hidrojen - Hydrogen

Hidrojen,  1 H
Hidrojen deşarj tüpü.jpg
Plazma durumunda mor parıltı
Hidrojen
Dış görünüş renksiz gaz
Standart atom ağırlığı A r, std (H) [1.007 841.008 11 ] geleneksel: 1.008
Periyodik tablodaki hidrojen
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson


H

Li
– ← hidrojenhelyum
Atom numarası ( Z ) 1
Grup grup 1 : hidrojen ve alkali metaller
Dönem 1. dönem
Engellemek   s bloğu
Elektron konfigürasyonu 1s 1
Kabuk başına elektron 1
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP gaz
Erime noktası (H 2 )  13,99 K ​(-259,16 °C, ​-434,49 °F)
Kaynama noktası (H 2 ) 20.271 K ​(−252.879 °C, ​-423.182 °F)
Yoğunluk (STP'de) 0.08988 g/L
sıvı olduğunda (  mp'de ) 0.07 g / cc 3 (katı: 0,0763 g / cm 3 )
sıvı olduğunda (  bp'de ) 0,07099 g / cm 3
üçlü nokta 13.8033 K, ​7.041 kPa
Kritik nokta 32.938 K, 1.2858 MPa
Füzyon ısısı (H 2 ) 0.117  kJ/mol
Buharlaşma ısısı (H 2 ) 0.904 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi (H 2 ) 28.836 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P  (Pa) 1 10 100 1 bin 10 bin 100 bin
de  T  (K) 15 20
atomik özellikler
oksidasyon durumları -1 , +1 (bir  amfoterik oksit)
elektronegatiflik Pauling ölçeği: 2.20
iyonlaşma enerjileri
kovalent yarıçap 31±5  pm
Van der Waals yarıçapı 120 öğleden sonra
Spektral bir aralıktaki renkli çizgiler
Hidrojenin spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum ilkel
Kristal yapı altıgen şeklinde
Hidrojen için altıgen kristal yapı
Sesin hızı 1310 m/s (gaz, 27 °C)
Termal iletkenlik 0.1805 W/(m⋅K)
Manyetik sıralama diamanyetik
Molar manyetik duyarlılık -3,98 x 10 -6  cm 3 / mol (298 K)
CAS numarası 12385-13-6
1333-74-0 (Y 2 )
Tarih
keşif Henry Cavendish (1766)
Adlandıran Antoine Lavoisier (1783)
Hidrojenin ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
1 saat %99.98 kararlı
2 saat %0.02 kararlı
3 saat iz 12.32 yıl β - 3 O
Kategori Kategori: Hidrojen
| Referanslar

Hidrojen olduğu kimyasal element ile sembol H ve atom numarası  1. Hidrojen hafif elemanıdır. En standart koşullar , hidrojen olan , gaz ve iki atomlu molekül olan , formül H 2 . Bu ise , renksiz , kokusuz , toksik olmayan ve oldukça yanıcı . Hidrojen, evrende en bol bulunan kimyasal maddedir ve tüm normal maddenin kabaca %75'ini oluşturur . Güneş gibi yıldızlar esas olarak plazma halindeki hidrojenden oluşur . Dünyadaki hidrojenin çoğu, su ve organik bileşikler gibi moleküler formlarda bulunur . Hidrojenin en yaygın izotopu (sembol 1 H) için her atomun bir protonu , bir elektronu vardır ve nötronu yoktur .

Erken evrende , hidrojen çekirdeği olan protonların oluşumu, Büyük Patlama'dan sonraki ilk saniye içinde meydana geldi . Evren boyunca nötr hidrojen atomlarının ortaya çıkışı, yaklaşık 370.000 yıl sonra rekombinasyon çağında , plazma elektronların protonlara bağlı kalması için yeterince soğuduğunda meydana geldi .

Hidrojen, aşırı yüksek basınçlar dışında metalik değildir ve metal olmayan elementlerin çoğuyla kolayca tek bir kovalent bağ oluşturarak su ve neredeyse tüm organik bileşikler gibi bileşikler oluşturur . Hidrojen, asit-baz reaksiyonlarında özellikle önemli bir rol oynar, çünkü bu reaksiyonlar genellikle çözünür moleküller arasında proton alışverişini içerir. Olarak iyonik bileşikler , hidrojen, bir negatif yüke şeklini alabilir (yani anyon ) bir olarak bilinen hidrid veya bir pozitif yüklü (diğer bir deyişle, olarak katyon ) türler H sembolü ile gösterilen + . H + katyonu basitçe bir protondur (sembol p ) ancak sulu çözeltilerdeki ve iyonik bileşiklerdeki davranışı , elektrik yükünün yakındaki polar moleküller veya anyonlar tarafından taranmasını içerir . Hidrojen, Schrödinger denkleminin analitik olarak çözülebildiği tek nötr atom olduğundan, onun enerji ve kimyasal bağlarının incelenmesi, kuantum mekaniğinin gelişiminde kilit bir rol oynamıştır .

Hidrojen gazı ilk olarak 16. yüzyılın başlarında asitlerin metaller üzerindeki reaksiyonuyla yapay olarak üretildi. 1766-81'de Henry Cavendish , hidrojen gazının ayrı bir madde olduğunu ve yandığında su ürettiğini ilk fark eden kişiydi; bu özellik daha sonra adını aldı: Yunanca, hidrojen "su oluşturucu" anlamına gelir.

Endüstriyel üretim , esas olarak buharla reforme eden doğal gazdan ve daha az sıklıkla suyun elektrolizi gibi daha enerji yoğun yöntemlerden kaynaklanmaktadır . Hidrojenin çoğu üretim sahasının yakınında kullanılır, en büyük iki kullanım fosil yakıt işleme (örneğin hidrokraking ) ve çoğunlukla gübre pazarı için amonyak üretimidir. Hidrojen metalurjide sorunludur çünkü birçok metali gevrekleştirebilir ve boru hatlarının ve depolama tanklarının tasarımını karmaşık hale getirebilir .

Özellikler

Yanma

Hidrojenin havadaki oksijenle yanması. Alt kapak çıkarıldığında, alttan hava girmesine izin verildiğinde, kaptaki hidrojen üstten yükselir ve hava ile karıştıkça yanar.
Alt kısmında asılı duran ve açıklığından mavi bir parıltı çıkan siyah fincan benzeri bir nesne.
Uzay mekiği Ana motor tam itme de hemen hemen görünmez bir alev üreten, oksijen ile hidrojeni yanmış.

Hidrojen gazı ( dihidrojen veya moleküler hidrojen) oldukça yanıcıdır:

2 H 2 (g) + O 2 (g) → 2 H 2 O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Yanma entalpisi -286 kJ / mol.

Hidrojen gazı, hava ile %4-74 konsantrasyonlarda ve klor ile %5-95 arasında patlayıcı karışımlar oluşturur. Patlayıcı reaksiyonlar kıvılcım, ısı veya güneş ışığı ile tetiklenebilir. Hidrojen kendiliğinden tutuşma sıcaklığı , havada kendiliğinden tutuşma sıcaklığı , 500 °C'dir (932 °F).

