علم متالورژی – تعریف هیدروژن

علم متالورژی – تعریف هیدروژن

بسمه تعالی

ای نام تو بهترین سر آ غاز بی نام تو نامه کی کنم باز

با نام خدا اغاز میکنیم که سرچشمه هستی است ,, هر انچه که هست از اوست .

به نام او که از ابتدای خلقت راه زندگی را به بشر اموخت و در هر برهه ای از زمان به نسبت نیاز بشر علم استفاده از مواهب  و نعمتهای نازل شده بر  زمین و اسمان و جهان هستی را آموخت .

و اینک پس از مقدمه علم متالورژی و توضیح جدول مندلیف, اینک قصد آن داریم که عناصر و نامهای جدول تناوبی  را به طور  اختصاصی توانمندی و قابلیتهای هر عنصر , کاربدها , واکنشها و موقعیت عدد اتمی  در جدول تناوبی بیان کنیم. و این مقاله را به هیدروژن اختصاص دادیم .

ما به صراحت و مکرر اعلام میکنیم  ,, خادمان به بشر از این ماده وعناصر  حیاتی  برای بقاء انسانها و خائنان برای نابودی مخلوقات خداوند استفاده میکنند.

از خداوند توفیق ان داریم که همواره جزء خادمان بشریت باشیم.

هیدروژن

Hydrogen


هیدروژن، H،‏ << عدد اتمی ۱>>
گازِ بی‌رنگ,, با درخشش بنفش در حالت پلاسمایی
Colorless gas, with a purple glow in plasma
خط‌های طیفی هیدروژن ”
Hydrogen Spectral Lines

<<<<هیدروژن یا آبزا (Hydrogen)>>>>

، با نماد شیمیاییH نام یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی با عدد اتمی ۱ است.,,, جرم اتمی این عنصر ۱٫۰۰۷۹۴ u است. هیدروژن سبک‌ترین عنصر در جهان است و بیش از دیگر عنصرها می‌توان آن را به صورت آزاد در طبیعت پیدا کرد. می‌توان گفت نزدیک به ۷۵٪ از جرم جهان از هیدروژن ساخته شده‌است.,,, برخی جرم‌های آسمانی مانند کوتولهٔ سفید یا ستاره‌های نوترونی از حالت پلاسمای هیدروژن ساخته شده‌اند؛ ولی در طبیعت روی زمین به سختی می‌توان تک اتم هیدروژن را پیدا کرد.

ایزوتوپی از هیدروژن که بیشتر دیده می‌شود، پروتیوم نام دارد (بیشتر از نماد آن ۱H یاد می‌شود تا نام آن) این ایزوتوپ، یک پروتون دارد و نوترون ندارد و در ترکیب‌های یونی می‌تواند بار منفی (آنیونهیدرید با نماد H) به خود بگیرد. همچنین بار مثبت آن نیز به صورت +H یافت می‌شود که در این صورت تنها از یک پروتون ساده ساخته شده‌است. البته در حقیقت بدست آوردن کاتیون هیدروژن در ترکیب‌های پیچیده تری ممکن می‌شود.

عنصر هیدروژن با بیشتر عنصرها می‌تواند ترکیب شود و می‌توان آن را در آب، تمامی ترکیب‌های آلی و موجودات زنده پیدا کرد. این عنصر در واکنش‌های اسید و قلیایی در بسیاری واکنش‌ها با داد و ستد پروتون میان مادهٔ حل شدنی و حلال نقش مهمی از خود نشان می‌دهد. هیدروژن به عنوان ساده‌ترین عنصر شناخته شده در دانش نظری بسیار کمک‌کار بوده‌است، برای نمونه از آن در حل معادلهٔ شرودینگر یا در مطالعهٔ انرژی و پیوند و در نهایت پیشرفت دانش مکانیک کوانتوم نقش کلیدی داشته‌است.

گاز هیدروژن (با نماد H۲) نخستین بار در سدهٔ ۱۸ میلادی به صورت آزمایشگاهی از واکنش اسیدهای قوی با فلزهایی مانند روی بدست آمد (۱۷۶۶ تا ۱۷۸۱). هنری کاوندیش نخستین کسی بود که دریافت گاز هیدروژن برای خود، یک مادهٔ جداگانه‌است.[] و از سوختن آن آب پدید می‌آید. دلیل نامگذاری هیدروژن هم همین ویژگی آن است به معنی آب‌ساز در زبان یونانی. در شرایط استاندارد دما و فشار هیدروژن عنصری است بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه، نافلز، غیرسمّی یک ظرفیتی، گازی دو اتمی، بسیار آتش‌گیر و با فرمول شیمیایی H۲.

در صنعت برای تولید هیدروژن از گاز طبیعی بهره می‌برند و کمتر به الکترولیز آب روی می‌آورند.,, بیشتر هیدروژن تولیدی در نزدیکی محل تولید، در فرایند سوخت سنگواره‌ای (مانند کراکینگ) و تولید آمونیاک برای ساخت کود شیمیایی، مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. امروزه دانشمندان در تلاش اند تا جلبک‌های سبز را در تولید هیدروژن بکار ببندند.

در دانش فلزشناسی، تردی هیدروژنی بسیاری فلزها مورد بررسی است,, تا با کمک آن در طراحی لوله‌ها و مخزن‌ها دگرگونی‌هایی پدیدآورند.

((( ویژگی‌ها)))  Attributes

سوختن”  ((Burn)))

در موتورهایی که هیدروژن واکسیژن به طورکامل میسوزند مثل: موتور محرک شاتل فضایی , شعله نامرئی تولید میشود و اثری مریئ از خود بجای نمیگذارد ..

گاز هیدروژن (دی‌هیدروژن یا مولکول هیدروژن,,,بسیار آتش‌گیر است و می‌تواند در هوا و در بازهٔ گسترده‌ای از غلظت، میان ۴٪ تا ۷۵٪ حجمی، بسوزد,,,آنتالپی استاندارد سوختن برای هیدروژن ۲۸۶ کیلوژول بر مول است:

