חנקן

ערך זה עוסק ביסוד הכימי חנקן. אם התכוונתם לציפור, ראו חנקן (ציפור).

חמצן - חנקן - פחמן   N P       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	7
סמל כימי	N
סדרה כימית	אל מתכת
צפיפות	1.2506 kg/m3
מראה	צבע לבן
תכונות אטומיות
משקל אטומי	14.0067 amu
רדיוס ואן דר ואלס	155 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 5
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר	גז
טמפרטורת התכה	63.14K (-210.01°C)
טמפרטורת רתיחה	77.5K (-195.65°C)
מהירות הקול	334 מטר לשנייה ב298.15K
שונות
אלקטרושליליות	3.04
קיבול חום סגולי	1040 J/(kg·K)
מוליכות תרמית	0.02598 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	1402.3 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה	2856 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית	4578 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית	9444.9 kJ/mol

חנקן הוא יסוד כימי שסימנו N ומספרו האטומי 7.
מולקולת החנקן מורכבת משני אטומי חנקן הקשורים ביניהם בקשר קוולנטי משולש (N≡N) ומסומלת כ-N₂. זהו היסוד בעל המסה האטומית הקטנה ביותר ביחס למספר האלקטרונים שלו.

תכונות

החנקן הוא יסוד שכיח יחסית, גז חסר טעם, ריח וצבע בטמפרטורת החדר, המהווה בקירוב 78 אחוזים מאטמוספירת כדור הארץ. לחנקן יש את האלקטרו שליליות השלישית הגבוהה ביותר בטבלה המחזורית - 3.0 (לפלואור יש את הגבוהה ביותר). חנקן גזי דו-אטומי (N₂) הוא גז אדיש מבחינה כימית.

היסטוריה

החנקן זוהה על ידי דניאל רתרפורד בסקוטלנד בשנת 1772. מרכיב מהאוויר שלא ניתן להבעיר בו אש היה ידוע במאה ה-18 לכימאים. החנקן נחקר על ידי קרל וילהלם שלה, הנרי קוונדיש וג'וזף פריסטלי שהתייחסו אליו כאל "אוויר שרוף". תרכובות חנקן היו ידועות בימי הביניים. אלכימאים הכירו את החומצה החנקתית בתור Aqua Fortis ותערובת של חומצה חנקתית (HNO₃) וחומצה הידרוכלורית (HCl) נקראו Aqua Regia (או מי מלך) שהתפרסמה בזכות יכולתה להמיס זהב.

צורה בטבע

חנקן הוא הגז הנפוץ ביותר באטמוספירה של כדור הארץ (78.084% מהנפח, 75.5% מהמשקל), הוא המקור היחיד לתעשייה לחנקן נוזלי, שמעובה מהאוויר. בחלל התגלו מגוון תרכובות חנקן. חנקן נוצר בתהליכי היתוך גרעיני בכוכבים. חנקן מהווה חלק גדול מפסולת בעלי חיים, בדרך כלל בצורת שתן, חומצת שתן ותוצרים אחרים של אורגניזמים שונים. חנקן מולקולרי (N₂) נמצא באטמוספירה של טיטאן (אחד מירחי שבתאי) והתגלה בחלל הבין כוכבי על ידי David Knauth ושותפיו בעזרת טלסקופ אולטרה סגול.

אמצעי זהירות

דשנים וזבל כימי שמכילים חנקן הם מקור חמור לזיהום נהרות ומקווי מים. תרכובות שמכילות קבוצת ציאנו (CN) רעילות ביותר ויכולות לגרום למוות בכמויות קטנות אצל יונקים.

