lovesouthernsocial.com

Hidrogenul este cel mai ușor element chimic din univers și este capabil să se lege cu alți atomi de hidrogen, formând un gaz care are mai multe utilizări.

Imagine cu Florencia Viadana pe Unsplash

Hidrogenul este elementul chimic cu cea mai mică masă atomică (1 u) și cu cel mai mic număr atomic (Z=1) dintre toate elementele cunoscute până în prezent. În ciuda faptului că este poziționat în prima perioadă a familiei IA (metale alcaline) a Tabelului Periodic, hidrogenul nu are caracteristici fizice și chimice similare cu elementele acestei familii și, prin urmare, nu face parte din aceasta. În general, hidrogenul este cel mai abundent element din întregul univers și al patrulea cel mai abundent element de pe planeta Pământ.

Hidrogenul are caracteristici unice, adică nu seamănă cu niciun alt element chimic cunoscut oamenilor. Hidrogenul participă în mod obișnuit la compoziția mai multor tipuri de substanțe organice și anorganice, cum ar fi metanul și apa. Când nu face parte din substanțele chimice, se găsește exclusiv sub formă gazoasă, a cărei formulă este H2.

În starea sa naturală și în condiții normale, hidrogenul este un gaz incolor, inodor și fără gust. Este o moleculă cu o mare capacitate de stocare a energiei și din acest motiv utilizarea sa ca sursă regenerabilă de energie electrică și termică a fost cercetată pe scară largă.

Descoperirea hidrogenului

La mijlocul secolului al XVI-lea, Pareselsvs a decis să reacționeze unele metale cu acizi și a ajuns să obțină hidrogen. Deși testat anterior, Henry Cavendish a reușit să separe hidrogenul de gazele inflamabile și l-a considerat un element chimic în 1766.

Nefiind un metal, cu atât mai puțin un nemetal își compune particularitatea în Tabelul Periodic. În 1773, Antoine Lavoisier a dat substanței chimice numele de hidrogen, care derivă din limba greacă. hidro și genele, și înseamnă generator de apă.

hidrogen în natură

• Hidrogenul face parte din compoziția chimică a mai multor substanțe organice (proteine, carbohidrați, vitamine și lipide) și anorganice (acizi, baze, săruri și hidruri);
• În aerul atmosferic este prezent sub formă gazoasă, reprezentată de forma moleculară H2, care se formează prin legătura covalentă dintre doi atomi de hidrogen;
• Hidrogenul formează și moleculele de apă, o resursă importantă pentru viață.

surse de hidrogen

Pe Pământ, hidrogenul nu se găsește în forma sa cea mai pură, ci în forma sa combinată (hidrocarburi și derivați). Din acest motiv, hidrogenul trebuie extras din diverse surse. Principalele surse de hidrogen sunt:

1. Gaz natural;
2. etanol;
3. metanol;
4. Apă;
5. Biomasă;
6. Metan;
7. Alge și bacterii;
8. Benzină și Diesel.

Caracteristicile hidrogenului atomic

• Are trei izotopi (atomi cu același număr atomic și numere de masă diferite), și anume protiu (1H1), deuteriu (1H2) și tritiu (1H3);
• Dispune de un singur nivel electronic;
• Are un singur proton la miez;
• Are un singur electron la nivelul său electronic;
• Numărul de neutroni depinde de izotop - protiu (0 neutroni), deuteriu (1 neutron) și tritiu (2 neutroni);
• Are una dintre cele mai mici raze atomice din Tabelul Periodic;
• Are electronegativitate mai mare decât orice element metalic;
• Are un potențial de ionizare mai mare decât orice element metalic;
• Este un atom capabil să se transforme într-un cation (H+) sau un anion (H-).

Stabilitatea atomului de hidrogen se realizează atunci când primește un electron în învelișul de valență (învelișul cel mai exterior al unui atom). În legăturile ionice, hidrogenul interacționează exclusiv cu un metal, câștigând un electron din acesta. În legăturile covalente, hidrogenul își împarte electronul cu un metal sau cu el însuși, formând legături simple.

Caracteristicile hidrogenului molecular (H2)

• La temperatura camerei se găsește întotdeauna în stare gazoasă;
• Este un gaz inflamabil;
• Punctul său de topire este de -259,2°C;
• Punctul său de fierbere este de -252,9°C;
• Are masa molara egala cu 2 g/mol, fiind cel mai usor gaz;
• Are o legătură covalentă sigma, de tip s-s, între cei doi atomi de hidrogen implicați;
• Între atomi, există împărțirea a doi electroni;
• Are geometrie moleculară de tip liniar;
• Moleculele sale sunt nepolare;
• Moleculele sale interacționează prin forțe dipol induse.

Hidrogenul molecular are o mare afinitate chimică cu mai mulți compuși. Această proprietate se referă la capacitatea unei substanțe de a reacționa cu alta, deoarece chiar dacă două sau mai multe substanțe sunt aduse în contact, dar nu există afinitate între ele, reacția nu va avea loc. În acest fel, participă la reacții precum hidrogenarea, arderea și schimbul simplu.

Modalități de obținere a hidrogenului molecular (H2)

metoda fizica

Hidrogenul molecular poate fi obținut din aerul atmosferic, deoarece este unul dintre gazele prezente în acest amestec. Pentru aceasta este necesar să se supună aerul atmosferic la metoda de lichefiere fracționată și apoi la distilare fracționată.

metoda chimica

Hidrogenul molecular poate fi obținut prin reacții chimice specifice, cum ar fi:

• Schimb simplu: reacție în care un metal nenobil (Me) înlocuiește hidrogenul prezent într-un acid anorganic (HX), formând orice sare (MeX) și hidrogen molecular (H2):
• Me + HX → MeX + H2
• Hidratarea cărbunelui de cocsificare (produs secundar al cărbunelui): în această reacție carbonul (C) al cărbunelui interacționează cu oxigenul din apă (H2O), formând monoxid de carbon și hidrogenul gazos:
• C + H2O → CO + H2
• Electroliza apei: atunci când apa este supusă procesului de electroliză, are loc formarea de oxigen și hidrogen gazos:
• H2O(1) → H2(g) + O2(g)

Utilități de hidrogen

• Combustibil pentru rachete sau autoturisme;
• Lanterne cu arc (folosesc energie electrică) pentru tăierea metalelor;
• Suduri;
• Sinteze organice, mai precis în reacțiile de hidrogenare a hidrocarburilor;
• Reacții organice care transformă grăsimile în uleiuri vegetale;
• Producția de halogenuri de hidrogen sau acizi hidrogenați;
• Producția de hidruri metalice, cum ar fi hidrură de sodiu (NaH).

Bombă cu hidrogen

Bomba cu hidrogen, bomba H sau bomba termonucleară este bomba atomică care are cel mai mare potențial de distrugere. Funcționarea sa provine dintr-un proces de fuziune nucleară, motiv pentru care poate fi numită și bombă de fuziune.

Explozia unei bombe cu hidrogen rezultă din procesul de fuziune, care are loc la temperaturi foarte ridicate, aproximativ 10 milioane de grade Celsius. Procesul de producție al acestei bombe începe cu unirea izotopilor de hidrogen, numiți protiu, deuteriu și tritiu. Joncțiunea izotopilor de hidrogen face ca nucleul atomului să genereze și mai multă energie, deoarece se formează nuclee de heliu, a căror masă atomică este de 4 ori mai mare decât cea a hidrogenului.

Astfel, miezul care era ușor devine greu. Prin urmare, procesul de fuziune nucleară este de mii de ori mai violent decât cel de fisiune. Puterea unei bombe cu hidrogen poate ajunge la 10 milioane de tone de dinamită, eliberând material radioactiv și radiații electromagnetice la un nivel mult superior celui al bombelor atomice.

Primul test al unei bombe cu hidrogen, în 1952, a eliberat o cantitate de energie echivalentă cu aproximativ 10 milioane de tone de TNT. Este de remarcat faptul că acest tip de reacție este sursa de energie a stelelor precum Soarele. Este compusă din 73% hidrogen, 26% heliu și 1% alte elemente. Acest lucru se explică prin faptul că în nucleul său au loc reacții de fuziune, în care atomii de hidrogen fuzionează pentru a forma atomi de heliu.

Fapte distractive despre hidrogen

• Hidrogenul molecular este mai ușor decât aerul și a fost folosit în avioanele rigide de către contele german Ferdinand von Zeppelin, de unde și denumirea aeronavelor;
• Hidrogenul molecular poate fi sintetizat de unele bacterii și alge;
• Hidrogenul poate fi utilizat în producerea de combustibil cu energie curată;
• Gazul metan (CH4) este o sursă din ce în ce mai importantă de hidrogen.