חמצן

חמצן (Oxygen) הוא יסוד כימי שסמלו הכימי O ומספרו האטומי 8. מקור השם בא מההשערה המוקדמת כי החמצן הוא מרכיב הכרחי בחומצות. לאיזוטופ השכיח ביותר שלו, 16O, יש 8 נייטרונים וצורתו השכיחה בטבע היא מולקולת "חמצן" O2 ואוזון O3. המקור העיקרי לחמצן בכדור הארץ הוא תהליך הפוטוסינתזה כחלק ממחזור החמצן. החמצן משתחרר לאוויר ונספג במים ובאדמה אך חלקו נשאר באטמוספירה, ונצרך על ידי יצורים נושמים או תהליכים כימיים כמו חמצון-חיזור.

חמצן
פלואור - חמצן - חנקן

O
S
   
 
8
O
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
כללי
סדרה כימית יסודות אל-מתכתיים
צפיפות 1.429 (-0.15 °C) kg/m3
מראה
גז: חסר צבע
נוזל: אפרפר כחלחל

חמצן נוזלי
תכונות אטומיות
משקל אטומי 15.9994 u
רדיוס אטומי 60 pm
רדיוס קוולנטי 73 pm
רדיוס ואן דר ואלס 152 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 2,6
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר גז
טמפרטורת עיבוי 90.19K (-182.96°C)
טמפרטורת קיפאון 54.36K (-218.79°C)
מהירות הקול 19.9 מטר לשנייה ב-566.15K
שונות
קיבול חום סגולי 920 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית 106/m·Ω
מוליכות חום 0.02674 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה 1313.9 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה 3388.3 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית 5300.5 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית 7469.2 kJ/mol

תכונות

טמפרטורת ההתכה של חמצן היא 218.79- מעלות צלזיוס וטמפרטורת הרתיחה שלו היא 182.96- מעלות צלזיוס. מסתו האטומית 15.9994 וסידור האלקטרונים שלו הוא 2,6. הערכיות של החמצן היא 2-.

החמצן הוא יסוד אל-מתכתי המופיע בצורתו הטבעית כמולקולת O2, והוא גז בטמפרטורת החדר, ושני אטומי החמצן שבמולקולה קשורים ביניהם בקשר קוולנטי כפול (O=O). האלוטרופ אוזון (O3) הוא גז רעיל והאלוטרופ החדש של חמצן שהתגלה לאחרונה, O4 הוא בעל צבע אדום כשהוא מוצק. O4 מתקבל בהפעלת לחץ של 20 ג'יגה-פסקל על O2. צורה זו של חמצן היא חומר מחמצן חזק יותר מאוזון או מחמצן אטמוספירי.

החמצן חסר טעם, צבע או ריח בטמפרטורת החדר.

שימושים

חמצן הוא היסוד האלקטרושלילי ביותר אחרי פלואור, ולכן הוא משמש לעיתים קרובות כחומר מחמצן. חמצן נוזלי משמש כחומר מחמצן בטילים.

החמצן משמש גם לתהליכים תעשייתיים שונים, בהם הוא משמש כדלק, כגון ריתוך, ייצור פלדה והפקת מתנול.

היסטוריה

החמצן זוהה על ידי מיכאל סנדיבוג (Michał Sędziwój, Michael Sendivogius), כימאי ופילוסוף פולני, בשלהי המאה ה-16[1].

מאוחר יותר זוהה שוב החמצן על ידי הכימאי השוודי קרל וילהלם שלה בשנת 1773. במקביל, זיהה האנגלי ג'וזף פריסטלי באופן עצמאי את החמצן ב-1 באוגוסט 1774. פריסטלי פרסם את ממצאיו ב-1775 ושלה ב-1777. לרוב, ספרי ההיסטוריה מעניקים את הזכות על גילוי החמצן לפריסטלי כי פרסם את ממצאיו לפני שלה. שמו הלועזי של החמצן, Oxygen, ניתן לו על ידי אנטואן לבואזיה שערך בו ניסויים רבים.

אטימולוגיה

המילה חמצן חודשה על ידי יחיאל מיכל פינס מהשורש ח.מ.צ לפי המילה הלועזית oxygen שמקורה במונח שטבע לבואזיה principe oxigine: "יסוד יוצר־חומצות" (ביוונית ὀξύς (אוקסיס) - חומצה); אליעזר בן יהודה הציע את המילה "אבחמץ" שלא נקלטה בשפה.[2]

איזוטופים

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
12O ‏8 4 12.034405(20) [MeV‏ (25)0.40] E-24 s‏(30)580 0+
13O 5 13.024812(10) ms‏ (5)8.58 (3/2-)
14O 6 14.00859625(12) s‏ (18)70.598 0+
15O 7 15.0030656(5) s‏ (16)122.24 1/2-
16O 8 15.99491461956(16) יציב 0+ 0.99757(16) 0.99738-0.99776
17O 9 16.99913170(12) יציב 5/2+ 0.00038(1) 0.00037-0.00040
18O 10 17.9991610(7) יציב 0+ 0.00205(14) 0.00188-0.00222
19O 11 19.003580(3) s‏ (9)26.464 5/2+
20O 12 20.0040767(12) s‏ (5)13.51 0+
21O 13 21.008656(13) s‏ (10)3.42 (1/2,3/2,5/2)+
22O 14 22.00997(6) s‏ (15)2.25 0+
23O 15 23.01569(13) ms‏ (37)82 1/2+#
24O 16 24.02047(25) ms‏ (5)65 0+
25O 17 25.02946(28)# ns‏ 50> (3/2+)#
26O 18 26.03834(28)# ns‏ 40> 0+
27O 19 27.04826(54)# ns‏ 260> 3/2+#
28O 20 28.05781(64)# ns‏ 100> 0+

