Μέθοδοι Παρασκευής Υδρογόνου

Το υδρογόνο είναι το πιο διαδεδομένο στοιχείο που υπάρχει στο σύμπαν και το υδρογόνο αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του Ήλιου και άλλων άστρων. Σύμφωνα με μελέτες, τα άτομα υδρογόνου αποτελούν το 90% των σωματιδίων του σύμπαντος. Σε σύγκριση με οποιοδήποτε άλλο στοιχείο, το υδρογόνο είναι το συστατικό με τις περισσότερες ενώσεις και το νερό είναι επίσης η πιο διαδεδομένη ένωση υδρογόνου. Η ζάχαρη, το πετρέλαιο, τα μέταλλα, τα λιπίδια, η κυτταρίνη και το άμυλο, τα οξέα, οι αλκοόλες, τα έλαια και χιλιάδες άλλες ενώσεις περιέχουν υδρογόνο.

Σε τυπικές θερμοκρασίες, το υδρογόνο είναι ένα άχρωμο, άγευστο, άοσμο και μη δηλητηριώδες αέριο που περιλαμβάνει ένα διατομικό μόριο Η2. Επειδή το υδρογόνο παράγει εύκολα ομοιοπολικές ενώσεις με πολλά μη μεταλλικά στοιχεία, το μεγαλύτερο μέρος του Υδρογόνου στη Γη βρίσκεται σε μοριακές μορφές όπως το νερό ή τα οργανικά μόρια.

Παρασκευή Υδρογόνου

Το σπάσιμο των χημικών δεσμών απαιτείται για την παραγωγή στοιχειακού υδρογόνου από μόρια. Οι παρακάτω είναι οι πιο δημοφιλείς μέθοδοι παρασκευής υδρογόνου:-

Εργαστηριακή μέθοδος
Εμπορική μέθοδος
Βιομηχανική μέθοδος

Λοιπόν, ας συζητήσουμε εν συντομία τις ακόλουθες μεθόδους.

Παρασκευή Υδρογόνου στο Εργαστήριο

Το υδρογόνο παράγεται εύκολα στο εργαστήριο με αντίδραση μετάλλων όπως ο ψευδάργυρος, ο σίδηρος και ο κασσίτερος με αραιό οξύ κατά προτίμηση HCl.

Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2↑

Μπορεί επίσης να παρασκευαστεί με αντίδραση αμφοτερικών μετάλλων με υδατικά αλκάλια

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2

Παρασκευή Υδρογόνου με την εμπορική μέθοδο

Το μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα και νερού αναφέρεται συνήθως ως αέριο νερού. Αυτό το αέριο νερού είναι επίσης γνωστό ως «αέριο σύνθεσης» ή αέριο σύνθεσης, καθώς χρησιμοποιείται για την παραγωγή μεθανόλης και άλλων υδρογονανθράκων. Θραύσματα ξύλου, πριονίδι και άλλα αντικείμενα κάνουν αυτό το αέριο σύνθεσης. Η παραγωγή αερίου σύνθεσης από άνθρακα είναι γνωστή ως «αεριοποίηση άνθρακα». Ο σχηματισμός αερίου υδρογόνου μπορεί να αυξηθεί με την αντίδραση του συνθετικού αερίου μονοξειδίου του άνθρακα με ένα ρεύμα με τη μορφή χρωμικού σιδήρου ως καταλύτη σε θερμοκρασίες έως 673 K.

Η αντίδραση της αεριοποίησης του άνθρακα είναι:

C(s)+ H2O(g) → 2 CO(g) + H2 (g)

Η αντίδραση μετατόπισης αερίου νερού για αύξηση της απόδοσης.

CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+ H2O(g)

Το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται με τρίψιμο με αρσενίτη νατρίου.

Παρασκευή Υδρογόνου με τη βιομηχανική μέθοδο

Το υδρογόνο δημιουργείται σε μεγάλη κλίμακα από υδρογονάνθρακες που αναμορφώνουν τον ατμό. Σε αυτή τη διαδικασία, ένας υδρογονάνθρακας όπως το μεθάνιο συνδυάζεται με ατμό και περνά μέσα από έναν καταλύτη νικελίου σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 800 έως 900 βαθμούς Κελσίου και 35 ατμόσφαιρες.

CH4+ H2O → CO + 3H2

Υψηλής καθαρότητας Η2 μπορεί να ληφθεί με ηλεκτρόλυση υδατικού υδροξειδίου του βαρίου με ηλεκτρόδια νικελίου.

Ποιες είναι οι διαφορετικές χρήσεις του υδρογόνου;

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, η σόγια 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 είναι απαραίτητο για την παραγωγή υδροχλωρίου, μιας πολύτιμης χημικής ουσίας.
Χρησιμοποιείται για τη μετατροπή σημαντικών 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 ενός 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 στις κυψέλες καυσίμου για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η ενέργεια 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.

Τι είναι η δομή του υδρογόνου;

Το υδρογόνο έχει ένα θετικά φορτισμένο πρωτόνιο με ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο και ένα, δύο ή τρία νετρόνια στον πυρήνα του. Τα ισότοπα είναι ξεχωριστές εκδοχές της ίδιας ουσίας με ποικίλο αριθμό νετρονίων. Η μάζα του ατόμου υδρογόνου επηρεάζεται από το αρ. των νετρονίων στον πυρήνα. Τα ισότοπα υδρογόνου δεν πρέπει να συγχέονται με τα αλλότροπα υδρογόνου.

Διαφορετικές εκδόσεις με το ίδιο στοιχείο είναι γνωστές ως αλλοτρόπες. Τα αλλότροπα διαφέρουν από τα ισότοπα καθώς είναι οι διάφοροι τρόποι με τους οποίους ενώνονται τα άτομα του ίδιου τύπου. Οι μοριακές μορφολογίες των αλλοτροπών και, κατά συνέπεια, τα χαρακτηριστικά των μορίων επηρεάζονται από τον αριθμό των ατόμων που συνδέονται και τη σειρά αυτών των δεσμών. Η μοριακή μορφή του υδρογόνου εμφανίζεται σε 2 ισομερείς μορφές.

Συμπέρασμα

Έχουμε συζητήσει τις διάφορες μεθόδους, δηλαδή εργαστηριακή μέθοδο, εμπορική μέθοδο, βιομηχανική μέθοδο, των σχηματισμών υδρογόνου. Το υδρογόνο είναι ένα από τα πιο κρίσιμα στοιχεία της Γης και του σύμπαντος. Η δομή του υδρογόνου αποτελείται από ένα θετικά φορτισμένο πρωτόνιο με ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο και ένα, δύο ή τρία νετρόνια στον πυρήνα του.