סילבוס הקורס עקרונות הכימיה 71074 תש"ע 20010 - 2009 

מרצה אחראי קורס:   ד"ר אברהים עאמר –המכון לביוכימיה, הפקולטה לחקלאות  

חדר 207 בניין קנדי לי

ט"ל:  08-9489691 : 08-9489106

דוא"ל: AMERI@Agri.huji.ac.il 

שעות קבלה: ב' 13:00-15:00 : ד' 08:00-10:00

מטרות הקורס:

להקנות לתלמידים ידע בסיסי בכימיה כללית ופזיקלית בעיקר בנושאים כמו:  הבנת מושגים כמו אטומים, מולקולות, יסודות, תרכובות, ריאקציות כימיות לסוגיהן, אנרגיה כימית ואינטרופיה, תרמודינמיקה, אלקטוכימיה, חוקי הגזים, חומצות ובסיסים, בופרים וחישוביהם, חוקים בכימיה, שימושים בחיי יום יום.

ספרים מומלצים:

באנגלית:
General Chemistry, Ebbing - ההמלצות (בגוף הסילבוס), לקריאה מספרו של איבינג מתייחסות למהדורה מס' 6, מתאימות כמו כן גם מהדורות יותר חדשות מס' 7, 8 ומס' 9 בהתאם לנושאים בסילבוס.
General Chemistry, Petrucci
General Chemistry, Atkins

בעברית: 

כימיה כללית, אטקינס (תירגום האונ' הפתוחה)
פרקים מספרו של עמנואל מנזורולה "עקרונות הכימיה"
"הכימיה שבינינו" - משה זמיר

תרגול ושעורי בית: מתוך חוברת התרגילים של הקורס, מהדורה עשירית תשס"ה, 2005.

תכנית הקורס:
שבוע 1 (תרגילים מפרק 1)
מבוא: פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. מבנה כללי של המערכה המחזורית.   מסה אטומית ממוצעת. עקרון פעולה של ספקטרוגרף המסות.
המול - כמות של 6.02 X 10²³. ידוע גם כמספר אבוגדרו.  שקילה לצורך מניה. נוסחה אמפירית, הרכב לפי אחוזים. יחסי מול מסה (סטויכיומטריה).  הניסוח הכימי ועקרונות איזון משואות כימיות פשוטות. המגיב המגביל. יונים - אניונים וקטיונים.
אזכור ראשוני של מושג הקשר הכימי (מאטומים למולקולות).
(קריאה מאיבינג: פרקים 1+2+3).
שעורי בית: פרק 1 שאלות: 16, 34, 43, 55, 64, 70, 78 תאריך הגשה: 

שבועות 2 ו-3 (תרגילים מפרק 5 סעיפים א -ד)
חזרה על מבנה האטום: רציפות ואי רציפות. עקרונות של מכניקת הקוונטים ומשוואת שרדינגר. רמות אנרגיה באטומים. אנרגיה וקרינה אלקטרומגנטית. פוטון ואנרגיה. ארגון האלקטרונים ברמות האנרגיה השונות. המערכה המחזורית. תכונות
מחזוריות: רדיוס אטומי ורדיוס יוני, אנרגית יינון ואלקטרון אפיניות, אלקטרו-שליליות וסולם פאולינג. עקרונות של קישור כימי וארגון האלקטרונים במרחב. אורביטלים אטומיים. קשר יוני וקשר קוולנטי. פולריות וקשר קוולנטי פולרי.
קשרים בין מולקולריים - קשרי ואן דר ולס וקשרי מימן. קשרים קואורדינטיביים. זוגות אלקטרונים קושרים והמושג הזוג הבודד. ארגון האלקטרונים במולקולות לפי שיטת לואיס. הארגון המרחבי של אטומים במולקולות לפי שיטת:
Valence Shell Electron Pair Repultion
(קריאה מאיבינג: מפרק 7 סעיפים 7.4, 7.5 פרק 8 , פרק 9, מפרק 10 סעיף 10.1)
שעורי בית: שבוע 2 פרק 5 שאלות: 10, 16, 18, 32 תאריך הגשה:
                שבוע 3 פרק 5 שאלות: 47, 52, 59, 60 תאריך הגשה:

שבוע 4 (תרגילים מפרק 2)
האטמוספירה (האטמ') וחוקי הגזים האידיאליים. היוצרות האטמ' הנוכחית, מבנה והרכב כימי, האטמ' ועולם החי, האטמ' כשכבת מגן ואפקט החממה. הגז - אחד ממצבי הצבירה. מושג הלחץ ולחץ בגזים. משפיעים טמפ', לחץ ונפח על התנהגות הגז.  השערת אבוגדרו. המושג קבוע פרופורציה (R) משוואת המצב של הגזים האידיאליים: PV = nRT. לחץ חלקי, לחץ מוקטן, חוק דלתון וואקום.  לחץ אדים, רתיחה ורתיחה בלחץ מוקטן. טמפרטורה וחום, טמפרטורה ותנועה.
טמפרטורה בגזים ומושג התפלגות המהירויות. תיאור מקרוסקופי של גז (באמצעות לחץ, טמפ' ונפח) ותיאור מיקרוסקופי (באמצעות התורה הקינטית של הגזים). תנאים סטנדרטיים בגזים. שימושים: מדידת נפח לצורך ספירה של חלקיקי הגז, מציאת משקל מולקולרי של חומרים נדיפים ועוד.
(קריאה מאיבינג: פרק 5)
שעורי בית: פרק 2 שאלות: 15,34,41, 12  תאריך הגשה: 

שבוע 5 (תרגילים מפרק 3)
מושגי יסוד בתרמודינמיקה: למה תרמודינמיקה? התייחסות מאקרוסקופית לתגובות ותופעות. נעזר בשני עקרונות של הטבע:
1.שאיפה למינימום באנרגיה 2. שאיפה למקסימום באנטרופיה (אי סדר).
נהוג לחלק את לימודי התרמודינמיקה לשלושה חלקים: תרמוכימיה, אנטרופיה ואנרגיה חופשית.
תרמוכימיה - מושגים והגדרות: טמפרטורה, טמפרטורה ותנועה, קיבול חום, התפלגות מהירויות. אנרגיה ויחידות אנרגיה, ג'ול (ג'אול) וקלוריה. סוגי אנרגיה: קינטית ופוטנציאלית. קשר כימי - סוג של אנרגיה פוטנציאלית. חום ועבודה. מערכת וסביבה.  מצב ופונקצית מצב (T, P, V, n, d, ....). מאפינים של פונקצית מצב, מה לא פונקצית מצב? הקשר בין עבודה W וחום q. מושג העבודה באמצעות בוכנה W = PΔV.  החוק הראשון של התרמודינמיקה - חוק שימור של אנרגיה, קשר בין עבודה חום ואנרגיה. הגדרה של פונקציה חדשה - אנטלפיה (H = E + PV) ושינויי אנטלפיה HΔ מה פירוש ΔH = q_p. שינויי אנטלפיה: במעברי פאזה, בשבירה ויצירה של קשרים כימיים, סטנדרטיים, בתגובות כימיות (שריפה למשל) והיווצרות. תהליכים אכסותרמיים ואנדותרמיים. חוק הס (Hess)  חישובים באמצעות נתוני אנטלפיה מספר הנתונים. תלות האנטלפיה בטמפרטורה.
(קריאה מאיבינג: פרק 6).
שעורי בית: פרק 3 שאלות: 8,10,15,22,24,28,44  43   תאריך הגשה: 

שבוע 6 (תרגילים מפרק 4)
אנטרופיה S. סדר ואי סדר - אנטרופיה. שינויי אנטרופיה SΔ. ספונטניות והפיכות, מה פירוש ולשם מה? מאפיינים לשינוי ספונטני. שינוי אנטרופיה SΔ של מערכת ושל סביבה. החוק השני של התרמודינמיקה: תהליך יהיה ספונטני כאשר עבורו: 0 < SΔ (כללי) . כיצד מסבירים באמצעות התרמודינמיקה שחום אינו זורם באופן ספונטני מגוף קר לחם. חישוב שינויי אנטרופיה בתהליכים ותגובות שונות ובתגובות סטנדרטיות. כיצד מסבירים באמצעות התרמודינמיקה שמים בטמפ' של 0^oC קופאים לקרח? האם תהליך אנדותרמי יכול להיות ספונטני? אנרגיה חופשית של גיבס - G. שינויי אנרגיה חופשית GΔ.  הגדרת הפונקציה: G = H -TS. שינויי אנרגיה חופשית: סטנדרטית, של תגובה והיווצרות. אנרגיה חופשית
וספונטניות. כיצד משפיע טמפ' על ספונטיות של תגובה? שימוש בטבלאות של אנרגיה חופשית.
החוק השלישי של התרמודינמיקה מגדיר את סולם הטמפרטורה המוחלטת.
(קריאה מאיבינג: מפרק 18 סעיפים 18.1 עד 18.5)
שעורי בית: פרק 4 שאלות: 1, 9, 16, 22 תאריך הגשה: 

לימוד עצמי: להכיר את כל היסודות במערכה המחזורית בצורתם הסטנדרטית
(איך שהם מופיעים בטבע). תכונות של משפחות כימיות: מתכות אלקאליות, מתכות אלקאליות עפרוריות, הלוגנים וגזים אצילים. ניתן לקרוא מאיבינג פרק 22 או ממנזורולה פרק 3 ו-4. 

בוחן חצי סמסטר: 14-12-07

שבוע 7 (תרגילים מפרק 5 סעיף ה' ופרק 7)
נוזלים, מוצקים ותמיסות. מוצקים יוניים וקוולנטיים, מתכות וקשר מתכתי. דיאגרמת הפאזות של מים וחומרים נוספים. מתח פנים. תמיסות יוניות ואחרות. מה נמס במה ומדוע. מושג הריכוז וריכוז מולרי. עקרונות מיהול תמיסות.
הכנה לקראת לימוד ספקטרופוטומטריה במעבדה: קרינה אלקטרומגנטית - תווך שקוף ובולע קרינה,
חוק בר-למברט, פרטים נוספים והסברים בחוברת המעבדה. תכונות קוליגטיביות: הורדת נקודת קיפאון, העלאת נקודת רתיחה, אוסמוזה, לחץ אוסמוטי ואוסמוזה הפוכה.
(קריאה מאיבינג: מפרק 11 סעיפים 11.1 עד 11.5, פרק 12)
שעורי בית: פרק 5 שאלות: 66, 70, 74, 76 פרק 7 שאלות: 10, 28, 46 תאריך הגשה: 

לימוד עצמי: תכונות קוליגטיביות של תמיסות. הורדת נקודת קיפאון והעלאת נקודת רתיחה, לחץ אוסמוטי. ניתן לקרוא מאיבינג פרק 12. 

שבוע 8 (תרגילים מפרק 6)
שווי משקל כימי דוגמא לשווי משקל דינמי במערכות סגורות. התייחסות מאקרוסקופית באמצעות התרמודינמיקה והסברים ברמה המיקרוסקופית. האם בתגובות כל המגיבים הופכים לתוצרים? מושג קבוע שווי המשקל - הסבר וטיפול מתמטי. Kp ,Kc. הגדרת Q והשימוש בו. כיצד משפיעים, ריכוז, לחץ, טמפרטורה וקטליזטור על קבוע שווי המשקל. עקרון לה-שטליה. ,Keq קבוע שווי משקל תרמודינמי והקשר לאנרגיה החופשית של גיבס.  השפעת והטמפרטורה על Keq. סינתזה של אמוניה - תהליך האבר. שווי משקל בתמיסות רוויות ובתמיסות רוויות ביתר.
(קריאה מאיבינג: פרק 14)
שעורי בית: פרק 6 שאלות: 7, 12, 21, 29, 30, 33 תאריך הגשה: 

