گاز هیدروژن

گاز هیدروژن یک عنصر شیمیایی با علامت H و عدد اتمی است. تنها با یک پروتون و یک الکترون، شایع ترین عنصر است که 75 درصد از کل عالم را تشکیل میدهد. در حالی که هیدروژن ستاره ها و سیارات گاز را پر می کند; در اینجا بر روی زمین، به ندرت در یک دولت طبیعی است. بلکه به عناصر دیگر پیوسته است. به عنوان مثال، هنگام ترکیب با اکسیژن، آب تشکیل می دهد – H20. گاز هیدروژن بی رنگ، بی بو، بی مزه و غیر سمی است.

گاز هیدروژن

گاز هیدروژن برای اولین بار مصنوعی در قرن شانزدهم تولید شد. از آنجایی که عنصر فقط در هنگام سوزاندن آب تولید می کند; آن را هیدروژن نامید، یونانی به نام “آب سابق”.

گاز هیدروژن به تنهایی یک سوخت یا منبع انرژی نیست. در عوض، هنگامی که هیدروژن سوزاند، با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد تا حرارت ایجاد کند. این گرما برای انرژی استفاده می شود. آب و چند اکسید گاز نیتروژن تنها محصولات جانبی هستند.

بنابراین، گاز هیدروژن یک حامل انرژی محسوب می شود. انرژی ذخیره شده برای اولین بار در جای دیگر ذخیره می شود. خوشبختانه، بسیاری از روش های تولید سوخت هیدروژن مانند الکترولیز; با استفاده از برق آبی، انرژی خورشیدی، باد و هسته ای وجود دارد.

به عنوان یک سوخت، گاز هیدروژن برای چندین دهه در طیف گسترده ای از کاربردها; از جمله مواد غذایی، فلز، شیشه و صنایع شیمیایی استفاده شده است. صنعت هیدروژن جهانی به خوبی تاسیس شده و بیش از 50 میلیون تن هیدروژن در سال تولید می کند.

ویدیو گاز هیدروژن و نحوه ساخت آن

دلایل سوخت عالی گاز هیدروژن

• بدون کربن
• فوق العاده تمیز
• سبکتر از هوا
• بی بو
• غیر سمی
• امن برای تولید، ذخیره و حمل و نقل
• آسان برای ذخیره در مقادیر زیادی
• به راحتی از منابع مختلفی تولید می شود

تاریخچه گاز هیدروژن

اعتقاد بر این است که گاز هیدروژن ابتدا در اوایل قرن شانزدهم کشف شد. اعتقاد بر این بود که وقتی آهن و اسید سولفوریک به هم می پیوندند، یک گاز قابل اشتعال ایجاد میشود. بعدا در سال 1766 هنری کاوندیش گاز را با استفاده از روشهای مختلف و گازهای قابل اشتعال یادآور شد. در سال 1781، کاوندیش و وات توانستند نشان دهند که هنگام تولید گاز در هوا، آب تولید می شود. دو سال بعد، در سال 1783، Lavoisivier عنصر نام هیدروژن از تولید کننده یونان آب; پس از آن که آب ترکیب شده در ترکیب هیدروژن و اکسیژن در شرایط آزمایش خاصی تشکیل شده است.

گاز هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی مشترک

تعدادی از مشکلات کلیدی باید قبل از اینکه گاز هیدروژن بتواند; به عنوان یک منبع انرژی مشترک که مشتق از منابع زغال سنگ یا غیر فسیلی; مانند انرژی هسته ای و خورشیدی است استفاده شود. مشکلات شامل فن آوری تولید، ذخیره سازی، انتقال; توزیع و کاربرد نهایی در زمینه وسیعی از روش های نهایی استفاده می شود. تعدادی از مطالعات انجام شده زمینه های امیدواری برای تحقیق و توسعه را تعیین کرده اند. این کار همچنین منجر به نتیجه گیری می شود که تلاش برای تمرکز بر یک برنامه شامل; تولید الکترولیتی هیدروژن و همچنین روش های ذخیره سازی هیدروژن است. با استفاده از کاربردهای ثابت و همچنین نیازهای حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند.

چنین برنامه ای خواستار دخالت در صنعت می شود. تا بتواند قضاوت هایی راجع به برنامه های کاربردی که احتمالا موفقیت آمیز هستند، انجام شود.

چگونه می توان گاز هیدروژن با استفاده از مواد ساده ساخت:

گاز هیدروژن – روش 1

یکی از ساده ترین راه به دست آوردن گاز هیدروژن این است که آن را از آب، H2O دریافت کنید. این روش الکترولیز را انجام می دهد که آب را به گاز هیدروژن و اکسیژن فرو می کند.

