חנקן הוא יסוד כימי המצוי בטבע בצורה של גז דיאטומי, כלומר הוא מורכב משני אטומי חנקן הקשורים זה לזה (N₂). הסמל שלו בטבלה המחזורית הוא "N", והוא המרכיב העיקרי באטמוספירה של כדור הארץ, המהווה כ-78% מהרכבו. זה הופך אותו לגז השכיח ביותר באוויר שלנו. אנשים רבים לא יודעים מה ה תכונות חנקן.
לכן, אנו הולכים להקדיש מאמר זה לספר לכם מהן התכונות העיקריות של חנקן, מאפייניו וחשיבותו.
תכונות עיקריות
מאפיין בסיסי של חנקן הוא אופיו חסר הריח והאינרטי. בטמפרטורת החדר ובתנאי לחץ רגילים, חנקן הוא גז חסר צבע וטעם. חוסר תגובתיות זה הופך אותו לבעל ערך ביישומים תעשייתיים רבים, כגון קירור ושימור מזון וחומרים.
למרות שחנקן חיוני לחיים על פני כדור הארץ, חנקן אטמוספרי בצורתו הגזי אינו יכול לשמש ישירות אורגניזמים חיים. על מנת שיצורים חיים יוכלו לנצל את היסוד הזה, תחילה יש להמיר אותו לתרכובות חנקן מסיסות וניתנות להטמעה. זה קורה הודות לתהליכים כמו קיבוע חנקן, שבהם סוגים מסוימים של חיידקים וצמחים יכולים להפוך חנקן אטמוספרי לצורות שימושיות, כגון חנקות וחלבונים.
במונחים תעשייתיים, נעשה שימוש בחנקן נוזלי ביישומי קירור שונים, כגון שמירה בהקפאה של דגימות ביולוגיות וחומרים רגישים לחום. בנוסף, חנקן הוא מרכיב מרכזי בייצור כימיקלים רבים, כולל דשנים, החיוניים לשיפור הפריון החקלאי.
תכונות חנקן
תכונות פיזיקליות של חנקן
חנקן הוא גז חסר ריח, חסר צבע וטעם המהווה 78% מהאוויר שאנו נושמים. זוהי מתכת שאינה גזית בלחץ ובטמפרטורה רגילים. נקודת ההיתוך שלו היא -210 מעלות צלזיוס ונקודת הרתיחה שלו היא -195,79 מעלות צלזיוס. מצד שני, יש לו צפיפות של 1,25046 ק"ג/מ"ק והוא לא מוליך טוב של חשמל או חום.
איזוטופים חנקן
האיזוטופים היציבים של חנקן הם 14N ו-15N, הראשונים בשפע הרבה יותר מהשני. כמו כן, ניתן למצוא איזוטופים רדיואקטיביים אחרים כגון 12N, 13N, 16N ו-17N.
תכונות אטומיות
- משקל אטומי: 14,0067 אמו (יחידת מסה אטומית)
- מספר אטומי: 7
- סמל: נ
- רדיוס אטומי: 56 אחה"צ (פיקומטר)
- מצב חמצון: -3, +1, +2, +3, +4, +5
מצב צבירת חנקן
בטבע, חנקן קיים במצב גזי. למרות זאת, בני אדם הצליחו להפוך מצב זה לנוזלים ומוצקים באמצעות שינויים בטמפרטורה ובלחץ. למרות שהשימוש הבולט ביותר בו הוא בצורה נוזלית, ראוי לציין כי יש להשתמש בחנקן נוזלי רק למטרות ספציפיות ובאמצעי זהירות מתאימים. בשל טמפרטורת הנוזל הנמוכה מאוד שלו, הוא עלול לפגוע בעור ולגרום לכוויות קור.
איך אתה משיג
ניתן להשיג חנקן ממגוון מקורות, אך השיטה הנפוצה ביותר לייצורו בכמויות גדולות היא תהליך של זיקוק חלקי מאוויר. האטמוספירה מכילה ריכוז משמעותי של חנקן בצורה של גז דו-אטומי (N₂), יחד עם חמצן, ארגון וגזים נוספים.
תהליך קבלת החנקן מתחיל בדחיסת האוויר האטמוספרי. האוויר הדחוס מקורר על ידי מערכת קירור, מה שגורם לעיבוי ולהיווצרות נוזלים. באמצעות סדרה של מגדלי זיקוק, האוויר הנוזלי עובר הפרדה חלקית על סמך נקודות הרתיחה שלו.
מכיוון שלחנקן יש נקודת רתיחה נמוכה יותר מחמצן ושאר מרכיבי האוויר, הוא מתאדה מוקדם יותר ומתרכז בראש מגדלי הזיקוק. לפיכך, חנקן גזי נאסף ומאוחסן לשימוש תעשייתי ויישומים מיוחדים.
בנוסף לזיקוק חלקי של אוויר, ישנן שיטות אחרות להשיג חנקן בכמויות קטנות יותר או בתנאים ספציפיים. לדוגמה, חיידקים וצמחים מסוימים יכולים לקבע חנקן אטמוספרי באמצעות תהליכים ביולוגיים, דבר המועיל לשיפור פוריות הקרקע והפרודוקטיביות החקלאית.
פונקציות של חנקן בטבע ובבני אדם
חנקן תורם תרומה חשובה לסביבה: ללא היסוד הזה, החיים על פני כדור הארץ לא היו אפשריים. יסוד זה הוא חלק מהחלבונים ומחומצות הגרעין (DNA ו-RNA), ולכן הוא חלק מבסיס החיים.
למרות שחנקן גזי קיים בשפע באטמוספירה של כדור הארץ, צמחים מתקשים לספוג אותו בדרך זו, ולכן הם מטמיעים אותו כיוני אמוניום או חנקות. לכן, חלק מהחיידקים הופכים חנקן לצורה שצמחים יכולים לספוג כך שבעלי חיים יוכלו לבלוע את הצמחים ולספוג חנקן בתהליך.
במילים אחרות, חיידקים אינם יכולים להמיר אדמה לבסיס פורה לצמחים ללא נוכחות חנקן. לכן, מאמינים שחנקן מפריע למחזור החיים של מערכות אקולוגיות.
בין הפונקציות של חנקן לבני אדם אנו מוצאים את הדברים הבאים:
- כחומר משמר במזון ארוז בגלל מפסיק את החמצון.
- הנורות מכילות חנקן, שהוא זמין יותר מאשר בעת שימוש בארגון בעבר.
- הוא משמש בחומרי נפץ נוזליים כדי למנוע מהם להתפוצץ.
- הוא משמש לייצור חלקים אלקטרוניים כגון טרנזיסטורים או מעגלים משולבים.
- הוא משמש בדלק סילוני מכיוון שהוא מסייע במניעת סכנות אש.
- חנקן נוזלי עוזר לשמר דם וטסיות דם.
- הוא קיים כמעט בכל התרופות הנצרכות (חנקן תחמוצת משמש כחומר הרדמה).
- הוא משמש לייצור נירוסטה.
- הוא משמש לייצור דשנים.
איך זה משפיע על הגוף
מסתבר שהחנקן המורכב הזה לא כל כך מועיל לבריאות. חלק מהפונקציות העיקריות שלו הן הבאות:
- אספקת חמצן מופחתת בדם.
- האט את תפקוד בלוטת התריס.
- זה לא מאפשר לוויטמין A להתקבע כראוי בגוף.
- הוא מקדם ייצור של חומרים הנקראים ניטרוזמינים, הגורמים למוטציות בתאים (סרטן).
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על תכונות החנקן ומאפייניו.