כימיה פיזיקלית

גלי שלום רב,

אנו מודים לך על פנייתך לאתר "בשער ברשת" - אנו מקווים כי שאלתך נענתה לשביעות רצונך ומתאימה לצרכיך ויתכן אף לצרכי מורים אחרים. כל מומחי "בשער ברשת" הינם מדענים, אנשי אקדמיה ומומחים בתחומם.

מצורף בזה קישור לתשובה שהתקבלה ע"י המומחה אליו הופנתה השאלה כפי שהיא מוצגת באתר "בשער" וניתן לצפות בה כאן.

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום,

להלן מצורפת תשובת מומחה שענה בעבר באתר בנושא שיטות סינון של קרינה:

http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=4231

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום רב,

כאשר ממיסים מוצק צריכות המולקולות להנתק זו מזו בדומה לתהליך ההיתוך. התהליך השני שקורה הוא ההמסה עצמה כלומר מולקולות הממס "עוטפות" את מולקולות המומס.

אם החום הנפלט בתהליך ההמסה – התהליך השני – גדול מן החום הנדרש לנתוק המולקולות זו מזו הרי התהליך כולו יהיה אקסותרמי.

לפי לה שטליה  העלאת הטמפרטורה תגרום  לירידת המסיסות. 

מקרה זה נדיר יחסית אבל הוא קורה למשל  Na₂SO₄  

ברוב המקרים התהליך הוא אנדותרמי כאשר חום הנתוק גדול מחום ה"עטיפה". לפעמים  זה יוצא כמעט שווה ואז המסיסות כמעט ואינה משתנה עם הטמפרטורה, כמו מלח בשול. במקרה של גזים חום הנתוק כמעט ולא קיים, כי המולקולות ממילא כמעט מנותקות זו מזו ולכן זה דומה למקרה הראשון - כלומר המסיסות יורדת עם הטמפרטורה.

בברכה

קדמה בר-אלי

פרופ' קדמה בראלי
מדעים מדוייקים ביה"ס לכימיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום איתי,

 ישנם מספר שיטות בהם ניתן "לראות" אטומים בודדים. שיטות שונות של מיקרוסקופיה אלקטרונית (TEM  או SEM) כבר שימשו לכך לפני די הרבה שנים. גם AFM  atomic force microscopy - http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/ibm-pushes-atomic-force-microscopy-to-it-limits) כבר שימש לויזואליזתציה של אטומים בודדים ומולקולות בודדות. ישנם דיווחים גם על פרטים תת-אטומים http://www.physik.uni-augsburg.de/exp6/imagegallery/afmimages/afmimages_e.shtml). כמעט בכל המקרים היה מדובר על אטומים יותר כבדים (מבחינת מספר האלקטרונים) מאלו שבמאמר ששלחת. קצת חיפשתי, ולא מצאתי שום דווח אחר – זה קצת חשוד מבחינת הקביעה שאלו באמת אטומי פחמן ומימן – אך מצד שני זה פורסם ב-Nature  וזוהי קבוצת מחקר מצוינת.

 בברכה,

 נעם

פרופ' נעם אדיר
הפקולטה לכימיה
הטכניון

שלום,

לכל חומר יש מבנה ואריזה שונים, וכתוצאה מכך כוחות בין מולקולריים שונים. מהירות הזרימה של חומר תלוייה בכוחות בין המולקולות המרכיבות אותו. ככול שהכוחות חזקים יותר כך הצמיגות תהיה גבוהה יותר. כמו כן, בזרימה של חומר יש מגע עם הסביבה ושינוי בשטח הפנים. ככל שהנוזל מעדיף את האינטראקציה עם הסביבה שלו יהיה לו 'קל'' יותר לזרום. 

אורי

ד"ר אורי רביב
המכון לכימיה
האוניברסיטה העברית

זאב שלום,

החוק השני של התרמודינמיקה קובע, כי בתהליך המתרחש באופן ספונטני האנטרופיה הכוללת איננה קטנה. כשהמים בכוס קופאים, האנטרופיה שלהם יורדת, אולם האנטרופיה של סביבתם עולה בשיעור גדול יותר, כך שהאנטרופיה הכוללת אכן עולה.