Alev

Saf hidrojen-oksijen alev yayar ultraviyole ışık ve hafif bir buğunun ile gösterildiği gibi, yüksek oksijen karışımı ile, çıplak gözle hemen hemen görünmez uzay mekiği ana motoru a oldukça görünür tüy ile karşılaştırıldığında, uzay mekiği katı roket iticisinde olan kullanımları, bir amonyum perklorat kompoziti . Yanan bir hidrojen sızıntısının tespiti, bir alev dedektörü gerektirebilir ; bu tür sızıntılar çok tehlikeli olabilir. Diğer koşullarda hidrojen alevleri mavidir ve mavi doğal gaz alevlerine benzer. Hindenburg hava gemisinin imha hidrojen yanma meşhur bir örneği ve nedeni halen tartışılmaktadır. Fotoğraflardaki görünür alevler, zeplin derisinin yanmasındaki karbon bileşiklerinin sonucuydu.

reaktanlar

H 2 gibi iki atomlu elemanlara göre reaktif olmayan halojen veya oksijen. Bu düşük reaktivitenin termodinamik temeli, 435,7 kJ/mol'lük bir bağ ayrışma enerjisine sahip çok güçlü HH bağıdır . Düşük reaktivite kinetik baz H polar olmayan doğası 2 ve zayıf polarize. Sırasıyla hidrojen klorür ve hidrojen florür oluşturmak için klor ve flor ile kendiliğinden reaksiyona girer . H tepkime 2 güçlü metal katalizörler varlığında etkilenir. Bu nedenle, H karışımları ise 2 O ile 2 , bir kıvılcım veya alev en az 500 ° C'ye ısıtıldı, hemen veya hava yanacaktır, bir katalizör olmadan oda sıcaklığında reaksiyona girmezler.

Elektron enerji seviyeleri

Açık gri büyük bir kürenin, bir çeyreği ve siyah bir küçük küre ve göreceli çaplarını gösteren 1.7x10−5 sayıları ile çizimi.
Gösterilen merkezi proton boyutuna ve Bohr model yarıçapının yaklaşık iki katı olarak gösterilen atom çapına sahip bir hidrojen atomunun tasviri (görüntü ölçekli değildir)

Temel durum enerji düzeyi bir hidrojen atomu bir elektronun bir -13.6  eV bir ultraviyole eşdeğerdir, foton yaklaşık 91  nm dalga boyu.

Hidrojenin enerji seviyeleri , elektronu, Dünya'nın Güneş'in yörüngesine benzer şekilde protonun "yörüngesinde dönen" olarak kavramsallaştıran Bohr atom modeli kullanılarak oldukça doğru bir şekilde hesaplanabilir . Bununla birlikte, atomik elektron ve proton elektromanyetik kuvvet tarafından bir arada tutulurken, gezegenler ve gök cisimleri yerçekimi tarafından tutulur . Bohr tarafından erken kuantum mekaniğinde öne sürülen açısal momentumun ayrıklaştırılması nedeniyle , Bohr modelindeki elektron, protondan yalnızca belirli izin verilen mesafeleri ve dolayısıyla yalnızca belirli izin verilen enerjileri işgal edebilir.

Hidrojen atomunun daha doğru bir tanımı , elektronun proton etrafındaki olasılık yoğunluğunu hesaplamak için Schrödinger denklemi , Dirac denklemi veya Feynman yolu integral formülasyonunu kullanan tamamen kuantum mekaniksel bir işlemden gelir . En karmaşık tedaviler, özel görelilik ve vakum polarizasyonunun küçük etkilerine izin verir . Kuantum mekaniksel işlemde, temel durumdaki bir hidrojen atomundaki elektronun hiçbir açısal momentumu yoktur; bu, "gezegen yörüngesinin" elektron hareketinden nasıl farklı olduğunu gösterir.

Spin izomerleri

Moleküler H 2 iki şekilde var olan eğirme izomerler tek farklılık yani, bileşikler, spinlerde nükleuslarında. Gelen orthohydrogen formu, iki çekirdeğin spin bir eğirme oluşturan, paralel üçlü durumunu bir olan toplam molekül döndürme ; içinde parahydrogen şeklinde döndürme anti-paralel olan ve bir dönüş oluşturan tekli durum olan sıkma . Orto- ve para-hidrojenin denge oranı sıcaklığa bağlıdır. Oda sıcaklığında veya daha sıcakta, denge hidrojen gazı para biçiminin yaklaşık %25'ini ve orto biçimin %75'ini içerir. Orto form uyarılmış bir durumdur , para formundan 1.455 kJ/mol daha yüksek enerjiye sahiptir ve düşük sıcaklığa soğutulduğunda birkaç dakika içinde para forma dönüşür. Formların termal özellikleri, izin verilen rotasyonel kuantum durumlarında farklılık gösterdiğinden, ısı kapasitesi gibi farklı termal özelliklerle sonuçlandığından farklılık gösterir.

H orto-to-para oranı 2 önemli bir husustur , sıvılaştırma ve depolanması , sıvı hidrojen para orto dönüşüm olduğunu: eksotermik esnasında parahydrogen ilk dönüştürülür değilse sıvının buharlaştırılması için yeterli ısı üretir soğutma işlemi. Ferrik oksit ve aktif karbon bileşikleri gibi orto-para ara dönüşümü için katalizörler , bu sıvı kaybını önlemek için hidrojen soğutması sırasında kullanılır.

Aşamalar

Hidrojenin logaritmik ölçeklerde faz diyagramı.  Çizgiler, fazlar arasındaki sınırları gösterir ve sıvı gaz hattının sonu kritik noktayı gösterir.  Hidrojenin üçlü noktası, solda sadece ölçek dışı.
Hidrojenin faz diyagramı . Sıcaklık ve basınç ölçekleri logaritmiktir , bu nedenle bir birim 10x değişime karşılık gelir. 10 sol kenar karşılık 5 yaklaşık Pa, atmosfer basıncında .

Bileşikler

Kovalent ve organik bileşikler

H 2 , standart koşullar altında çok reaktif olmasa da, çoğu elementle bileşikler oluşturur. Hidrojen, halojenler (F, Cl, Br, I) veya oksijen gibi daha elektronegatif elementlerle bileşikler oluşturabilir ; bu bileşiklerde hidrojen kısmi pozitif yük alır. Daha elektronegatif bir elemente, özellikle florin , oksijen veya nitrojene bağlandığında , hidrojen, yalnız bir çifti olan başka bir elektronegatif element ile orta kuvvette kovalent olmayan bir bağ şeklinde katılabilir; bu, hidrojen bağı olarak adlandırılan ve birçok kişinin stabilitesi için kritik olan bir fenomendir . biyolojik moleküller. Hidrojen ayrıca , kısmi negatif yük aldığı metaller ve metaloidler gibi daha az elektronegatif elementlere sahip bileşikler oluşturur . Bu bileşikler genellikle hidritler olarak bilinir .