۲ H۲(g) + O۲(g) → ۲ H۲O(l) + ۵۷۲ kJ (286 kJ/mol)

اگر هیدروژن با هوا آمیخته شود و غلظت آن میان ۴ تا ۷۴ درصد باشد یا آمیزه‌ای از هیدروژن و کلربا درصد ۵ تا ۹۵ درصد می‌تواند ماده‌ای انفجاری را پدیدآورد. این آمیزه‌های گازی با یک جرقه، کمی گرما یا نور خورشید بی‌درنگ منفجر می‌شود. دمای خودآتشگیریهیدروژن، دمایی که هیدروژن در آن خود به خود در هوا آتش می‌گیرد، ۵۰۰ درجهٔ سانتیگرادیا ۹۳۲فارنهایتاست.,,از شعلهٔ سوختن هیدروژن-اکسیژن خالص پرتوهای فرابنفشتابیده می‌شود که برای چشم ناپیدایند. مانند شعله‌ای که در موتور اصلی شاتل فضاییدر اثر سوختن هیدروژن-اکسیژن پدید می‌آید. برای ردیابی نشتی در هیدروژن در حال سوختن نیاز به ابزارهای ردیابی شعلهداریم، چنین نشتی‌هایی می‌توانند بسیار خطرناک باشند. فاجعهٔ آتش‌گیری کشتی هوایی هیندنبرگو سقوط آن یک نمونهٔ مصیبت‌بار از سوختن هیدروژن است دلیل این آتش‌سوزی مورد بررسی است اما شعله و آتشی که از بیرون دیده شد به دلیل سوختن دیگر مواد روی این کشتی هوایی بود.,,چون هیدروژن سبک است و در هوا شناور می‌شود شعلهٔ آتش هیدروژن خیلی زود بالا رفت و نسبت به سوخت‌های هیدروکربنی خرابی کمتری به بار آورد. دو-سوم سرنشینان این فضاپیما از آتش‌سوزی جان سالم به در بردند. بیشتر کشته‌ها به دلیل سقوط یا آتش‌گیری سوخت دیزل بود.

H۲ می‌تواند با هر عنصر اکسید شده‌ای وارد واکنش شود همچنین می‌تواند در دمای اتاق به صورت خود به خودی و البته خطرآفرین با کلرو فلوئورواکنش دهد و هالیدهای هیدروژن، هیدروژن کلریدو هیدروژن فلوئوریدرا پدیدآورد. این هالیدها خود اسیدهایخطرناکی‌اند.

تراز انرژی الکترونی

(((اتم هیدروژن)))  Hydrogen atoms

نگاره‌ای از اتم هیدروژن که در آن بزرگی پروتون مرکزی و قطر اتم، هر دو نشان داده شده‌است. قطر اتم تقریباً دو برابر شعاع بدست آمده توسط مدل بوراست.

تراز انرژی الکتروندر اتمهیدروژن در پایین‌ترین سطح خود یا حالت صفر، ۱۳٫۶الکترون‌ولتاست؛ که برابر است با یک فوتونفرابنفشبا طول موجی نزدیک به ۹۲نانومتر.

تراز انرژی هیدروژن را می‌توان با کمک مدل اتمی بور، نزدیک به دقیق بدست آورد. در مدل بور فرض بر این است که الکترون‌ها در اتم مانند زمین که به گِرد خورشید می‌گردد، به گِرد پروتون (هستهٔ اتم) می‌چرخند. البته نیروی الکترومغناطیسیمیان الکترون‌ها و پروتون‌ها ربایش پدیدمی‌آورد مانند سیاره‌ها که به خاطر نیروی گرانشسوی ستاره‌ها رباییده می‌شوند. در دوران آغازین مکانیک کوانتوم، چنین انگار شده بود که تکانهٔ زاویه‌ایکَمّیتی گسسته‌است در نتیجه الکترون در مدل بور اجازه داشت در فاصله‌های مشخصی از پروتون جای گیرد و در نتیجه انرژی آن هم با مقدارهای مشخصی برابر می‌شد.

برای دریافت توضیح دقیق تری دربارهٔ اتم هیدروژن باید به رفتار آن در مکانیک کوانتوم نگاه کرد. با توجه به معادلهٔ شرودینگرو فرمول انتگرالی فاینمنمی‌توان رفتار احتمالاتی الکترون به گِرد پروتون را محاسبه کرد.,,,  برپایهٔ مکانیک کوانتوم، الکترون در یک اتم هیدروژن در حالت تراز صفر، هیچگونه تکانهٔ زاویه‌ای ندارد، تفاوت میان همانندسازی گردش الکترون‌ها به منظومهٔ خورشیدی و آنچه در عمل رخ می‌دهد اینجا است.

ساختار مولکولی

نخستین نشانه‌های دیده شده در هیدروژن مایعدر اتاقک حبابدر بواترن  “”” دو اسپین متفاوت برای همپارهای مولکول دو اتمی هیدروژن وجود دارد که در آن، تفاوت در اسپینهسته‌ها نسبت به یکدیگر است.[]در ساختار راست‌هیدروژن (اورتوهیدروژن) اسپین دو پروتون هم‌سو است و با عدد کوانتومی اسپین مولکول ۱ (½+½) یک حالت سه‌گانه می‌سازد. در پاراهیدروژن اسپین‌ها ناهم‌سو است در نتیجه با عدد کوانتومی اسپین ۰ (½–½) یک یگانه را می‌سازد. در دما و فشار استاندارد، ساختار ۲۵٪ از گاز هیدروژن به صورت پارا و ۷۵٪ آن به صورت راست یا اورتو است که به آن «ساختار معمولی» هم گفته می‌شود.,  نسبت تعادلی هیدروژن پارا به راست (اورتو) به دمای آن بستگی دارد اما چون ساختار راست یک حالت برانگیختهاست و تراز انرژی بالاتری نسبت به پارا دارد، ناپایدار است و نمی‌توان آن را پالایید. در دمای بسیار پایین می‌توان گفت حالت تعادل تنها از پارا ساخته

شده‌است. ویژگی‌های گرمایی پاراهیدروژن پالاییده در حالت‌های گازی و مایع، با ساختار معمولی بسیار متفاوت است و این از آنجا است که ظرفیت گرمایی گردشی آن‌ها متفاوت است,,تفاوت‌های پارا و راست در مولکول‌های دیگری که هیدروژن دارند یا در گروه‌های عاملی نیز دیده می‌شود. برای نمونه آبو متیلن چنین اند اما این تفاوت در ویژگی‌های گرمایی آن‌ها بسیار ناچیز است. برای نمونه نقطهٔ ذوب و جوش پاراهیدروژن ۰٫۱ کلوین از هیدروژن راست (اورتو) پایین‌تر است.

با افزایش دما، تغییر ویژگی‌های هیدروژن از پارا به راست (اورتو) افزایش می‌یابد و پس از اندکی H۲ فشرده سرشار از ساختار پُرانرژی اورتو می‌شود، ساختاری که با کندی بسیار به ساختار پارا بازمی‌گردد.[]نسبت اورتو/پارا در هیدروژن فشرده، نکتهٔ کلیدی در آماده‌سازی و ذخیرهٔ هیدروژن مایع است که باید آن را در نظر داشت. فرایند دگرگونی هیدروژن از راست (اورتو) به پارا گرمازا است و آنقدر گرما تولید می‌کند که باعث بخار شدن بخشی از هیدروژن مایع شود. در این فرایند از آسان‌گرهاییمانند زغال فعال، اکسید آهن(III)، آزبست پلاتینی، برخی فلزهای کمیاب، ترکیب‌های اورانیوم، اکسید کروم(III)و برخی ترکیب‌های نیکلکمک گرفته می‌شود.]این آسان‌گرها هنگام خنک‌سازی هیدروژن افزوده می‌شوند.

