Ιδιότητες Υδρογόνου

Το υδρογόνο βρίσκεται συνήθως ως διατομικό μόριο. Αυτό σημαίνει ότι έχει δύο άτομα υδρογόνου σε κάθε μόριο, γι' αυτό το καθαρό υδρογόνο συμβολίζεται ως «H2».

Το υδρογόνο είναι ένα διατομικό στοιχείο που σχηματίζει μόριο. Τα διατομικά μόρια αποτελούνται από δύο άτομα του ίδιου στοιχείου. Συνήθως υπάρχουν επειδή το στοιχείο είναι πολύ αντιδραστικό για να συνδεθεί με άλλο άτομο. Πολλά από τα ασυνήθιστα χαρακτηριστικά του υδρογόνου οφείλονται στην αντιδραστικότητά του.

Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου

Οι φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου περιλαμβάνουν πράγματα όπως η πυκνότητά του 0,0000899 g/cm, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί ή να μετρηθεί. Το υδρογόνο έχει σημείο τήξης -259,2 °C και σημείο βρασμού -252,8 °C. Είναι ένα άχρωμο αέριο που είναι τόσο ελαφρύτερο από τον αέρα που μπορεί να ξεφύγει από τη βαρυτική έλξη της γης και να πετάξει στο διάστημα. Το πρώτο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα, το υδρογόνο, έχει μόνο ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Δεν έχει νετρόνια.

Το υδρογόνο υπάρχει σε δύο διαφορετικά ισομερή spin διατομικών μορίων υδρογόνου (που ονομάζονται ορθοϋδρογόνο και παραϋδρογόνο), τα οποία διαφέρουν ως προς το σχετικό σπιν των πυρήνων τους. Τα σπιν της ορθοϋδρογονικής μορφής είναι παράλληλα, ενώ τα σπιν της παραϋδρογονικής μορφής είναι αντιπαράλληλα. Το αέριο υδρογόνο είναι 75% ορθοϋδρογόνο και 25% παραϋδρογόνο σε τυπική θερμοκρασία και πίεση. Διατίθεται σε διάφορες μορφές, όπως συμπιεσμένο αέριο υδρογόνο, υγρό υδρογόνο, λάσπη υδρογόνο (ένα μείγμα υγρού και στερεού) και στερεών και μεταλλικών μορφών.

Πολλές από τις χημικές ιδιότητες του hyd
rogen, όπως η τάση του να σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς με οξειδωτικά στοιχεία, οφείλονται στο μικρό του μέγεθος.

Μερικές χημικές ιδιότητες του υδρογόνου

Όταν το υδρογόνο έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο, γίνεται εξαιρετικά εύφλεκτο. Είναι ένα μη μεταλλικό στοιχείο που συμπεριφέρεται παρόμοια με τα μέταλλα σε ορισμένες συνθήκες συγκόλλησης. Σε μια ιοντική ένωση, το υδρογόνο μπορεί να δώσει ηλεκτρόνια στο αμέταλλο με το οποίο συνδέεται ή μπορεί να λειτουργήσει ως μη μέταλλο σε ένα μόριο, μοιράζοντας ηλεκτρόνια με ένα άλλο άτομο. Η ηλεκτραρνητικότητα του υδρογόνου είναι σχετικά ισχυρή, γεγονός που προσθέτει στη δεσμευτική συγγένεια και τη διατομική φύση του.

Υπάρχουν πολλές χημικές ιδιότητες του υδρογόνου που επηρεάζουν τον τρόπο χρήσης του ως καύσιμο:

• Αναμιγνύεται με οξυγόνο για να δημιουργήσει νερό, το οποίο είναι απαραίτητο για τη ζωή σε αυτόν τον πλανήτη.

• Έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ανά όγκο (σχεδόν τριπλάσια από εκείνη της βενζίνης) αλλά χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα ανά βάρος σε τυπική θερμοκρασία και πίεση. Η ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα του υδρογόνου μπορεί να βελτιωθεί με την αποθήκευση του υπό υψηλότερη πίεση ή σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες ως υγρό. Τα υδρίδια μετάλλων μπορούν επίσης να προσροφηθούν με υδρογόνο.

• Το υδρογόνο είναι εξαιρετικά εύφλεκτο και απαιτεί ελάχιστη ποσότητα ενέργειας για να αναφλεγεί και να καεί. Έχει επίσης μεγάλο εύρος αναφλεξιμότητας, που σημαίνει ότι μπορεί να καεί όταν αντιπροσωπεύει το 4 έως το 74% του όγκου του αέρα.

• Επειδή το υδρογόνο έχει μια ωχρομπλε, σχεδόν αόρατη φλόγα, οι πυρκαγιές του είναι δύσκολο να εντοπιστούν.

• Η καύση του υδρογόνου δεν παράγει διοξείδιο του άνθρακα (CO2), σωματίδια ή θείο. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, μπορεί να εκπέμπει οξείδιο του αζώτου (NOX).

• Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από ανανεώσιμες πηγές, όπως η αναμόρφωση της αιθανόλης (που παράγει λίγο διοξείδιο του άνθρακα) και η ηλεκτρόλυση του νερού (η ηλεκτρόλυση είναι πολύ ακριβή).

Δεσμός υδρογόνου

Το υδρογόνο συμμετέχει στους δεσμούς υδρογόνου, που είναι ένα μοναδικό σύνολο περιστάσεων. Ένας δεσμός υδρογόνου είναι μια έλξη μεταξύ δύο μορίων στα οποία το πρωτόνιο στο άτομο υδρογόνου ενός μορίου έλκει μη δεσμευμένα ζεύγη ηλεκτρονίων σε ένα άλλο μόριο. Στο νερό, για παράδειγμα, ο ισχυρός δεσμός υδρογόνου συμβαίνει όταν τα άτομα υδρογόνου ενός μορίου έλκονται από το άτομο οξυγόνου ενός άλλου μορίου. Τα μόρια του νερού συγκρατούνται μεταξύ τους από αυτή τη διαμοριακή δύναμη, γεγονός που εξηγεί επίσης γιατί το νερό έχει τόσο υψηλή επιφανειακή τάση.

Ισότοπα υδρογόνου

1Η, 2Η και 3Η είναι οι τρεις μορφές ισοτόπων υδρογόνου που υπάρχουν στη φύση. Το Protium είναι ο επίσημος όρος για το 1H, το οποίο εμφανίζεται σε αφθονία 99,98%. Το δευτέριο (αριθμός μάζας =2) είναι ένα χημικό στοιχείο με ένα ηλεκτρόνιο, ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο. Το δευτέριο και οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται ως μη ραδιενεργές ετικέτες στη χημική έρευνα και ως διαλύτες για φασματοσκοπία 1H-NMR. Το τρίτιο (αριθμός μάζας =3) αποτελείται από ένα πρωτόνιο, δύο νετρόνια και ένα ηλεκτρόνιο. Είναι ραδιενεργό και έχει χρόνο ημιζωής 12,32 χρόνια πριν διασπαστεί σε ήλιο-3 μέσω της διάσπασης βήτα. Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στα ισότοπα των σημειώσεων υδρογόνου αναλυτικά!

Συμπέρασμα

Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, αντιπροσωπεύοντας το 90% της συνολικής του μάζας. Έχει χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια σε μεγάλες ποσότητες σε χημικές και μεταλλουργικές εφαρμογές, στη βιομηχανία τροφίμων και στο διαστημικό πρόγραμμα εδώ και πολλά χρόνια. Καθώς το υδρογόνο και οι κυψέλες καυσίμου γίνονται πιο σημαντικά για την αντιμετώπιση των ενεργειακών αναγκών της χώρας μας και του κόσμου, είναι σημαντικό να μειωθούν οι κίνδυνοι που σχετίζονται με τη χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου.