farshad_moradi
عضو جدید
پیدایش
هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است، بطوریکه 75% جرم مواد طبیعیاز این عنصر ساخته شده و بیش از 90% اتم‌های تشکیل دهنده آنها اتم‌های هیدروژن است. این عنصر به مقدار زیاد و به‌وفور در ستارگان و سیارات غولهای گازی یافت می‌شود. بهنسبت فراوانی زیاد آن در جاهای دیگر ، هیدروژن در اتمسفر زمین بسیار رقیق است (1ppm برحسب حجم). متعارف‌ترین منبع برای این عنصر در زمین آب است که از دو قسمت هیدروژنو یک قسمتاکسیژن (H2O) ساخته شده است.
منابع دیگر عبارتند از بیشترین اشکال موادآلی که در اندام تمام موجودات زنده شناخته شده وجود دارند، زغال ، سوخت فسیلی وگازطبیعی. متان ( CH4 ) که یکی از محصولات فرعی فساد ترکیبات آلی استکه اهمیت منابع آن رو به افزایش است. هیدروژن از چندین راه مختلف بدست می‌آید، عبوربخار از رویکربنداغ ، تجزیههیدروکربنبوسیله حرارت ، واکنش هیدروکسید سدیم یاپتاسیمبرآلومینیوم،الکترولیزآب یا از جابجائی آن در اسیدها توسطفلزاتخاص.
هیدروژنتجاری در حجمهای زیاد معمولا بوسیله تجزیه گاز طبیعی تولید می‌شود.
خصوصیات قابل توجه
هیدروژن سبک ترین عنصر شیمیایی با معمول‌ترینایزوتوپآن است که شامل تنها یکپروتونوالکتروناست. در شرایط فشار و دمای استاندارد هیدروژن یکگاز، H2 ، دواتمی با نقطه جوش 20.27K و نقطه ذوب 14.02K را می‌سازد. در صورتی‌که این گاز تحتفشار فوق‌العاده بالایی ، مانند شرایطی که در مرکز غولهای گازی وجود دارد، قرارگیرد،مولکولهاماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در می‌آید.
اما درفشارهای بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت می‌شود، به این علت که هیچ راهیبرای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتم‌های مجزا در آمده، ابرهای H2 (هیدروژنی) تشکیل می‌شود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبطمی‌باشد.
این عنصر نقش بسیار حیاتی در تامین انرژی جهان از طریق واکنشپروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد (اینها فرآیندهای هم‌جوشی هستهایهستند که با ترکیب دو اتم هیدروژن به یک اتمهلیم، مقدار بسیارعظیمی از انرژی آزاد می‌کنند.)
کاربردها
هیدروژن سبک‌ترین گازها با اکثر عناصر ترکیب شده و ترکیبات مختلفرا بوجود می‌آورد. هیدروژن دارای عددالکترونگاتیویته 2.2 است، پس هیدروژن هنگامی ترکیبات را می‌سازد که عناصر غیر فلزی‌تر و عناصرفلزی‌تری وجود داشته باشند. در این حالت (غیر فلزی) تشکیل دهنده‌ها هیدریدها نامیدهمی‌شوند که هیدروژن یا بصورت یونهای H- یا بصورت حل شده در عنصر دیگروجود خواهد داشت (مانند هیدرید پالادیوم). در حالت دوم (ترکیب با فلز) هیدروژنتمایل برای تشکیلپیوندکووالانسیدارد، چون یونهای H+ بصورت یک اتم عریان فاقد الکترون درمی‌آیند، بنابراین تمایل شدیدی به جذبالکترونهابه سمت خود دارند. هر دوی اینها تولید اسید می‌کنند، لذا حتی در یک محلول اسیدیمی‌توان یونهایی مثل+H3O را دید که گویی پروتونها به جاییمحکم به چیزی چسبیده‌اند.
هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده ، تولید آب می‌کند، H2O که در این واکنش مقدار زیادی انرژی را بصورتی آزاد می‌کند که باعثانفجار در هوا می‌شود و یا به اکسید دوتریوم یا D2O که معمولاآب سنگینگفته می‌شود، تبدیل می‌شود. همچنینهیدروژن باکربنترکیبات گسترده ایرا بوجود می آورد. بخاطر ارتباط این ترکیبات با چیزهای زنده ، این ترکیبات راترکیبات آلی می‌نامند و به مطالعه خصوصیات این ترکیبات ،شیمیآلیگفته می‌شود.
