Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Metals · ⁨מתכות⁩

IGCSE Chemistry · ⁨כימיה IGCSE⁩ · Topic 9 · ⁨נושא 9⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
13:43

מתכות

מדוע נחצוב זהב מהאדמה כגרגירים מבריקים, בעוד שברזל חוצבים רק כסלע כהה וחלוד? ולמה קופסת משקאות לעולם אינה מחלידה, בעוד שמסמר ברזל כן? ה…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

9.1

Properties of metals · ⁨מאפייני מתכות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Compare the general physical properties of metals and non-metals, including: (a) thermal conductivity (b) electrical conductivity (c) malleability and ductility (d) melting points and boiling points
2 Describe the general chemical properties of metals, limited to their reactions with: (a) dilute acids (b) cold water and steam (c) oxygen
עברית
ליבה תוספת
1 השוו בין המאפיינים הפיזיקליים הכלליים של מתכות וללא-מתכות, כולל: (א) מוליכות חום (ב) מוליכות חשמלית (ג) רכות ועיבודיות (ד) נקודות התכה ורתיחה
2 תאר את המאפיינים הכימיים הכלליים של מתכות, במגבלה לתגובותיהן עם: (א) חומצות דקות (ב) מים קרים ואדים (ג) חמצן

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Physical properties

Metals 金属 and non-metals 非金属 behave very differently:

Property Metals Non-metals
thermal conductivity 导热性 (conducting heat) good poor
electrical conductivity 导电性 good poor (except graphite)
malleability 展性 and ductility 延性 malleable and ductile brittle 易碎 (they snap)
melting point 熔点 and boiling point 沸点 usually high usually low

Chemical properties

Metals react in three main ways:

  • with dilute acids 酸 → a salt 盐 + hydrogen 氢气
  • with cold water or steam 蒸汽 → a metal hydroxide (or oxide) + hydrogen
  • with oxygen 氧气 → a metal oxide 氧化物
עברית

תכונות פיזיקליות

מתכות ואל-מתכות מתנהגות בצורה שונה מאוד:

מאפיין מתכות אל-מתכות
מוליכות תרמית (הולכת חום) טובה גרועה
מוליכות חשמלית טובה גרועה (מעטרת גרפית)
כיווץ ומתיחות נמתחים ומכווצים שבירים (נשברים בקלות)
נקודת ההיתוך ונקודת הרתיחה בדרך כלל גבוהה בדרך כלל נמוכה

מאפיינים כימיים

מתכות מגיבות בשלושה דרכים עיקריות:

  • עם חומצות מעוררות → מלח + מימן
  • עם מים קרים או קיטור → הידרוקסיד מתכת (או חמצן) + מימן
  • עם חמצן → חמצן מתכת
נחושת טבעית: מתכות הן מבריקות, צפופות, נמתחות ומכווצות, ומוליכות חום וחשמל
נחושת טבעית: מתכות הן מבריקות, צפופות, נמתחות ומכווצות, ומוליכות חום וחשמל
Explore · ⁨חקור⁩

Metallic bonding · ⁨קשר מתכתי⁩

Positive ions sit in a sea of delocalised electrons — that is why metals conduct and bend. Push the layers and the bond holds. · ⁨יונים חיוביים יושבים בים של אלקטרונים דלוקלים — ולכן מתכות מוליכות וחומות. אם לוחצים על השכבות, הקשר נשמר.⁩

Explore · ⁨חקור⁩

Metal property lab · ⁨מעבדת מאפייני מתכות⁩

Link metal properties to the particle model. · ⁨קשרו בין מאפייני המתכות לבין המודל החלקיקי.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
copper/ˈkɒpə/ נחושת
9.2

Uses of metals · ⁨שימושים במתכות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Describe the uses of metals in terms of their physical properties, including: (a) aluminium in the manufacture of aircraft because of its low density (b) aluminium in the manufacture of overhead electrical cables because of its low density and good electrical conductivity (c) aluminium in food containers because of its resistance to corrosion (d) copper in electrical wiring because of its good electrical conductivity and ductility
עברית
ליבה תוספת
1 תאר את שימושי המתכות בהתבסס על המאפיינים הפיזיקליים שלהן, כולל: (א) אלומיניום בייצור מטוסים בשל צפיפותו הנמוכה (ב) אלומיניום בייצור כבלי חשמל מעל-קרקעיים בשל צפיפותו הנמוכה ומוליכות החשמלית הטובה שלו (ג) אלומיניום בקופסאות מזון בשל עמידותו בפני קורוזיה (ד) נחושת בחיווט חשמלי בשל מוליכותה החשמלית הטובה ועיבודיותה

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

A metal is chosen for a job because of its physical properties.

