هیدروژن ( Hydrogen )
هیدروژن عنصری گازی شکل است که در سال 1766 توسط Henry Cavendish دانشمند انگلیسی کشف گردید . این عنصر به همراه اکسیژن در آب ، همچنین در کانیها و در نفت و گاز پیدا می شود . هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است .
هیدروژن در ترکیب بیش از 90 درصد اتمها وجود دارد. این عنصر در ستاره های یافت میشود و نقش مهمی در واکنش پروتون پروتون و سیکلهای کربن نیتروژن ایفا می کند. فرایندهای همجوشی ستاره ای هیدروژن که دارای میزان زیادی انرژی است توسط ترکیبات هیدروژن از هلیم تولید می شود.
منابع اصلی هیدروژن موارد زیر هستند : بخارهای حاصل از سوختن کربن، تجزیه هیدروکربنها توسط گرما، واکنشهای سدیم، هیدروکسید پتاسیم با آلومینیوم، الکترولیز آب یا جانشینی اسید توسط فلزات.
هیدروژن مایع از سرد کردن و مطالعه ابررسانا تا نقطه ذوب 20 درجه بالای صفر مطلق به دست می آید. تریتیوم که توسط راکتورهای هسته ای تولید می شود در تولید بمب هیدروژنی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروژن ترکیب اصلی سیاره مشتری و گاز عمده سیارات دیگر است.
استفاده عمده هیدروژن توسط فرایندهای تثبیت نیتروژن با استفاده از فرایند آمونیاک برای هیدروژن دار کردن روغنها و چربیها حاصل می شود و همینطور برای تولید فرایندهای متانول در ترکیبات هیدروکربنی از هیدروژن استفاده می شود. از دیگر استفاده های هیدروژن برای سوختهای موشکی، فرایند جوش اسید کلریدریک، کاهش سنگ معدن فلزی و پر کردن بالونها می باشد. در فرایند هیدروژن پیل سوختی برای توسعه تکنولوژی به مقدار زیادی هیدروژن برای نیروی الکتریکی نیاز است.
هیدروژن در طبیعت به دو فرم اورتو و پارا وجود دارد. 25 درصد هیدروژنی که در اتاق وجود دارد به صورت پارا و 75 درصد آن به صورت اورتو وجود دارد. فرم اورتو نمی تواند برای حالت خالص هیدروژن ساخته شود. این دو فرم از عنصر هیدروژن دارای انرژی و خواص فیزیکی متفاوتی هستند . نقطه ذوب و جوش پارا هیدروژن 0.1 درجه سانتیگراد پایینتر از هیدروژن نرمال است.
ایزوتوپ معمولی هیدروژن معروف به پروتیوم است و دو ایزوتوپ دیگر هیدروژن دوتریوم و تریتیوم هستند. هیدورژن تنها عنصری است که نام ایزوتوپهای آن با یکدیگر متفاوت است. دو ایزوتوپ هیدروژن برای سوخت راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند.یک اتم دوتریوم معادل 6000 اتم هیدروژن معمولی است.
دوتریوم نقش تعدیل کننده نوترونی را به عهده دارد. اتمهای تریتیوم همچنین این استفاده را نیز انجام می دهند ولی با تناسب کوچکتر این عمل را انجام می دهند. تریتیوم به آسانی در راکتورهای اتمی تولید می شود و در بمبهای اتمی هیدروژنی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این ایزوتوپ عامل رادیواکتیو در عناصر تابناک و عناصر کمیاب نیز می باشد.
اثرات هیدروژن در سلامتی انسان
اثرات ظاهری هیدروژن: آتش است و بسیار قابل اشتعال است. بسیاری از واکنشها سبب آتش سوزی و انفجار میشود. هیدروژن میتواند با تنفس توسط انسان جذب شود.
تنفس: غلظت بالای این گاز میتواند سبب کمبود اکسیژن محیط شود. تنفس هیدروژن باعث بروز علائمی مانند سردرد، صدای زنگ در گوش، سرگیجه، خواب آلودگی، بیهوشی، تهوع، استفراغ و افسردگی میشود. پوست قربانی با تنفس هیدروژن به رنگ آبی درمی آید. در برخی از شرایط، مرگ اتفاق می افتد. به نظر میرسد که هیدروژن مسمومیت جنین و مسمومیت مزمن نمیشود.
خطر تنفس: در شرایط محدود کننده، غلظت گاز در هوا به شرایط خطرناک میرسد.
خطرات فیزیکی: هیدروژن به خوبی با هوا ترکیب میشود و ترکیب انفجاری آن به آسانی شکل میگیرد. گاز هیدروژن از هوا سبکتر است.
خطرات شیمیایی: گرما باعث احتراق یا انفجار مهیب میشود. هیدروژن، واکنشهای شدیدی با هوا، اکسیژن، هالوژنها و اکسیدکننده های قوی سبب خطر احتراق و آتش سوزی میشود. بلورهای فلزی، مانند پلاتینیوم و نیکل، در این واکنشها به طور گسترده شرکت میکنند.
غلظت بالای هیدروژن در هوا باعث کمبود اکسیژن میشود و همچنین سبب بیهوشی یا مرگ میشود. باید مقدار اکسیژن یک محیط قبل از ورود به آن کنترل شود. اگر مقدار زیادی هیدروژن در حد سمی در محیط باشد، بوی آن قابل تشخیص نیست. برای اندازه گیری غلظت هیدروژن از ردیابهای گازی مناسب (ردیاب گازی قابل اشتعال معمولی برای این کار مناسب نمی باشد) باید استفاده کرد.
کمکهای اولیه:
در شرایطی که آتش سوزی اتفاق می افتد مواد ی را که به اشتعال بیشتر کمک میکند باید از آتش دور کرد اگر این امکان وجود ندارد، بگذارید آتش در خود بسوزد. در غیر این صورت آتش را با اسپری آب، اسپری پودری یا اسپری دی اکسید کربن خاموش کنید. انفجار: در آتش سوزی شدید، سیلندر را با اسپری کردن آب سرد نگه دارید. سعی کنید که برای خاموش کردن آتش در جایی که دارای سقف یا محافظ است، قرار بگیرید. تنفس: هوای تازه را تنفس کنید و استراحت نمایید. برخی اوقات تنفس مصنوعی احتیاج است. به مراکز پزشکی و درمانی مراجعه کنید. پوست: اگر مشکلات پوستی اتفاق بیفتد، به پزشک مراجعه کنید.
اثرات هیدروژن بر محیط زیست
پایداری زیست محیطی: هیدروژن به طور طبیعی در اتمسفر قرار دارد. گاز به راحتی در محیطهای تهویه ای منتشر میشود.
تاثیر هیدروژن روی گیاهان و جانوران: تاثیر هیدروژن بر جانوران میتواند به دلیل کمبود اکسیژنی باشد که در محیط ایجاد میکند. هیدروژن بر زندگی گیاهی تاثیر ندارد فقط یک نوع یخزدگی در حضور هیدروژن رخ میدهد.
تاثیر بر زندگی دریایی: شواهدی برای تاثیر هیدروژن بر زندگی دریایی وجود ندارد.
تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری
خواص فیزیکی و شیمیایی :
عدد اتمی :1
جرم اتمی: 1.00794
نقطه ذوب : C°-259.14
نقطه جوش : C°-252.73
شعاع اتمی : Å0.79
ظرفیت:1
رنگ: بیرنگ
حالت استاندارد: گاز
نام گروه:1
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 13.59
شکل الکترونی: 1s1
شعاع یونی : Å 0.012
الکترونگاتیوی: 2.2
حالت اکسیداسیون: 1
دانسیته: 0.0899
گرمای فروپاشی : Kj/mol 0.0586
گرمای تبخیر : Kj/mol 0.449
گرمای ویژه: J/g Ko 14.304
دوره تناوبی: 1
شماره سطح انرژی : 1
انرژی اولیه : 1
درجه اشتعال : در حالت گازی بالاست
شماره ایزوتوپ : 3
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
H-1 پایدار
H-2 پایدار
H-3 12.3 سال
اشکال دیگر :
آب H2O
هیدروژن H2
کلرید هیدروژن HCl
منابع :
معادن، نفت، چاههای گاز،آب و متان
کاربرد :
برای تهیه آمونیاک ، اتانول ، کلرید هیدروژن ، برمید هیدروژن و روغنهای نباتی استفاده می شود . هیدروژن برای حمل بالون ، سوخت موشک و تهیه لوازم برودتی بکار می رود .
هیدروژن عنصری گازی شکل است که در سال 1766 توسط Henry Cavendish دانشمند انگلیسی کشف گردید . این عنصر به همراه اکسیژن در آب ، همچنین در کانیها و در نفت و گاز پیدا می شود . هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است .
هیدروژن در ترکیب بیش از 90 درصد اتمها وجود دارد. این عنصر در ستاره های یافت میشود و نقش مهمی در واکنش پروتون پروتون و سیکلهای کربن نیتروژن ایفا می کند. فرایندهای همجوشی ستاره ای هیدروژن که دارای میزان زیادی انرژی است توسط ترکیبات هیدروژن از هلیم تولید می شود.
منابع اصلی هیدروژن موارد زیر هستند : بخارهای حاصل از سوختن کربن، تجزیه هیدروکربنها توسط گرما، واکنشهای سدیم، هیدروکسید پتاسیم با آلومینیوم، الکترولیز آب یا جانشینی اسید توسط فلزات.
هیدروژن مایع از سرد کردن و مطالعه ابررسانا تا نقطه ذوب 20 درجه بالای صفر مطلق به دست می آید. تریتیوم که توسط راکتورهای هسته ای تولید می شود در تولید بمب هیدروژنی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروژن ترکیب اصلی سیاره مشتری و گاز عمده سیارات دیگر است.
استفاده عمده هیدروژن توسط فرایندهای تثبیت نیتروژن با استفاده از فرایند آمونیاک برای هیدروژن دار کردن روغنها و چربیها حاصل می شود و همینطور برای تولید فرایندهای متانول در ترکیبات هیدروکربنی از هیدروژن استفاده می شود. از دیگر استفاده های هیدروژن برای سوختهای موشکی، فرایند جوش اسید کلریدریک، کاهش سنگ معدن فلزی و پر کردن بالونها می باشد. در فرایند هیدروژن پیل سوختی برای توسعه تکنولوژی به مقدار زیادی هیدروژن برای نیروی الکتریکی نیاز است.
هیدروژن در طبیعت به دو فرم اورتو و پارا وجود دارد. 25 درصد هیدروژنی که در اتاق وجود دارد به صورت پارا و 75 درصد آن به صورت اورتو وجود دارد. فرم اورتو نمی تواند برای حالت خالص هیدروژن ساخته شود. این دو فرم از عنصر هیدروژن دارای انرژی و خواص فیزیکی متفاوتی هستند . نقطه ذوب و جوش پارا هیدروژن 0.1 درجه سانتیگراد پایینتر از هیدروژن نرمال است.
ایزوتوپ معمولی هیدروژن معروف به پروتیوم است و دو ایزوتوپ دیگر هیدروژن دوتریوم و تریتیوم هستند. هیدورژن تنها عنصری است که نام ایزوتوپهای آن با یکدیگر متفاوت است. دو ایزوتوپ هیدروژن برای سوخت راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند.یک اتم دوتریوم معادل 6000 اتم هیدروژن معمولی است.
دوتریوم نقش تعدیل کننده نوترونی را به عهده دارد. اتمهای تریتیوم همچنین این استفاده را نیز انجام می دهند ولی با تناسب کوچکتر این عمل را انجام می دهند. تریتیوم به آسانی در راکتورهای اتمی تولید می شود و در بمبهای اتمی هیدروژنی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این ایزوتوپ عامل رادیواکتیو در عناصر تابناک و عناصر کمیاب نیز می باشد.
اثرات هیدروژن در سلامتی انسان
اثرات ظاهری هیدروژن: آتش است و بسیار قابل اشتعال است. بسیاری از واکنشها سبب آتش سوزی و انفجار میشود. هیدروژن میتواند با تنفس توسط انسان جذب شود.
تنفس: غلظت بالای این گاز میتواند سبب کمبود اکسیژن محیط شود. تنفس هیدروژن باعث بروز علائمی مانند سردرد، صدای زنگ در گوش، سرگیجه، خواب آلودگی، بیهوشی، تهوع، استفراغ و افسردگی میشود. پوست قربانی با تنفس هیدروژن به رنگ آبی درمی آید. در برخی از شرایط، مرگ اتفاق می افتد. به نظر میرسد که هیدروژن مسمومیت جنین و مسمومیت مزمن نمیشود.
خطر تنفس: در شرایط محدود کننده، غلظت گاز در هوا به شرایط خطرناک میرسد.
خطرات فیزیکی: هیدروژن به خوبی با هوا ترکیب میشود و ترکیب انفجاری آن به آسانی شکل میگیرد. گاز هیدروژن از هوا سبکتر است.
خطرات شیمیایی: گرما باعث احتراق یا انفجار مهیب میشود. هیدروژن، واکنشهای شدیدی با هوا، اکسیژن، هالوژنها و اکسیدکننده های قوی سبب خطر احتراق و آتش سوزی میشود. بلورهای فلزی، مانند پلاتینیوم و نیکل، در این واکنشها به طور گسترده شرکت میکنند.
غلظت بالای هیدروژن در هوا باعث کمبود اکسیژن میشود و همچنین سبب بیهوشی یا مرگ میشود. باید مقدار اکسیژن یک محیط قبل از ورود به آن کنترل شود. اگر مقدار زیادی هیدروژن در حد سمی در محیط باشد، بوی آن قابل تشخیص نیست. برای اندازه گیری غلظت هیدروژن از ردیابهای گازی مناسب (ردیاب گازی قابل اشتعال معمولی برای این کار مناسب نمی باشد) باید استفاده کرد.
کمکهای اولیه:
در شرایطی که آتش سوزی اتفاق می افتد مواد ی را که به اشتعال بیشتر کمک میکند باید از آتش دور کرد اگر این امکان وجود ندارد، بگذارید آتش در خود بسوزد. در غیر این صورت آتش را با اسپری آب، اسپری پودری یا اسپری دی اکسید کربن خاموش کنید. انفجار: در آتش سوزی شدید، سیلندر را با اسپری کردن آب سرد نگه دارید. سعی کنید که برای خاموش کردن آتش در جایی که دارای سقف یا محافظ است، قرار بگیرید. تنفس: هوای تازه را تنفس کنید و استراحت نمایید. برخی اوقات تنفس مصنوعی احتیاج است. به مراکز پزشکی و درمانی مراجعه کنید. پوست: اگر مشکلات پوستی اتفاق بیفتد، به پزشک مراجعه کنید.
اثرات هیدروژن بر محیط زیست
پایداری زیست محیطی: هیدروژن به طور طبیعی در اتمسفر قرار دارد. گاز به راحتی در محیطهای تهویه ای منتشر میشود.
تاثیر هیدروژن روی گیاهان و جانوران: تاثیر هیدروژن بر جانوران میتواند به دلیل کمبود اکسیژنی باشد که در محیط ایجاد میکند. هیدروژن بر زندگی گیاهی تاثیر ندارد فقط یک نوع یخزدگی در حضور هیدروژن رخ میدهد.
تاثیر بر زندگی دریایی: شواهدی برای تاثیر هیدروژن بر زندگی دریایی وجود ندارد.
تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری
خواص فیزیکی و شیمیایی :
عدد اتمی :1
جرم اتمی: 1.00794
نقطه ذوب : C°-259.14
نقطه جوش : C°-252.73
شعاع اتمی : Å0.79
ظرفیت:1
رنگ: بیرنگ
حالت استاندارد: گاز
نام گروه:1
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 13.59
شکل الکترونی: 1s1
شعاع یونی : Å 0.012
الکترونگاتیوی: 2.2
حالت اکسیداسیون: 1
دانسیته: 0.0899
گرمای فروپاشی : Kj/mol 0.0586
گرمای تبخیر : Kj/mol 0.449
گرمای ویژه: J/g Ko 14.304
دوره تناوبی: 1
شماره سطح انرژی : 1
انرژی اولیه : 1
درجه اشتعال : در حالت گازی بالاست
شماره ایزوتوپ : 3
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
H-1 پایدار
H-2 پایدار
H-3 12.3 سال
اشکال دیگر :
آب H2O
هیدروژن H2
کلرید هیدروژن HCl
منابع :
معادن، نفت، چاههای گاز،آب و متان
کاربرد :
برای تهیه آمونیاک ، اتانول ، کلرید هیدروژن ، برمید هیدروژن و روغنهای نباتی استفاده می شود . هیدروژن برای حمل بالون ، سوخت موشک و تهیه لوازم برودتی بکار می رود .