורד וצריכת החשמל עולה. לכן, מותקן וסת חום וכאשר הטמפרטורה יורדת הוסת מפסיק את זרימת החשמל שעוצרת את פעולת המדחס, וכאשר החום עולה הוא שוב מחדש את זרימת החשמל ופעולת הקירור.
גז האמוניה משמש גם כיום מקררים תעשייתים וקיימים אמצעי בטיחות נגד דליפה. במקררים ביתיים הפסיקו להשתמש בו מחשש לפגיעה במקרה של דליפה ולכן משתמשים בגזים אחרים כגון פריאון.
ראו גם
- מקפיא
- מכונת קרנו
קטגוריה:כלים ומכשירים (מזון)
קטגוריה:חשמל
קטגוריה:המצאות
שכבת האוזון]]
החור בשכבת האוזון (או החור באוזון כפי שנהוג לקרוא לתופעה בציבור), הוא אזור באטמוספירה שבו נדלדלה מאוד שכבת האוזון. הדלדלות זו הפכה לאחת הבעיות הבוערות באיכות הסביבה במחצית השנייה של המאה ה־20 בנוגע לאטמוספירה, כשלצידה בולט אפקט החממה.
חשיבותה של שכבת האוזון
שכבת האוזון מצויה בסטרטוספירה. היא נוצרת בעיקר כתוצאה מברקים בתהליכים טבעיים. לשכבה זו חשיבות רבה בקיום החיים על פני כדור הארץ. שכבת האוזון מסננת את הקרינה האולטרה־סגולה המגיעה מהשמש, המסכנת את היצורים החיים ואף גורמת לסרטן העור. שכבת האוזון בולעת את אורכי הגל שבין 295 ל־320 ננומטר. בשנת 1983 נתגלה ששכבת האוזון מעל הקוטב הדרומי הדלדלה עד מאד ודרכה חודרת הקרינה המסוכנת.
הפגיעה בשכבת האוזון
מבין החומרים הפוגעים בשכבת האוזון ניתן למנות את:
- CFC – תרכובות של כלור, פלואור ופחמן, ששימשה כחומר קירור במקררים, ממסים וחומרים מקציפים
- פחמן ארבע־כלורי – משמש כחומר גלם ל־CFC, ממס וזרז לתהליכי ייצור בתעשייה.
- HCFC – תרכובות של CFC ומימן ששימשו למשך תקופה מסוימת כתחליפים ל־CFC
- מתיל ברומיד – תרכובת של פחמן, מימן וברום המשמשת חומר הדברה לחיטוי קרקע ולטיפול במוצרים חקלאיים.
- האלונים – תרכובות ברום, פלואור ופחמן המשמשים כחומר כיבוי שרפות במטפים.
- מתיל כלורופורם – תרכובת המכילה פחמן, מימן וכלור ומשמשת ממס בתעשייה.
חומרים אלה בדרך כלל יציבים מאוד בשכבת הטרופוספרה ומתפרקים רק בסטרטוספירה בהשפעת קרינה חזקה של אור אולטרה־סגול. בהתפרקם הם משחררים אטום בודד של כלור או ברום (רדיקל חופשי) המתקיפים את מולקולת האוזון וגורמים להתפרקותה למולקולת חמצן ולאטום חמצן חופשי, אולם אטום הכלור או הברום נשאר חופשי, ופנוי לפרק עוד מולקולת אוזון. כך כל מולקולה של החומרים המוזכרים לעיל יכולה לפרק מספר גדול של מולקולות אוזון.
פעולות לשיקום שכבת האוזון
להפסקת הפגיעה באוזון נחתמה בשנת 1987 אחת האמנות הגלובליות הראשונות לענייני סביבה – פרוטוקול מונטריאול. האמנה אסרה שימוש בכימיקלים שאחראים לפגיעה באוזון, בעיקר גזים מסוג פריאון בהם נעשה שימוש בתרסיסים ובמקררים. חוקרים שניתחו נתונים שנאספו ב–20 השנים האחרונות על ידי לוויינים ושלושה מתקנים המונחים על הקרקע, מצאו שקצב היעלמות האוזון ירד משמעותית בסטרטוספירה העליונה – החלק העליון ביותר של שכבת האוזון.
על אף שהשכבות העליונות של האוזון נמצאות בדרך לשיקומן, המצב בשכבות התחתונות מסובך יותר. במקרה שלהן, ההתחממות הגלובלית משנה את הטמפרטורות ואת דפוסי הרוחות, מה שמעכב את השיקום.
קישורים חיצוניים
-
- [http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour "סיור" בחור באוזון]
קטגוריה:שמירת הסביבה
ja:オゾンホール
ארצות הברית
ארצות הברית של אמריקה (ארה"ב) (United States of America) היא פדרציה של 50 מדינות, אשר 48 מהן יוצרות שטח יבשתי רציף המשתרע על פני 7,827,000 קמ"ר.