موارد مورد نیاز:

• آب
• باتری 9 ولت
• 2 کیسه کاغذی

روش انجام کار:

1. باز کردن کیسه های کاغذی و اتصال به یک ترمینال باتری.
2. دیگران را به یک ظرف از آب متصل نکنید. خودشه!
3. شما هر دو سیم از حباب ها دریافت خواهید کرد. یکی با حباب بیشتر، خنک کردن هیدروژن است. حباب های دیگر اکسیژن نامناسب هستند. شما می توانید آزمایش کنید که گاز هیدروژن با روشن شدن یک مسابقه یا سبک تر بر روی ظرف است. حباب های هیدروژن سوزانده می شوند حباب های اکسیژن نمی سوختند.
4. گاز هیدروژن را با متوقف کردن لوله پر از آب بر روی سیم تولید گاز هیدروژن جمع آوری کنید. دلیل اینکه شما آب را در ظرف می خواهید; بنابراین شما می توانید هیدروژن بدون گرفتن هوا را جمع آوری کنید. هوا حاوی 20٪ اکسیژن است که میخواهید آن را از ظرف خارج کنید تا از خطرات قابل اشتعال جلوگیری شود. به همین دلیل، گازی که هر دو سیم را درون یک ظرف قرار میدهد جمع آوری نکنید; زیرا مخلوط ممکن است پس از احتراق انفجار بسوزد. اگر می خواهید، شما می توانید اکسیژن را همانند هیدروژن جمع آوری کنید; اما باید دانست که این گاز بسیار خالص نیست.
5. برای جلوگیری از قرار گرفتن در معرض هوا; کلاهک یا ظرف را قبل از اینکه آن را تعویض کنید محکم کنید. باتری را قطع کنید.

گاز هیدروژن – روش 2

پیشرفت دو ساده که می توانید برای بهبود کارایی تولید گاز هیدروژن انجام دهید. شما می توانید از گرافیت (کربن) به شکل سرب “الکترود” استفاده کنید. شما می توانید یک نمک را به آب اضافه کنید تا به عنوان یک الکترولیت عمل کند. گرافیت الکترود خوبی است زیرا از لحاظ الکتریکی خنثی است و در طی واکنش الکترولیز حل نمی شود. نمک مفید است، زیرا آن را به یونها متصل می کند که جریان جاری را افزایش می دهد.

موارد مورد نیاز:

• 2 مداد
• نمک
• مقوا
• آب
• باتری (می تواند به اندازه 1.5 ولت با الکترولیت پایین باشد)
• 2 پاپچلپ یا 2 قطعه سیم الکتریکی (بهتر است)

روش انجام کار:

1. مداد را با برداشتن کلاه های پاک کردن و فلز و تیز کردن هر دو انتهای مداد، آماده کنید.
2. شما قصد دارید از مقوا استفاده کنید تا مداد را در آب نگه دارید. مقوا را روی ظرف خود آب قرار دهید. مداد را از طریق مقوا بگذارید تا سرب در مایع غوطه ور شود. اما نه به سمت پایین و یا از طرف ظرف.
3. مداد را با مداد کنار هم قرار دهید و یک نمک نمک را به آب اضافه کنید. شما می توانید از نمک طبخ، نمک های Epsom و غیره استفاده کنید.
4. کارتن / مداد را عوض کنید سیم را به هر مداد وصل کنید. آن را به پایانه های باتری وصل کنید.
5. گاز را همانند قبل جمع آوری کنید، در ظرفی که آب آن پر شده است.

گاز هیدروژن خالص

گاز هیدروژن ( کلمه فرانسوی به معنی سازنده آب و واژه یونانی hudôr یعنی آب و gennen یعنی تولید کننده ) برای اولین بار در سال 1776 بوسیله “هنری کاوندیش” بعنوان یک ماده مستقل شناخته شده; “آنتونی لاوازیه” نام هیدروژن را برای این عنصر انتخاب کرد.

هیدروژن ساده ترین عنصر شناخته شده برای انسان است. هر اتم هیدروژن تنها یک پروتن و یک نوترون دارد. هیدروژن فراوانترین گاز هستی است . ستاره ها در ابتدا از هیدروژن ساخته شده بودند.

انرژی خورشید, از هیدروژن بدست می آید. هیدروژن توپ عظیمی از گاز هیدروژن و گاز هلیوم است. درون خورشید اتمهای هیدروژن ترکیب شده و اتمهای گاز هلیم را پدید می آورد. این پدیده گدازه Pusiun انرژی پرتوی خورشید را تولید می کند.

انرژی پرتوی خورشید باعث برقراری حیات بر روی زمین است. این انرژی به ما نور می دهد; باعث رشد گیاهان می شود , بادها را به جریان می اندازد و باعث بارش باران می شود. این انرژی در سوختهای فسیلی ذخیره شده است. بیشتر انرژی مصرفی ما در حال حاضر از خورشید منشاء می گیرد.

گاز هیدروژن به صورت ترکیبی

گاز هیدروژن ( H2 ) در روی زمین وجود ندارد. این عنصر همیشه بصورت گاز ترکیبی است. بطور مثال ترکیب با اکسیژن ( H2O  – آب ) ترکیب هیدروژن با کربن ترکیبات شیمیایی متفاوتی مانند متان ( CH4) زغال و نفت را بدست می دهد. همچنین هیدروژن در تراکم زیست و مواد عالی یافت میشود.

