חמצן (O) הוא יסוד כימי בעל מספר אטומי 8. השם מקורו בהשערה שמרכיב זה יוצר חומצות. הצורה הנפוצה בטבע היא מולקולת דו־אטומית O2. אלוטרופים ידועים הם אוזון (O3), שהוא רעיל, ו־O4 המתקבל בלחץ גבוה ויכול להיות מחמצן חזק יותר.
מקורו העיקרי של החמצן בכדור הארץ הוא פוטוסינתזה, התהליך שבו צמחים ואצות מייצרים חמצן מאור השמש. החמצן משתחרר לאוויר, נספג במים ובאדמה, ונצרך על ידי נשימה של יצורים חיים ותהליכים כימיים של חמצון.
מחקר מדעי ציין שהחמצן עלול להידלדל בכדור הארץ בעוד כ־1.08 מיליארד שנה. הסיבה העיקרית תהיה הבהרת השמש שתשנה את מחזורים אקלימיים ותפגע ביכולת הצמחים לבצע פוטוסינתזה.
טמפרטורת ההתכה והרתיחה של החמצן הן נמוכות מאוד, ולכן הוא גז בטמפרטורת החדר. מסתו האטומית היא כ־15.9994 וסידור האלקטרונים שלו הוא 2,6. ערכיותו הנפוצה היא 2-.
במולקולת O2 יש קשר קוולנטי כפול בין שני אטומים. בחמצן האטמוספירי קיימים שני אלקטרונים לא מזווגים, ולכן הוא פרה־מגנטי (נמשך למגנט) במצבו הטבעי. מצב מעורר של המולקולה נקרא סינגלט; במצב זה האלקטרונים מזווגים והשפעתם המגנטית שונה.
החמצן הוא חסר צבע, ריח וטעם. O3 (אוזון) רעיל. O4 מוצק אדמדם בלחצים גבוהים (כ־20 ג'יגה־פסקל) ונחשב מחמצן חזק יותר מאוזון.
חמצן הוא מחמצן חזק ונמצא בשימושים תעשייתיים רבים. נחזה שימוש נוזלי שלו כדלק לטילים ולמנועים. משתמשים בחמצן גם בריתוך, בייצור פלדה ובהפקת מתנול.
במהלך מאות השנים אנשים ייצרו חומרים המכילים חמצן בדרכים שונות. בשלהי המאה ה־18 ייצרו כימאים כמו פריסטלי ושלה גזים המכילים חמצן, ולבואזיה הוכיח שזה יסוד וכינהו בשם שקשור ליצירת חומרים חומציים. ההבנה הזאת הביסה את תורת הפלוגיסטון והשפיעה על הכימיה המודרנית.
עד סוף המאה ה־19 למד המדע להנזיל אוויר ולבודד את רכיביו. חמצן הונזל באופן יציב לראשונה ב־1883 על ידי מדענים פולנים.
המילה העברית "חמצן" חודשה על ידי יחיאל מיכל פינס, מהשורש ח.מ.צ, בעקבות המילה הלועזית oxygen.
לחמצן שלושה איזוטופים טבעיים יציבים: 16O, 17O ו־18O. בנוסף התגלו איזוטופים רדיואקטיביים רבים. ה־15O הוא הרדיואיזוטופ בעל זמן המחצית הארוך ביותר שצויין כאן, כ־122.24 שניות. (איזוטופ = גרסה של אותו יסוד עם מספר שונה של נייטרונים.)
חמצן מהווה כ־21% מהאוויר באטמוספירה. במים הוא מסיס פחות מאשר באוויר; כ־6 מ"ל חמצן נמסים בכל ליטר מים. חמצן מגיע למים מהאוויר ומהפוטוסינתזה של אצות וצמחים ימיים.
בעירה, חומר אורגני מתרכב עם חמצן ויוצר פחמן דו־חמצני. כשאין חמצן מספיק, יכול להיווצר פחמן חד־חמצני המסוכן. בנשימה התאית אוכלים ויצורים משתמשים בחמצן כדי להפיק אנרגיה. בתאים רב־תאיים חמצן מועבר על ידי תאי דם אדומים.
חמצן גם נוצר רדיקלים חופשיים, מולקולות מאוד פעילות שיכולות להזיק לתאים ול־DNA. רדיקלים כאלה קשורים להזדקנות ולפעמים למחלות. עם זאת, הם גם חלק ממנגנוני ההגנה של הגוף נגד מזהמים.
חמצון של מתכות נקרא קורוזיה. זהו תהליך שמחליש מתכות כמו ברזל.
מולקולת החמצן היא דו־אטומית, עם סדר קשר 2 (קשר כפול).
לכל אטום יש ארבעה אלקטרונים בקליפת 2P. שני אלקטרונים לא מזווגים הם הגורם לפרה־מגנטיות של O2.
ניתן להעביר את המולקולה למצב מעורר שבו הספינים של האלקטרונים משתנים. מצבים אלה נקראים סינגלטים, וניתן לעורר אותם בקרינת אור בעלת אורך גל מסוים.
ריכוזי חמצן גבוהים מהרגיל מסוכנים. חשיפה ממושכת ברמות גבוהות יכולה להזיק לעיניים ולראות, למשל בפגים. חמצן לא בוער בעצמו, אבל הוא מגביר בלהט כל בעירה קיימת. נגזרות חמצן כגון אוזון ומי־חמצן (H2O2) הן חומרים מסוכנים.
הימנעו מחשיפה לריכוזים גבוהים של חמצן ללא הדרכה ובקרה מתאימה.
חמצן הוא יסוד כימי שמסמלו O. מספרו האטומי הוא 8. זו הגז שאנחנו נושמים.
הצורה הכי נפוצה היא O2. זה אומר שתי אטומים שמחוברים במולקולה. אוזון הוא צורה אחרת, O3, והוא רעיל.
צמחים ואצות עושים פוטוסינתזה. פוטוסינתזה היא דרך שבה הם משתמשים באור כדי להפיק חמצן.
כיום יש בערך 21% חמצן באוויר. במים יש הרבה פחות חמצן.
חמצן עוזר לבעירה. כשדבר בוער, הוא משתמש בחמצן. לכן חמצן עוזר לאש.
אדם וחיות נשימות משתמשים בחמצן כדי לקבל אנרגיה מהמזון. תאי דם אדומים נושאים את החמצן בכל הגוף.
לפעמים חמצן נוצר כחומר פעיל מאד. חומרים אלה יכולים לפגוע בתאים. אבל הם גם עוזרים להגן על הגוף מחיידקים.
יש כמה איזוטופים לחמצן. איזוטופ הוא גרסה של היסוד שיש לה מספר שונה של נויטרונים.
חמצן נוזלי משמש לדלק של טילים. יש להשתמש בו בזהירות.
חמצן בכמות גבוהה יכול להזיק. הוא גם מגרה את האש. יש להיזהר עם אוזון ומי־חמצן.
תגובות גולשים