Hidrojen

Özellikler

Hidrojen, "H" sembolü ile ifade edilen, atom numarası 1 olan kimyasal elementtir. Standart atom ağırlığı 1.008 olan hidrojen, periyodik tablodaki en hafif elementtir. Hidrojen, tüm baryonik kütlenin yaklaşık %75'ini oluşturan, evrende en bol miktarda bulunan elementtir. Hidrojen atomu içerisinde protondan meydana gelmiş bir çekirdek ve bir birim elektrondan oluşan elektron bulutu bulunmaktadır. Normal koşullarda hidrojen gazı bir diatomik molekül olarak bulunur. Bu diatomik molekülün kimyasal gösterimi H₂'dir.^[1]

Fiziksel Özellikler

Hidrojen; renksiz, kokusuz, tatsız, zehirli olmayan, ametal ve oldukça yanıcı bir gazdır. Sıvılaşması en zor ikinci gaz olarak da bilinen hidrojen, 1 atmosfer basınçta -252.77 °C'de ancak sıvılaşabilir. Sıvı hidrojenin hacmi, gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ü kadardır.

Hidrojen, bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. 1 kg hidrojen, 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye eşdeğer bir enerjiye sahiptir. Ancak birim hacim başına enerji karşılaştırması yapıldığında, doğalgaz ve petrolden daha düşük bir orana sahiptir. 1.00794 g/mol’lük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif elementtir.^[2]

Kimyasal Özellikler

Hidrojenin keşfedilen ilk kimyasal özelliği, oksijenle birleştiğinde yanıcı reaksiyon göstererek suyu (H₂O) oluşturmasıdır. Çoğu ametal elementle kovalent bileşikler oluşturduğundan, Dünya üzerindeki hidrojenin neredeyse hepsi, su veya organik bileşikler gibi moleküler formda bulunur.

Hidrojen, özellikle asit-baz reaksiyonlarında önemli bir rol oynar çünkü, çoğu asit-baz reaksiyonu çözünür moleküller arasında proton alış-verişini içerir. İyonik bileşiklerde hidrojen, hidrit olarak bulunduğunda negatif yüklü (yani anyon) veya pozitif yüklü (yani katyon) bir formda bulunabilir.

Bulunma Sıklığı ve Üretimi

Hidrojen, evrende bulunması en kolay olan elementlerin başında gelir. Evrenin keşfedilen kısmının yaklaşık %90'ının hidrojenden oluştuğu tahmin edilmektedir.^[3] H₂, kimya ve biyoloji laboratuvarlarında, genellikle diğer reaksiyonların bir yan ürünü olarak üretilir. 2020 yılına ait istatistikle göre, hidrojenin çoğunluğu (yaklaşık %95); doğal gazın buharla reformasyonu, metan gazının kısmi oksidasyonu ve kömür gazlaştırma yollarıyla fosil yakıtlardan üretilmektedir.^[4] Dünyadaki hidrojenin %95'inden fazlası, buharlı metan gazı dönüştürme işlemi kullanılarak üretilmektedir. Bu reaksiyonda doğal gaz, karbon monoksit ve hidrojen üretmek için yüksek bir sıcaklıkta buharla reaksiyona girer. Bunun ardından, "su gaz değiştirme reaksiyonu" sonucunda karbondioksit üretilir.^[5]

Uygulama ve Kullanım Alanları

Hidrojen, çoğu yıldızın enerji üretmek için "yaktığı" ham yakıttır. "Füzyon" olarak da bilinen aynı süreç, yeryüzünde kullanılmak üzere olası bir güç kaynağı olarak da incelenmektedir. Güneşin hidrojen arzının 5 milyar yıl daha sürmesi beklenmektedir.

Hidrojen, "ticari" açıdan da önemli bir elementtir. Büyük miktarlarda hidrojen, "Haber işlemi" adı verilen bir işlemle, amonyak (NH₃) üretmek için havadaki nitrojen ile birleştirilir. Aynı zamanda, "hidrojenasyon" adı verilen bir işlemle de, yer fıstığı yağı gibi katı ve sıvı yağlara da eklenebilir. Sıvı hidrojen, süper iletkenlerin çalışmasında kullanılır ve sıvı oksijen ile birleştirildiğinde mükemmel bir roket yakıtı oluşturur.^[3]

Tarihi

Hidrojen bir element olarak kabul edilmeden önce, bilim insanları tarafından yıllarca yüksek miktarlarda üretildi. Yazılı kayıtlar, Robert Boyle'un demir ve asitlerle deney yaparken 1671 yılında hidrojen gazı ürettiğini gösterse de, hidrojen ilk olarak 1766'da Henry Cavendish tarafından ayrı bir element olarak kabul edildi.^[3] James Dewar, 1898'de hidrojeni ilk defa "rejeneratif soğutma" amacıyla kullandı. Bunun ardından, kendi icadı olan termosu kullanarak hidrojeni sıvılaştırdı ve ertesi yıl, bilinen ilk katı hidrojeni üretmeyi başardı.^[6]

Etimolojisi

1783'te Antoine Lavoisier, Cavendish ve Laplace'ın "hidrojen yakıldığında su oluşur" bulgusunu doğruladığında, bu elemente hidrojen adını verdi. Hidrojen, Yunanca "su" anlamına gelen "ὑδρο (hidro)" ve "yaratıcı" anlamına gelen "γενής (gen)" sözcüklerinden oluşmaktadır.^[7]

Önlem ve Güven

Hidrojen hava ile temas ettiğinde, potansiyel patlamalar ve yangınlardan canlılar için boğucu olmaya kadar bir dizi tehlike oluşturabilir.^[8] Ek olarak, sıvı hidrojen bir kriyojendir ve çok soğuk (-252.77 °C) olduğu için temas edilmesi halinde soğuk yakması (frostbite) riski barındırır.^[9] Hidrojen birçok metalde çözünür ve metal üzerinde çeşitli çatlaklara yol açabilir. Dış havaya sızan hidrojen gazı kendiliğinden tepkimeye girerek tutuşabilir.^[10] Hidrojen, yandığı zaman neredeyse hiç görünmeyen açık mavi bir alevle yanar (565,5 °C– 578,9 °C), bu nedenle kazara yanıklara yol açabilir.^[11] Hidrojenin birçok fiziksel ve kimyasal özelliği, parahidrojen / ortohidrojen oranına bağlıdır. Bir diğer yandan, kritik patlama basıncı ve sıcaklığı gibi hidrojen patlama parametreleri, büyük ölçüde bulunduğu kabın geometrisine bağlıdır.^[8]

İlginç Bilgiler ve Diğer

• İnsan vücudunun kütlesinin yaklaşık %10'u hidrojendir.
• Hidrojen çok hafif olduğu için bir zamanlar uçan balonlarda kullanıldı. Ancak, oldukça yanıcı yapısı nedeniyle çok tehlikeli hale geldi. Bu noktadan sonra hidrojen yerine helyum kullanılmaya başlandı.