حالت‌های گوناگون ۵ گانه “

هیدروژن در فاز فلزی، یک ماده تباهیدهاست، در این فاز، هیدروژن به شکل یک رسانای الکتریکیرفتار می‌کند. این فاز به صورت نظری در سال ۱۹۳۵ پیش‌بینی شد ,,اما هنوز به روشنی دیده نشده‌است و همچنان این احتمال وجود دارد که فازهای جدیدی از هیدروژن جامد، در شرایط استاتیک، پیدا شود.

ترکیب‌ها :

نگاه کنید به: رده:ترکیب‌های هیدروژن

کووالانت و ترکیب‌های آلی”

هیدروژن از سبک‌ترین گازها است و می‌تواند با بیشتر عنصرها وارد واکنش شود در حالی که در حالت مولکولی، H۲ در شرایط استاندارد چندان واکنش پذیر نیست. هیدروژن الکترونگاتیوی۲٫۲دارد و می‌تواند با عنصرهایی که الکترونگاتیوی بیشتری دارند مانند هالوژن‌ها (مانند F، Ca، Brو I) یا اکسیژنوارد واکنش شود. در تمامی این واکنش‌ها هیدروژن بار مثبت به خود می‌گیرد.,,هیدروژن در ترکیب با فلوئور، اکسیژنیا نیتروژنپیوندی غیرکووالانسی با توانمندی میانگین به نام پیوند هیدروژنیبرقرار می‌کند. این پیوند در پایداری بسیاری از مولکول‌های زیستی نقش اساسی دارد.,همچنین هیدروژن این توان را دارد که با عنصرهایی با الکترونگاتیوی کمتر مانند فلزهاو شبه‌فلزهاوارد واکنش شود. در این صورت هیدروژن بار منفی به خود می‌گیرد. این گونه ترکیب‌ها بیشتر با نام هیدریدشناخته می‌شوند.

هیدروژن می‌تواند رشته‌های ترکیب‌های گسترده‌ای را با کربنپدیدآورد. این ترکیب‌ها، هیدروکربننام دارند. بیش از این، رشته ترکیب‌های هیدروژن با ناجوراتم‌هاهم وجود دارد که از هیدروکربن‌ها هم گسترده‌تر است و به دلیل ارتباطی که میان آن‌ها و اندام‌های زنده وجود دارد به آن‌ها ترکیب‌های آلیگفته می‌شود.,,و دانش بررسی ویژگی‌های چنین ترکیب‌هایی شیمی آلینام دارد.,,و چنان‌که این بررسی در زمینهٔ سازوکار اندامک‌های زندهباشد زیست‌شیمیخوانده می‌شود., البته تعریف دیگری هم وجود دارد: برخی بر این باور اند که هر ترکیبی که کربن داشته باشد ترکیب آلی نام دارد، هرچند، بیشتر این ترکیب‌های کربنی دارای هیدروژن‌اند امروزه میلیون‌ها هیدروکربندر جهان شناخته شده‌است که برای ساخت بسیاری از آن‌ها از فرایندهای پیچیده‌ای بهره برده شده‌است

هیدریدها “

بیشتر ترکیب‌های هیدروژن، هیدریدنام دارند. عبارت هیدرید نشان می‌دهد که در آن ترکیب اتم هیدروژن بار منفی یا آنیون به خود گرفته و به صورت H نمایش داده می‌شود. این حالت زمانی پیش می‌آید که هیدروژن با عنصرهایی که دوست دارند الکترون از دست دهند، ترکیب شود. این مطلب نخستین بار توسط گیلبرت لوویسدر سال ۱۹۱۶ برای هیدریدهای گروه یک و دو پیشنهاد شد؛ پس از آن مورئر، در سال ۱۹۲۰ با کمک الکترولیزلیتیم هیدریدمذاب، درستی این پدیده را نشان داد. همچنین مقدار هیدروژن در آنُد با کمک معادلات استوکیومتریقابل شمارش بود.,,برای هیدرید عنصرهایی غیر از فلزهای گروه یک و دو، با در نظر گرفتن الکترون‌دوستی پایین هیدروژن، وضعیت کمی متفاوت است. همچنین ترکیب BeH۲ در گروه دو، یک پلیمری و استثنا است. در لیتیم آلومینیوم هیدرید، آنیون AlH۴مرکزهای هیدریدی را با خود می‌برد در حالی که به سختی با Al(III) در پیونداند.

هیدریدها تقریباً با همهٔ عنصرهای گروه اصلی ساخته می‌شوند ولی شمار و آمیزش آن‌ها متفاوت است. برای نمونه بیش از ۱۰۰ هیدرید بور دوتایی شناخته شده‌است درحالی که تنها یک هیدرید آلومینیم دوتایی داریم,,,و هیدرید ایندیمدوتایی هنوز شناخته نشده‌است هرچند که ترکیب‌های پیچیده‌تر وجود دارند.

در شیمی معدنی، هیدریدها به عنوان یک پل لیگاندییا لیگاند واسطه هم کاربرد دارند؛ به این ترتیب که میان دو مرکز فلزی در ترکیب‌های کمپلسارتباط برقرار می‌کنند. این کاربرد هیبرید بیشتر در میان عنصرهای گروه ۱۳به ویژه در هیدریدهای بور، کمپلکس‌های آلومینیمو کربوران‌های خوشه‌دار دیده می‌شود.,

پروتون‌ها و اسیدها

آگاهی بیشتر در واکنش اسید و باز“”

هیدروژن با اکسید شدن الکترون خود را از دست می‌دهد در نتیجه H+بدست می‌آید که تنها دارای یک هسته‌است که خود آن هسته تنها یک پروتون دارد. به همین دلیل H+را پروتون نیز می‌نامند. این ویژگی در بحث واکنش‌های اسیدهادر خور توجه‌است. برپایهٔ نظریهٔ اسید و باز برونستد-لاریاسیدها دهندهٔ پروتون و قلیاها گیرندهٔ پروتون‌اند.

پروتون یا H+را نمی‌توان به صورت تکی در یک محلول یا بلور یونی پیدا کرد، این به دلیل ربایش بسیار بالای آن به الکترون اتم‌ها یا مولکول‌های دیگر است. مگر در دماهای بسیار بالای مرتبط با حالت پلاسما. چنین پروتون‌هایی را نمی‌توان از ابر الکترونیاتم یا مولکول جدا کرد بلکه چسبیده به آن‌ها باقی می‌ماند. البته گاهی از عبارت «پروتون» برای اشاره به هیدروژن با بار مثبت یا کاتیونکه در پیوند با دیگر مواد است هم استفاده می‌شود.