Hidrojen , hidrokarbonlar olarak adlandırılan karbonlu çok geniş bir bileşikler dizisi oluşturur ve canlılarla genel ilişkileri nedeniyle organik bileşikler olarak adlandırılan heteroatomlarla daha da geniş bir dizi oluşturur . Özelliklerinin incelenmesi organik kimya olarak bilinir ve canlı organizmalar bağlamında çalışmaları biyokimya olarak bilinir . Bazı tanımlara göre, "organik" bileşiklerin yalnızca karbon içermesi gerekir. Bununla birlikte, çoğu aynı zamanda hidrojen de içerir ve bu bileşik sınıfına belirli kimyasal özelliklerinin çoğunu veren karbon-hidrojen bağı olduğundan, kimyadaki "organik" kelimesinin bazı tanımlarında karbon-hidrojen bağları gereklidir. Milyonlarca hidrokarbon bilinmektedir ve bunlar genellikle elementel hidrojeni nadiren içeren karmaşık yollardan oluşur.

Hidrojen, birçok nadir toprak ve geçiş metalinde yüksek oranda çözünür ve hem nanokristal hem de amorf metallerde çözünür . Metallerdeki hidrojen çözünürlüğü , kristal kafes içindeki yerel bozulmalardan veya safsızlıklardan etkilenir . Bu özellikler, hidrojen sıcak paladyum disklerden geçirilerek saflaştırıldığında faydalı olabilir , ancak gazın yüksek çözünürlüğü metalurjik bir problemdir, birçok metalin gevrekleşmesine katkıda bulunur, boru hatlarının ve depolama tanklarının tasarımını karmaşıklaştırır.

hidritler

Hidrojen bileşikleri genellikle oldukça gevşek bir şekilde kullanılan bir terim olan hidritler olarak adlandırılır . "Hidrit" terimi, H atomunun H - ile gösterilen negatif veya anyonik bir karakter kazandığını ve hidrojenin daha elektropozitif bir elemente sahip bir bileşik oluşturduğunda kullanıldığını gösterir . Gilbert N. Lewis tarafından 1916'da grup 1 ve 2 tuz benzeri hidritler için önerilen hidrit anyonunun varlığı, Moers tarafından 1920'de erimiş lityum hidridin (LiH) elektrolizi ile kanıtlandı ve stoikiometrik miktarda hidrojen üretti . anot. Grup 1 ve 2 metalleri dışındaki hidritler için bu terim, hidrojenin düşük elektronegatifliği düşünüldüğünde oldukça yanıltıcıdır. 2. grup hidritlerde bir istisna BeH'dir
2
, polimerik olan. İçinde lityum alüminyum hidrid , AlH-
4
anyon, Al(III)'e sıkıca bağlı hidridik merkezler taşır.

Hidritler hemen hemen tüm ana grup elementlerle oluşturulabilmesine rağmen, olası bileşiklerin sayısı ve kombinasyonu büyük ölçüde değişir; örneğin, 100'den fazla ikili boran hidrit bilinmektedir, ancak sadece bir ikili alüminyum hidrit. Daha büyük kompleksler olmasına rağmen ikili indiyum hidrit henüz tanımlanmamıştır.

İçinde İnorganik kimya , hidridler de olarak görev yapabilir ligandlar köprü bir iki metal merkezi bağlantı kompleks koordinasyon . Bu işlev özellikle grup 13 elementlerinde , özellikle boranlarda ( bor hidrürler) ve alüminyum komplekslerinde ve ayrıca kümelenmiş karboranlarda yaygındır .

Protonlar ve asitler

Hidrojenin oksidasyonu elektronunu uzaklaştırır ve elektron içermeyen H + ve genellikle bir protondan oluşan bir çekirdek verir . Bu yüzden H+
genellikle proton olarak adlandırılır. Bu tür, asitlerin tartışılmasının merkezinde yer alır . Altında Bronsted-Lowry asit-baz teorisi bazlar proton kabul eden ise, asit, proton vericileri bulunmaktadır.

Çıplak bir proton, H+
, elektronlu diğer atomlara veya moleküllere karşı durdurulamaz çekimi nedeniyle çözeltide veya iyonik kristallerde var olamaz. Plazmalarla ilişkili yüksek sıcaklıklar dışında, bu tür protonlar atomların ve moleküllerin elektron bulutlarından ayrılamazlar ve onlara bağlı kalırlar. Bununla birlikte, 'proton' terimi bazen diğer türlere bu şekilde bağlanan pozitif yüklü veya katyonik hidrojene atıfta bulunmak için gevşek ve mecazi olarak kullanılır ve bu nedenle " H " ile gösterilir.+
"Herhangi bir tek protonun bir tür olarak özgürce var olduğuna dair herhangi bir ima olmadan.

Çözeltideki çıplak "çözülmüş proton" imasını önlemek için, asidik sulu çözeltilerin bazen " hidronyum iyonu" ( H
3
Ö+
). Bununla birlikte, bu durumda bile, bu tür solvatlanmış hidrojen katyonları, H'ye daha yakın türler oluşturan kümeler halinde organize edilmiş olarak daha gerçekçi bir şekilde düşünülür.
9
Ö+
4
. Diğer oksonyum iyonları , su diğer çözücülerle asidik çözelti içindeyken bulunur.

Dünyada egzotik olmasına rağmen, evrendeki en yaygın iyonlardan biri H'dir.+
3
Protonlanmış moleküler hidrojen veya trihidrojen katyonu olarak bilinen iyon .

izotoplar

Blausen 0530 Hidrojen İzotopları.png
Hidrojen deşarjı (spektrum) tüpü
Döteryum deşarj (spektrum) tüpü

Hidrojenin, doğal olarak oluşan üç izotopu vardır. 1
H
,2
H
ve3
H
. Diğer, oldukça kararsız çekirdekler (4
H
için7
H
) laboratuvarda sentezlenmiş ancak doğada gözlenmemiştir.

