Φυσικές Ιδιότητες Υδρογόνου

Το υδρογόνο είναι η απλούστερη ουσία στο σύμπαν. Αυτό είναι το πρώτο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα. Έχει επίσης κοινές ιδιότητες με τα αλκαλικά μέταλλα και τα αλογόνα. Σε πρόσφατες μελέτες και δοκιμές, οι επιστήμονες ανακάλυψαν το Υδρογόνο στη μεταλλική του κατάσταση. Όπως και άλλα αλκαλικά μέταλλα, έχει ένα ηλεκτρόνιο στη στιβάδα σθένους και δημιουργεί το μονοσθενές ιόν H+, αλλά η ενέργεια ιονισμού του είναι παρόμοια με αυτή των αλογόνων. Στον πυρήνα του, το υδρογόνο έχει ένα θετικά φορτισμένο πρωτόνιο, ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο και μηδέν, ένα ή δύο νετρόνια. Τα ισότοπα είναι διαφορετικές παραλλαγές του ίδιου στοιχείου, το καθένα με διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Η μάζα ενός ιόντος υδρογόνου καθορίζεται από την ποσότητα των νετρονίων που υπάρχουν.

Παρουσία Υδρογόνου στο Σύμπαν 

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.

Φυσικές ιδιότητες του υδρογόνου

Καθώς το υδρογόνο έχει μόνο 1 πρωτόνιο στον πυρήνα του, το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο χημικό στοιχείο. Ο ατομικός του αριθμός είναι 1 και το σύμβολο του είναι H. Είναι το ελαφρύτερο στοιχείο, με μέσο ατομικό βάρος 1,0079 amu. Το πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο στο σύμπαν είναι το υδρογόνο, το οποίο βρίσκεται σε αφθονία στις τροχιές των αστεριών και των αέριων πλανητών. Το μονοατομικό υδρογόνο, από την άλλη πλευρά, είναι ασυνήθιστο στη Γη λόγω της τάσης του να σχηματίζει ομοιοπολικές συνδέσεις με τα περισσότερα στοιχεία. Το υδρογόνο είναι ένα άγευστο, μη μεταλλικό, μη τοξικό, άοσμο, πολύ εύφλεκτο και άχρωμο διατομικό αέριο με μοριακό τύπο Η2 σε κανονική πίεση και θερμοκρασία.

Το υδρογόνο έχει ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο. protium (1H), το πιο κοινό ισότοπο, δεν έχει νετρόνια. Το σημείο τήξης του υδρογόνου είναι -259,14 °C και το σημείο βρασμού είναι -252,87 °C. Το υδρογόνο είναι λιγότερο πυκνό από τον αέρα, με πυκνότητα 0,08988 g/L. Έχει δύο μοναδικές καταστάσεις οξείδωσης (+1, -1), επιτρέποντάς του να λειτουργεί ως οξειδωτικό και μειωτικό. Έχει ομοιοπολική ακτίνα 31,5 μ.μ.

Το υδρογόνο υπάρχει σε διαφορετικά ισομερή σπιν των διατομικών μορίων υδρογόνου, 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% ορθοϋδρογονο και 25% παραϋδρογονο σε τυπική θερμοκρασία και πίεση. Το υδρογόνο διατίθεται σε διάφορες μορφές, όπως συμπυκνωμένο αέριο υδρογόνο, υγρό υδρογόνο, λάσπη υδρογόνο (ένα μείγμα υγρού και στερεού) και στερεών και μεταλλικών μορφών.

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

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.

Τα αλλότροπα είναι διαφορετικές παραλλαγές του ίδιου στοιχείου. Τα αλλότροπα διαφέρουν από τα ισότοπα στο ότι περιγράφουν τους πολυάριθμους τρόπους με τους οποίους μπορούν να συνδυαστούν άτομα του ίδιου τύπου. Ο αριθμός των ατόμων που συνδέονται και η διάταξη αυτών των δεσμών καθορίζουν τις μοριακές μορφολογίες των αλλοτροπών και, ως εκ τούτου, τα χαρακτηριστικά των μορίων. Το υδρογόνο υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές σε μοριακό επίπεδο.

Ποιες είναι οι διάφορες χρήσεις του Υδρογόνου;

• 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 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 για την παραγωγή αμμωνίας και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή λιπασμάτων νιτρικού οξέος και αζώτου.
• 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 για την παραγωγή μεταλλικών υδριδίων.
• 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.

Συμπέρασμα

Το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο άτομο που έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο κέλυφος σθένους του. Όταν αυτό το ηλεκτρόνιο χαθεί, παράγεται ένα πρωτόνιο, ένα στοιχειώδες σωματίδιο. Ως αποτέλεσμα, έχει μια ξεχωριστή διαμόρφωση. Αποτελείται από τρία ισότοπα:  δευτέριο,   τρίτιο και το πρωτίου. Το τρίτιο είναι το πιο ραδιενεργό από αυτά τα τρία. Παρά τις ομοιότητές του τόσο με τα αλογόνα όσο και με τα αλκαλικά μέταλλα, έχει τη δική του θέση στον περιοδικό πίνακα λόγω των διακριτών χαρακτηριστικών του. Το πιο διαδεδομένο στοιχείο στο σύμπαν είναι το υδρογόνο. Είναι σχεδόν ανύπαρκτο στην ελεύθερη κατάσταση της ατμόσφαιρας της γης. Είναι, ωστόσο, το τρίτο πιο διαδεδομένο στοιχείο στην επιφάνεια της γης όταν συνδυάζεται. Η αντίδραση μετατόπισης νερού-αερίου από πετροχημικά χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρογόνου σε βιομηχανική κλίμακα.