באשר לחלק השני של השאלה, אין זה מדויק שכאשר הטמפרטורה יורדת חומר עובר בהכרח למצב צבירה מסודר יותר ובעל אנטרופיה נמוכה יותר. זה יהיה נכון תחת אילוצים מסוימים נוספים, כגון שמירת לחץ קבוע. בדוגמא של כוס המים שהופיעה בחלק הראשון של השאלה יש הנחה סמויה של לחץ קבוע – למשל, שכוס המים נשמרת בלחץ אטמוספרי. דוגמא הפוכה היא גז המתפשט באופן ספונטני מכלי בעל נפח קטן לכלי בעל נפח גדול יותר, כששני הכלים מבודדים. הטמפרטורה של הגז יורדת, ועם זאת האנטרופיה שלו עולה – הוא מתרחק מהנקודה של שינוי מצב הצבירה לנוזל, ולא מתקרב אליה.

בברכה,

פרופ' חיים דימנט
בית הספר לכימיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום,

מצ"ב קישור לתשובה מקיפה שניתנה באתר ע"י מומחה בנושא "אנומליה של חומרים נוספים" :

http://www.bashaar.org.il/Question.asp?Question_id=3938

בברכה,

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

רועי שלום רב,

שמחנו לקבל את שאלתך ואנו מקווים כי התשובה הינה מספקת ואף סייעה לך.

כל מומחי "בשער ברשת" הינם מדענים, אנשי אקדמיה ומומחים בתחומם.

מצורף בזה קישור לתשובה שהתקבלה ע"י המומחה אליו הופנתה השאלה כפי שהיא מוצגת

באתר "בשער" וניתן לצפות בה כאן.

המשך יום טוב ובהצלחה בהמשך.

בשער ברשת
פרוייקט שאלות למומחים
בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל

שלום רב,

סיליפוס הוא חומר מעכב שיקוע אבנית (ANTI-SCALANT INHIBITOR). שייך למשפחת הפוליפוספטים. מכיל סידן, מגנזיום וסיליקטים שקשורים לפולימר הזרחתי. מיוצר במבנה זכוכיתי במטרה להאט את מהירות המסיסות של החומר.

היתרון של מעכבי השיקוע מהסוג של סיליפוס הוא ששחרור ריכוז נמוך מאד של החומר (בסביבות 2-5 מג"ל) מעכב את שיקוע האבנית. מעכב שיקוע אינו מונע את הנטיה לשיקוע אלא רק מאריך את הזמן הנדרש לתמיסה רווית יתר להגיע לשלב התגבשות. הפעולה פיזיקלית ולא נוצרת תרכובת כימית בין המעכב לבין מרכיבי האבנית. פעולת העיכוב נעשית ע"י ספיחה של המעכב על פני אתרי התגבשות של האבנית. כיסוי אתרי גיבוש פעילים מאיט מאד את תהליך ההתגבשות של האבנית וכאשר האבנית מתגבשת היא מקבלת צורה מעוותת המונעת הידבקות חזקה למשטחי הכלי בו נוצרת האבנית.

פרופ' דוד חסון
מכון גרנד למחקר מים, הפקולטה להנדסה כימית
הטכניון

במסגרת תורת היחסות הכללית גם המסה הכבידתית וגם ההתמדית זהות (ולפיכך שתיהן גדלות בפקטור גאמא) . אקסיומה תאורטית זו עולה בקנה אחד עם כל המדידות הנסיוניות שבוצעו עד כה.

בברכה

טל

פרופ' טל אלכסנדר
פיסיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע

ישנה התאבכות רק של חלקיק במינו הוא: אלקטרון עם אלקטרון, פוטון עם פוטון, שני אטומים מאותו יסוד ואותו איזוטום רק אם הם שניהם

באותו מצב אלקטרוני.

