I המימן א. תכונות המימן שם: מימן שם לועזי: Hydrogen (בא מיוונית-מיםHydro= יוצרGenesis=) סמל כימי:H מספר אטומי: 1 משקל אטומי: 1.00794 סדרה כימית: אל מתכות מצב צבירה בטמפ’ החדר: גז טמפ’ היתוך: 14.025 מעלות K טמפ’ רתיחה: 20.268 מעלות K המימן הוא יסוד גזי חסר צבע ודליק מאד. הוא היסוד הקל ביותר בטבע(משקלו הסגולי קטן פי 14 ממים), והנפוץ ביקום. בתור נוזל יש לו צבע כחול. הוא הראשון בטבלה המחזורית. הרכב האטום שלו הוא הפשוט ביותר: הוא בעל אלקטרון אחד ובגרעינו יש רק פרוטון אחד. המימן הינו שותף פעיל ואף הבסיס בתהליכים רבים של הפקת אנרגיה. הוא מרכיב במולקולת מים ובכל תרכובת אורגנית. הוא יכול להגיב עם רוב היסודות. עם כלור ועם פלואור הוא מגיב באלימות. תכונה נוספת של המימן(שמראה את קלותו) היא שכאשר המימן תופס את מקומו של האוויר שבסביבה, מורגשת עלייה בגובה הקול המגיע לאוזן.המהירות והתדירות של הקול משתנה עם השינוי בצפיפות הגז שמסביב-לכן הקול הנוצר גבוה יותר מאשר באוויר. ניתן להפיק מימן בכל מיני דרכים כגון: אלקטרוליזה בתמיסותNAOH ו KHO, פיצוח פחמימנים וכן יש מתכות מסוימות המשחררות מימן במגע עם חומצה. ב. האיזוטופים של המימן 1. דאוטריום- (Deuterium) הנקרא גם מימן כבד המכיל נוסף לפרוטון שבגרעין גם נויטרון אחד. סימנו הכימי הוא D או H ומשקלו האטומי הוא 2.0147 והוא מהווה 0.02% מהמימן בטבע. בגלל הבדלי המסה הגבוהים יחסית ביניהם הם גם שונים מעט בתכונות הפיסיקליות והכימיות שלהם יותר מאיזוטופים של אטומים אחרים. ניתן להפיקו ע”י שורת אלקטרוליזות של מים שכך המים מתעשרים בדיאוטוריום ומהם אפשר להפיקו. 2. טריטיום- (Tritium) האיזוטופ הרדיואקטיבי של המימן שמכיל בנוסף לפרוטון גם שני נויטורונים. סימנו הכימי הוא T או H והוא מתפרק תוך פליטה חלשה של קרניים רדיואקטיביות בתא והוא הופך לאיזוטופ 3 של הליום. הוא מיוצר סינתטית ע”י הפצצת ליתיום Li)) בנויטרונים איטיים. -1- ג. שימושי המימן למימן שימושים רבים בתעשייה המודרנית: – כמחצית מהמימן המופק באופן תעשייתי הופך לאמוניה-3NH. האמוניה היא גז חסר צבע, שהוא תרכובת של חנקן ומימן. באמוניה משתמשים בזיבול, בתעשיית צבעים, ברפואה, ביצור אלקלים ובצורה מומסת לצורכי קירור. – המימן משמש להקשיית שמנים בתעשיית המזון(הידרוגנציה)לדוג’: יצירת מרגרינה ע”י הזרמת מימן לתוך שמנים ושומנים של בע”ח. – גז המימן שימש בעבר למילוי כדורים פורחים וספינות אוויר כי הוא הגז הקל ביותר ולכן בעל כושר “המראה” טוב משל גזים אחרים. אולם המימן גם דליק וקיימת סכנת התפוצצות בעת חימום-קרו כבר אסונות כתוצאה מכך. לכן כיום ממלאים את ספינות