שתי מדינות נוספות - אלסקה והוואי - אינן רציפות ליבשת. אלסקה (Alaska) היא חצי אי ענק (1,518,000 קמ"ר) בצפון-מערב קנדה, על חופי אוקיינוס הקרח הצפוני (במקום בו מפריד מצר ברינג בין אמריקה הצפונית לבין רוסיה שביבשת אסיה). הוואי (Hawaii) היא קבוצת איים (500 קמ"ר) השוכנת הרחק במרחבי האוקיינוס השקט (Pacific Ocean), מערבה מן היבשת.
היסטוריה
ייסוד המדינה
מקורה של ארצות הברית בשלוש עשרה מושבות בריטיות שהוקמו החל מ-1606 בחוף המזרחי של צפון אמריקה. באמצע המאה השמונה עשרה החלה תסיסה בקרב אוכלוסית המושבות על רקע הטלת מיסים על ידי השלטון הבריטי מבלי לתת ייצוג פוליטי נאות לאנשי המושבות. המצב הגיע לרתיחה בשנות ה-70 של המאה, עם טבח בוסטון (1770) ומסיבת התה של בוסטון (1773). המושבות התארגנו במסגרת הקונגרס הקונטיננטלי (החל מ-1774), וב-1775 הקימו את הצבא הקונטיננטלי העמידו בראשותו את ג'ורג' וושינגטון, ופתחו במלחמת העצמאות האמריקנית. באמצע המלחמה, ב-4 ביולי 1776, נחתמה בפילדלפיה הכרזת העצמאות של ארצות הברית. המלחמה נשמשכה גם אחרי הכרזת העצמאות, הוכרעה עם נצחון האמריקנים והצרפתים בקרב יורקטאון ב-1781, והסתיימה זמן קצר אחר כך. הבריטים הכירו בעצמאות המדינה הצעירה בחוזה פריז ב-1783.
בתחילה היתה ארצות הברית קונפדרציה רופפת של שלוש עשרה המדינות. אולם מבנה זה לא היה מספיק למדינה שהתאוששה מהמלחמה. ב-1787 כונסה בפילדלפיה הועידה החוקתית על מנת לגבש חוקה, תוך מחלוקת בין הפדרליסטים שרצו איחוד חזק יותר הכולל ממשלה פדרלית חזקה שיכולה לגבות מיסים, לבין מתנגדיהם שחששו מחידוש העריצות ממנה הם השתחררו זה עתה. חוקת ארצות הברית אושררה על ידי מספיק מדינות ב-1788 ונכנסה לתוקף ב-1789 לנשיא הראשון תחת החוקה החדשה נבחר ג'ורג' וושינגטון.
ההתפשטות מערבה ושאלת העבדות
ג'ורג' וושינגטון
עם תום המלחמה החלה התפשטות ארצות הברית מערבה, במה שנחשב כייעוד אלוהי. הם התחילו בתיישבות באזורים שבין הרי האפלצ'ים לנהר המיסיסיפי, שלפחות להלכה היו חלק משטח המדינה, ואורגנו כטריטוריות שעתידות להפוך למדינות. ב-1803 חתמה ארצות הברית בראשותו של תומס ג'פרסון עם צרפת של נפוליון על הסכם רכישת לואיזיאנה בה נוסף לשטח ארצות הברית אזור המערב התיכון בין המיסיסיפי להרי הרוקי, וב-1819 קנתה ארה"ב את פלורידה מספרד.
אולם ההתפשטות לא התקיימה רק בדרכי שלום. היא הביאה לעימותים נגד האינדיאנים, למלחמת 1812 נגד בריטניה, למהפכה הטקסנית (1835 - 1836) ומלחמת ארה"ב-מקסיקו (1846 - 1848).
ההתפשטות מערבה תרמה רבות גם לעימות הפנימי בשאלת העבדות. ארצות הברית היתה קרועה בין מדינות הצפון התעשיתיות בהן העבדות היתה אסורה, למדינות הדרום החקלאיות שכלכלתן התבססה על העבדות. אף אחד מהצדדים לא הצליח לכפות את עמדתו, והמאבק התמקד סביב קבלת מדינות חדשות לברית, כאשר כל אחד מהצדדים חשש שייווצר רוב מוצק נגדו. במשך המחצית השניה של המאה ה-19 נערכו מספר ניסיונות של פשרה (פשרת מיזורי מ-1820, והפשרה של 1850) שדאגו שיישמר האיזון בין מדינות העבדות והמדינות החופשיות. אבל בשנות ה-50 חלה הקצנה בשני המחנות. תומכי העבדות הצליחו לבטל את השגי הצפון עם קבלת חוק קנזס-נברסקה, ופעלו לאכיפת הסגרת עבדים שברחו צפונה. לעומתם בצפון התחזקה תנועת ההתנגדות לעבדות וקמה המפלגה הרפובליקנית.