ایزوتوپ‌ها”” ((Isotopes ))

ایزوتوپ‌های هیدروژن “” ((  Hydrogen isotopes))

پروتیوم، معمولی‌ترین ایزوتوپهیدروژن فاقد نوتروناست گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریومدارای یک نوترون و تریتیومرادیو اکتیو دارای دو نوترون، وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-1) و دیتریوم(D, H-۲) هستند. دیتریوم شامل ۰٫۰۱۸۴–۰٫۰۰۸۲٪ درصد کل هیدروژن است (آیوپاک)؛ نسبت‌های دیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOWاعلام می‌گردد. تریتیوم(T یا H-3)، یک ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) دارای یک پرتون و دو نوترون است. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپ‌های آن اسمی مختلفی دارند,,

پیشینه”((  Background ))

شناسایی هیدروژن و دست‌آوردهای پس از آن در سال ۱۶۷۱، رابرت بویل دریافت و توضیح داد که از واکنش میان آهنو یک اسیدرقیق باعث تولید گاز هیدروژن می‌شود,پس از او در سال ۱۷۶۶هنری کاوندیشنخستین کسی بود که گاز هیدروژن را به عنوان یک مادهٔ جداگانه شناخت. ماده‌ای که نتیجهٔ واکنش شیمیاییمیان فلز و اسید بوده و البته آتش‌گیر نیز بوده‌است برای همین وی نام «هوای آتش‌گیر» را بر آن نهاد. او گمان برد «هوای آتش‌گیر» در حقیقت همان مادهٔ افسانه‌ای «آتش‌دوست» یا phlogistonاست,,آزمایش‌های پس از آن در سال ۱۷۸۱ نشان داد که از سوختن این گاز، آب پدید می‌آید. کاوندیشبه عنوان کسی که برای نخستین بار هیدروژن را به عنوان یک عنصر دانست، شناخته می‌شود.,در سال ۱۷۸۳لاوازیهو لاپلاسهنگامی که یافته‌های کاوندیش را آزمودند و دیدند که از سوختن این گاز، آب پدید می‌آید به پیشنهاد لاوازیه نام هیدروژن را برای آن برگزیدند,,هیدروژن به معنی سازندهٔ آب یا آبزا، از واژهٔ یونانی ὕδρω یا hydroبه معنی «آب» و γενῆς یا genesبه معنی «سازنده» ساخته شده‌است,.

لاوازیه در آزمایش‌های سرشناس خود دربارهٔ بقای ماده، از واکنش میان بخار آب با فلز آهنیکه در آتش به شدت داغ و دچار تابششده بود، به تولید هیدروژن دست یافت. اکسید کردن آهن در یک فرایند بدون هوا با کمک پروتون‌های آب در دمای بسیار بالا از واکنش‌های زیر پیروی می‌کند:

Fe + H۲O → FeO + H۲

۲ Fe + 3 H۲O → Fe۲O۳ + ۳ H۲

۳ Fe + 4 H۲O → Fe۳O۴ + ۴ H۲

زیرکونیمو بسیاری دیگر از فلزها اگر همین فرایند را با آب داشته باشند باز به تولید هیدروژن می‌رسند.

نخستین بار در سال ۱۸۹۸جیمز دیوئرتوانست هیدروژن را در فرایند سرمایش بازیابیو با کمک چندی از ابتکارهای خودش مانند فلاسک خلاءمایع کند,,او یک سال بعد توانست هیدروژن را جامد کند,,در دسامبر ۱۹۳۱، هارولد یوریتوانست دوتریومو پس از او در ۱۹۳۴ارنست رادرفورد، مارک اولیفانتو پاول هارتکتوانستند تریتیومرا بدست آورند.[۴۶]در ادامه، آب سنگینکه به جای هیدروژن معمولی از دوتریومساخته شده را گروه هارولد یوریدر ۱۹۳۲ بدست آوردند.[۴۷]در سال ۱۸۰۶فرانسوآ ایزاک دو ریوازنخستین ماشین درون‌سوز با سوخت آمیزه‌ای از هیدروژن و اکسیژن را ساخت و ادوارد دانیل کلارکلوله‌های دم دهندهٔ هیدروژن را در سال ۱۸۱۹ درست کرد. روشنایی کلسیمو لامپ دوبراینرهم نخستین بار در سال ۱۸۲۳ درست شدند.

نخستین نسل کشتی هواییدر آسمان”

The first generation of airships in the sky

نخستین بادکنکهیدروژنی را ژاک شارلدر ۱۷۸۳ پدیدآورد،,اما آنری ژیفارنخستین کسی بود که توانست از این بادکنک‌های هیدروژنی یک وسیلهٔ جابجایی در آسمان بسازد و به اندازهٔ کافی در هوا بالا رود. او در سال ۱۸۵۲ به این کامیابی دست یافت.,]پس از آن فردیناند زپلینآلمانی پیشنهاد ساخت یک کشتی پرنده را داد و در سال ۱۹۰۰ نخستین زپلیندر آسمان به پرواز درآمد.,با آمدن این ابزار مسافرت‌های هوایی ممکن شد تا آنجا که از سال ۱۹۱۰ تا ۱۹۱۴ که جنگ جهانی اولآغاز شد، ۳۵٬۰۰۰ مسافر بدون هیچ حادثهٔ جدی در آسمان جابجا شدند. در طول جنگ هم این ابزار به عنوان دیده‌بان یا بمب افکن کاربرد داشت.

کشتی‌های هوایی بریتانیایی آر۳۴که در سال ۱۹۱۹ ساخته شد می‌توانست عرض اقیانوس اطلسرا بدون توقف طی کند. پس از آن در دههٔ ۱۹۲۰ پروازهای مرتب برای مسافرین فراهم شد. با شناسایی گاز هلیمتوسط آمریکایی‌ها امید آن بود که این مسافرت‌ها از امنیت بیشتری برخوردار شوند. اما دولت آمریکا نپذیرفت که هلیوم را برای این هدف بفروشد. برای همین به ناچار این کشتی‌های فضایی همچنان با هیدروژن کار می‌کردند. کشتی هوایی هیندنبورگکه در ۶ مه ۱۹۳۷ در آسمان نیوجرسیآتش گرفت هم با گاز H۲ پرواز می‌کرد.,,این رویداد به صورت زنده از رادیو پخش می‌شد و از آن فیلم گرفته می‌شد. گمان آن می‌رفت که آتش‌سوزی به دلیل نشت گاز هیدروژن رخ داده‌است اما چندی بعد بررسی‌ها نشان داد که از جرقهٔ میان تارهای آلومینیمیدر اثر الکتریسیتهٔ ساکن آتش‌سوزی روی داده‌است اما هر چه بود این رویداد باعث از بین رفتن اعتماد عمومی نسبت به ابزارهای پروازی به کمک گاز هیدروژن شد.