שבועות 9 10 ו-11 (תרגילים מפרק 8)
שווי משקל בחומצות ובסיסים. פרוטון ויון ההידרוניום. יון ההידרוכסיל. חומצות ובסיסים על פי בראונשטד-לורי. פירוק עצמי של המים וקבוע הפירוק של המים (Kw). ריכוז יוני הידרוניום בסקלה לוגריתמית, מושג ה- pH. כיצד מחשבים ומודדים pH.  פוטנציומטר ואינדיקטורים. אלקטרוליטים חלשים וחזקים. חומצות חזקות וחלשות. בסיסים חזקים וחלשים. תגובות סתירה (טיטרציות) בין חומצות ובסיסים. קבוע שווי משקל של חומצה חלשה (Ka) ושל בסיס חלש (Kb). חומצה ובסיס צמודים. קשר בין מבנה החומצה וחוזק החומצה. חומצה חזקה וחומצה מרוכזת. עקומות טיטרציה וחקר
מפורט של מהלך הטיטרציה. זיהוי נקודות סיום הטיטרציה בחומצות חזקות וחלשות. הידרוליזה - תגובה של יון של מלח עם מולקולת מים. מלחים חומציים ובסיסיים. חומצות פוליפרוטיות. מיון חומצות חלשות, חומצות מסוג מימן הלוגנים וחומצות עם חמצן.
תמיסות מגן (בופרים). עקרון הפעולה של תמיסת מגן. זיהוי תחום הפעולה היעיל של בופרים מעקומת טיטרציה. קיבול תמיסות מגן. כיצד מכינים תמיסות מגן מתמיסות של חומצות בסיסים ומלחים.
(קריאה מאיבינג: פרקים 15 ו- 16)
שעורי בית: שבוע 9 פרק 8 שאלות: 7, 9, 17, 38, 39 תאריך הגשה:
               שבוע 10 פרק 8 שאלות: 44, 52, 57 תאריך הגשה:
               שבוע 11 פרק 8 שאלות: 65, 69,73, 76 פרק 9 שאלות: 3, 8. תאריך הגשה:
לימוד עצמי: שווי משקל בתמיסות של מלחים קשה תמס (תרגילים מפרק 9).
מאיבינג פרקים 17.1 ו - 17.2 

שבוע 12 (תרגילים מפרק 11)
קינטיקה כימית. מעקב אחר מהירות העלמות מגיבים (או הופעת תוצרים) מן ההיבט המקרוסקופי והמיקרוסקופי. מהירות, קצב או שיעור תגובה (Rate). שיעור תגובה התחלתי. השפעת הריכוז, הלחץ והטמפרטורה על שיעור תגובה. סדר תגובה, זמן מחצית החיים של תגובה. קשר מתמטי בין ריכוז המגיבים וזמן, ביטויים דיפרנציאליים ואינטגרליים. טיפול גרפי למציאת קבוע התגובה. תורת ההתנגשויות, שימוש במושג התפלגות מהירויות, אנרגית שפעול (אקטיבציה) ועקרון הפעולה של קטליזטורים ואנזימים. משואת ארהניוס ותלות קבוע התגובה בטמפרטורה. מנגנוני תגובה - שלב אלמנטרי מולקולריות וגוף ביניים.
(קריאה מאיבינג: פרק 13)
שעורי בית: פרק 11 שאלות: 3, 9, 27, 40 תאריך הגשה: 

שבוע 13 (תרגילים מפרק 01)
חמצון חיזור ואלקטרוכימיה, תגובות שיש בהם מעבר אלקטרון. מספר חמצון והמערכה המחזורית, תגובות חמצון וחיזור. תגובות חצי תא. אנרגיה חופשית ותגובות חמצון חיזור. תאים אלקטרוכימיים. תגובות חמצון חיזור ספונטניות ומאולצות. תגובות מצומדות. קשר בין תגובות אלקטרוכימיות ואנרגיה חופשית. אלקטרונים, זרם חשמלי ופוטנציאל חשמלי. אלקטרוליזה, ציפויים אלקטרוליטיים, חלודה והגנה קתודית. מצברים וסוללות. שווי משקל בתגובות חמצון חיזור. תאי ריכוז ומשואת נרנסט.
(קריאה מאיבינג: מפרק 4 סעיפים 4.5, 4.6 , פרק 19 כולו)
שעורי בית: פרק 10 שאלות: .4, 5, 23, 30, 34 תאריך הגשה: 

.שבוע 14 השלמות וחזרה 

תוכן הפרקים והסעיפים הבאים מספרו של מנזורולה הם חובה.
ניתן ללמוד אותם גם מספרים אחרים.
מפרק 3: סעיפים 3.6 עד וכולל 3.9,
פרק 4: כולו,
פרק 5: כולו להוציא סעיף 5.6
מפרק 6: סעיפים 6.3 ו- 6.4
מפרק 9: סעיפים 9.1 , 9.2 , מסעיף 9.4 מתח פנים, לחץ אדים, נקודת רתיחה.
מפרק 10 סעיפים 10.1 עד 10.5 וסעיף 10.11

חובות התלמיד:

 הגשת לפחות  80% מהתרגילים, חובת השתתפות בבוחן אמצע ובבחינה הסופית במשך הסימסטר.

הערכת תלמידים:

בחינה סופית

הגשת תרגילים (מעל 80%) תזכה ב-5 נקודות והגשת תרגילים פחות מ-80%  תוריד 5 נקודות מהציון הסופי.