שימושים

מכל לאחסון חנקן נוזלי

• חנקן משמש בחומצות אמיניות כמרכיב ליצירת קשרים פפטידיים בין החומצות, ובכך ממלא תפקיד חשוב ביותר ביצירת החלבון.
• חנקן משמש רכיב עיקרי במגוון תרכובות חשובות, ביניהן אמוניה וציאניד (חומצה ציאנית).
• בעת ייצור נוזלים נפיצים ממולא חלל האוויר בחדר הייצור בחנקן, מכיוון שהוא אדיש מבחינה כימית.
• חנקן נוזלי משמש לקירור עקב טמפרטורת הרתיחה הנמוכה שלו ומפיקים אותו על ידי זיקוק ודחיסה מאוויר.
• מלחי חומצה חנקתית הם תרכובות חשובות. לדוגמה, אשלגן חנקתי (KNO₃) שמשמש חומר גלם לייצור אבק שריפה ודשן מצוין.
• תרכובות חנקן אורגניות כמו למשל ניטרוגליצרין ו־TNT משמשות כחומר נפץ.
• חומצה חנקתית משמשת כחומר מחמצן לדלק טילים. הידרזין (N₂H₄) ונגזרותיו משמשות לעתים כדלק טילים.
• בשימוש רפואי משמש חנקן נוזלי להסרת יבלות. מדובר בחנקן הנמצא בטמפרטורה הנמוכה ממינוס 200 מעלות צלזיוס. יכולת החנקן להקפיא תאים חיים באה לידי ביטוי ברפואה בכך שהקפאת היבלת מקפיאה גם את התאים בה, ומסייעת להורדת היבלת. חנקן זה מכונה "אש קרה".
• גז הצחוק (N₂O) משמש בטיפולי שיניים וטיפולים רפואיים אחרים כגז ערפול חלקי.

איזוטופים של חנקן

סמל	Z(p)	N(n)	מסה איזוטופית (u)	זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
	התרגשות אנרגטית
10N	7	3	10.04165(43)	200(140)x10-24 s [2.3(16) MeV]	(2-)
11N	7	4	11.02609(5)	590(210)x10-24 s [1.58(+75-52) MeV]	1/2+
11mN	740(60) keV			6.90(80)x10-22 s	1/2-
12N	7	5	12.0186132(11)	11.000(16) ms	1+
13N	7	6	13.00573861(29)	9.965(4) min	1/2-
14N	7	7	14.0030740048(6)	יציב	1+	0.99636(20)	0.99579-0.99654
15N	7	8	15.0001088982(7)	יציב	1/2-	0.00364(20)	0.00346-0.00421
16N	7	9	16.0061017(28)	7.13(2) s	2-
17N	7	10	17.008450(16)	4.173(4) s	1/2-
18N	7	11	18.014079(20)	622(9) ms	1-
19N	7	12	19.017029(18)	271(8) ms	(1/2)-
20N	7	13	20.02337(6)	130(7) ms
21N	7	14	21.02711(10)	87(6) ms	1/2-#
22N	7	15	22.03439(21)	13.9(14) ms
23N	7	16	23.04122(32)#	14.5(24) ms [14.1(+12-15) ms]	1/2-#
24N	7	17	24.05104(43)#	<52 ns
25N	7	18	25.06066(54)#	<260 ns	1/2-#

תפקיד ביולוגי

ערך מורחב – מחזור החנקן

מחזור החנקן

חנקן הוא רכיב חיוני לכל בעלי החיים, נמצא בבסיסים חנקניים המרכיבים את ה DNA ו RNA ובחומצות האמיניות שהינם אבני בניין של החלבון. חנקן יכול גם לשמש כמקור אנרגיה לחיידקים אנארוביים, למשל בתהליך האנמוקס.

תפקיד החנקן בצמח הוא להוות מרכיב בחומצות האמיניות, בחלבונים, בנוקלאוטידים, בחומצות הגרעין, בכלורופיל, ב-ATP, בהורמונים ובקואנזימים. מחסור בחנקן גורם לכלרוזה ובמקרים חמורים העלים מצהיבים לגמרי, משחימים ולאחר מכן מתים לחלוטין. בנוסף, עלולים להצטבר על הצמח פיגמנטים סגולים, הצמח מפסיק לגדול וישנם עלים מעטים בלבד.

ראו גם

• קיבוע חנקן ימי

קישורים חיצוניים

• WebElements.com – Nitrogen
• EnvironmentalChemistry.com – Nitrogen
• It's Elemental – Nitrogen
• Schenectady County Community College – Nitrogen
• Nitrogen N2 Properties, Uses, Applications