צורה בטבע ותפקיד ביולוגי

Oxigen cycle 1
מחזור החמצן בכדור הארץ

חמצן הוא אחד היסודות הנפוצים בטבע ומהווה 21% מהאוויר על פני כדור-הארץ. לחמצן חשיבות מכרעת לקיום החיים בכדור-הארץ, מסיבות רבות שחלקן:

באגמים, בנחלים ובימים, החמצן נפוץ הרבה פחות בשל מסיסותו הנמוכה במים. כ-6 מ"ל של חמצן נמסים בכל ליטר מים, כלומר ריכוז החמצן במים קטן פי 30 מריכוזו באוויר. החמצן מגיע למים מהאוויר על ידי המסה, וכן כתוצר הפוטוסינתזה המתרחשת באצות ובצמחים הגדלים במים.

תהליך ההתרכבות של חומר אורגני עם חמצן נקרא בעירה, וכתוצר שלו משתחרר פחמן דו-חמצני (ובבעירה בתנאים של מחסור בחמצן נוצר פחמן חד-חמצני). תהליך זה מאפשר המרת מזון לאנרגיה בתהליך הנקרא נשימה אווירנית (בניגוד לנשימה אל-אווירנית). ביצורים מורכבים המכילים מחזור דם, ישנם תאים מיוחדים שתפקידם לסייע בהעברת החמצן לכל חלקי הגוף, ונקראים תאי דם אדומים.

יחד עם נחיצותו של החמצן לחיים המוכרים לנו, מולקולת החמצן (O2), שהיא דו-רדיקל, מהווה רעלן לתאים. בכל תא אווירני קיימים מנגנונים מיוחדים שנועדו להגן על התא מפני הנזק. כיום משערים חוקרים כי הגורם העיקרי להזדקנות הוא הרס הדרגתי של החומר הגנטי בתא על ידי רדיקלים כמו חמצן (וראו נוגדי חמצון). למרות הנזק הרב שצורוני חמצן ריאקטיבים עלולים לגרום, יש לרדיקלים אלו תפקיד בתאי הגוף, כגון, מנגנון פירוק חיידקים בתאים לימפוציטים או על ידי תאי הזרע במהלך ההפריה.

תחמוצת היא תוצר תהליך התרכבות של חמצן עם חומר (לדוגמה: פחמן דו-חמצני, תחמוצת החנקן, תחמוצת הסידן וכדומה). תהליך זה בברזל נקרא קורוזיה (שיתוך), ונחשב לתהליך הפוגע בחוזקן של מתכות מעובדות.

מבנה מולקולת החמצן

Oxygen molecule
מולקולות חמצן

למולקולות חמצן מבנה דו-אטומי, סדר הקשר 2 (קשר כפול).

הקשרים בין אטומי החמצן

לכל אחד מאטומי החמצן ארבעה אלקטרונים ברמה 2P

  • נוצר קשר סיגמה המאכלס 2 אלקטרונים.
  • 2 קשרי פאי קושרים מאכלסים 4 אלקטרונים.
  • שני אלקטרונים מאכלסים 2 קשרי פאי אנטי קושרים כשהספינים שלהם מקבילים. איכלוס זה של אורביטלי פאי אנטי-קושרים גורם לכך שסדר הקשר נמוך בחמצן מאשר בחנקן.

בשל הימצאות שני אלקטרונים שאינם מזווגים ובספינים מקבילים בחמצן האטמוספירי פרה-מגנטי במצב היסוד (טריפלט מגנטי), נמשך חמצן נוזלי למגנט.[3]

מצבים מעוררים של מולקולת החמצן

מולקולת חמצן עשויה להימצא במצב מעורר בו הספינים של האלקטרונים האנטי-קושרים הפוכים, כלומר במצב של סינגלט מגנטי שבו המולקולה דיא-מגנטית. ייתכנו שני מצבים כאלו: כאשר 2 האלקטרונים מאכלסים אותו אורביטל אנטי קושר (המעבר למצב מעורר זה על ידי בליעה ב-1268nm) או (מצב גבוה יותר באנרגיה) כששני האלקטרונים בשני אורביטלים אנטי-קושרים מסתדרים בספינים הפוכים (המעבר למצב מעורר זה על ידי בליעה ב-762nm).

אמצעי זהירות

חשיפה לריכוזי חמצן הגבוהים מריכוזו באוויר מסוכנת ויכולה לגרום לעיוורון, למשל בפגים המקבלים אותו בריכוז גבוה מדי באינקובטור.

על אף שהחמצן עצמו אינו בוער, הוא מסייע ומאיץ בעירה קיימת, ותכונות אלו מחייבות נקיטת אמצעי בטיחות בשימוש בחמצן.

נגזרות מסוימות של חמצן, כמו אוזון (O3), מי חמצן (H2O2), על תחמוצות שונות ועוד, הם חומרים מסוכנים.

