عنصر شیمیایی هیدروژن به عنوان یک غیرفلز طبقه بندی می شود. این می تواند با فشار بسیار بالا به فلز تبدیل شود. جو زمین حاوی گاز هیدروژن بسیار کمی است - چگالی بسیار کم آن باعث می شود تا راحت تر از گازهای متراکم مانند اکسیژن از گرانش زمین فرار کنید.بیشتر هیدروژن زمین به شکل ترکیبات شیمیایی مانند آب و هیدروکربن است.
در سلسه مقالاتی به بررسی تک یک عناصر جدول مندلیف می پردازیم واقعیت های ناگفته از این عناصر را بیان خواهیم کرد با ما باشید
کشف هیدروژن
Theophrastus Paracelsus - اولین فرد که کشف کرد تولید هیدروژن از هوا بوجود می آید.
دکتر داگ استوارت دریک آزمایش با اضافه کردن یک فلز مانند منیزیم به اسید مشاهده کردفلز با اسید واکنش می دهد، ویک نمک تشکیل می دهد و هیدروژن را از اسید آزاد می کند. گاز هیدروژن از مایع بصورت حباب در میآید
اولین نمونه ثبت شده هیدروژن ساخته شده توسط انسان در نیمه اول 1500s بود، به روش مشابهی که در حال حاضر در مدارس استفاده می شود. Theophrastus Paracelsus، یک پزشک، آهن را در اسید سولفوریک حل کرده و گاز هیدروژن را آزاد کرد.
Turquet De Mayerne آزمایش پاراسلسوس را در سال 1650 تکرار کرد و متوجه شد که گاز قابل اشتعال است. نه Paracelsus و نه De Mayerne هیدروژن را بعنوان یک عنصر جدید معرفی نکردند . در واقع، Paracelsus معتقد بود که تنها سه عنصر وجود دارد نمک، گوگرد و جیوه و همه مواد دیگر از ترکیبات مختلف این سه ساخته شده است.
دانشمند انگلیسی رابرت بویل در سال 1670 آهن را به اسید سولفوریک اضافه کرد. او نشان داد که گاز حاصل شده (هیدروژن) تنها در صورتی که هوا وجود داشته باشد سوزانده می شود و در نتیجه سوختگی بخشی از کربن هوا (ما اکنون آن را اکسیژن نامیده اید) مصرف کردیم.
هیدروژن برای اولین بار به عنوان یک عنصر متمایز در سال 1766 توسط هنری Cavendish دانشمند انگلیسی به رسمیت شناخته شد، زمانی که اسید هیدروکلریک با روی (zinc)واکنش داد او هیدروژن را به عنوان "هوا قابل اشتعال از فلزات" توصیف کرد کاوندیش همچنین مشاهده کرد که وقتی مواد سوخته، آب تولید می شود.
دانشمند فرانسوی Antoine Lavoisier بعدها آن راعنصرهیدروژن نامید (1783). این نام از کلمه هیدرو 'یونانی' به معنی آب تشکیل شده و 'ژن ها' به معنی تشکیل - هیدروژن یکی از دو عنصر تشکیل دهنده آب است.
در سال 1806، هیدروژن به عنوان یک عنصر به خوبی شناخته شد، شیمیدان انگلیسی هامفری دیوی یک جریان الکتریکی قوی را از طریق آب تصفیه شده عبور داد هیدروژن و اکسیژن را تشکیل داد. این آزمایش نشان داد که برق می تواند مواد را به عناصر تشکیل دهنده آن متصل کند. دیوی متوجه شد که مواد با یک پدیده الکتریکی مرتبط شده اند؛ او ماهیت واقعی پیوند شیمیایی را کشف کرده است.
داخل مشتری و زحل هیدروژن مایع فلزی وجود دارد
ظاهر و مشخصات هیدروژن
اثرات مضر:
هیدروژن بسیار قابل اشتعال است و شعله تقریبا نامرئی دارد که می تواند منجر به سوختگی های تصادفی شود.
واقعیت هایی از عنصر هیدروژن
-هیدروژن ساده ترین عنصر و سبک ترین است. شایع ترین عنصر در جهان است. بیش از 90 درصد از اتم ها در جهان هیدروژن هستند.
-در رایج ترین شکل، اتم هیدروژن از یک پروتون، یک الکترون و هیچ نوترون ساخته شده است. هیدروژن تنها عنصری است که می تواند بدون نوترون وجود داشته باشد.
- هیدروژن مایع کمترین تراکم هر مایع را دارد.
-هیدروژن یک گاز بی رنگ و بدون بو است که در دما و فشار استاندارد، به عنوان مولکول های دواتومیک( دو اتم در هرمولکول)، H2 وجود دارد.
- مخلوط انفجاری را در هوا تشکیل می دهد و به شدت با اکسیدان ها واکنش می دهد.و می سوزد
-در زمین، محل اصلی هیدروژن در آب، H2O است. هیدروژن آزاد کمی بر روی زمین وجود دارد، زیرا هیدروژن آنقدر سبک است که توسط گرانش سیاره نگهداری نمی شود. هرهیدروژن در نهایت به فضا فرار می کند.
-اگرچه هیدروژن معمولا یک غیر فلزی است، زمانی که فشار زیادی به آن اعمال می شود، به یک فلز مایع تبدیل می شود.چنین فشارهایی در سیارات غول پیکر گاز مانند مشتری و زحل یافت می شود. اعتقاد بر این است که میدان مغناطیسی بالا (14 بار زمین) توسط یک اثر دینامیک ناشی از الکتریسیته هیدروژن فلزی به وجود می آید که باعث چرخش سیاره می شود.
-هیدروژن یونهای مثبت و منفی را تشکیل می دهد. این کار را آسانتر از هر عنصر دیگر انجام می دهد.
-نور ماوراء بنفش باعث ایجاد واکنش زنجیره ای انفجاری هیدروژن و کلر می شود.
-هیدروژن با عناصر اکسیژن ، کلر و فلوئور واکنش انفجاری نشان می دهد: O2 ، Cl2 ، F2.
استفاده از هیدروژن
در دماها و فشارهای زیاد ، هیدروژن می تواند با نیتروژن ترکیب شود تا آمونیاک تشکیل شود. این گاز بی رنگ با بوی ماهی بسیار زیاد در تولید کود و اسید نیتریک مورد استفاده قرار می گیرد.
آمونیاک: N2 (گرم) + 3H2 (g) N 2NH3 (گرم)
نیترات آمونیوم: NH3 (g) + HNO3 (L) → NH4NO3 (s)
هیدروژن ، حاصل از گاز متان (گاز طبیعی) در ساخت متانول استفاده می شود.
CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3H2 (g)
CO (g) + 2H2 (g) → CH3OH (l)
-متانول یک ماده شیمیایی مهم صنعتی است که به عنوان حلال ، سوخت و در ساخت سایر مواد شیمیایی مانند فرمالدئید برای استفاده در صنعت پلاستیک مورد استفاده قرار می گیرد. متانول را می توان به آسانی به بنزین مصنوعی تبدیل کرد.
-هیدروژن مایع به عنوان یک سوخت موشکی استفاده می شود، به عنوان مثال، نیروی شاتل فضایی را از زمین بلند می کند و به سمت مدار حرکت می کند. هیدروژن مایع و اکسیژن در مخزن سوخت بزرگ شاتل قرار دارند. (تصویر را ببینید.)
-دو ایزوتوپ سنگین هیدروژن (دوتریوم و تریتیوم) در همجوشی هسته ای استفاده می شود.
-هیدروژن به عنوان یک جایگزین برای اقتصاد فعلی هیدروکربن (نفت، گاز و زغال سنگ) ما پیشنهاد شده است.
-اساس اقتصاد هیدروژن این است که انرژی تولید می شود وقتی هیدروژن به اکسیژن احتیاج دارد و تنها محصول جانبی واکنش آب است.
-در حال حاضر، هیدروژن درخودروهای هیدروژنی از هیدروکربن ها تولید می شود. برای مثال، انرژی های خورشیدی یا باد، برای مثال، می توانند به صورت تجاری به منظور تقسیم آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده شوند.
-در صنایع غذایی از گاز هیدروژن برای تبدیل روغنهایی مانند روغن دانه آفتابگردان به نیمه جامد برای استفاده در مارگارین استفاده می شود.
فراوانی و ایزوتوپها
پوسته زمین فراوانی: 1400 قطعه در میلیون وزن (0.14٪)، 2.9٪ مولکول
سیستم خورشیدی فراوانی: 75٪ وزن، 93٪ مول
هزینه خالص: هر 100 گرم12 دلار
هزینه، فله: هر 100 گرم $
منبع:
هیدروژن به وسیله واکنش متان یا کربن، بخار و تبخیر می شود. در آزمایشگاه، هیدروژن می تواند از واکنش اسید روی فلزات مانند روی یا منیزیم تولید شود یا توسط الکترولیز آب
الکترولیز آزمایشگاهی :انرژی الکتریکی برای تجزیه آب استفاده می شود. هیدروژن در یک لوله آزمایش، اکسیژن در دیگری جمع می شود
ایزوتوپها:
هیدروژن دارای سه ایزوتوپ، 1H (پروتیوم)، 2H (دوتریوم) و 3H (Tritium) است. دو ایزوتوپ سنگین تر (دوتریم و تریتیوم) برای همجوشی هسته ای استفاده می شود. پروتیوم فراوان ترین ایزوتوپ است و تریتیوم کمترین فراوانی دارد. تریتیوم با نیمه عمر حدود 12 سال 4 ماه ناپایدار است. به طور طبیعی هیدروژن ترکیبی از دو ایزوتوپ های 1H و 2H با فراوانی طبیعی 99.99٪ و 0.01٪ است.
بیشتر بخوانید :
طبقه بندی عناصر
پیوند هیدروژنی چیست ؟