  • Aluminium 铝 is used to make aircraft because of its low density 密度 (it is light).
  • Aluminium is used for overhead electrical cables because of its low density and good electrical conductivity.
  • Aluminium is used for food containers because it resists corrosion 腐蚀.
  • Copper 铜 is used for electrical wiring because of its good electrical conductivity and its ductility (it can be drawn into wires).
עברית

מתכת נבחרת למשימה בהתבסס על המאפיינים הפיזיקליים שלה.

  • אלומיניום משמש לייצור מטוסים בשל צפיפות נמוכה (הוא קל משקל).
  • אלומיניום משמש לקבלים חשמליים תלויים בשל צפיפות נמוכה ומוליכות חשמלית טובה.
  • אלומיניום משמש לקופסאות מזון משום שהוא עמיד בפני קורוזיה.
  • נחושת משמשת לחיבורים חשמליים בשל המוליכותיות החשמלית הטובה שלה וגמישותה (ניתן למתוח אותה לרצועות).
מטוס נסיעות גדול על רציף שדה תעופה עם גבעות ברקע
גוף המטוס עשוי הרבה מאלומיניום: הוא חזק אך בעל צפיפות נמוכה, ולכן המטוס נשאר קל משקל
Explore · ⁨חקור⁩

Metal use lab · ⁨מעבדת שימוש במתכות⁩

Choose the property that explains each metal use. · ⁨בחרו את התכונה שמסבירה כל שימוש במתכת.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
metals/ˈmetlz/ מתכות
non-metals/nɒn ˈmetlz/ ללא-מתכות
thermal conductivity/ˈθɜːml kɒndəkˈtɪvɪti/ מוליכותיות תרמיתית
electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ הולכה חשמלית
malleability/ˌmæləˈbɪlɪti/ כיוונית
ductility/dʌkˈtɪlɪti/ מתחליות
brittle/ˈbrɪtl/ שבירי
melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ נקודת התכה
boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ נקודת רתיחה
acids/ˈæsɪdz/ חומצות
salt/sɒlt/ מלח
hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ מימן
steam/stiːm/ קיטור
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ חמצן
oxide/ˈɒksaɪd/ תחמוצת
aluminium/ˌæljʊˈmɪnɪəm/ אלומיניום
density/ˈdensɪti/ צפיפות
9.3

Alloys · ⁨סגסוגות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Describe an alloy as a mixture of a metal with other elements, including: (a) brass as a mixture of copper and zinc (b) stainless steel as a mixture of iron and other elements such as chromium, nickel and carbon
2 State that alloys can be harder and stronger than the pure metals and are more useful 5 Explain in terms of structure how alloys can be harder and stronger than the pure metals because the different sized atoms in alloys mean the layers can no longer slide over each other
3 Describe the uses of alloys in terms of their physical properties, including stainless steel in cutlery because of its hardness and resistance to rusting
4 Identify representations of alloys from diagrams of structure
עברית
ליבה תוספת
1 תאר סגסוגת כתערובת של מתכת עם יסודות אחרים, כולל: (א) פליז כתערובת של נחושת ואבץ (ב) פלדת אל-חלד כתערובת של ברזל ויסודות אחרים כמו כרום, ניקל ופחמן
2 נסח כי לסגסוגות יש יכולת להיות קשות וחזקות יותר מהמתכות הטהורות, והן יעילות יותר 5 הסבר בהתבסס על מבנה כי לסגסוגות יש יכולת להיות קשות וחזקות יותר מהמתכות הטהורות, משום שהאטומים בעלי הגדלים השונים בסגסוגות מונעים שכבות אלו מחלקה זו על גבי זו
3 תאר את שימושי הסגסוגות בהתבסס על המאפיינים הפיזיקליים שלהן, כולל פלדת אל-חלד בכלים שולחן בשל קשיותה ועמידותה בפני חלודה
4 זיהוי ייצוגים של סגסוגות מתוך דיאגרמות מבנה

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

An alloy 合金 is a mixture 混合物 of a metal with one or more other elements.

  • Brass 黄铜 is a mixture of copper and zinc 锌.
  • Stainless steel 不锈钢 is a mixture of iron 铁 with other elements such as chromium 铬, nickel 镍 and carbon 碳.

Alloys are usually harder and stronger than the pure metals, which makes them more useful. For example, stainless steel is used for cutlery because it is hard and does not rust.

Why alloys are harder. In a pure metal, the atoms 原子 are all the same size, so the layers 层 can slide over each other easily. In an alloy, the different-sized atoms stop the layers from sliding, so the alloy is harder and stronger.

עברית

סגסוגת היא ערבוב של מתכת עם אלמנט אחד או יותר.

  • פליז הוא תערובת של נחושת ואבץ. *- פלדת אל-חלד היא תערובת של ברזל עם אלמנטים אחרים כמו כרום, ניקל ופחמן.
  • פלדת אל-חלד היא תערובת של ברזל עם יסודות אחרים כמו כרום, ניקל ופחמן.

מדוע סגסוגות קשות יותר. במתכה טהורה, האטומים כולם באותו גודל, ולכן השכבות יכולות להחליק זו על זו בקלות. בסגסוגת, האטומים בגדלים שונים מונעים את ההחלקה של השכבות, ולכן הסגסוגת קשה וחזקה יותר.

מדוע סגסוגות קשות יותר. מתכת טהורה מכילה אטומים בגודל זהה, ולכן השכבות מחליקות זו על זו בקלות. בסגסוגת, האטומים בגדלים שונים מונעים את החלקת השכבות, ולכן הסגסוגת קשה וחזקה יותר.

סדרה מסודרת של אטומים זהים בגודלם שהשכבות שלהן יכולות להחליק, לצד סגסוגת בה אטומים גדולים עיוותים את השורות וחוסמים את החלקה
בסגסוגת, אטומים בגדלים שונים מונעים את החלקת השכבות זו על זו, ולכן הסגסוגת קשה יותר מהמתכת הטהורה
Explore · ⁨חקור⁩

Alloy property lab · ⁨מעבדת מאפייני סגסוגת⁩

See why mixing atoms changes metal properties. · ⁨ראו מדוע ערבוב אטומים משנה את מאפייני המתכת.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
alloy/ˈælɔɪ/ סגסוגת
mixture/ˈmɪkstʃə/ תערובת
brass/bræs/ פליז
zinc/zɪŋk/ אבץ
stainless steel/ˈsteɪnləs stiːl/ נירוסטה
9.4

The reactivity series · ⁨סדרת התגבשות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 State the order of the reactivity series as: potassium, sodium, calcium, magnesium, aluminium, carbon, zinc, iron, hydrogen, copper, silver, gold 4 Describe the relative reactivities of metals in terms of their tendency to form positive ions, by displacement reactions, if any, with the aqueous ions of magnesium, zinc, iron, copper and silver
2 Describe the reactions, if any, of: (a) potassium, sodium and calcium with cold water (b) magnesium with steam (c) magnesium, zinc, iron, copper, silver and gold with dilute hydrochloric acid and explain these reactions in terms of the position of the metals in the reactivity series
5 Explain the apparent unreactivity of aluminium in terms of its oxide layer
3 Deduce an order of reactivity from a given set of experimental results
עברית
ליבה תוספת
1 נסח את סדר סדר התגובתיות כדלהלן: אשלגן, נתרן, סידן, מגנזיום, אלומיניום, פחמן, אבץ, ברזל, מימן, נחושת, כסף, זהב 4 תאר את התגובתיות היחסית של מתכות בהתבסס על הנוטה ליצירת יונים חיוביים, באמצעות תגובות הזזה, אם יש כאלה, עם יוני המים של מגנזיום, אבץ, ברזל, נחושת וכסף
2 תאר את התגובות, אם יש כאלה, של: (א) אשלגן, נתרן וסידן עם מים קרים (ב) מגנזיום עם אדים (ג) מגנזיום, אבץ, ברזל, נחושת, כסף וזהב עם חומצת כלור דקה, והסבר תגובות אלו בהתבסס על מיקום המתכות בסדר התגובתיות
5 הסבר את אי-התגובת apparent של אלומיניום בהתבסס על שכבת החמצן שלו
3 נסח סדר תגובתיות מהנתונים ניסויים הנתונים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

The reactivity series 金属活动性顺序 lists metals in order of how reactive they are. Carbon and hydrogen are included for comparison:

potassium 钾, sodium 钠, calcium 钙, magnesium 镁, aluminium, carbon, zinc, iron, hydrogen, copper, silver, gold

(most reactive at the top, least reactive at the bottom)

The higher a metal is, the more easily it forms positive ions 离子. This explains its reactions:

  • potassium, sodium and calcium react with cold water.
  • magnesium reacts with steam (but only very slowly with cold water).
  • magnesium, zinc and iron react with dilute hydrochloric acid; copper, silver and gold do not.

Displacement reactions

A more reactive metal will displace a less reactive metal from a solution of its ions (a displacement reaction 置换反应). For example, zinc displaces copper from copper(II) sulfate solution, because zinc is more reactive than copper:

$$\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$$

Be ready to say what you would see, because those are separate marks:

  • the blue colour of the solution fades - the blue $\text{Cu}^{2+}$ ions are being used up (zinc sulfate is colourless).
  • a pink-brown solid coats the zinc - that is the displaced copper.
  • the grey zinc dissolves and gets smaller.
  • the mixture warms up - displacement is exothermic.

Metal-and-acid reactions have their own list: effervescence 泡腾 (the hydrogen escaping) and the solid dissolves. With copper(II) oxide or carbonate and acid, add that the solution turns blue. Never write "hydrogen is given off" as an observation - you cannot see the gas, only the bubbles, so write effervescence.

Worked example. Zinc and aluminium are both found as oxides. Which can be extracted by heating with carbon, and why? Find each metal's place relative to carbon in the reactivity series. Zinc sits below carbon, so carbon is the more reactive of the two and can take the oxygen away from it: zinc oxide is reduced by heating with carbon. Aluminium sits above carbon, so carbon is not reactive enough to displace it, and aluminium must be extracted by electrolysis instead - which is why aluminium costs far more to extract. The line in the series that decides the method is carbon's, not the top of the list.

The special case of aluminium

Aluminium seems less reactive than its position suggests. This is because it is covered by a thin, strong oxide layer 氧化层 that stops other substances reaching the metal underneath.

עברית

אשלגן, נתרן, סידן, מגנזיום, אלומיניום, פחמן, אבץ, ברזל, הידרוגן, נחושת, כסף, זהב

(הכי תגובתי בחלק העליון, הכי פחות תגובתי בחלק התחתון)

(הכי מגיבה למעלה, הפחות מגיבה למטה)

סדרת ההישרדות מנקליום ועד זהב, עם סימון של פחמן ומימן, ושיטת החילוץ המוצגת בשני צדי הפחמן ככל שמתכה נמצאת גבוה יותר, כך קל יותר ליצירת יונים חיוביים. הדבר מסביר את תגובותיה:

ככל שהמתכת נמצאת גבוה יותר בסדרה, כך קל יותר להיאבד אלקטרונים וליוצר יונים חיוביים. הסבר זה מתאים לתגובותיהן:

  • מגנזיום מגיב עם אדים (אבל רק לאט מאוד עם מים קרים).
  • מגנזיום מגיב עם קיטור (אבל רק לאט מאוד עם מים קרים).
  • מגנזיום, אבץ וברזל מגיבים עם חומצת הידרוכלורית דלולה; נחושת, כסף וזהב אינם מגיבים.

תגובות החלפה

מתכת רגישה יותר תחליף מתכת פחות רגישה מתמיסת יוניה (תגורת החלפה). לדוגמה, אבץ מחליף נחושת מתמיסת נחושת(II) סולפט, מכיוון שאבץ רגיש יותר מנחושת:

$$\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}$$

התכונן לומר מה תראו, שכן אלו נקודות בדידיות נפרדות:

  • הצבע הכחול של התמיסה נובה - יוני הכחול $\text{Cu}^{2+}$ נצרכים (סולפת האבץ צבעונית).
  • מוצק ורוד-חום מצטופף על פני האבץ - זו הנחושת שהוחלפה.
  • האבץ האפור ממס והוא הופך לקטן.
  • התערובת מתחממת - החלפה היא תגורה אקסותרמית.

תגורות מתכת וחומצה יש להן רשימה משלה: עפיפוף (היציאת מימן) והמוצק נמס. עם חמצן נחושת(II) או קרבונט וחומצה, הוספו שהתמיסה מתכהבת לכחול. לעולם אל תכתבו "שחרור מימן" כצפייה – לא ניתן לראות את הגז, רק בועות, לכן כתבו עפיפוף.

דוגמה פתורה. אבץ ואלומיניום נמצאים שניהם בצורת חמצנים. איזה מהם ניתן לחלץ בחימום עם פחמן, ולמה? מצאו את מקום כל מתכת ביחס לפחמן בסדרת הרגישות. אבץ נמצא מתחת לפחמן, ולכן הפחמן הוא הרגיש ביותר מבין השניים ויכול לשלוף את החמצן ממנו: חמצן האבץ מופחת בחימום עם פחמן. אלומיניום נמצא מעל הפחמן, ולכן הפחמן אינו רגיש מספיק כדי להחליפו, והאלומיניום חייב להיות מחולץ באמצעות אלקטרוליזה במקום זאת – ומכאן שמחיר החלצת האלומיניום גבוה בהרבה. הקו בסדרה שקובע את השיטה הוא של הפחמן, לא של ראש הרשימה.

המקרה המיוחד של אלומיניום

אלומיניום נראה פחות רגיש מהשורה שלו מעידה. הדבר נובע מכך שהוא מכוסה בשכבת חמצן דקה וחזקה שחוסמת חומרים אחרים מלהגיע למתכת התחתונה.

Explore · ⁨חקור⁩

Displacement and the reactivity series · ⁨החלפה וסדר הריאקטיביות⁩

Step through a displacement. A more reactive metal pushes a less reactive one out of its compound — which is exactly what the reactivity series predicts. · ⁨צעד באחד תהליכי החלפה. מתכת ריאקטיבית יותר דוחפת מתכת פחות ריאקטיבית מחוצאה ממركבה שלה — מה שמתאים בדיו למה שמבשר סדר הריאקטיביות.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
reactivity series/rɪəkˈtɪvɪti ˈsɪəriːz/ סדרת התגובות הכימיות
potassium/pəˈtæsɪəm/ אשלגן
sodium/ˈsəʊdɪəm/ נתרן
calcium/ˈkælsɪəm/ סידן
magnesium/mæɡˈniːzɪəm/ מגנזיום
ions/ˈaɪɒnz/ יונים
displacement reaction/dɪˈspleɪsmənt rɪˈækʃn/ תגורת החלפה
oxide layer/ˈɒksaɪd ˈleɪə/ שכבת חמצון
Watch lesson · ⁨צפה בשיעור⁩
9.5

Corrosion of metals · ⁨קורוזיה של מתכות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 State the conditions required for the rusting of iron and steel to form hydrated iron(III) oxide
2 State some common barrier methods, including painting, greasing and coating with plastic 4 Describe the use of zinc in galvanising as an example of a barrier method and sacrificial protection
3 Describe how barrier methods prevent rusting by excluding oxygen or water 5 Explain sacrificial protection in terms of the reactivity series and in terms of electron loss
עברית
ליבה תוספת
1 נסח את התנאים הנדרשים לחלודה של ברזל ופלדה כדי ליצור תחמוצת ברזל(III) מעוקבת
2 נסח כמה שיטות חסימה נפוצות, כולל צביעה, שמנוניות וציפוי בפלסטיק 4 תאר את השימוש באבץ בגלבוניזציה כדוגמה לשיטת חסימה ולהגנה קורבנית
3 תאר כיצד שיטות חסימה מונעות חלודה על ידי ביטול נוכחות חמצן או מים 5 הסבר הגנה קורבנית בהתבסס על סדר התגובתיות והתבסס על איבוד אלקטרונים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Rusting 生锈 is the corrosion of iron and steel. Two things are needed for rusting: oxygen (from the air) and water. The rust 铁锈 formed is hydrated iron(III) oxide.

