גבישים

מאת: שירי גוטרמן ומיכל מוטאי

גילוי נאות, אני אוהבת פיזיקה וכימיה. מאוד. למה? כי הן עושות לי סדר בעולם.

הפיזיקה היא תחום המדע שדן בחומר, באנרגיה ובשינויים שלהם. היא כאן מאז המפץ הגדול, לפני קרוב ל 14 מיליארד שנים. למעשה, הפיזיקה חוקרת את חוקי היסוד של הטבע כפי שהם באים לידי ביטוי בכל מערכת הניתנת לצפיה.

הכימיה הופיעה כ 300,000 שנים אחר כך, והיא תחום המדע שעוסק באטומים ובמולקולות, כלומר, בהרכב החומר, מבנהו, תכונותיו והשינויים החלים בו במהלך תגובה עם חומר אחר או עם אנרגיה.

הביולוגיה הופיעה כמעט 10 מיליארד שנים אחרי הכימיה, ולמעשה את כל התהליכים הביולוגיים מסבירים באמצעות פיזיקה וכימיה.

ומתמטיקה, מתמטיקה היא השפה שמאפשרת לנו להסביר את הפיזיקה והכימיה, אבל לא צריך מתמטיקה כדי להבין אותן. החוקים שלהן פשוטים מאוד וברגע שמגדירים אותם, מספיק לעצום את העיניים ולדמיין איך הדברים קורים.

כדי להראות לכם כמה זה פשוט, אני רוצה לספר לכם על גבישים.
אבני הלגו של העולם נקראות אטומים. מהם בנוי הכל. גוש זהב בנוי מאטומים של היסוד זהב. מים בנויים מחיבור בין אטום אחד של חמצן לשני אטומי מימן. המלח שאנחנו מוסיפים לאוכל שלנו בנוי מאטום אחד של נתרן ואטום אחד של כלור. יש חומרים שבנויים מהרבה אטומים של יסוד אחד ויש חומרים שמורכבים מהרבה אטומים שונים אבל הכל, הכל בנוי מאטומים. הם יוצרים את ה"חומר".

החומר מתקיים בארבעה מצבי צבירה: פלזמה, גז, נוזל ומוצק.  כשמקררים חומר במצב צבירה גזי, האטומים של החומר מתקרבים זה לזה והחומר עובר למצב צבירה נוזלי (כמו כשנושפים אויר על חלון קר בחורף – אדי המים שנשפנו חמים מהגוף, מתקררים על החלון ומתאבכים לטיפות מים). כשממשיכים לקרר את החומר נוצרים קשרים חזקים יותר בין האטומים, הם מסתדרים במקומות קבועים והחומר עובר למצב צבירה מוצק (כמו כשמקפיאים מים לקרח).

גביש (קריסטל), הוא אחת מצורות המוצק, והוא מורכב מיחידה בסיסית שחוזרת על עצמה שוב ושוב ושוב…למעשה אפשר לדמיין אותו כקוביית לגו שבנויה מאותה אבן לגו. גביש נוצר בתהליך שנקרא התגבשות. אם ניקח חבילה של גפרורים, דוקים או קיסמי שיניים, נכניס אותם בבלאגן לקופסה וננער אותה, בהתחלה מהר ובהדרגה לאט יותר עד עצירה (כמו התנועה שיש לאטומים ולמולקולות בנוזל או מומס שמתקרר לאיטו), כשנפתח את הקופסה נמצא שהם הסתדרו הן במקביל אחד ליד השני והן אחד מעל השני. כלומר היחידה הבסיסית (הגפרור) יצרה סדר ברמה גבוהה יותר.
כך נוצרים הגבישים בטבע. בתהליך איטי מאוד.

קיימות שתי דרכים בהן חומר מתגבש: גיבוש מתוך תמיסה, כמו למשל גבישי המלח בים המלח. מי ים המלח הם למעשה תמיסה שיש בה הרבה מאוד מלח. ככל שהמים מתאדים ע"י השמש, יש פחות מים ויותר מלח עד רמה שנקראת בכימיה "תמיסה רוויה". המים לא מסוגלים להכיל יותר מלח והמלח העודף מתגבש.
הדרך השנייה, והמעניינת הרבה יותר לדעתי, היא התגבשות מנתך. כך נוצרו בטבע כל הגבישים היפים: יהלומים, קוורץ, אזמרגד, אבני אודם, ספיר ועוד. ולמה היא מעניינת יותר? כי בהתגבשות מנתך יש המון גורמים שמשפיעים על הגביש. על צורתו, על חוזקו, על צבעו.

הידעתם, למשל, שיהלום וגרפיט שניהם בנויים מפחמן טהור? איך זה יתכן? הרי היהלום שקוף וצלול והוא החומר החזק בעולם בעוד שהגרפיט שחורה, אטומה ופריכה כל כך שמשתמשים בה ליצור עפרונות. ההסבר לכך הוא, שהיהלום נוצר במעמקי האדמה בחום ולחץ עצומים הגורמים לאטומי הפחמן להסתדר במבנה קובייתי חזק וקשיח, בעוד שבגרפיט, שנוצר בהתקררות מהירה הרבה יותר ובלחצים נמוכים בהרבה אטומי הפחמן יוצרים טבעות משושות, המסודרות בשכבות זו על גבי זו, וכשאנו כותבים על נייר השכבות נפרדות מהמבנה ונשארות על הנייר.

כך גם קוורץ, ולמעשה רוב אבני החן. הקוורץ הוא גביש המורכב ממולקולות של סיליקה, שהיא אטום צורן הקשור לשני אטומי חמצן. כשמגמה הפורצת מליבת כדור הארץ מתקררת לאט לאט, כשתגיע בערך ל 600 מעלות צלזיוס יוצרו גבישי קוורץ. אם היא תתקרר מהר יתקבל פשוט סלע.
כשבנתך ממנו מתגבש הקוורץ יש הרבה אטומים של ברזל ואלומיניום, הם יחדרו למבנה הגבישי ויתקבל גביש בצבע סגול ועמום מעט. זו אבן החן "אחלמה" (אמתיסט). בחום ולחץ גבוהים מאוד אטומי הברזל והאלומיניום יהפכו את צבעם לצהוב ותתקבל אבן החן "סיטרין".  אם יהיו בנוסף גם אטומי מגנזיום ואם יתקיימו החום והלחץ המתאימים, יש סיכוי שתיווצר אבן החן "עין הנמר".
אבן הצור, היא גביש קוורץ שנוצר בעומק הים. עד היום לא ברורה דרך היווצרותו אך ברור לעין כי המבנה שלו שונה מהקוורץ המוכר לנו, המנצנץ והשקוף.

גבישי קוורץ ניתן למצוא בארץ בקלות. במקומות רבים בארץ (למשל בהר מירון) תוכלו למצוא בקלות "אבני אליהו". אלו אבני גיר עגולות יחסית שמבחוץ מזכירות קצת את המבנה של המוח. אם שוברים אותן מוצאים שהחלל שלהן הוא גביש קוורץ יפהפה.

אבני אליהו בהר מירון

אם תרצו לנסות להכין גבישים מגניבים בעצמכם, הנה כמה ניסויים מדליקים שיאפשרו לכם להתנסות.  קחו בחשבון, שלוקח לגבישים זמן להיווצר. בד"כ כמה ימים. אז התאזרו בסבלנות. מעבר לכך, אתם מוזמנים כרגיל לאתר הפינטרסט שלנו. שם תוכלו למצוא עוד המון קישורים מדליקים.

את כל הניסויים הכנו בבית, והתוצאות היו ממש מדליקות. אבל לצורך העניין, נפנה אתכם לאתר ממש מוצלח שנקרא אמא אינטרנט.

יצירת סוכריות סוכר

הרעיון הוא די פשוט. ממיסים סוכר במים עד לרוויה. מכניסים מקל מגולגל בסוכר ומחכים עד שיווצרו גבישים. אם מוסיפים צבע אז יוצאות סוכריות צבעוניות. אף ילד לא יוכל להתנגד לניסוי הזה, למרות שהוא דורש המון סבלנות. ההסבר המלא כאן.

 

יצירת גבישים בקליפות ביצים

התוצאה של הניסוי הזה יוצאת מרהיבה. באופן כללי הרעיון הוא להשתמש בקליפות ביצים מרוקנות ולגדל בהם קריסטלים משלל חומרים: מלח, סוכר, בורקס, אלום. אנחנו צבענו כל חומר בצבע אחר ובדקנו את ההבדלים. הבורקס אצלנו ניצח בגדול.

ניתן למצוא ברשת יותר מהסבר אחד לניסוי. זה הסבר בעברית, וכאן ניתן למצוא את הניסוי המקורי מהאתר של מרתה סטיוארט באנגלית.

בניסוי של מרתה סטיוארט מצפים את הביצים מבפנים בדבק פלסטי. אנחנו לא עשינו את זה. כתוצאה מכך חלק מהנוזלים עברו דרך קליפת הביצה וחלק מהגבישים התגבשו גם בצד החיצוני של הביצה. בעיני זה דווקא הוסיף – לשיקולכם.

יצירת קריסטלים מבורקס

בורקס הוא חומר המשמש בעיקר ביצירת חומרי ניקוי. ניתן להשיג אותו בחנויות מתמחות בכימיה (בארה"ב כנראה ניתן להשיג אותו בכל סופר). הוא די זול וניתן לעשות איתו המון ניסויים מדליקים (כדורי גומי, איכסה פיכסה). אני רכשתי קילו לפני כמה שנים בחנות לוי לבל ושות'. עשינו כבר מיליון ניסויים, ועדיין נשארה לנו רבע קופסא.

לצורך הניסוי מכינים צורה ממנקה מקטרות. זה יכול להיות פרח, פתית שלג, או שם הילד (קחו בחשבון שצבע מנקה המקטרות יראה דרך מנקה המקטרות, אז ביחרו בקפידה). תולים את מנקה המקטרות בתוך כלי עמוק, כך שלא יגע בדפנות או בבסיס ושופכים פנימה תמיסת בורקס.

את תמיסת הבורקס מכינים מ -3 כפות בורקס על כל כוס מים חמים ומערבבים היטב. מומלץ לשטוף ידיים היטב לאחר שנוגעים בבורקס. שופכים לקערה וממתינים לילה.

נשמח אם תספרו לנו אם עשיתם את הניסוי והצליח לכם. מוזמנים לעלות בתגובות ניסויים נוספים, נשמח לצרף אותם לדף ההמלצות שלנו.