Χρήσεις Υδρογόνου
Το υδρογόνο είναι ένα από τα βασικά στοιχεία στη γη και έχει την πιο βασική ατομική δομή από οποιοδήποτε γνωστό στοιχείο. Το υδρογόνο είναι απαραίτητο για την επιβίωση όλων των ζωντανών όντων. Συνυπάρχει με μια ποικιλία ενώσεων και επιτρέπει μια ποικιλία χαρακτηριστικών. Το υδρογόνο είναι ένα από τα πιο σημαντικά και μοναδικά στοιχεία λόγω των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του. Σε αυτό το κεφάλαιο, θα εξετάσουμε λεπτομερώς το υδρογόνο, συμπεριλαμβανομένων των χαρακτηριστικών και των διαφόρων ενώσεων του.
Το υδρογόνο και η ύπαρξή του στη φύση
Το υδρογόνο, με την απλούστερη ατομική δομή H2, είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και το 3ο σε αφθονία στην επιφάνεια της Γης. Είναι διατομικό μόριο στη στοιχειακή του κατάσταση, επομένως Η2. Αυτό το στοιχείο μπορεί να βρεθεί σε διάφορες μορφές στη φύση, συμπεριλαμβανομένου του νερού, του φλοιού της γης, ακόμη και του περιβάλλοντος. Επιπλέον, υπάρχουν ισότοπα, τα οποία είναι στοιχεία που έχουν τον ίδιο αρ. ηλεκτρονίων αλλά μεταβλητού αριθμού νετρονίων. Το πρωτίου, το δευτέριο και το τρίτιο είναι τα τρία ισότοπα. Ένα, δύο και τρία νετρόνια υπάρχουν στα ισότοπα.
Φυσικές ιδιότητες του Υδρογόνου
| Σημείο τήξης (K) | 13.96 |
| Πυκνότητα (g/L) | 0,09 |
| Ιονική ακτίνα (pm) | 208 |
| Γεύση | Άγευστος |
| Οσμή | Άοσμο |
| Χρώμα | Άχρωμο |
| Σχετική ατομική μάζα (g/mol) | 1.008 |
| Σημείο βρασμού (K) | 20.39 |
Χημικές ιδιότητες του υδρογόνου
Η ενθαλπία της διάστασης των δεσμών καθορίζει όλα τα χημικά χαρακτηριστικά του υδρογόνου. Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση του δεσμού H-H και τη δημιουργία νέων δεσμών με άλλα άτομα καθορίζεται από την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται. Όταν η ενέργεια που απαιτείται για τη δημιουργία ενός νέου δεσμού είναι μεγαλύτερη, η πιθανότητα δημιουργίας ενός νέου μορίου είναι μικρότερη από ό,τι όταν η απαιτούμενη ενέργεια είναι χαμηλότερη.
| Ενθαλπία σύντηξης (KJ/mol) | 0,117 |
| Ενθαλπία ιονισμού (KJ/mol) | 1312 |
| Μορφές αντίδρασης με αλογόνα | αλογονίδια |
| Αντίδραση με μέταλλα | Σχηματίζει υδρίδια μετάλλων |
| Αντίδραση με άζωτο | Σχηματίζει αμμωνία |
| Ενθαλπία διάστασης δεσμού (KJ/mol) | 435,98 |
| Ενθαλπία απολαβής ηλεκτρονίων (KJ/mol) | -73 |
Χρήσεις υδρογόνου
- Το υδρογόνο χρησιμοποιείται για την παραγωγή αμμωνίας και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή νιτρικού οξέος και λιπασμάτων με βάση το άζωτο.
- Η υδρογόνωση των φυτικών ελαίων όπως οι σπόροι βαμβακιού, τα φασόλια σόγιας και άλλα παράγει διυδρογόνο, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή λίπους βανασπάτι.
- Χρησιμοποιείται για την παρασκευή πολλών οργανικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένης της μεθανόλης. Με την ύπαρξη ενός καταλύτη κοβαλτίου, το CO (g) αντιδρά με το 2H2 (g) για την παραγωγή μεθανόλης.
- Χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή υδριδίων μετάλλων.