Stopping rust

Barrier methods 隔离法 keep oxygen and water away from the iron:

  • painting, greasing (covering with oil), and coating with plastic.

Galvanising 镀锌 means coating iron with a layer of zinc. This works in two ways:

  • it is a barrier (the zinc keeps out air and water);
  • it gives sacrificial protection 牺牲保护. Because zinc is more reactive than iron, the zinc loses electrons 电子 and corrodes instead of the iron — even if the surface is scratched.
עברית
עמודת מתכת בעלת קורוזיה עמוקה
קורוזיה אוכלת לאט מתכת שאינה מוגנת.

חלודה היא קורוזיה של ברזל ופלדה. דברים שתיים נדרשים לחלודה: חמצן (מהאוויר) ומים. החלודה שנוצרת היא חמצן ברזל(III הידרטי.

שרשרת ברזל כבדה על סלעים חופיים, מכוסה בעומק בחלודה כתומה-חומה
מים מלוחים ואוויר קיבלו בחוזקה את השרשרת הזו – החלודה היא חמצן ברזל(III הידרטי
שלושה כלי נסיון: מסמר ברזל במים ובאוויר, מסמר במים רתוחים המוגנים בשמן, ומסמר באוויר יבש עם חומר יבוש
חלודה דורשת גם מים וגם חמצן – המסמר מחליד רק בכלי שיש בו שניהם

מניעת חלודה

שיטות חסימה מונעות מגע של חמצן ומים עם ברזל:

  • צביעה, שומנוניות (ציפוי בשמן) וציפוי בפלסטיק.

גליבניזציה פירוני ציפוי הברזל בשכבת אבץ. תהליך זה עובד בשתי דרכים:

  • הוא משמש כחוסם (האבץ מונע כניסת אוויר ומים);
  • הוא מספק הגנה קורבנית. מכיוון שהאבץ ריאקטיבי יותר מהברזל, האבץ מאבד אלקטרונים ונשחק במקום הברזל — גם אם השכבה שרוטה.
בלוק אבץ מחובר למוט ברזל, עם זרימת אלקטרונים מאבץ לתוך הברזל
האבץ הרגיש יותר עובר קורוזיה ומעביר את האלקטרונים שלו לברזל, כך שהברזל מוגן גם במקום שבו פני השטח שרוטים
Explore · ⁨חקור⁩

Why iron rusts — and how to stop it · ⁨למה ברזל מחליד — וכיצד למנוע זאת⁩

Step through rusting. Iron needs BOTH water and oxygen, and once it starts the rust flakes off to expose fresh metal — which is why we protect iron. · ⁨תהליך ההחלדה: הברזל זקוק גם למים וגם לחמצן, ובמידה והתחילה החלדה, הקשקשים נושרים וחושפים מתכת טרייה — ולכן אנו מגנים על הברזל.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
corrosion/kəˈrəʊʒn/ קורוזיה
iron/ˈaɪən/ ברזל
chromium/ˈkrəʊmɪəm/ כרום
nickel/ˈnɪkl/ ניקל
carbon/ˈkɑːbən/ פחמן
atoms/ˈætəmz/ אטומים
layers/ˈleɪəz/ שכבות
rusting/ˈrʌstɪŋ/ חלודה (תהליך)
rust/rʌst/ חלודה
barrier methods/ˈbærɪə ˈmeθədz/ שיטות חסימה
galvanising/ˈɡælvənaɪzɪŋ/ גלוון
sacrificial protection/ˌsækrɪˈfɪʃl prəˈtekʃn/ הגנה קורבנית
electrons/ɪˈlektrɒnz/ אלקטרונים
ore/ɔː/ סורג
electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ אלקטרוליזה
hematite/ˈhemətaɪt/ המטיט
9.6

Extraction of metals · ⁨חילוץ מתכות⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
Core Supplement
1 Describe the ease in obtaining metals from their ores, related to the position of the metal in the reactivity series
2 Describe the extraction of iron from hematite in the blast furnace, limited to: (a) the burning of carbon (coke) to provide heat and produce carbon dioxide (b) the reduction of carbon dioxide to carbon monoxide (c) the reduction of iron(III) oxide by carbon monoxide (d) the thermal decomposition of calcium carbonate/limestone to produce calcium oxide (e) the formation of slag Symbol equations are not required 4 State the symbol equations for the extraction of iron from hematite (a) $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$ (b) $\text{C} + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{CO}$ (c) $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ (d) $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$ (e) $\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{CaSiO}_3$
3 State that the main ore of aluminium is bauxite and that aluminium is extracted by electrolysis 5 Describe the extraction of aluminium from purified bauxite/aluminium oxide, including: (a) the role of cryolite (b) why the carbon anodes need to be regularly replaced (c) the reactions at the electrodes, including ionic half-equations Details of the purification of bauxite are not required
עברית
ליבה תוספת
1 תאר את קלות החישוב המתכות ממחציותיהן, בהתאם למיקום המתכת בסדרת הפעילות
2 תאר את חילוץ הברזל מחומצת ברזל (המטיט) במכונת פליטה, המוגבל ל: (א) בעירת פחמן (קוק) כדי לספק חום ולייצר פחמן דו-חמצני (ב) החזרת פחמן דו-חמצני לפחמן חד-חמצני (ג) החזרת תחמוצת ברזל(III) על ידי פחמן חד-חמצני (ד) פירוק תרמי של סידן קרבונט/אבן גיר ליצירת חומצה קלצית (ה) יצירת פסולת סימולי נוסחה אינם נדרשים 4 ציין את סימולי המשוואות לחילוץ הברזל מחומצת ברזל (א) $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$ (ב) $\text{C} + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{CO}$ (ג) $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ (ד) $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$ (ה) $\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{CaSiO}_3$
3 ציין שהמחצית העיקרית של אלומיניום היא בוקסיט וכי אלומיניום מופק באמצעות אלקטרוליזה 5 תאר את חילוץ האלומיניום מבוקסיט מטוהר/תחמוצת אלומיניום, כולל: (א) התפקיד של קריוליט (ב) מדוע האנודות הפחמן זקוקות להחלפה שוטפת (ג) התגובות באלקטרודות, כולל משוואות חצי-יוניות פרטי ניקוי הבוקסיט אינם נדרשים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

How a metal is taken from its ore 矿石 depends on its place in the reactivity series. Metals below carbon can be extracted by heating with carbon (which removes the oxygen). Metals above carbon are too reactive for this and must be extracted by electrolysis 电解.

Iron from the blast furnace

Iron is extracted from its ore hematite 赤铁矿 (iron(III) oxide) in a blast furnace 高炉:

  • Carbon (coke) burns in hot air to give carbon dioxide and lots of heat.
  • This carbon dioxide 二氧化碳 reacts with more carbon to form carbon monoxide 一氧化碳.
  • The carbon monoxide reduces the iron(III) oxide to iron (this is reduction 还原).
  • Limestone 石灰石 (calcium carbonate) breaks down in the heat to form calcium oxide 氧化钙.
  • The calcium oxide reacts with sandy impurities to form slag 炉渣, which is removed.

Aluminium by electrolysis

Aluminium is extracted from its ore bauxite 铝土矿 (purified to aluminium oxide) by electrolysis:

  • The aluminium oxide is dissolved in molten cryolite 冰晶石 to lower its melting point and save energy.
  • At the cathode 阴极, aluminium ions gain electrons to form aluminium metal.
  • At the anode 阳极, oxygen is formed. This oxygen reacts with the hot carbon anodes and burns them away, so they must be replaced regularly.
עברית

כיצד מתכת חולצת מממִצרה תלויה במיקומה בסדרת הפעילות המתכתית. מתכות הממוקמות מתחת לפחמן ניתן לחלצן על ידי חימום עם פחמן (שהופך את החמצן). מתכות מעל לפחמן ריאקטיביות מדי לתהליך זה ועל כן יש לחלצן אותן באמצעות אלקטרוליזה.