פרופ' יעקב בקנשטיין
הפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע, מכון רקח לפיסיקה
האוניברסיטה העברית

נקודת הרתיחה של חומר מושפעת מחום האידוי של החומר וזו קשורה בעיקר לאנרגיה הדרושה להפרדה בין מולקולות החומר, ולכן מהמשיכה בין המולקולות של החומר. מולקולות השמן גדולות ממולקולות המים ולכן שטח פניהן גדול יותר ויותר אנרגיה דרושה כדי להתגבר על המשיכות (בעיקר כוחות ון-דר-וולס) ביניהן. זאת למרות שלמים יש גם קשרי מימן שתורמים למשיכות בין מולקולות המים.

החום הסגולי של חומר תלוי בכמות האנרגיה הדרושה על מנת להעלות את הטפרטורה של החומר ליחידת מסה. החום הסגולי קשור במספר דרגות החופש המולקולריות (טרנסלציות, ויברציות, מתיחות ורוטציות) אליהן ניתן להעביר אנרגיה. לשמן סויה חום סגולי שערכו חצי מזה של מים כיוון שמולקולת המים קטנה יותר ובגרם מים יש יותר מוקלולות מים ממספר מולקולות השמן בגרם של שמן. למרות שלמולקולת שמן אחת יש יותר דרגות חופש ממולקולת מים אחת, בגרם של שמן יש בסה"כ פחות דרגות חופש אליהן ניתן להעביר אנרגיה מבגרם של מים, היות שיש הרבה יותר מולקולות מים. עקרון החלוקה השווה אומר שהאנרגיה מתפלגת באופן אחיד בין כל דרגות החופש ודרגת החופש הקשורה לטמפרטורה היא הטרנסלציה. ככול שיש יותר דרגות חופש יהיה צורך להשקיע יותר אנרגיה כדי להעביר מספיק אנרגיה לטרנסלציה ולכן החום הסגולי יהיה גבוה יותר.

אורי

ד"ר אורי רביב
המכון לכימיה
האוניברסיטה העברית

שלום דניאל,

התשובה לשאלתך נמצאת בתורת ההסתברות.

תורת הקוואנטים יודעת לומר בדייקנות מה ההסתברות ,שאטום מסויים יתפרק תוך זמן מסויים. הזמן שעבורו ההסתברות היא 50% נקרא זמן מחצית החיים. לגבי אטום בודד אין לנו כל אפשרות לדעת אם יתפרק עכשיו או בעוד שנה (אם זמן מחצית החיים הוא אלף שנה, למשל). אבל, כשמדובר במיליארדי מיליארדים של אטומים הנמצאים בגראם אחד של ראדיום, למשל, פועל החוק הסטאטיסטי של המספרים הגדולים. ניתן אז לומר בדיוק רב שכעבור זמן מחצית החיים תתפרק מחצית הכמות של הראדיום וישאר 1/2 גראם בלבד.

 אגב, לפי אותו עיקרון פועלות חברות הביטוח כאשר אתה או הוריך מבטחים את עצמם בביטוח חיים!

 בברכה 

יששכר אונא.

פרופ' יששכר אונא
פיסיקה
האוניברסיטה העברית

אני מניח שהשואל מדבר על גז טהור הנמצא בכלי בעל נפח קבוע

לפי משואת הגזים האידיאליים:

pV=nRT

אם V קבוע

ומספר המולים קבוע

הרי הלחץ יהיה פרופורציוני לטמפרטורה המוחלטת T

הלחץ נגרם ע"י "המכות" שהמולקולות "מכות" על קיר הכלי - אם המולקולה מהירה יותר המכה שלה תהיה חזקה יותר.

או בסגנון פיסיקלי יותר, שנוי התנע שלה, כאשר היא מתנגשת בקיר וחוזרת ממנו יהיה גדול יותר. שנוי התנע הוא הכוח, והכוח על יחידת שטח הוא הלחץ.

