اعرف المزيد عن الهيدروجين
الهيدروجين هو أخف عنصر كيميائي في الكون وقادر على الارتباط بذرات الهيدروجين الأخرى ، مكونًا غازًا له استخدامات عديدة
صورة Florencia Viadana على Unsplash
الهيدروجين هو عنصر كيميائي له أصغر كتلة ذرية (1 ش) وأصغر رقم ذري (Z = 1) من بين جميع العناصر المعروفة حتى الآن. على الرغم من وضعه في الفترة الأولى من عائلة IA (الفلزات القلوية) من الجدول الدوري ، فإن الهيدروجين ليس له خصائص فيزيائية وكيميائية مشابهة لعناصر هذه العائلة ، وبالتالي فهو ليس جزءًا منها. بشكل عام ، الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون بأكمله ورابع أكثر العناصر وفرة على كوكب الأرض.
يتميز الهيدروجين بخصائص فريدة ، أي أنه لا يشبه أي عنصر كيميائي آخر معروف للبشر. يشارك الهيدروجين عادة في تكوين عدة أنواع من المواد العضوية وغير العضوية ، مثل الميثان والماء ، وعندما لا يكون جزءًا من المواد الكيميائية ، فإنه يوجد حصريًا في شكل غازي ، وصيغته هي H2.
الهيدروجين في حالته الطبيعية وتحت الظروف العادية غاز عديم اللون والرائحة والمذاق. إنه جزيء يتمتع بقدرة كبيرة على تخزين الطاقة ولهذا السبب تم بحث استخدامه كمصدر متجدد للطاقة الكهربائية والحرارية على نطاق واسع.
اكتشاف الهيدروجين
في منتصف القرن السادس عشر ، قررت Pareselsvs أن تتفاعل مع بعض المعادن مع الأحماض ، وانتهى الأمر بالحصول على الهيدروجين. على الرغم من اختباره سابقًا ، تمكن هنري كافنديش من فصل الهيدروجين عن الغازات القابلة للاشتعال واعتبره عنصرًا كيميائيًا في عام 1766.
ليس لكونه معدنًا ، ناهيك عن كونه غير معدني يؤلف خصوصيته في الجدول الدوري. في عام 1773 ، أعطى أنطوان لافوازييه المادة الكيميائية اسم الهيدروجين المشتق من الكلمة اليونانية هيدرو و الجينات، وتعني مولد المياه.
الهيدروجين في الطبيعة
- الهيدروجين جزء من التركيب الكيميائي للعديد من المواد العضوية (البروتينات والكربوهيدرات والفيتامينات والدهون) وغير العضوية (الأحماض والقواعد والأملاح والهيدرات) ؛
- في الهواء الجوي ، يوجد في شكل غازي ، يمثله الشكل الجزيئي H2 ، والذي يتشكل من خلال الرابطة التساهمية بين ذرتين من الهيدروجين ؛
- يشكل الهيدروجين أيضًا جزيئات الماء ، وهو مورد مهم للحياة.
مصادر الهيدروجين
على الأرض ، لا يوجد الهيدروجين في أنقى صوره ، ولكن في شكله المركب (الهيدروكربونات ومشتقاته). لهذا السبب ، يجب استخلاص الهيدروجين من مصادر مختلفة. المصادر الرئيسية للهيدروجين هي:
- غاز طبيعي؛
- الإيثانول.
- الميثانول.
- ماء؛
- الكتلة الحيوية.
- الميثان.
- الطحالب والبكتيريا.
- البنزين والديزل.
خصائص الهيدروجين الذري
- لها ثلاثة نظائر (ذرات لها نفس العدد الذري وأعداد كتل مختلفة) ، وهي البروتيوم (1H1) والديوتيريوم (1H2) والتريتيوم (1H3) ؛
- يتميز بمستوى إلكتروني واحد فقط ؛
- له بروتون واحد في قلبه.
- لديها إلكترون واحد فقط في مستواها الإلكتروني ؛
- يعتمد عدد النيوترونات على النظير - البروتيوم (0 نيوترون) والديوتيريوم (1 نيوترون) والتريتيوم (2 نيوترون) ؛
- لديها واحد من أصغر أنصاف الأقطار الذرية في الجدول الدوري ؛
- لديها كهرسلبية أكبر من أي عنصر فلزي ؛
- لديه قدرة تأين أكبر من أي عنصر معدني ؛
- إنها ذرة قادرة على التحول إلى كاتيون (H +) أو أنيون (H-).
يتحقق استقرار ذرة الهيدروجين عندما تتلقى إلكترونًا في غلاف التكافؤ (الغلاف الخارجي للذرة). في الروابط الأيونية ، يتفاعل الهيدروجين حصريًا مع معدن ، ويكتسب منه إلكترونًا. في الروابط التساهمية ، يشارك الهيدروجين إلكترونته مع أميتال أو مع نفسه ، مكونًا روابط مفردة.
خصائص الهيدروجين الجزيئي (H2)
- في درجة حرارة الغرفة توجد دائمًا في حالة غازية ؛
- إنه غاز قابل للاشتعال.