האוויר בגז הליום שהוא הגז הקל ביותר אחרי מימן. – המימן מוריד את רמת התרכובות המזהמות המכילות גופרית, חנקן וחמצן ובכך עוזר לטיהור בתי זיקוק(שכן תרכובות אלו מפריעות בתהליך הזיקוק של הנפט הגולמי). הוא גם משמש בהשבחת מקטעים כבדים של נפט גולמי ע”י הפיכתם למקטעים קלים כמו דלק למכוניות. – המימן משמש להכנת כוהל מתילי-CH OH, בהגיבו עם פחמן דו חמצני. – משתמשים במימן במבער החמצן מימן, וכן בתור מרכיב של חומרי דלק גזיים מסוימים (כמו גז המים המכיל כ-50% מימן.) מכיוון שכאשר המימן בוער הוא פולט כמות חום גדולה פי 4 מזו המשתחררת בעת הבעירה של כמות פחם השווה לו במשקל. – משתמשים במימן במקום אוויר למטרות קירור. – המימן גם משמש לעיתים כחומר מחזק- שביכולתו לקרוע חמצן מתרכובות אחרות ולהתרכב עמו(אם כי נהוג להשתמש לרוב בחומרים אחרים כמו פחמן). ד. גילוי המימן המימן התגלה במאה ה – 15 ע”י פרצלסוס. רוברט בויל הפיקו ע”י הוספת חומצה מלחית או חומצה גופריתית לנסורת של ברזל במבחנה. הוא מתאר זאת כך: “התערובת התחממה מאד, ויצאו ממנה שפע אדים מסריחים” הוא גם מציין שאדים אלו היו כ”כ דליקים שכאשר קרב למבחנה בעת שיצאו ממנה אדים נר דולק, הם נדלקו מיד ובערו בלהבה כחולה ירוקה. הנרי קבנדיש גילה אותו שוב בשנת 1766 ע”י פעולת חומצה גופריתית על מתכות ומאוחר יותר הראה כי המימן הוא חומר עצמאי המתרכב עם חמצן כדי ליצור מים. ובשנת 1783 נתן לו הכימאי הצרפתי לוואזיה את השם Hydrogen. -2- IIפצצת המימן א. הביקוע(fusion) פצצת מימן היא פצצה שעובדת על עיקרון ההיתוך-המיזוג(ההפוך מעיקרון הביקוע עליו עובדת פצצת האטום.) תהליך המיזוג נוצר כאשר שני גרעינים מתאחדים לגרעין אחד בעל מסה קטנה במעט מסכום המסות של שני הגרעינים מהם הוא מורכב. ההפרש בין המסות מופיע כאנרגיה עצומה. עוד בשנת 1941 לפני שהחלו בפיתוח פצצת האטום הראשונה הציע הפיזיקאי אנריקו פרמי כי תהליך זה הוא הרסני יותר מתהליך הביקוע. כדי לבצע תהליך זה יש צורך להביא את שני הגרעינים למרחק קטן מאד כדי להתגבר על הדחייה האלקטרוסטטית-דחייה בין שני הפרוטונים ששניהם חיוביים. תהליך זה יכול להיווצר רק בחום, לחץ ומהירות גבוהים ביותר. ב. מבנה הפצצה מכיוון שדרוש חום עצום לקירוב שני הגרעינים-של איזוטופי המימן- טריטיום ודאוטריום; פצצת המימן מכילה במרכזה פצצת אטום שמשמשת כמתניע למיזוג. מסביב לפצצת האטום ישנו החלק התרמו גרעיני של הפצצה- החלק השני שמורכב בעיקר מליתיום ומדאוטרייד – תרכובת של ליתיום ודאוטריום. כאשר הפצצה האטומית מתפוצצת משוחררים נויטרונים(וכמובן שהטמפרטורה עולה מאד), הנויטרונים פוגעים בליתיום (גם בליתיום