waterstof is het meest voorkomende element in het heelal en is ook een veelbelovende bron van “schone” brandstof op aarde.
genoemd naar de Griekse woorden hydro voor “water” en genen voor “vorming”, maakt waterstof meer dan 90 procent uit van alle atomen, wat overeenkomt met driekwart van de massa van het heelal, volgens het Los Alamos National Laboratory. Waterstof is essentieel voor het leven, en het is aanwezig in bijna alle moleculen in levende dingen, volgens de Royal Society of Chemistry. Het element komt ook voor in de sterren en voedt het universum door de proton-proton reactie en koolstof-stikstof cyclus. Stellaire waterstoffusieprocessen geven enorme hoeveelheden energie vrij als ze waterstofatomen combineren om helium te vormen, volgens Los Alamos.
zuiver waterstofgas is schaars in de atmosfeer van de aarde en alle waterstof die daadwerkelijk de atmosfeer binnenkomt ontsnapt snel aan de zwaartekracht van de aarde, volgens de Royal Society. Op onze planeet komt waterstof vooral voor in combinatie met zuurstof en water, maar ook in organisch materiaal zoals levende planten, aardolie en steenkool, meldt Los Alamos.
alleen de feiten
- atoomnummer (aantal protonen in de kern): 1
- Atoomsymbool (op het Periodiek Systeem van elementen): h
- atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 1,00794
- dichtheid: 0,00008988 gram per kubieke centimeter
- fase bij kamertemperatuur: Gas
- smeltpunt: min 434,7 graden Fahrenheit (min 259,34 graden Celsius)
- kookpunt: min 423.2 F (min 252.87 C)
- Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 3 veel voorkomende isotopen, waaronder 2 stabiele isotopen
- meest voorkomende isotoop: 1H, natuurlijke abundantie 99.9885 procent
Waterstofontdekking
Robert Boyle produceerde waterstofgas in 1671 terwijl hij experimenteerde met ijzer en zuren, maar het was pas in 1766 dat Henry Cavendish het herkende als een afzonderlijk element, volgens naar Jefferson Lab. Het element werd waterstof genoemd door de Franse chemicus Antoine Lavoisier.
waterstof heeft drie gemeenschappelijke isotopen: protium, een gewoon waterstof; deuterium, een stabiele isotoop ontdekt in 1932 door Harold C. Urey; en tritium, een onstabiele isotoop ontdekt in 1934, volgens Jefferson Lab. Het verschil tussen de drie isotopen ligt in het aantal neutronen dat elk van hen heeft. Waterstof heeft helemaal geen neutronen; deuterium heeft er één, terwijl tritium twee neutronen heeft, volgens Lawrence Berkeley National Laboratory. Deuterium en tritium worden gebruikt als brandstof in kernfusiereactoren, volgens Los Alamos.
waterstof combineert met andere elementen en vormt een aantal verbindingen, waaronder veel voorkomende zoals water (H2O), ammoniak (NH3), methaan (CH4), tafelsuiker (C12H22O11), waterstofperoxide (H2O2) en zoutzuur (HCl), volgens Jefferson Lab.
waterstof wordt gewoonlijk geproduceerd door aardgas met stoom te verwarmen tot een mengsel van waterstof en koolmonoxide genaamd syngas, dat vervolgens wordt gescheiden om waterstof te produceren, volgens de Royal Society.
waterstof wordt gebruikt om ammoniak voor meststof te maken, in een proces dat het Haber-proces wordt genoemd, waarbij het met stikstof wordt gereageerd. Het element wordt ook toegevoegd aan vetten en oliën, zoals pinda-olie, door middel van een proces genaamd hydrogenering, volgens Jefferson Lab. Andere voorbeelden van waterstofgebruik zijn raketbrandstof, lassen, het produceren van zoutzuur, het verminderen van metaalertsen en het vullen van ballonnen, volgens Los Alamos. Onderzoekers hebben gewerkt aan de ontwikkeling van de waterstof-brandstofceltechnologie waarmee aanzienlijke hoeveelheden elektrische energie kunnen worden verkregen met behulp van waterstofgas als een vervuilingsvrije energiebron die kan worden gebruikt als brandstof voor auto ‘ s en andere voertuigen.
waterstof wordt ook gebruikt in de glasindustrie als beschermende atmosfeer voor het maken van vlakke glasplaten, terwijl de elektronica-industrie, volgens de Royal Society, wordt gebruikt als spoelgas bij de productie van siliciumchips.
Deze ware kleur gesimuleerde weergave van Jupiter is samengesteld uit 4 beelden genomen door NASA ‘ s Cassini ruimtevaartuig op 7 December 2000. De resolutie is ongeveer 89 mijl (144 kilometer) per pixel. Credit: NASA / JPL / University of Arizona Wie wist?volgens Los Alamos is waterstof het hoofdbestanddeel van Jupiter en de andere gasreusplaneten.de eerste gasballon werd gelanceerd in Parijs in 1783 en het gas dat in de ballon werd gebruikt was waterstof, volgens het National Balloon Museum. Het gebruik ervan in het vullen van luchtschepen eindigde toen de Hindenburg in brand vloog, volgens de Royal Society.
lopend onderzoek
onderzoekers bestuderen waterstof al jaren met grote belangstelling vanwege het potentieel ervan als brandstof zonder verontreiniging. “Waterstof is een energiedrager zonder koolstof, dus als je het verbrandt, produceer je alleen water”, waardoor het een schone brandstof is, zonder uitstoot, zegt Richard Chahine, directeur van het Waterstofonderzoeksinstituut van de Universiteit van Québec in Trois-Rivières in Canada. Er is echter een groot probleem met waterstofbrandstof: het is duurder dan gas. Vorig jaar kondigde Toyota ‘ s senior vice president Bob Carter aan dat, volgens de schattingen van het Ministerie van energie, een volle tank gecomprimeerde waterstof in eerste instantie ongeveer $ 50 zou kosten, Ecomento.com gemeld. In het algemeen, kosten in verband met waterstof brandstof technologie zijn “een zeer uitdagende barrière, omdat, vanaf nu, mensen liever betere technologieën tegen de lopende prijs,” Chahine vertelde Live Science.
een ander probleem met waterstofbrandstof is dat het proces van waterstofproductie zelf in feite niet zo “schoon” of vervuilingsvrij is. “Vanaf vandaag, het grootste deel van de waterstof geproduceerd komt uit aardgas,” een proces dat kooldioxide (CO2) genereert, Chahine zei.
onderzoekers zijn daarom op zoek gegaan naar alternatieve en milieuvriendelijkere manieren om waterstof te produceren die idealiter de CO2-uitstoot van het proces zouden elimineren. Vorig jaar bijvoorbeeld, wetenschappers van de VS Argonne National Laboratory van het ministerie van energie ontwikkelde een kleinschalige “nano-sized hydrogen generator”, een apparaat dat zuivere waterstof produceert met behulp van licht en grafeen en zonder fossiele brandstoffen te verbranden. De huidige versie van de generator is erg klein, maar als het blijkt dat het kan worden uitgebreid, kan het wetenschappers in staat stellen om genoeg waterstof te produceren om brandstof te leveren voor auto ‘ s en generatoren.
een andere manier om waterstof te produceren, genaamd “biologische watersplitsing”, zou het gebruik van bepaalde fotosynthetische microben omvatten die lichtenergie gebruiken om waterstof uit water te produceren als onderdeel van hun metabolische processen, volgens het National Renewable Energy Laboratory, waar onderzoekers dit proces momenteel onderzoeken. Een andere mogelijke methode om waterstof te produceren is de fermentatie van hernieuwbare biomassamaterialen, meldt het NREL. Onderzoekers van het NREL hebben ook gewerkt aan het omzetten van landbouwresiduen (zoals pindaschelpen) en consumentenafval (zoals kunststoffen en afvalvet) in een vloeibaar product genaamd bio-olie waarvan de componenten vervolgens kunnen worden gescheiden in brandstoffen, waaronder waterstof. De schoonste manier om waterstof te produceren is echter door water te splitsen in waterstof en zuurstof door gebruik te maken van zonlicht, meldt het NREL.