  • 1
    H
    , bolluğu %99.98'den fazla olan en yaygın hidrojen izotopudur. Çünkü çekirdek bu izotopun sadece tek protondan oluşur, bu açıklayıcı ama nadiren kullanılan resmi adı verilir protiyum . Nötron içermemesi tüm kararlı izotoplar arasında benzersizdir; diğerlerinin neden var olmadığına dair bir tartışma için diproton'a bakın.
  • 2
    Diğer kararlı hidrojen izotopu olan H , döteryum olarak bilinirve çekirdektebir proton ve bir nötron içerir. Evrendeki tüm döteryumun Büyük Patlama sırasında üretildiği ve o zamandanberi sürdüğüdüşünülmektedir. Döteryum radyoaktif değildir ve önemli bir toksisite tehlikesi oluşturmaz. Normal hidrojen yerine döteryum içeren moleküllerle zenginleştirilmiş suya ağır su denir. Döteryum ve bileşikleri, kimyasal deneylerde ve çözücülerde radyoaktif olmayan bir etiket olarak kullanılır.1
    H
    - NMR spektroskopisi . Ağır su, nükleer reaktörler için bir nötron moderatörü ve soğutucu olarak kullanılır . Döteryum ayrıca ticari nükleer füzyon için potansiyel bir yakıttır .
  • 3
    H
    trityum olarak bilinirve çekirdeğinde bir proton ve iki nötron içerir. İçine çürüyen, radyoaktif olan helyum-3 aracılığıyla beta çözünmesi bir ile yarılanma ömrü 12.32 yıldır. O kadar radyoaktiftir ki, parlak boyalarda kullanılabilir, bu da onu saat gibi şeylerde faydalı kılar. Cam, az miktarda radyasyonun dışarı çıkmasını engeller. Küçük miktarlarda trityum, kozmik ışınların atmosferik gazlarla etkileşimi ile doğal olarak üretilir; trityum da nükleer silah testleri sırasında serbest bırakıldı. Nükleer füzyon reaksiyonlarında, izotop jeokimyasında izleyici olarakve kendi kendine çalışan özel aydınlatma cihazlarında kullanılır. Trityum ayrıca kimyasal ve biyolojik etiketleme deneylerinde radyo- etiket olarak kullanılmıştır.

Elementler arasında benzersiz olan izotoplarına günümüzde yaygın olarak kullanılan farklı isimler verilmiştir. Radyoaktivitenin ilk çalışmaları sırasında, çeşitli ağır radyoaktif izotoplara kendi adları verildi, ancak döteryum ve trityum dışında bu tür isimler artık kullanılmamaktadır. D ve T sembolleri (yerine2
H
ve3
H
) bazen döteryum ve trityum için kullanılır, ancak P sembolü zaten fosfor için kullanılmaktadır ve bu nedenle protium için mevcut değildir. Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) , isimlendirme yönergelerinde D, T,2
H
, ve3
H
kullanılmasına rağmen2
H
ve3
H
tercih edilir.

Egzotik atomu muonium bir oluşmaktadır (sembol Mu), antimuon ve elektron , bazen bağlı antimuon ve elektron arasındaki kütle farkı, bir hidrojen ışık radyoizotop olarak kabul edilir. Muonyum 1960 yılında keşfedildi.2,2  µs ömür, muonyum sırasıyla hidrojen klorür ve sodyum hidrite benzer şekilde muonyum klorür (MuCl) veya sodyum müonid (NaMu) gibi bileşiklere girebilir .

Tarih

Keşif ve kullanım

1671'de Robert Boyle , demir talaşları ve seyreltik asitler arasındaki reaksiyonu keşfetti ve tanımladı , bu da hidrojen gazı üretimi ile sonuçlanır. 1766'da Henry Cavendish , metal-asit reaksiyonundan çıkan gazı "yanıcı hava" olarak adlandırarak hidrojen gazını ayrı bir madde olarak tanıyan ilk kişi oldu . "Yanıcı hava"nın aslında " flojiston " adı verilen varsayımsal maddeyle aynı olduğunu ve ayrıca 1781'de gazın yandığında su ürettiğini bulmuştur. Genellikle bir element olarak hidrojenin keşfi için kredi verilir. 1783 yılında Antoine Lavoisier elemanı (Yunanca ὑδρο- gelen isim hidrojeni verdi hidro anlamına gelen "su" ve -γενής genleri o ve ne zaman "eski" anlamına gelir) Laplace hidrojen yandığı zaman su üretildiğini Cavendish'in bulguyu tekrar.

Antoine-Laurent de Lavoisier

Lavoisier , bir ateşte ısıtılan akkor demir bir tüp içinden bir buhar akışını metalik demir ile reaksiyona sokarak kütle korunumu deneyleri için hidrojen üretti . Yüksek sıcaklıkta suyun protonları tarafından demirin anaerobik oksidasyonu, aşağıdaki reaksiyonlar seti ile şematik olarak temsil edilebilir:

1)
2)
3)

Zirkonyum gibi birçok metal , hidrojen üretimine yol açan su ile benzer bir reaksiyona girer.

Hidrojen ilk kez 1898'de James Dewar tarafından rejeneratif soğutma ve onun buluşu olan termos kullanılarak sıvılaştırıldı . Ertesi yıl katı hidrojen üretti . Döteryum , Aralık 1931'de Harold Urey tarafından keşfedildi ve trityum , 1934'te Ernest Rutherford , Mark Oliphant ve Paul Harteck tarafından hazırlandı . Düzenli hidrojenin yerine döteryumdan oluşan ağır su , 1932'de Urey'in grubu tarafından keşfedildi. François Isaac de Rivaz , 1806'da hidrojen ve oksijen karışımıyla çalışan bir içten yanmalı motor olan ilk de Rivaz motorunu yaptı. Edward Daniel. Clarke , 1819'da hidrojen gazı üfleme borusunu icat etti. Döbereiner'in lambası ve ilgi odağı 1823'te icat edildi.

İlk hidrojenle doldurulmuş balon 1783'te Jacques Charles tarafından icat edildi. Hidrojen, 1852'de Henri Giffard tarafından hidrojenle kaldırılan ilk zeplin icadının ardından ilk güvenilir hava yolculuğu biçimi için kaldırmayı sağladı . Alman kontu Ferdinand von Zeppelin , daha sonra Zeppelin olarak adlandırılan hidrojenle kaldırılan katı hava gemileri fikrini destekledi ; ilk uçuşunu 1900 yılında gerçekleştirdi. Düzenli tarifeli uçuşlar 1910'da başladı ve 1914 Ağustos'unda I. Dünya Savaşı'nın patlak vermesiyle ciddi bir olay olmadan 35.000 yolcu taşıdı. Hidrojenli hava gemileri, savaş sırasında gözlem platformları ve bombardıman uçakları olarak kullanıldı.

İlk kesintisiz transatlantik geçiş, 1919'da İngiliz zeplin R34 tarafından yapıldı. 1920'lerde düzenli yolcu servisi yeniden başladı ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki helyum rezervlerinin keşfi, güvenliğin artmasını vaat etti, ancak ABD hükümeti bu amaç için gazı satmayı reddetti. . Bu nedenle 6 Mayıs 1937'de New Jersey üzerinde havada çıkan bir yangında harap olan Hindenburg zeplininde H 2 kullanıldı. Olay radyoda canlı yayınlandı ve filme alındı. Sızan hidrojenin tutuşmasının neden olduğu yaygın olarak kabul edilir, ancak daha sonraki araştırmalar alüminize kumaş kaplamanın statik elektrikle tutuşmasına işaret etti . Ancak hidrojenin kaldırma gazı olarak itibarına verilen zarar çoktan yapıldı ve ticari hidrojen zeplin seyahati sona erdi . Hidrojen, hava balonları için bir kaldırma gazı olarak yanıcı olmayan ancak daha pahalı helyum yerine hala kullanılmaktadır .

