1 · Principles of chemistry

הכל בקורס הזה כתוב בשפה אחת: חלקיקים, נוסחאות ומשוואות. הסעיף 1 מלמד אותה — איך חלקיקים מסודרים בנוזלים, נוזלים וגזים; איך אטומים נבנים וממוקמים בטבלה המחזורית; איך להפוך משפט על תגובה למשוואה מאוזנת ולחישוב מסה; ואיך שלושת סוגי הקשרים נותנים לכל חומר את תכונותיו.

Edexcel International GCSE Chemistry 4CH1, Section 1 (statements 1.1–1.60C) is the largest section and the foundation for the other three. C-suffixed statements are the separate-science (Chemistry-only) extension.

נוזל: חלקיקים רועדים סביב מיקומים קבועים בדפוס משתנה. נוזל: חלקיקים נוגעים אך זזים זה לצד זה באופן אקראי. גז: חלקיקים רחוקים, מהירים, אקראיים. מעברים בין מצבים: היתוך / הקפאה, רתיחה / התכנסות, התאדות (שטח בלבד, מתחת לנקודת הרתיחה), ה升华 (נוזל → גז ישירות). אנרגיה נבלעת כדי להפריד חלקיקים ונשחררת כשהם נקשרים שוב.

A solvent dissolves the solute to make a solution; a saturated solution holds all the solute it can at that temperature. (C) Solubility is the mass dissolved per 100 g of solvent at a stated temperature, read from a solubility curve — points on the line are saturated; below it, unsaturated.

דילול של פתרונות צבעוניים ותפיצת גזים (פיזור ברום באוויר) משתי שתיהן את הזזת חלקיקים מאזור צפיפות גבוהה לאזור צפיפות נמוכה.

יסוד מכיל סוג אחד של אטום; תרכובת מכילה אטומים שונים מחוברים כימית; תערובת אינה מחוברת כימית. חומר טהור יש לו נקודת היתוך/רתיחה חד; תערובות נמסות ורותחות בטווח — זהו המבחן לטהרות.

טכניקות הפרדה, מותאמות למשימה: סינון (נוזל בלתי מומס מנוזל); גביש (להתאדות תמיסה כדי להשאיר גבישים); אידוי פשוט (נוזל מנוזל מומס — להתאדות ולאחר מכן התכנסות); אידוי פרקציונלי (נוזלים עם נקודות רתיחה קרובות, שימוש בעמודה פרקציונלית); כרומטוגרפיה על נייר (חומרים מומסים שנמסים בצורה שונה בממס).

*כרמוטוגרם: מרחק קצה הממס ומרחק הכתמים נותנים ערכי Rf המזהים את כל רכיב.

Rf = מרחק שעבר הנקודה ÷ מרחק שעבר הממס. אותו חומר תמיד יש לו אותו Rf באותו ממס — השוואה לערכים ידועים מזהה את הרכיבים בתערובת.

מספר אטומי = פרוטונים; מספר מסה = פרוטונים + ניטרונים. איזוטופים יש להם אותו מספר פרוטונים אך ניטרונים שונים. מסה אטומית יחסית ($A_r$) היא הממוצע המשוקלל לפי האיזוטופים.

בדיקה מפורטת. כלור: 75 % Cl-35, 25 % Cl-37 → $A_r = (75 \times 35 + 25 \times 37)/100 = 35.5$.

הטבלה המחזורית מנהלת אלמנטים לפי מספר אטומי לסדרות (עמודות, אותם אלקטרונים חיצוניים) ולתקופות (שורות). ההגדרות האלקטרוניות הראשונות 20 עוקבות אחרי 2,8,8,2 קליפות (למשל נתרן 2.8.1). מתכות נמצאות משמאל/במרכז: התחמוצות שלהן בסיסיות והן מוליכות; תחמוצות של אל-מתכות חומציות. חברי סדרה מתנהגים כמו כי יש להם אותו מספר אלקטרונים חיצוניים; סדרה 0 הגזים האצילים יש להן קליפה חיצונית מלאה ואינם מגיבים בקלות.

איזון משוואות עם סימני מצב: (s), (l), (g), (aq). $M_r$ סוכם הערכים $A_r$. המול הוא כמות החומר: $n = m/M_r$ (מסה בגרמים).

בדיקה פותרת (מסות מגיבות). מהי מסת תחמוצת המגנזיום שנוצרה מ-6.0 גרם מגנזיום? $2\mathrm{Mg} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{MgO}$: $n(\mathrm{Mg}) = 6.0/24 = 0.25$ מול → $n(\mathrm{MgO}) = 0.25$ מול → מסה $= 0.25 \times 40 = 10$ גרם.

תפוקת אחוזים $=$ בפועל ÷ תיאורטית × 100 %. נוסחה אמפירית היא היחס השלם הפשוט ביותר (חלק כל מסה ב-$A_r$, קנה למספר שלם); הנוסחה המולקולרית היא הספירה האמיתית ($M_r$ ÷ מסה אמפירית נותן את המקדם).

