מימן

הליום - מימן -   H Li       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	1
סמל כימי	H
סדרה כימית	אל מתכות
צפיפות	0.00009 kg/m3
מראה	חסר צבע
תכונות אטומיות
משקל אטומי	1.00794 amu
רדיוס ואן דר ואלס	120 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	1
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר	גז
טמפרטורת התכה	14.025K (-259.14°C)
טמפרטורת רתיחה	20.268K (-252.87°C)
לחץ אדים	209Pa ב-23K
מהירות הקול	1270 מטר לשנייה ב298.15K
שונות
אלקטרושליליות	2.2
קיבול חום סגולי	14304 J/(kg·K)
מוליכות תרמית	0.1815 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	1312 kJ/mol

מימן (Hydrogen) הוא יסוד כימי, גז בטמפרטורת החדר. המימן מסומל כ־H ומספרו האטומי הוא 1. מולקולת המימן מורכבת משני אטומי מימן הקשורים ביניהם בקשר קוולנטי יחיד (H-H) ומסומלת כ-H₂.

מקור השם הלועזי מיוונית: Hudor = מים, Gennan = יוצר.

תכונות

אטום המימן שונה משאר האטומים בטבלה המחזורית בכך שהגרעין שלו אינו מכיל נייטרון, אלא פרוטון בלבד. אטום מימן נייטרלי (שאינו מיונן) מכיל, על כן, פרוטון ואלקטרון - ותו לא.

בטמפרטורת החדר ובלחץ של 1 אטמוספירה המימן הוא גז חסר צבע, אל-מתכתי ודליק מאוד. המימן הוא מרכיב במולקולת המים ובכל תרכובת אורגנית. המימן יכול להגיב כמעט עם כל היסודות.

יון מימן חיובי (הידרון) הינו בדרך כלל פרוטון בודד, למעט יונים של איזוטופים נדירים יותר של מימן. נוכחות של יוני מימן בתמיסה מימית נקראת חומציות; חומצה, על פי בראונסטד ולאורי, היא למעשה כל חומר הנוטה לתרום יוני מימן לחומרים אחרים. יון שלילי של מימן קרוי הידריד, והוא בסיס רב עוצמה.

מימן הוא היסוד הקל ביותר. בתנאי טמפרטורה ולחץ רגילים המימן הוא מולקולת גז דו אטומית, עם טמפרטורת היתוך של 259.2°C- וטמפרטורת רתיחה של 252.77°C-. בלחץ כבד ביותר, כמו הלחץ המצוי בענק גז, מולקולת המימן מאבדת את זהותה והמימן הופך למתכת נוזלית. בלחץ נמוך ביותר, כמו הלחץ הנמצא בחלל, המימן נוטה להתקיים כמולקולה בעלת אטום בודד.

נוסף ל־¹H, קיימים שני איזוטופים נפוצים פחות של מימן: דאוטריום (מסומן ²H, או D) וטריטיום (מסומן ³H, או T), בעלי נייטרון אחד ושני נייטרונים בהתאמה.

שימושים

גז המימן משמש לתעשייה, תחבורה, הנעת טילים לחלל ובמעבדות מחקר. גז המימן משמש לשימושים שונים גם בתעשייה כגון יצור אמוניה וכוהל. שימושים נוספים:

• ייצור חומצת מלח.
• בעבר השתמשו במימן למילוי ספינות אוויר ובלונים כיוון שהוא קל מהאוויר. בשנת 1937 ניצת המימן שבספינת האוויר הינדנבורג, ובשריפה נהרגו 36 בני אדם. בעקבות זאת, השימוש במימן הופסק ובמקומו נעשה שימוש בהליום. אסון זה ציין את סופן של הטיסות המסחריות באמצעות ספינות אוויר.
• דאוטריום משמש בשימושים גרעיניים להאטת נייטרונים. בדאוטריום משתמשים בכימיה ובביולוגיה בניסויים על השפעות איזוטופים.
• טריטיום מיוצר בכורים גרעיניים ובעזרתו בונים פצצות מימן.
• חוזים שאם יפותחו בעתיד תהליכי הפקה זולים שלו, הוא יהווה תחליף נקי לנפט ומוצריו, כדלק לכלי רכב.
• מימן נוזלי משמש כדלק קריוגני. נאס"א עושה שימוש בדלק זה במנועים מטיפוס RL-10 (ראה תוכנית קונסטליישן).

