7 דברים מדעיים (ומגניבים!) שכנראה לא ידעתם
שבעה דברים שאולי אתם יודעים (אבל כנראה שלא) בתחום המדע, בין היתר:
איך אנחנו מסוגלים לחיות עם חומצה חזקה בתוכנו?
למה הקרח צף מעל פני המים?
ומה בכלל הקשר בין עיפרון ו... יהלום?
(לנוחיותכם, בסוף הכתבה תמצאו רשימת מונחים ששווה להכיר).
בואו נצא לדרך!
1. זכוכית היא לא ממש מוצקה ולא ממש נוזלית
למען האמת, ההגדרה הכימית המדויקת של מצב הצבירה של זכוכית היא "מוצק אמורפי", מעין מצב ביניים בין מוצק לנוזל.
בעוד במוצק החלקיקים אינם נעים כלל, ובנוזל הם נעים בחופשיות – במצב צבירה של מוצק אמורפי החלקיקים נעים במהירות השואפת לעצירה מוחלטת.
כלומר, הם זזים אבל ממש (ממש!) לאט.
עוד דוגמא לחומר המוגדר כמוצק אמורפי הוא ג'ל. רובו המוחלט של הג'ל מורכב ממולקולות מים, אשר "כלואות" בין רשת סדורה מאוד המונעת מהן לנזול, כך שהתכונות של החומר כולו דומות לשל מוצק.
2. יהלום וגרפיט עשויים שניהם מאטומי פחמן בלבד
יהלום, אחד החומרים הקשים בטבע, וגרפיט, החומר המרכיב את חוד העפרון, הם בעצם אותו חומר – פחמן.
הדבר היחיד המפריד ביניהם הוא צורת סידור האטומים בחומר, והיכולת של כל אחד מהפחמנים להיקשר לפחמנים שסביבו.
בעוד הפחמנים ביהלום מנהלים 4 קשרים קוולנטיים עם שכניהם, פחמני הגרפיט מנהלים 3 קשרים בלבד.
כלומר, כל מה שמפריד בין חוד העיפרון ליהלום נוצץ – הוא תוספת של קשר קוולנטי אחד לכל פחמן.
3. חומציות הקיבה של אדם ממוצע מסוגלת להתיך מתכות
כשאנחנו אוכלים, הקיבה שלנו מייצרת חומצה על מנת להרוג חיידקים ובקטריות וכדי לפרק את המזון שאכלנו לצורך ספיגה במעיים.
אבל טיפה אחת של החומצה הזו על העור שלנו תגרום לנו לכוויה קשה.
איך בכל זאת המערכת עובדת? דפנות הקיבה שלנו מוגנות על ידי ריר מיוחד, ומיד אחרי שתכולת הקיבה עוברת למעיים היא פוגשת בבסיסים (חומרים עם pH גבוה מ-7) אשר מנטרלים את החומציות ומאפשרים ספיגה יעילה דרך המעיים, ללא פגיעה בהם.
4. נחושת היא מתכת אנטי-בקטריאלית יעילה
חיידקים ובקטריות הנמצאים על משטחים העשויים נחושת צוברים יוני נחושת בכמות גדולה, דבר הפוגע בממברנת התא שלהם תוך דקות מרגע החשיפה.
אמנם יוני נחושת הם חיוניים בכמויות מתאימות, אך בכמות גדולה הם פשוט רעילים לאותם תאים.
כבר היום ישנם מקומות, כמו מעבדות ובתי חולים, שמשתמשים במשטחי נחושת על מנת לשמור על היגיינה גבוהה יותר, נטולת בקטריות.
5. מים מתרחבים בהקפאה, שלא כמו חומרים אחרים
בדרך כלל, כאשר חומר מתקרר הוא מתכווץ.
זה קורה אפילו לנו – בחורף, הידיים שלי מתכווצות מהקור והטבעות פתאום מחליקות בקלות מהאצבע.
חשוב לזכור כי טמפרטורה היא מדד לאנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים. ככל שהיא עולה, החלקיקים בעלי יותר תנועתיות ותופסים יותר נפח.
מים יוצאים מן הכלל בשל המבנה המרחבי המיוחד של מולקולות המים וקשרי המימן הבין-מולקולריים שהם מנהלים. בזמן הקפאה יש פחות אנרגיה זמינה להחלשת קשרי המימן בין מולקולות המים, דבר אשר מאפשר יצירת יותר קשרים בין מולקולריים, מבנה קריסטלי מיוחד וירידה בצפיפות מולקולות המים (דבר אשר גורם לציפה של קרח על פני המים).
6. המתכות היחידות שאינן כסופות הן זהב ונחושת
המתכות הן משפחה כחלק מטבלת היסודות (הטבלה המחזורית), אשר חולקות תכונות דומות.
הן לרוב מוותרות על אלקטרונים ובכך הופכות ליונים חיוביים, הן מנהלות קשרים מתכתיים, מוליכות חשמל וחום ועוד.
בעוד רוב המתכות מחזירות באופן מלא את אור השמש, זהב ונחושת בולעות את קרני האור הכחולות והסגולות ומחזירות את האור הצהוב, כך שזה הצבע הנקלט לנו בעין.
7. הכנסה של מלח לתוך כוס מים תגרום לירידה (!) בגובה פני המים
לרוב, כפי שניסח זאת ארכימדס כשקרא "אאוריקה!", כשמכניסים גוף לתוך מים, גובה פני המים יעלה בהתאמה לגוף שהוכנס למים. עם זאת, כאשר נכניס מלח לתוך כוס מים, גובה פני המים דווקא ירד.
הקשרים הכימיים שמולקולות המים מנהלות עם יוני המלח (נתרן כלוריד) גורמות לסידור מרחבי צפוף וסדור יותר, אשר מוריד את גובה פני המים.
מונחים חשובים:
- יונים – אטומים אשר טעונים במטען חשמלי, בשל קבלה או מסירה של אלקטרונים.
- מולקולה/ מלח יוני – אטומים (עבור מולקולה)/ יונים (עבור מלח יוני) הקשורים יחדיו בקשרים חזקים היוצרים חומר חדש השונה מהיסודות המרכיבים אותו.
- קשר קוולנטי – קשר תוך מולקולרי, בו מתקיים שיתוף אלקטרונים בין אטומים ממשפחת האל-מתכות.
רשימת מקורות:
- https://www.scientificamerican.com/article/fact-fiction-glass-liquid/
- https://www.scientificamerican.com/article/how-can-graphite-and-diam/
- https://www.youtube.com/watch?v=_rOheIJMRKc
- https://aem.asm.org/content/77/3/794
- https://www.e-education.psu.edu/matse81/node/2119
- https://www.nottingham.ac.uk/periodicnottingham/copper
- https://link.springer.com/article/10.1007/BF02907145