vissza az elemek listájához
 |
A hidrogént 1776-ban Henry Cavendish különálló anyagként ismerte fel. Egy egyszerű hidrogénatom ábrája. |
Hidrogén
| Atomi szám: | 1 | Atomi sugár: | 120 pm (Van der Waals) |
| Atomi jel: | H | Olvadáspont: | -259.16 °C |
| Atomsúly: | 1.008 | Fűtőpont: | -252.879 °C |
| Elektronkonfiguráció: | 1s1 | Oxidációs állapotok: | -1, +1 (amfoter oxid) |
története
A görög hydro (víz), és genes (képző) szóból. A hidrogént Henry Cavendish ismerte fel önálló anyagként 1776-ban. Egy egyszerű hidrogénatom ábrája.
A hidrogén a világegyetemben a legnagyobb mennyiségben előforduló elem. A nehezebb elemek eredetileg hidrogénatomokból vagy más elemekből keletkeztek, amelyek eredetileg hidrogénatomokból keletkeztek.
Források
A hidrogén a becslések szerint az összes atom több mint 90%-át teszi ki – az univerzum tömegének háromnegyedét! Ez az elem megtalálható a csillagokban, és fontos szerepet játszik a világegyetem energiaellátásában a proton-proton reakció és a szén-nitrogén körforgás révén. A csillagok hidrogénfúziós folyamatai hatalmas mennyiségű energiát szabadítanak fel azáltal, hogy a hidrogének héliummá egyesülnek.
A hidrogéntermelés csak az USA-ban évente mintegy 3 milliárd köbmétert tesz ki. Hidrogént állítanak elő
- gőzzel fűtött szénen,
- bizonyos szénhidrogének hővel történő bomlásával,
- nátrium- vagy kálium-hidroxid reakciójával alumíniumon
- víz elektrolízisével, vagy
- savakból bizonyos fémekkel történő kiszorítással.
A folyékony hidrogén fontos a kriogenikában és a szupravezetés tanulmányozásában, mivel olvadáspontja csak 20 fokkal van az abszolút nulla fok felett.
A trícium könnyen előállítható az atomreaktorokban, és a hidrogénbomba előállításához használják.
A hidrogén a Jupiter és a többi gázóriás bolygó elsődleges összetevője. A bolygó belsejében bizonyos mélységben olyan nagy a nyomás, hogy a szilárd molekuláris hidrogén szilárd fémes hidrogénné alakul át.
1973-ban orosz kísérletezők egy csoportja 2,8 Mbar nyomáson állíthatott elő fémes hidrogént. Az átmenetkor a sűrűség 1,08-ról 1,3 g/cm3-re változott. Korábban, 1972-ben a kaliforniai Livermore-ban egy csoport szintén hasonló kísérletről számolt be, amelyben megfigyeltek egy nyomás-térfogat pontot, amelynek középpontja 2 Mbar-nál volt. Az előrejelzések szerint a fémhidrogén metastabil lehet; mások szerint szobahőmérsékleten szupravezető lehet.
Vegyületek
Bár a tiszta hidrogén gáz, nagyon keveset találunk belőle a légkörünkben. A hidrogéngáz olyan könnyű, hogy egyesítetlenül a hidrogén más gázokkal való ütközések során olyan sebességre tesz szert, hogy gyorsan kilökődik a légkörből. A Földön a hidrogén főként oxigénnel együtt fordul elő a vízben, de jelen van a szerves anyagokban, például az élő növényekben, a kőolajban, a szénben stb. is. Szabad elemként van jelen a légkörben, de csak kevesebb, mint 1 ppm térfogatszázalékban. A legkönnyebb gáz, a hidrogén más elemekkel – néha robbanásszerűen – vegyületeket alkotva egyesül.
Hasznosítások
A kereskedelemben nagy mennyiségű hidrogénre van szükség a Haber-ammóniás nitrogénmegkötéshez, valamint a zsírok és olajok hidrogénezéséhez. Nagy mennyiségben használják a metanolgyártásban, hidrodealkilezésben, hidrokrakkolásban és hidrodekénezésben is. Egyéb felhasználási területei közé tartozik a rakétaüzemanyag, a hegesztés, a sósav előállítása, a fémércek redukálása és a léggömbök töltése.
1 köbméter hidrogéngáz felhajtóereje kb. 0,07 font °C-on, 760 mm nyomáson.
A hidrogén üzemanyagcella egy fejlődő technológia, amely lehetővé teszi, hogy nagy mennyiségű elektromos energiát nyerjünk a hidrogéngázforrás felhasználásával.
Figyelembe veszik a nap- és atomenergiával előállított hidrogénen alapuló teljes gazdaságot. A közmegegyezés, a magas tőkebefektetés és a hidrogénnek a mai üzemanyagokhoz viszonyított magas költsége csak néhány az ilyen gazdaság előtt álló problémák közül. A távoli régiókban található erőművek tengervizet elektrolizálnának; a termelt hidrogén csővezetékeken keresztül jutna el a távoli városokba. A környezetszennyezéstől mentes hidrogén helyettesíthetné a földgázt, benzint stb., és redukálószerként szolgálhatna a kohászatban, a vegyi feldolgozásban, a finomításban stb. Használható lenne a szemét metánná és etilénné történő átalakítására is.
Formák
Az izotópoktól eltekintve kimutatták, hogy közönséges körülmények között a hidrogéngáz kétféle molekula, az úgynevezett orto- és para-hidrogén keveréke, amelyek elektronjaik és atommagjaik spinjei alapján különböznek egymástól.
A normál hidrogén szobahőmérsékleten 25% para-formát és 75% ortoformát tartalmaz. Az ortoformát tiszta állapotban nem lehet előállítani. Mivel a két forma energiában különbözik egymástól, a fizikai tulajdonságok is különböznek. A parahidrogén olvadás- és forráspontja kb. 0,1°C-kal alacsonyabb, mint a normál hidrogéné.
Izotópok
A hidrogén közönséges izotópját, a H-t, protiumnak nevezzük, a másik két izotóp a deutérium (egy proton és egy neutron) és a trícium (egy proton és két neutron). A hidrogén az egyetlen olyan elem, amelynek izotópjai különböző neveket kaptak. A deutériumot és a tríciumot egyaránt üzemanyagként használják a magfúziós reaktorokban. Egy deutériumatom körülbelül 6000 rendkívüli hidrogénatomban található.
A deutériumot moderátorként használják a neutronok lassítására. A trícium atomok is jelen vannak, de sokkal kisebb arányban. A trícium könnyen előállítható az atomreaktorokban, és a hidrogén (fúziós) bomba előállításához használják. Radioaktív anyagként világító festékek készítésénél és nyomjelzőként is használják.