الهيدروجين متواجد منذ نشاة الكون, وهو متوافر بكثرة في النجوم و الشمس, وهناك اتجاه حديث الآن يتمثّل في استخدام غاز الهيدروجين ك
وقود بديل للمشتقات النفطية .
وقود بديل للمشتقات النفطية .
ذرة الهيدروجين :
من اكتشف الهيدروجين و متى اكتشف :
تم اكتشاف غاز الهيدروجين في عام 1766 للميلاد من قبل الفيزيائي Henry Cavendish. (هنري كافيندش)، الذي يرجع إليه الفضل في اكتشافه. وكان غاز الهيدروجين أول ما يتم توليفه اصطناعياً عن طريق فيليب فون بوسلاغر وذلك بخلط المعادن بالأحماض القوية. إذ استحضره بفعل حمض كلور الماء أو حمض الكبريت على المعادن، كما بيَّن أن الماء هو الناتج الوحيد من حرق الهدروجين في الهواء، علماً أن جيمس واط James Watt أعلن أنه هو الذي حصل على ماء من احتراق الهدروجين في الوقت نفسه الذي حصل عليه كافنديش.
تعريف ذرة الهيدروجين :
للتوضيح : غاز الهيدروجين يتكون من ذرتي هيدروجين .
يحتوي العنصر الأول في الجدول الدوري على بروتون واحد في نواته والكترون واحد خارج النواة يتحرك في مجالٍ كروي الشكل من نوع S ونظراً لأن المجال S يسع الكترونين فإن ذرات الهيدروجين يمكنها أن تكون في حالة أدنى من الطاقة عن طريق التزاوج وتكوين جزيئات الهيدروجين H2 والتي توجد في حالة غازية في الظروف الطبيعية ، كما أنها يمكن أن تتفاعل مع عدد كبير من العناصر الأخرى مكونّةً مجموعة كبيرة من المركبات الهيدروجينية .
نسبة الهيدروجين :
يعتبر الهيدروجين العنصر التاسع من حيث وفرته في القشرة الأرضية، حيث يُكوّن تقريبا 1% من القشرة. ويوجد معظم الهيدروجين متحداً مع العناصر الأخرى، ولكن وجود عديد من تجمعات الهيدروجين الحر كان سببًا في حدوث انفجارات عنيفة في مناجم الفحم تحت سطح الأرض. وتتركب معظم أجزاء الشمس والعديد من النجوم من الهيدروجين.
ويتحد الهيدروجين مع العناصر الكيميائية الأخرى في خلايا النباتات والحيوانات بمثل ما هو في الماء. وتتركب الهيدروكربونات، التي تعد واحدة من أهم أنواع المركبات، من الهيدروجين والكربون. فالنفط والغاز الطبيعي على سبيل المثال، يتكونان من خليط متنوع من الهيدروكربونات. كما تحتوي الأحماض الشائعة، والعديد من القلويات وكذلك العديد من المركبات الأخرى على الهيدروجين.
خواص الهيدروجين :
يعد غاز الهيدروجين خفيفاً جداً حيث إن حجمه يمثل واحداً من أربعة عشر جزءاً من وزن حجم مكافئ من الهواء عند درجة حرارة 20°م، وتبلغ كثافته 0,00008375جم/سم3. وهو شحيح الذوبان في الماء، ولايساعد على الحياة، لكنه غير سام.
وللهيدروجين، مثله مثل العديد من العناصر، أكثر من نظير. والنظائر هي ذرات العنصر نفسه لكنها تمتلك أعداداً مختلفة من النيوترونات المتعادلة كهربائيًا في النواة. وللهيدروجين ثلاثة نظائر؛ يحتوي نظير الهيدروجين الأكثر شيوعًا، أي البروتيوم، على بروتون واحد في النواة. وقد اكتشف الكيميائي الأمريكي، هيرالد أوري، عام 1932م، النظير الثاني المسمى الديوتريوم أو الهيدروجين الثقيل، وقد مُنح لهذا الاكتشاف جائزة نوبل لعام 1934م. تتكون نواة الديوتريوم من بروتون واحد ونيوترون واحد. وتكوِّن ذرات الديوتريوم حدا أقصى يقدر بجزء من 4,000 إلى 6,000 جزء من الهيدروجين العادي. وفي عام 1934م اكتشف العلماء النظير الثالث للهيدروجين، وهو التريتيوم، وتحتوي نواته على بروتون ونيوترونين، ويمتلك خاصية إشعاعية. وقد استخدم في القنبلة الهيدروجينية.
الكشف عن الهيدروجين :
هناك العديد من الطرق للكشف عن الهيدروجين أو بالأحرى غاز الهيدروجين, ولعل أبرزها تجربة فرقعة عود الثقاب; حيث انه اذا قرب عود ثقاب مشتعل الى غاز الهيدروجين فانه تحدث فرقعة وذلك لان الهيدروجين غاز سريع الاشتعال.
ولعل الطريقة الفعالة للحصول على الهيدروجين النقي 99.9 % هي تجربة التحليل الكهربائي للماء.
أهمية الهيدروجين واستخداماته :
في كتابه (طاقة الغد: الهيدروجين وخلايا الوقود.. من أجل كوكب نظيف خال من التلوث)، يقول الكاتب «بيتر هوفمان»: } بواسطة الهيدروجين، نستطيع تشغيل الطائرات والسيارات والقطارات والسفن والمصانع وتدفئة المنازل والمكاتب والمستشفيات والمدارس وغيرها، ويستطيع الهيدروجين، في حالته الغازية، نقل الطاقة كالكهرباء لمسافات بعيدة وعبر أنابيب النقل وبكفاءة عالية وبأقل تكلفة ممكنة، وباستطاعة الهيدروجين اعتمادا على تقنية وقود الطاقة أو الآلات الأخرى المولدة للطاقة أن يوفر لجمهور المستهلكين الكهرباء والماء النقي الصالح للشرب، والهيدروجين، بوصفه عنصرا كيميائيا، له استخدامات وتطبيقات متنوعة خلاف الطاقة الكهربائية { . و يمكن أن نصنف استخدامات الوقود الهيدروجيني بشكل رئيسي ضمن الحقول الأربعة الرئيسية التالية :
1. وقود لوسائط النقل ( سيارات ، طائرات )العاملة على تقنية خلايا الوقود الهيدروجيني و تطبيقاتها الأوسع وصولاً لاستخدامها مستقبلاً في محطات توليد الطاقة .
2. استخدامه كبطارية بسعات تتدرج من الصغيرة المستخدمة في الحواسب الشخصية المحمولة و صولاً إلى بواخر نقل الهيدروجين التي تنقله من محطات الطاقة المتجددة إلى أماكن توليد الكهرباء البعيدة لحل مشاكل و تكاليف الشبكات الطويلة و الضياعات الطاقية عبرها .
3. وقوداً مولدأ للطاقة الحرارية باحتراقه المباشر في المراجل في محطات الطاقة ، إضافة لاستخدامه كوقود دفعي في الصواريخ .
4. وقودأ عاملاً في المفاعلات النووية ، و نخص بالذكر منها تقنية مفاعل ( ITER ) الذي يعمل على مبدأ توليد الطاقة على سطح الشمس .
إن المجالين الأول و الثاني يعتمدان بشكل مباشر على خلايا الوقود و التي تعتمد على تفاعلات الأكسدة و الإرجاع، أما المجالين الأخيرين فيعتمدان على القيمة الحرارية المرتفعة للهيدروجين و هي ( HHV=142 Mj/Kg ) . و يظهر الشكل نظرة كانت مستقبلية و تحولت إلى حقيقة مع بدء تنفيذ هذه المنظومة مع نهاية التسعينات ( 1998 ).
بطاقة ذرة الهيدروجين :
العدد الذري : 1
الكتلة الذرية : 1.00794
درجة الانصهار : -259,14°م
درجة الغليان : -252,76°م
عدد الأكسدة : +1, -1
الكثافة : 0,08988 جم/لتر
السالبية الكهربية : 2,20
نصف القطر الذري : 37,5 pm
التوزيع الالكتروني : 1s1
النظائر : 99,985% Protium
0,015% Deuterium
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق