Hidrogenul – Element chimic

Hidrogenul

Hidrogenul (H) este o substanță gazoasă incoloră, inodoră, fără gust, inflamabilă și care reprezintă cel mai simplu membru al familiei elementelor chimice.

Atomul de hidrogen are un nucleu format dintr-un proton care poartă o unitate de sarcină electrică pozitivă și un electron care poartă o unitate de sarcină electrică negativă, care este de asemenea asociat cu acest nucleu.

În condiții obișnuite, hidrogenul gazos este o agregare liberă de molecule de hidrogen, fiecare constând dintr-o pereche de atomi, o moleculă diatomică H2.

Cea mai timpurie proprietate chimică importantă cunoscută a acestuia este că arde cu oxigen pentru a forma apă (H2O). Într-adevăr, numele este derivat din cuvinte grecești care înseamnă „făcător de apă”.

Deși este cel mai abundent element din univers (de trei ori mai abundent decât heliul, următorul element cel mai răspândit), acesta reprezintă doar aproximativ 0,14% din greutatea scoarței Pământului.

Apare, totuși, în cantități mari, ca parte a apei din oceane, pachete de gheață, râuri, lacuri și atmosferă. Ca parte a nenumăraților compuși de carbon, hidrogenul este prezent în toate țesuturile animale și vegetale și în petrol.

Chiar dacă se spune adesea că există mai mulți compuși cunoscuți ai carbonului decât ai oricărui alt element, adevărul este că, deoarece hidrogenul este conținut în aproape toți compușii carbonului și formează, de asemenea, o multitudine de compuși cu toate celelalte elemente (cu excepția unora dintre gaze nobile), este posibil ca compușii cu hidrogen să fie mai numeroși.

Hidrogenul elementar își găsește principala aplicație industrială în fabricarea amoniacului (un compus de hidrogen și azot, NH3) și în hidrogenarea monoxidului de carbon și a compușilor organici.

Hidrogenul are trei izotopi cunoscuți. Numerele de masă ale izotopilor hidrogenului sunt 1, 2 și 3, cel mai abundent fiind izotopul de masă 1 numit în general hdrogen, dar cunoscut și sub numele de deprotium.

Izotopul de masă 2, care are un nucleu de un proton și un neutron și a fost numit deuteriu sau hidrogen greu (simbol D), constituie 0,0156% din amestecul obișnuit de hidrogen.

Tritiul (simbol T), cu un proton și doi neutroni în fiecare nucleu, este izotopul de masă 3. Practica de a da nume distincte izotopilor de hidrogen este justificată de faptul că există diferențe semnificative în proprietățile acestora.

Tabelul prezintă proprietățile importante ale hidrogenului molecular. Punctele de topire și de fierbere extrem de scăzute rezultă din forțele slabe de atracție dintre molecule. Existența acestor forțe intermoleculare slabe este relevantă și de faptul că, atunci când hidrogenul gazos se extinde de la presiune înaltă la presiune scăzută la temperatura camerei, temperatura acestuia crește, în timp ce temperatura majorității celorlalte gaze scade.

Conform principiilor termodinamice, aceasta înseamnă că forțele de respingere depășesc forțe atractive între moleculele de hidrogen la temperatura camerei. Astfel, expansiunea ar răci hidrogenul.

De fapt, la 168,6 grade Celsius predomină forțele atractive, iar hidrogenul, prin urmare, se răcește când este lăsat să se extindă sub această temperatură.

Efectul de răcire devine atât de pronunțat la temperaturi sub cea a azotului lichid (-196 grade Celsius) încât efectul este utilizat pentru a atinge temperatura de lichefiere a hidrogenului gazos în sine.

Hidrogenul este transparent la lumina vizibilă, la lumina infraroșie și la lumina ultravioletă la lungimi de undă sub 1800 A. Deoarece greutatea sa moleculară este mai mică decât a oricărui alt gaz, moleculele sale au o viteză mai mare decât cele ale oricărui alt gaz la o anumită temperatură și difuzează mai repede decât orice alt gaz.

În consecință, energia cinetică este distribuită mai rapid prin hidrogen decât prin orice alt gaz; are, de exemplu, cea mai mare conductivitate termică.

Hidrogenul molecular poate reacționa cu multe elemente și compuși, dar la temperatura camerei vitezele de reacție sunt de obicei atât de mici încât să fie neglijabile. Această aparentă inerție este în parte legată de energia de disociere foarte mare a moleculei.

La temperaturi ridicate, totuși, vitezele de reacție sunt mari.

O aplicație majoră a hidrogenului este în catalitichidrogenarea de compuși organici. Uleiurile și grăsimile vegetale și animale nesaturate sunt hidrogenate pentru a face margarină și shortening vegetal.

Hidrogenul este utilizat pentru a reduce aldehidele, acizii grași și esterii la alcolii corespunzători. Compușii aromatici pot fi reduși la compușii saturați corespunzători, ca în conversia benzenului în ciclohexan și a fenolului în ciclohexanol. Compușii nitro pot fi reduși cu ușurință la amine.

Hidrogenul a fost folosit drept combustibil primar pentru rachete pentru arderea cu oxigen sau fluor și este favorizat ca propulsor pentru rachetele cu propulsie nucleară și vehiculele spațiale.

O altă utilizare în creștere a hidrogenului este reducerea directă a minereurilor de fier lafier metalic și în reducerea oxizilor de wolfram și molibden la metale.

O atmosferă de hidrogen (reducătoare) este folosită la turnarea pieselor speciale, la fabricarea magneziului, la recoacerea metalelor și la răcirea motoarelor electrice mari.

Hidrogenul a fostfolosit cândva pentru umflarea vaselor mai ușoare decât aerul, cum ar fi dirijabilele și baloanele, dar acum heliul este folosit în general pentru că este neinflambil.