מי מאיתנו לא המס פעם במים סוכר (למשל כדי להמתיק כוס תה) או מלח (למשל כדי להוסיף טעם למרק)? במבט ראשון שני התהליכים נראים דומים: גרגירים לבנים-שקופים פוגעים במים ונמסים עד שהם נעלמים. אחרי ההמסה המים מקבלים את הטעם של החומר שהמסנו בהם (מתוק במקרה של סוכר ומלוח במקרה של מלח).

ובכל זאת, תהליכי ההמסה של מלח וסוכר שונים מבחינה כימית ופיסיקלית. ההבדל בא לידי ביטוי בהולכה החשמלית של המים לאחר ההמסה ותלוי במבנה הכימי של החומרים. היישומון שלפנינו מציג את התכונות השונות של תמיסות סוכר ומלח במים ומראה איזו השפעה יש לגורמים שונים (סוג החומר, הריכוז שלו) על המוליכות החשמלית שלהם – ומדוע. לצפייה ביישומון לחצו על התמונה ופתחו את הקובץ המקושר (יישומון ג'אווה).

היישומון הופק במסגרת פרויקט PhET של אוניברסיטת קולורדו
להורדת היישומון ולהרצתו על המחשב לחצו כאן
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והתקינו לפי ההוראות.

לפני שנתחיל, בואו נגדיר כמה מושגי יסוד:

גביש: צורה של חומר מוצק שמתאפיינת בדרך כלל בפריכות (שילוב של קושי ושבירות). מהבחינה המיקרוסקופית הגביש מאופיין בסדר רב מאוד: הוא מורכב מיחידה בסיסית שחוזרת על עצמה שוב ושוב באותו סדר, מיליארדי פעמים ויותר. קיימים הרבה סוגים של גבישים, והמלח והסוכר משתייכים לשני סוגים שונים של גבישים.

מלח בישול: מוכר גם בשמו הכימי נתרן כלורי  (NaCl). מלח הבישול הוא דוגמה לחומר שמתגבש בגבישים יוניים. כלומר גבישים שבנויים מיונים (אטומים או מולקולות בעלי מטען חשמלי). ואכן, אם מסתכלים על שני סוגי האטומים המרכיבים את מלח הבישול רואים שהם טעונים במטען חשמלי: לכלור (Cl) יש אלקטרון אחד עודף ולנתרן (Na) אלקטרון אחד חסר. כיוון שלאלקטרון יש מטען חשמלי שלילי, הכלור טעון במטען חשמלי שלילי ואילו מטענו של הנתרן חיובי (כי חסרים בו אלקטרונים שליליים). כשגביש יוני מתמוסס במים, היונים המרכיבים אותו נפרדים ומתפזרים במים. להסבר נוסף אתם מוזמנים לצפות בסרטון איך מתמוסס מלח?

סוכר: מוכר גם בשמו הכימי סוכרוז (C12H22O12). הסוכר הוא דוגמה לחומר שמתגבש בגבישים מולקולריים, כלומר גבישים שהיחידה הבסיסית שחוזרת בהם היא מולקולה שאינה טעונה חשמלית. כשגביש מולקולרי מתמוסס, המולקולות שלו מתפזרות במים.

כעת בואו נתחיל לעבוד: בחרו בלשונית "מאקרו" (מסמלת את העולם הגדול), גררו את מד המוליכות שנמצא בצד ימין והכניסו אותו למים. מד המוליכות עובד כך: כשהמים מוליכים חשמל, הם סוגרים את המעגל החשמלי והמנורה נדלקת. ככל שההולכה החשמלית גבוהה יותר, עוצמת התאורה מתגברת. בשלב הראשון – כשאין במים שום דבר, המנורה לא פועלת, משום שמים טהורים (מזוקקים) כמעט שאינם מוליכים חשמל.

כעת נערו את המלחייה ופזרו במים מלח. שימו לב מה קורה למנורה. המשיכו לנער את המלחייה וראו מה קורה לעוצמת האור. פתחו את הברז, מלאו עוד מים בכלי וראו לב מה קורה לעוצמת האור עכשיו. לבסוף אדו מים מהכלי באמצעות הכפתור שמתחתיו וראו מה קורה אז לעוצמת האור.