هیدروژن از نظر امروزی بیشترین محتوای انرژی هر سوخت را دارد. اما از نظر حجمی کمترین فشار عادی بصورت گاز وجود دارد.

گاز هیدروژن از چندین راه مختلف بدست می‌آید.

• عبور بخار از روی کربن داغ
• تجزیه هیدروکربن بوسیله حرارت
• واکنش هیدروکسید سدیم یا پتاسیم بر آلومینیوم
• الکترولیز آب یا از جابجائی آن در اسیدها توسط فلزات خاص

هیدروژن تجاری در حجمهای زیاد معمولا بوسیله تجزیه گاز طبیعی تولید می‌شود.

گاز هیدروژن با نماد شیمیایی H نام یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی با عدد اتمی ۱ است. وزن اتمی این عنصر ۱٫۰۰۷۹۴ u است. هیدروژن سبک‌ترین عنصر در جهان است. 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 و یا ستاره‌های نوترونی از حالت پلاسمای هیدروژن ساخته شده‌اند. ولی در طبیعت روی زمین به سختی می‌توان تک اتم هیدروژن را پیدا کرد.

ترکیبات گاز هیدروژن

گاز هیدروژن سبک‌ترین گازها با اکثر عناصر ترکیب شده و ترکیبات مختلف را بوجود می‌آورد. هیدروژن دارای عدد الکترونگاتیویته 2.2 است; پس هیدروژن هنگامی ترکیبات را می‌سازد که عناصر غیر فلزی‌تر و عناصر فلزی‌تری وجود داشته باشند. در این حالت (غیر فلزی) تشکیل دهنده‌ها هیدریدها نامیده می‌شوند. که هیدروژن یا بصورت یونهای H- یا بصورت حل شده در عنصر دیگر وجود خواهد داشت (مانند هیدرید پالادیوم). در حالت دوم (ترکیب با فلز) هیدروژن تمایل برای تشکیل پیوند کووالانسی دارد. چون یونهای+ Hبصورت یک اتم عریان فاقد الکترون در می‌آیند، بنابراین تمایل شدیدی به جذب الکترونها به سمت خود دارند. هر دوی اینها تولید اسید می‌کنند، لذا حتی در یک محلول اسیدی می‌توان; یونهایی مثل H3O+ را دید که گویی پروتونها به جایی محکم به چیزی چسبیده‌اند.

هیدروژن با اکسیژن ترکیب شده، تولید آب می‌کند، H2O که در این واکنش مقدار زیادی انرژی را بصورتی آزاد می‌کند; که باعث انفجار در هوا می‌شود; و یا به اکسید دوتریوم یا D2O که معمولا آب سنگین گفته می‌شود، تبدیل می‌شود. همچنین هیدروژن با کربن ترکیبات گسترده ای را بوجود می آورد. بخاطر ارتباط این ترکیبات با چیزهای زند; این ترکیبات را ترکیبات آلی می‌نامند و به مطالعه خصوصیات این ترکیبات، شیمی آلی گفته می‌شود

هیدروژن می تواند انرژی را ذخیره کند

 بیشتر انرژی که ما امروزه مصرف می کنیم از سوختهای فسیلی بدست می آید. تنها 6 درصد منابع انرژی از منابع تجدید پذیر هستند. زیرا این انرژیها تمیزتر و قابل استفاده تر در طول یک زمان کوتاه هستند.

منابع انرژی تجدید پذیر مانند خورشید و باد نمی توانند همه وقت انرژی تولید کند. خورشید همیشه نمی تواند, باد همیشه نمی وزد; منابع تجدید پذیر در زمان و مکانی که ما نیاز داریم انرژی تولید نمی کند. ما نمی توانیم منابع انرژی زیادی برای تولید هیدروژن استفاده کنیم. هیدروژن می تواند انرژی را در زمان و مکانی که ما نیاز داریم.

گاز هیدروژن انتقال دهنده انرژی

هر روز ما انرژی برقی بیشتری مصرف می کنیم برق منبع ثانویه انرژی است. منابع ثانویه انرژی که گاهی به آنها ناقل های انرژی هم گفته می شود. انرژی را به مصرف کننده می رساند. از آنجا که استفاده و انتقال برق برای ما آسانتر است ما انرژیها را به انرژی برق تبدیل می کنیم.

برق به ما نور, گرما, آب داغ. غذای سرد , تلویزیون و کامپیوتر می دهد. زندگی بسیار سخت می شد اگر ما مجبور بودیم ذغال بسوزانیم. اتم بشکافیم یا سدهای خود را بسازیم, انرژی زندگی را ساده تر کرده است .

