هيدروجين
الهيدروجين عنصر كيميائي برمز H ورقم ذري 1. الهيدروجين هو أخف عنصر وفي الظروف القياسية هو غاز ثنائي الذرة بالصيغة H2. غاز الهيدروجين عديم اللون والرائحة والمذاق وغير سام وقابل للاشتعال بدرجة كبيرة. الهيدروجين هو المادة الكيميائية الأكثر وفرة في العالم. يوجد معظم الهيدروجين الموجود على الأرض في شكل جزيئي مثل الماء والمركبات العضوية. أكثر نظائر الهيدروجين شيوعًا (الرمز 1H) ، كل ذرة تحتوي على بروتون واحد ، وإلكترون واحد ، ولا تحتوي على نيوترونات.
الإحتراق:
غاز الهيدروجين (ثنائي الهيدروجين أو الهيدروجين الجزيئي) شديد الاشتعال:
2H2 (ز) + O2 (ز) → 2H2O (لتر) + 286 كيلوجول / مول
المحتوى الحراري للاحتراق هو 286 كيلو جول / مول.
يشكل غاز الهيدروجين خلائط متفجرة مع الهواء بتركيزات 4-74٪ ومع الكلور بتركيزات 5-95٪. قد تحدث التفاعلات المتفجرة بسبب الشرر أو الحرارة أو ضوء الشمس. درجة حرارة الاشتعال الذاتي للهيدروجين ، درجة حرارة الاشتعال الذاتي في الهواء ، هي 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت).
لهب
تنبعث ألسنة اللهب النقية من الهيدروجين والأكسجين ضوءًا فوق بنفسجي وبتركيب أكسجين عالي يكاد يكون غير مرئي للعين المجردة. لهب الهيدروجين أزرق في ظروف أخرى ويشبه لهيب الغاز الطبيعي الأزرق. كان تدمير المنطاد هيندنبورغ مثالًا سيئ السمعة على احتراق الهيدروجين ، ولا يزال سبب ذلك الجدال.
المتفاعلات
H2 غير نشط مقارنة بالعناصر ثنائية الذرة مثل الهالوجين أو الأكسجين. الأساس الديناميكي الحراري لهذه الفعالية المنخفضة هو رابطة H-H القوية للغاية ، مع طاقة تفكك الرابطة البالغة 435.7 كيلوجول / مول. الأساس الحركي للتفاعل المنخفض هو الطبيعة غير القطبية لـ H2 وقابلية استقطابه الضعيفة. يتفاعل تلقائيًا مع الكلور والفلور ويشكل كلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين ، على التوالي. يتأثر تفاعل H2 بشدة بوجود المحفزات المعدنية. وهكذا ، بينما تحترق مخاليط H2 مع O2 أو الهواء بسهولة عند تسخينها بواسطة شرارة أو لهب إلى 500 درجة مئوية على الأقل ، فإنها لا تتفاعل في درجة حرارة الغرفة في حالة عدم وجود محفز.
مرحلة
الهيدروجين المضغوط
الهيدروجين السائل
ملاط الهيدروجين
هيدروجين صلب
الهيدروجين المعدني
النظائر
يحتوي الهيدروجين على ثلاثة نظائر طبيعية ، يُشار إليها بالرمز 1H و 2H و 3H. تم تصنيع نوى أخرى غير مستقرة للغاية (من 4 إلى 7 ساعات) في المختبر ولكن لم يتم ملاحظتها في الطبيعة.
1H هو أكثر نظائر الهيدروجين شيوعًا وبوفرة تزيد عن 99.98٪. نظرًا لأن نواة هذا النظير تتكون من بروتون واحد فقط ، يتم إعطاؤه الاسم الرسمي الوصفي ولكن نادرًا ما يستخدم. من بين جميع النظائر المستقرة ، فقط 1H ليس لديه نيوترونات.
يُعرف 2H ، وهو نظير مستقر آخر للهيدروجين ، باسم الديوتيريوم ويحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد في النواة. يُعتقد أن كل الديوتيريوم الموجود في الكون قد تم إنتاجه في وقت الانفجار العظيم واستمر منذ ذلك الحين. الديوتيريوم ليس مشعًا ولا يشكل خطورة سمية كبيرة. يسمى الماء المخصب بالجزيئات التي تحتوي على الديوتيريوم بدلاً من الهيدروجين العادي بالماء الثقيل. يتم استخدام الديوتيريوم ومركباته كعلامة غير مشعة في التجارب الكيميائية وفي المذيبات لـ 1H.
يستخدم الماء الثقيل كوسيط للنيوترون ومبرد للمفاعلات النووية. الديوتيريوم هو أيضًا وقود محتمل للاندماج النووي.
يُعرف 3H باسم التريتيوم ويحتوي على بروتون واحد ونيوترونين في نواته. إنه مشع ويتحلل من خلال اضمحلال بيتا إلى الهيليوم 3 بعمر نصف يبلغ 12.32 سنة. إنه مشع لدرجة أنه يمكن استخدامه بألوان زاهية ومفيد في أشياء مثل الساعات. يتم إنتاج كميات صغيرة من التريتيوم بشكل طبيعي من تفاعل الأشعة الكونية مع غازات الغلاف الجوي. كما تم إطلاق التريتيوم خلال تجارب الأسلحة النووية. يتم استخدامه في تفاعلات الاندماج النووي ، كمتتبع في الكيمياء الجيولوجية للنظائر ، في أجهزة الإضاءة المتخصصة الآلية. كما تم استخدام التريتيوم كعلامة إشعاعية في تجارب وضع العلامات الكيميائية والبيولوجية.
من بين العناصر الفريدة ، تم تعيين أسماء مميزة لنظائرها ، والتي أصبحت شائعة الاستخدام اليوم. خلال الدراسة المبكرة للنشاط الإشعاعي ، كان للعديد من النظائر المشعة الثقيلة أسماء خاصة بها ، لكن هذه الأسماء لم تعد تُستخدم باستثناء الديوتيريوم والتريتيوم. الرموز D و T (بدلاً من 2H
و 3 H) في بعض الأحيان للديوتيريوم والتريتيوم ، ولكن الرمز P يُستخدم حاليًا للفوسفور وبالتالي لا يتوفر للبروتيوم.
تاريخ
في عام 1671 ، اكتشف روبرت بويل وشرح أن التفاعل بين الحديد والحمض المخفف ينتج غاز الهيدروجين. بعده ، في عام 1766 ، كان هنري كافنديش أول من تعرف على غاز الهيدروجين كمادة منفصلة. مادة ناتجة عن تفاعل كيميائي بين المعدن والحمض ، وهي بالطبع قابلة للاشتعال أيضًا ، ولهذا أطلق عليها اسم "الهواء القابل للاشتعال". كان يعتقد أن "الهواء القابل للاشتعال" هو في الواقع نفس المادة الأسطورية "القابلة للاشتعال" أو مادة الفلوجستون. وأظهرت التجارب بعد ذلك عام 1781 أن حرق هذا الغاز ينتج الماء. يُعرف كافنديش بأنه الشخص الذي تعرف أولاً على الهيدروجين كعنصر. في عام 1783 ، عندما اختبر لافازير ولابلاس نتائج كافنديش ورأوا أن الماء يتكون من احتراق هذا الغاز ، اختاروا اسم الهيدروجين له بناءً على اقتراح لافازير. الهيدروجين ، الذي يعني صانع الماء ، مشتق من الكلمة اليونانية hydro التي تعني "الماء" والجينات تعني "الخالق".
في تجاربه الشهيرة حول بقاء المادة ، حقق لافازير إنتاج الهيدروجين من التفاعل بين بخار الماء ومعدن الحديد الذي كان شديد السخونة ويتعرض للإشعاع في النار.
الزركونيوم والعديد من المعادن الأخرى