לאחר מכן אפסו את הכל באמצעות הכפתור מצד ימין למטה וחזרו על התהליך, אבל הפעם בחרו בסוכר בתור החומר המומס, באמצעות כפתור הבחירה בצד ימין למעלה. האם הפעם המנורה מאירה?

כדי להבין מדוע היו הבדלים בין המסת מלח להמסת סוכר, עברו ללשונית "מיקרו" ונסו להמיס מלח וסוכר (שימו לב שאפשר לבחור בהרבה מומסים). רואים שהמלח נפרד ליונים המרכיבים אותו כאשר הוא נמס במים, ואילו הסוכר נשאר ללא שינוי. היונים (בעלי המטען החשמלי) הם מה שמאפשר למים להוליך חשמל.

לבסוף עברו ללשונית "מים". בלשונית הזו אפשר לראות את כל החומרים המשתתפים בתהליך ברמה המולקולרית. כאשר מציגים את "המטענים החלקיים" של המים (בצד ימין למטה) אפשר לראות איך כל מולקולה או יון מומס מוקפים במולקולות מים ובאיזה כיוון. רואים למשל שיון הכלור, הטעון מטען שלילי, מוקף במולקולות מים שמפנות אליו את החלק הטעון מטען חלקי חיובי – משום שמטענים חשמליים המנוגדים זה לזה מושכים זה את זה.

באמצעות היישומון הזה למדנו על ההבדל בין המסת סוכר להמסת מלח במים, ועל ההשפעה שיש למלחים, דווקא, על המוליכות החשמלית של המים.

שאלה למתקדמים: כידוע, אסור להרטיב מכשיר חשמלי במים בגלל סכנת התחשמלות. מה זה אומר על קיומם של מלחים (מינרלים) במי הברז שבבית? ומצד שני – גשם יורד על חוטים ועל עמודי חשמל חשופים ברחוב ובכל זאת לא נוצרת כל סכנה מכך להולכים על המדרכה מתחתם – מה זה יכול להעיד על כמות המלחים הנמצאים במי הגשם?

ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

2 תגובות

  • זאב גוטמן

    מסיסות של סוכרוז במים

    לגבי תרכובות יוניות מוסברת דרך המסתן בסרטון וגם בדוגמה שהבאת " למשל רואים כי יון הכלור, הטעון מטען שלילי, מוקף במולקולות מים המפנות אליו את החלק הטעון מטען חלקי חיובי – וזה משום שמטענים חשמליים המנוגדים זה לזה מושכים זה את זה."
    לגבי סוכרוז חסרה לי אנימציה טובה המראה ברמה המולקולרית את מסיסותו עם ציון ברור של האטומים המשתתפים בקשרים. כמו כן חסר ההסבר על הגורמים להמסת הסוכרוז ברמה המולקולרית.
    בברכה

    זאב גוטמו

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מסיסות של סוכרוז (סוכר בישול) במים

    לגבי אנימציה - יש בישומון גם אנימציה לגבי המסת סוכרוז. אמנם קצת קשה לראות -אבל מה שקורה, באופן כללי הוא שסוכר מכיל הרבה קבוצות הידרוכסיל OH בכל מולקולה. קבוצות אלו נמשכות למים - על ידי יצירת קשרי מימן בין המים לסוכרוז, וכך גביש הסוכר מתמוסס. למעשה זה מאוד דומה להמסת מלח והכוחות המעורבים הם זהים - כוחות של משיכה חשמלית, רק שבמלח מדובר ביונים ובמטענים חשמליים שלמים, ובמלח - במטענים חשמליים חלקיים (המימן בקבוצת ההידרוכסיל טעון מטען חשמלי חיובי חלקי, והחמצן - מטען חשמלי חלקי שלילי) - המטענים נמשכים למטען החשמלי החלקי של מולקולת המים.
    ראה כאן סרט על קשרי מימן.

    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

תגובות פייסבוק