Movatterモバイル変換


[0]ホーム

URL:


לדלג לתוכן
ויקיפדיההאנציקלופדיה החופשית
חיפוש

חמצן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
פירוש נוסף ערך זה עוסק ביסוד כימי. אם התכוונתם למשמעות אחרת, ראוחמצן (פירושונים) אוO (פירושונים).
חמצן
פלואור -חמצן -חנקן

O
S
  
 
8
O
 
        
        
                  
                  
                                
                                
   
                     
נתונים בסיסיים
מספר אטומי8עריכת הנתון בוויקינתונים
סמל כימיO
סדרה כימיתיסודות אל-מתכתיים
מראה
גז: חסרצבע
נוזל: אפרפר כחלחל
תכונות אטומיות
משקל אטומי15.9994u
רדיוס אטומי60pm
רדיוס קוולנטי73 pm
רדיוס ואן דר ואלס152 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה2,6
קונפיגורציה אלקטרונית[He] 2s² 2p⁴עריכת הנתון בוויקינתונים
דרגות חמצון−2, 1, −1, 2עריכת הנתון בוויקינתונים
תכונות פיזיקליות
צפיפות1.429(-0.15 °C) kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדרגז
נקודת רתיחה90.19K (-182.96°C)
נקודת התכה54.36K (-218.79°C)
מהירות הקול19.9 מטר לשנייה ב-566.15K
שונות
אלקטרושליליות3.44עריכת הנתון בוויקינתונים
קיבול חום סגולי920 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית106/m·Ω
מוליכות חום0.02674 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה1,313.9 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה3,388.3 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית5,300.5 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית7,469.2 kJ/mol
היסטוריה
מגלהקרל וילהלם שלהעריכת הנתון בוויקינתונים
תאריך גילוי1774עריכת הנתון בוויקינתונים
נקרא על שםחומצהעריכת הנתון בוויקינתונים
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית

חַמְצָן (Oxygen) הואיסוד כימי שסמלו הכימי O ומספרו האטומי הוא 8. מקור השם בא מההשערה המוקדמת כי החמצן הוא מרכיב הכרחי בחומצות. לאיזוטופ השכיח ביותר שלו,16O, יש 8נייטרונים וצורתו השכיחה בטבע היא מולקולת "חמצן" O2 ואוזון O3. המקור העיקרי לחמצן בכדור הארץ הוא תהליך הפוטוסינתזה כחלק ממחזור החמצן. החמצן משתחרר לאוויר ונספג במים ובאדמה אך חלקו נשאר באטמוספירה, ונצרך על ידי יצורים נושמים או תהליכים כימיים כמוחמצון-חיזור.

על פי מחקר שפורסם בעיתון המדעיNature יאזל החמצן מכדור הארץ בעוד כ-1.08 מיליארד שנה. הסיבה העיקרית לכך תהיה "הזדקנות"השמש. ככל שהשמש "תתבגר", היא תהפוך בהירה יותר. הבהירות הזו תחמם את פני שטח כדור הארץ, תגדיל את קצב פירוקגזי החממה, תערער אתמחזור הפחמן, מה שבעיתו יימנע מהצמחים לבצעפוטוסינתזה, אותו תהליך המייצר את החמצן[1][2].

תכונות

[עריכת קוד מקור |עריכה]

טמפרטורת ההתכה של חמצן היא 218.79-מעלות צלזיוס וטמפרטורת הרתיחה שלו היא 182.96- מעלות צלזיוס. מסתו האטומית 15.9994 וסידור האלקטרונים שלו הוא 2,6. הערכיות של החמצן היא 2-.

החמצן הוא יסוד אל-מתכתי המופיע בצורתו הטבעית כמולקולת O2, והוא גז בטמפרטורת החדר. שני אטומי החמצן שבמולקולה קשורים ביניהם בקשר קוולנטי כפול (O=O). האלוטרופאוזון (O3) הואגז רעיל, והאלוטרופ O4 הוא בעל צבע אדום כשהוא מוצק.O4 מתקבל בהפעלת לחץ של 20 ג'יגה-פסקל על O2. צורה זו של חמצן היאחומר מחמצן חזק יותר מאוזון או מחמצן אטמוספירי.

החמצן חסר טעם, צבע או ריח בטמפרטורת החדר.

שימושים

[עריכת קוד מקור |עריכה]

חמצן הוא היסוד האלקטרושלילי ביותר אחריפלואור, ולכן הוא משמש לעיתים קרובות כחומר מחמצן. חמצן נוזלי משמש כחומר מחמצן בטילים.

החמצן משמש גם לתהליכים תעשייתיים שונים, בהם הוא משמש כדלק, כגוןריתוך, ייצורפלדה והפקתמתנול.

היסטוריה

[עריכת קוד מקור |עריכה]

החמצן הופק על ידי מיכאל סנדיבוג (Michał Sędziwój, Michael Sendivogius),כימאי ופילוסוףפולני, בשלהיהמאה ה-16[3] באמצעות חימום שלאשלגן חנקתי. סנדיבוג קרא לגז שהשתחרר "מזון החיים".

מאוחר יותר הופק שוב החמצן באופן דומה על ידי הכימאי השוודיקרל וילהלם שלה בשנת1773. במקביל, ייצר האנגליג'וזף פריסטלי חמצן כאשר ב-1 באוגוסט1774 חימם תחמוצתכספית. פריסטלי פרסם את ממצאיו ב-1775 ושלה ב-1777, מה שמסביר את הנטייה הרווחת בספרי ההיסטוריה לייחס את גילוי החמצן לפריסטלי. גם שלה וגם פריסטלי לא זיהו את החמצן כיסוד כימי, כיוון שהחזיקו בתורת הפלוגיסטון ופירשו את ממצאיהם באמצעותה. פריסטלי פיתח שיטה לבדיקת "הטוהר היחסי" כלומר של כמות הפלוגיסטון של אוויר באמצעות תגובה עם הגז NO ומדידת נפח ה-NO2 הנפלט. ב-1775 גילה פריסטלי כי ה"אוויר" הנפלט מחימום תחמוצת הכספית, מגיב עם יותר NO מאשר אוויר רגיל וקרא לו "אוויר נטול פלוגיסטון".[4] מאוחר יותר גילה פריסטלי כי צמחים פולטים את אותו "אוויר נטול פלוגיסטון".

אנטואן לבואזיה ערך ניסויים רבים בחמצן והראה כי זהו המרכיב באוויר המתרכב עם גפרית לקבלתחומצה גופרתית ועם זרחן בתגובה הנתנתחומצה זרחתית. לבואזיה היה הראשון לזהות את החמצן כיסוד. זיהוי זה והבנת תפקיד החמצן בבעירה, הביאה לסופה את תורת הפלוגיסטון ששלטה בכימיה שלהמאה ה-18. לבואזיה קרא תחילה ליסוד בשם "אוויר אוויר טוב לנשימה" ובשנת 1779 הציע לקרוא לו Principe oxygine כלומר "היסוד יוצר החומצות".

עד סוףהמאה ה-19 הבינו מדענים שניתן להנזיל אוויר ולבודד את מרכיביו על ידי דחיסה וקירור שלו. בעזרת שיטת המפל(אנ') אידה הכימאי והפיזיקאי השווייצריראול פייר פיקטה(אנ')גופרית דו-חמצנית נוזלית על מנת להנזילפחמן דו-חמצני, שבתורו התאדה כדי לקרר מספיק גז חמצן כדי להנזיל אותו. הוא שלח מברק ב-22 בדצמבר 1877 לאקדמיה הצרפתית למדעים בפריז והכריז על גילויחמצן נוזלי(אנ'). יומיים בלבד לאחר מכן, הכריז הפיזיקאי הצרפתילואי פול קייטה על שיטה משלו להנזלת חמצן מולקולרי. רק כמה טיפות מהנוזל הופקו בכל מקרה ולא ניתן היה לבצע אנליזה משמעותית. חמצן הונזל במצב יציב לראשונה ב-29 במרץ 1883, על ידי מדענים פולנים מהאוניברסיטה היגלונית,זיגמונט ורובלבסקי(אנ') וקרול אולשבסקי(אנ').[5]