שבדאוטרייד) וגורמים לו להתבקע להליום ולטריטיום כך שבעצם הדאוטריום(מתרכובת הדאוטרייד) והטריטיום(שנוצר מפגיעת הנויטרונים בליתיום) מתמזגים תוך כדי התגברות על הכוחות האלקטרוסטטיים בזכות הטמפרטורה הגבוהה וכתוצאה מהמיזוג נוצר גרעין הליום ומשתחרר נויטרון והפרש המסה שחסרה בגרעין ההליום מופיעה כאנרגיה עצומה. כמו כן כדי לשמור על החום הגבוה התקינו אדוארד טלר(אבי פצצת המימן) וסטניסלאו יולאם חומר סופג קרני גמא כך שהקרינה נספגת והליתיום נדחס ומופגז בנויטרונים שנוצרו מתרכובות משניות הטריטיום נוצר וההיתוך מתחיל. ג. הפצצה לאורך ההיסטוריה כמו שנזכר קודם אנריקו פרמי הציע לראשונה שההיתוך ולא הביקוע הוא הרסני יותר. לאחר שהוטלה פצצה סובייטית על ארה”ב ב- 23 בספטמבר 1949 הכריז נשיא ארה”ב הארי טרומן על פרוייקט לפיתוח נשק אטומי חדש- פצצת המימן. היוזמה לפרויקט הייתה של אדוארד טלר בעקבות רעיונו של פרמי. הכל היה עדיין בגדר תיאוריה והיה דרוש הרבה כסף לבניית פצצה אטומית שהיא רק חלק מפצצת המימן לכן, היו שהתנגדו לפצצה כגון רוברט אופנהיימר שהיה ראש הוועדה האמריקאית לאנרגיה אטומית” הוא טען יחד עם כל הוועדה שהוא -3- מתנגד לצעוד צעד נוסף קדימה בנשק הגרעיני ולא רק בגלל הספק להצלחה וההוצאה הרבה אלא גם מכיוון שהיה חשש שהמוצר הסופי יהיה גדול מידי לתובלה אווירית וכן היה פחד באשר לתבונה המוסרית של להתקדם עוד צעד במדע ההשמדה . בעוד ברית המועצות התקרבה גם היא לפצצת המימן האמרקיאים ערכו ניסויים באוקיאנוס השקט בשנת 1951, שם נערכו מדידות מכריעות שאחריהן הוכיח אדוארד טלר השפצצה בגדר המציאות וכך הוחלט להוציאה אל הפועל. רוברט אופנהיימר הצטרף לבסוף להחלטה שנתקבלה. בשנת 1952 הצטרפה בריטניה עם פצצת הפלוטוניום שלה לאמריקה וחודש לאחר מכן בראשון לנובמבר פוצץ בהצלחה המתקן התרמו גרעיני הראשון אף שהיה גדול מדי לתובלה אווירית. הנשורת הרדיו אקטיבית של הפצצה גרמה נזק לבריאותם של דייגים יפנים שהיו במרחק של כ- 160 ק”מ ממרכז הפצצה.פצצת המימן הזו הייתה פי 700 (!) חזקה ורבת עוצמה מהפצצה האטומית שהוטלה על הירושימה; ועוצמת הנפץ הייתה גדולה פי עשר(!) מכל הפצצות שנפלו על גרמניה במשך ארבע שנות מלחמת העולם הראשונה. -4- לסיכום המימן הינו שותף פעיל ואף הבסיס בתהליכי אנרגיה רבים וחשובים. אחד החשובים שבהם הוא ההיתוך התהליך שמתרחש בפצצת המימן. המימן הוא החומר הנפוץ ביקום ומהווה שני שליש מהמים. פצצת המימן היא בעצם עוד צעד במדע ההשמדה דבר שנוצר מצד אחד להגנה אך מצד שני מביא הרס וחורבן ומפחית את רמת המוסר האנושי. אך מעולם לא השתמשו בה במהלך מלחמה למרות ואולי בגלל כוחה העצום.
תפריט