گاز هیدروژن یک ناقل انرژی برای آینده است. این عنصر سوخت تمیزی است; که می تواند در جاهایی که ما به سختی از برق استفاده می کنیم, جایگزین آن شود. فرستادن برق در مسیرهایی طولانی4برابر بیشتر از حمل دریایی هیدروژن بصورت خطوط لوله ایی هزینه در بر دارد.

هیدروژن چطور ساخته می شود؟

از آنجا که گاز هیدروژن گازی در زمین  وجود ندارد, ما باید آن را بسازیم. ما با جدا کردن هیدروژن از آب , تراکم زیست یا گاز طبیعی  از منابع محلی هیدروژن می سازیم.

دانشمندان حتی کشف کرده اند که بعضی جلبکها و باکتریها هیدروژن تولید می کنند. تولید هیدروژن در حال حاضر بسیار گران است. اما فنون جدیدی برای اینکار در حال توسعه است. هیدروژن می تواند برای خدمات رفاهی مرکزی برزگ یا دستگاههای کوچک با کاربرد محلی تولید شود. هر منطقه ای از کشور یا دنیا منبعی دارد. که بتواند برای ساختن هیدروژن بکار گرفته شود. انعطاف پذیری هیدروژن یکی از امتیازات عمده آن است.

کاربردهای هیدروژن

9میلیون تن گاز هیدروژن در ایالات متحده تولید شده است. امروزه این میزان برای 20 تا 30 میلیون ماشین یا 5تا8 میلیون خانه کافیست. اغلب این هیدروژن در صنعت بصورت پالایش. پرداخت فلزات و فراوری غذاها مصرف می شود.

NASA اولین کاربر هیدروژن بعنوان ناقل انرژی است که هیدروژن را برای سالها در برنامه فضایی مورد استفاده قرار داد. سوخت هیدروژن موشک فضایی را به مدار می رساند.

باتری ها هیدروژن که سلولهای سوختی هم نامیده می شوند به سیستمهای الکتریکی موشک نیرو می دهد. تنها محصول فرعی در چنین فرآیندهایی آب است که خدمه موشک از آن برای نوشیدن استفاده می کند.

سلولهای سوختی هیدروژن یا باتریهای هیدروژن ی برق تولید می کند. آنها بسیار کارا هستند,  اما ساخت آنها گران است. سلولهای سوختی کوچک می توانند برق مناطق دور دست را تامین کند.

تولید اسید هیدروکلریک ، جوشکاری ، سوختهای موشک و احیاء سنگ معدن فلزی

هیدروژن مایع در تحقیقات سرما شناسی مانند مطالعات ابررسانایی بکار می‌رود.

تریتیوم که در رآکتورهای اتمی تولید می‌شود، در ساخت بمبهای هیدروژن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فاجعه گاز هیدروژن

هیدروژن چهارده و نیم بار از هوا سبکتر است. سابقا بعنوان عامل بالا برنده در بالونها و کشتیهای هوایی مورد استفاده قرار می‌گرفت. تا وقتیکه فاجعه هیندنبرگ ثابت کرد که استفاده از این گاز برای این منظور بسیار خطرناک است.

گاز هیدروژن به عنوان سوخت

دستگاههای نیروی گاز هیدروژن ی برای مدتی ساخته نخواهند شد , زیرا هزینه زیادی به همراه دارد. گاز هیدروژن ممکن است به زودی به گاز طبیعی اضافه شود, تا از آلودگی دستگاههای موجود بکاهد. هیدروژن بزودی به گازوئیل اضافه خواهد شد تا آلودگی را کاهش داده و کارایی را زیاد کند. اضافه کردن تنها 5 درصد هیدروژن به گازوئیل می تواند; به میزان قابل توجهی اکسید نیتروژن که در آلودگی لایه ازن بسیار موثر است را کاهش دهد.

موتوری که هیدروژن خالص می سوزاند, تقریباً هیچ آلودگی ندارد. شاید حدود 10 تا 20 سال به استفاده از اتومبیل شخصی مصرف کننده هیدروژن باقی مانده است .

حالتهای گاز هیدروژن

در شرایط عادی گاز هیدروژن ترکیبی از دو نوع متمایز مولکول است. که با هم از نظر جهت چرخش الکترونها و هسته تفاوت دارند. این دو شکل به نام ارتو و پارا هیدروژن معروفند.

در شرایط استاندارد، هیدروژن معمولی ترکیبی از 25% شکل پارا و 75%شکل ارتو است. شکل ارتو را نمی‌توان بصورت حالت خالص آن تهیه کرد. این دو مدل هیدروژن از نظر انرژی با هم متفاوتند; که این مسئله موجب می‌گردد تا خصوصیات فیزیکی آنها کمی متفاوت باشد. مثلا نقطه ذوب و جوش پاراهیدروژن تقریبا 0.1K پائین‌تر از ارتوهیدروژن است.

