هیدروژن

شرح تصویر:

تصویر از مدل اتمی نمادینی گرفته شده که اولین بار نيلز بور آن را در سال ۱۹۱۳ ميلادی پیشنهاد داد.

شکل ظاهری:

هيدروژن گازی بی‌رنگ و بی‌بو و دارای کم‌ترین چگالی در بین همۀ گازها است.

کاربردها:

برخی گاز هیدروژن را سوخت پاک آینده می‌دانند، چون از‌ آب تولید می‌شود و پس از اکسید شدن نیز دوباره به آب تبدیل می‌شود. پیل‌های سوختی که از سوخت هیدروژن استفاده می‌کنند به‌طور فزاینده‌ای به منابع انرژی «بدون آلودگی» تبدیل شده‌اند و امروزه در برخی اتوبوس‌ها و اتومبیل‌ها استفاده می‌شوند.

هیدروژن کاربردهای متعدد دیگری نیز دارد؛ در صنایع شیمیایی از آن برای تولید آمونیاک لازم در کودهای کشاورزی (در فرایند هابر) و هم‌چنین تولید سیکلوهِگزان و مِتانول (حدواسط‌های تولید پلاستیک‌ها و داروها) استفاده می‌شود. هیدروژن برای حذف گوگرد از سوخت‌ها، طی فرایند پالایش نفت نیز به‌کار می‌رود. مقادیر زیادی از هیدروژن برای هیدروژنه کردن روغن‌ها و تبدیل آن‌ها به چربی‌های جامد (مانند مارگارین) مصرف می‌شود.

هیدروژن در صنایع شیشه به عنوان جوّ محافظ برای تولید صفحه‌های شیشه‌ای تخت به کار می‌رود. در صنایع الکترونیک از آن به عنوان گاز تمیزکننده در تولید تراشه‌های سیلیسیمی استفاده می‌شود.

چگالی پایین هیدروژن آن را به گزینه‌ای طبیعی برای یکی از اولین کاربردهای عملی آن، یعنی پر کردن بالون‌ها و کشتی‌های هوایی تبدیل کرد. با این‌حال، هیدروژن واکنش شدیدی با اکسیژن (برای تولید آب) دارد؛ به همین دلیل، استفاده از آن برای پر کردن بالون‌ها، پس از آتش گرفتن کشتی هوایی هیندنبورگ متوقف شد.

نقش زیست‌شناختی:

هیدروژن برای حیات، عنصری ضروری است. هیدروژن در آب و تقریباً در تمام مولکول‌های موجودات زنده حضور دارد. با این حال، خودِ هیدروژن نقش چندان فعالی در دنیای زنده ایفا نمی‌کند. هیدروژن به اتم‌های کربن و اکسیژن متصل می‌ماند و شیمیِ حیات در جایگاه‌های فعال‌تری مانند اکسیژن، نیتروژن و فسفر رخ می‌دهد.

فراوانی طبیعی:

هیدروژن فراوان‌ترین عنصر جهان است. در خورشید و بیش‌تر ستاره‌ها یافت می‌شود و سیارۀ مشتری عمدتاً از هیدروژن تشکیل شده است.

روی کرۀ زمین، هیدروژن بیش‌ترین فراوانی را به شکل آب دارد. در جوّ زمین در مقادیر بسیار کمی (کمتر از یک قسمت در هر یک میلیون جزء حجمی) به شکل گاز یافت می‌شود. هر مولکول هیدروژن که وارد جوّ شود به سرعت از جاذبه زمین به فضای خارج از جوّ زمین می‌گریزد.

حرارت دادن گاز طبیعی با بخار آب و تشکیل گاز سنتز (مخلوط هیدروژن و کربن مونوکسید) متداول‌ترين روشی است كه برای توليد هيدروژن به‌كار می‌رود؛ در مرحله بعدی هیدروژن از گاز سنتز جدا می‌شود. با برقکافت آب نیز می‌توان هیدروژن تولید کرد.

در ابتدای دهه ۱۵۰۰ ميلادی، کیمیاگری به نام پاراسِلسوس متوجه شد حباب‌هایی که هنگام اضافه کردن براده‌های آهن به سولفوریک اسید تولید می‌شود قابل اشتعال‌ است. در سال ۱۷۶۱ ميلادی رابرت بویل نیز همین مشاهده را تجربه کرد. با این‌حال هیچ یک از این دو مشاهده منجر به کشف هیدروژن نشد، و هِنری کاوِندیش بود كه به کاشف هیدروژن مشهور شد. در سال ۱۷۶۶ کاوندیش حباب‌ها را جمع‌آوری کرد و نشان داد که با دیگر گازها تفاوت دارند. بعدها او نشان داد که از سوختن هیدروژن، آب تشکیل می‌شود؛ بنابراین به این باور رسید که آب یک عنصر است. آنتوان لاووازیه این گاز را هیدروـ‌ژن به معنی «آب‌ساز» یا تشکیل‌دهندۀ آب ناميد.

در سال ۱۹۳۱ م هارولد یوری و همکارانش در دانشگاه کلمبیای آمریکا نوع دوم و کمیاب‌تری از هیدروژن را شناسایی کردند که جرم آن دو برابر هیدروژن معمولی بود و آن را دوتریم نامیدند.

 
شعاع اتمی ناپیوندی (Å): ۱/۱۰
شعاع کووالانسی (Å): ۰/۳۲
الکترون‌خواهی (kJ/mol): ۷۲/۷۶۹
الکترونِگاتیویته (مقیاس پاولینگ): ۲/۲۰
انرژی‌های یونش اول دوم سوم چهارم پنجم ششم هفتم هشتم
kJ/mol ۱۳۱۲/۰۵  -  -  -  -  -  -  -
 

حالت‌های اُکسایش معمول: ۱، ۱-

ایزوتوپ‌ها:

ایزوتوپ جرم اتمی فراوانی طبیعی (٪) نیمه‌عمر شیوه واپاشی
1H ۱/۰۰۸ ۹۹/۹۸۸۵ - -
2H ۲/۰۱۴ ۰/۰۱۱۵ - -
3H ۳/۰۱۶ - ۱۲/۳۱ سال

داده‌ها:

W. M. Haynes, ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 95th Edition, Internet Version 2015, accessed December 2014

Tables of Physical & Chemical Constants, Kaye & Laby Online, 16th edition, 1995. Version 1.0 (2005), accessed December 2014

J. S. Coursey, D. J. Schwab, J. J. Tsai, and R. A. Dragoset, Atomic Weights and Isotopic Compositions (version 4.1), 2015, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, accessed November 2016

خواص و کاربردها:

John Emsley, Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, New York, 2nd Edition, 2011

Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Office of Science Education, It’s Elemental - The Periodic Table of Elements, accessed December 2014

تاریخچه:

Elements 1-112, 114, 116 and 117 © John Emsley 2012. Elements 113, 115, 117 and 118 © Royal Society of Chemistry 2017

همه عنصرها
آ ایتربیم پروتاکتینیم د ژ فلوئور گوگرد نوبلیم
آرسنیک ایتریم پرومتیم دابنیم ژرمانیم ق ل نیتروژن
آرگون ایریدیم پلاتین دارماشتدیم س قلع لانتان نیکل
آکتینیم ایندیم پلوتونیم دیسپروزیم ساماریم ک لوتسیم نیهونیم
آلومینیم اینشتاینیم پولونیم ر سدیم کادمیم لورنسیم نئوبیم
آنتیموان ب ت رادرفوردیم سرب کالیفرنیم لیتیم نئودیمیم
آهن باریم تالیم رادون سریم کبالت لیورموریم نئون
الف برکلیم تانتال رادیم سزیم کربن م و
اربیم برم تربیم رنیم سلنیم کروم مایتنریم وانادیم
اروپیم بریلیم تکنسیم روبیدیم سیبورگیم کریپتون مس هـ
استاتین بور تلوریم روتنیم سیلیسیم کلر مسکوویم هاسیم
استرونسیم بوریم تنسین رودیم ط کلسیم مندلویم هافنیم
اسکاندیم بیسموت تنگستن رونتگنیم طلا کوپرنیسیم منگنز هلیم
اسمیم پ توریم روی ف کوریم منیزیم هولمیم
اکسیژن پالادیم تولیم ز فرانسیم گ مولیبدن هیدروژن
امریسیم پتاسیم تیتانیم زنون فرمیم گادولینیم ن ی
اورانیم پرازئودیمییم ج زیرکونیم فسفر گالیم نپتونیم ید
اوگانسون جیوه فلروویم نقره