חמצן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

פלואור – חמצן – חנקן   O S       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	8
סמל כימי	O
סדרה כימית	יסודות אל-מתכתיים
צפיפות	1.429 ק"ג/מטר3(-0.15 °C)
מראה	חסר צבע
תכונות אטומיות
משקל אטומי	15.9994 amu
רדיוס אטומי (calc.)	60 (48) pm
רדיוס קוולנטי	73 pm
רדיוס ואן דר ולס	152 pm
רמות אנרגיה	2, 6
תכונות פיזיקליות
טמפרטורת התכה	-222.8°C
טמפרטורת רתיחה	-183°C
מהירות הקול	19.9 מטר/שנייה ב 293 °C
שונות
אלקטרושליליות	3.44 (Pauling scale)
קיבול חום סגולי	920 J/(kg*K)
מוליכות חשמלית	ND 106/(m·ohm)
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

חמצן (Oxygen) הוא יסוד כימי שמספרו האטומי 8 וסמלו הכימי O. מקור השם בא מההשערה המוקדמת כי החמצן הוא מרכיב הכרחי בחומצות.

תוכן עניינים 1 תכונות 2 שימושים 3 היסטוריה 4 צורה בטבע ותפקיד ביולוגי 5 מבנה מולקולת החמצן 6 אמצעי זהירות 7 קישורים חיצוניים

[עריכה] תכונות

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). האלוטרופ אוזון (O₃) הוא גז רעיל ומחמצן חזק בעל ריח "חשמלי" אופייני.

לחמצן נוזלי ומוצק צבע כחול בהיר ולאוזון (O₃) נוזלי ומוצק צבע כחול כהה. לצורה אלוטרופית חדשה של חמצן, O₄ יש צבע אדום כשהיא מוצקה. O₄ מופק בהפעלת לחץ של 20 ג'יגה-פסקל על O₂. צורה זו של חמצן היא חומר מחמצן חזק יותר מאוזון או חמצן אטמוספרי.

[עריכה] שימושים

חמצן הוא היסוד האלקטרושלילי ביותר אחרי פלואור ולכן הוא משמש לעתים קרובות כחומר מחמצן. חמצן נוזלי הוא חומר מחמצן בטילים.

תרכובת גז צחוק (N₂O) משמשת כחומר הרדמה ברפואת שיניים.

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

[עריכה] היסטוריה

החמצן התגלה על ידי מיכאל סנדיבוג (Michał Sędziwój, Michael Sendivogius),כימאי ופילוסוף פולני , בשלהי המאה ה-16.

מאוחר יותר החמצן התגלה שוב על ידי הכימאי השבדי קרל וילהלם שלה בשנת 1772, אך עבודתו לא פורסמה עד לאחר שהאנגלי ג'וזף פריסטלי "גילה" באופן עצמאי את החמצן ב-1 באוגוסט 1774. פריסטלי פרסם את ממצאיו ב-1775 ושלה ב-1777.

[עריכה] צורה בטבע ותפקיד ביולוגי

חמצן הינו אחד היסודות הנפוצים בטבע ומהווה 21% מהאוויר על פני כדור הארץ. לחמצן חשיבות מכרעת עבור קיום החיים הארציים, מסיבות רבות שחלקן:

• החמצן הטהור משמש לנשימת עולם החי, הזקוק לו על מנת לשרוף מזון ולהפיק אנרגיה לקיום חייו.
• החמצן מהווה חלק ממולקולת הפחמן הדו-חמצני (CO₂), הדרוש לתהליך הפוטוסינטזה, המאפשר את קיומו של עולם הצומח.
• החמצן הוא מרכיב במולקולת המים (H₂O), החיוניים לכל קיום אורגני.
• אחד הביטויים של החמצן בטבע הוא גז האוזון (O₃), המסנן את המרכיב האולטרה סגולה הנמצא בקרינת השמש.

תהליך ההתרכבות של חומר אורגני עם חמצן נקרא בעירה, וכתוצר שלו משתחרר פחמן דו-חמצני (בבעירה במחסור בחמצן - פחמן חד-חמצני). תהליך זה, כאמור, הוא המאפשר המרת מזון לאנרגיה, בתהליך הנקרא נשימה אירובית (בניגוד לנשימה אנאירובית). ביצורים מורכבים המכילים מחזור דם, ישנם תאים מיוחדים שתפקידם לסייע בהעברת החמצן לכל חלקי הגוף, ונקראים תאי דם אדומים. את תהליך הבעירה גילה הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה. במאה ה-18 האמינו הבריות כי כשהחומר בוער הוא פולט גז לא נראה בעל מסה שלילית המכונה פלוגיסטון. לבואזיה הוכיח בניסוייו כי הבעירה אינה אלא התרכבות של החומר הבוער עם החמצן שבאוויר.

תוצר תהליך התרכבות של חמצן עם חומר נקרא תחמוצת (לדוגמה: פחמן דו-חמצני, תחמוצת החנקן, תחמוצת הסידן וכד'). תהליך השיתוך של ברזל נקרא קורוזיה, ונחשב לתהליך הפוגע ביעילותן של מתכות מעובדות עבור האדם.

[עריכה] מבנה מולקולת החמצן

למולקולות חמצן, כאמור, מבנה דו-אטומי. סדר הקשר 2 (קשר כפול). נוצר קשר סיגמה (מאכלס 2 אלקטרונים) 2 קשרי פיי קושרים (מאכלסים 4 אלקטרונים) ושני 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 המצאות שני אלקטרונים שאינם מזווגים ובספינים מקבילים בחמצן האטמוספירי פרה-מגנטי במצב היסוד (טריפלט מגנטי), חמצן נוזלי נמשך למגנט. ערור של מולקולת חמצן מביא ליצירת חמצן סינגלטי כאשר 2 האלקטרונים מאכלסים אותו אורביטל אנטי קושר (המעבר למצב מעורר זה על ידי בליעה ב 1268nm) או (מצב גבוה יותר באנרגיה) כששני האלקטרונים באורביטלים האנטי-קושרים מסתדרים בספינים הפוכים (המעבר למצב מעורר זה על ידי בליעה ב 762nm).

[עריכה] אמצעי זהירות

חשיפה לריכוזי חמצן הגבוהים מריכוזו באוויר מסוכנת ויכולה לגרום לעיוורון בפגים המקבלים אותו בריכוז גבוה מידי 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. מכיוון שהם יכולים לגרום נזק לתאים ולDNA, הם עלולים לגרום לסרטן ולהזדקנות (בניגוד לסרטן, זהו תהליך טבעי).

[עריכה] קישורים חיצוניים

• חמצן בספריה הוירטואלית של מט"ח
• חמצן ב-Webelements (אנגלית)
• מידע על ג'וזף פריסטלי (אנגלית)