Χημικές ιδιότητες του υδρογόνου
Το πιο κοινό στοιχείο στο σύμπαν είναι το υδρογόνο. Το όνομά του προέρχεται από τους ελληνικούς όρους hydro, που σημαίνει νερό, και γονίδια, που σημαίνει δημιουργία. Στη μοριακή του κατάσταση, βρίσκεται ως διυδρογόνο. Είναι το πιο ουσιαστικό συστατικό του ηλιακού συστήματος, αντιπροσωπεύοντας το 70 τοις εκατό της συνολικής μάζας της Γης. Το υδρογόνο αποτελεί την πλειοψηφία των μεγάλων πλανητών όπως ο Δίας και ο Κρόνος. Όταν ο φλοιός της Γης και οι θάλασσες συγχωνεύονται, αποτελεί το 15,4 τοις εκατό της επιφάνειας του πλανήτη.
Χημικές ιδιότητες του υδρογόνου
Το αέριο Υδρογόνο (H2) είναι πολύ εύφλεκτο και θα καίγεται στην ύπαιθρο σε ποσότητες που κυμαίνονται από 4 τοις εκατό έως 75 τοις εκατό κατ' όγκο. Η παρακάτω εξίσωση περιγράφει την ενθαλπία καύσης του υδρογόνου, η οποία είναι -286 kJ/mol.
2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l) + 572kJ (286kJ/mol H2)
Σε ένα μείγμα χλωρίου-υδρογόνου, το αέριο υδρογόνο μπορεί να εκραγεί. Μια ζέστη, μια σπίθα ή ακόμα και ηλιοφάνεια μπορεί να προκαλέσει την έκρηξη συγκεκριμένων μιγμάτων. Η θερμοκρασία για την αυτοανάφλεξη υδρογόνου (αυθόρμητη καύση) συμβαίνει στους 500 βαθμούς Κελσίου. Το υπεριώδες φως εκπέμπεται από εξευγενισμένες φλόγες υδρογόνου-οξυγόνου, μη ανιχνεύσιμες με γυμνό μάτι. Επομένως, ως αποτέλεσμα, η ανίχνευση της διαρροής υδρογόνου (Η) είναι επικίνδυνη και απαιτεί τη χρήση του ανιχνευτή φλόγας.
Οι φλόγες υδρογόνου ανεβαίνουν γρήγορα στον αέρα και προκαλούν μικρές ζημιές καθώς πυροδοτούνται από υδρογονάνθρακες επειδή το υδρογόνο είναι πλευστικό. Το Η2 αντιδρά με οξειδωτικά στοιχεία, αντιδρώντας βίαια και αυθόρμητα με φθόριο και χλώριο για να δημιουργήσει υδραλογονίδια.
Παρά τη σταθερότητά του, το Η2 σχηματίζει ενώσεις με τα περισσότερα στοιχεία. Το υδρογόνο θα μπορούσε να έχει μισό θετικό φορτίο όταν αντιδρά με ηλεκτραρνητικά στοιχεία όπως το οξυγόνο ή τα αλογόνα. Παρόλα αυτά, εμφανίζει μισό αρνητικό φορτίο όταν αντιδρά με περισσότερες ηλεκτροθετικές ενώσεις όπως τα αλκαλικά μέταλλα.
Το υδρογόνο θα μπορούσε να συμμετάσχει σε έναν μη ομοιοπολικό δεσμό ισχυρού τύπου γνωστό ως δεσμός υδρογόνου όταν αλληλεπιδρά με φθόριο, οξυγόνο ή άζωτο. Ο δεσμός υδρογόνου είναι απαραίτητος για τη σταθερότητα πολλών οργανικών μορίων. Τα υδρίδια είναι χημικές ενώσεις που έχουν δεσμούς υδρογόνου με μεταλλοειδή και μέταλλα.
Το ιόν Η+ σχηματίζεται όταν το υδρογόνο οξειδώνεται και αφαιρεί το ηλεκτρόνιό του. Το ιόν υδρονίου (H3O+) ονομάζεται Η+ στα υδατικά διαλύματα. Στην οξεοβασική χημεία, αυτό το είδος απαιτείται.
Ισότοπα του υδρογόνου
1Η, 2Η και 3Η είναι τα τρία ισότοπα υδρογόνου που υπάρχουν στη φύση. Το Protium είναι ο επίσημος όρος για το 1H, το οποίο εμφανίζεται σε αφθονία 99,98%. Το δευτέριο είναι ένα χημικό στοιχείο με 1 πρωτόνιο, 1 ηλεκτρόνιο και 1 νετρόνιο. Το τρίτιο είναι ένα χημικό στοιχείο με 1 πρωτόνιο, 1 ηλεκτρόνιο και 2 νετρόνια. Είναι ραδιενεργό και έχει χρόνο ημιζωής 12,32 χρόνια πριν διασπαστεί σε ήλιο-3 μέσω της διάσπασης βήτα.
Χημική δομή του Υδρογόνου
Στον πυρήνα του υδρογόνου, υπάρχει ένα θετικά φορτισμένο πρωτόνιο, ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο και μηδέν, ένα ή δύο νετρόνια. Τα ισότοπα είναι διαφορετικές μορφές της ίδιας χημικής ουσίας που έχουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα επηρεάζει τη μάζα του ατόμου του υδρογόνου. Είναι σημαντικό να γίνεται διάκριση μεταξύ ισοτόπων υδρογόνου και αλλοτροπών υδρογόνου.
Σημασία του Υδρογόνου
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 παραγωγή 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 στην παραγωγή μεταλλικών υδριδίων.
Το υδρογόνο είναι απαραίτητο για την παραγωγή υδροχλωρίου, μιας πολύτιμης χημικής ουσίας.
Χρησιμοποιείται για τη μετατροπή ισχυρών οξειδίων μετάλλων σε μέταλλα σε μεταλλουργικές διεργασίες.
Χρησιμοποιείται ως καύσιμο πυραύλων στη διαστημική έρευνα.
Το υδρογόνο χρησιμοποιείται για την παραγωγή αμμωνίας και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή νιτρικού οξέος και λιπασμάτων με βάση το άζωτο.
Συμπέρασμα
Σε αυτό το άρθρο, καλύψαμε τις χημικές ιδιότητες του υδρογόνου, τη χημική του δομή και τις χρήσεις του. Το υδρογόνο, με την απλούστερη ατομική δομή H2, είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν και το τρίτο πιο άφθονο στοιχείο 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.
