Lær mer om hydrogen

Hydrogen er det letteste kjemiske elementet i universet og er i stand til å binde seg til andre hydrogenatomer og danne en gass som har flere bruksområder.

Bilde av Florencia Viadana ved Unsplash

Hydrogen er det kjemiske elementet med den laveste atommassen (1 u) og det laveste atomnummeret (Z = 1) blant alle elementene som hittil er kjent. Til tross for at den er plassert i den første perioden av IA (alkalimetaller) -familien i det periodiske systemet, har ikke hydrogen fysiske og kjemiske egenskaper som ligner på elementene i denne familien, og er derfor ikke en del av det. Generelt er hydrogen det mest utbredte elementet i hele universet og det fjerde mest utbredte elementet på planeten Jorden.

Hydrogen har unike egenskaper, det vil si at det ikke ligner noe annet kjemisk element som er kjent for mennesker. Hydrogen deltar ofte i sammensetningen av flere typer organiske og uorganiske stoffer, som metan og vann. Når det ikke er en del av kjemiske stoffer, finnes det utelukkende i gassform, hvis formel er H2.

I sin naturlige tilstand og under normale forhold er hydrogen en fargeløs, luktfri og smakløs gass. Det er et molekyl med stor kapasitet til å lagre energi, og det er derfor forsket mye på bruken av den som en fornybar kilde til elektrisk og termisk energi.

Funn av hydrogen

På midten av 1500-tallet bestemte Pareselsvs seg for å sette noen metaller i reaksjon med syrer, og endte opp med å skaffe hydrogen. Selv om det tidligere ble testet, klarte Henry Cavendish å skille hydrogen fra brennbare gasser og anså det som et kjemisk element i 1766.

Å ikke være et metall, enda mindre en ametal, utgjør dets særegenhet i det periodiske systemet. I 1773 ga Antoine Lavoisier den kjemiske komponenten navnet hydrogen, som stammer fra gresk hydro og gener , og betyr vanngenerator.

Hydrogen i naturen

Hydrogen er en del av den kjemiske sammensetningen av flere organiske stoffer (proteiner, karbohydrater, vitaminer og lipider) og uorganiske stoffer (syrer, baser, salter og hydrider);
I atmosfærisk luft er den tilstede i gassformat, representert av molekylformen H2, som dannes gjennom den kovalente bindingen mellom to hydrogenatomer;
Hydrogen utgjør også vannmolekyler, en viktig ressurs for livet.

Hydrogenkilder

På jorden finnes ikke hydrogen i sin reneste form, men i kombinert form (hydrokarboner og derivater). Av denne grunn må hydrogen utvinnes fra flere kilder. De viktigste kildene til hydrogen er:

Naturgass;
Etanol;
Metanol;
Vann;
Biomasse;
Metan;
Alger og bakterier;
Bensin og diesel.

Kjennetegn ved Atomic Hydrogen

Den har tre isotoper (atomer med samme atomnummer og forskjellige massetall), som er protium (1H1), deuterium (1H2) og tritium (1H3);
Den presenterer bare et elektronisk nivå;
Den har en enkelt proton i kjernen;
Den har bare ett elektron på sitt elektroniske nivå;
Antall nøytroner avhenger av isotopen - propium (0 nøytroner), deuterium (1 nøytron) og tritium (2 nøytroner);
Den har en av de minste atomstrålene i det periodiske systemet;
Den har større elektronegativitet enn noe metallisk element;
Den har et større ioniseringspotensial enn noe metallisk element;
Det er et atom som er i stand til å transformere seg selv til et kation (H +) eller et anion (H-).

Stabiliteten til hydrogenatomet oppnås når det mottar et elektron i valensskallet (det ytterste skallet av et atom). I ioniske bindinger samhandler hydrogen utelukkende med et metall og får et elektron fra det. I kovalente bindinger deler hydrogen elektronet med en ametal eller med seg selv, og danner enkle bindinger.

Molekylær hydrogen (H2) egenskaper

Ved romtemperatur finnes den alltid i gassform;
Det er en brennbar gass;
Smeltepunktet er -259,2 ° C;
Dens kokepunkt er -252,9 ° C;
Den har en molar masse lik 2 g / mol, og er den letteste gassen;
Den har en sigma kovalent binding, type ss, mellom de to involverte hydrogenatomer;
Mellom atomer deles to elektroner;
Den har lineær geometri;
Dens molekyler er ikke-polare;
Dens molekyler samhandler ved hjelp av induserte dipolkrefter.

Molekylært hydrogen har stor kjemisk affinitet med flere forbindelser. Denne egenskapen gjelder det ene stoffets evne til å reagere med det andre, for selv om to eller flere stoffer bringes i kontakt, men det ikke er noen affinitet mellom dem, vil reaksjonen ikke forekomme. På denne måten deltar den i reaksjoner som hydrogenering, forbrenning og enkel utveksling.

Måter å skaffe molekylært hydrogen (H2)

Fysisk metode

Molekylært hydrogen kan fås fra atmosfærisk luft, da det er en av gassene som er tilstede i denne blandingen. For dette er det nødvendig å utsette den atmosfæriske luften for fraksjonell flytende metode og deretter for fraksjonell destillasjon.

Kjemisk metode

Molekylært hydrogen kan oppnås gjennom spesifikke kjemiske reaksjoner, for eksempel:

Enkel utveksling: reaksjon der et ikke-edelt metall (Me) fortrenger hydrogenet som er tilstede i en uorganisk syre (HX), og danner noe salt (MeX) og molekylært hydrogen (H2):

Me + HX → MeX + H2

Hydrering av kokskull (biprodukt av mineralsk kull): i denne reaksjonen samhandler karbon (C) i kullet med oksygenet i vannet (H2O) og danner karbonmonoksid og hydrogengass:

C + H2O → CO + H2

Vannelektrolyse: Når vann blir utsatt for elektrolyseprosessen, dannes oksygen og hydrogengasser:

H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Hydrogen Utilities

Drivstoff til raketter eller biler;
Buebrennere (bruk elektrisk energi) for å kutte metaller;
Sveiser;
Organiske synteser, nærmere bestemt i hydrogeneringsreaksjoner av hydrokarboner;
Organiske reaksjoner som omdanner fett til vegetabilske oljer;
Produksjon av hydrogenhalogenider eller hydrogenerte syrer;
Produksjon av metallhydrider, slik som natriumhydrid (NaH).

Hydrogenbombe

Hydrogenbomben, H-bomben eller den termonukleære bomben er atombomben som har størst potensial for ødeleggelse. Driften er resultatet av en kjernefusjonsprosess, og det er derfor den også kan kalles en fusjonsbombe.

Eksplosjonen av en hydrogenbombe skyldes fusjonsprosessen, som finner sted under svært høye temperaturer, omtrent 10 millioner grader Celsius. Produksjonsprosessen til denne pumpen begynner med foreningen av hydrogenisotoper, kalt protium, deuterium og tritium. Sammenføyningen av hydrogenisotoper fører til at atomkjernen genererer enda mer energi, dette skyldes at heliumkjerner dannes, hvis atommasse er 4 ganger større enn den for hydrogen.

Dermed blir kjernen som var lett tung. Derfor er kjernefusjonsprosessen tusenvis av ganger mer voldelig enn fisjon. Styrken til en hydrogenbombe kan nå 10 millioner tonn dynamitt, og frigjøre radioaktivt materiale og elektromagnetisk stråling på et nivå som er langt bedre enn atombomber.

Den første testen av en hydrogenbombe, i 1952, frigjorde en mengde energi som tilsvarer omtrent 10 millioner tonn TNT. Det er verdt å nevne at denne typen reaksjoner er energikilden til stjerner som solen. Den består av 73% hydrogen, 26% helium og 1% andre grunnstoffer. Dette forklares med det faktum at det er fusjonsreaksjoner i kjernen, der hydrogenatomer smelter sammen for å danne heliumatomer.

Fakta om hydrogen

Molekylært hydrogen er lettere enn luft og ble brukt i stive luftskip av den tyske greven Ferdinand von Zeppelin, derav navnet på luftskipene;
Molekylært hydrogen kan syntetiseres av noen bakterier og alger;
Hydrogen kan brukes til å produsere drivstoff med rent energi;
Metangass (CH4) er en stadig viktigere kilde til hydrogen.