معنى كلمة هيدروجن

هيدروجين Hydrogen هو مادة كيميائية عديمة اللون والرائحة والمذاق، تتواجد بكثرة في الحالة الغازيّة عند درجات الحرارة الطبيعيّة فيشكّل وزنها حوالي 0.14% فقط من القشرة الأرضيّة، بالإضافة إلى تواجدها بكميّات كبيرة في مياه المحيطات والأنهار والبحيرات وكتل الجليد. وتطول قائمة أماكن تواجد الهيدروجين، فلا يغيب عن الأنسجة النباتيّة والحيوانيّة وحتّى في البترول.

وذرة هيدروجين واحدة في بُنيتها تتكون من نواة تحمل بروتون بشحنة موجبة كهربائيّاً، فيرتبط مع أي ذرة أخرى تحمل إلكترون بشحنة سالبة، ولا يمكن لذرة الهيدروجين أن تتواجد لوحدها في الوسط الغازي ففي الجو ترتبط مع ذرة هيدروجين أخرى وتشّكل جزيء لذلك يُعرف غاز الهيدروجين بالصيغة H2، والوسط الغازي يحمل عدداً كبيراً من الجزيئات، ويكون تكافؤه في هذه الحالة (+2) فيميل لكل ذرة تحمل نفس التكافؤ وتخالفه بالشحنة.

ويعد ارتباط الأوكسجين الذي يحمل التكافؤ (-2) مع الهيدروجين H2 من أشهر الارتباطات المعروفة للهيدروجين، ليتشّكل الماء الطبيعي، ومن هنا تعود تسمية الإغريق للهيدروجين بصانع الماء، فقام أنطوان لافوازييه بتسميته  حيث الجزء الأول من الاسم hydro يعني الماء والقسم الآخر gene من كلمة generator أي صانع.

وعلى الرغم من كون مركبات الكربون الأكثر شهرة وكثرة، لكن مركبات الهيدروجين لا تقل عدداً عنها ففي الكيمياء العضوية أي المركبات الكربونيّة، يرتبط الكربون غالباً مع الهيدروجين، ويستطيع الارتباط مع جميع العناصر تقريباً ماعدا العناصر النبيلة (الغازات الخاملة) -وهي عناصر المجموعة الثامنة في الجدول الدوري، مدارها الخارجي مكتمل فلا تحتاج لإعطاء أو كسب إي إلكترون فهي مستقرّة بذاتها- وهذا سبب وفرته العالية من حولنا واعتماد الكثير من الصناعات عليه كصناعة البلاستيك والأسمدة وتكرير النفط.

وككل العناصر الكيميائيّة من حولنا، عنصر هيدروجين له نظائر ويمكن تعريف النظير بأنه ذرة مشابهة للذرة الأصلية بعدد البروتونات لكنهّا تختلف بعدد النيوترونات (جسيمات معتدلة الشحنة) ، فالنظائر تملك فائضاً منها، وهذا ما يجعل منها غير مستقرّة، ويمكن حصر نظائر الهيدروجين بالأنواع التالية:

  • نظير يملك عدد كتلي يساوي 1 (H1) وهو النظير الأكثر وفرة من حولنا ويسمّى البروتيوم.
  • نظير يملك عدد كتلي يساوي 2 (H2) فهو يملك بروتون واحد ونيترون واحد ويسمّى ديتيريوم.
  • نظير  يملك عدد كتلي يساوي 3 (H3) وهو بروتون واحد وزوج من النيوترونات ويدعى تريتيوم.

الخصائص الفيزيائيّة والكيميائيّة:

إحدى أهم خصائص الهيدروجين التي تستخدم للكشف عنه، هي  ضعف القوى بين جزيئات الهيدروجين بشكل كبير للغاية فعند انتقاله من ضغط مرتفع إلى منخفض ترتفع درجة حرارته، على خلاف الغازات الأخرى التي تنخفض درجة حرارتها، بالإضافة إلى عدده الكتلي الصغير جداً البالغ 1 وهو بروتون فقط.

وبالتالي الوزن الذري للذرة منخفض أيضاً ويبلغ 1.0080، فإذا تواجد بالحالة السائلة فإنه يغلي عند (-252.77درجة مئوية). وانعدام إمكانيّة رؤيته يعود لشفافيته لتمرير الضوء المرئي والضوء تحت الأحمر وفوق البنفسجي، ويمكن تفسير هذه الخاصيّة بخفّة وزنه فينتقل وينتشر بسرعة تفوق سرعة كل الغازات الأخرى.

أكمل القراءة

الهيدروجين H على المستوى الذري مكون من نواة لها بروتون واحد موجب الشحنة، ويُحيط بها إلكترون واحد سالب الشحنة بذلك يُعتبر أبسط العناصر الكيميائية، أما على المستوى الجزيئي، بكل جزيئة هيدروجين تحمل زوج من الذرات H2، وعلى المستوى الغازي فيكون غاز الهيدروجين مكون من مجموعة من الجزيئات.