מתכות מעל לפחמן נחלצות באמצעות אלקטרוליזה; אלו מתחת לפחמן נחלצות בחימום עם פחמן
מתכות מעל לפחמן זקוקות לאלקטרוליזה; אלו מתחת מחוממות עם פחמן

ברזל מכוכך הפליטה

הברזל נחלץ מממִצרו המטיט (תחמוצת ברזל(III)) בכוכך פליטה:

  • פחמן (קוק) נשרף באוויר חם ליצירת פחמן דו-חמצני וכמות רבה של חום.
  • פחמן הדו-חמצני הזה מגיב עם עוד פחמן כדי ליצור פחמן חד-חמצני.
  • הפחמן החד-חמצני מחליש את תחמוצת הברזל(III) לברזל (תהליך זה נקרא חיזור).
  • אבן גיר (סידן פחמתי) מתפרק בחום ליצירת סידן חמצני.
  • הסידן החמצני מגיב עם זיהומים חוליים ליצירת שלק, שנשלף.
כוכך פליטה מסומן: המטען נכנס מלמעלה, האוויר החם מוזרק מבסיס, והברזל המذاب והשלק יוצאים מבסיס הכוכך
בכוכך הפליטה, הפחמן החד-חמצני מחליש את מינרל הברזל, ואבן הגיר מסירה את הזיהומים החוליים בשלע

אלומיניום באמצעות אלקטרוליזה

האלומיניום נחלץ מממִצרו בוקסיט (מטוהר לתחמוצת אלומיניום) באמצעות אלקטרוליזה:

  • תחמוצת האלומיניום מומסת במזגם קריוליט ממיס כדי להוריד את נקודת ההתכה ולחסוך באנרגיה.
  • בקתודה, יוני אלומיניום מקבלים אלקטרונים ויוצרים מתכת אלומיניום.
  • באנודה נוצר חמצן. חמצן זה מגיב עם האנודות הפחמניות החמות ושרף אותן, ולכן יש להחליף אותן באופן שגרתי.
Explore · ⁨חקור⁩

Extracting iron in the blast furnace · ⁨חילוץ ברזל בתנור גבוה⁩

Iron is below carbon in reactivity, so carbon can reduce its ore to the metal. · ⁨ברזל נמצא מתחת לפחמן במערכת הפעילות, ולכן פחמן יכול להפחית את מינרלו למתכת.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
blast furnace/blæst ˈfɜːnɪs/ כור גזירה
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ דיóxido של פחמן
carbon monoxide/ˈkɑːbən mʌˈnɒksaɪd/ חמצן חד-פחמני
reduction/rɪˈdʌkʃn/ חיזור
limestone/ˈlaɪmstəʊn/ אבן גיר
calcium oxide/ˈkælsɪəm ˈɒksaɪd/ חמצן סידן
slag/slæɡ/ פסולת
bauxite/ˈbɔːksaɪt/ בוקסיט
cryolite/ˈkraɪəlaɪt/ קריוליט
cathode/ˈkæθəʊd/ קתודה
anode/ˈænəʊd/ אנודה
effervescence/ˌefəˈvesəns/ זיעוף
9.6

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Learn the reactivity series (potassium → gold). A more reactive metal displaces a less reactive one from a solution of its ions.
  • Metals above carbon are extracted by electrolysis; those below carbon (like iron) can be extracted by heating with carbon.
  • Rusting needs both water and oxygen. Barrier methods (paint, oil) keep them out; galvanising also gives sacrificial protection, because the more reactive zinc corrodes instead of the iron.
  • Alloys are harder than pure metals because the different-sized atoms stop the layers of ions sliding over each other.
עברית
  • ללמוד את סדר הריאקטיביות (אשלגן → זהב). מתכת בעלת ריאקטיביות גבוהה יותר דוחפת מתכת פחות ריאקטיבית מהפתרון שלה.
  • מתכות מעל הפחמן מופקות באמצעות אלקטרוליזה; מתכות מתחת לפחמן (כמו ברזל) ניתן להפיק בחימום עם פחמן.
  • חלודה דורשת גם מים וגם חמצן. שיטות מחסום (צבע, שמן) מונעות כניסתם; גליובניזציה מספקת גם הגנה קורבנית, מכיוון שהאבץ, היותר ריאקטיבי, מחליד במקום הברזל.
  • סגסוגות הן קשות יותר מממתכות טהורות משום שאטומים בגדלים שונים מונעים את החלקת השכבות המיוניות זו על זו.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in IGCSE Chemistry · ⁨כימיה IGCSE⁩ · ⁨נושאים נוספים בIGCSE Chemistry · ⁨כימיה IGCSE⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP