למידע נוסף על מימן

מימן הוא היסוד הכימי הקל ביותר ביקום ומסוגל להיקשר לאטומי מימן אחרים ויוצר גז בעל מספר שימושים.

תמונה של פלורנסיה ויאדנה באונסקלאש

מימן הוא היסוד הכימי בעל המסה האטומית הנמוכה ביותר (1 u) והמספר האטומי הנמוך ביותר (Z = 1) מבין כל היסודות הידועים עד כה. למרות היותו ממוקם בתקופה הראשונה של משפחת IA (מתכות אלקליות) של הטבלה המחזורית, המימן אינו מציג מאפיינים פיזיקליים וכימיים הדומים לאלמנטים ממשפחה זו, ולכן אינו חלק ממנו. באופן כללי, מימן הוא היסוד השכיח ביותר ביקום כולו והיסוד הרביעי בשכיחותו בכדור הארץ.

למימן יש מאפיינים ייחודיים, כלומר, הוא אינו דומה לשום יסוד כימי אחר המוכר לאדם. מימן משתתף בדרך כלל בהרכב של כמה סוגים של חומרים אורגניים ואורגניים, כמו מתאן ומים. כאשר הוא אינו חלק מחומרים כימיים, הוא נמצא אך ורק בצורה הגזית, שנוסחתם היא H2.

במצבו הטבעי ובתנאים רגילים, מימן הוא גז חסר צבע, חסר ריח וחסר טעם. זו מולקולה עם יכולת גדולה לאגור אנרגיה ומסיבה זו נחקר רבות על השימוש בה כמקור מתחדש לאנרגיה חשמלית ותרמית.

גילוי מימן

באמצע המאה ה -16, Pareselsvs החליטו לשים כמה מתכות בתגובה עם חומצות, ובסופו של דבר קיבלו מימן. למרות שנבדק בעבר, הנרי קוונדיש הצליח להפריד מימן מגזים דליקים וחשב אותו ליסוד כימי בשנת 1766.

לא להיות מתכת, הרבה פחות מתכת, מרכיב את הייחודיות שלה בטבלה המחזורית. בשנת 1773, אנטואן לבואזיה נתן את המרכיב הכימי בשם מימן, אשר נובע מיוונית הידרו ו גנים , ואת מחולל מי אמצעים.

מימן בטבע

• מימן הוא חלק מההרכב הכימי של כמה חומרים אורגניים (חלבונים, פחמימות, ויטמינים ושומנים) וחומרים אנאורגניים (חומצות, בסיסים, מלחים והידרידים);
• באוויר האטמוספרי הוא קיים במתכונת הגזית המיוצגת על ידי הצורה המולקולרית H2 הנוצרת דרך הקשר הקוולנטי בין שני אטומי מימן;
• מימן מהווה גם מולקולות מים, משאב חשוב לחיים.

מקורות מימן

על כדור הארץ, מימן אינו נמצא בצורתו הטהורה ביותר, אלא בצורה המשולבת (פחמימנים ונגזרות). מסיבה זו יש להפיק מימן ממספר מקורות. המקורות העיקריים למימן הם:

1. גז טבעי;
2. אתנול;
3. מתנול;
4. מים;
5. ביומסה;
6. מתאן;
7. אצות וחיידקים;
8. בנזין וסולר.

מאפייני מימן אטומי

• יש לו שלושה איזוטופים (אטומים מאותו מספר אטומי ומספרי מסה שונים), שהם הפרוטיום (1H1), דאוטריום (1H2) וטריטיום (1H3);
• הוא מציג רק רמה אלקטרונית;
• יש לו פרוטון יחיד בגרעין שלו;
• יש לו רק אלקטרון אחד ברמתו האלקטרונית;
• מספר הנויטרונים תלוי באיזוטופ - פרופיום (0 נויטרונים), דאוטריום (נויטרון 1) וטריטיום (2 נויטרונים);
• יש לו את אחד מקרני האטום הקטנות ביותר בטבלה המחזורית;
• יש לו אלקטרונגטיביות גדולה יותר מכל יסוד מתכתי;
• יש לו פוטנציאל יינון גדול יותר מכל יסוד מתכתי;
• זהו אטום המסוגל להפוך את עצמו לקטיון (H +) או לאניון (H-).

יציבות אטום המימן מושגת כאשר הוא מקבל אלקטרון במעטפת הערכיות (הקליפה החיצונית ביותר של אטום). בקשרים יוניים, מימן מתקשר אך ורק עם מתכת, ומשיג אלקטרון ממנו. בקשרים קוולנטיים, מימן חולק את האלקטרון שלו עם מטל או עם עצמו, ויוצר קשרים פשוטים.

