Hidrojen

Hidrojen Nedir? Oksijenle birleşerek suyu oluşturan, atom numarası 1, kokusu, tadı ve rengi olmayan bir gaz, müvellidülma (simgesi H). dir

Hidrojenin Özellikleri

Periyodik cetvelde birinci element olan Hidrojenin Atom ağırlığı 1,00797, yoğunluğu 0,0899 g/1, kaynama noktası -252,76°C ve erime noktası -259,06°C'dir.

Sıvı hidrojenin yoğunluğu 0,070 g/cm3tür. Kristal halindeki yoğunluk ise 0,088 g/cm3tür. 1H, 2H, 3H şeklinde üç tane izotopu vardır. En hafifi ve en çok bulunanı kütle numarası 1 olan (1H) izotopudur. Bu izotopa protiyum da denir. Hidrojen Bir proton ve bir elektrondan meydana gelmiştir.

Döteryum, 2H olup kararlı izotoptur ve çekirdeğinde bir proton ile bir nötron vardır. Tabii olarak meydana gelen hidrojen yaklaşık % 0,0156 kadar döteryum izotopu ihtiva eder. Aynı şekilde tabii su, az oranda döteryum oksit (D2O, ağır su) ihtiva eder.

Trityumun (3H) çekirdeğinde 2 nötron 1 proton bulunur. Trityum radyoaktif element olup, yarılanma süresi yaklaşık 12,5 yıldır. Trityum tabii olarak eser miktarda bulunur. Nükleer reaktörlerde elde edilir ve "reaksiyon mekanizması"nı inceleyen ilim adamları tarafından geniş ölçüde kullanılır.

Hidrojen, iki atomlu moleküler yapıya sahiptir. Molekülünden serbest hidrojen atomu elde etmek için çok büyük enerjiye ihtiyaç vardır. Serbest hidrojen atomları tekrar molekül vermek üzere birleşirken çok miktarda ısı ve enerji salar (103,4 kcal). Bir tane olan elektronunu kaybetmiş hidrojen atomu 1+ yüklü olur ve buna proton denir. Proton daima bileşik halindedir. Yalnız başına bulunmaz. Ancak iyonlaştırılmış gaz içinde bulunabilir. Suda iyonlaşma sonucu meydana gelen proton, su molekülü ile birleşerek hidronyum iyonunu (H3O+) meydana getirir.

Hidrojen atomları arasındaki bağ hemen hemen kovalenttir. Moleküllerde iki hidrojen çekirdeği arasındaki mesafe 0,74 Å'dır. Hidrojenin indirgen özelliği vardır. Metal oksitleri metale kadar indirgeyebilir. Doymamış organik ve azot bileşikleri hidrojen ile doyurulabilir.

Hidrojenin Keşfi
Hidrojen gazı sentetik olarak ilk defa T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 - 1521, olarak da bilinir) tarafından güçlü asitlerle metalleri karıştırarak elde etmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen Robert Boyle tarafından demir çubuk ve seyreltik asid çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir. 1766 yılında Henry Cavendish metal asid reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish'in hidrojenle tanışması civa ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden olduğunu, civanın asitle reaksiyonundan ortaya çıktığını düşünmüş, buna rağmen hidrojenin pek çok önemli özelliğini gerçekçi şekilde tasvir edebilmiştir. 1783'te Antoine Lavoiser Laplace ile Cavendish'in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir. Hidrojenin ilk kullanım yerlerinden biri balonlar ve daha sonraları zeplinlerdir. Bu amaçlar için hidrojen metalik demir ve sülfürik asidin reaksiyona girmesiyle elde edilmiştir. Hidrojen Hindenburg adlı, havada yanarak yok olan zeplinde kullanılmıştır. Balonlarda daha sonraları oldukça patlayıcı olan hidrojenin yerine inert Helyum kullanılmıştır.

Hidrojenin Bulunuşu
Hidrojen tabiatta çok yaygın olarak bulunur. Bileşikleri yönünden de en zengin elementtir. Dünyayı meydana getiren elementler arasında atom yüzdesi olarak, 15,5, ağırlık yüzdesi olarak da 0,8'dir. En çok, su bileşiğinde, azotlu bileşiklerde ve karbonlu bileşiklerde bulunur.

Hidrojen serbest halde az olarak tabii gaz kuyularında, kömür depolarında ve organik bozulmalarda bulunur. Atmosferin yeryüzüne yakın yerlerinde ortalama % 5.10-5 oranında bulunur. Atmosferin yüksek kısımlarında daha yoğundur. Güneş ve yıldızlarda da mevcut olduğu spektral analizlerle anlaşılmıştır.

Hidrojenin Elde edilişi
Hidrojen ticari olarak en çok hidrokarbon yakıtlarından, çeşitli metodlar uygulanarak elde edilir. Metan, etan ve bazı hafif hidrokarbonlar, 650 ila 1000°C arasında nikelin katalitik etkisi ve buhar ile muamele edilir. Bu işlemin sonunda hidrojen ve karbonun oksidleri elde edilir.

Kızgın kok üzerinden sıcak su buharı geçirilerek karbonmonoksit (CO) ve hidrojen elde edilir ki bu karışıma sugazı denir.

Kömürün koklaştırılması sırasında da hidrojen elde edilir.

Laboratuvar çapında hidrojen aktif metallere asit etki ettirmekle:

Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + H2

ve suyun elektrolizi ile elde edilir:

2H++ 2e ® H2 (katodda) 2OH--2e ® H2O+ 1/2O2 (anotta)

Hidrojenin Keşfedilişi
1776 yılında Sir H.Cavendish tarafından çinko, kalay ve demire seyreltik sülfat veya hidroklorik asit etki ettirilerek elde edildi. H.Cavendish hidrojenin hava ile karışımının su buharı vermek üzere patladığını gördü ve bu elemente tutuşucu hava ismini verdi. 1783'te Atoine Lavoisier bu elemente hidrojen ismini verdi ki bunun manası su meydana getirici demektir. Hidrojenin kendinden daha ağır iki izotopu olan D ve T, 150 yıl sonra keşfedildi. Döteryum 1931'de ağır sudan elde edildi. Trityum ise 1934'te bulundu.

Hidrojenin Bileşikleri
Hidrojenin bileşikleri diğer elementlerinkinden daha fazladır. Çünkü, asal (necip) gazlar haric bütün elementler ile reaksiyon verir. Hidrojenin herkes tarafından bilinen ve tabiatta çok miktarda bulunan bileşiği sudur. Su ve karbondioksid bileşiklerinde hidrojen, daha elektronegatif olan elemente kovalent bağla bağlıdır. Mamafih hidrojen atomları daha elektro pozitif olan alkali metallerle ve kalsiyum, baryum gibi, elementlerle iyonik bileşikler teşkil edebilir. Ortaya çıkan ve hidrür denilen bileşikler suda hidrojen vererek ayrışır.

Hidrojenin flor, klor, brom veya iyot ile yaptığı bileşiklerin sudaki çözeltileri asittir. Diğer yaygın asitlerin bileşikleri nitrat (HNO3), sülfat (H2SO4) ve fosfat (H3PO4) asitleridir. Hidrojen iyonlarının bir çözeltideki konsantrasyonu pH cinsinden ifade edilir. (Bkz. PH cetveli)

Reaksiyona girme kabiliyeti pek fazla olmamakla beraber ısı veya güneş ışığı gibi bazı şartlar altında oksijen ve klorla patlama şeklinde reaksiyon verir. İçerisinde % 4 ile % 74 arasında hidrojenle ihtiva eden hava yanıcı ve patlayıcıdır. Hidrojen, oksijen ile yakıldığında çok yüksek sıcaklıkta bir alev elde edilir. Oda sıcaklığında hidrojenle oksijen arasındaki reaksiyon, çok tanecikli platin katalizörü olmadığında çok yavaştır. Hidrojen 700°C'de pratik olarak anında tutuşur.

Halojenler, bor ve benzeri elementlerle, verdiği bileşikler uçucudur. Metallerin elektropozitif karakterlerine bağlı olarak iyon bağlı veya kovalent bağlı bileşikler verir.

Hidrojenin Kullanılışı
Hidrojen üretiminin üçte ikisi amonyak elde edilmesinde kullanılır. İkinci derecede önemli kullanma alanı petrol rafinasyonundaki katalitik parçalama işlemidir. Üçüncü derece kullanıldığı alan metanol imalatıdır. Bundan başka yağların hidrojene edilmesinde de kullanılır. Doymamış, yağların hidrojenlendirilmesi ile margarin elde edilir (Bkz. Hidrojenlendirme). Hidrojenlendirme işi aynı zamanda birçok organik bileşiklerin imalatında da kullanılır. Plastik madde yapımında plastifiyan olarak kullanılır. Metalurjide kaynak işlerinde yakıt olarak kullanılır.

Hidrojen yandığı zaman çevreye kirletici artıklar vermemektedir. Bu yüzden otomobillerde yakıt olarak kullanılmak istendiğinden bu konuda çalışmalar yapılmaktadır.

Atom numarası: 1
Simge: H
Görünüşü : Renksiz
Kütle numarası: 1.00797
Kaynama Noktası (C): -252.7
Erime Noktası (C): -259.2
Yoğunluk: 0.071
Buharlaşma Isısı: .108
Kaynaşma (Füzyon) Isısı: 0.014
Elektriksel iletkenlik: --
Isıl iletkenlik: 0.0004
Özgül Isı Kapasitesi: 3.45
Element serisi Ametaller ,
Grup, periyot, blok 1, 1, s
Atom ağırlığı 1.00794(7) g/mol
Elektron dizilimi 1s1
Enerji seviyesi başına
Elektronlar 1

Özellikle suyun bileşimine giren gaz halindeki basit cisimdir. Evren'de en bol bulunan elementtir. Güneş'in ve yıldızların maddesinin büyük bir bölümü hidrojenden oluşur. Dünyada serbest halde bulmak kolay değildir. Havada pek düşük miktarda bulunur, ancak volkanların fışkırttığı gazlarda veya doğal kaynaklardan fışkıran gazlarda geniş oranda vardır. Atmosferin yüksek kesiminde, hidrojen, hidrojen tacı adı verilen bir örtü meydana getirmiştir.

Maddelerin En Hafifi
Renksiz, kokusuz bir gaz olan hidrojen, bütün maddelerin en hafif olanıdır (havadan 14 kat hafiftir). Böylece bütün öteki gazlara oranla, gözenekli duvarlardan, hatta akkor durumuna gelecek derecede ısıtılmış demir gibi bazı maddelerin içinden bile, daha hızlı geçebilir, iyi bir ısı ve elektrik iletkenidir ve sıvı hale getirilmesi pek güçtür. Kimyasal yönden basit bir maddedir (bir hidrojen atomu tek bir çekirdek veya proton ile bunun çevresinde dönen tek bir elektrondan oluşur).

Isıtılmış halde birçok elementle karışır. Bu çeşitli tepkileri, sanayide geniş uygulama alanları bulmuştur. Oksijenle birleşince su (doğal halde pek çok bulunur) meydana getirir. Oksijen ve su karışımı, oksihidrik üfleç'te de (kaynak makinesinin alevinin mavi rengi, yanan hidrojenin özelliğidir) kullanılır. Azot ile birleşince, yapay gübre ve patlayıcı maddeler üretiminde kullanılan amonyak oluşur. Başlıca sanayi gazlarından olan metan, hidrojen ile karbon karışımıdır.

Güdümlü Balonlar ve Füzeler
Eskiden hidrojen, hava gemilerini (balonlar, güdümlü balonlar v.b.) şişirmekte kullanılırdı, ama çabuk alev aldığından, yerini helyum gazına bıraktı.

Silah sanayi günümüzde hidrojeni, füze yakıtı olarak kullanmaktadır. Gerçekten de, sıvı halde (üretimi ve depolanması güç bile olsa), çok yüksek bir enerji verme gücü olmasına karşılık az yer kaplar. Nihayet, insanların yarattığı en öldürücü silahlardan birinin, korkunç hidrojen bombasının da yapımına girer.

Hidrojen Ark Kaynağı
Elektrik arkının hidrojen gazı akışı içindeki volfram elektrotlar arasında oluşturulduğu kaynak yöntemi. Ark içinde atom durumuna geçen hidrojenin tekrar birleşmesi sırasında açığa çıkan ısı kaynak ısısıdır.

Hidrojen Bağı
Yüksek elektroeksilikteki bir diğer elemente (F, O, N veya Cl) bağlı hidrojen atomunun bir diğer yüksek elektroeksilikteki element ile yaptığı bağ. (a) su molekülü, (b) hidrojen bağı.

hidrojen gevrekliği; hidrojen kırılganlığı
Metallerde soğurulan hidrojen etkisiyle kırılganlığın düşmesi. Genellikle bakır için kullanılır. Bakır içerisine yayınarak yapıdaki oksijenle birle şen hidrojenin meydana getirdiği yüksek basınçtaki su buharı cepleri kırılganlığa yol açar.

Hidrojen Hasarı
Bazı metallerde hidrojenin varlığının yol açtığı kırılganlık, çatlama, soyulma ve hidrür oluşumu gibi hasarlara verilen genel ad.

Hidrojen Kaybı
Metal tozu veya sıkıt numunesini belirli bir süre ve sıcaklıkta hidrojen atmosferinde ısıtınca görülen ağırlık kaybı. Daha geniş anlamda hidrojenle indirgenecek ve hidrür oluşturmayacak oksitleri olan malzemelerin oksijen miktarının bir ölçüsüdür.

Oksihidrojen Kaynağı
Yakıt gazı hidrojen olan gaz kaynağı.

statik yorulma; duruk yorulma; hidrojen etkili yorulma
Metalin akma gerilmesinden düşük değişmeyen bir gerilme altında aniden kırılması ile sonuçlanan bir hidrojen kırılganlığı. Gerilmenin uygulanması ile (veya gerilme altındaki metali hidrojene maruz bırakma ile) çatlama başlangıcı arasında bir zaman vardır.