אנו יודעים שחמצן הוא גז שאנו צריכים לנשום ושהוא אחד התנאים להתפתחות חיים כפי שאנו מכירים אותם. ה תכונות של חמצן הם מיותרים מרובים עבורנו. עם זאת, אנשים רבים אינם מודעים להם.
לכן, אנו הולכים להקדיש מאמר זה לספר לכם מהן התכונות העיקריות של החמצן, המאפיינים שלו ועוד הרבה יותר.
מהו חמצן
חמצן הוא יסוד כימי המסווג כלא מתכתי. הוא נמצא בדרך כלל במצב גזי ונמצא בשפע באטמוספירה של כדור הארץ. למעשה, הוא מהווה כ-20,8% מהנפח הנוכחי של האטמוספירה בצורתו המולקולרית, O2. ביקום זהו היסוד השלישי בשכיחותו, אחרי מימן והליום. חמצן הוא מרכיב חיוני לחיים כפי שאנו מבינים אותם, והוא חשוב במיוחד ביצירת מולקולות מים, H2O, בשילוב עם מימן.
בשל אופיו התגובתי ביותר, חמצן (O) נמצא רק לעתים נדירות בצורתו היסודית. במקום זאת, הוא מצטרף בדרך כלל עם אטומי חמצן אחרים ליצירת מולקולות או מגיב עם יסודות אחרים ליצירת תרכובות כימיות.
בדרך כלל, מולקולת החמצן נמצאת במצב דיאטומי (O2) תחת לחץ וטמפרטורה בחדר סטנדרטיים. למרות זאת, בנסיבות סביבתיות מסוימות, הוא יכול להתקיים כמולקולה טריאטומית (אוזון O3). לדוגמה, מולקולת האוזון בסטרטוספירה נוצרת מפירוק O2 על ידי אור אולטרה סגול. מצד שני, האוזון בטרופוספירה נוצר כתוצאה מאינטראקציות פוטוכימיות בין תחמוצות חנקן ותרכובות אורגניות נדיפות.
בשל תגובתיותו הגבוהה, ניתן למצוא אטומים של יסוד מסוים זה במגוון רחב של תרכובות אורגניות ואי-אורגניות ברחבי כדור הארץ, הקיימות במצבים שונים של חומר. כתוצאה מכך, הוא מרכיב שכיח ביותר בעולם והן ביקום.
תכונות של חמצן
אלו הן התכונות המוכרות והשימושיות ביותר של חמצן:
- סמל כימי ומספר אטומי: החמצן מיוצג על ידי הסמל "O" בטבלה המחזורית ויש לו מספר אטומי של 8, כלומר יש לו 8 פרוטונים בגרעין שלו.
- מצב פיזי: בטמפרטורת החדר, החמצן נמצא במצב גז, ויוצר את המולקולה O2. זוהי הצורה הנפוצה ביותר של חמצן באטמוספירה של כדור הארץ.
- חסר צבע, חסר ריח וחסר טעם: חמצן הוא גז חסר צבע, חסר ריח וחסר טעם, כלומר איננו יכולים לזהות אותו באמצעות החושים שלנו.
- תגובתיות: חמצן הוא מאוד תגובתי. הוא יכול להגיב עם מגוון רחב של חומרים, ותכונה זו חיונית בתהליכי בעירה ובנשימה של אורגניזמים חיים.
- תמיכה בחיים: חמצן חיוני לנשימה אירובית של רוב היצורים החיים, כולל בני אדם. בתהליך זה, חמצן משמש את התאים להפקת אנרגיה.
- שְׂרֵפָה: חמצן נחוץ לבעירה. בשילוב עם חומרים דליקים, כמו פחמן בתהליך חמצון, הוא מייצר חום ואור. זה חיוני בתעשייה ובמטבח, למשל.
- מְסִיסוּת: חמצן מסיס במים, מה שמאפשר לאורגניזמים מימיים, כמו דגים, לקבל אותו מהמים לצורך נשימה.
- צפיפות: חמצן צפוף יותר מאוויר, כלומר הוא נוטה להצטבר בתחתית חללים סגורים. למאפיין זה יש השלכות על בטיחות בסביבות תעשייתיות.
- יישומים תעשייתיים: החמצן משמש ביישומים תעשייתיים שונים, כגון ריתוך וחיתוך מתכת, ייצור פלדה וזכוכית, וייצור כימי.
- השפעות סביבתיות: החמצן חיוני בתהליכים טבעיים כמו חמצון של חומר אורגני מתכלה ויצירת שכבות אוזון בסטרטוספירה, המגנות על כדור הארץ מקרינה אולטרה סגולה.
מקור וגילוי
למרות שכמה תכונות של חמצן הוכרו מאז ימי קדם באמצעות חקר האוויר, רק בשנת 1772 קרל וילהלם שילה, רוקח שוודי, גילה חמצן כיסוד. במהלך ניסוי בשריפת תחמוצת כספית, הוא הבחין בשחרור של "אוויר מהאש".
באותה תקופה, היו מדענים נוספים שגילו גם הם תגלית דומה לזו של ג'וזף פריסטלי, איש דת בריטי. הם ביצעו ניסויים דומים ונתנו לו את השם "אוויר מנופח".
לאחר פעילותו הראשונית, הקדיש אנטואן דה לבואזיה את מחקריו לניתוח של חמצון ושריפה. הוא הפריך את האמונה הקודמת בקיומו של "פלוגיסטון", חומר כביכול שנמצא בכל הדלקים. במקום זאת, הניח את קיומו של יסוד כימי חדש: חמצן.
ג'ון דלטון יצר את התיאוריה האטומית שלו בשנת 1808. תיאוריה זו הניחה שכל יסוד כימי מורכב מאטום בודד וכי הכמות הקטנה ביותר האפשרית של כל יסוד שימשה ליצירת תרכובות. דלטון האמין שהנוסחה הכימית של מים היא H O, אם כי זה התגלה מאוחר יותר כלא נכון. הנוסחה האמיתית של מים היא H2O.
בשנת 1877 הצליחו הפיזיקאים ראול פיקטט ולואי פול קאילט להשיג חמצן נוזלי, למרות שהכמות לא הייתה מספקת כדי לבחון אותה. עם זאת, הכימאי ג'יימס דיואר הצליח להשיג כמות מספקת של חמצן נוזלי לניתוח נוסף בשנת 1891. בשנת 1895 הוקמה הטכניקה הראשונית לייצור חמצן נוזלי בעל ערך מסחרי.
תכונות אחרות של חמצן
בנסיבות טיפוסיות של טמפרטורה ולחץ, החמצן אינו בולט במראהו ואין לו צבע, ריח או טעם. חמצן מסיס יותר במים מאשר חנקן: במים מתוקים יש כ-6,04 מ"ל חמצן לליטר ובמי ים יש 4,95 מ"ל לליטר.
בטמפרטורה של -182,95 מעלות צלזיוס, חמצן יכול לעבור טרנספורמציה ממצבו הגזי למצבו הנוזלי, תהליך המכונה עיבוי. בטמפרטורה נמוכה עוד יותר, -218,79 מעלות צלזיוס, הוא יכול להפוך מנוזל למוצק או להקפיא. במהלך תהליך זה, החמצן מקבל גוון כחול עדין.
איזוטופי חמצן הם היבט חשוב במחקר מדעי. איזוטופים אלו הם וריאציות של אטומי חמצן עם מספר שונה של נויטרונים, הגורמים לשינויים במסה האטומית. הם משמשים בתחומים שונים, כולל גיאולוגיה, קלימטולוגיה וביולוגיה.
בגיאולוגיה, איזוטופי חמצן משמשים לחקר פליאוקלימים וסביבות פליאו על ידי בחינת יחסי איזוטופי חמצן בסלעי משקע. בקלימטולוגיה, הם משמשים לחקר שינויי אקלים בעבר על ידי מדידת יחסי איזוטופים חמצן בליבות קרח. בנוסף, בביולוגיה, איזוטופי חמצן משמשים כדי לעקוב אחר דפוסי הנדידה של בעלי חיים ולהבין כיצד בעלי חיים מסתגלים לסביבות שונות.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על תכונות החמצן ומאפייניו.