Hidrogen | element chimic

Proprietăți

Hidrogenul este clasificat ca fiind un nemetal reactiv, spre deosebire de celelalte elemente care apar în prima coloană a tabelului periodic, care sunt clasificate ca metale alcaline. Cu toate acestea, forma solidă a hidrogenului ar trebui să se comporte ca un metal.

Când este singur, hidrogenul se leagă de obicei cu el însuși pentru a forma dihidrogen (H₂ ), care este foarte stabil, datorită energiei sale ridicate de disociere a legăturii, de 435,7 kJ/mol. La temperatura și presiunea standard, acest hidrogen gazos (H₂ ) nu are culoare, miros sau gust. Nu este toxic. Este un nemetal și arde foarte ușor.

Combustie

Hidrogenul molecular este inflamabil și reacționează cu oxigenul:

2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂ O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

La temperaturi de peste 500 de grade Celsius, hidrogenul se aprinde spontan în aer.

Compuși

Deși hidrogenul gazos în forma sa pură nu este reactiv, acesta formează compuși cu multe elemente, în special cu halogenii, care sunt foarte electronegativi. De asemenea, hidrogenul formează rețele vaste cu atomii de carbon, formând hidrocarburi. Studiul proprietăților hidrocarburilor este cunoscut sub numele de chimie organică.

Anionul H^- (atomul cu sarcină negativă) se numește hidrură, deși acest termen nu este utilizat pe scară largă. Un exemplu de hidrura este hidrura de litiu (LiH), care este utilizată ca "bujie" în armele nucleare.

Acizi

Acizii dizolvați în apă conțin, de obicei, niveluri ridicate de ioni de hidrogen, cu alte cuvinte, protoni liberi. Nivelul acestora este de obicei utilizat pentru a determina pH-ul, care înseamnă, în principiu, conținutul de ioni de hidrogen într-un anumit volum. De exemplu, acidul clorhidric, care se găsește în stomacul oamenilor, se poate disocia într-un anion de clorură și un proton liber, iar proprietatea protonului liber este modul în care poate digera alimentele prin corodarea lor.

Deși este rar pe Pământ, cationul H₃⁺ este unul dintre cei mai comuni ioni din univers.

Izotopi

Articol principal: izotopi ai hidrogenului

Hidrogenul are 7 izotopi cunoscuți, dintre care doi sunt stabili (¹ H și² H), care sunt numiți în mod obișnuit protium și deuteriu. Izotopul³ H este cunoscut sub numele de tritiu și are un timp de înjumătățire de 12,33 ani, fiind produs în cantități mici de razele cosmice. Restul de 4 izotopi au timpi de înjumătățire de ordinul yoctosecundelor.

Hidrogenul în natură

În forma sa pură pe Pământ, hidrogenul este de obicei un gaz. Hidrogenul este, de asemenea, una dintre părțile care alcătuiesc molecula de apă. Hidrogenul este important deoarece este combustibilul care alimentează Soarele și alte stele. Hidrogenul reprezintă aproximativ 74% din întregul univers. Simbolul hidrogenului în tabelul periodic al elementelor este H.

În mod normal, hidrogenul pur este format din doi atomi de hidrogen conectați între ei. Oamenii de știință numesc aceste molecule diatomice. Hidrogenul va avea o reacție chimică atunci când este amestecat cu majoritatea celorlalte elemente. Nu are culoare sau miros.

Hidrogenul pur este foarte rar întâlnit în atmosfera Pământului, deoarece aproape tot hidrogenul primordial ar fi scăpat în spațiu din cauza greutății sale. În natură, acesta se găsește de obicei în apă. De asemenea, hidrogenul se găsește în toate ființele vii, ca parte a compușilor organici din care sunt făcute ființele vii. În plus, atomii de hidrogen se pot combina cu atomii de carbon pentru a forma hidrocarburi. Petrolul și alți combustibili fosili sunt făcuți din aceste hidrocarburi și sunt utilizați în mod obișnuit pentru a crea energie pentru uz uman.

Alte câteva date despre hidrogen:

• Este un gaz la temperatura camerei
• Acesta se comportă ca un metal atunci când este solid.
• Este cel mai ușor element din Univers.
• Este cel mai comun element din Univers.
• Arde sau explode la temperaturi mai mari de 528°C/1000°F, cum ar fi în caz de incendiu.
• se aprinde în violet atunci când este în stare de plasmă.

Istoria hidrogenului

Hidrogenul a fost separat pentru prima dată în 1671 de Robert Boyle. În 1776, Henry Cavendish l-a identificat ca element propriu și l-a numit "aer inflamabil". În 1781 a realizat că prin ardere se obține apă.

Antoine Lavoisier a dat numele hidrogenului, de la cuvântul grecesc pentru apă, 'υδορ (pronunțat /HEEW-dor/) și gennen, care înseamnă "a genera", deoarece formează apă într-o reacție chimică cu oxigenul.

Utilizări ale hidrogenului

Principalele utilizări sunt în industria petrolieră și la fabricarea amoniacului prin procedeul Haber. O parte este utilizată în alte părți ale industriei chimice. O mică parte este folosită ca și combustibil, de exemplu în rachete pentru nave spațiale. Cea mai mare parte a hidrogenului pe care oamenii îl folosesc provine dintr-o reacție chimică între gazul natural și abur.

Fuziunea nucleară

Fuziunea nucleară este o sursă foarte puternică de energie. Aceasta se bazează pe forțarea atomilor pentru a produce heliu și energie, exact așa cum se întâmplă într-o stea precum Soarele sau într-o bombă cu hidrogen. Acest lucru necesită o cantitate mare de energie pentru a începe și nu este ușor de realizat încă. Un mare avantaj față de fisiunea nucleară, care este utilizată în centralele nucleare actuale, este că produce mai puține deșeuri nucleare și nu utilizează un combustibil toxic și rar, cum este uraniul. Peste 600 de milioane de tone de hidrogen sunt supuse fuziunii în fiecare secundă pe Soare.

Utilizarea hidrogenului

Hidrogenul este utilizat în principal în industria petrolieră, pentru a transforma fracțiunile grele de petrol în fracțiuni mai ușoare și mai utile. Este, de asemenea, utilizat pentru a produce amoniac. Cantități mai mici sunt arse ca și combustibil. Cea mai mare parte a hidrogenului este obținută prin reacția dintre gazul natural și abur.

Electroliza apei descompune apa în hidrogen și oxigen, folosind electricitate. Hidrogenul care arde se combină cu moleculele de oxigen pentru a produce abur (vapori de apă pură). O celulă de combustibil combină hidrogenul cu o moleculă de oxigen, eliberând un electron sub formă de electricitate. Din aceste motive, mulți oameni cred că energia hidrogenului va înlocui în cele din urmă alți combustibili sintetici.

De asemenea, hidrogenul poate fi ars pentru a produce căldură pentru turbinele cu abur sau pentru motoarele cu combustie internă. Ca și alți combustibili sintetici, hidrogenul poate fi creat din combustibili naturali, cum ar fi cărbunele sau gazele naturale, sau din electricitate și, prin urmare, reprezintă o completare valoroasă a rețelei electrice, în același rol ca și gazele naturale. O astfel de rețea și o astfel de infrastructură cu vehicule cu pile de combustie sunt planificate în prezent de o serie de țări, inclusiv Japonia, Coreea și multe țări europene. Acest lucru permite acestor țări să cumpere mai puțin petrol, ceea ce reprezintă un avantaj economic. Celălalt avantaj este că, utilizat într-o celulă de combustibil sau ars într-un motor cu combustie, ca în cazul unui automobil pe bază de hidrogen, motorul nu produce poluare. Se formează doar apă și o cantitate mică de oxizi de azot.