חומר

חומר הוא כל דבר שיש לו מסה ותופס נפח. סביבנו יש חומרים טבעיים ומלאכותיים. למשל, במחשב יש מתכות כמו נחושת וזהב, סיליקון בשבבים, ופולימרים (חומרים פלסטיים, שרשרות מולקולות ארוכות) באריזות.

חומרים מציגים תכונות שונות: מצב צבירה, צבע, צפיפות, חוזק, קשיות, ומוליכות חשמלית. יחד עם התכונות הללו, נמצא שהחומרים בנויים מאבני בניין בסיסיות.


היחידה שקובעת את תכונות החומר היא המולקולה. מולקולה היא קבוצה של אטומים שקושרים זה את זה. אטום הוא היחידה הבסיסית של היסוד הכימי. אטומים עצמם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר.

הרעיון שחומר בנוי מחלקיקים הועלה כבר בעת העתיקה. אמפדוקלס הציע ארבעה יסודות: מים, אש, אוויר ואדמה. דמוקריטוס דיבר על אטומים, חלקיקים זעירים שמתחברים זה לזה.

בימי הביניים חקרו אלכימאים חומרים. הם האמינו בעקרונות שגויים כמו אבן החכמים, אך גם פיתחו כלים ניסיוניים שהובילו לכימיה המודרנית.

בתקופה המודרנית הוכח שהחומר בנוי אטומים. ג'ון דלטון ביסס זאת בתחילת המאה ה-19. דמיטרי מנדלייב בנה את הטבלה המחזורית ב-1869, שסידרה את היסודות לפי תכונותיהם.

מאמצע המאה ה-19 ועד המאה ה-20 התגלו חלקיקים תת-אטומיים. ב-1897 ג'יי ג'יי תומסון גילה את האלקטרון (חלקיק בעל מטען חשמלי שלילי). ארנסט רתרפורד גילה את הפרוטון (חלק חיובי בגרעין), וג'יימס צ'דוויק גילה ב-1932 את הנייטרון (חלק נטול מטען בגרעין).

המשך המחקר בפיזיקת החלקיקים הוביל למודל הסטנדרטי. מודל זה מסביר את החלקיקים היסודיים ומהם מרוכב החומר סביבנו. כיום ידועים כ־17 חלקיקים יסודיים. חלקיקים אלה כוללים קווארקים ואלקטרונים, שמרכיבים את החומר היומיומי. קיימים גם חלקיקים שמתווכים את הכוחות בטבע. ב-2013 הודיעו על גילוי בוזון היגס, חלקיק שמסביר כיצד חלקיקים מקבלים מסה.

השאלה האם קיימים חלקיקים יסודיים יותר עדיין פתוחה. ניסויים במאיצי חלקיקים ממשיכים לחפש תשובה.


תורת היחסות קובעת שקילות בין מסה לאנרגיה, לפי הנוסחה E=mc2. משמעות הדבר היא שמסה יכולה להפוך לאנרגיה ולהפך. דוגמאות בולטות הן ביקוע גרעיני והיתוך גרעיני, תהליכים בהם משתחררת אנרגיה רבה.


חומרים טבעיים נמצאים בטבע, לדוגמה עץ, נחושת ונפט גולמי. חומרים הנדסיים הם חומרים סינתטיים שמיוצרים בידי האדם משילוב של חומרי גלם.

'''מתכת''' היא יסוד שנמצא בטבע, בדרך כלל במצב מוצק, ומוליכה טוב חום וחשמל.


הטבלה המחזורית של מנדלייב מסדרת את היסודות. מיקומו של כל יסוד מעיד על תכונותיו וכיצד יתנהג בקשרים כימיים.


פולימר הוא חומר שמורכב ממולקולות ענק. בכל מולקולה מחוברות חרוזי מבנה חוזרים ונשנים. פלסטיק הוא סוג נפוץ של פולימר.


חומרים קרמיים נוצרים מקליית חרסית. האטומים בהם קשורים בקשרים חזקים ויוצרים מבנה גבישי. לכן קרמיקה עמידה בחום אך מוליכה חשמל וחום בצורה גרועה. דוגמאות: כלי חרס, זכוכית, בטון, ואף יהלום וגרפיט (צורות שונות של פחמן).


חומר מרוכב מיוצר משילוב של שני חומרים או יותר. כל מרכיב שומר על זהותו. השילוב נותן לחומר החדש תכונות טובות יותר, למשל חוזק גבוה יותר.


תכונות מרכזיות של חומרים כוללות מצב צבירה, צבע, צפיפות, חוזק, קשיות, ומוליכות חשמלית.


מהירות הקול בחומר תלויה בקשיחות ובצפיפות שלו. בברזל היא אלפי מטרים בשנייה. במים מהירות הקול גבוהה פי כ-4 מאשר באוויר. במהירויות רגילות, מהירות הקול באוויר בטמפרטורה של 300 קלווין היא כ־330 מטר לשנייה.


הטיפול בחומר מופיע גם בפילוסופיה. היוונים העלו רעיונות שונים, כמו תיאוריה של ארבעת היסודות והאטומיזם. בדורות מאוחרים יותר דקארט הבחין בין רוח לחומר. גישות פילוסופיות שונות מדגישות חומר (מטריאליזם), או רעיונות (אידיאליזם), או את שניהם יחד (דואליזם).

חומר הוא כל דבר שיש לו משקל ותופס מקום. שולחנות, ספרים וחיות, כולם עשויים חומר.

במחשב יש מתכות כמו נחושת וזהב. יש גם פלסטיק. פלסטיק הוא פולימר. פולימר זה חומר שנבנה מיחידות חוזרות.


החומר בנוי ממולקולות. מולקולה היא קבוצת אטומים. אטום הוא יחידת בניין קטנה.

תמיד תהו מה המרכיב הבסיסי של החומר. כבר ביוון העתיקה אמרו שיש ארבעה יסודות: מים, אש, אוויר ואדמה. דמוקריטוס אמר שיש אטומים קטנים.

מאוחר יותר גילו מדענים חלקיקים בתוך האטום. אלקטרון הוא חלקיק קטן עם מטען חשמלי. פרוטון ונייטרון נמצאים בגרעין האטום.

היום יודעים שהחומר סביבנו מורכב מקווארקים ואלקטרונים. חוקרים עדיין שואלים אם יש חלקיקים עוד יותר קטנים.


איינשטיין הראה שמסה ואנרגיה שוות בעזרת E=mc2. זה אומר שעכשיו חלק מהמסה יכולה להפוך לאנרגיה.


חומרים טבעיים נמצאים בטבע, כמו עץ ומינרלים. חומרים הנדסיים מיוצרים בידי בני אדם משילוב חומרים.


פולימר, כמו פלסטיק, בנוי מיחידות קטנות שחוזרות בכל אורך השרשרת.


חומרים קרמיים מתקשים בחום. הם חזקים בטמפרטורות גבוהות. דוגמאות: כלי חרס, זכוכית ויהלום.


חומר מרוכב נוצר משני חומרים או יותר. כל חומר שומר על עצמו. השילוב נותן תכונות טובות יותר.


מהירות הקול משתנה מחומר לחומר. בברזל הקול עובר מהר מאוד. במים הקול מהיר יותר מאשר באוויר. באוויר בטמפרטורה של 300 קלווין מהירות הקול היא כ־330 מטר לשנייה.


פילוסופים דיברו על חומר ורוח. חלקם חשבו שהעולם מורכב מחומר. אחרים חשבו שרעיונות הם החשובים. יש גם מי שלוקח את שתי הגישות.