حالتها
در شرایط عادی گاز هیدروژن ترکیبی از دو نوع متمایزمولکولاستکه با هم از نظر جهت چرخشالکترونهاوهستهتفاوت دارند. ایندو شکل به نام ارتو و پارا هیدروژن معروفند. در شرایط استاندارد ، هیدروژن معمولیترکیبی از 25% شکل پارا و 75% شکل ارتو است. شکل ارتو را نمی‌توان بصورت حالت خالصآن تهیه کرد. این دو مدل هیدروژن از نظر انرژی با هم متفاوتند که این مسئله موجبمی‌گردد تا خصوصیات فیزیکی آنها کمی متفاوت باشد، مثلا نقطه ذوب و جوش پاراهیدروژنتقریبا 0.1K پائین‌تر از ارتوهیدروژن است.
ایزوتوپها
پروتیوم ، معمولی‌ترینایزوتوپهیدروژن فاقدنوتروناست، گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیواکتیویتهدارای دو نوترون وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-1) و دیتریوم(D ، H-2) می‌باشند. دیتریوم شامل 0.0184-0.0082% درصد کل هیدروژن است (IUPAC)؛ نسبتهایدیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOW اعلام می‌گردد. تریتیوم(T یا H-3) یک ایزوتوپ رادیواکتیو دارای یک پرتون و دو نوترون می‌باشد. هیدروژن تنهاعنصری است که ایزوتوپهای آن اسمهای مختلفی دارند.
هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است، بطوریکه 75% جرم مواد طبیعیاز این عنصر ساخته شده و بیش از 90% اتم‌های تشکیل دهنده آنها اتم‌های هیدروژن است. این عنصر به مقدار زیاد و به‌وفور در ستارگان و سیارات غولهای گازی یافت می‌شود. بهنسبت فراوانی زیاد آن در جاهای دیگر ، هیدروژن در اتمسفر زمین بسیار رقیق است (1ppm برحسب حجم). متعارف‌ترین منبع برای این عنصر در زمین آب است که از دو قسمت هیدروژنو یک قسمتاکسیژن (H2O) ساخته شده است.
منابع دیگر عبارتند از بیشترین اشکال موادآلی که در اندام تمام موجودات زنده شناخته شده وجود دارند، زغال ، سوخت فسیلی وگازطبیعی. متان ( CH4 ) که یکی از محصولات فرعی فساد ترکیبات آلی استکه اهمیت منابع آن رو به افزایش است. هیدروژن از چندین راه مختلف بدست می‌آید، عبوربخار از رویکربنداغ ، تجزیههیدروکربنبوسیله حرارت ، واکنش هیدروکسید سدیم یاپتاسیمبرآلومینیوم،الکترولیزآب یا از جابجائی آن در اسیدها توسطفلزاتخاص.
هیدروژنتجاری در حجمهای زیاد معمولا بوسیله تجزیه گاز طبیعی تولید می‌شود.
خصوصیات قابل توجه
هیدروژن سبک ترین عنصر شیمیایی با معمول‌ترینایزوتوپآن است که شامل تنها یکپروتونوالکتروناست. در شرایط فشار و دمای استاندارد هیدروژن یکگاز، H2 ، دواتمی با نقطه جوش 20.27K و نقطه ذوب 14.02K را می‌سازد. در صورتی‌که این گاز تحتفشار فوق‌العاده بالایی ، مانند شرایطی که در مرکز غولهای گازی وجود دارد، قرارگیرد،مولکولهاماهیت خود را از دست داده و هیدروژن بصورت فلزی مایع در می‌آید.
اما درفشارهای بسیار پایین مانند شرایطی که در فضا یافت می‌شود، به این علت که هیچ راهیبرای ترکیب اتمهایش وجود ندارد، هیدروژن تمایل دارد تا بصورت اتم‌های مجزا در آمده، ابرهای H2 (هیدروژنی) تشکیل می‌شود که به شکل گیری ستارگان نیز مرتبطمی‌باشد.
این عنصر نقش بسیار حیاتی در تامین انرژی جهان از طریق واکنشپروتون-پروتون و چرخه کربن-نیتروژن به عهده دارد (اینها فرآیندهای هم‌جوشی هستهایهستند که با ترکیب دو اتم هیدروژن به یک اتمهلیم، مقدار بسیارعظیمی از انرژی آزاد می‌کنند.)
کاربردها
- به مقدار بسیار زیادی هیدروژن در فرآیند هابر (Haber Process) در صنعت نیازمی‌باشد، مقدار قابل توجهی در برای تولید آمونیاک ، هیدروژنه کردن چربی‌ها و روغنهاو تولید متانول.
- هیدرودیلکیلاسیون (hydrodealkylation) ، هیدرودیسولفوریزاسیون (hydrodesulfurization) و هیدروکرکینک (hydrocracking) .
- تولید اسید هیدروکلریک ،جوشکاری، سوختهای موشک و احیاء سنگ معدن فلزی
- هیدروژن مایع در تحقیقات سرما شناسی مانند مطالعات ابررسانایی بکارمی‌رود.
- تریتیوم که در رآکتورهای اتمی تولید می‌شود، در ساخت بمبهای هیدروژنی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
- هیدروژن چهارده و نیم بار از هوا سبکتر است و سابقا بعنوان عامل بالا برنده دربالونها و کشتیهای هوایی مورد استفاده قرار می‌گرفت تا وقتیکه فاجعه هیندنبرگ ثابتکرد که استفاده از این گاز برای این منظور بسیار خطرناک است.
- دوتریوم بعنوان یک کند کننده جهت کاهش حرکت نوترونها در فعالیت های هسته‌ایمورد استفاده قرار می‌گیرد و ترکیبات دوتریوم در شیمی و زیست شناسی درمطالعاتتاثیرات ایزوتوپ ، مورد استفاده واقع می‌شوند.
- تریتیوم که یک ایزوتوپ طبقه‌بندی شده در علوم زیست شناسی است که بعنوان یک منبعتشعشع در رنگهای نورانی کاربرد دارد.
- هیدروژن می‌تواند در موتورهای درون سوز سوخته شود و در برهه کوتاهی اتومبیلهاییبا سوخت هیدروژنی توسط شرکت Chrysler-BMW تولید شدند. پیلهای سوختی هیدروژنی ، بعنوان راه کاری برای تولید توان بالقوه ارزان و بدونآلودگی ، مورد توجه قرار گرفته است.
هیدروژن سبک‌ترین گازها با اکثر عناصر ترکیب شده و ترکیبات مختلفرا بوجود می‌آورد. هیدروژن دارای عددالکترونگاتیویته 2.2 است، پس هیدروژن هنگامی ترکیبات را می‌سازد که عناصر غیر فلزی‌تر و عناصرفلزی‌تری وجود داشته باشند. در این حالت (غیر فلزی) تشکیل دهنده‌ها هیدریدها نامیدهمی‌شوند که هیدروژن یا بصورت یونهای H- یا بصورت حل شده در عنصر دیگروجود خواهد داشت (مانند هیدرید پالادیوم). در حالت دوم (ترکیب با فلز) هیدروژنتمایل برای تشکیلپیوندکووالانسیدارد، چون یونهای H+ بصورت یک اتم عریان فاقد الکترون درمی‌آیند، بنابراین تمایل شدیدی به جذبالکترونهابه سمت خود دارند. هر دوی اینها تولید اسید می‌کنند، لذا حتی در یک محلول اسیدیمی‌توان یونهایی مثل+H3O را دید که گویی پروتونها به جاییمحکم به چیزی چسبیده‌اند.
هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده ، تولید آب می‌کند، H2O که در این واکنش مقدار زیادی انرژی را بصورتی آزاد می‌کند که باعثانفجار در هوا می‌شود و یا به اکسید دوتریوم یا D2O که معمولاآب سنگینگفته می‌شود، تبدیل می‌شود. همچنینهیدروژن باکربنترکیبات گسترده ایرا بوجود می آورد. بخاطر ارتباط این ترکیبات با چیزهای زنده ، این ترکیبات راترکیبات آلی می‌نامند و به مطالعه خصوصیات این ترکیبات ،شیمیآلیگفته می‌شود.
حالتها
در شرایط عادی گاز هیدروژن ترکیبی از دو نوع متمایزمولکولاستکه با هم از نظر جهت چرخشالکترونهاوهستهتفاوت دارند. ایندو شکل به نام ارتو و پارا هیدروژن معروفند. در شرایط استاندارد ، هیدروژن معمولیترکیبی از 25% شکل پارا و 75% شکل ارتو است. شکل ارتو را نمی‌توان بصورت حالت خالصآن تهیه کرد. این دو مدل هیدروژن از نظر انرژی با هم متفاوتند که این مسئله موجبمی‌گردد تا خصوصیات فیزیکی آنها کمی متفاوت باشد، مثلا نقطه ذوب و جوش پاراهیدروژنتقریبا 0.1K پائین‌تر از ارتوهیدروژن است.
ایزوتوپها
پروتیوم ، معمولی‌ترینایزوتوپهیدروژن فاقدنوتروناست، گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیواکتیویتهدارای دو نوترون وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم(H-1) و دیتریوم(D ، H-2) می‌باشند. دیتریوم شامل 0.0184-0.0082% درصد کل هیدروژن است (IUPAC)؛ نسبتهایدیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOW اعلام می‌گردد. تریتیوم(T یا H-3) یک ایزوتوپ رادیواکتیو دارای یک پرتون و دو نوترون می‌باشد. هیدروژن تنهاعنصری است که ایزوتوپهای آن اسمهای مختلفی دارند.