هشدارها

گاز هیدروژن، گازی است با قدرت اشتعال فوق‌العاده زیاد. این گاز همچنین به‌شدت با کلر و فلوئور واکنش نشان میدهد. D2O یا آب سنگین برای بسیاری از گونه‌ها سمی است. اما مقدار قابل توجهی از آن برای کشتن انسان لازم است.

آینده گاز هیدروژن

قبل از اینکه گاز هیدروژن به عنوان یک سوخت مهم شناخته شود, سیستمهای جدید زیادی باید ساخته شود. ما به سیستمهایی نیاز خواهیم داشت که هیدروژن بسازند, ذخیره کنتور انتقال دهند. ما به خطوط لوله و سلول سوختی اقتصادی نیاز خواهیم داشت. مصرف کنندگان به تکنولوژی و آموزش استفاده از آن نیاز خواهند داشت.

هیدروژن (H)، یک ماده گازدار بی رنگ، بی بو، بی مزه، قابل اشتعال است. ساده ترین عضو خانواده عناصر شیمیایی است. اتم هیدروژن دارای یک هسته ای است که متشکل از پروتون یک واحد شارژ الکتریکی مثبت است. یک الکترون، با یک واحد شارژ الکتریکی منفی همراه است، همچنین با این هسته همراه است. در شرایط عادی، گاز هیدروژن یک تجمع آزاد از مولکول های هیدروژنی است. که هر کدام شامل یک جفت اتم، یک مولکول دیاتومیک، H2 است. اولین ماده شناخته شده مهم شیمیایی هیدروژن این است که آن را با اکسیژن با آب تشکیل می دهد. H2O؛ در واقع، نام هیدروژن از واژه یونانی به معنی “ساز آب” مشتق شده است.

فراوانی سه برابری هیدروژن نسبت به هلیوم

گرچه هیدروژن عنصر فراوانی در جهان است. (سه برابر بیشتر از هلیوم، یکی دیگر از عناصر به طور گسترده ای رخ می دهد) این وزن فقط حدود 0.14 درصد پوسته زمین را تشکیل می دهد. با این حال، در مقادیر وسیعی به عنوان بخشی از آب در اقیانوس ها، یخ بسته ها، رودخانه ها; دریاچه ها و جو زمین رخ می دهد. هیدروژن به عنوان بخشی از ترکیبات کربن بی شماری، درتمام بافت های حیوانی و سبزی و در نفت وجود دارد. اگر چه اغلب گفته می شود ترکیبات شناخته شده تر از کربن نسبت به هر عنصر دیگر وجود دارد. واقعیت این است که از آنجا که هیدروژن در تقریبا تمام ترکیبات کربن قرار دارد. همچنین بسیاری از ترکیبات با تمام عناصر دیگر (به جز بعضی از گازهای نجیب) ممکن است ترکیبات هیدروژن بیشتر باشد.

هیدروژن ابتدایی کاربرد اصلی خود را در تولید آمونیاک (ترکیب هیدروژن و نیتروژن، NH3) و در هیدروژنه شدن مونوکسید کربن و ترکیبات آلی را پیدا می کند.

خواص فیزیکی و شیمیایی

جدول خواص مهم گاز هیدروژن مولکولی H2 را فهرست می کند. نقطه ذوب و جوش بسیار کم از نیروهای ضعیف جاذبه بین مولکول ها حاصل می شود. وجود این نیروهای بین مولکولی ضعیف نیز نشان دهنده این واقعیت است.

وقتی گاز هیدروژن از دمای بالا به پایین در دمای اتاق گسترش می یابد; دمای آن افزایش می یابد، در حالی که دمای اکثر گازهای دیگر کاهش می یابد. طبق اصول ترمودینامیکی، این بدان معنی است که نیروهای بازدارنده از نیروهای جذاب; بین مولکول های هیدروژن در دمای اتاق عبور میکنند و در غیر این صورت گسترش هیدروژن را خنک میکند. در واقع، نیروهای جذابی در -68.6 درجه سانتیگراد غالب هستند. بنابراین، هیدروژن پس از اینکه مجاز به زیر آن درجه حرارت شد، سردتر می شود. اثر خنک کننده در دمای پایین تر از نیتروژن مایع (-196 درجه سانتیگراد) به میزان قابل توجهی مشخص می شود که اثر آن برای دستیابی به دمای مایع سازی گاز خود هیدروژن است.

هیدروژن برای نور مرئی، به نور مادون قرمز و نور نور ماوراء بنفش به طول موج های زیر 1800 Å شفاف است. از آنجا که وزن مولکولی آن کمتر از هر گاز دیگر است. مولکول های آن سرعت بیشتری نسبت به گازهای دیگر را در یک دمای معین دارند و سریعتر از هر گاز دیگری منتشر می شود. در نتیجه، انرژی جنبشی از طریق هیدروژن سریع تر از هر گاز دیگر توزیع می شود. برای مثال، آن را به عنوان بزرگترین هدایت گرما.

یک مولکول هیدروژن ساده ترین مولکول ممکن است. این شامل دو پروتون و دو الکترون است که توسط نیروهای الکترواستاتیک تشکیل شده است. مانند هیدروژن اتمی، مجموعه ممکن است در تعدادی از سطوح انرژی وجود داشته باشد.

واکنشگرایی هیدروژن

یک مولکول هیدروژن به دو اتم (H2 → 2H) تقسیم می شود. زمانی که انرژی برابر یا بیشتر از انرژی تفکیک شده. (یعنی مقدار انرژی لازم برای شکستن پیوند که با هم اتم ها در مولکول را تشکیل می دهد) تامین می شود. انرژی تفکیک شده از هیدروژن مولکولی 104000 کالری در هر مولکول 104 کیلوکالری در مولی. (mole: وزن مولکولی بیان شده در گرم است که در مورد هیدروژن دو گرم است).

به عنوان مثال، انرژی به اندازه کافی به دست می آید; زمانی که گاز با رشته های تنگستن سفید گرم تماس گرفته شود یا وقتی یک گاز تخلیه الکتریکی ایجاد می شود. اگر هیدروژن اتمی در یک سیستم با فشار کم ایجاد شود. اتمها عمر قابل توجهی دارند – یعنی 0.3 ثانیه در فشار 0.5 میلی متر جیوه. هیدروژن اتمی بسیار واکنش پذیر است. این ترکیب با اکثر عناصر برای تشکیل هیدرید. (از جمله هیدرید سدیم، NaH) ترکیب شده و اکسید فلزی را کاهش می دهد، واکنشی که فلز را در حالت عنصری تولید می کند.

سطوح فلزات که با هیدروژن ترکیب نمی شوند برای تشکیل هیدرید های پایدار (به عنوان مثال، پلاتین) نوترکیب اتم های هیدروژن را به شکل مولکول های هیدروژنی تشکیل می دهند. به این ترتیب به وسیله انرژی که این واکنش آزاد می شود، به گرمای تابش گرم می شود.

واکنش هیدروژن با سایر عناصر

هیدروژن مولکولی می تواند با بسیاری از عناصر و ترکیبات واکنش نشان دهد. اما در دمای اتاق میزان واکنش معمولا به اندازه ناچیز است. این ناپایداری ظاهری به بخشی مربوط به انرژی بسیار جداسازی مولکول است. با این حال، در دمای بالا، نرخ واکنش بالا است.

جرقه ها و یا برخی از تابش ها می تواند باعث مخلوطی از هیدروژن و کلر برای واکنش انفجاری به تولید کلرید هیدروژن; به عنوان معادله H2 + Cl2 → 2HCl نشان داده شده است. مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن با نرخ قابل اندازه گیری فقط بالاتر از 300 درجه سانتیگراد واکنش نشان می دهد. مطابق معادله 2H2 + O2 → 2H2O. چنین مخلوط هایی که حاوی 4 تا 94 درصد هیدروژن هستند; هنگام گرم کردن به دمای 550 تا 600 درجه سانتیگراد احیا می شوند; یا هنگامی که با کاتالیزور، جرقه یا شعله تماس می گیرند. انفجار یک ترکیب 2: 1 هیدروژن و اکسیژن به ویژه خشونت آمیز است.

تقریبا تمام فلزات و غیر فلزات با هیدروژن در دمای بالا واکنش نشان می دهند. در دما و فشار بالا هیدروژن اکسیدهای بسیاری از فلزات و نمکهای فلزی را به فلزات کاهش می دهد. به عنوان مثال; گاز هیدروژن و اکسید آهن، واکنش فلز آهن و آب، H2 + FeO → Fe + H2O را به دست می دهند. گاز هیدروژن کلرید پالادیوم را برای تشکیل فلز پالادیوم و کلرید هیدروژن; H2 + PdCl2 → Pd + 2HCl را کاهش می دهد.

پیوند هیدروژنی

برخی از هیدریدهای متصل به هیدروژنی یک اتم هیدروژن را به طور همزمان به دو اتم الکترونگاتیو متصل می کنند; که به این ترتیب هیدروژنی هستند. قویترین پیوند های هیدروژن شامل اتمهای کوچک و بسیار الکترونگاتیو فلوئور (F) اکسیژن و نیتروژن است.در یون bifluoride، HF2-، اتم هیدروژن دو اتم فلور را پیوند می دهد. در ساختار بلوری یخ، هر اتم اکسیژن توسط چهار اتم اکسیژن دیگر احاطه شده است، با اتم هیدروژن بین آنها.

برخی از پیوندهای هیدروژن وقتی که یخ ذوب میشود، شکسته می شوند و ساختار با افزایش تراکم فرو میرود. پیوند هیدروژن در زیست شناسی به علت نقش اصلی آن در تعیین پیکره بندی مولکول ها مهم است. تنظیمات مارپیچی برخی از زنجیره های عظیم مولکولی مانند پروتئین ها توسط پیوند های هیدروژنی نگهداری می شوند. پیوند هیدروژنی گسترده در حالت مایع توضیح می دهد که چرا فلوراید هیدروژن (HF) ، آب (H2O)و آمونیاک (NH3) دارای نقاط جوش بسیار بالاتر از آنالوگهای سنگین تر، کلرید هیدروژن (HCl)سولفید هیدروژن (H2S) و فسفین (PH3). انرژی حرارتی مورد نیاز برای شکستن پیوندهای هیدروژنی و اجازه دادن به تبخیر تنها در دماهای بالاتر جوش وجود دارد.

هیدروژن در یک اسید قوی، مانند هیدروکلریک (HCl) یا نیتریک (HNO3)، رفتار کاملا متفاوت است. هنگامی که این اسیدها در آب حل می شود; هیدروژن به شکل یک پروتون، H +، به طور کامل از یون باقیمانده منفی، آنیون (Cl- یا NO3-) جدا می شود و با مولکول های آب تعامل دارد. پروتون به یک مولکول آب (هیدراته شده) متصل می شود تا یون اکسونیم (H3O +، گاهی اوقات به نام یون هیدرونیوم نامیده شود) که به نوبه خود هیدروژن به مولکول های دیگر آب متصل است. تشکیل گونه هایی با فرمول هایی مانند H (H2O) n + زیرمجموعه n نشاندهنده تعداد مولکولهای H2O است).

کاهش + H

کاهش H + (کاهش تغییر شیمیایی است که در آن یک اتم یا یون یک یا چند الکترون به دست میاورند) می تواند به عنوان واکنش نیمه نمایان شود: H + + e- → 1 / 2H2. انرژی مورد نیاز برای ایجاد این واکنش می تواند به عنوان یک پتانسیل کاهش بیان شود. پتانسیل کاهش برای هیدروژن به صورت قراردادی به صفر برسد و تمام فلزات با پتانسیل کاهش منفی; یعنی فلزات که به آسانی کاهش می یابد. (به راحتی اکسیداسیون می شوند؛ به عنوان مثال: روی: Zn2 + + 2e → Zn – 0.763 ولت) می تواند، در اصل; هیدروژن را از یک محلول اسیدی قوی نقل مکان کند: Zn + 2H + → Zn2 + + H2. فلزات با پتانسیل کاهش مثبت. (به عنوان مثال، نقره: Ag + + E- → Ag، + 0.7995 ولت) به سمت یون هیدروژن آب بی اثر هستند.

چه کسی می دانست؟

به گفته Los Alamos، هیدروژن جزء اصلی مشتری و دیگر سیارات غول پیکر گاز است.
اولین پرواز بالن گاز در پاریس در سال 1783 راه اندازی شد و گاز مورد استفاده در بالن هیدروژن بود، طبق موزه بالن ملی. به گفته انجمن سلطنتی، استفاده از آن در پر کردن موشک ها زمانی پایان یافت که هیدنبورگ آتش گرفت.

ناسا از سوخت هیدروژن به عنوان سوخت موشک برای تحویل خدمه به فضا استفاده می کند.
هیدروژن مایع بسیار سرد است و در هنگام تماس با پوست می تواند باعث یخ زدگی شدید شود.
طبق “اصول شیمی”، هیدروژن حدود 14 برابر سبکتر از هوا است.

طبق دانشنامه انگلیس بریتانیکا، شیمیدان فرانسوی که به نام هیدروژن نامیده می شد. به عنوان یک سرمایه گذار و مدیر عمومی قبل از انقلاب فرانسه و در جریان انقلاب اعدام شد.
طبق گفته Los Alamos، حدود 3 میلیارد فوت مکعب هیدروژن در ایالات متحده در سال تولید می شود.
به گفته انجمن سلطنتی، هیدروژن کمترین تراکم گازها را دارد.
گاز هیدروژن تنها عنصری است که سه ایزوتوپ معمولی – پروتیوم، دوتریوم و تریتیوم – به نام های مختلف داده شده اند.

طیف اطلاعات جز به جز گاز هیدروژن

طیف گسترده ای از اطلاعات را که همه چیز را از خواص شیمیایی هیدروژن و استفاده از آن; در آخرین فن آوری موتور خودرو سلول سوختی پوشش می دهد، بررسی کنید.

نماد هیدروژن

نماد شیمیایی هیدروژن H. این یک عنصر با شماره اتمی 1 است; به این معنی است که 1 پروتون در هسته هیدروژن یافت می شود.

هیدروژن سبک ترین، ساده ترین و معمول ترین عنصر شیمیایی در جهان است. حدود 75 درصد از توده عنصر آن را تشکیل می دهد.

میزان گاز هیدروژن

گاز هیدروژن در مقادیر زیادی در سیارات و ستاره های بزرگ غول پیکر یافت می شود. نقش مهمی در قدرت ستاره ها از طریق واکنش های همجوشی دارد.

گاز هیدروژن در آب

گاز هیدروژن یکی از دو عنصر مهم در آب است (H2O). هر مولکول آب از دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن متصل است.

شناخت هیدروژن

در سال 1766، در زمان واکنش فلز اسید، هنری کاوندیش اولین بار رسما هیدروژن را شناخت. در سال 1781 او همچنین دریافت که هیدروژن هنگام سوزاندن آب تولید می کند. در حالی که Cavendish معمولا برای کشف هیدروژن به عنوان یک عنصر اعتباری داده می شود. توسط دانشمندان پیشین تولید شده است که از هیدروژن به عنوان یک عنصر شیمیایی منحصر به فرد شناخته شده نیستند.

چند سال بعد (1783) تنها نام هیدروژن نامیده شد. کلمه هیدروژن از کلمه یونانی هیدروژن (به معنی آب) و ژن ها (یعنی خالق) می آید.

فرمول گاز هیدروژن

گاز هیدروژن دارای فرمول مولکولی H2 است. در دمای اتاق و تحت شرایط فشار استاندارد، هیدروژن گازی است که بی مزه، بی بو و بی رنگ است. فرمول گاز هیدروژن بر گرفته از H2 می باشد که در شیمی ثبت شده است.

هیدروژن مایع

هیدروژن می تواند به عنوان یک مایع تحت فشار بالا و دمای بسیار پایین 28.28 کیلوین; (-252.87 ° C، -423.17 درجه فارنهایت) باشد. هیدروژن اغلب به این شکل ذخیره می شود. زیرا هیدروژن مایع فضای کمتر از هیدروژن را در فرم گاز طبیعی خود می گیرد. هیدروژن مایع نیز به عنوان سوخت موشک استفاده می شود.

هیدروژن فلزی

هیدروژن تحت فشرده سازی شدید همچنین می تواند به یک حالت به نام هیدروژن فلزی تبدیل شود. تحقیقات آزمایشگاهی در این زمینه در حال انجام است. به عنوان دانشمندان همچنان تلاش برای تولید هیدروژن فلزی در دمای پایین و فشرده سازی استاتیک ادامه دارد.

گاز هیدروژن جایگزین سوخت

گاز هیدروژن برای استفاده از طیف وسیعی از وسایل نقلیه جایگزین سوخت استفاده می شود. انرژی شیمایی هیدروژن توسط روش احتراق مشابه موتورهای فعلی یا در یک سلول سوختی تولید می شود; که آب و برق را با واکنش هیدروژن با اکسیژن تولید می کند.

مهندسان و تولید کنندگان خودرو در حال تحقیق در مورد امکان استفاده از گاز هیدروژن; به عنوان یک سوخت موثر و حیاتی هستند. یکی از احتمالات شامل ذخیره سازی هیدروژن به عنوان حالت جامد در مخازن سوخت خودرو است. در حالی که چالش های زیادی در این فرایند وجود دارد; این امر باعث ذخیره سازی هیدروژنی در وسایل نقلیه می شود; و اجازه می دهد تا آنها را قبل از سوخت گیری مجددا سفر نمایند.

هیدروژن پراکسید یک ترکیب شیمیایی با فرمول مولکولی H2O2 است. این اغلب به عنوان سفید کننده مو یا تمیزکننده استفاده می شود. در غلظت های خاص نیز می توان آن را برای پاک کردن زخم استفاده کرد.

هیدروژن در سفر هوایی

هیدروژن برای سفر هوایی از سال 1852 هنگامی که اولین هیدرولیکی بالگرد توسط هنری گیفارد ساخته شد استفاده شد. بالن های هوایی بعدی که از هیدروژن استفاده می کردند. zeppelins نامیده می شدند و در حالی که برای اکثریت زمان ها قابل اعتماد و ایمن بودند. استفاده از آنها به زودی پس از فاجعه هیدنبورگ در سال 1937 متوقف شد. بالون هندیبورگ در آتش سوزی بیش از نیوجرسی که هر دو فیلم برداری شده بود.

هیدروژن در صنایع نفت و شیمیای

هیدروژن به طور معمول در صنایع نفت و صنایع شیمیایی استفاده می شود. همچنین به طور گسترده ای برای بسیاری از کاربردهای فیزیک و مهندسی. مانند جوشکاری یا خنک کننده استفاده می شود.

هیدروژن علت آتش سوزی

هیدروژن می تواند به علت آتش سوزی هایی باشد. می تواند در هنگام میکس شدن با هوا شروع شود، به طور بالقوه برای انسان خطرناک است. ناتوانی در نفوذ آن به شکل آزاد اکسیژن آزاد و همچنین در حالت مایع بسیار سرد است.

محصولات مرتبط با گاز هیدروژن

برای استفاده از این گاز نیاز به برخی از تجهیزات خواهید داشت که در این بخش به آنان اشاره خواهیم نمود و همچنین شما می توانید با کلیک بروی هر کدام به مشاهده محصول مورد نظر هدایت شوید.

• کپسول هیدروژن
• مانومتر هیدروژن