- نقطة انصهارها هي -259.2 درجة مئوية ؛
- نقطة غليانها هي -252.9 درجة مئوية ؛
- وله كتلة مولية تساوي 2 جم / مول ، وهو أخف الغازات ؛
- لها رابطة تساهمية سيجما ، نوع s-s ، بين ذرتي الهيدروجين المعنية ؛
- بين الذرات ، هناك تقاسم إلكترونين ؛
- لديها نوع خطي من الهندسة الجزيئية.
- جزيئاته غير قطبية.
- تتفاعل جزيئاته من خلال قوى ثنائية القطب المستحثة.
يحتوي الهيدروجين الجزيئي على تقارب كيميائي كبير مع العديد من المركبات. تتعلق هذه الخاصية بقدرة مادة ما على التفاعل مع مادة أخرى ، لأنه حتى لو حدث تلامس بين مادتين أو أكثر ، ولكن لا يوجد تقارب بينهما ، فلن يحدث التفاعل. بهذه الطريقة ، تشارك في تفاعلات مثل الهدرجة والاحتراق والتبادل البسيط.
طرق الحصول على الهيدروجين الجزيئي (H2)
الطريقة الفيزيائية
يمكن الحصول على الهيدروجين الجزيئي من الهواء الجوي ، لأنه أحد الغازات الموجودة في هذا الخليط. لهذا ، من الضروري تقديم الهواء الجوي إلى طريقة التميع الجزئي ثم التقطير التجزيئي.
طريقة كيميائية
يمكن الحصول على الهيدروجين الجزيئي من خلال تفاعلات كيميائية محددة ، مثل:
- التبادل البسيط: تفاعل يقوم فيه معدن غير نبيل (Me) بإزاحة الهيدروجين الموجود في حمض غير عضوي (HX) ، مكونًا أي ملح (MeX) وهيدروجين جزيئي (H2):
- Me + HX → MeX + H2
- ترطيب فحم الكوك (منتج ثانوي للفحم): في هذا التفاعل يتفاعل الكربون (C) من الفحم مع الأكسجين في الماء (H2O) ، مكونًا أول أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين:
- C + H2O → CO + H2
- التحليل الكهربائي للماء: عندما يتعرض الماء لعملية التحليل الكهربائي ، يحدث تكوين غازات الأكسجين والهيدروجين:
- H2O (1) → H2 (ز) + O2 (ز)
مرافق الهيدروجين
- وقود للصواريخ أو السيارات ؛
- مشاعل وميض القوس (استخدام الطاقة الكهربائية) لقطع المعادن ؛
- اللحامات.
- التركيبات العضوية ، وبشكل أكثر دقة في تفاعلات الهدرجة الهيدروكربونية ؛
- التفاعلات العضوية التي تحول الدهون إلى زيوت نباتية ؛
- إنتاج هاليدات الهيدروجين أو الأحماض المهدرجة ؛
- إنتاج هيدرات المعادن مثل هيدريد الصوديوم (NaH).
قنبلة هيدروجينية
القنبلة الهيدروجينية أو القنبلة الهيدروجينية أو القنبلة الحرارية النووية هي القنبلة الذرية التي لديها أكبر احتمالية للتدمير. تنبع عملياتها من عملية الاندماج النووي ، ولهذا السبب يمكن أيضًا تسميتها بالقنبلة الاندماجية.
ينتج انفجار القنبلة الهيدروجينية عن عملية الاندماج التي تحدث في درجات حرارة عالية جدًا ، حوالي 10 ملايين درجة مئوية. تبدأ عملية إنتاج هذه القنبلة باتحاد نظائر الهيدروجين التي تسمى البروتيوم والديوتيريوم والتريتيوم. يجعل تقاطع نظائر الهيدروجين نواة الذرة تولد المزيد من الطاقة ، لأن نوى الهيليوم تتشكل ، والتي تكون كتلتها الذرية أكبر بأربع مرات من كتلة الهيدروجين.
وهكذا ، فإن اللب الذي كان خفيفًا يصبح ثقيلًا. لذلك ، فإن عملية الاندماج النووي أكثر عنفًا بآلاف المرات من عملية الانشطار. يمكن أن تصل قوة القنبلة الهيدروجينية إلى 10 ملايين طن من الديناميت ، مما يؤدي إلى إطلاق مواد مشعة وإشعاع كهرومغناطيسي بمستوى أعلى بكثير من مستوى القنابل الذرية.
أطلق الاختبار الأول لقنبلة هيدروجينية في عام 1952 كمية من الطاقة تعادل حوالي 10 ملايين طن من مادة تي إن تي. يشار إلى أن هذا النوع من التفاعل هو مصدر طاقة النجوم مثل الشمس ، ويتكون من 73٪ هيدروجين و 26٪ هيليوم و 1٪ عناصر أخرى. يفسر ذلك حقيقة أن تفاعلات الاندماج تحدث في نواتها ، حيث تندمج ذرات الهيدروجين لتكوين ذرات الهيليوم.
حقائق ممتعة عن الهيدروجين
- الهيدروجين الجزيئي أخف من الهواء وقد استخدمه الكونت الألماني فرديناند فون زيبلين في المناطيد الصلبة ، ومن هنا جاء اسم المناطيد ؛
- يمكن تصنيع الهيدروجين الجزيئي بواسطة بعض البكتيريا والطحالب ؛
- يمكن استخدام الهيدروجين في إنتاج وقود الطاقة النظيفة ؛
- يعتبر غاز الميثان (CH4) مصدرًا متزايد الأهمية للهيدروجين.