Aynı yıl, ilk hidrojen soğutmalı turbojeneratör , 1937'de Dayton , Ohio'da Dayton Power & Light Co. tarafından rotor ve statorda soğutucu olarak gaz hidrojeni ile hizmete girdi ; Hidrojen gazının termal iletkenliği ve çok düşük viskozitesi, dolayısıyla havadan daha düşük sürtünmesi nedeniyle, bu, günümüzde büyük jeneratörler için (tipik olarak 60 MW ve daha büyük; daha küçük jeneratörler genellikle hava soğutmalıdır ) için alanında en yaygın tiptir .

Nikel hidrojen pili ABD Donanması'nın Seyir teknolojisi uydu-2 (NTS-2) gemiye 1977 yılında ilk kez kullanıldı. Örneğin, ISS , Mars Odyssey ve Mars Global Surveyor , nikel-hidrojen pillerle donatılmıştır. Hubble Uzay Teleskobu , yörüngesinin karanlık kısmında , aynı zamanda, Mayıs 2009'da, fırlatılmasından 19 yıl sonra ve tasarım ömürlerinin 13 yıl ötesinde, nihayet değiştirilen nikel-hidrojen pillerden güç alıyor.

Kuantum teorisindeki rolü

Üzerinde dar çizgiler bulunan siyah arka planı gösteren bir çizgi tayfı: bir mor, bir mavi, bir cam göbeği ve bir kırmızı.
Görünür aralıktaki hidrojen emisyon spektrum çizgileri. Bunlar Balmer serisinin görünen dört çizgisidir.

Sadece bir proton ve bir elektrondan oluşan basit atomik yapısı nedeniyle, hidrojen atomu , kendisinden üretilen veya onun tarafından emilen ışığın spektrumu ile birlikte, atomik yapı teorisinin gelişiminde merkezi olmuştur . Ayrıca, hidrojen molekülünün ve karşılık gelen katyon H'nin karşılık gelen basitliğinin incelenmesi+
2
1920'lerin ortalarında hidrojen atomunun kuantum mekaniksel işleminin geliştirilmesinden kısa bir süre sonra kimyasal bağın doğasının anlaşılmasını sağladı .

Açıkça fark edilen (ancak o zaman anlaşılmayan) ilk kuantum etkilerinden biri, tam kuantum mekanik teorisinin ortaya çıkmasından yarım yüzyıl önce hidrojen içeren bir Maxwell gözlemiydi . Maxwell görülmektedir spesifik ısı kapasitesi H 2 anlaşılmaz bir o yola atomlu oda sıcaklığının altında bir gaz ve giderek kriyojenik sıcaklıklarda, tek atomlu bir gaz benzemeye başlar. Kuantum teorisine göre, bu davranış, özellikle H geniş aralıklıdır (nicelenmiş) dönme enerjisi seviyelerinin aralığı doğar 2 nedeniyle düşük kütle. Bu geniş aralıklı seviyeler, düşük sıcaklıklarda hidrojende ısı enerjisinin dönme hareketine eşit şekilde bölünmesini engeller. Daha ağır atomlardan oluşan iki atomlu gazlar bu kadar geniş aralıklı seviyelere sahip değildir ve aynı etkiyi göstermezler.

antihidrojen (
H
) hidrojenin antimadde karşılığıdır. Bir oluşur Antiprotonu bir ile pozitron . Antihidrojen, 2015 itibariyle üretilmiş olan tek antimadde atomudur.

Kozmik yaygınlık ve dağılım

Hidrojen, atomik H gibi, en çok bol kimyasal element , evrenin yüzde 75'ini oluşturan normal madde ile kütle ve atomların sayısına göre fazla yüzde 90. (Evrenin kütlesinin çoğu, bununla birlikte, kimyasal element tipi madde biçiminde değildir, daha ziyade karanlık madde ve karanlık enerji gibi henüz tespit edilmemiş kütle formları olarak meydana geldiği varsayılmaktadır .) Bu element, içinde bulunur. yıldızlarda ve gaz devi gezegenlerde büyük bolluk . Moleküler bulutlar H 2 ile ilişkili yıldız oluşum . Hidrojen güç hayati bir rol oynar yıldızlı yoluyla proton-proton tepkimesi yaklaşık 1 Güneşin kütle ve çok düşük yıldızların durumunda CNO döngüsü içinde nükleer füzyon bizim daha büyük kütleli yıldızların durumunda Sun .

Devletler

Evren boyunca hidrojen, moleküler hidrojenden oldukça farklı özelliklere sahip , çoğunlukla atomik ve plazma hallerinde bulunur. Bir plazma olarak, hidrojenin elektronu ve protonu birbirine bağlı değildir, bu da çok yüksek elektriksel iletkenlik ve yüksek emisyon (Güneş ve diğer yıldızlardan ışık üreten) ile sonuçlanır. Yüklü parçacıklar, manyetik ve elektrik alanlarından oldukça etkilenir. Örneğin, güneş rüzgarı onlar Dünya'nın etkileşim manyetosfer yol açan Birkeland akımları ve aurora .

Hidrojen, yıldızlararası ortamda nötr atomik halde bulunur, çünkü atomlar nadiren çarpışır ve birleşir. İlkel hidrojeni araştırmak için tespit edilen 1420 MHz'deki 21 cm'lik hidrojen hattının kaynağıdırlar . Sönümlü Lyman-alfa sistemlerinde bulunan büyük miktardaki nötr hidrojenin , z  = 4'lük bir kırmızıya kaymaya kadar evrenin kozmolojik baryonik yoğunluğuna hakim olduğu düşünülmektedir .

Dünyadaki sıradan koşullar altında, elementel hidrojen, iki atomlu gaz H 2 olarak bulunur . Hidrojen gazı, atmosferden daha ağır gazlardan daha hızlı kaçmasını sağlayan hafifliği nedeniyle Dünya atmosferinde ( hacimce 1 ppm ) çok nadirdir . Bununla birlikte, hidrojen, çoğunlukla hidrokarbonlar ve su gibi kimyasal bileşikler biçiminde, Dünya yüzeyinde en bol bulunan üçüncü elementtir .

Protonlanmış moleküler hidrojen adı verilen moleküler bir form ( H+
3
) kozmik ışınlardan moleküler hidrojenin iyonlaşmasıyla üretildiği yıldızlararası ortamda bulunur . Bu iyon Jüpiter gezegeninin üst atmosferinde de gözlenmiştir . İyon, düşük sıcaklık ve yoğunluk nedeniyle dış uzay ortamında nispeten kararlıdır. H+
3
evrendeki en bol iyonlardan biridir ve yıldızlararası ortamın kimyasında dikkate değer bir rol oynar. Nötr triatomic hidrojen , H 3 uyarılmış bir formda varolabilir ve kararsız olabilir. Buna karşılık, pozitif hidrojen moleküler iyonu ( H+
2
) evrende nadir bulunan bir moleküldür.

