الهيدروجين : الخصائص والاستخدامات والمخاطر
نفسر ما هو الهيدروجين وما هي خصائصه الذرية والفيزيائية. بالإضافة إلى خصائصه العامة واستخداماته ومخاطره.
الهيدروجين هو أخف عنصر معروف.
ما هو الهيدروجين؟
الهيدروجين العنصر الأول في الجدول الدوري والأكثر وفرة في الكون المعروف: يشكل أكثر من ثلاثة أرباع كل المادة التي يمكن ملاحظتها. إنه عنصر خفيف الوزن ، وله أبسط شكل ذري معروف ، وعادة ما يحدث كغاز ثنائي الذرة عديم اللون والرائحة والاشتعال (H2).
هيدروجين اكتشفه الفيزيائي والكيميائي البريطاني هنري كافنديش عام 1766 وتشكل معظم كتلة النجوم في مرحلتها الأولية. شمسنا ، في الواقع ، هي قنبلة انصهار هيدروجينية ضخمة في الفضاء. وفقًا للخبراء ، كان الهيدروجين هو العنصر الأول الذي يتم تكوينه للجميع وهو ضروري لتكوين الماء (H2O).
اليوم ، الهيدروجين أنتجت صناعيا وتستخدم في العديد من التطبيقاتمن تكرير الوقود الأحفوري إلى اللحام وعلم التبريد.
أنظر أيضا: الكبريت
خصائص الهيدروجين
يحتوي الهيدروجين على إلكترون واحد في غلافه الخارجي.
- اسم. تأتي كلمة “هيدروجين” من اتحاد الكلمات اليونانية هيدرو (المياه و الجينات (ولادة) ، لذلك فهي تعني اشتقاقيًا “الذي يؤدي إلى نشوء الماء”. من الواضح أن هذا يلمح إلى مشاركته في جزيء هذا السائل الحيوي ، إلى جانب الأكسجين.
- رمز. الهيدروجين هو العنصر الأول في الجدول الدوري ، ويوجد دائمًا في الزاوية اليسرى العليا ، فوق الليثيوم. يتم تمثيله بالرمز H. وتجدر الإشارة إلى أن الهيدروجين ليس له خصائص تجعله قابلاً للتصنيف بسهولة في المجموعات الواردة في الجدول ، وهذا هو السبب في أنه دائمًا ما يشكل مجموعته الخاصة. ومع ذلك ، عادة ما يتم تضمينه في عائلة IA (المجموعة 1).
- الخصائص الذرية. ذرة الهيدروجين هي أخف ذرة معروفة (الكتلة الذرية تساوي 1.00794 amu) ولها إلكترون واحد في غلافها الخارجي ، لذا فإن تكافؤها هو 1. إنها ذرة غير معدنية شديدة التأكسد ، مع بروتون واحد في النواة.
- الخصائص الفيزيائية. في ظل الظروف العادية للضغط ودرجة الحرارة (1 ضغط جوي و 25 درجة مئوية) ، يتصرف الهيدروجين كغاز عديم اللون والرائحة. ومع ذلك ، من الممكن تسييله (تحويله إلى سائل) عند ضغوط عالية ، كما يحدث في قلب النجوم ، أو في خزانات التبريد حيث يستخدم الهيدروجين السائل كمبرد.
- القابلية للاشتعال. الهيدروجين في شكله ثنائي الذرة الغازي (H) هو غاز شديد الاشتعال ، يتفاعل تلقائيًا مع العناصر المؤكسدة مثل الأكسجين أو الكلور أو الفلور. بالإضافة إلى ذلك ، فهو جزء أساسي من المواد الأخرى عالية الاحتراق ، مثل الهيدروكربونات (الهيدروجين والكربون) ، بما في ذلك الوقود الأحفوري.
- الذوبان. الهيدروجين في حالته النقية غير قابل للذوبان في الماء. ولكن ، بدلاً من ذلك ، يمكن إذابته في معادن مختلفة ، مما يجعله عنصرًا لا غنى عنه في علم المعادن. إنه قابل للذوبان للغاية في التربة النادرة وفي المعادن الانتقالية وفي المعادن البلورية وغير المتبلورة.
الهيدروجين جزء من الوقود مثل الهيدروكربونات.
وفرة الهيدروجين
يحتوي غلاف كوكب الزهرة على كلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين ، من بين أمور أخرى.
هيدروجين يشكل أكثر من 70٪ من المادة المرئية من الكون ، لذلك فهو العنصر الأكثر وفرة على الإطلاق.
يمكن ايجاده في قلب النجوم الفتية، في الغلاف الجوي للكواكب الغازية الكبيرة (مثل المشتري والزهرة) ، كآثار على سطح الأرض وأيضًا كجزء من آلاف المركبات العضوية وغير العضوية في الطبيعة. العديد من العمليات البيولوجية ترميها نتيجة لذلك.
نظائر الهيدروجين
يحتوي الهيدروجين على العديد من النظائر (ذرات من نفس العنصر الكيميائي ، ولكن تحتوي على كميات مختلفة من النيوترونات):
- البروتيوم (1H). تتكون من بروتون ولا توجد نيوترونات في نواتها. إنه الإصدار الأكثر شيوعًا من الهيدروجين.
- الديوتيريوم (2H). أثقل من الهيدروجين العادي ، تحتوي نواتها على نيوترون مع البروتون في نواتها.
- التريتيوم (3 ساعات). لها نيوترونان في نواتها بجانب البروتون ، مما يجعلها أثقل.
استخدامات وتطبيقات الهيدروجين
يستخدم الهيدروجين في النقل لرفع بالونات الهواء الساخن.
هذا العنصر الكيميائي جزء من مجموعة واسعة من الصناعات، سواء في الكيمياء التطبيقية (الهيدروكربونات ، الأسمدة ، وقود الفضاء) ، الفيزياء (الاندماج المتحكم فيه للهيدروجين لتوليد الكهرباء) ، وفي مجالات أخرى مثل علم الأدوية ، والنقل (بالونات الهواء الساخن والمنطاد) ، وأشباه الموصلات.
مخاطر الهيدروجين
معالجة الهيدروجين إنها في حالتها النقية حساسة للغاية، لأن قابليتها للاشتعال تمثل خطرًا صناعيًا كبيرًا ، فضلاً عن قدرتها على الاختناق ميكانيكيًا عن طريق إزاحة الأكسجين من الهواء. يمكن للهيدروجين السائل ، وهو مبرد قوي ، أن يدمر الأنسجة العضوية.