פרק ה' – חומרים במנהרת הזמן

מספר שיעורים מומלץ: 25-20

הפרק "חומרים במנהרת הזמן" מלווה על-ידי הלומדה המציגה אנימציות ממוחשבות המדגימות תהליכי המסה היתוך ואלקטרוליזה.  המטרות המרכזיות אשר הנחו את כותבי הספר לגבי הפרק "חומרים במנהרת הזמן" היו לגרום לתלמידים להבין:

1. שהמגוון העצום של החומרים הבונים את עולם החי, הצומח והדומם מורכב ממאה סוגי אטומים בלבד, היוצרים ביניהם קשרים כימיים.
2. שיצירה ושבירה של קשרים בין אטומים הם הבסיס לכל התגובות הכימיות המתרחשות ללא הרף בגופנו ובעולם הסובב אותנו.
3. שיצירה ושבירה של קשרים בין אטומים מלווה בשינויי אנרגיה.
4. שהכימאים מחלקים את החומרים לקבוצות לפי סוגי הקשרים השונים.

האם יש מן המשותף בין מלח בישול, זהב, חד תחמוצת החנקן וסיליקון? בטח יש, אבל ב"כימיה במנהרת הזמן", כל אחד מהם מייצג משפחה גדולה אחרת של חומרים.

סיפורו של מלח הבישול פותח את נושא החומרים היוניים, תוך הדגשת חשיבותו של חומר זה (מלח הרי מוסיף פלפל לחיים, לא כן?). מלח הוא אחד החומרים החיוניים ביותר לתהליכי החיים.  ידוע כי בני האדם ובעלי החיים יכולים לשרוד עשרות ימים ללא מזון, אך אין הם יכולים להתקיים זמן כה רב ללא מים ומלח, שכן, שניהם חיוניים

לפעולתם התקינה של כל תאי הגוף. בהקשר לכך, לומדים התלמידים על מלחים בגופנו ומלחים בשירות האדם, מלחים במים ובקרקע ומלחים בשירות החקלאות.

הזהב מובא כדוגמה למתכת, נדירה אמנם, אך מן המתכות המוכרות והמרתקות ביותר לאדם:
"עדויות רבות מצביעות על כך, שזהב היא המתכת הראשונה שהאדם הכיר. מאז ימי קדם ועד ימינו הזהב הינו גורם משיכה ועניין ומהווה סמל לפאר ולעושר.  גם בתנ"ך מוזכרת מתכת זו מספר רב של  פעמים. הרבה נכתב על הרעיונות והניסיונות לייצור זהב מחומרים שונים בימי קדם. בניסויים אלה עסקו אנשי דת, אנשי מדע והגות, וגם פשוטי העם, והאלכימאים אשר קיוו למצוא את 'אבן החכמים' אשר תעזור להם בעבודתם" (מתוך הספר).

החנקן החד-חמצני מהווה מעין תחנה ראשונה ב"מסע" לחומרים המולקולריים. כיוון שאחת המטרות של תוכנית הלימודים בכיתה י' היא הקניית אוריינות כימית, לומדים התלמידים על החנקן החד-חמצני על חשיבותו העצומה, למרות העובדה, שאין דנים במבנהו. הקשרים הקוולנטיים מודגמים במולקולות כמו:  מימן, חנקן, חמצן, מים או פחמן דו-חמצני.

חנקן חד-חמצני הוא חומר הפוגע בשכבת האוזון, אשר היה מוכר במשך שנים כמפגע אקולוגי. חומר זה הפך בשנת 2000 לחומר הנחקר ביותר במערכות ביולוגיות ונדון במחקרים מדעיים רבים. המדענים הגיעו להכרה כי למולקולת ה-NO יש חשיבות ביולוגית עצומה ומעורבות בתהליכים המתרחשים כמעט בכל רקמה חיה.

הסיליקון הפך מ"סתם יסוד" המרכיב את החול למרכיב החשוב ביותר בתעשיית ההיי-טק. דרך הסיליקון לומדים על חומרים אטומריים ועל צורות אלוטרופיות שונות של הפחמן – היהלום, הגרפיט והפולרנים.

פרק מבוא זה, נועד להציג בפני התלמיד את עקרונות הספר ולהפגיש אותן עם התכנים שלו.  קריאה מונחית עשויה לעזור להבנה של קטעים שונים בפרק זה.  כמו כן, מומלץ לשלב בהוראת החומר הכתוב, קטעי עיתונות וקטעים מתוך קלטות וידאו.

הדגשים:

• השמות שניתנו לתת-הפרקים, הם שמות של חומרים המוכרים לתלמידים מחיי יום-יום: מלח בישול, זהב, סיליקון. החומר חד-תחמוצת הפחמן מיוצג כ- NO כדי לחדד את הייחודיות של מולקולה זו.
• בפרק זה מפתחים את שפת הכימיה, תוך כדי איזון ניסוח תהליכים כימיים והטמעת המושג של שינויי האנרגיה בתגובות כימיות.
• כל אחד מתת-הפרקים מסתיים בשרטוט בצורת משולש, הכולל מודל מקרוסקופי  של דוגמא כלשהי, צורה מיקרוסקופית של דוגמא זו ושימושים של החומר השייך לדוגמא זו.

בסוף הפרק יש פעילות מסכמת – פעילות בקבוצות שמטרתה לארגן את המידע הרב שהתלמיד רכש במהלך הפרק. ניתן לבנות עם התלמידים טבלה ו/או מפת מושגים.

ניסויים:

בספר רעיונות לניסויי חקר (ניסוי 15 וניסוי 18) ורעיונות לניסויים נוספים. לחלק מהניסויים בפרק אין הוראות בספר התלמיד, לקבלת הוראות לניסויים  לחץ כאן

בדף הקישורים: קישור לאתרים מלווי פעילות ולאתרים לעיון נוסף.
במאגר הפעילויות: הצעות למערכי שעור, ולפעילויות נוספות.    

קטעי עיתונות ומאמרים:

"אלקטרוניקה מולקולרית, חלום שהתגשם", מתוך:  הכימאי בישראל, 1998.
"החומר שממנו עשויים חלומות", מתוך:  הארץ, 9.2.2000.
"ניצחונה של הכימיה", מתוך:  הארץ, 31.12.1999.