מאפייני מימן מולקולרי (H2)

• בטמפרטורת החדר, הוא נמצא תמיד במצב גזי;
• זהו גז דליק;
• נקודת ההתכה שלו היא -259.2 מעלות צלזיוס;
• נקודת הרתיחה שלה היא -252.9 מעלות צלזיוס;
• יש לו מסה טוחנת השווה ל- 2 גרם / מול, בהיותו הגז הקל ביותר;
• יש לו קשר קוולנטי סיגמא, סוג ss, בין שני אטומי המימן המעורבים;
• בין אטומים, שני אלקטרונים משותפים;
• יש לה גאומטריה ליניארית;
• המולקולות שלה אינן קוטביות;
• המולקולות שלה מתקשרות באמצעות כוחות דיפול המושרה.

למימן מולקולרי יש זיקה כימית רבה למספר תרכובות. מאפיין זה נוגע ליכולתו של חומר אחד להגיב עם השני, מכיוון שגם אם שני חומרים או יותר יובאו במגע, אך אין זיקה ביניהם, התגובה לא תתרחש. באופן זה הוא משתתף בתגובות כמו הידרוגנציה, בעירה והחלפה פשוטה.

דרכים להשגת מימן מולקולרי (H2)

שיטה פיזית

ניתן להשיג מימן מולקולרי מאוויר אטמוספרי, מכיוון שהוא אחד הגזים הקיימים בתערובת זו. לשם כך, יש צורך בכפוף לאוויר האטמוספרי לשיטת הנזילות החלקית ואז לזיקוק חלקי.

שיטה כימית

ניתן להשיג מימן מולקולרי באמצעות תגובות כימיות ספציפיות, כגון:

• החלפה פשוטה: תגובה בה מתכת לא אצילית (Me) מחליפה את המימן הקיים בחומצה אנאורגנית (HX) ויוצרת כל מלח (MeX) ואת המימן המולקולרי (H2):
• Me + HX → MeX + H2
• הידרציה של פחם קוקה (תוצר לוואי של פחם מינרלי): בתגובה זו הפחמן (C) של הפחם מתקשר עם החמצן במים (H2O) ויוצר פחמן חד חמצני וגז מימן:
• C + H2O → CO + H2
• אלקטרוליזת מים: כאשר המים עוברים לתהליך האלקטרוליזה, נוצרים גזי חמצן ומימן:
• H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

כלי מימן

• דלק לרקטות או מכוניות;
• מבערי קשת (משתמשים באנרגיה חשמלית) לחיתוך מתכות;
• ריתוכים;
• סינתזות אורגניות, ליתר דיוק בתגובות הידרוגנציה של פחמימנים;
• תגובות אורגניות שהופכות שומנים לשמנים צמחיים;
• ייצור של מימן הלידים או חומצות מוקשות;
• ייצור של הידרידים מתכתיים, כגון נתרן הידריד (NaH).

פצצת מימן

פצצת המימן, פצצת ה- H או הפצצה התרמו-גרעינית היא פצצת האטום שיש בה פוטנציאל הגדול ביותר להרס. פעולתו נובעת מתהליך היתוך גרעיני, ולכן ניתן לכנותה גם פצצת היתוך.

התפוצצות פצצת מימן נובעת מתהליך ההיתוך, שמתרחש בטמפרטורות גבוהות מאוד, כ -10 מיליון מעלות צלזיוס. תהליך הייצור של משאבה זו מתחיל באיחוד איזוטופים מימן, הנקראים פרוטיום, דאוטריום וטריטיום. החיבור של איזוטופים מימן גורם לגרעין האטום לייצר עוד יותר אנרגיה, זאת מכיוון שנוצרים גרעיני הליום, שמסתם האטומית גדולה פי 4 מזו של מימן.

לפיכך, הליבה שהייתה קלה הופכת לכבדה. לכן, תהליך ההיתוך הגרעיני הוא אלפי פעמים אלים יותר מזה של ביקוע. כוחה של פצצת מימן יכול להגיע ל -10 מיליון טונות של דינמיט, ולשחרר חומר רדיואקטיבי וקרינה אלקטרומגנטית ברמה הגבוהה בהרבה מזו של פצצות אטום.

הבדיקה הראשונה של פצצת מימן, בשנת 1952, שחררה כמות אנרגיה המקבילה לכ -10 מיליון טון TNT. ראוי להזכיר כי תגובה מסוג זה היא מקור האנרגיה של כוכבים כמו השמש. היא מורכבת מ 73% מימן, 26% מהליום ומ -1% יסודות אחרים. זה מוסבר על ידי העובדה שקיימות תגובות היתוך בליבה, בהן אטומי מימן מתמזגים ליצירת אטומי הליום.

עובדות מימן

• מימן מולקולרי קל מאוויר והיה בשימוש בספינות אוויר קשיחות על ידי הרוזן הגרמני פרדיננד פון זפלין, ומכאן שמם של ספינות האוויר;
• מימן מולקולרי יכול להיות מסונתז על ידי כמה חיידקים ואצות;
• ניתן להשתמש במימן לייצור דלק אנרגיה נקי;
• גז מתאן (CH4) הוא מקור חשוב יותר ויותר למימן.