Worked check. A hydrocarbon is 85.7 % C, 14.3 % H: C 85.7/12 = 7.14, H 14.3/1 = 14.3 → ratio 1:2 → empirical CH₂. With $M_r = 56$: 56/14 = 4 → molecular C₄H₈.

(C) פתרונות: $n = c \times V$ עם $c$ ב-mol/dm³ ו-$V$ ב-dm³ (cm³ ÷ 1000). גזים: נפח מולרי 24 dm³ בטמפרטורת החדר ול לחות (rtp), לכן $n = V/24$. (C-מעשי) נוסחת תחמוצת מתכת נקבעת מאפייה (שוקלים מגנזיום, משרפים, שוקלים את התחמוצת) או הפחתה (שוקלים תחמוצת נחושת(II), מפחיתים בחמצן, שוקלים את הנחושת).

קשר יוני: מתכות מאבדות אלקטרונים למי-לא-מתכות; היונים הטעונים נמשכים אלקטרוסטטית בגביש ענק — דיאגרמות נקודה-צלב מראות את ההעברה (להקות 1–3 עם 5–7). נקודות היתוך גבוהות (משיכה חזקה); מוליכות רק כאשר הם ממיסים או מומסים (יונים חופשיים לתנועה). יש ללמוד את המטענים: להקות 1/2/3 → 1+/2+/3+; להקות 5/6/7 → 3−/2−/1−; Ag⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Zn²⁺; OH⁻, NH₄⁺, CO₃²⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻. נוסחאות מאזנות מטענים: סידן ניטראט Ca(NO₃)₂, אמוניום סולפט (NH₄)₂SO₄.

קשר קוולנטי: זוגות אלקטרונים משותפים (נקודה וצלב עבור H₂, O₂, N₂, הלוגנים, HCl, H₂O, NH₃, CO₂ ותרכובות אורגניות קטנות). חומרים מולקולריים פשוטים בעלי כוחות בין-מולקולריים חלשים — נקודות היתוך נמוכות, עולות עם $M_r$; אינם מוליכים (אין יונים, אין אלקטרונים חופשיים). קוולנטי ענק: יהלום (כל C מחובר ל-4 — קשה מאוד, לא מוליך), גרפיט (3 קשרים + אלקטרון חופשי אחד לכל C, שכבות עם כוחות חלשים — רך, מוליך, מחליק), C₆₀ פולרן (כלוב מולקולרי פשוט).

(C) מתכתי: רשת של יונים חיוביים בים של אלקטרונים דלוקליזציה — משיכה אלקטרוסטטית; האלקטרונים החופשיים מוליכים חשמל, ושכבות מחליקות (מתכוונן).

אלקטרוליזה משתמשת בחשמל לפיצול תרכובות יוניות מומסות או מומסות: הקתודה (שלילית) מושכת קטיונים; האנודה (חיובית) מושכת אניונים. PbBr₂ מומס נותן Pb בקתודה (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb) ו-Br₂ באנודה (2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻). בתמיסה מימית, מימן נוצר בקתודה אם המתכת יותר תגובהית ממיימן; באנודה, אניוני הלוגנים נותנים את הלוגן, אחרת חמצן (4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻). איבוד אלקטרונים הוא חמצון, קבלה היא הפחתה.

1. תאר את סידור והתנועה של חלקיקים בנוזל.
2. הגדר פתרון רווי, ופרט את יחידות המומסות.
3. איזו שיטה מפרידה בין שני נוזלים מעורבים עם נקודות רתיחה קרובות?
4. איזוטופ מכיל 17 פרוטונים ו-20 נייטרונים. תן את מספר המסה ומספר החלקיקים בכל סוג.
5. חשב $A_r$ של יסוד עם 80 % ממסה 20 ו-20 % ממסה 22.
6. איזון עם סימני מצב: מגנזיום + חמצן → תחמוצת מגנזיום.
7. 8.4 גרם של תחמוצת סידium נוצרים מ-6.0 גרם של סידיום. הראו את הנוסחה האמפירית של התחמוצת.
8. כתוב את הנוסחה הכימית של אמוניום קרבונט.
9. הסבירו מדוע גרפיט מוליך חשמל בעוד שיהלום לא מוליך.
10. (C) מה נוצר באלקטרודה כלשהי בהפרדה אלקטרוליתית של אשלגן כלור מותך?

Answers: 1 particles touch but are disordered, moving randomly past each other; 2 a solution containing the maximum mass of dissolved solute at that temperature; g per 100 g of solvent; 3 fractional distillation; 4 mass number 37; 17 protons, 20 neutrons, 17 electrons; 5 $(80 \times 20 + 20 \times 22)/100 = 20.4$; 6 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s); 7 Ca 6.0/40 = 0.15 mol; O mass 8.4 − 6.0 = 2.4 g → 2.4/16 = 0.15 mol; ratio 1:1 → empirical formula CaO; 8 (NH₄)₂CO₃; 9 graphite uses three bonds per carbon, leaving one delocalised electron per carbon free to move between layers — diamond uses all four in fixed bonds; 10 (C) potassium at the cathode (K⁺ + e⁻ → K) and chlorine at the anode (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻).