cel mai abundent element din univers, hidrogenul este, de asemenea, o sursă promițătoare de combustibil „curat” pe Pământ.numit după cuvintele grecești hydro pentru „apă” și gene pentru „formare”, hidrogenul reprezintă mai mult de 90% din toți atomii, ceea ce reprezintă trei sferturi din masa universului, potrivit Laboratorului Național Los Alamos. Hidrogenul este esențial pentru viață și este prezent în aproape toate moleculele din lucrurile vii, potrivit Societății Regale de Chimie. Elementul apare și în stele și alimentează universul prin reacția proton-proton și ciclul carbon-azot. Procesele stelare de fuziune a hidrogenului eliberează cantități uriașe de energie pe măsură ce combină atomii de hidrogen pentru a forma heliu, potrivit Los Alamos.
hidrogenul pur este rar în atmosfera Pământului și orice hidrogen care intră efectiv în atmosferă scapă rapid de gravitația Pământului, potrivit Societății Regale. Pe planeta noastră, hidrogenul apare în principal în combinație cu oxigenul și apa, precum și în materia organică, cum ar fi plantele vii, petrolul și cărbunele, relatează Los Alamos.
doar faptele
- număr Atomic (numărul de protoni din nucleu): 1
- simbol Atomic (pe tabelul Periodic al elementelor): H
- greutate atomică (masa medie a atomului): 1.00794
- densitate: 0.00008988 grame pe centimetru cub
- fază la temperatura camerei: gaz
- punct de topire: minus 434.7 grade Fahrenheit (minus 259.34 grade Celsius)
- punct de fierbere: minus 423.2 F (minus 252,87 C)
- numărul de izotopi (atomi ai aceluiași element cu un număr diferit de neutroni): 3 izotopi comuni, inclusiv 2 cei stabili
- cel mai frecvent izotop: 1h, abundență naturală 99,9885%
descoperirea hidrogenului
Robert Boyle a produs hidrogen gazos în 1671 în timp ce experimenta cu fier și acizi, dar nu a fost până în 1766 Cavendish a recunoscut-o ca un element distinct, potrivit Jefferson lab. Elementul a fost numit hidrogen de chimistul francez Antoine Lavoisier.
hidrogenul are trei izotopi comuni: protium, care este doar hidrogen obișnuit; deuteriu, un izotop stabil descoperit în 1932 de Harold C. Urey; și tritiu, un izotop instabil descoperit în 1934, potrivit Jefferson Lab. Diferența dintre cei trei izotopi constă în numărul de neutroni pe care îi are fiecare. Hidrogenul nu are deloc neutroni; deuteriul are unul, în timp ce tritiul are doi neutroni, potrivit Lawrence Berkeley National Laboratory. Deuteriul și tritiul sunt utilizate drept combustibil în reactoarele de fuziune nucleară, potrivit Los Alamos.
hidrogenul se combină cu alte elemente, formând un număr de compuși, inclusiv cei obișnuiți, cum ar fi apa (H2O), amoniacul (NH3), metanul (CH4), zahărul de masă (C12H22O11), peroxidul de hidrogen (H2O2) și acidul clorhidric (HCl), potrivit Jefferson Lab.
hidrogenul este de obicei produs prin încălzirea gazelor naturale cu abur pentru a forma un amestec de hidrogen și monoxid de carbon numit syngas, care este apoi separat pentru a produce hidrogen, potrivit Societății Regale.
hidrogenul este utilizat pentru a face amoniac pentru îngrășăminte, într-un proces numit procesul Haber, în care reacționează cu azotul. Elementul este, de asemenea, adăugat la grăsimi și uleiuri, cum ar fi uleiul de arahide, printr-un proces numit hidrogenare, potrivit Jefferson Lab. Alte exemple de utilizare a hidrogenului includ combustibilul pentru rachete, sudarea, producerea acidului clorhidric, reducerea minereurilor metalice și umplerea baloanelor, potrivit Los Alamos. Cercetătorii au lucrat la dezvoltarea tehnologiei cu celule de combustibil pe bază de hidrogen care permite obținerea unor cantități semnificative de energie electrică folosind hidrogen gazos ca sursă de energie fără poluare care poate fi utilizată ca combustibil pentru mașini și alte vehicule.
hidrogenul este, de asemenea, utilizat în industria sticlei ca atmosferă protectoare pentru fabricarea foilor de sticlă plate, în timp ce industria electronică este utilizată ca gaz de spălare în procesul de fabricare a cipurilor de siliciu, potrivit Royal Society.
această imagine simulată în culori reale a lui Jupiter este compusă din 4 imagini realizate de nava spațială Cassini a NASA pe 7 decembrie 2000. Rezoluția este de aproximativ 89 mile (144 kilometri) pe pixel. Credit: NASA / JPL / Universitatea din Arizona
Cine știa?
- hidrogenul este componenta principală a lui Jupiter și a celorlalte planete gigantice gazoase, potrivit Los Alamos.primul zbor cu balonul cu gaz a fost lansat la Paris în 1783, iar gazul folosit în balon a fost hidrogen, potrivit Muzeului Național al Balonului. Utilizarea sa în umplerea Dirijabilelor s-a încheiat când Hindenburg a luat foc, potrivit Societății Regale.
- NASA folosește hidrogenul ca combustibil pentru rachete pentru a livra echipajul în spațiu.
- hidrogenul lichefiat este extrem de rece și poate provoca degerături severe atunci când intră în contact cu pielea.
- hidrogenul este de aproximativ 14 ori mai ușor decât aerul, conform „principiilor chimiei.”
- Lavoisier, chimistul francez care i-a dat numele hidrogenului, a servit ca finanțator și administrator public înainte de Revoluția franceză și a fost executat în timpul Revoluției, potrivit Encyclopedia Britannica.aproximativ 3 miliarde de metri cubi de hidrogen sunt produși în Statele Unite pe an, potrivit Los Alamos.
- hidrogenul are cea mai mică densitate dintre toate gazele, potrivit Societății Regale.hidrogenul este singurul element al cărui izotopi comuni-protiu, deuteriu și tritiu – au primit nume diferite, relatează Los Alamos.
cercetările actuale
cercetătorii studiază hidrogenul cu mare interes de ani de zile datorită potențialului său de combustibil fără poluare. „Hidrogenul este un purtător de energie fără carbon în el, așa că atunci când îl arzi, produci doar apă”, ceea ce îl face un combustibil curat, fără emisii deloc, a declarat Richard Chahine, directorul Institutului de cercetare a hidrogenului de la Universitatea qu-Oktibec Din Trois-Rivi Otres din Canada. Cu toate acestea, există o problemă majoră cu combustibilul pe bază de hidrogen: este mai scump decât gazul. De fapt, anul trecut, vicepreședintele senior al Toyota, Bob Carter, a anunțat că, potrivit estimărilor Departamentului Energiei, un rezervor plin de hidrogen comprimat ar costa inițial în jur de 50 de dolari, Ecomento.com raportat. În general, costurile asociate cu tehnologia combustibilului cu hidrogen sunt” o barieră foarte provocatoare, deoarece, de acum, oamenii ar prefera să aibă tehnologii mai bune la prețul continuu”, a declarat Chahine pentru Live Science.
o altă problemă cu combustibilul pe bază de hidrogen este că procesul de producere a hidrogenului în sine nu este de fapt atât de „curat” sau fără poluare. „Începând de astăzi, cea mai mare parte a hidrogenului produs provine din gaze naturale”, un proces care generează dioxid de carbon (CO2), a spus Chahine.
cercetătorii au căutat, prin urmare, modalități alternative și mai ecologice de producere a hidrogenului, care ar elimina în mod ideal emisiile de CO2 din proces. Anul trecut, de exemplu, oamenii de știință din SUA. Laboratorul Național Argonne al Departamentului Energiei a dezvoltat un „generator de hidrogen de dimensiuni nano” la scară mică, un dispozitiv care produce hidrogen pur folosind lumină și grafen și fără a arde combustibili fosili. Versiunea actuală a generatorului este foarte mică, dar dacă se dovedește că poate fi extinsă, ar putea permite oamenilor de știință să producă suficient hidrogen pentru a furniza combustibil pentru mașini și generatoare.
Un alt mod de a produce hidrogen, numit „divizarea biologică a apei”, ar implica utilizarea anumitor microbi fotosintetici care folosesc energia luminii pentru a produce hidrogen din apă ca parte a proceselor lor metabolice, potrivit Laboratorului Național de energie regenerabilă, unde cercetătorii investighează în prezent acest proces. O altă metodă potențială de producere a hidrogenului implică fermentarea materialelor din biomasă regenerabilă, relatează NREL. Cercetătorii de la NREL au lucrat, de asemenea, la transformarea reziduurilor agricole (cum ar fi cojile de arahide) și a deșeurilor de consum (cum ar fi materialele plastice și grăsimile reziduale) într-un produs lichid numit bio-oil ale cărui componente pot fi apoi separate în combustibili, inclusiv hidrogen. Cu toate acestea, cea mai curată modalitate de a produce hidrogen este prin împărțirea apei în hidrogen și oxigen prin utilizarea luminii solare, relatează NREL.