אטימולוגיה

[עריכת קוד מקור |עריכה]

המילה חמצןחודשה על ידייחיאל מיכל פינס מהשורש ח.מ.צ לפי המילה הלועזית oxygen שמקורה במונח שטבעלבואזיה principe oxigine: "יסוד יוצר־חומצות" (ביוונית ὀξύς (אוקסיס) - חומצה);אליעזר בן-יהודה הציע את המילה "אבחמץ" שלא נקלטה.[6]

איזוטופים

[עריכת קוד מקור |עריכה]
לקראת סוף חייו שלכוכב ענק, נוצרים האיזוטופים16O (בקליפת ה-O),17O (בקליפת ה-H) ו-18O (בקליפת ה-He).

לחמצן 3איזוטופיםיציבים טבעיים (O16{\displaystyle {\ce {^16O}}},O17{\displaystyle {\ce {^17O}}} ו-O18{\displaystyle {\ce {^18O}}}), ובנוסף התגלו עוד 14רדיו-איזוטופים מ-O12{\displaystyle {\ce {^12O}}} ועדO28{\displaystyle {\ce {^28O}}}, אשר לכולםזמן מחצית החיים קצר.O15{\displaystyle {\ce {^15O}}} הוא הרדיו-איזוטופ של חמצן בעל זמן מחצית החיים הכי ארוך - 122.24 שניות.

סמל(p)‏Z(n)‏Nמסה איזוטופית (u)זמןמחצית חייםדרכי התפרקותתוצר דעיכהספין גרעינישכיחות האיזוטופ
שבר מולרי מהיסוד)
טווח השינוי הטבעי
(כשבר מולרי מהיסוד)
התרגשות אנרגטית
12O‏8412.034405(20)[MeV‏ (25)0.40] E-24 s‏(30)5802p (60%)C10{\displaystyle {\ce {^10C}}}0+
p (40%)N11{\displaystyle {\ce {^11N}}}
13O513.024812(10)ms‏ (5)8.58β+ (89.1%)N13{\displaystyle {\ce {^13N}}}(3/2-)
β+,p (10.9%)C12{\displaystyle {\ce {^12C}}}
14O614.00859625(12)s‏ (18)70.598β+N14{\displaystyle {\ce {^14N}}}0+
15O715.0030656(5)s‏ (16)122.24β+N15{\displaystyle {\ce {^15N}}}1/2-
16O815.99491461956(16)יציב0+0.99757(16)0.99738-0.99776
17O916.99913170(12)יציב5/2+0.00038(1)0.00037-0.00040
18O1017.9991610(7)יציב0+0.00205(14)0.00188-0.00222
19O1119.003580(3)s‏ (9)26.464β-F19{\displaystyle {\ce {^19F}}}5/2+
20O1220.0040767(12)s‏ (5)13.51β-F20{\displaystyle {\ce {^20F}}}0+
21O1321.008656(13)s‏ (10)3.42β-F21{\displaystyle {\ce {^21F}}}(1/2,3/2,5/2)+
22O1422.00997(6)s‏ (15)2.25β- (>78%)F22{\displaystyle {\ce {^22F}}}0+
β+,n (<22%)F21{\displaystyle {\ce {^21F}}}
23O1523.01569(13)ms‏ (37)82β+,n (93%)F22{\displaystyle {\ce {^22F}}}1/2+#
β- (7%)F23{\displaystyle {\ce {^23F}}}
24O1624.02047(25)ms‏ (5)65β+,n (58%)F23{\displaystyle {\ce {^23F}}}0+
β- (42%)F24{\displaystyle {\ce {^24F}}}
25O1725.02946(28)#ns‏ 50>nO24{\displaystyle {\ce {^24O}}}(3/2+)#
26O1826.03834(28)#ns‏ 40>2nO24{\displaystyle {\ce {^24O}}}0+
27O1927.04826(54)#ns‏ 260>3/2+#
28O2028.05781(64)#ns‏ 100>0+

צורה בטבע ותפקיד ביולוגי

[עריכת קוד מקור |עריכה]
מחזור החמצן בכדור הארץ

חמצן הוא אחד היסודות הנפוצים בטבע ומהווה 21% מהאוויר על פני כדור-הארץ. לחמצן חשיבות מכרעת לקיום החיים בכדור-הארץ, מסיבות רבות שחלקן:

באגמים, בנחלים ובימים, החמצן נפוץ הרבה פחות בשל מסיסותו הנמוכה במים. כ-6 מ"ל של חמצן נמסים בכל ליטר מים, כלומר ריכוז החמצן במים קטן פי 30 מריכוזו באוויר. החמצן מגיע למים מהאוויר על ידיהמסה, וכן כתוצר הפוטוסינתזה המתרחשת באצות ובצמחים הגדלים במים.

תהליך ההתרכבות של חומר אורגני עם חמצן נקראבעירה, וכתוצר שלו משתחררפחמן דו-חמצני (ובבעירה בתנאים של מחסור בחמצן נוצרפחמן חד-חמצני). תהליך זה מאפשר המרת מזון לאנרגיה בתהליך הנקראנשימה אווירנית (בניגוד לנשימהאל-אווירנית). ביצורים מורכבים המכילים מחזור דם, ישנם תאים מיוחדים שתפקידם לסייע בהעברת החמצן לכל חלקי הגוף, ונקראיםתאי דם אדומים.

יחד עם נחיצותו של החמצן לחיים המוכרים לנו, מולקולת החמצן (O2), שהיאדו-רדיקל, מהווה רעלן לתאים. בכל תאאווירני קיימים מנגנונים מיוחדים שנועדו להגן על התא מפני הנזק. כיום משערים חוקרים כי הגורם העיקרי להזדקנות הוא הרס הדרגתי שלהחומר הגנטי בתא על ידי רדיקלים כמו חמצן (וראונוגדי חמצון). למרות הנזק הרב שצורוני חמצן ריאקטיבים עלולים לגרום, יש לרדיקלים אלו תפקיד בתאי הגוף, כגון, מנגנון פירוקחיידקים בתאיםלימפוציטים או על ידי תאי הזרע במהלך ההפריה.

תחמוצת היא תוצר תהליך התרכבות של חמצן עם חומר (לדוגמה: פחמן דו-חמצני, תחמוצת החנקן, תחמוצת הסידן וכדומה). תהליך זה בברזל נקראקורוזיה (שיתוך), ונחשב לתהליך הפוגע בחוזקן של מתכות מעובדות.

מבנה מולקולת החמצן

[עריכת קוד מקור |עריכה]
מולקולות חמצן

למולקולות חמצןמבנה דו-אטומי, סדר הקשר 2 (קשר כפול).

הקשרים בין אטומי החמצן

[עריכת קוד מקור |עריכה]

לכל אחד מאטומי החמצן ארבעה אלקטרונים ברמה 2P.

  • נוצר קשר סיגמה המאכלס 2 אלקטרונים.
  • 2 קשרי פאי קושרים מאכלסים 4 אלקטרונים.
  • שני אלקטרונים מאכלסים 2 קשרי פאי אנטי קושרים כשהספינים שלהם מקבילים. אכלוס זה של אורביטלי פאי אנטי-קושרים גורם לכך שסדר הקשר נמוך בחמצן מאשר בחנקן.

בשל הימצאות שני אלקטרונים שאינם מזווגים ובספינים מקבילים בחמצן האטמוספירי פרה-מגנטי במצב היסוד (טריפלט מגנטי), נמשך חמצן נוזלי למגנט.[7]

מצבים מעוררים של מולקולת החמצן

[עריכת קוד מקור |עריכה]

מולקולת חמצן עשויה להימצא במצב מעורר בו הספינים של האלקטרונים האנטי-קושרים הפוכים, כלומר במצב של סינגלט מגנטי שבו המולקולה דיא-מגנטית. ייתכנו שני מצבים כאלו: כאשר 2 האלקטרונים מאכלסים אותו אורביטל אנטי קושר (המעבר למצב מעורר זה על ידי בליעה ב-1268nm) או (מצב גבוה יותר באנרגיה) כששני האלקטרונים בשני אורביטלים אנטי-קושרים מסתדרים בספינים הפוכים (המעבר למצב מעורר זה על ידי בליעה ב-762nm).

אמצעי זהירות

[עריכת קוד מקור |עריכה]
ערך מורחב –הרעלת חמצן

חשיפה לריכוזי חמצן הגבוהים מריכוזו באוויר מסוכנת ויכולה לגרום לעיוורון, למשל בפגים המקבלים אותו בריכוז גבוה מדי באינקובטור.

על אף שהחמצן עצמו אינו בוער, הוא מסייע ומאיץ בעירה קיימת, ותכונות אלו מחייבות נקיטתאמצעי בטיחות בשימוש בחמצן.

נגזרות מסוימות של חמצן, כמואוזון (O3),מי חמצן (H2O2),על-תחמוצות שונות ועוד, מהוות חומרים מסוכנים.

נגזרות חמצן נוטות ליצור בגוףרדיקלים חופשיים, בעיקר בתהליכיםמטבוליים. רדיקלים חופשיים יכולים לגרום לנזק לתאי הגוף ול-DNA, ובכך הם עלולים לגרום להאצת תהליך ההזדקנות, ואף לסרטן.

ראו גם

[עריכת קוד מקור |עריכה]

קישורים חיצוניים

[עריכת קוד מקור |עריכה]
מיזמיקרן ויקימדיה
ויקימילון ערך מילוני בוויקימילון:חמצן
ויקיציטוט ציטוטים בוויקיציטוט:חמצן
ויקישיתוף תמונות ומדיה בוויקישיתוף:חמצן

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור |עריכה]
  1. ^https://www.nature.com/articles/s41561-021-00693-5
  2. ^אסור לפספס‏,תחזית יום הדין של מאסק מתממשת ומחשב-על גילה מתי בדיוק זה יקרה, באתרוואלה, 12 במאי 2025
  3. ^מסע בין חומרים, עמוד 19
  4. ^הנרי מ. לסטר, תרגום: יצחק קלוגאי, תגליות מעבדתיות במאה הי"ח: הכימיה של הגזים,הרקע ההיסטורי של הכימיה, הוצאת יחדיו, 1966
  5. ^Papanelopoulou, Faidra (2013)."Louis Paul Cailletet: The liquefaction of oxygen and the emergence of low-temperature research".Notes and Records of the Royal Society of London.67 (4): 355–73.doi:10.1098/rsnr.2013.0047.ISSN 0035-9149.PMC 3826198.
  6. ^אתר למנויים בלבד אילון גלעד,גלגולה של מילה - חמצן, באתרהארץ, 29 במאי 2013
  7. ^עירור של מולקולת חמצן
הטבלה המחזורית
HHe
LiBeBCNOFNe
NaMgAlSiPSClAr
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
CsBaLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
FrRaAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrRfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg
מתכות אלקליותמתכות אלקליות-עפרוריותלנתנידיםאקטינידיםמתכות מעברמתכות מעבר עמידותמתכות למחצהאל-מתכותהלוגניםגזים אציליםתכונות כימיות לא ידועות
בקרת זהויותעריכת הנתון בוויקינתונים
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=חמצן&oldid=41169043"
קטגוריות:
קטגוריות מוסתרות:

[8]ページ先頭

©2009-2025 Movatter.jp