- Το υδρογόνο είναι απαραίτητο για την παραγωγή υδροχλωρίου, μιας πολύτιμης χημικής ουσίας.
- Χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ισχυρών οξειδίων μετάλλων σε μέταλλα σε μεταλλουργικές διεργασίες.
- Η συγκόλληση και η κοπή γίνονται με πυρσούς ατομικού υδρογόνου και οξυϋδρογόνου. Η διάσπαση του υδρογόνου για τη χρήση ενός ηλεκτρικού τόξου που αφήνεται να στηρίζεται στην επιφάνεια που πρόκειται να συγκολληθεί, παράγει ατομικά άτομα υδρογόνου σε υψηλή θερμοκρασία 4000K.
- Χρησιμοποιείται ως καύσιμο πυραύλων στη διαστημική έρευνα.
- Το υδρογόνο χρησιμοποιείται στις κυψέλες καυσίμου για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό το είδος ενέργειας παρέχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά ορυκτά καύσιμα και άλλες πηγές ενέργειας. Δεν μολύνει τον αέρα απελευθερώνοντας επικίνδυνα στοιχεία στο περιβάλλον. Σε σύγκριση με τη βενζίνη και άλλα καύσιμα, παράγει περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα μάζας καυσίμου.
Οι ενώσεις του υδρογόνου και η σημασία τους
Νερό: Το νερό είναι, πρωτίστως, συστατικό όλων των ζωντανών ειδών στον πλανήτη. Το ανθρώπινο σώμα περιέχει έως και 65 τοις εκατό νερό, ενώ τα φυτά περιέχουν έως και 95 τοις εκατό. Τα ανθρώπινα όντα έχουν από καιρό αναγνωρίσει τη σημασία του νερού ως αναγκαιότητας για τη ζωή και ως ζωτικού διαλύτη.
Υδρίδια: Το υδρογόνο σχηματίζει υδρίδια όταν αντιδρά με όλα τα στοιχεία εκτός από τα ευγενή αέρια υπό ορισμένες συνθήκες. Εάν το M είναι το συστατικό, τότε το MxHy είναι το υδρίδιο αυτού του στοιχείου. Στη χημική βιομηχανία, τα υδρίδια είναι εξαιρετικά σημαντικά. Αυτά χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:
- Αλατούχα ή ιονικά υδρίδια
- Μοριακά ή ομοιοπολικά υδρίδια
- Μη στοιχειομετρικά ή μεταλλικά υδρίδια
Τα υδρίδια έχουν ανεπάρκεια ηλεκτρονίων, μη πτητότητα, κρυσταλλική δομή, απόδοση ηλεκτρονίων και άλλα χαρακτηριστικά. Ωστόσο, παίζει σημαντικό ρόλο στους τομείς της βιομηχανικής ηλεκτροχημείας.
Υπεροξείδιο του υδρογόνου: Ένα άλλο σημαντικό συστατικό του υδρογόνου είναι το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οποίο είναι επίσης γνωστό ως διοξείδιο του υδρογόνου χημικά και είναι ένας ισχυρός αναγωγικός παράγοντας. Χρησιμοποιείται για τη διαχείριση της ρύπανσης από τις βιομηχανίες από την αυγή της σύγχρονης εποχής. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ένα χημικό μόριο που δημιουργείται μέσω αντιδράσεων σε υψηλή θερμοκρασία.
Συμπέρασμα
Στο παραπάνω άρθρο, διαβάσαμε για τον ορισμό, τη χημική δομή και τις χρήσεις του υδρογόνου. Το υδρογόνο, με την απλούστερη ατομική δομή H2, είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και το 3ο σε αφθονία στην επιφάνεια της Γης. Παρασκευάζεται σε εργαστήρια, βιομηχανίες και ιδρύματα με διαφορετικές χημικές διεργασίες. Είναι μια από τις πιο κρίσιμες ενώσεις που χρησιμοποιούνται ως καύσιμο σε πυραύλους, χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας στη μεταλλουργία, στην παραγωγή φυτικού γκι κ.λπ. Οι διάφορες ενώσεις του υδρογόνου είναι το νερό, τα υδρίδια και το υπεροξείδιο του υδρογόνου.