در سال ۱۹۷۷ برای نخستین بار از پیل‌های نیکل‌هیدروژن در سامانهٔ ردیابی ماهواره‌ای نیروی دریایی بهره برده شد,برای نمونه در ایستگاه فضایی بین‌المللی،اودیسهٔ مریخو نقشه‌بردار سراسر مریخ،پیل‌های نیکل‌هیدروژن بکار رفته‌است. تلسکوپ فضایی هابلهم در بخش‌هایی از گردشش که فضا تاریک است از نیرو پیل‌های نیکل‌هیدروژن بهره می‌برد. اما این پیل‌ها در مه سال ۲۰۰۹ جایگزین شدند.

نقش هیدروژن در گسترش نظریهٔ کوانتوم

ساختار اتمی نسبتاً سادهٔ هیدروژن یعنی اینکه تنها دارای یک پروتون و یک الکترون بود و افزون بر آن، طیف نوری که از هیدروژن تابیده می‌شد یا توسط هیدروژن دریافت می‌شد، همگی در گسترش نظریهٔ ساختار اتم بسیار کمک‌کار بودند. سادگی ساختار مولکول هیدروژن و کاتیون H۲+کمک کرد تا شناخت بهتری از پیوندهای شیمیاییبدست آید. این دستاورد اندکی پس از بیان نظریهٔ رفتار مکانیک کوانتوم اتم هیدروژن در میانهٔ دههٔ ۱۹۲۰، بدست آمد.

یکی از اثرها و ویژگی‌های کوانتومی که به خوبی دیده شد (اما در آن هنگامه فهمیده نشد) مشاهدات ماکسول در زمینهٔ هیدروژن بود که نیم قرن پیش از رسیدن به نظریهٔ مکانیک کوانتومروی داد. ماکسول مشاهده کرد که ظرفیت گرمایی H۲ در دماهای زیر دمای اتاق به سرعت از انرژی گرمایی گازهای دو اتمی دور و به تک اتمی‌ها نزدیک می‌شود. برپایهٔ نظریهٔ کوانتوم این رفتار به فاصلهٔ میان ترازهای انرژی دورانی بازمی‌گردد که به ویژه در H۲ به دلیل جرم کوچک آن، با هم فاصلهٔ زیادی دارند این ترازهای بافاصله، از پخش شدن یکنواخت انرژی گرمایی در حرکت دورانی هیدروژن در دمای پایین پیشگیری می‌کند. گازهای دو اتمی که از اتم‌های سنگین تری ساخته شده‌اند دارای چنین ترازهای با فاصلهٔ انرژی نیستند و نمی‌توانند چنین رفتاری را از خود نشان دهند.

پیدایش

ان‌جی‌سی ۶۰۴یک ناحیهٔ گسترده از هیدروژن یونی شده از کهکشان سه تکه

هیدروژن فراوانترین عنصردر جهان است تا آنجا که ۷۵٪جرممواد طبیعیاز این عنصر ساخته شده و بیش از ۹۰٪اتم‌هایسازندهٔ آن‌ها اتم هیدروژن است و البته گمان آن می‌رود که جرم‌های ناشناخته مانند مادهٔ تاریکو انرژی تاریکهم چنین ساختاری داشته باشند.]هیدروژن و ایزوتوپ‌های آن به فراوانی در ستاره‌ها و سیاره‌های غول‌های گازییافت می‌شوند. هیدروژن از راه واکنش‌های پروتون-پروتون و چرخهٔ سی‌ان‌اودر همجوشی هسته‌اینقشی کلیدی در زاییده شدن، درخشان شدن و پُرتوان شدن یک ستارهبازی می‌کند چون ابرهای مولکول هیدروژن رابطه‌ای مستقیم با زایش یک ستارهدارند.

در سراسر کیهان، هیدروژن بیشتر در حالت اتمییا پلاسماییدیده می‌شود. در حالت پلاسما ویژگی‌های ماده کاملاً متفاوت از ویژگی‌های آن در حالت مولکولی است چرا که در این وضعیت الکترون و پروتون دیگر در بند یکدیگر نیستند در نتیجه رسانش الکتریکی و تابش بسیار بالایی در ماده رخ می‌دهد (نوری که از خورشید و دیگر ستارگان تابیده می‌شود) و ذره‌های باردار به شدت زیر تأثیر میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی قرار دارند. برای نمونه بادهای خورشیدیکه با مغناط‌کرهٔزمین در اندرکنش قرار می‌گیرد و باعث بوجود آمدن شفق قطبیو جریان‌های بیرکلنددر زمین می‌شوند، چنین‌اند.

برخلاف فراوانی زیاد هیدروژن در کیهان، غلظت این عنصر در هواکرهٔ زمینبسیار کم است (۱ppmبرحسب حجم) و این بیشتر به دلیل سبکی این گاز نسبت به دیگر گازها است که می‌تواند آسان‌تر از میدان گرانش زمین بگریزد هیدروژن گازی هم که در زمین یافت می‌شود بیشتر به صورت مولکول دو اتمی H۲ دیده می‌شود. با وجود تمام این توضیح‌ها، از دیدگاه فراوانی، هیدروژن سومین عنصر فراوان در سطح زمین است,]و این به دلیل حضور آن در بیشتر ترکیب‌های شیمیاییمانند هیدروکربن‌هاو آب است,آبدر دسترس‌ترین سرچشمهٔ هیدروژن در زمین است که از دو بخش هیدروژن و یک بخش اکسیژن (H۲O) ساخته شده‌است.

همچنین هیدروژن در بیشتر گونه‌های مواد آلی که در اندام‌های زنده کاربرد دارند پیدا می‌شود، زغال، سوخت فسیلیو گاز طبیعی. متان (CH۴)، که یکی از محصولات فرعی فساد ترکیبات آلی است همگی دارای هیدروژن‌اند. گاز هیدروژن توسط باکتری‌هاو جلبک‌هاساخته می‌شود و البته یکی از سازندگان طبیعی باد شکماست.

هیدروژن از راه‌های گوناگون بدست می‌آید، گذر بخاراز روی کربنداغ، تجزیه هیدروکربنبوسیلهٔ حرارت، واکنش هیدروکسیدسدیمیا پتاسیمبر آلومینیوم، الکترولیزآب یا از جابجایی آن در اسیدهاتوسط فلزاتخاص.

تولید ” ((  Production ))

در آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی و شیمی می‌توان گاز هیدروژن را تولید کرد. این گاز معمولاً محصول کناری دیگر واکنش‌ها است.

