חמצן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פלואור - חמצן - חנקן
 

O
S  
 
 
O-TableImage.png
כללי
מספר אטומי 8
סמל כימי O
סדרה כימית יסודות אל-מתכתיים
צפיפות 1.429 (-0.15 °C) kg/m3
מראה
גז: חסר צבע
נוזל: אפרפר כחלחל
Liquid Oxygen.gif
חמצן נוזלי
תכונות אטומיות
משקל אטומי 15.9994 amu
רדיוס אטומי 60 pm
רדיוס קוולנטי 73 pm
רדיוס ואן דר ואלס 152 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 2,6
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר גז
טמפרטורת ניזול 90.19K (-182.96°C)
טמפרטורת מיצוק 54.36K (-218.79°C)
מהירות הקול 19.9 מטר לשנייה ב566.15K
שונות
אלקטרושליליות 3.44
קיבול חום סגולי 920 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית 106/m·Ω
מוליכות תרמית 0.02674 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה 1313.9 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה 3388.3 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית 5300.5 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית 7469.2 kJ/mol

חמצןאנגלית: Oxygen) הוא יסוד כימי שסמלו הכימי O ומספרו האטומי 8. מקור השם בא מההשערה המוקדמת כי החמצן הוא מרכיב הכרחי בחומצות. לאיזוטופ השכיח ביותר שלו, 16O, יש 8 נייטרונים וצורתו השכיחה בטבע היא מולקולת "חמצן" O2 ואוזון O3.

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, ושני אטומי החמצן שבמולקולה קשורים ביניהם בקשר קוולנטי כפול (O=O). האלוטרופ אוזון (O3) הוא גז רעיל והאלוטרופ החדש של חמצן שהתגלה לאחרונה, O4 הוא בעל צבע אדום כשהוא מוצק. O4 מתקבל בהפעלת לחץ של 20 ג'יגה-פסקל על O2. צורה זו של חמצן היא חומר 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 אחרי פלואור, ולכן הוא משמש לעתים קרובות כחומר מחמצן. חמצן נוזלי משמש כחומר מחמצן בטילים.

החמצן משמש גם לתהליכים תעשייתיים שונים, בהם הוא משמש כדלק, כגון ריתוך, ייצור פלדה והפקת מתנול.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

החמצן זוהה על ידי מיכאל סנדיבוג (Michał Sędziwój, Michael Sendivogius), כימאי ופילוסוף פולני, בשלהי המאה ה-16.[דרוש מקור]

מאוחר יותר זוהה שוב החמצן על ידי הכימאי השבדי קרל וילהלם שלה בשנת 1773. במקביל, זיהה האנגלי ג'וזף פריסטלי באופן עצמאי את החמצן ב-1 באוגוסט 1774. פריסטלי פרסם את ממצאיו ב-1775 ושלה ב-1777. לרוב, ספרי ההיסטוריה מעניקים את הזכות על גילוי החמצן לפריסטלי כי פרסם את ממצאיו לפני שלה. שמו הלועזי של החמצן, Oxygen, ניתן לו על ידי אנטואן לבואזיה שערך בו ניסויים רבים.

אטימולוגיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

המילה חמצן חודשה על ידי יחיאל מיכל פינס מהשורש ח.מ.צ לפי המילה הלועזית oxygen שמקורה במונח שטבע לבואזיה principe oxigine: "יסוד יוצר־חומצות" (ביוונית ὀξύς (אוקסיס) - חומצה); אליעזר בן יהודה הציע את המילה "אבחמץ" שלא נקלטה בשפה.‏[1]

איזוטופי חמצן[עריכת קוד מקור | עריכה]

סמל (p)‏Z (n)‏N מסה איזוטופית (u) זמן מחצית חיים ספין גרעיני שכיחות האיזוטופ
שבר מולרי מהיסוד)
טווח השינוי הטבעי
(כשבר מולרי מהיסוד)
התרגשות אנרגטית
12O ‏8 4 12.034405(20) [MeV‏ (25)0.40] E-24 s‏(30)580 0+
13O 5 13.024812(10) ms‏ (5)8.58 (3/2-)
14O 6 14.00859625(12) s‏ (18)70.598 0+
15O 7 15.0030656(5) s‏ (16)122.24 1/2-
16O 8 15.99491461956(16) יציב 0+ 0.99757(16) 0.99738-0.99776
17O 9 16.99913170(12) יציב 5/2+ 0.00038(1) 0.00037-0.00040
18O 10 17.9991610(7) יציב 0+ 0.00205(14) 0.00188-0.00222
19O 11 19.003580(3) s‏ (9)26.464 5/2+
20O 12 20.0040767(12) s‏ (5)13.51 0+
21O 13 21.008656(13) s‏ (10)3.42 (1/2,3/2,5/2)+
22O 14 22.00997(6) s‏ (15)2.25 0+
23O 15 23.01569(13) ms‏ (37)82 1/2+#
24O 16 24.02047(25) ms‏ (5)65 0+
25O 17 25.02946(28)# ns‏ 50> (3/2+)#
26O 18 26.03834(28)# ns‏ 40> 0+
27O 19 27.04826(54)# ns‏ 260> 3/2+#
28O 20 28.05781(64)# ns‏ 100> 0+

צורה בטבע ותפקיד ביולוגי[עריכת קוד מקור | עריכה]

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 ידי המסה, וכן כתוצר הפוטוסינתזה המתרחשת באצות ובצמחים הגדלים במים.

תהליך ההתרכבות של חומר אורגני עם חמצן נקרא בעירה, וכתוצר שלו משתחרר פחמן דו-חמצני (ובבעירה בתנאים של מחסור בחמצן נוצר פחמן חד-חמצני). תהליך זה מאפשר המרת מזון לאנרגיה בתהליך הנקרא נשימה אווירנית (בניגוד לנשימה אל-אווירנית). ביצורים מורכבים המכילים מחזור דם, ישנם תאים מיוחדים שתפקידם לסייע בהעברת החמצן לכל חלקי הגוף, ונקראים תאי דם אדומים.

יחד עם נחיצותו של החמצן לחיים המוכרים לנו, מולקולת החמצן (O2), שהיא דו-רדיקל, מהווה רעלן לתאים. בכל תא אווירני קיימים מנגנונים מיוחדים שנועדו להגן על התא מפני הנזק. כיום משערים חוקרים כי הגורם העיקרי להזדקנות הוא הרס הדרגתי של החומר הגנטי בתא על ידי רדיקלים כמו חמצן (וראו נוגדי חמצון). למרות הנזק הרב שצורוני חמצן ריאקטיבים עלולים לגרום, יש לרדיקלים אלו תפקיד בתאי הגוף, כגון, מנגנון פירוק חיידקים בתאים לימפוציטים 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 נקרא קורוזיה (שיתוך), ונחשב לתהליך הפוגע בחוזקן של מתכות מעובדות.

מבנה מולקולת החמצן[עריכת קוד מקור | עריכה]

למולקולות חמצן מבנה 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 פיי קושרים מאכלסים 4 אלקטרונים.
  • שני אלקטרונים מאכלסים 2 קשרי פיי אנטי קושרים כשהספינים שלהם מקבילים. איכלוס זה של אורביטלי פיי 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.‏[2]

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]

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 נקיטת אמצעי בטיחות בשימוש בחמצן.

נגזרות מסוימות של חמצן, כמו אוזון (O3), מי חמצן (H2O2), על תחמוצות שונות ועוד, הם חומרים מסוכנים.

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

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]