Υδρογόνο

Υδρογόνο στη φύση

Στην καθαρή του μορφή στη Γη, το υδρογόνο είναι συνήθως αέριο. Το υδρογόνο είναι επίσης ένα από τα μέρη που αποτελούν το μόριο του νερού. Το υδρογόνο είναι σημαντικό επειδή είναι το καύσιμο που τροφοδοτεί τον Ήλιο και άλλα αστέρια. Το υδρογόνο αποτελεί περίπου το 74% ολόκληρου του σύμπαντος. Το σύμβολο του υδρογόνου στον Περιοδικό Πίνακα των Στοιχείων είναι το Η.

Το καθαρό υδρογόνο αποτελείται συνήθως από δύο άτομα υδρογόνου συνδεδεμένα μεταξύ τους. Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτά τα μόρια διατομικά. Το υδρογόνο προκαλεί χημική αντίδραση όταν αναμιγνύεται με τα περισσότερα άλλα στοιχεία. Δεν έχει χρώμα ή οσμή.

Το καθαρό υδρογόνο είναι πολύ σπάνιο στην ατμόσφαιρα της Γης. Στη φύση, βρίσκεται συνήθως στο νερό. Το υδρογόνο υπάρχει επίσης σε όλα τα έμβια όντα, ως μέρος των οργανικών ενώσεων από τις οποίες αποτελούνται τα έμβια όντα. Επιπλέον, τα άτομα υδρογόνου μπορούν να συνδυαστούν με άτομα άνθρακα για να σχηματίσουν υδρογονάνθρακες. Το πετρέλαιο και άλλα ορυκτά καύσιμα αποτελούνται από αυτούς τους υδρογονάνθρακες και χρησιμοποιούνται συνήθως για τη δημιουργία ενέργειας για ανθρώπινη χρήση.

Το υδρογόνο έχει τρία ισότοπα- τα άλλα ονομάζονται δευτέριο και τρίτιο. Όπως το κανονικό υδρογόνο, και τα δύο έχουν μόνο ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, αλλά το δευτέριο έχει επίσης ένα νετρόνιο και το τρίτιο έχει δύο. Αυτοί οι άλλοι τύποι υδρογόνου είναι σημαντικοί στις αντιδράσεις πυρηνικής ενέργειας και οργανικής χημείας.

Μερικά άλλα στοιχεία για το υδρογόνο:

• Είναι αέριο σε θερμοκρασία δωματίου
• Λειτουργεί σαν μέταλλο όταν είναι στερεό.
• Είναι το ελαφρύτερο στοιχείο στο Σύμπαν.
• Είναι το πιο κοινό στοιχείο στο Σύμπαν.
• Καίγεται ή εκρήγνυται όταν αγγίζει φλόγα.
• λάμπει μοβ όταν βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος.

Ιστορία του υδρογόνου

Το υδρογόνο διαχωρίστηκε για πρώτη φορά το 1671 από τον Robert Boyle. Ο Henry Cavendish το 1776 το αναγνώρισε ως ξεχωριστό στοιχείο και ανακάλυψε ότι με την καύση του δημιουργείται νερό.

Ο Αντουάν Λαβουαζιέ έδωσε στο υδρογόνο το όνομά του, από την ελληνική λέξη για το νερό, 'υδορ (προφέρεται /HEEW-dor/) και gennen που σημαίνει "παράγω", καθώς σχηματίζει νερό σε μια χημική αντίδραση με το οξυγόνο.

Χρήσεις του υδρογόνου

Οι κύριες χρήσεις είναι στη βιομηχανία πετρελαίου και στην παραγωγή αμμωνίας με τη διαδικασία Haber. Κάποια ποσότητα χρησιμοποιείται και αλλού στη χημική βιομηχανία. Λίγο από αυτό χρησιμοποιείται ως καύσιμο, για παράδειγμα σε πυραύλους για διαστημόπλοια. Το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι προέρχεται από μια χημική αντίδραση μεταξύ φυσικού αερίου και ατμού.

Πυρηνική σύντηξη

Η πυρηνική σύντηξη είναι μια πολύ ισχυρή πηγή ενέργειας. Βασίζεται στη σύζευξη ατόμων για τη δημιουργία ηλίου και ενέργειας, όπως ακριβώς συμβαίνει σε ένα αστέρι όπως ο Ήλιος ή σε μια βόμβα υδρογόνου. Αυτό χρειάζεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας για να ξεκινήσει και δεν είναι εύκολο να γίνει ακόμη. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα έναντι της πυρηνικής σχάσης, η οποία χρησιμοποιείται στους σημερινούς πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας, είναι ότι παράγει λιγότερα πυρηνικά απόβλητα και δεν χρησιμοποιεί ένα τοξικό και σπάνιο καύσιμο όπως το ουράνιο. Περισσότεροι από 600 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου υφίστανται σύντηξη κάθε δευτερόλεπτο στον Ήλιο.

Καύση υδρογόνου

Η ηλεκτρόλυση του νερού διασπά το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια. Το υδρογόνο που καίγεται συνδυάζεται με μόρια οξυγόνου για να δημιουργήσει ατμό (καθαρούς υδρατμούς). Μια κυψέλη καυσίμου συνδυάζει το υδρογόνο με ένα μόριο οξυγόνου, απελευθερώνοντας ένα ηλεκτρόνιο ως ηλεκτρική ενέργεια. Για τους λόγους αυτούς, πολλοί πιστεύουν ότι η ενέργεια υδρογόνου θα αντικαταστήσει τελικά τα άλλα συνθετικά καύσιμα.

Το υδρογόνο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε κυψέλες καυσίμου ή να καεί για την παραγωγή θερμότητας σε ατμοστρόβιλους ή μηχανές εσωτερικής καύσης. Το υδρογόνο μπορεί να δημιουργηθεί από πολλές πηγές, όπως ο άνθρακας, το φυσικό αέριο ή η ηλεκτρική ενέργεια, και ως εκ τούτου αποτελεί πολύτιμη προσθήκη στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας- στον ίδιο ρόλο με το φυσικό αέριο. Ένα τέτοιο δίκτυο και υποδομή με οχήματα κυψελών καυσίμου σχεδιάζεται τώρα από πολλές χώρες, όπως η Ιαπωνία, η Κορέα και πολλές ευρωπαϊκές χώρες. Αυτό επιτρέπει στις χώρες αυτές να αγοράζουν λιγότερο πετρέλαιο, γεγονός που αποτελεί οικονομικό πλεονέκτημα. Το άλλο πλεονέκτημα είναι ότι όταν χρησιμοποιείται σε μια κυψέλη καυσίμου ή καίγεται σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, όπως σε ένα αυτοκίνητο υδρογόνου, ο κινητήρας δεν προκαλεί ρύπανση. Σχηματίζεται μόνο νερό και μια μικρή ποσότητα οξειδίων του αζώτου.