در آزمایشگاه “((  in the lab ))

در آزمایشگاهبا کمک دستگاه کیپمی‌توان از واکنش اسیدها با فلزهایی مانند روی، هیدروژن بدست آورد:

Zn + 2 H+ → Zn۲+ + H۲

از واکنش آلومینیمبا قلیاها هم می‌توان به نتیجه رسید:

۲ Al + 6 H۲O + ۲ OH۲ Al(OH)۴ + ۳ H۲

الکترولیزآب هم یک روش آسان برای تولید هیدروژن است. با گذر یک جریان کم ولتاژ از آب می‌توان گاز اکسیژنرا در آنُدو گاز هیدروژن را در کاتُدجمع کرد. برای جمع‌آوری هیدروژن معمولاً کاتد از پلاتینیا یک فلز واسطهٔ دیگر برگزیده می‌شود. البته چون امکان آتش گرفتن وجود دارد و اکسیژن هم به این سوختن کمک می‌کند برای همین فلز کاتد و آند هر دو واسطه در نظر گرفته می‌شود (آهن اکسید می‌شود و مقدار اکسیژن بدست آمده را کاهش می‌دهد). بیشترین بازده نظری این واکنش یعنی نسبت جریان الکتریسیته به هیدروژن تولیدی میان ۸۰ تا ۹۴ درصد است.

۲ H۲O(l) → ۲ H۲(g) + O۲(g)

شیمیدانان در سال ۲۰۰۷ دریافتند که اگر آلیاژی از گالیمو آلومینیم را به صورت گلوله‌ای درآورند و در آب بیندازند می‌تواند هیدروژن تولید کند. همچنین این فرایند آلومیناهم پدیدمی‌آورد. در این میان گالیم نمی‌گذارد که لایه‌ای از اکسیژن بر روی گلوله ساخته شود و البته گالیم پس از واکنش دوباره قابل استفاده‌است و این به دلیل گرانی این فلز نکتهٔ مهمی است. این روش از نظر کاهش هزینه هم درخور توجه‌است چرا که هیدروژن در همان‌جا تولید می‌شود و دیگر نیازی به جابجایی ندارد.

در صنعت

راه‌های گوناگونی برای تولید صنعتی هیدروژن پیدا شده‌است. اما بهترین آن‌ها از نظر اقتصادی، برداشتن هیدروژن از هیدروکربن‌ها است. در این روش بخار آب در دمای بالا با سوخت‌های سنگواره‌ایمانند متانموجود در گاز طبیعی,,,واکنش می‌دهد و مخلوط مونوکسید کربنو H۲ پدیدمی‌آورد که به آن گاز آبیا گاز سنتز می‌گویند. منظور از دمای بالا در این واکنش ۱۰۰۰ تا ۱۴۰۰کلوین، ۷۰۰تا ۱۱۰۰سانتیگراد، ۱۳۰۰تا ۲۰۰۰فارنهایتاست.

CH۴ + H۲O → CO + 3 H۲

تمایل بر این است که این واکنش در فشار پایین انجام گیرد ولی چنین نمی‌شود و در فشارهای بالا (۲ مگاپاسکال، ۲۰ اتمسفر یا ۶۰۰ اینچ جیوه) رخ می‌دهد چون هیدروژن با فشار بالا کالای تجاری تری است و فرایند پالایش آن و جداسازی اش از دیگر گازها (PSA) در فشار بالا بهتر صورت می‌گیرد. مخلوط گاز سنتز جهت تولید متانولو ترکیب‌های مرتبط دیگر بکار می‌رود. جدای از متان، هیدروکربن‌هایپیچیده‌تر هم می‌توانند در تولید گاز سنتز بکار روند تنها نسبت محصولات تولیدی متفاوت است. یکی از بزرگترین پیچیدگی‌ها در این فرایندهای بهینه‌سازی پدیداری کُک یا کربن است.

CH۴ → C + 2 H۲

برای پالایش گاز هیدروژن از بخار آب زیادی که در آغاز واکنش افزودیم، از مونوکسید کربن استفاده می‌شود و اکسید آهن در این میان نقش آسان‌گررا بازی می‌کند. این واکنش از واکنش‌های مهم صنعتی در تولید کربن دی‌اکسیداست.

CO + H۲O → CO۲ + H۲

یک روش صنعتی و مهم دیگر در تولید هیدروژن، اکسید کردن جزئی هیدروکربن‌ها است:

۲ CH۴ + O۲۲ CO + 4 H۲

و البته واکنش زغال سنگ که به عنوان پیش‌درآمدی بر واکنش بالایی است:

C + H۲O → CO + H۲

هیدروژن مورد نیاز در فرایند هابربرای تولید آمونیاکهم از گاز طبیعی بدست می‌آید,برقکافتآب‌نمکهم علاوه بر تولید سدیم هیدروکسیدو آزادسازی کلر، هیدروژن نیز آزاد می‌کند.

به علت خورندگیو اشتعال‌پذیری گاز هیدروژن، جابجایی آن با دشواری روبروست. از این رو در بسیاری از این فرایندهای صنعتی، هیدروژن تولید شده در همان‌جا مصرف می‌شود بدون آنکه پالایش یا جداسازی انجام گیرد.

چرخهٔ گرماشیمی” ((  The thermochemical cycle ))

بیش از ۲۰۰ چرخهٔ گرماشیمی (ترموشی) برای شکستن مولکول آب به اتم‌های سازنده اش وجود دارد. دانشمندان بر روی نزدیک به دو جین از این چرخه‌ها مانند چرخهٔ اکسید آهن، چرخهٔ اکسید سریم (IV)-اکسید سریم (III)، چرخهٔ روی-اکسید روی، چرخهٔ گوگرد-ید، چرخهٔ مس-کلر، چرخهٔ هیبرید گوگردپژوهش و آزمایش می‌کنند و در تلاش اند تا از آب و گرما، به هیدروژن و اکسیژن برسند بدون اینکه از جریان برق کمک بگیرند.,

 شماری از آزمایشگاه‌ها (از جمله در فرانسه، آلمان، یونان، ژاپن و آمریکا) در حال گسترش روش‌های ترموشیمی یا گرماشیمی اند تا بتوانند با کمک انرژی خورشیدی و آب، هیدروژن تولید کنند.[]

خوردگی بدون هوا

در شرایط بدون هوا، آهنو فولادبه آرامی با پروتون‌های آب، اکسید می‌شوند و مولکول هیدروژن (H۲) آزاد می‌شود. در این فرایند نخستین چیزی که ساخته می‌شود هیدروکسید آهن(II) (زنگارهای سبز) است و واکنش آن به صورت زیر است:

Fe + 2 H۲O → Fe(OH)۲ + H۲

در شرایط بی هوا، هیدروکسید آهن(II)آزاد شده می‌تواند با پروتون‌های آب اکسید شود و مگنتیتو هیدروژن را پدیدمی‌آورد. فرایندی که توضیح داده شد، واکنش شیکورنام دارد.

