Hidrogen

Hidrogen

Hidrogenulesteelementul chimicntabelul periodic al elementelorcu simbolulHinumrul atomic1. Este ungazuorinflamabil, incolor, insipid, inodor, iar n natur se ntlnete mai ales sub form demoleculdiatomic, H2. Avndmasa atomicegal cu 1,00794u.a.m., hidrogenul este cel mai uorelement chimic. Etimologic, cuvntul hidrogen este o combinaie a dou cuvinte greceti, avnd semnificaia de a face ap.

Hidrogenul elementar este principala component aUniversului, avnd o pondere de 75% din masa acestuia.n starea deplasm, se gsete ca element majoritar n alctuireastelelor. Hidrogenul elementar este foarte puin rspndit pePmnt.

Pentru necesiti industriale exist diferite procedee de fabricaie, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate n faz de laborator. Hidrogenul poate fi obinut prinelectrolizaapei, procesul necesitnd costuri mai mari dect cel de producere prin procesareagazelor naturale.

Cel mai rspnditizotopal hidrogenului este protiul, care este alctuit dintr-un singurprotonn nucleu i unelectronn nveliul electronic. ncompuii ionicipoate avea sarcin negativ (anioncunoscut sub numele de hidrur, H-) sau sarcin pozitiv H+(cation). Hidrogenul formeazcompui chimicicu majoritatea elementelor dinsistemul periodici este prezent napi n muli dintrecompuii organici. Are un rol important n reaciile acido-bazice, acestea bazndu-se pe schimbul de protoni ntre molecule. Fiind singurulatompentru care soluia analitic aecuaiei lui Schrdingereste pe deplin cunoscut, prezint un rol major n fundamentarea teorieimecanicii cuantice.

Hidrogenul este ungazputernic reactiv i i gsete aplicaii datorit capacitii sale chimice dereductor.Hidrogenul se folosete nindustria petrochimicla producereabenzinelor, n industria chimico-alimentar pentru hidrogenareagrsimilor(de exemplu producereamargarinei), n prelucrrile mecanice alemetalelori n tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul reprezint o alternativ pentru nlocuireabenzineidrept combustibilpentruvehiculeleechipate cumotoare cu ardere intern. Avantajele sale principale constau n faptul c esteecologic, din arderea sa rezultndvaporide ap, iarrandamentul termical motoarelor cu hidrogen este ridicat. Dezavantajele constau n pericolul mare de explozie, dificultatea stocrii n vehicul i lipsa unor reele de staii de alimentare cu hidrogen. Una dintre cele mai promitoare soluii tehnice o reprezint conversia direct a energiei chimice din hidrogen nelectricitate, prin intermediulpilelor de combustie.Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de ctre chimistul i fizicianulenglezHenry Cavendishn1766, n urma unui experiment n care a studiat reaciile dintremercuriacid. Cnd a amestecat cele dou substane, a observat apariia unor mici bule de gaz n amestec. Acest aspect l-a determinat s efectueze o cercetare suplimentar, numind substana necunoscut aer inflamabil. n1781a descoperit c acest element produce ap atunci cnd arde.O analiz mai detaliat a fost fcut de ctreAntoine Lavoisier, care descoper gazul independent de Cavendish n urma unui experiment ce urmrea determinarea masei pierdute sau create n urma unei reacii chimice. Cercettorul a nclzit apa ntr-un recipient nchis, vaporii formai condensndu-i ntr-un alt recipient. Cantitatea pierdut a fost atribuit degajrii unui gaz (H2).Chimistul francez a observat c aerul inflamabil al lui Cavendish n combinaie cuoxigenulformeaz picturi de ap, conform luiJoseph Priestley.Lavoisier a numit gazul hidrogen, nomeclatura fiind de originegreac(,hydronseamn ap, iar,gignomainseamn a nate, a crea).

Proprieti fiziceHidrogenul este elementul cu cea mai micdensitate. n formmolecular(H2) este de aproximativ 14,4 ori mai uor dect aerul. Lapresiunenormal punctul su de topire este de 14,02K, iar cel de fierbere este de 20,27K. Punctul su triplu este la 13,81K,i 7,042kPa,iar cel critic la 33,2K i 1,29MPa.Solubilitatea n ap este de 1,6mg/l.Unele proprieti termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici ivitezei termicea unei molecule de 1770m/s la 25C. La temperatura camerei, hidrogenuldifuzeazcel mai rapid, are cea mai naltconductivitate termici cea mai mareefuziunedintre toate gazele. Ovscozitatemai mic au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiindn-butan.

Mobilitatea hidrogenului ntr-o mas solid este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzeaz prin diverse materiale, cum ar fipolietilenaicuarul. Un important fenomen este acela de difuzie nfier,platini n altemetale tranziionale. Aceste proprieti conduc la utilizri tehnice numeroase, dar de asemenea, i la dificulti legate de transportul, depozitarea i de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Combustie

Hidrogenul gazos (n stare de molecul diatomic) este extrem de inflamabil i la presiune atmosferic se aprinde n aer la concentraii volumetrice cuprinse ntre 4% i 75%,iar n contact cu oxigenul pur ntre 4,65% i 93,9%.Limitele ntre care apare detonaia sunt ntre 18,2% i 58,9% n aer, respectiv ntre 15% i 90% n oxigen.Variaiaentalpiein urma combustiei (puterea calorific, cldura de ardere) este de 286kJ/mol:

HYPERLINK "http://ro.wikipedia.org/wiki/Hidrogen" \l "cite_note-23" [23]Amestecul dintreoxigeni hidrogen n diferite proporii esteexploziv. Hidrogenul se autoaprinde i explodeaz n contact cu aerul n intervalul de concentraii cuprins ntre 4% i 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560C.Flacra unui amestec pur hidrogen-oxigen emiteradiaii ultravioleteinvizibile cuochiulliber.

H2reacioneaz cu toate elementele oxidante. Acesta poate reaciona spontan i violent la temperatura camerei cuclorulifluorul, formndHCliHF.

Rspndirea n Univers i pe Pmnt

Hidrogenul este cel mai rspndit element n univers, reprezentnd mai mult de 75% n mas i mai mult de 90% dup numrul de atomi.Se gsete n cantiti mari n compoziiastelelori aplanetelorgigantice gazoase. Norii moleculari de H2sunt asociai cu formarea stelelor. Hidrogenul joac un rol-cheie i n exploziile stelare datorate reaciilor defuziune nucleardintreprotoni.

n Univers, hidrogenul este ntlnit mai ales sub forma de atom i n stare deplasm. Proprietile acestora sunt diferite fa de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul i protonul de hidrogen nu formeaz legturi n starea de plasm, din cauzaconductivitii electricediferite i a uneiemisii radiativemari (originea luminii emise deSoarei alte stele). Particulele ncrcate cu sarcini electrice sunt puternic influenate decmpurile magneticeielectrice. De exemplu, nvnturile solareparticulele interacioneaz cumagnetosferaterestr, generndcureni Birkelandi produc fenomenul cunoscut sub denumirea deauror boreal. Hidrogenul se gsete n stare atomic neutr nmediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este ntlnit la sistemele Lyman-alpha.

n condiii normale, hidrogenul exist pePmntsub form de molecul diatomic, H2, ns nu este foarte rspndit n atmosfera terestr (n concentraie medie de 1ppmde volum) din cauza masei mici, astfelfora gravitaionala planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totui, hidrogenul (prin compuii si) este cel mai rspndit element de la suprafaa Terrei.Cei mai ntlnii compui chimici ai si sunthidrocarburilei apa.Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii i alge, acesta fiind componentul principal alflatulenei.Metanuleste o important surs de hidrogen.