איזוטופים של מימן

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
	הערות
1H (פרוטיום)	1	0	1.00782503207(10)	יציב [>2.8×1023 a]	1/2+	0.999885(70)	0.999816-0.999974
2H	1	1	2.0141017778(4)	יציב	1+	0.000115(70)	0.000026-0.000184
3H	1	2	3.0160492777(25)	12.32(2) a	1/2+
דועך ל 3He באמצעות קרינת בטא.
4H	1	3	4.02781(11)	1.39(10)×10-22 s [4.6(9) MeV]	2-
	מאוד לא יציב, דועך באמצעות פליטת נייטרון.
5H	1	4	5.03531(11)	>9.1×10-22 s ?	(1/2+)
	מאוד לא יציב, דועך באמצעות פליטת נייטרון.
6H	1	5	6.04494(28)	2.90(70)×10-22 s [1.6(4) MeV]	2-#
	דועך באמצעות פליטת נייטרון משולשת.
7H	1	6	7.05275(108)#	2.3(6)×10-23# s [20(5)# MeV]	1/2+#

היסטוריה

המימן זוהה במאה ה-16 על ידי פרצלסוס. הנרי קוונדיש זיהה אותו שוב ב-1766 וחקר את תכונותיו. את שמו המדעי "הידרוגניום" נתן לו לבואזיה ב-1783. פירוש השם הוא יוצר-מים ומכאן גם נגזר שמו העברי.

צורה בטבע

מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. מרבית החומר הקיים ביקום הינו מימן הנמצא במגוון כוכבים, בענקי גז ובריכוזים גדולים של גז בין כוכבי שמהווים את השלב הראשון בהתפתחות כוכבים. רוב המימן בגז הבין כוכבי הוא מולקולרי. מולקולות המימן נוצרות על גרגירי אבק בין-כוכבי.

באטמוספירת כדור הארץ נמצא מימן בריכוזים זעירים (חלקיק אחד מתוך מיליון). המקור הנפוץ ביותר למימן בכדור הארץ הוא מים (H₂O). מקורות אחרים הם חומרים אורגניים כמו פחם, גז טבעי ודלקי מאובנים אחרים. מתאן (CH₄) הוא מקור חשוב למימן.

תרכובות שכיחות של מימן הן:

• מים - H₂O
• מי חמצן - H₂O₂
• מי סודה - H₂CO₃
• חומצה גופרתית - H₂SO₄

מימן מגיב עם חמצן לקבלת מים בתגובה הבאה:

$\ 2H_{2(g)} + O_{2(g)} \rarr 2H_2O_{(l)}$

הפקת מימן

ישנן מספר דרכים להפקת מימן, שביניהן פירוק פחמימות בעזרת חום, אלקטרוליזה של מים, תגובה בין בסיס חזק בתמיסה מימית לבין אלומיניום ועוד.

ניתן להפיק מימן בצורה מסחרית ממתאן וקיטור בטמפרטורות גבוהות (700-1100 מעלות צלזיוס) כך:

$\ CH_{4(g)} + H_2O_{(g)} \rarr CO_{(g)} + 3H_{2(g)}$

ניתן להפיק מימן נוסף בעזרת הפחמן החד-חמצני שנוצר בעזרת קיטור כך:

$\ CO_{(g)} + H_2O_{(g)} \rarr CO_{2(g)} + H_{2(g)}$

מימן נוצר בתגובה של תמיסה חומצית עם מתכת, ולדוגמה, בתגובה בין תמיסה חומצית לבין מגנזיום:

$\ 2H_3O_{(aq)}^+ + Mg_{(s)} \rarr Mg_{(aq)}^{+2} + 2H_2O_{(l)} + H_{2(g)}$

מימן נוצר גם בתגובה בין מתכת אלקלית לבין מים (או כוהל), ולדוגמה, בתגובה בין נתרן למים:

$\ Na_{(s)} + H_2O_{(l)} \rarr Na_{(aq)}^+ + OH_{(aq)}^- + \frac {1}{2}H_{2(g)}$

אמצעי זהירות

המימן הוא גז דליק ביותר. המימן מגיב באלימות עם כלור ועם פלואור.

ראו גם

• אטום המימן
• הטבלה המחזורית
• גז הסינתיזה

קישורים חיצוניים

• מידע כללי על מימן -באתר המחלקת להוראת המדעים במכון ויצמן
• דלק מימן, באתר הידען
• המוציא דלק מן המים - על שיטת הפקת מימן חדשה במכון ויצמן
• שימושי המימן - באתר "סנונית"
• מגוון נושאים על מימן - בספריה הווירטואלי של מט"ח
• אינדקס תכונות המימן - ב-Webelements (באנגלית)