۳ Fe(OH)۲ → Fe۳O۴ + ۲ H۲O + H۲

هیدروژن + آب + مگنتیتهیدروکسید آهن

بلور مگنتیت (Fe۳O۴)، اگر به خوبی ساخته شده باشد از دید ترمودینامیکی پایدارتر از هیدروکسید آهن (Fe(OH)۲) است.

آنچه گفته شد فرایند خوردگی بدون هوای آهنو فولاداست که در آب‌های زیرزمینیبدون اکسیژن یا در خاک‌هایکاهندهٔ زیر سفره‌های آبروی می‌دهد.

قابلیت درون زمینی” ((In-ground capability ))

در نبود اکسیژن هوا (O۲)، در شرایط ویژهٔ درون زمین و در فاصله‌ای بسیار دور از هواکره، در فرایندی به نام سرپانتینی کردن، گاز هیدروژن یا H۲ پدید می‌آید. در این فرایند: اکسیدکردن بدون هوا، توسط پروتون‌های (H+) آب موجود در یون آهن Fe۲+سیلیکات در شبکهٔ بلوری فایالیت (Fe۲SiO۴، الیوینسرشار از آهن) دیده می‌شود. در پایان، این واکنش به ساخت مگنتیت (Fe۳O۴)، کوارتز (SiO۲) و هیدروژن (H۲) می‌رسد:

۳ Fe۲SiO۴ + ۲ H۲O → ۲ Fe۳O۴ + ۳ SiO۲ + ۳ H۲

هیدروژن + کوارتز + مگنتیت → آب + فایالیت

این واکنش به واکنش شیکورکه در خوردگی بدون هوا گفته شد، بسیار نزدیک است.

کاربردها

کاربرد در فرایندها” ((  Application in Processes ))

هیدروژن یا H۲ به فراوانی در صنایع شیمیاییو پتروشیمیکاربرد دارد. بزرگترین کاربرد آن در فراوری سوخت‌های سنگواره‌ایو تولید آمونیاکاست. مصرف‌کنندگان کلیدی H۲ در کارخانه‌های پتروشیمی عبارتند از هیدرودآلکیلاسیون، هیدرودسولفوریزاسیونو کراکینگ. البته هیدروژن چندین کاربرد مهم دیگر هم دارد. هیدروژن در هیدروژنه کردنبه ویژه در افزایش سطح اشباع چربی‌های غیر اشباع و تولید روغن جامد، دانه‌های روغنیو تولید متانولکاربرد دارد. کاربرد دیگر آن به عنوان منبع هیدروژن در تولید هیدروکلریک اسیداست. همچنین هیدروژن به عنوان عامل کاهنده در احیای سنگ معدن‌هایفلزی کار می‌کند.

هیدروژن به خوبی در بسیاری از عنصرهای خاکی کمیابو فلزهای واسطه,حل می‌شود. همچنین در فلزهای آمورفی و بلورهای نانو حل شدنی است,.

جدا از واکنش‌های شیمیایی که هیدروژن می‌تواند در آن‌ها شرکت کند، این ماده کاربرد فراوانی در مهندسی و فیزیک دارد. برای نمونه به عنوان گاز پوششی (محافظ) در روش‌های گوناگون جوشکاریمانند جوشکاری اتمی هیدروژنمورد نیاز است,کاربرد دیگر هیدروژن در خنک کردن مولد الکتریکینیروگاه‌های برقاست. این کاربرد به این دلیل است که هیدروژن دارای بالاترین رسانش گرماییدر میان گازها است. در پژوهش‌های سرماشناسیمانند مطالعهٔ ابررساناییهم بر روی هیدروژن مایعکار می‌شود,چگالی گاز هیدروژن نزدیک به ۱/۱۵ هوا است. به همین دلیل در گذشته به عنوان گاز بالابر در بالون‌ها و کشتی‌های هواییکاربرد داشت.

به تازگی از هیدروژن خالص یا آمیخته‌ای از هیدروژن و نیتروژن برای شناسایی نشتی‌های ریز و سوراخ‌های بسیار کوچک در نیروگاه‌ها، صنعت‌های شیمیایی، هوافضا، خودروسازیو مخابراتبهره برده می‌شود,هیدروژن یک افزودنی مجاز به مواد خوراکی است (E 949) با کمک آن می‌توان بسته‌بندی مواد خوراکی را از نظر نشتی و سوراخ آزمود همچنین از اکسید شدن مواد خوراکی هم پیشگیری می‌کند.[—-دمای هیدروژن در نقطهٔ سه‌گانه اشبه عنوان یکی از نقطه‌های ثابت در ITS-90 (مقیاس بین‌المللی دما در ۱۹۹۰) نشانه‌گذاری شده که برابر با ۱۳٫۸۰۳۳کلویناست.

ایزوتوپ‌های کمیاب هیدروژن هر یک کاربرد ویژه‌ای دارند.

حاملیت انرژی ”  (( Energy support  ))

همچنین ببینید: اقتصاد هیدروژن

هیدروژن به خودی خود یک منبع انرژی نیست.[۸۰]مگر آنکه با کمک واکنش‌های همجوشی هسته‌ایدر دوتریومیا تریتیومبرای نیروگاه‌ها انرژی تولید کند؛ که البته این فناوری بسیار پیشرفته‌است.    

انرژی خورشید هم از همجوشی هسته‌ای هیدروژن گرفته شده‌است اما بر روی زمین به سختی می‌توان به صورت کنترل شده به این فرایند دست یافت. هیدروژن بدست آمده از خورشید، فرایندهای زیستی یا الکتریکی انرژی مورد نیاز برای تولیدش بیشتر از انرژی بدست آمده از سوختنش است به همین دلیل در این موقعیت‌ها با هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی برخورد می‌شود مانند یک باتری. هیدروژن را می‌توان از سوخت‌های سنگواره‌ای (مانند متان) بدست آورد اما این گونه منبع‌ها همیشگی و پایدار نیستند.

چگالی انرژیدر یکای حجم هم برای هیدروژن مایعو هم برای گاز فشردهٔ هیدروژندر هر فشاری که بتوان با آن کار کرد آشکارا از چگالی انرژی سوخت‌های سنگواره‌ای سنتی پایین‌تر است همچنین چگالی انرژی در یکای جرم هم برای سوخت‌های سنگواره‌ای بالاتر است.   

اما همچنان پژوهش‌ها بر سر این است که در آینده به گستردگی از هیدروژن عنوان یک حامل انرژی بهره برده شود.