כאשר הטמפרטורה עולה, מהירות המולקולות ולכן התנע שלהם יותר גדול, ולכן בזמן ההתנגשות מועבר תנע גדול יותר והלחץ יגדל.

לעומת זאת, אם השאלה מכוונת לכלי שבו נמצא נוזל והאדים שלו, הרי לחץ האדים יורד עם ירידת הטמפרטורה, לפי משואת קלאוזיוס קלפירון.

לחץ האדים יורד משום שלמולקולות בנוזל יש פחות אנרגיה והן מתקשות יותר להינתק מחברותיהן

ולהגיע למצב הגזי.

מקווה שהתשובה סייעה לך.

בברכה,

קדמה בר-אלי

פרופ' קדמה בראלי
מדעים מדוייקים ביה"ס לכימיה
אוניברסיטת תל אביב

שלום

פתרון יכול לבוא לאו דווקא מננוטכנולוגיה. ההדבקה תלויה באינטרקציית האבקה עם פני השטח. בדרך כלל הפיכת המשטח להידרופובי יכולה לעזור. לדוגמא, להשתמש בכלי עשוי טלפון

כל טוב

שלמה מגדסי

פרופ' שלמה מגדסי
המכון לכימיה - המרכז לננוטכנולוגיה
האוניברסיטה העברית

שלום רב,

באופן הבסיסי ביותר, תדירות של כל תופעה גלית קשורה לאנרגית הגל ואילו אורך הגל מתקשר עם התנע שהגל נושא. בתופעות בהם מדובר על שיקולי אנרגיה ומעברי אנרגיה, כגון תופעות תהודה (רזוננס), התדירות היא המאפיין הרלוונטי של הגל. בתופעות בהן הפרש הפאזה חשוב, כגון התאבכות ועקיפה, אורך הגל הוא המאפיין הרלוונטי. ניסוי יאנג הוא ניסוי התאבכות, ולכן גם בתווך דיאלקטרי, אורך הגל הרלוונטי הוא אורך הגל בתוך התווך. אין משמעות לשאלה האם "האור ייראה אדום בתווך". משום שכיצד שהאור נראה (מה צבעו) קשור לחוש הראיה שלנו. יחד עם זאת, ברור שמרגע שהאור ימצא את דרכו לעין שלנו, יהיה לו בדיוק את אותו אורך גל, ללא קשר לתווך בו הוא עבר קודם. ולכן, ניתן לומר, שמה שקובע את התחושה "אדום" היא, בסופו של דבר, התדירות. זה גם תואם את העובדה שתהליך החישה של האור בעין הוא תהליך ביו-כימי, המתבסס על שיקולי אנרגיה.

להמחשה, הצבעים נראים אותו הדבר למי שצולל בתוך מי בריכה צלולים, עד כדי ההנחתה והפיזור של חלק מספקטרום האור הנראה שמתקדם בתוך המים.

מכיוון שיש קשר פשוט (לפחות כל זמן שהתופעות ליניאריות) בין אורך הגל ותדירותו, ניתן לרשום את הביטויים המתמטיים באמצעות כל אחד משני גדלים אלו.

בברכה,

פרופ' דוד אנדלמן

פיזיקה, אוניברסיטת תל-אביב

בין מולקולות יש אינטראקציות של משיכה ודחייה התלויות במרחק בין המולקולות. בנוזל ובמוצק כל מולקולה מוקפת במספר מולוקולת שכנות וההבדל במרחק הממוצע בין מולקולות בנוזל ובמוצק לא גדול במיוחד. לכן על מנת להפוך מוצק לנוזל בעיקר צריך להעניק למולקולות מספיק אנרגיה כדי שהתנודות התרמיות שלהן יהיו מספיק גדולות כדי להפר את הסדר ארוך הטווח של המולולקות במוצק. לעומת זאת כשעוברים מנוזל לגז צריך להפריד כל מולוקולה מכל שכנותיה בנוזל ולהרחיק בינהם מאד ולשם כך דרושה הרבה יותר אנרגיה.

ד"ר אורי רביב
המכון לכימיה
האוניברסיטה העברית