נגזרות חמצן נוטות ליצור בגופנו רדיקלים חופשיים, בעיקר בתהליכים מטבוליים. רדיקלים חופשיים יכולים לגרום לנזק לתאי הגוף ול-DNA, ובכך הם עלולים לגרום להאצת תהליך ההזדקנות, ואף לסרטן.

ראו גם

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ מסע בין חומרים, עמוד 19
  2. ^ אילון גלעד, גלגולה של מילה - חמצן, באתר הארץ, 29 במאי 2013
  3. ^ עירור של מולקולת חמצן
אורגניזם אווירני

אורגניזם אווירני (ידוע גם בתור: אורגניזם אארובי, ארובי, או אירובי; מאנגלית: Aerobic organism) הוא מונח המתייחס לאורגניזם החי בנוכחות חמצן. יצורים אווירניים נמצאים בכל ממלכות החיים; היצורים בממלכות הפרוטיסטה, הצמחים ובעלי החיים הם כולם אווירניים.

יצורים המוכרחים לחיות בנוכחות חמצן חופשי נקראים אווירניים אובליגטוריים, לעומת זאת יצורים המסוגלים או מוכרחים לחיות בהיעדר חמצן חופשי נקראים אורגניזמים אל-אווירניים (Anaerobic organisms), כשרובם המכריע הוא חיידקים אמיתיים או ארכאונים.

בעירה

בעירה היא תהליך כימי בו חומר (יסוד או תרכובת) מגיב עם חומר מחמצן, ובמהלכו משתחררת אנרגיה.

החומר עמו מגיב המחמצן מכונה דלק. כל אחד מהאטומים בדלק יוצר תרכובת נפרדת עם החומר המחמצן. הבעירה הידועה ביותר היא זו שבה החומר המחמצן הוא חמצן (O2). כל התרכובות האורגניות מסוגלות לבעור בנוכחות חמצן. כאמור, כל אחד מאטומי התרכובת האורגנית יוצר תרכובת עם חמצן: אטומי הפחמן יוצרים פחמן דו-חמצני (CO2) או חד-חמצני (CO), ואילו אטומי המימן יוצרים מים (H2O). לדוגמה, ניסוחה של תגובת הבעירה המלאה של פרופאן, מרכיב עיקרי בגז בישול, הוא:

כשתהליך הבעירה מתרחש במהירות, משתחררת אנרגיה בצורת חום ואור; השילוב של השניים מוכר לנו כאש, ותהליך בעירה זה מכונה שריפה. הפחמן הדו-חמצני והמים (בצורת אדים) מופיעים כגזים, אשר נפלטים בעת שריפה. הפחמן שלא הספיק להתרכב עם החמצן נותר בצורת פחם.

תהליך הבעירה הוא בהכרח תהליך אקסותרמי - תהליך המשחרר יותר אנרגיה מן האנרגיה המושקעת בהפעלתו. למרות זאת, לעיתים קרובות יש להשקיע אנרגיה התחלתית (המכונה אנרגיית שפעול) לשם התנעת התהליך. רוב הדלקים המוכרים לנו דורשים חימום מהיר לשם התחלת תהליך הבעירה. הצתת דלק, לדוגמה באמצעות מצת, גפרור או ניצוץ חשמלי (במנוע המכונית), מספקת את אנרגיית השפעול הדרושה לבעירה. לאחר שתהליך הבעירה החל, מזין התהליך את עצמו: האנרגיה הרבה המשתחררת גורמת למולקולות נוספות לבעור, עד שחומר הדלק, או החומר המחמצן, כַלים.

תהליך הבעירה אינו חייב לצרוך חמצן מן האוויר: החמצן יכול להיצרך ממקורות שונים, ואפילו מתוך המולקולה האורגנית עצמה העוברת תהליך בעירה, אם "כדאי" מבחינה אנרגטית לפרק את הקשרים הכימיים שבהם היה קשור החמצן קודם לכן.

את ההסבר לתהליך הבעירה גילה הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה. במאה ה-18 האמינו אנשי המדע כי כשחומר בוער הוא פולט נוזל בלתי-נראה המכונה פלוגיסטון; לבואזיה הוכיח בניסוייו כי בעירה אינה אלא התרכבות של החומר הבוער עם החמצן שבאוויר.

שיטות רבות להפקת אנרגיה באופן מלאכותי מתבססות על בעירה של חומרים אורגניים שונים - החל בשריפת עץ באח לצורך חימום וכלה בשריפת דלק להנעת כלי רכב.

דם

דַם הוא נוזל המכיל פלזמה (55%) (החלק הנוזלי השקוף) ותאים (45%) גופיפים שונים, תאי דם, הורמונים ועוד. במקומות רבים יש התייחסות לדם כאל רקמה, כגון: "רקמת הדם" היות שהדם, כמו כל רקמה, בנוי מתאים בעלי תפקוד זהה. ההבדל העיקרי בין רקמת הדם לרקמות אחרות היא העובדה שתאים אלו אינם מחוברים האחד לשני אלא רק סמוכים לתאים אחרים מאותו סוג במהלך שיוטם בכלי הדם. הדם הוא אחד החומרים החשובים ביותר בגוף.

התחום ברפואה העוסק במערכת תאי הדם, באיברים ורקמות המייצרים אותם וכן במנגנון קרישת הדם נקרא המטולוגיה.

המוגלובין

המוגלובין (באנגלית: Hemoglobin) הוא חלבון המכיל ארבעה יוני ברזל (שייך למשפחת חלבונים בשם מטאלופרוטאינים), המצוי בתאי הדם האדומים של בעלי חוליות וברקמות של חלק מחסרי חוליות. תפקידו העיקרי הוא נשיאת חמצן אל תאי הגוף במערכת הדם.

מכיוון שבתאי הדם של היונקים אין גרעין תא, מהווה חלבון ההמוגלובין אחוז גבוה ביותר מהמסה של תא דם אדום. ההמוגלובין נושא חמצן מהריאות או הזימים לכל חלקי הגוף, כמו השרירים, שם משתחרר החמצן. בנוסף, להמוגלובין תפקיד חשוב במנגנון הובלת גזים שהם תוצרי לוואי רעילים בנשימה תאית.

הרכב כימי

הרכב כימי של חומר מתאר את מרכיביו היסודיים.

כאשר מדובר בחומר טהור, כלומר חומר העשוי מסוג יחיד של מולקולות, ההרכב הכימי שלו ניתן על ידי הנוסחה הכימית של המולקולה, המתארת את האטומים המרכיבים את המולקולה. דוגמאות:

(מולקולת מים; מורכבת משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד).
(מולקולת אמוניה; מורכבת משלושה אטומי מימן ואטום חנקן אחד).
(מולקולת נתרן הידרוקסידי; מורכבת מאטום נתרן, אטום חמצן ואטום מימן).

כאשר מדובר בתערובת, המורכבת מסוגים אחדים של מולקולות, ההרכב הכימי שלה ניתן על ידי פירוט סוגי המולקולות המרכיבות אותה וחלקן היחסי בתערובת. ניתן לעשות צעד נוסף, ולתת את פירוט האטומים המרכיבים את כל המולקולות, וחלקו היחסי של כל אטום בתערובת.

בירור ההרכב הכימי של חומר נתון קרוי אנליזה כימית. לכך משמשות טכניקות שונות, כגון ספקטרומטר אופטי.

חומר נפץ

חומר נפץ הוא חומר המסוגל לעבור תהליך אקסותרמי מהיר המלווה בשחרור אנרגיה רבה, כתוצאה מפעולת הצתה כלשהי. בזמן התהליך, החומר משנה את צורתו ממוצק או מנוזל לגז. בדרך כלל מכיל חומר הנפץ אלמנט הקולט חמצן מרכיב אחר בחומר הנפץ המשמש כאלמנט מחמצן, אך קיימים גם תהליכים אחרים בעלי מאפיינים דומים. תהליך זה קרוי התפוצצות. התהליך יוצר חום רב, אור, ותוצרי לוואי גזיים בדומה לאש. כאשר פיצוץ חומר הנפץ מתבצע במקום סגור, כגון בתוך תרמיל של כדור רובה, הרי שכל הגזים שנוצרו בפיצוץ, מרוכזים בנפח הקטן ששימש קודם לכן את חומר הנפץ בצורתו הגולמית. לגזים אלו אנרגיה גבוהה, המתבטאת בלחץ גבוה מאד. התפשטות הגזים הללו יכולה לגרום לפעולות שונות, החל מאפקט פיצוץ ועד לשיגורם של קליעים ופגזים. חומר נפץ המוצת בקלות מכונה רגיש (כגון ניטרוגליצרין), או מוצת בקושי רב ואז מכונה אדיש (כגון TNT).

חומרי הנפץ משמשים ברובם במישור הצבאי, באמצעי לחימה שונים המבוססים על אנרגיה קינטית. אך ניתן למצוא אותם גם במישור האזרחי, למשל בעבודות מסוימות בהנדסה אזרחית, כגון חציבה בהר סִלעי והריסה מהירה של מבנים.

חנק (רפואה)

חנק הוא מצב, במערכת חיה, בו לא מגיעה אספקת חמצן, או אספקת החומר הנושא את החמצן, אל המערכת כולה או אל חלקה.

בבעלי חיים בעלי חוליות ניתן לחלק את סוגי החנק לשלושה:

"חנק" (strangle) - חוסר חמצן לגוף בשל הפרעה בדרכי הנשימה העליונות או כלי דם באזור דרכי הנשימה העליונות

"השתנקות" (choke) - חוסר חמצן בעקבות פגיעה בבית החזה

אי-ספיקת חמצן (suffocate) - מחסור בחמצן בחלל בו נמצא בעל החיים או הרעלה שמקשה על קליטת החמצן

יסוד כימי

בכימיה, יסוד כימי (או יסוד) הוא קבוצת כל האטומים, שמספר הפרוטונים בהם זהה; מספר הפרוטונים נקרא המספר האטומי והוא קובע את שמו של האטום ואת עיקר תכונותיו הכימיות. אטומים מורכבים מפרוטונים, נייטרונים ואלקטרונים, אולם וריאציות במספרם של שני המרכיבים האחרונים, לא נחשבות לשינוי היסוד. לדוגמה, המספר האטומי של חמצן הוא 8, כלומר בכל אטום חמצן ישנם בדיוק 8 פרוטונים; מספר הנייטרונים בגרעין החמצן משתנה בין איזוטופים שונים של חמצן, אך בצורה הנפוצה ביותר מצויים בו 8 נייטרונים.

ידוע על 118 יסודות שנצפו ונחקרו, אך רק 92 מהם הם יציבים דיים כדי להתקיים בטבע. שאר היסודות מעבר לאורניום, גם אם התקיימו בטבע בעבר הרחוק , נתגלו ונוצרו בצורה מלאכותית במעבדות, ולרוב זמן מחצית חיים שלהם קצר.

שני היסודות הנפוצים ביותר ביקום הם מימן והליום, אך היסודות הנפוצים ביותר על כדור הארץ הם החמצן והצורן.

יסודות מכונים כך כיוון שהם אבני הבניין הבסיסיות של כל החומר הידוע לנו (למעט מקרה קיצון כמו פלזמת קווארקים-גלואונים), ויסוד אחד אינו משתנה לאחר בתהליכים כימיים, אלא רק בתגובות גרעיניות או תהליכים רדיואקטיביים.

לב

הלֵּב הוא משאבת הדם המרכזית בבעלי חיים. באדם וביונקים אחרים הלב מזרים דם דל בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני לריאות, ודם עשיר בחמצן ודל בפחמן דו-חמצני לגוף דרך מערכת של מדורים ושסתומים המתכווצים בסדר מתואם. כל סדרת כיווצים המשלימה מחזור אחד של עבודת הלב מכונה "פעימת לב". הלב אחראי להובלת חמצן לכל איברי הגוף וכן להובלת מרכיבים נוספים הנמצאים במחזור הדם כמו חומרים מטבוליים נוספים על חמצן, מרכיבים של מערכת החיסון והורמונים.

התפתחות הלב נמשכה מאות מיליוני שנים. איבר הדומה בתפקידו ללב מפותח (בעל ארבעה מדורים) היה קיים כבר לפני כ-800 מיליון שנים, אם לא יותר. הצורך הראשוני ללב נוצר כשמספר תאים התחברו יחד והפכו ליצור רב תאי. יצור חד תאי יכול לספק לעצמו את צרכיו (תזונה, רבייה, חילוף חומרים ונשימה) דרך קרום התא, אולם כשמדובר ביצורים רב תאיים חלק מהתאים מוקפים בתאים אחרים וחסרים את המגע הישיר עם הסביבה, לכן יש צורך במערכת הובלה שתספק לתאים את כל צורכיהם.

בתרבות הלב מוזכר כסמל לאהבה, דבר הנראה בסמל שקרוי לב ושונה לחלוטין ממראה לב אמיתי.

מול

מול (Mole) הוא יחידת מידה סטנדרטית המגדירה כמות חומר על פי מספר חלקיקים קבוע. אם כמות של חומר מסוים מכילה מספר אבוגדרו של חלקיקים, אותה כמות היא מול אחד של החומר. ערכו המדויק של מספר אבוגדרו הוא ‎6.02214076×1023‎.

על פי ההגדרה של מערכת היחידות הבינלאומית (SI) שהייתה בתוקף עד מאי 2019, מול אחד הוא כמות המכילה מספר חלקיקים כמספר האטומים הנמצאים ב-12 גרם של פחמן-12 טהור.

מול יכול לשמש למדידה של חלקיקים שונים: חלקיקים יסודיים, נוקליאונים, אטומים, מולקולות ועוד. כדי שהמדידה תהיה בעלת משמעות, יש להגדיר מראש באיזה חלקיק עוסקים.

השימוש במולים מאפשר יצוג מאקרוסקופי של ישויות זעירות. לדוגמה, מול מים (H2O) מורכב מ-2 מולי מימן ומול חמצן אחד. זאת, בדיוק כשם שמולקולה אחת של מים מורכבת מ-2 אטומי מימן ואטום חמצן אחד.

הצורך ביחידה כגון מול, המייצגת מספר מאקרוסקופי של חלקיקים, בולט בעיקר בחישובים סטויכיומטריים בכימיה ובפיזיקה. אילו היו נערכים ברמת החלקיק הבודד, היו אלו דורשים שימוש במספרים עצומים. כך, לדוגמה, מיליליטר אחד של מים מכיל כ-33 אלף מיליארד מיליארד מולקולות (כ-‎3.343×1022‎ מולקולות). מכיוון שבתגובה כימית, אטום יחיד מגיב עם אטום יחיד אחר, או לכל היותר אטומים ספורים, ללא קשר למסתם ולגודלם הפיזי של כל אחד מהאטומים, נוח להשתמש ביחידה המתייחסת למספר החלקיקים בלבד. הדבר נכון גם לתגובות אחרות ברמה הקואנטית, כגון בליעה ופליטה של פוטונים מחלקיקים טעונים, כאשר לרוב, כל חלקיק, ללא קשר למסתו, בולע או פולט פוטון אחד.

מולקולה

מוֹלֵקוּלָה (מלטינית: Molecula - מסה קטנה; בעברית גם פְּרֻדָּה) היא מונח בכימיה המתאר מבנה (חומר) הבנוי משני אטומים או יותר, המחוברים ביניהם בקשר כימי.

בדרך כלל למולקולה אין מטען חשמלי (סך המטענים החיוביים והשליליים מתאזן); במקרה של מולקולה טעונה, היא מכונה יון (או יון מולקולרי, כדי להבחין בינו לבין יון חד-אטומי). מולקולה עשויה להיות מורכבת ממספר אטומים זהים או שונים. למשל מולקולת חמצן (O2) המורכבת משני אטומים זהים, מולקולת סוכר המורכבת מעשרות אטומים שונים, או מולקולת DNA הבנויה ממיליוני אטומים. מולקולה המורכבת מאטומים שונים היא יחידת בסיס (החלק הלא פריק הקטן ביותר) של תרכובת מולקולרית ומבנה המולקולה, הרכבה וכוחות המשיכה בין אטומיה ובין המולקולות קובעים את תכונות התרכובת.

את המולקולה ניתן לתאר על ידי נוסחה מולקולרית, המפרטת את מספר האטומים מכל סוג במולקולה. כך למשל, הנוסחה המולקולרית של מים היא H2O. ניתן לכתוב נוסחה מולקולרית באופן מצומצם, בו מציינים רק את מספר האטומים הכולל, ללא קשר למבנה, או באופן מפורט, בה מציינים אטומים לפי מיקומם במולקולה. כך לדוגמה, ניתן לתאר באופן מפורט את החומר אתנול בצורה CH3CH2OH, ודימתיל אתר CH3OCH3. בנוסח מצומצם, מתוארים שניהם על ידי הנוסחה C2H6O.

התחום שעוסק בהבנת המבנה המרחבי של מולקולות קרוי סטריאוכימיה, ומולקולות שלא ניתן ליצור חפיפה בינן ובין תמונת המראה שלהן, על ידי פעולת סיבוב במרחב, קרויות מולקולות כיראליות.

המונח "מולקולה" נטבע על ידי הכימאי אמדאו אבוגדרו.

מטבוליזם

מֶטָבּוֹלִיזְם (באנגלית: Metabolism; בעברית: חילוף חומרים) הוא תהליך, המתרחש ביצורים חיים, של קליטת חומרים מהסביבה, עיבודם, הפקת אנרגיה מהם ופליטת הפסולת. מטבוליזם הוא אחד המושגים הבסיסיים ביותר בביולוגיה, והוא מהווה את אחד התנאים להגדרת חיים (התנאי החשוב האחר הוא יכולת רבייה).

מים

מים הם תרכובת כימית המהווה בסיס לכל צורות החיים המוכרות, כולל האדם. מולקולת מים מורכבת משני אטומים של מימן ומאטום של חמצן. הנוסחה הכימית של המים היא H2O או בסימון (aq).

התכונות הכימיות של המים מאפשרות להם להיות ממס אוניברסלי למרבית התרכובות בטבע, ובהתאם לכך המים בטבע הם תמיסה העשויה ממים טהורים שבהם מומסים מינרלים שונים. מים מזוקקים, (H2O), הם תרכובת טהורה של מים הקיימת בתנאי מעבדה.

משקל אטומי

משקל אטומי (atomic weight) או מסה אטומית יחסית (relative atomic mass), המסומן Ar, הוא נתון פיזיקלי וכימי המייצג את הממוצע המשוקלל של המסות האטומיות של האיזוטופים של יסוד מסוים, לפי שכיחותם בטבע. לכל יסוד יש משקל אטומי מסוים, המאפיין אותו. אין שני יסודות בעלי אותו משקל אטומי.

נתון זה נדרש מכיוון שלאיזוטופים שונים של אותו יסוד יש מסה אטומית שונה, כך שעבור כל יסוד המופיע בטבע כיותר מאיזוטופ אחד, לא ניתן להסתפק במסה האטומית של אחד האיזוטופים כדי לייצג את המסה האטומית הממוצעת של היסוד עצמו. נדרש שקלול של המסות האטומיות של האיזוטופים השונים, לפי שכיחותם. שקלול זה מפיק מספר מייצג עבור כל יסוד, הוא המשקל האטומי. לכן, המשקל האטומי מופיע, לעיתים קרובות, תחת שמו של היסוד בטבלה המחזורית. המשקל האטומי הוא גודל חסר מימד המייצג את היחס בין הממוצע המשוקלל של המסות האטומיות לבין יחידת מסה אטומית מאוחדת אחת (1 u).

לדוגמה, היסוד חמצן מופיע בטבע כתערובת של שלושה איזוטופים: האיזוטופ 16O

(חמצן-16), האיזוטופ 17O

(חמצן-17) והאיזוטופ 18O

(חמצן-18). לכל אחד מהאיזוטופים יש מספר מסה שונה (16, 17 ו-18, בהתאמה). לכן, גם המסה האטומית של כל אחד מהם שונה: 15.99491461957 u עבור חמצן-16, 16.9991317565 u עבור חמצן-17 ו-17.99915961286 u עבור חמצן-18. ידועה גם השכיחות היחסית של כל אחד מהאיזוטופים: חמצן-16 מהווה 99.757% מהחמצן בטבע, חמצן-17 מהווה 0.038% מהחמצן בטבע וחמצן-18 מהווה 0.205% מהחמצן בטבע. עם נתונים אלו, ניתן לחשב את המשקל האטומי של חמצן:

Ar(O) = 15.99491461957 × 0.99757 + 16.9991317565 × 0.00038 + 17.99915961286 × 0.00205 = 15.9994049243182779

מכיוון שאין צורך, או דיוק, במספר גבוה מדי של ספרות לאחר הנקודה, המשקל האטומי של חמצן מוצג לעיתים קרובות כ-15.9994. לעיתים, הנתון מוצג עם טווח אי-ודאות במדידה, הנובע מאי-ודאות במדידה של נתוני המסה האטומית והשכיחות היחסית של האיזוטופים השונים. בשיטת הצגה זו, המשקל האטומי של חמצן הוא 15.9994 ± 0.00037.

נתון המשקל האטומי משמש גם לחישובים של מסה מולרית או מסה מולקולרית. זאת, על ידי הכפלת מספר האטומים של יסוד מסוים, הנמצאים במולקולה, במשקל האטומי של אותו יסוד וחיבור התוצאות עבור כל היסודות השונים הנמצאים במולקולה.

משקל אטומי סטנדרטי (standard atomic weight) הוא משקל אטומי של יסוד כשהוא מחושב על בסיס השכיחות היחסית של האיזוטופים בדגימות שנלקחו מכדור הארץ בלבד.

נשימה

נשימה היא שם כללי לתהליך ביולוגי הקשור לקליטת חומרים מהסביבה לשם הפקת אנרגיה.

המושג נשימה מתייחס לשני תהליכים עיקריים:

נשימה פיזיולוגית: בבעלי חיים זהו תהליך קליטת האוויר וחילוף הגזים המתרחש בריאות. במסגרת הנשימה הפיזיולוגית עובר החמצן שבאוויר מהריאות אל מחזור הדם ובאמצעותו מגיע לכל אחד מתאי הגוף. מאוחר יותר פולטים התאים פחמן דו-חמצני אל מחזור הדם, משם הוא מגיע אל הריאות ונפלט החוצה אל הסביבה. השימוש הרגיל במושג נשימה מתייחס בדרך-כלל לתהליך זה. גם צמחים, פטריות, פרוטיסטים וחיידקים מחליפים גזים עם הסביבה, אך הם עושים זאת לרוב באמצעות דיפוזיה של הגזים דרך התאים ולא באמצעות מערכת סבוכה של איברים ורקמות, כפי שנעשה בבעלי חיים. המונח נשימה במשמעות הפיזיולוגית מתייחס, אם כן, לבעלי חיים בלבד. לפירוט התהליך ראו: מערכת הנשימה.נשימה תאית: זהו תהליך הפירוק של מולקולות עתירות אנרגיה בתא, והשימוש באנרגיה זו לייצור חומרים אחרים (חומרי הבניין של התא, למשל) ולהנעת תהליכים בתא. בעוד שנשימה פיזיולוגית מתייחסת בהכרח לקליטת חמצן מהסביבה, בתהליך הנשימה התאית לא תמיד מעורב חמצן (חיידקים רבים מבצעים נשימה אל-אווירנית). נשימה תאית, באופן זה או אחר, מתרחשת בכל התאים ובכל היצורים החיים, ללא יוצא מן הכלל.למרות שיש להקפיד על ההבחנה בין נשימה פיזיולוגית ונשימה תאית, הרי שבבעלי חיים הקשר בין שני התהליכים הדוק: החמצן הנקלט בריאות מועבר בדיפוזיה אל מחזור הדם; הדם נושא את החמצן על גבי מולקולות המוגלובין; בכלי הדם הקטנים ביותר, הנימים, מועבר החמצן, גם כן בדיפוזיה, אל כל תאי הגוף; התאים משתמשים בחמצן כקולט האלקטרונים הסופי בתהליך הנשימה התאית, שבמהלכו הם מפרקים מולקולות מהמזון ומייצרים מולקולות של הנוקלאוטיד ATP, המשמש כ"מטבע אנרגיה" ובעזרתו מתאפשרת בניית חומרים בתא והנעת תהליכים ביולוגיים. לפירוט עקרון זה ראו: מטבוליזם.

ריאה

ריאה היא אבר המאפשר נשימה בגופם של בעלי חיים מפותחים. לבעלי חוליות, ובכללם לאדם זוג ריאות.

הריאות הן איברי הנשימה העיקריים: הריאות ומספר מבנים נוספים מרכיבים את מערכת הנשימה. תפקידן העיקרי של הריאות הוא לשאוף אוויר ולמסור את החמצן שבו אל תאי הדם האדומים: הללו נושאים אותו בעזרת זרם הדם אל כל תאי הגוף. בנוסף אל הריאות מגיע הפחמן הדו-חמצני, תוצר הלוואי של תהליך הנשימה התאית, ומהן הוא נפלט החוצה אל הסביבה.

הריאות התפתחו עקב צורך בהעברת חמצן מהסביבה אל מערכת הדם המעבירה את החמצן אל כל תא ותא בגוף. אורגניזמים קטנים וחד-תאיים בפרט, אינם זקוקים למערכות אלו ( מערכת לב-ריאה משולבת) מכיוון שהם יכולים לספוג את החמצן ולפלוט את הפחמן הדו-חמצני ישירות מסביבה בה הם נמצאים אל תוך התא.

תא דם אדום

תאי דם אדומים (בלעז: אֵרִיתְרוֹצִיטים, Erythrocytes) הם המרכיב העיקרי של הדם. הם אלו המקנים לדם את צבעו האדום, והם אחראים לתפקידו העיקרי של הדם: נשיאת חמצן אל כל תאי הגוף וסילוק פחמן דו-חמצני מהם, תהליך המושפע מלחץ חלקי של חמצן ופחמן דו-חמצני ושל pH.

קוטר תא דם אדום נע בין 6 - 8 מיקרומטר ועוביו 2 מיקרומטר.

בסמ"ק (סנטימטר מעוקב) של דם יש כ-5 מיליארד תאים.

ההמוגלובין הוא המקנה לאריתרוציטים את צבעם האדום. כמות התאים האדומים בפלזמה היא הגבוהה ביותר מבין כל תאי הדם. כמות שבין 4.5 מיליון תאים ו-6 מיליון תאים למיקרוליטר (מיליונית ליטר) דם נחשבת לנורמלית. מצב שבו ריכוז התאים האדומים נמצא מתחת לנורמה, או מצב שבו תאי הדם האדומים אינם מכילים כמות מספקת של המוגלובין מכונה אנמיה.

תפקידם העיקרי של האריתרוציטים הוא להעביר חמצן מהריאות לתאי הגוף ולהעביר פחמן דו-חמצני מהתאים אל הריאות. האריתרוציט נוצר מתאי גזע ובתהליך הבשלה שנקרא אריתרופוייזה (Erythropoiesis), המתרחש במח העצם, מאבד האריתרוציט את הגרעין שלו. במעבר ממח העצם לדם נקרא התא תא דם אדום צעיר (רטיקולוציט) והוא מכיל שרידי RNA. לאחר התמיינות הופך הרטיקולוציט לתא בשל. כתא דם בוגר הוא חסר גרעין ואז הוא מייצר המוגלובין; כל תא דם אדום מכיל כ-300 מיליון מולקולות המוגלובין. האריתרוציט מכוסה בקרום המורכב מליפידים וחלבונים, מרכיבים המגדירים את סוג הדם. אורך החיים של אריתרוציטים הוא כ-120 יום, והם מפורקים בטחול.

התא האדום גמיש וצורתו כצורת דיסקוס דו-שקערורי. ניתן לראותו במיקרוסקופ אור.

בדרך כלל התאים עגולים, אך במחלות שונות צורתם יכולה להשתנות. תאים שצורתם כחצי סהר יופיעו באנמיה חרמשית, וכאשר צורתם קוצנית עם בליטות, הדבר מרמז על מחלה תורשתית בשם אקנטוציטוזה.

תחמוצת

תחמוצת (בלועזית: אוקסיד, Oxide) היא תרכובת של יסוד או חומר עם חמצן. מקור השם "תחמוצת" הוא מהמילה "חמצן".

תחמוצות רבות נוצרות בתהליך הבעירה.

שמות התחמוצות בעבר היו בפורמט של דו-תחמוצת הפחמן, למשל; מאז שנות ה-70 נהוג להשתמש בפורמט פחמן דו-חמצני. תחמוצת של יסוד אנאורגני נקראת אנהידריד (אם כי במונח זה משתמשים בעיקר לציון תחמוצות אורגניות).

תרכובות ידועות רבות הן תחמוצות. חול, זכוכית וקוורץ, למשל, מורכבים מאותו החומר: צורן דו-חמצני. חומר זה, הקרוי גם סיליקה, מופיע בלא פחות מ-17 צורות גבישיות שונות, רבות מהן אבנים יקרות למחצה, כגון אופאל.

חלודה גם היא תחמוצת: ברזל חמצני; היא נוצרת כשברזל "בוער" באטיות, כלומר - מתרכב עם החמצן שבאוויר.

גופרית דו-חמצנית נוצרת בשרפה בלתי-מלאה של תרכובות גופרית הנמצאות בדלק ישן. גז זה נפלט לאוויר ומתרכב עם מים ליצירת חומצה גופריתית; חומצה זו חודרת לאדמה כשהיא מעורבת בגשם תוך גרימת נזקים סביבתיים, תופעה הנקראת גשם חומצי.

חנקן חמצני הוא מולקולת איתות בעלת חשיבות עליונה ביצורים חיים. באדם הוא משמש כנוירוטרנסמיטר (כלומר, משמש להעברת אותות כימיים בין נוירונים - תאי עצב) וכן הוא גורם להתרחבות של כלי הדם ולפיכך - להורדת לחץ הדם בשעת הצורך. פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה ניתן ב-1998 לשני מדענים שגילו את תפקידיו אלו של החנקן החמצני בגוף.

סידן חמצני ידוע יותר בשם סיד יבש או ליים. זוהי האבקה ממנה מכינים את נוזל הצביעה הלבן.

תסיסה

תסיסה (בלועזית: פרמנטציה, Fermentation) היא תהליך כימי המשמש להפקת אנרגיה בחלק מהיצורים החיים.

תסיסה מתרחשת בהיעדר חמצן ומטרתה היא לגרום ל-NADH למסור את האלקטרונים שלו, להפוך ל-+NAD ולקלוט אלקטרונים מחדש בגליקוליזה.

תהליך התסיסה מוכר לאדם מזה אלפי שנים, זאת הודות לתוצרים הסופיים של מספר תהליכי תסיסה במיקרואורגניזמים, תוצרים המשמשים את האדם רבות בתעשיית המזון.

הטבלה המחזורית
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
מתכות אלקליות מתכות אלקליות-עפרוריות לנתנידים אקטינידים מתכות מעבר מתכות מעבר עמידות מתכות למחצה אל-מתכות הלוגנים גזים אצילים תכונות כימיות לא ידועות

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.