آخر تحديث: 11/02/2023
الهيدروجين أخف العناصر وزنًا: استخداماته وأشهر أضراره
الهيدروجين أخف العناصر وزنًا هو عنصر أساسي للحياة. إنه موجود في الماء وفي جميع الجزيئات تقريبًا في الكائنات الحية. ومع ذلك، فإنه لا يلعب دورًا نشطًا بشكل خاص. إنه يبقى مرتبطًا بذرات الكربون والأكسجين، بينما تحدث كيمياء الحياة في عناصر أكثر نشاطًا، على سبيل المثال، الأكسجين والنيتروجين والفوسفور. في موقع مفاهيم، سنناقش تاريخ غاز الهيدروجين، واستخداماته، وأنواعه، وطريقة تحضيره، وأضراره المحتملة.
نبذة عن الهيدروجين أخف العناصر وزنًا
- الهيدروجين عنصر كيميائي طبيعي يمكن العثور عليه بكميات غير محدودة تقريبًا. إنه أخف 14 مرة من الهواء، ويمكن احتراقه دون إنتاج أي انبعاثات لثاني أكسيد الكربون، كما أنه ليس مشعًا، ولا يشتعل ذاتيًا، أو يتآكل.
- الهيدروجين هو العنصر الأكثر تواجدًا في الكون. إنه يوجد في الشمس ومعظم النجوم، ويتكون كوكب المشتري في الغالب من الهيدروجين.
- على الأرض، يوجد الهيدروجين بكميات كبيرة مثل الماء. إنه موجود كغاز في الغلاف الجوي بكميات ضئيلة فقط -أقل من جزء واحد في المليون من حيث الحجم. أي هيدروجين يدخل الغلاف الجوي يهرب بسرعة من جاذبية الأرض إلى الفضاء الخارجي.
- من أجل استخدام محتواه من الطاقة، يجب فصل هذا الغاز عديم اللون والرائحة عن المركبات الغنية بالهيدروجين، مثل الغاز الطبيعي، أو الكتلة الحيوية، أو الماء باستخدام الطاقة الكيميائية، أو الكهربائية، أو الحرارية، أو الشمسية.
- يتضمن التحليل الكهربائي للماء استخدام الكهرباء؛ لتحطيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين.
تاريخ غاز الهيدروجين
- في أوائل القرن السادس عشر، لاحظ الكيميائي باراسيلسوس أن الفقاعات المنبعثة عند إضافة برادة الحديد إلى حمض الكبريتيك كانت قابلة للاشتعال.
- في عام 1671 قدم روبرت بويل نفس الملاحظة. لم يتابع أي منهما اكتشافهما للهيدروجين، ولذا حصل هنري كافنديش على الفضل. في عام 1766، جمع الفقاعات وأظهر أنها مختلفة عن الغازات الأخرى.
- أظهر لاحقًا أنه عندما يحترق الهيدروجين فإنه يشكل الماء، وبالتالي ينهي الاعتقاد بأن الماء عنصر.
- أطلق أنطوان لافوازييه على الغاز اسمه Hydro-gen، أي السابق المائي.
- في عام 1931، اكتشف هارولد أوري وزملاؤه في جامعة كولومبيا بالولايات المتحدة شكلًا ثانيًا أكثر ندرة من الهيدروجين، وهذا يحتوي على ضعف كتلة الهيدروجين العادي، وقد أطلقوا عليه اسم الديوتيريوم.
لماذا الهيدروجين لا فلز؟
- نظرًا لأن الهيدروجين أخف العناصر وزنًا له نفس تكوين الإلكترون ns1 مثل المعادن القلوية، يتم تصنيف الهيدروجين على أنه غير معدني، ويتم وضعه فوق المجموعة في المخطط الدوري.
- يختلف الهيدروجين عن المعادن القلوية الأخرى في أنه يخلق الكاتيونات (H+) على مضض أكثر من غيرها.
- تبلغ طاقة تأين الهيدروجين 1312 كيلو جول / مول، بينما تبلغ طاقة الليثيوم (المعدن القلوي الذي يحتوي على أعلى طاقة تأين) 520 كيلو جول / مول.
- يتم وضع الهيدروجين أحيانًا فوق الهالوجينات في الجدول الدوري؛ لأنه غير معدني ويخلق H- (أنيون الهيدريد).
- الهيدروجين، مثل الهالوجينات، فهو ينتج هيدروجين H2. من ناحية أخرى، الهيدروجين ليس هو نفسه الهالوجينات، حيث يكون تقارب الإلكترون للهيدروجين أقل بكثير من تقارب الهالوجينات.
استخدامات غاز الهيدروجين
- يمكن حرق الهيدروجين لتوليد الطاقة، كما يمكن استخدام خلايا الوقود لتوليد الكهرباء من الهيدروجين.
- في خلية وقود الهيدروجين، تنقسم ذرات الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات. تمر الإلكترونات عبر دائرة وتولد الكهرباء والحرارة، ثم يتحدون مع البروتونات وذرات الأكسجين؛ لإنتاج الماء.
- يستعمل الهيدروجين في تشغيل المركبات وتوليد الكهرباء وإنتاج الحرارة بدون انبعاثات كربونية. كذلك يمكنه تخزين الكهرباء.
تحضير غاز الهيدروجين وأنواعه
يتم إنتاج معظم الهيدروجين عن طريق تسخين الغاز الطبيعي بالبخار لتكوين غاز تخليقي (خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون)؛ ومن ثم، يتم فصل الغاز التخليقي لإعطاء الهيدروجين. كما يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء.
يشير نظام الألوان إلى كل من طريقة الإنتاج بالإضافة إلى البصمة الكربونية، وإليك أشهر أنواع الهيدروجين وطريقة تحضيرهم:
- إذا تم الحصول على الكهرباء الناتجة عن التحليل الكهربائي للمياه من مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، يشار إليها باسم الهيدروجين الأخضر.
- يتم إنتاج الهيدروجين الرمادي بشكل تقليدي باستخدام الغاز الطبيعي.
- إذا لم يتم إطلاق انبعاثات الكربون الناتجة في عملية التحليل، ولكن يتم التقاطها وتخزينها، يشار إليها باسم الهيدروجين الأزرق.
- الهيدروجين الفيروزي هو أقل شيوعًا، ويستلزم الفصل الحراري للميثان، مما ينتج عنه الكربون الصلب بدلاً من ثاني أكسيد الكربون المدمر للمناخ.
أضرار الهيدروجين
فيما يلي أبرز 6 عيوب لاستعمال طاقة الهيدروجين أخف العناصر وزنًا:
1. الهيدروجين محفوف بالمخاطر
- بسبب محتواه العالي من الطاقة، يعتبر غاز الهيدروجين مادة شديدة الاشتعال والتطاير، مما يجعله وقودًا محفوفًا بالمخاطر للعمل معه.
2. إنتاج طاقة الهيدروجين مكلف
- يعد كل من إصلاح الميثان بالبخار والتحليل الكهربائي عمليتين مكلفتين تمنع الكثير من البلدان من الالتزام بالإنتاج بالجملة.
- تجري الأبحاث والتجارب محاولات لاكتشاف طريقة رخيصة ومستدامة لإنتاج كمية كافية من الهيدروجين دون المساهمة بمزيد من الكربون في الغلاف الجوي.
3. يصعب تخزين طاقة الهيدروجين
- الهيدروجين هو غاز أخف بكثير من البنزين، مما يجعل من الصعب تخزينه ونقله. لكي نتمكن من تخزينه، نحتاج إلى ضغطه في سائل وتخزينه في درجة حرارة منخفضة.
- إن الكميات الكبيرة من الضغط اللازم لتخزين الهيدروجين تجعل من الصعب نقل الوقود بكميات كبيرة.
4. قد يكون الهيدروجين خطيرًا
- الهيدروجين قابل للاشتعال بشكل لا يصدق، مما يجعله وقودًا خطيرًا إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح.
- لا توجد أيضًا رائحة للهيدروجين، لذا يلزم وجود أجهزة استشعار لاكتشاف التسربات.
5. تكنولوجيا طاقة الهيدروجين غير مثبتة
- يحتوي الهيدروجين على الكثير من الإجابات الصحيحة عندما يتعلق الأمر بتنظيف تدفئة المنزل.
- ومع ذلك، لا يمكننا التبديل إلى وضع الهيدروجين في شبكة الغاز بين عشية وضحاها.
- قبل أن نبدأ في استخدام الهيدروجين، يجب اختبار التكنولوجيا. لذلك يتم إجراء تجارب في مناطق في جميع أنحاء البلاد.
6. ينبعث من الهيدروجين أكسيد النيتروز عند الاحتراق
- عندما يتم حرق الهيدروجين بطريقة معينة، بناءً على درجة الحرارة وحجم اللهب وتدفق الهواء، قد ينبعث أكسيد النيتروجين (NOx)، وهذا غاز يسبب تلوث الهواء.
في الختام، الهيدروجين أخف العناصر وزنًا في الكون هو من أبرز عناصر الجدول الدوري، ويتمتع بعناصر مميزة ومختلفة بالرغم من اعتباره عنصر لا فلزي. هناك أنواع منه خطيرة للبيئة، وهناك أنواع صديقة للبيئة، لها مستقبل مزهر في السنوات القادمة.
للإستفادة من هذا المقال انسخ الرابط
https://mafahem.com/sl_19721
تم النسخ
لم يتم النسخ