Üretme

H
2
kimya ve biyoloji laboratuvarlarında, genellikle diğer reaksiyonların bir yan ürünü olarak üretilir; sektöründe hidrojenasyon ve doymamış alt tabakalar; ve doğada biyokimyasal reaksiyonlarda indirgeyici eşdeğerleri dışarı atmanın bir yolu olarak .

suyun elektrolizi

Hidrojen su üretiminin basit elektrolizinin girdi ve çıktılarının gösterilmesi

Suyun elektrolizi, hidrojen üretmenin basit bir yöntemidir. Sudan düşük voltajlı bir akım geçer ve anotta gaz halinde oksijen oluşurken katotta gaz halinde hidrojen oluşur . Tipik olarak katot, depolama için hidrojen üretirken platin veya başka bir atıl metalden yapılır. Bununla birlikte, gaz yerinde yakılacaksa, yanmaya yardımcı olması için oksijen arzu edilir ve bu nedenle her iki elektrot da inert metallerden yapılır. (Örneğin, demir oksitlenir ve böylece verilen oksijen miktarını azaltır.) Teorik maksimum verim (kullanılan elektriğe karşı üretilen hidrojenin enerji değeri) %88-94 aralığındadır.

2 saat
2
O
(l) → 2 H
2
(g) + O
2
(G)

Metan pirolizi (endüstriyel yöntem)

Hidrojen üretmek için bir süreç olan metan pirolizinin girdi ve çıktılarını gösteren resim

Doğal gaz metan pirolizi kullanılarak hidrojen üretimi , son zamanlarda "sera gazı içermeyen" tek adımlı bir işlemdir. Bu yöntemi kullanarak hacimli üretim geliştirmek, hidrojeni endüstriyel süreçlerde, yakıt hücreli elektrikli ağır kamyon taşımacılığında ve gaz türbini elektrik enerjisi üretiminde kullanarak daha hızlı karbon azaltımı sağlamanın anahtarıdır . Metan pirolizi metan CH kullanır
4
kirletici olmayan hidrojen
H üretmek için yüksek sıcaklıklarda (1340 K, 1065 °C veya 1950 °F) erimiş metal katalizörü boyunca kabarcıklanır
2
yüksek hacimli, düşük maliyetli gaz ve sera gazı emisyonu olmadan kirletici olmayan katı karbon C üretir .

CH
4
(g) → C(s) + 2 H
2
(g) ΔH° = 74 kJ/mol

Endüstriyel kalitede katı karbon, üretim hammaddesi olarak satılabilir veya kalıcı olarak depolanabilir, atmosfere salınmaz ve çöplükte yeraltı suyu kirliliği olmaz. Metan pirolizi geliştirme aşamasındadır ve ticari toplu hidrojen üretimi için uygun olduğu düşünülmektedir. Hacim üretimi, BASF'nin "ölçekli metan pirolizi" pilot tesisinde değerlendiriliyor. Karlsruhe Sıvı Metal Laboratuvarı (KALLA) ve California Üniversitesi – Santa Barbara'daki kimya mühendisliği laboratuvarı dahil olmak üzere çeşitli laboratuvarlarda daha fazla araştırma devam etmektedir.

endüstriyel yöntemler

Hidrojen üretmek için bir süreç olan doğal gazın buharla reforme edilmesinin girdi ve çıktılarını gösteren resim

Hidrojen genellikle, çok yüksek sıcaklıklarda hidrokarbonlardan hidrojenin çıkarılmasını içeren bir miktar doğal gaz iletimi ile su buharı kullanılarak üretilir ve hidrojen üretiminin %48'i buhar reformasyonundan gelir. Ticari dökme hidrojen genellikle atmosferik sera gazı salınımı ile doğal gazın buharla reforme edilmesi veya CCS ve iklim değişikliğinin azaltılması kullanılarak yakalanması ile üretilir . Buhar reformasyonu aynı zamanda Bosch süreci olarak da bilinir ve hidrojenin endüstriyel olarak hazırlanması için yaygın olarak kullanılır.

Yüksek sıcaklıklarda (1000–1400 K, 700–1100 °C veya 1300–2000 °F), buhar (su buharı), karbon monoksit ve H2 vermek üzere metan ile reaksiyona girer.
2
.

CH
4
+ H
2
O
→ CO + 3 H
2

Bu reaksiyon düşük basınçlarda tercih edilir, ancak yine de yüksek basınçlarda (2.0 MPa, 20 atm veya 600 inHg ) yürütülür  . Bunun nedeni, yüksek basınçlı H
2
en pazarlanabilir üründür ve basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) arıtma sistemleri daha yüksek basınçlarda daha iyi çalışır. Ürün karışımı " sentez gazı " olarak bilinir çünkü genellikle doğrudan metanol ve ilgili bileşiklerin üretimi için kullanılır . Metan dışındaki hidrokarbonlar , değişen ürün oranlarına sahip sentez gazı üretmek için kullanılabilir. Bu yüksek düzeyde optimize edilmiş teknolojinin birçok komplikasyonundan biri, kok veya karbon oluşumudur:

CH
4
→ C + 2 H
2

Sonuç olarak, buhar reformasyonu tipik olarak fazla miktarda H kullanır.
2
Ç
. Özellikle bir
demir oksit katalizörü ile su gazı kaydırma reaksiyonu yoluyla karbon monoksit kullanılarak buhardan ilave hidrojen geri kazanılabilir . Bu reaksiyon aynı zamanda yaygın bir endüstriyel karbondioksit kaynağıdır :

CO + H
2
O
CO
2
+ H
2

CO ve H için diğer önemli yöntemler
2
üretim, hidrokarbonların kısmi oksidasyonunu içerir:

2 CH
4
+ O
2
→ 2 CO + 4 H
2

ve yukarıdaki kayma reaksiyonunun başlangıcı olarak hizmet edebilecek kömür reaksiyonu:

C + H
2
O
→ CO + H
2

Hidrojen bazen aynı endüstriyel proseste ayrıştırılmadan üretilir ve tüketilir. Gelen Haber işlemi için amonyak üretimi , hidrojen, doğal gaz üretilir. Elektroliz ve tuzlu su verimi için klor da bir ko-ürün olarak hidrojen oluşur.

metal asit

Birçok metal, H üretmek için su ile reaksiyona girer.
2
ancak hidrojen oluşum hızı metale, pH'a ve alaşım ajanlarının mevcudiyetine bağlıdır. En yaygın olarak, hidrojen evrimi asitler tarafından indüklenir. Alkali ve toprak alkali metaller, alüminyum, çinko, manganez ve demir, sulu asitlerle kolayca reaksiyona girer. Bu reaksiyon, bir zamanlar laboratuvar gaz kaynağı olarak kullanılan Kipp cihazının temelidir :

Zn + 2H+
Zn2+
+ H
2

Asit yokluğunda, H'nin evrimi
2
daha yavaştır. Demir yaygın olarak kullanılan yapısal malzeme olduğundan, anaerobik korozyonu teknolojik öneme sahiptir:

Fe + 2 H
2
O → Fe(OH)
2
+ H
2

Alüminyum gibi birçok metal, pasifleştirilmiş oksit kaplamaları oluşturdukları için suyla reaksiyona girmekte yavaştır. Bununla birlikte, bir alüminyum ve galyum alaşımı su ile reaksiyona girer. Yüksek pH'da alüminyum H üretebilir
2
:

2Al + 6H
2
O
+ 2OH-
→ 2 Al(OH)-
4
+ 3 Saat
2

Bazı metal içeren bileşikler, H'yi geliştirmek için asitlerle reaksiyona girer.
2
. Anaerobik koşullar altında, demir hidroksit ( Fe(OH)
2
) manyetit ve
H oluşturmak için suyun protonları tarafından oksitlenebilir.
2
. Bu süreç Schikorr reaksiyonu ile açıklanmaktadır :

3 Fe(OH)
2
Fe
3
Ö
4
+ 2 Saat
2
O + H
2

Bu işlem, anaerobik korozyon sırasında ortaya çıkan demir ve çelik içerisinde oksijensiz yer altı ve azaltılmasında toprak altında su tablasının .

termokimyasal

Su ayırma için 200'den fazla termokimyasal döngü kullanılabilir . Gibi bu döngülerin çoğu demir oksit döngüsü , seryum (IV) oksit-seryum (III) oksit döngüsü , çinko, çinko oksit döngüsü , kükürt iyot döngüsü , bakır-klor döngüsü ve melez kükürt döngüsü ticari potansiyeli değerlendirilmiştir elektrik kullanmadan su ve ısıdan hidrojen ve oksijen üretmek. Bir dizi laboratuvar (Fransa, Almanya, Yunanistan, Japonya ve ABD dahil) güneş enerjisi ve sudan hidrojen üretmek için termokimyasal yöntemler geliştiriyor.

serpantinleşme reaksiyonu

Dünya atmosferinden çok uzakta hüküm süren derin jeolojik koşullarda, hidrojen ( H
2
) serpantinizasyon işlemi sırasında üretilir . Bu işlemde su protonları (H + ), fayalit ( Fe ) tarafından sağlanan demirli (Fe 2+ ) iyonları tarafından indirgenir.
2
SiO
4
). Reaksiyon manyetit oluşturur ( Fe
3
Ö
4
), kuvars (Si O
2
) ve hidrojen ( H
2
):

3 Fe
2
SiO
4
+ 2 Saat
2
O → 2 Fe
3
Ö
4
+ 3 Si O
2
+ 3 Saat
2
fayalit + su → manyetit + kuvars + hidrojen

Bu reaksiyon , su ile temas halindeki demir hidroksitin anaerobik oksidasyonunda gözlemlenen Schikorr reaksiyonuna çok benzemektedir .

Uygulamalar

Petrokimya endüstrisi

Büyük miktarlarda H
2
fosil yakıtların "yükseltilmesinde" kullanılır. H'nin ana tüketicileri
2
içerir Hidrodealkilasyon , hidrodesülfürizasyon ve hidro . Bu reaksiyonların çoğu hidrojenoliz , yani bağların karbona bölünmesi olarak sınıflandırılabilir . Sülfürün sıvı fosil yakıtlardan ayrılması açıklayıcıdır:

RSR + 2 H 2 → H 2 S + 2 RH

hidrojenasyon

Hidrojenasyon , H eklenmesi
2
çeşitli alt tabakalara büyük ölçekte gerçekleştirilir. Haber-Bosch Süreci tarafından amonyak üretmek için N2'nin hidrojenasyonu , tüm endüstrideki enerji bütçesinin yüzde birkaçını tüketir. Ortaya çıkan amonyak, insanlar tarafından tüketilen proteinin çoğunluğunu sağlamak için kullanılır. Hidrojenasyon, doymamış katı ve sıvı yağları doymuş katı ve sıvı
yağlara dönüştürmek için kullanılır . Başlıca uygulama margarin üretimidir . Metanol , karbondioksitin hidrojenasyonu ile üretilir. Benzer şekilde hidroklorik asit üretiminde de hidrojen kaynağıdır . H
2
bazı
cevherlerin metallere dönüştürülmesinde indirgeyici madde olarak da kullanılır .

Soğutucu

Hidrojen, hafif diyatomik moleküllerinin doğrudan bir sonucu olan bir dizi olumlu özelliğinden dolayı jeneratörlerde soğutucu olarak güç santrallerinde yaygın olarak kullanılır. Bunlar , tüm gazların düşük yoğunluğu , düşük viskozitesi ve en yüksek özgül ısı ve termal iletkenliğini içerir.

Enerji taşıyıcısı

Hidrojen, yanma yakıtı olarak bir enerji kaynağı değildir, çünkü yararlı miktarlarda doğal olarak oluşan hidrojen kaynağı yoktur. Güneş'in enerjisi , hidrojenin nükleer füzyonundan gelir , ancak bu işlemin Dünya'da kontrol edilebilir bir şekilde gerçekleştirilmesi zordur. Güneş, biyolojik veya elektrik kaynaklarından elde edilen elementel hidrojen, yakılarak elde edilenden daha fazla enerji gerektirir, bu nedenle bu durumlarda hidrojen, bir pil gibi bir enerji taşıyıcısı olarak işlev görür. Hidrojen fosil kaynaklardan (metan gibi) elde edilebilir, ancak bu kaynaklar sürdürülemez.

Enerji yoğunluğu birimi başına hacim hem de sıvı hidrojen ve basınçlı hidrojen birim yakıt başına düşen enerji yoğunluğu ne kadar herhangi bir elverişli bir basınçta gaz, önemli ölçüde daha az geleneksel bir yakıt kaynaklarının daha uzun olduğu kütle daha yüksektir. Bununla birlikte, temel hidrojen, ekonomi çapında bir ölçekte gelecekteki olası bir enerji taşıyıcısı olarak enerji bağlamında geniş çapta tartışılmaktadır . Örneğin, CO
2
karbon yakalama ve depolamanın ardından sekestrasyon H noktasında gerçekleştirilebilir.
2
fosil yakıtlardan üretim. Bazı nispeten temiz yanar olur taşımacılığında kullanılan hidrojen NO x emisyonları, ancak karbon emisyonu olmaksızın. Ancak, bir hidrojen ekonomisine tam dönüşümle ilişkili altyapı maliyetleri önemli olacaktır. Yakıt hücreleri , hidrojen ve oksijeni içten yanmalı motorlardan daha verimli bir şekilde doğrudan elektriğe dönüştürebilir.