غاز الهيدروجين هو غاز عديم اللون، والطعم، والرائحة، قابل للاشتعال. لاسمه تبعًا لأنطوان لافوازييه -وهو من أطلق عليه هذه التسمية- شقين، Hydro وتعني الماء، Gene من كلمة Generator وتعني الصانع، أي أنّ كلمة هيدروجين تعني “صانع الماء”، ولأن الاتحاد بين الهيدروجين والاوكسجين يُعطي الماء H2O. وبسبب وزن الغاز الجزيئي المنخفض، تتحرك الجزيئات بسرعة عالية عند درجات حرارة معينة بسبب التوزيع السريع للطاقة الحركية بين الجزيئات بشكل يفوق أي غاز آخر.

يملك الهيدروجين القدرة على تشكيل مركبات مع تقريبًا جميع العناصر الأخرى ماعدا الغازات النبيلة، ونتيجة لهذه القدرة فإنهُ يوجد في كل مكان، في أنسجة الحيوان، والنبات، في البترول، وفي الشمس، والنجوم، والكواكب وخاصةً المشتري، وفي مياه البحار، والمحيطات، والأنهار، وفي القطبين على هيئة ثلج، وفي الجو أيضًا. وبالتالي فهو العنصر الأكثر وفرًا في الطبيعة، يليه الهيليوم،.

وعلى الرغم من الدور الهام الذي يلعبهُ الهيدروجين في تشكيل تقريبًا كل أشكال الحياة على سطح الأرض، إلا أن دوره ثانوي في المركبات التي يُشكلها مع العناصر الكيميائية كالأوكسجين بالنسبة للماء، والنيتروجين بالنسبة للأمونيا، حيث أن النشاط الكيميائي للحياة يكون على حساب هذه العناصر دونما الهيدروجين.

للهيدروجين ثلاث نظائر بحسب الكتلة:

  • الكتلة 1 هي للهيدروجين ورمزها 1H
  • النظير ذو الكتلة 2 اسمه ديوتيريوم أو الهيدروجين الثقيل، له نواة وبروتون ونيوترون ورمزهُ 2H أو D
  • النظير ذو الكتلة 3 يُسمى تريتيوم وله نواة وبروتون ونيوترونين ورمزهُ 3H أو T

فمثلًا في غاز الهيدروجين قد نجد تجمعًا وخليطًا لكل من النظائر الثلاثة بنسب متفاوتة ولكن غالبًا دائمًا تكون نسبة التريتيوم 10-15% من الخليط، ولهذه النظائر الثلاث خصائص مختلفة مما يُفسر الجهد المُعطى لدراسة كلً منها واعطائها أسماء مختلفة.

لجزيئة الهيدروجين H2 درجات انصهار وغليان منخفضة بسبب ضعف الروابط بين الذرات، والذي يُؤكد على ذلك ارتفاع درجة حرارة الغاز عند انتشاره من ضغط مرتفع إلى منخفض في درجة حرارة الغرفة، بينما الغازات الأخرى في هذه الحالة تنخفض درجة حرارتها، مما يعني أنّ قوى التنافر تفوق قوى التجاذب بين ذرات الهيدروجين، وإلا فإن هذا الانتقال في الضغط كان سيبرد الهيدروجين وليس عكس ما حصل، وعند درجات الحرارة تحت الصفر تزداد قوى التجاذب بين الذرات وعندما نصل للدرجة 196- نصل لدرجة تميع غاز الهيدروجين.

عندما تتوفر طاقة مساوية أو أكبر من قوة ارتباط الذرات مع بعضها فإنّها تتفكك، بالنسبة لجزيء الهيدروجين فإن طاقة تفككه هي 104.000 سعرة حرارية لكل مول ( 1 مول= 2 غرام وذلك بالنسبة للهيدروجين)، يمكن الحصول على طاقة تفكك الهيدروجين بمُلامسة الغاز لأسلاك التنغستن الساخنة، أو عند تفريغ شحنة كهربائية في الغاز.

يمكن الحصول على غاز الهيدروجين بشكل طبيعي أو صناعي:

  • طبيعيًا: من الغاز الطبيعي، والمياه والفحم، والمنتجات الطبيعية لعملية التركيب الضوئي وحتى من أشعة الشمس، وتُعتبر عملية الاستخلاص هذه نظيفة فقط إن كانت المنتجات الأولية التي سيُستخرج منها مُتجددة.
  • صناعيًا: من خلال مجموعة من عمليات المُعالجة، مثل معالجة غاز الهيدروكربونات عند ضغوط مرتفعة وبدرجات حرارة تصل لـ 950 درجة باستخدام مُحفزات كالنيكل، أو بأكسدة الهيدروكربونات بشكل جزئي عند ضغوط مرتفعة أيضًا ولكن بدون محفزات وذلك كلهُ ضمن مُفاعلات خاصة مُتهيئة لهذه العمليات.

كما أنّ استخدامات الهيدروجين شائعة جدًا هذه الأيام باعتبارها مصدر طاقة صديق للبيئة فمثلًا يُستخدم  في تركيب الأسمدة الزراعية، في صناعة البلاستيك والزجاج والأدوية، هدرجة الزيوت وتكوين الدهون وبالتالي صناعة السمن، وفي إزالة الكبريت عن الوقود في عمليات تكرير النفط، كوقود للسيارات والحافلات.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما معنى كلمة “هيدروجين”"؟