מימן

יסוד כימי בעל המספר האטומי 1

מימן (Hydrogenium; מיוונית: ὕδωρ = מים, γίγνομαι = יוצר) הוא יסוד כימי גזי שסמלו הכימי H ומספרו האטומי 1. מולקולת המימן מורכבת משני אטומי מימן הקשורים ביניהם בקשר קוולנטי יחיד (H-H) ומסומלת כ-H2.

מימן
הליום - מימן -

H
Li
   
 
1
H
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
נתונים בסיסיים
מספר אטומי 1
סמל כימי H
סדרה כימית אל-מתכות
מראה
חסר צבע
H,1.jpg
תכונות אטומיות
משקל אטומי 1.00794 u
רדיוס ואן דר ואלס 120 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 1
קונפיגורציה אלקטרונית 1s¹ עריכת הנתון בוויקינתונים
דרגות חמצון −1, 1, 0 עריכת הנתון בוויקינתונים
תכונות פיזיקליות
צפיפות 0.089870 גרם/סמ"ק
מצב צבירה בטמפ' החדר גז
נקודת רתיחה 20.268K (-252.87°C)
נקודת התכה 14.025K (-259.14°C)
לחץ אדים 209Pa ב-23K
מהירות הקול 1,270 מטר לשנייה ב-298.15K
שונות
אלקטרושליליות 2.2
קיבול חום סגולי 14,304 J/(kg·K)
מוליכות חום 0.1815 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה 1,312 kJ/mol
היסטוריה
מגלה הנרי קוונדיש עריכת הנתון בוויקינתונים
תאריך גילוי 1766 עריכת הנתון בוויקינתונים
נקרא על שם מים עריכת הנתון בוויקינתונים
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית OOjs UI icon info big.svg
בדיקת ספקטרום מימן

תכונותעריכה

בטמפרטורת החדר ובלחץ של אטמוספירה המימן הוא גז חסר צבע, אל-מתכתי ודליק מאוד. המימן יכול להגיב כמעט עם כל היסודות. מימן הוא היסוד הקל ביותר. בתנאי טמפרטורה ולחץ רגילים למימן טמפרטורת היתוך של 259.2°C- וטמפרטורת רתיחה של 252.8°C-. בלחץ כבד ביותר, כמו הלחץ המצוי בענק גז, מולקולת המימן מאבדת את זהותה והמימן הופך למתכת נוזלית. הנקודה הקריטית שלו היא בלחץ של 12.8 אטמוספירות ובטמפרטורה של 239.9 - מעלות צלסיוס[1].

המימן הוא גז דליק ביותר. המימן מגיב בתגובה אקסותרמית מאד עם כלור ועם פלואור.

שימושיםעריכה

מבנהעריכה

מבנה אטומיעריכה

אטום המימן שונה משאר האטומים בטבלה המחזורית בכך שבאיזוטופ הנפוץ שלו הגרעין שלו אינו מכיל נייטרון, אלא פרוטון בלבד. אטום מימן נייטרלי (שאינו מיונן) מכיל, על כן, פרוטון ואלקטרון - ותו לא.

נוסף ל־1H, קיימים שני איזוטופים נפוצים פחות של מימן: דאוטריום (מסומן 2H, או D) וטריטיום (מסומן 3H, או T), בעלי נייטרון אחד ושני נייטרונים בהתאמה.

איזוטופים של מימןעריכה

סמל (p)‏Z (n)‏N מסה איזוטופית (u) זמן מחצית חיים ספין גרעיני שכיחות האיזוטופ
שבר מולרי מהיסוד)
טווח השינוי הטבעי
(כשבר מולרי מהיסוד)
התרגשות אנרגטית
הערות
1H (פרוטיום) ‏1 0 1.00782503207(10) יציב [>a‏ 1023‏×2.8] 1/2+ 0.999885(70) 0.999816-0.999974
2H 1 2.0141017778(4) יציב 1+ 0.000115(70) 0.000026-0.000184
3H 2 3.0160492777(25) a‏ (2)12.32 1/2+
דועך ל-3He באמצעות קרינת בטא.
4H 3 4.02781(11) [MeV‏ (9)4.6] s‏ 10-22‏×(10)1.39 2-
מאוד לא יציב, דועך באמצעות פליטת נייטרון.
5H 4 5.03531(11) ? s‏ 10-22‏×9.1< (1/2+)
מאוד לא יציב, דועך באמצעות פליטת נייטרון.
6H 5 6.04494(28) [MeV‏ (4)1.6] s‏ 10-22‏×(70)2.90 2-#
דועך באמצעות פליטת נייטרון משולשת.
7H 6 7.05275(108)# [MeV‏ #(5)20] s‏ 10-23#‏×(6)2.3 1/2+#

מבנה מולקולריעריכה

מולקולת המימן מורכבת באופן רגיל משני אטומי מימן הקשורים ביניהם בקשר שתופי יחיד (H-H) ומסומלת כ-H2. בלחץ נמוך ביותר, כמו הלחץ הנמצא בחלל, המימן נוטה להתקיים כמולקולה בעלת אטום בודד.

המימן הוא מרכיב במולקולת המים ובכל תרכובת אורגנית.

יון מימן חיובי (הידרון) הוא בדרך כלל פרוטון בודד, למעט יונים של איזוטופים נדירים יותר של מימן. נוכחות של יוני מימן בתמיסה מימית נקראת חומציות; חומצה היא חומר הנוטה לתרום יוני מימן לחומרים אחרים. יון שלילי של מימן קרוי הידריד, והוא בסיס רב עוצמה.

היסטוריהעריכה

המימן זוהה במאה ה-17 על ידי רוברט בויל. הנרי קוונדיש זיהה אותו שוב ב-1766 וחקר את תכונותיו. את שמו המדעי "הידרוגניום" נתן לו לבואזיה ב-1783. פירוש השם הוא יוצר-מים ומכאן גם נגזר שמו העברי.

צורה בטבעעריכה

מימן הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. מרבית החומר הקיים ביקום הוא מימן הנמצא במגוון כוכבים, בענקי גז ובריכוזים גדולים של גז בין כוכבי שמהווים את השלב הראשון בהתפתחות כוכבים. רוב המימן בגז הבין כוכבי הוא מולקולרי. מולקולות המימן נוצרות על גרגירי אבק בין-כוכבי.

באטמוספירת כדור הארץ נמצא מימן בריכוזים זעירים (חלקיק אחד מתוך מיליון). המקור הנפוץ ביותר למימן בכדור הארץ הוא מים (H2O). מקורות אחרים הם חומרים אורגניים כמו פחם, גז טבעי ודלקי מאובנים אחרים. מתאן (CH4) הוא מקור חשוב למימן.

תרכובות שכיחות של מימן הן:

מימן מגיב עם חמצן לקבלת מים בתגובה הבאה:

 

הפקת מימןעריכה

ישנן מספר דרכים להפקת מימן, בהן פירוק פחמימות בעזרת חום, אלקטרוליזה של מים, תגובה בין בסיס חזק בתמיסה מימית לבין אלומיניום ועוד.

ניתן להפיק מימן בצורה מסחרית ממתאן וקיטור בטמפרטורות גבוהות (700–1100 מעלות צלזיוס) כך:

 

ניתן להפיק מימן נוסף בעזרת הפחמן החד-חמצני שנוצר בעזרת קיטור כך:

 

מימן נוצר בתגובה של תמיסה חומצית עם מתכת, ולדוגמה, בתגובה בין תמיסה חומצית לבין מגנזיום:

 

מימן נוצר גם בתגובה בין מתכת אלקלית לבין מים (או כוהל), ולדוגמה, בתגובה בין נתרן למים:

 

מימן נוצר גם לאחר תגובת חיזור של פרוטונים, לדוגמה חיזור פרוטוני מימן:[5]

 

ניתן להפיק "מימן ירוק" על ידי שימוש באנרגיה מתחדשת כמו רוח או שמש להפרדה וזיקוק של אטומי המימן במים. זאת בניגוד לייצור מימן מדלקי מאובנים, המכונה "מימן אפור", או "מימן כחול", המיוצר כשהפליטות של דלקי המאובנים נאספות והמימן מחולצות מהן.[6]

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ האנציקלופדיה העברית, כרך כ"ג, חברה להוצאת אנציקלופדיות בע"מ, תשל"ג, עמ' 254
  2. ^ ד"ר ארז גרטי, תא דלק מימן, מכון דוידסון, ‏30 באפריל 2010
  3. ^   ולדי אומנסקי, אלה אלקלעי, שוק האנרגיה על סף מהפכה: המימן מתחיל להניע את העולם, באתר TheMarker‏, 20 בדצמבר 2020
  4. ^ ליאור שליין, טיסה נעימה, בטאון חיל האוויר, דצמבר 1999
  5. ^ U. Koelle, P. P. Infelta, and M. Grátzel, Kinetics and Mechanism of the Reduction of Protons to Hydrogen by Cobaltocene, Inorganic Chemistry
  6. ^ ג'ורנל, וול סטריט (2022-01-02). "העולם רוצה מימן ירוק ונמיביה אומרת שהיא יכולה לספק אותו". Globes. נבדק ב-2022-01-03.