مقدمة
الهيدروجين هو العنصر الأول في الجدول الدوري، وهو أخف عنصر وأبسطه، ويرمز له بالرمز الكيميائي H، وهو غاز عديم اللون والرائحة والطعم، ويتكون جزيئه من ذرتين من الهيدروجين مرتبطتين معًا برابطة تساهمية واحدة، وهو موجود في الطبيعة في صورة جزيئية H2.
الخصائص الفيزيائية للهيدروجين
الحالة الفيزيائية: غاز
اللون: عديم اللون
الرائحة: عديم الرائحة
الطعم: عديم الطعم
درجة الانصهار: -259.1 درجة مئوية
درجة الغليان: -252.8 درجة مئوية
الكثافة: 0.0899 جم/لتر
الذوبان في الماء: ضعيف الذوبان
الخصائص الكيميائية للهيدروجين
التفاعل مع الأكسجين: يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين في وجود حرارة أو شرارة كهربائية لإنتاج الماء، وهذا التفاعل شديد الحرارة وينتج عنه لهب أزرق ساطع.
التفاعل مع الهالوجينات: يتفاعل الهيدروجين مع الهالوجينات (الفلوور والكلور والبروم واليود) لإنتاج هاليدات الهيدروجين، وهذه التفاعلات شديدة الحرارة أيضًا.
التفاعل مع المعادن: يتفاعل الهيدروجين مع بعض المعادن (مثل الحديد والزنك) لإنتاج هيدريدات معدنية، وهذه التفاعلات يمكن أن تكون شديدة الحرارة أيضًا.
استخدامات الهيدروجين
الوقود: يستخدم الهيدروجين كوقود في خلايا الوقود، وهي نوع من الخلايا الكهروكيميائية التي تولد الكهرباء من تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين.
إنتاج الأمونيا: يستخدم الهيدروجين في إنتاج الأمونيا، وهي مادة كيميائية مهمة تستخدم في صنع الأسمدة والمتفجرات.
تكرير النفط: يستخدم الهيدروجين في تكرير النفط لإزالة الكبريت والنيتروجين من المنتجات النفطية.
اللحام: يستخدم الهيدروجين في اللحام لإنتاج لهب عالي الحرارة.
بالونات الطقس: تُملأ بالونات الطقس بالهيدروجين لأنها أخف من الهواء، مما يسمح لها بالارتفاع إلى ارتفاعات عالية.
إنتاج الهيدروجين
توجد عدة طرق لإنتاج الهيدروجين، منها:
التحليل الكهربائي للماء: يتم فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين عن طريق تمرير تيار كهربائي من خلاله.
التكسير الحراري للغاز الطبيعي: يتم تكسير الغاز الطبيعي إلى هيدروجين وثاني أكسيد الكربون عند درجات حرارة عالية.
التكسير البخاري للفحم: يتم تكسير الفحم إلى هيدروجين وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون عند درجات حرارة عالية.
تخزين الهيدروجين
هناك عدة طرق لتخزين الهيدروجين، منها:
التخزين في صورة غازية: يتم تخزين الهيدروجين في صورة غازية مضغوطة أو مسالة.
التخزين في صورة سائلة: يتم تبريد الهيدروجين حتى يصبح سائلًا ويتم تخزينه في خزانات مبردة.
التخزين في صورة صلبة: يتم امتصاص الهيدروجين على مواد صلبة، مثل الكربون المنشط أو المعادن الهيدريدية.
الآثار البيئية للهيدروجين
انبعاثات غازات الدفيئة: لا ينتج عن احتراق الهيدروجين أي انبعاثات لغازات الدفيئة، مما يجعله وقودًا نظيفًا.
تلوث الهواء: لا ينتج عن احتراق الهيدروجين أي ملوثات للهواء، مثل الجسيمات الدقيقة وأكاسيد النيتروجين.
تسرب الهيدروجين: يمكن أن يؤدي تسرب الهيدروجين إلى تكوين غيوم متفجرة، مما يجعله مادة خطرة.
الخلاصة
الهيدروجين هو عنصر مهم له العديد من الاستخدامات في الصناعة والتكنولوجيا. وهو غاز عديم اللون والرائحة والطعم، وهو أخف عنصر وأبسطه. يُنتج الهيدروجين بعدة طرق، منها التحليل الكهربائي للماء والتكسير الحراري للغاز الطبيعي والتكسير البخاري للفحم. يتم تخزين الهيدروجين في صورة غازية أو سائلة أو صلبة. الهيدروجين هو وقود نظيف لا ينتج عنه أي انبعاثات لغازات الدفيئة أو ملوثات للهواء. ومع ذلك، فإن تسرب الهيدروجين يمكن أن يؤدي إلى تكوين غيوم متفجرة، مما يجعله مادة خطرة.