כאשר אברהם לינקולן נבחר לנשיאות מטעמה פרשו מדינות הדרום זו אחר זו מהברית והקימו את קונפדרציית המדינות של אמריקה, וניתן האות למלחמת האזרחים העקובה מדם שהתחוללה בין 1861 ל-1865, בה ניצח לבסוף הצפון.
ממלחמת האזרחים לשפל הגדול
עם תום המלחמה וביטול העבדות (בתיקון ה-13 לחוקה) עלתה שאלת שילובן מחדש של המדינות המורדות באיחוד, במסגרת מה שכונה תקופת הרקונסטרוקציה. לינקולן היה בעד עמדה פייסנית כלפי מדינות הדרום המובסות, אולם הוא נרצח כמעט מייד אחרי סיום המלחמה על ידי מתנקש דרומי, והקונגרס בו היו מיוצגות רק המדינות שנותרו נאמנות לאיחוד ושהיה בשליטה רפובליקנית, הוביל קו נוקשה ונקמני כלפי הדרום שכלל הטלת ממשל צבאי ותנאים נוקשים על קבלת המדינות הפורשות חזרה לברית. תקופת הרקונסטרוקציה הסתימה ב-1877, עם הוצאת הצבא הפדרלי ממדינות הדרום. היחס העויין של אנשי הדרום הלבנים המובסים כלפי הצפוניים והעבדים המשוחררים (כפי שהתבטא בהקמת הקו קלוקס קלן) גרם לכך שמצב האפרו-אמריקנים לא השתנה בהרבה ממצבם בתקופת העבדות עד לאמצע המאה ה-20, והתקיימה מדיניות ההפרדה הגזעית תחת הכותרת "שווה אך נפרד".
התקופה שלאחר המלחמה היתה תקופה של צמיחה אדירה של המגזר התעשייתי בארצות הברית, ומהפכה של מעבר מחברה של חקלאים ובעלי מקצוע מומחים, לחברה מתועשת. המהפכה כללה גם מהפכה תחבורתית, של רישות המדינה במסילות ברזל, וגל הגירה עצום של כ-40 מיליון איש שהגיעו מאירופה וממזרח אסיה. הממשל עודד את התעשיינים החדשים הן בסובסידיות, והן במדיניות של מכסי מגן גבוהים.
אולם לתקופה זו, שכונתה בביקורת "העידן המוזהב" (The gilded age), היו גם צדדים שליליים רבים: בעלי ההון החדשים ("הברונים השודדים"), צברו הון עצום בתקופה קצרה. בעלי הון מעטים השתלטו על הכלכלה על ידי הקמת קרטלים. הממשל הושחת, ונוצרו פערים חברתיים עצומים.
כתגובה לכך הוקמו מספר תנועות מחאה ורפורמה: הפועלים החלו בהקמת האיגודים המקצועיים (בשנות ה-70' וה-80'), החקלאים הקימו את התנועה הפופוליסטית שהגיעה לשיאה בשנות ה-90', ואנשי המעמד הבינוני הובילו את הרפורמה הפרוגרסיבית שהשתלטה על הפוליטיקה האמריקנית בשני העשורים הראשונים של המאה ה-20 (מתחילת ממשל תיאודור רוזוולט ועד תום ממשלו של וודרו וילסון), והובילה תיקונים בממשל, והטלת הגבלות על הקרטלים ופיקוח על המסחר.
פוליטיקה
ארצות הברית היא דמוקרטיה נשיאותית פדרלית, שמתנהלת על פי החוקה שהתקבלה 1788.
הנשיא נבחר בבחירות כלליות, בשיטה סבוכה בה האזרחים בכל מדינה מצביעים לנציגי המדינה בחבר האלקטורים.
הקונגרס האמריקני מורכב משני בתים בו נבחרים בבחירות אישיות: בית הנבחרים בו לכל מדינה יש ייצוג פרופורציונלי לאוכלוסיתה, והסנאט בו לכל מדינה יש ייצוג של שני סנטורים.
בגלל שכל מערכות הבחירות הן אישיות ומתנהלות כמעט תמיד בסיבוב יחיד בו "המנצח לוקח את הכל", הכוח הפוליטי מצוי כמעט בלבדית בידיהן של שתי מפלגות גדולות. מאז סוף המאה ה-19 שתי מפלגות אלה הן המפלגה הדמוקרטית והמפלגה הרפובליקנית. המפלגה הדמוקרטית נחשבת לשמאלית יותר ("ליברלית") והרפבובליקנית לימנית ("שמרנית"). כיום המפלגה הרפבוליקנית מזוהה עם ה | | |
