Ποιες είναι οι ιδιότητες του υδρογόνου;
Οι ιδιότητες του υδρογόνου περιλαμβάνουν ότι, στη φυσική του κατάσταση στη γη, είναι ένα άχρωμο, άοσμο αέριο που είναι εξαιρετικά εύφλεκτο.Είναι το ελαφρύτερο στοιχείο που είναι γνωστό ότι υπάρχει στη φύση, αναλαμβάνοντας κατά μέσο όρο το 75% του συνόλου της μάζας στο σύμπαν σε αστέρια, πλανήτες και άλλα αστρικά αντικείμενα.Το υδρογόνο είναι επίσης απαραίτητο για όλη τη ζωή στη Γη, όπου αποτελεί το 14% της ζωντανής ύλης κατά βάρος, καθώς σχηματίζει εύκολα δεσμούς με οξυγόνο για να δημιουργήσει νερό και άνθρακα για να δημιουργήσει τα μόρια που αποτελούν τη βάση πάνω στις ζωντανές δομές και τα περισσότερα οργανικά μόριακατασκευάζονται. Ενώ η πιο άφθονη μορφή υδρογόνου είναι το πρωτόνιο, όπου έχει μόνο ένα πρωτόνιο στον ατομικό πυρήνα του και ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, υπάρχουν και άλλα δύο ισότοπα υδρογόνου.Το πρωτόνιο αντιπροσωπεύει το 99,985% του συνόλου του φυσικού υδρογόνου και το δευτέριο αντιπροσωπεύει ένα άλλο σχεδόν 0,015% που έχει τόσο πρωτόνιο όσο και νετρόνιο στον ατομικό πυρήνα, γεγονός που του δίνει μια μάζα που είναι διπλάσια από εκείνη του πρωτόνου.Το τρίδιο είναι η τρίτη μορφή υδρογόνου, η οποία είναι εξαιρετικά σπάνια στη φύση, αλλά μπορεί να παραχθεί τεχνητά.Είναι ασταθές και παρουσιάζει ραδιενεργή αποσύνθεση με ημιζωή 12,32 ετών.Έχει δύο νετρόνια στον ατομικό πυρήνα για ένα πρωτόνιο και είναι μια βασική ένωση που παράγεται και χρησιμοποιείται σε όπλα βόμβας υδρογόνου για την ενίσχυση της απόδοσής τους, καθώς και στην παραγωγή ενέργειας πυρηνικής σχάσης και στην έρευνα πυρηνικής σύντηξης.
Οι χημικές ιδιότητες τουΤο υδρογόνο, με μόνο ένα ηλεκτρόνιο στην τροχιά, οδηγεί το να είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό στοιχείο που σχηματίζει δεσμούς με πολλά άλλα στοιχεία.Στη φυσική του κατάσταση στην ατμόσφαιρα, συνδέεται με ένα άλλο άτομο υδρογόνου όπως το οξυγόνο, για να σχηματίσει H2
.Τα μόρια H2 μπορούν επίσης να είναι μοναδικά ανάλογα με την περιστροφή των πυρήνων τους, με μόρια του H 2 όπου και οι δύο πυρήνες περιστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση που ονομάζεται ορθοϋδρογόνο και εκείνοι με αντίθετες περιστροφές γνωστές ως parahydrogen.Το ορθοϋδρογόνο είναι η πιο συνηθισμένη μορφή H 2 σε φυσιολογική ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία σε μορφή αερίου, αλλά, όταν ψύχεται σε υγρή μορφή όπως για καύσιμο πυραύλων, μεταβολές ορθοϋδρογόνου στο parahydrogen.Στη γη και στους ωκεανούς της Γης το καθιστούν σημαντικό τομέα έρευνας ως σχεδόν απεριόριστη παροχή καυσίμου.Όλες οι μορφές καυσίμων με βάση ορυκτά και αλκοόλες όπως η βενζίνη, το φυσικό αέριο και η αιθανόλη αποτελούνται από αλυσίδες υδρογονανθράκων όπου το υδρογόνο, ο άνθρακας και μερικές φορές το οξυγόνο συνδέονται μεταξύ τους.Ο διαχωρισμός του καθαρού υδρογόνου ως καθαρής καύσης, άφθονης πηγής καυσίμου γίνεται εύκολα, αλλά η δύναμη που απαιτείται για να σπάσει το υδρογόνο από χημικούς δεσμούς και στη συνέχεια να το δροσίσει για την αποθήκευση συχνά παίρνει περισσότερη ενέργεια από το ίδιο το καθαρό υδρογόνο μπορεί να παράγει.Για το λόγο αυτό, οι ιδιότητες του υδρογόνου σημαίνουν ότι οι πιο συνηθισμένες χρήσεις είναι εκεί που βρίσκεται σε χημικούς δεσμούς με άλλα στοιχεία. Η έρευνα για την παραγωγή ενέργειας σύντηξης βασίζεται επίσης στις χημικές ιδιότητες των ενώσεων υδρογόνου δευτερόριο και τριτίου.Οι ιδιότητες του υδρογόνου που χρησιμοποιούνται από όλα τα αστέρια συγχωνεύονται με υδρογόνο κάτω από έντονη πίεση για την απελευθέρωση του ήλιου και της ενέργειας με τη μορφή φωτός και θερμότητας.Παρόμοιες πιέσεις δημιουργούνται σε ερευνητικές εγκαταστάσεις χρησιμοποιώντας ισχυρά μαγνητικά πεδία, λέιζερ αδρανείας ή ηλεκτρικούς παλμούς στις ΗΠΑ, την Ευρώπη και την Ιαπωνία.
Καθώς λαμβάνει χώρα η τήξη των ατόμων υδρογόνου, δημιουργείται ένα άτομο ηλίου που μεταφέρει το 20% της υπερβολικής ενέργειας από τη διαδικασία και το 80% της ενέργειας μεταφέρεται από ένα ελεύθερο νετρονόμο.Αυτή η ενέργεια ή θερμότητα νετρονίων απορροφάται στη συνέχεια από ένα υγρό για να δημιουργήσει ατμό και να τροφοδοτήσει έναν στρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Η διαδικασία εξακολουθεί να παραμένει πειραματική, ωστόσο, από το 2011. Αυτό οφείλεται στις τεράστιες πιέσεις που πρέπει να διατηρηθούν για να συγχωνεύσει τα άτομα υδρογόνου μαζί συνεχώς και να δημιουργούν μηχανές που μπορούν να αντέξουν θερμοκρασίες που παράγονται σε σύντηξη που φτάνουν στις 212,000,000 deg;Fahrenheit (100.000.000 deg, Κελσίου).