Yarı iletken endüstrisi

Hidrojen, malzeme özelliklerini stabilize etmeye yardımcı olan amorf silikon ve amorf karbonun kopmuş ("sarkan") bağlarını doyurmak için kullanılır . Aynı zamanda, bir potansiyel elektron verici dahil olmak üzere çeşitli oksit malzemeleri, ZnO , SnO 2 , CdO , MgO , ZrO 2 , HFO 2 , La 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 , SrTiO 3 , LaAlO 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , HfSiO 4 ve SrZrO 3 .

roket itici

Sıvı hidrojen ve sıvı oksijen birlikte olarak hizmet kriyojenik yakıt olarak sıvı itici roket gibi, uzay mekiği ana motorları .

Niş ve gelişen kullanımlar

  • Kriyojenik araştırma: Sıvı H 2 , süper iletkenlik çalışmaları da dahil olmak üzere kriyojenik araştırmalarda kullanılır .
  • Yüzer kaldırma: Çünkü H
    2
    havadan daha hafiftir, havanın yoğunluğunun sadece %7'sine sahiptir, bir zamanlar balonlarda ve hava gemilerinde kaldırma gazı olarak yaygın olarak kullanılırdı .
  • Sızıntı tespiti: Saf veya nitrojenle karıştırılmış (bazen şekillendirme gazı olarak adlandırılır ), hidrojen, küçük sızıntıların tespiti için bir izleyici gazdır . Uygulamalar otomotiv, kimya, enerji üretimi, havacılık ve telekomünikasyon endüstrilerinde bulunabilir. Hidrojen, gıda paketi sızıntı testine izin veren ve ayrıca oksitlenme önleyici özelliklere sahip olan yetkili bir gıda katkı maddesidir (E 949).
  • Roket itici gaz: NASA , sıvı helyum içinde asılı duran katı moleküler hidrojen parçacıklarına dondurulan atomik hidrojen, bor veya karbondan yapılmış roket iticisinin kullanımını araştırmıştır . Isınma üzerine karışım, atom türlerinin yeniden birleşmesine izin vermek için buharlaşır ve karışımı yüksek sıcaklığa ısıtır.
  • Trityum kullanım alanları: Nükleer reaktörlerde üretilen Trityum (hidrojen-3), hidrojen bombalarının üretiminde , biyobilimlerde izotopik etiket olarak ve parlak boyalarda radyasyon kaynağı olarak kullanılır.

biyolojik reaksiyonlar

H 2 , bazı tip bir ürünü olan anaerobik metabolizma ve çeşitli tarafından üretilen mikroorganizmaları genellikle reaksiyonları ile, katalize göre demir - ya da nikel ihtiva eden enzimler olarak adlandırılır , hidrojenaz . Bu enzimler, tersinir katalize redoks H arasındaki reaksiyonu 2 ve bileşen iki proton ve iki elektron. Piruvat fermantasyonu sırasında üretilen indirgeyici eşdeğerlerin suya transferinde hidrojen gazı oluşumu meydana gelir . Organizmalar tarafından hidrojen üretimi ve tüketiminin doğal döngüsüne hidrojen döngüsü denir . Hidrojen, elementin atom sayısı bakımından insan vücudunda en bol bulunan elementtir, ancak hidrojen çok hafif olduğu için kütle olarak en bol 3. elementtir. H 2 bağlı olarak hidrojenaz içeren mikroorganizmaların metabolik etkinliğe insan nefes meydana kalın bağırsak . Dinlenme halindeki aç insanlardaki konsantrasyon tipik olarak milyonda 5 parçadan (ppm) daha azdır, ancak bağırsak bozukluğu olan kişiler tanısal hidrojen nefes testleri sırasında absorbe edemedikleri molekülleri tükettiğinde 50 ppm olabilir . Hidrojen gazı, bazı bakteri ve algler tarafından üretilir ve gazın doğal bir bileşenidir , metan gibi , kendisi de önemi artan bir hidrojen kaynağıdır.

Suyun bileşen protonlarına, elektronlarına ve oksijene ayrıştığı su bölünmesi , tüm fotosentetik organizmalarda ışık reaksiyonlarında meydana gelir . Yosun dahil olmak üzere bazı tür organizmalar, Chlamydomonas reinhardtii ve siyanobakteri , bir ikinci aşamayı geliştiğini koyu reaksiyonları protonlar ve elektronlar, H oluşturmak üzere azaltıldığı 2 uzmanlaşmış hidrojenaz ile gaz kloroplast . Çabalar genetik olarak etkin bir sentez H'ya siyanobakteriyel hidrojenaz değiştirmek için yapılan edilmiştir 2 oksijen gazı da varlığı. Bir biyoreaktörde genetiği değiştirilmiş alg ile de çaba sarf edilmiştir .

Güvenlik ve önlemler

Hidrojen
Tehlikeler
GHS piktogramları GHS02: Yanıcı
GHS Sinyal kelimesi Tehlike
H220
P202 , P210 , P271 , P403 , P377 , P381
NFPA 704 (ateş elması)
0
4
0

Hidrojen , hava ile karıştırıldığında potansiyel patlamalar ve yangınlardan saf, oksijensiz formunda boğucu olmasına kadar insan güvenliği için bir dizi tehlike arz eder. Ek olarak, sıvı hidrojen bir kriyojendir ve çok soğuk sıvılarla ilişkili tehlikeler ( donma gibi ) sunar . Hidrojen birçok metalde çözünür ve sızmasının yanı sıra bunlar üzerinde hidrojen gevrekliği gibi olumsuz etkiler yaparak çatlak ve patlamalara neden olabilir. Dış havaya sızan hidrojen gazı kendiliğinden tutuşabilir. Ayrıca, hidrojen ateşi aşırı derecede sıcakken neredeyse görünmezdir ve bu nedenle kazara yanıklara yol açabilir.

Hidrojen verilerinin (güvenlik verileri dahil) yorumlanması bile bir dizi fenomen tarafından karıştırılmaktadır. Hidrojenin birçok fiziksel ve kimyasal özelliği, parahidrojen/ortohidrojen oranına bağlıdır (verilerin genellikle verildiği denge oranına ulaşmak, belirli bir sıcaklıkta genellikle günler veya haftalar alır). Kritik patlama basıncı ve sıcaklığı gibi hidrojen patlama parametreleri, büyük ölçüde kap geometrisine bağlıdır.

Notlar

  1. ^ Bununla birlikte, evrenin kütlesinin çoğu baryonlar veya kimyasal elementler şeklinde değildir. Bkz karanlık maddeyi ve karanlık enerjiyi .
  2. ^ 286 kJ/mol: yanıcı maddenin molü başına enerji (moleküler hidrojen).

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

Bu makaleyi dinleyin
(2 kısım, 32 dakika )
Sözlü Wikipedia simgesi
Bu ses dosyaları, bu makalenin 28 Ekim 2006 tarihli bir revizyonundan oluşturulmuştur ve sonraki düzenlemeleri yansıtmamaktadır. ( 2006-10-28 )