 برای نمونه می‌توان فرایند جداسازی کربن از هواکره و ذخیره‌سازی آن را برای هیدروژن هم همانند کرد و از سوخت‌های سنگواره‌ای هیدروژن بدست آورد

 اگر بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در ترابری بهره برد، این سوخت به نسبت دیگر سوخت‌ها، پاک می‌سوزد، اندکی NOxتولید می‌کند,اما به هر حال بدون پدیدآوردن کربن می‌سوزد,نباید فراموش کرد که هزینه‌های مربوط به دگرگونی کامل سامانه، به اقتصاد هیدروژنی درخور نگرش است.

قابلیت خنک ‌کنندگی” ((Cooling capability ))

در: مولد توربینی با خنک‌کننده هیدروژنی

از هیدروژن در نیروگاه‌های برق به عنوان خنک‌کنندهٔ ژنراتورها بهره برده می‌شود. این به دلیل ظرفیت گرماییبسیار بالای این گاز است که از همهٔ گازها بالاتر است.

کاربرد در نیمه رساناها” ((Application in semiconductors ))

هیدروژن برای اشباع پیوندهای شکستهٔ سیلیسیم آمورفو کربن آمورفکاربرد دارد و کمک می‌کند تا ویژگی‌های ماده پایدار شود.,همچنین در بسیاری از اکسیدهای مواد به عنوان دهندهٔ الکترونکار می‌کند. چند مورد از این اکسیدها عبارتند از:

ZnO, SnO۲, CdO, MgO, ZrO۲, HfO۲, La۲O۳, Y۲O۳, TiO۲, SrTiO۳، LaAlO۳، SiO۲, Al۲O۳، ZrSiO۴، HfSiO۴ و SrZrO۳.

کاربردهای خاص” ((Specific applications))

به مقدار بسیار زیادی هیدروژن در فرایند هابر (Haber Process) نقش دارد. دیگر کاربردهای هیدروژن عبارت‌اند از:

  • آلکیل زدایی آبی (هیدرو دِ آلکیلاسیون hydrodealkylation)، گوگردزدایی آبی (هیدرو دِ سولفوریزاسیون، hydrodesulfurization) و هیدروکرکینک (hydrocracking)
  • در سوخت‌هایموشک

هیدروژن می‌تواند در موتورهای درون‌سوزسوخته شود یا در پیل‌های هیدروژنی، انرژی الکتریکی تولید کند. تاکنون چند خودروی آزمایشی توسط چند شرکت خودروسازی از جمله BMW (موتور گرمایی) و بنز، تویوتا، اپل و … (پیل هیدروژنی) تولید شده‌است. پیل‌های سوختیهیدروژنی، به‌عنوان راه کاری برای تولید توانبالقوهٔ ارزان و بدون آلودگی، مورد توجه قرار گرفته‌است.

واکنش‌های زیستی”(((Biological reactions)))

H۲ محصول برخی از واکنش‌های بدون هوااست که توسط چندین گونه میکروبدرست می‌شود. این واکنش‌ها معمولاً با کمک آهنیا نیکلموجود در آنزیم‌هاییبه نام هیدروژناسآسان می‌شوند. این آنزیم‌ها به عنوان آسانگر در واکنش‌های برگشت‌پذیر اکسایش و کاهشمیان H۲ و اجزایش، دو پروتون و دو الکترون، کار می‌کنند. گاز هیدروژن هنگام انتقال تعادل‌های کاهشی بوجود آمده در اثر تخمیراسید پیرویکبا آب، پدید می‌آید.

همه روزه شکستن مولکول آب به اجزای سازنده اش، پروتون‌ها، الکترون‌ها و اکسیژن در واکنش نورساختدر اندام‌های زنده روی می‌دهد. برخی از اندام‌ها مانند سیانوباکترو جلبککلامیدوموناز رینهارتییک گام دوم را هم وارد واکنش می‌کنند که مربوط به واکنش‌های در تاریکی است و در آن پروتون‌ها و الکترون‌ها کاهیده می‌شوند و با کمک آنزیم‌های ویژه‌ای که در کلروپلاستوجود دارد گاز H۲ را درست می‌کنند. تلاش شده تا آنزیم‌های سیانوباکتریرا به صورت ژنی تصحیح کنند و با کمک آن‌ها حتی در حضور اکسیژن هم گاز هیدروژن تولید کنند,همچنین تلاش شده تا ژن‌های جلبک یک واکنش دهندهٔ زیستی را هم اصلاح کنند.

هشدارها”  ((Warnings))

هنگام کار با هیدروژن باید بسیار هشیار بود. این به دلیل توان آتش‌گیری و انفجار آن است به ویژه هنگامی که با هوا آمیخته می‌شود و هنگامی که خالص یا بدون اکسیژنباشد هم فرد را دچار خفگیمی‌کند.

 هیدروژن مایع, توان سردکنندگیبسیار بالایی دارد و مانند دیگر مایعات بسیار سرد، می‌تواند آسیب‌هایی همچون یخ‌زدگیرا به بار آورد. هیدروژن در بسیاری از فلزها حل می‌شود گاهی این توانایی دلخواه ما نیست مانند امکان نشت به بیرون و پدیدهٔ تردی هیدروژنیکه در صورت ادامه باعث ترک خوردگی یا انفجار می‌شود. نشت هیدروژن در هوای آزاد باعث شعله‌ور شدن آن می‌شود افزون بر این سوختن هیدروژن هنگامی که بسیار داغ باشد، تقریباً پدیده‌ای ناپیدا (نامرئی) است و می‌تواند باعث رویدادهای ناگواری شود.

داده‌های مربوط به هیدروژن از جمله داده‌های مربوط به امنیت آن به دسته‌ای از پدیده‌ها بستگی دارد. بسیاری از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی هیدروژن به نسبت اورتوهیدروژن و پاراهیدروژن گاز وابسته‌است که معمولاً روزها و گاهی هفته‌ها طول می‌کشد تا در یک دمای مشخص به تعادل برسد و چون داده‌های امنیت مربوط به حالت تعادل است کمی کار دشوار می‌شود همچنین پارامترهای انفجار، مانند فشار و دمای بحرانی به شدت به هندسهٔ ظرف دربردارنده هم بستگی دارد.

   ((  توضیح  سرفصلها به زبان  پرشین و  بریتانایی  ))

انشاءالله در مقاله های بعدی به خواص دیگر عناصر جدول تناوبی خواهیم پرداخت  .

امیدواریم با این توضیحاتی که  در مورد هیدروژن بیان کردیم وقلم زدیم اشنایی بیشتری را با این علم برای شما فراهم اورده باشیم .

                                         ازخدا خواهیم توفیق عمل

                                دپارتمان  فنی مهندسی شرکت پراگ

                                       محقق  : دکتر هاشم ابهری

اشتراک گذاری پست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *