כל יסוד כימי בטבלה המחזוריתיש לו מקום מיקום מוגדר המשקף את המאפיינים שבאים לידי ביטוי ומדבר על המבנה האלקטרוני שלו. עם זאת, יש אטום אחד מיוחד בקרב כולם, שתופס שני תאים בבת אחת. הוא ממוקם בשתי קבוצות של אלמנטים הפוכים לחלוטין מבחינת המאפיינים שלהם. זה מימן. תכונות אלה הופכות אותו לייחודי.
מימן הוא לא רק יסוד, אלא גם חומר פשוט, כמו גם מרכיב של תרכובות מורכבות רבות, יסוד ביוגני ואורגני. לכן, נשקול ביתר פירוט את מאפייניו ותכונותיו.
מימן כאלמנט כימי
מימן הוא מרכיב בקבוצה הראשונה של העיקריתתת-קבוצה, כמו גם הקבוצה השביעית של תת-הקבוצה הראשית בתקופה הקטנה הראשונה. תקופה זו מורכבת משני אטומים בלבד: הליום והיסוד אותו אנו שוקלים. הבה נתאר את המאפיינים העיקריים של מיקום המימן בטבלה המחזורית.
- המספר הסידורי של מימן הוא 1, הכמותהאלקטרונים זהים, בהתאמה, הפרוטונים זהים. המסה האטומית היא 1.00795. ישנם שלושה איזוטופים של יסוד זה עם מספרי מסה 1, 2, 3. עם זאת, המאפיינים של כל אחד מהם שונים מאוד, שכן עלייה במסה אפילו אחת עבור מימן כפולה באופן מיידי.
- העובדה שברמת האנרגיה החיצונית הואמכיל אלקטרון אחד בלבד, מאפשר לו להציג בהצלחה הן תכונות חמצון והן צמצום. בנוסף, לאחר תרומת אלקטרון, יש לו מסלול חופשי, הלוקח חלק ביצירת קשרים כימיים על ידי מנגנון קבלת התורמים.
- מימן הוא חומר הפחתה רב עוצמה. לכן, המקום העיקרי שלה נחשב לקבוצה הראשונה של תת-הקבוצה הראשית, שבראשה מתכות המתכות הפעילות ביותר - אלקליות.
- עם זאת, כאשר אינטראקציה עם חזקחומרי הפחתה, כמו למשל מתכות, זה יכול להיות גם חומר מחמצן, המקבל אלקטרון. תרכובות אלה נקראות הידרידים. על בסיס זה הוא עומד בראש תת-הקבוצה של ההלוגנים שהוא דומה לה.
- בשל המסה האטומית המאוד קטנה שלו, מימן נחשב לאלמנט הקל ביותר. בנוסף, צפיפותו גם היא נמוכה מאוד, כך שהיא גם אמת המידה לקלות.
לפיכך, ברור כי אטום המימן הואייחודי לחלוטין, בניגוד לכל שאר האלמנטים. כתוצאה מכך, תכונותיו גם מיוחדות, והחומרים הפשוטים והמורכבים שנוצרו חשובים מאוד. בואו נשקול אותם עוד יותר.
חומר פשוט
אם אנו מדברים על יסוד זה כמולקולה, יש לומר שהוא דיאטומי. כלומר מימן (חומר פשוט) הוא גז. הנוסחה האמפירית שלה תיכתב כ- H2, וגרפי - באמצעות קישור סיגמא יחיד H-H. מנגנון היווצרות הקשרים בין אטומים הוא קוולנטי שאינו קוטבי.
אפילו הנרי קוונדיש בשנת 1766 הצליח לפתוחחומר זה. הוא זה שהוכיח כי מימן הוא גז, וכזה שיכול להתפוצץ באוויר. מאוחר יותר, התכונות נחקרו היטב, התברר כי חומר זה הוא הקל ביותר מבין הידועים.
אפילו מאוחר יותר, Lavoisier נתן את השם (כאלמנט,והחומר המבוסס עליו) בלטינית - מימן, שפירושו "יולדת מים". בשנת 1781, גילו של אלמנט זה, הנרי קוונדיש, הוכיח כי מים הם שילוב של מימן וחמצן, כלומר הם תוצר של האינטראקציה שלהם. והעובדה שגז קל הוא גם דליק מאוד הייתה ידועה עוד במאה ה -16, זה בא לידי ביטוי ברשומות של Paracelsus.
לפיכך, מימן מולקולרי הוא מאודתרכובת גזית טבעית המתרחשת באופן טבעי של שני אטומים העלולים להתפוצץ באוויר. בנוסף, המולקולה יכולה להתפורר לאטומים שלוקחים חלק בתגובות גרעיניות, והופכים לגרעיני הליום. תהליכים אלה מתרחשים ברציפות בשמש ובחלל, שהם הספקים העיקריים של תרכובת זו.
מימן הוא חומר שיכול להתבטא גם כחומר מחמצן וגם כחומר הפחתה. הוא מוצא את עצמו גם בשימוש נרחב בפעילות אנושית.
תכונות פיסיקליות
הפרמטרים הפיזיים של מימן הם כדלקמן:
- נקודת רתיחה - (-252.76 0מ).
- נקודת התכה - (-259.2 0מ).
- בתחום הטמפרטורות המצוין, זהו נוזל חסר צבע וחסר ריח.
- בלחצים גבוהים מאוד קיימים גבישים דמויי שלג של מימן מוצק.
- בתנאים מסוימים (לחץ גבוה וטמפרטורות נמוכות) הוא מסוגל להפוך למצב מתכתי.
- כמעט לא מסיס במים, ולכן איסוף בשיטת תזוזה אפשרי כאשר מתקבל בתנאי מעבדה.
- בתנאים רגילים, מימן הוא גז חסר ריח, חסר צבע וחסר טעם.
- זה דליק ונפיץ.
- הוא מתמוסס היטב במתכות, מכיוון שהוא מסוגל להתפזר בעובי שלהם.
- גז זה קל פי 14 יותר מאוויר.
סריג הקריסטל של חומר פשוט הוא מולקולרי, הקשרים חלשים, ולכן הם נהרסים בקלות.
תכונות כימיות
כאמור לעיל, מימן מסוגלמציגים תכונות מפחיתות ומחמצנות. מצבי חמצון אפשריים של היסוד +1; -אחד. לכן, הוא משמש לעתים קרובות בתעשייה לסינתזות ותגובות שונות.
תכונות חמצון של מימן
- אינטראקציה עם מתכות פעילות (אלקליות ואדמה אלקליין) בתנאים רגילים מובילה ליצירת תרכובות דמויי מלח הנקראות הידרידים. לדוגמא: LiH, CaH2, KH, MgH2 ואחרים.
- תרכובות עם מתכות בעלות פעילות נמוכה בהשפעת טמפרטורות גבוהות או תאורה חזקה (התחלה פוטוכימית של תגובות) יוצרות גם הידרידים.
תכונות ההפחתה של מימן
- אינטראקציה בתנאים רגילים רק עם פלואור (כסוכן חמצון חזק). כתוצאה מכך נוצר מימן פלואוריד או חומצה הידרופלואורית HF.
- אינטראקציה עם כמעט כל הלא מתכות, אך בתנאים מסוימים למדי. דוגמאות לחיבור: ח2S, NH3, ח2O, PH3, SiH4 ואחרים.
- מפחית מתכות מתחמוצותיהן לחומרים פשוטים. זו אחת השיטות התעשייתיות לייצור מתכות, הנקראות הידרותרמו.
בנפרד, יש להדגיש את התגובות שמשמש בסינתזות אורגניות. הם נקראים מימן - רוויה במימן והתייבשות, כלומר חיסולו מהמולקולה. מגוון של פחמימנים ותרכובות אורגניות אחרות מתקבלים מתהליכי המרה אלה.
להיות בטבע
מימן הוא החומר הנפוץ ביותר בהפלנטה שלנו ומעבר לה. אחרי הכל, כמעט כל החלל הבין כוכבי והכוכבים מורכבים מתרכובת זו. בחלל זה יכול להתקיים בצורה:
- פְּלַסמָה;
- גַז;
- יונים;
- אטומים;
- מולקולות.
ישנם כמה סוגים של עננים בעלי צפיפות שונה, המורכבים מחומר זה.
אם אנחנו מדברים על הפצה באופן ספציפי בקרום, ואז המימן נמצא במקום השני מבחינת מספר האטומים אחרי חמצן, בערך 17%. לעתים רחוקות הוא נמצא בצורה חופשית, רק בכמויות קטנות באוויר יבש. התרכובת הנפוצה ביותר של יסוד זה היא מים. בהרכבו הוא נמצא על פני כדור הארץ.
כמו כן, מימן הוא מרכיב חובהחלק מכל אורגניזם חי. יתר על כן, בגוף האדם, אטום זה מהווה 63%. מימן הוא יסוד אורגני, ולכן הוא יוצר מולקולות של חלבונים, שומנים, פחמימות וחומצות גרעין, כמו גם תרכובות חיוניות רבות אחרות.
מקבל
ישנן דרכים שונות להשיג את הגז שאנו שוקלים. אלה כוללים מספר אפשרויות סינתזה תעשייתיות ומעבדות.
שיטות תעשייתיות לייצור מימן:
- רפורמה באדים של מתאן.
- גזיזת פחם - התהליך כולל חימום פחם ל -1000 0C, וכתוצאה מכך נוצר מימן ופחם עתיר פחמן.
- הַפרָדָה חַשְׁמָלִית. ניתן להשתמש בשיטה זו רק בתמיסות מימיות של מלחים שונים, מכיוון שנמסים אינם מובילים להזרמת מים לקתודה.
שיטות מעבדה לייצור מימן:
- הידרוליזה של הידרידים ממתכת.
- פעולת חומצות מדוללות על מתכות פעילות ופעילות בינונית.
- אינטראקציה של מתכות אלקליות ואלקליין עם מים.
כדי לאסוף את המימן שנוצר, יש צורך בכךלשמור על הצינור הפוך. אחרי הכל, לא ניתן לאסוף את הגז הזה כמו למשל, פחמן דו חמצני. זה מימן, הוא הרבה יותר קל מאוויר. מתאדה במהירות, ומתפוצץ בכמויות גדולות כאשר מערבבים אותו עם אוויר. לכן, יש להפוך את הצינור. לאחר מילויו, יש לסגור אותו בפקק גומי.
כדי לבדוק את טוהר המימן שנאסף,יש להביא גפרור מואר לצוואר. אם הכותנה עמומה ושקטה, הרי שהגז נקי עם זיהומים מינימליים באוויר. אם הוא חזק ושורק, הוא מלוכלך, עם חלק גדול של רכיבים זרים.
תחומי שימוש
כאשר מימן נשרף, כל כך הרבהכמות גדולה של אנרגיה (חום) שגז זה נחשב לדלק הרווחי ביותר. יתר על כן, זה ידידותי לסביבה. עם זאת, עד כה, יישומה בתחום זה מוגבל. זאת בשל הבעיות הבלתי נתפסות ולא פתורות של סינתזת מימן טהור, אשר יתאימו לשימוש כדלק בכורים, מנועים ומכשירים ניידים, כמו גם דודי חימום בבנייני מגורים.
אחרי הכל, מספיקים הדרכים להשיג גז זההם יקרים, לכן ראשית יש לפתח שיטת סינתזה מיוחדת. כזה שיאפשר לכם להשיג מוצר בכמויות גדולות ובעלות מינימלית.
ישנם כמה תחומים עיקריים בהם הגז שאנו שוקלים מוצא יישום.
- סינתזות כימיות. הידרוגנציה מייצרת סבונים, מרגרינות ופלסטיק. בהשתתפות מימן מסונתזים מתנול ואמוניה, כמו גם תרכובות אחרות.
- בתעשיית המזון - כתוסף E949.
- תעשיית התעופה (טילים, בניית מטוסים).
- תעשיית הכוח.
- מֵטֵאוֹרוֹלוֹגִיָה.
- דלק ידידותי לסביבה.
ברור כי מימן חשוב באותה מידה כמו שהוא בטבע. תפקיד גדול עוד יותר ממלאים התרכובות השונות שנוצרו על ידה.
תרכובות מימן
מדובר בחומרים מורכבים המכילים אטומי מימן. ישנם כמה סוגים עיקריים של חומרים כאלה.
- הלידי מימן. הנוסחה הכללית היא HHal.חשיבות מיוחדת בקרבם היא מימן כלורי. זהו גז הנמס במים ליצירת תמיסת חומצה הידרוכלורית. חומצה זו נמצאת בשימוש נרחב כמעט בכל הסינתזות הכימיות. וגם אורגני וגם אורגני. מימן כלורי הוא תרכובת עם הנוסחה האמפירית HCL והיא אחת הגדולות מבחינת הייצור בארצנו מדי שנה. הלידי מימן כוללים גם מימן יודיד, מימן פלואוריד ומימן ברומיד. כולם יוצרים את החומצות המתאימות.
- תרכובות מימן נדיפות של לא מתכות. כמעט כולם גזים רעילים למדי. לדוגמא, מימן גופרתי, מתאן, סילאן, פוספין ואחרים. יתר על כן, זה מאוד דליק.
- הידרידים הם תרכובות עם מתכות. הם שייכים למעמד המלחים.
- הידרוקסידים: בסיסים, חומצות ותרכובות אמפוטריות. הם כוללים בהכרח אטומי מימן, אחד או יותר. דוגמה: NaOH, K2[AL (OH)4], ח2עם4 ואחרים.
- מימן הידרוקסיד. תרכובת זו ידועה יותר בשם מים. שם אחר לתחמוצת מימן. הנוסחה האמפירית נראית כך - H2על אודות.
- מי חמצן. זהו החומר המחמצן החזק ביותר, הנוסחה שלו בעלת צורה H2אודות2.
- תרכובות אורגניות רבות: פחמימנים, חלבונים, שומנים, שומנים, ויטמינים, הורמונים, שמנים אתרים ואחרים.
ברור שמגוון התרכובות של היסוד שאנו שוקלים הוא גדול מאוד. זה מאשש שוב את חשיבותו הגבוהה עבור הטבע והאדם, כמו גם עבור כל היצורים החיים.
תחמוצת מימן היא הממיס הטוב ביותר
כאמור לעיל, השם הנפוץשל חומר זה מים. מורכב משני אטומי מימן וחמצן אחד המחוברים בקשרים קוטביים קוולנטיים. מולקולת המים היא דיפול, המסביר רבים מתכונותיו. בפרט, הוא ממס אוניברסלי.
בסביבה הימית כמעט כל התהליכים הכימיים מתרחשים. תגובות פנימיות של חילוף חומרים פלסטי ואנרגיה באורגניזמים חיים מתבצעות גם בעזרת תחמוצת מימן.
מים נחשבים לחומר החשוב ביותר על פני כדור הארץ. ידוע שאף אורגניזם חי לא יכול לחיות בלעדיו. על כדור הארץ הוא מסוגל להתקיים בשלושה מצבי צבירה:
- נוזל;
- גז (קיטור);
- מוצק (קרח).
ישנם שלושה סוגים של מים בהתאם לאיזוטופ המימן שהוא חלק מהמולקולה.
- קל משקל או פרוטיום. איזוטופ עם מספר מסה 1. פורמולה - H2ת. זו צורה נפוצה בה משתמשים כל האורגניזמים.
- דאוטריום או כבד, הנוסחה שלו היא D2O. מכיל איזוטופ 2נ.
- סופר כבד או טריטיום. הנוסחה נראית כמו T3אה, איזוטופ - 3נ.
שמורות מי הפרוטיום הטריות על פני כדור הארץ חשובות מאוד. כבר עכשיו במדינות רבות חסר את זה. פותחות שיטות לטיפול במי מלח על מנת להשיג מי שתייה.
מי חמצן הוא תרופה רב-תכליתית
קשר זה, כאמור לעיל,חומר חמצון מעולה. עם זאת, עם נציגים חזקים זה יכול להתנהג גם כמשקם. בנוסף, יש לו השפעה חיידקית בולטת.
שם נוסף לתרכובת זו הוא חמצן.בצורה זו משתמשים בו ברפואה. תמיסה של 3% של הידרט גבישי של התרכובת המדוברת היא תרופה רפואית המשמשת לטיפול בפצעים קטנים במטרה לחטא אותם. עם זאת, הוכח שבמקרה זה ריפוי הפצע עולה עם הזמן.
כמו כן משמש מי חמצן ברקטותדלקים, בתעשייה לחיטוי והלבנה, כסוכן קצף להשגת חומרים מתאימים (קצף, למשל). בנוסף, מי חמצן מסייע בניקוי אקווריומים, בשיער אקונומיקה ובהלבנת שיניים. עם זאת, במקביל זה פוגע ברקמות, ולכן זה לא מומלץ על ידי מומחים למטרות אלה.
