Leer meer over waterstof

Waterstof is het lichtste chemische element in het universum en kan zich binden aan andere waterstofatomen, waardoor een gas wordt gevormd dat op verschillende manieren kan worden gebruikt

Afbeelding van Florencia Viadana in Unsplash

Waterstof is het chemische element met de laagste atomaire massa (1 u) en het laagste atoomnummer (Z = 1) van alle tot nu toe bekende elementen. Ondanks dat het zich in de eerste periode van de IA-familie (alkalimetalen) van het periodiek systeem bevindt, vertoont waterstof geen fysische en chemische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met de elementen van deze familie en maakt het er daarom geen deel van uit. Over het algemeen is waterstof het meest voorkomende element in het hele universum en het vierde meest voorkomende element op planeet Aarde.

Waterstof heeft unieke eigenschappen, dat wil zeggen dat het niet lijkt op enig ander chemisch element dat de mens kent. Waterstof neemt gewoonlijk deel aan de samenstelling van verschillende soorten organische en anorganische stoffen, zoals methaan en water. Als het geen deel uitmaakt van chemische stoffen, wordt het uitsluitend in gasvorm aangetroffen, waarvan de formule H2 is.

In zijn natuurlijke staat en onder normale omstandigheden is waterstof een kleurloos, reukloos en smaakloos gas. Het is een molecuul met een grote capaciteit om energie op te slaan en daarom is het gebruik ervan als een hernieuwbare bron van elektrische en thermische energie uitgebreid onderzocht.

Ontdekking van waterstof

In het midden van de 16e eeuw besloot Pareselsvs sommige metalen in reactie te brengen met zuren en uiteindelijk waterstof te verkrijgen. Hoewel hij eerder was getest, slaagde Henry Cavendish erin waterstof te scheiden van brandbare gassen en beschouwde hij het in 1766 als een chemisch element.

Dat het geen metaal is, laat staan een ametaal, vormt zijn eigenaardigheid in het periodiek systeem. In 1773 gaf Antoine Lavoisier de chemische component de naam waterstof, die is afgeleid van de Griekse waterkracht en genen , en betekent watergenerator.

Waterstof in de natuur

Waterstof maakt deel uit van de chemische samenstelling van verschillende organische stoffen (eiwitten, koolhydraten, vitamines en lipiden) en anorganische stoffen (zuren, basen, zouten en hydriden);
In atmosferische lucht is het aanwezig in de gasvorm, voorgesteld door de moleculaire vorm H2, die wordt gevormd door de covalente binding tussen twee waterstofatomen;
Waterstof vormt ook watermoleculen, een belangrijke hulpbron voor het leven.

Waterstofbronnen

Op aarde wordt waterstof niet in zijn puurste vorm aangetroffen, maar in de gecombineerde vorm (koolwaterstoffen en derivaten). Om deze reden moet waterstof uit verschillende bronnen worden gewonnen. De belangrijkste bronnen van waterstof zijn:

Natuurlijk gas;
Ethanol;
Methanol;
Water;
Biomassa;
Methaan;
Algen en bacteriën;
Benzine en diesel.

Kenmerken van Atomic Hydrogen

Het heeft drie isotopen (atomen met hetzelfde atoomnummer en verschillende massagetallen), namelijk het protium (1H1), deuterium (1H2) en tritium (1H3);
Het presenteert alleen een elektronisch niveau;
Het heeft een enkel proton in zijn kern;
Het heeft slechts één elektron op zijn elektronische niveau;
Het aantal neutronen is afhankelijk van de isotoop - propium (0 neutronen), deuterium (1 neutron) en tritium (2 neutronen);
Het heeft een van de kleinste atomaire stralen in het periodiek systeem;
Het heeft een grotere elektronegativiteit dan enig metalen element;
Het heeft een groter ionisatiepotentieel dan welk metalen element dan ook;
Het is een atoom dat een kation (H +) of een anion (H-) kan worden.

De stabiliteit van het waterstofatoom wordt bereikt wanneer het een elektron ontvangt in de valentieschil (de buitenste schil van een atoom). Bij ionische bindingen interageert waterstof uitsluitend met een metaal en verkrijgt er een elektron uit. In covalente bindingen deelt waterstof zijn elektron met een ametaal of met zichzelf, waardoor het eenvoudige bindingen vormt.

Moleculaire waterstof (H2) kenmerken

Bij kamertemperatuur wordt het altijd in gasvormige toestand aangetroffen;
Het is een brandbaar gas;
Het smeltpunt is -259,2 ° C;
Het kookpunt is -252,9 ° C;
Het heeft een molecuulgewicht gelijk aan 2 g / mol, zijnde het lichtste gas;
Het heeft een sigma covalente binding, type ss, tussen de twee betrokken waterstofatomen;
Tussen atomen worden twee elektronen gedeeld;
Het heeft moleculaire geometrie van het lineaire type;
De moleculen zijn niet-polair;
Zijn moleculen werken samen door middel van geïnduceerde dipoolkrachten.

Moleculaire waterstof heeft een grote chemische affiniteit met verschillende verbindingen. Deze eigenschap betreft het vermogen van de ene stof om met de andere te reageren, want zelfs als twee of meer stoffen met elkaar in contact worden gebracht, maar er is geen affiniteit tussen beide, zal de reactie niet plaatsvinden. Op deze manier neemt het deel aan reacties zoals hydrogenering, verbranding en eenvoudige uitwisseling.

Manieren om moleculaire waterstof (H2) te verkrijgen

Fysieke methode

Moleculaire waterstof kan worden verkregen uit atmosferische lucht, aangezien het een van de gassen is die in dit mengsel aanwezig zijn. Hiervoor is het noodzakelijk om de atmosferische lucht te onderwerpen aan de gefractioneerde vervloeiingsmethode en vervolgens aan gefractioneerde destillatie.

Chemische methode

Moleculaire waterstof kan worden verkregen door middel van specifieke chemische reacties, zoals:

Eenvoudige uitwisseling: reactie waarbij een niet-edelmetaal (Me) de waterstof in een anorganisch zuur (HX) verdringt en een zout (MeX) en de moleculaire waterstof (H2) vormt:

Me + HX → MeX + H2

Hydratatie van cokeskool (bijproduct van minerale steenkool): in deze reactie interageert de koolstof (C) van de steenkool met de zuurstof in het water (H2O), waarbij koolmonoxide en waterstofgas worden gevormd:

C + H2O → CO + H2

Waterelektrolyse: wanneer water wordt onderworpen aan het elektrolyseproces, vormen zuurstof- en waterstofgassen:

H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)

Waterstof Utilities

Brandstof voor raketten of auto's;
Boogbranders (gebruiken elektrische energie) om metalen te snijden;
Lassen;
Organische syntheses, meer bepaald in hydrogeneringsreacties van koolwaterstoffen;
Organische reacties die vetten omzetten in plantaardige oliën;
Productie van waterstofhalogeniden of gehydrogeneerde zuren;
Productie van metaalhydriden, zoals natriumhydride (NaH).

Waterstofbom

De waterstofbom, H-bom of thermonucleaire bom is de atoombom met het grootste potentieel voor vernietiging. De werking ervan is het resultaat van een kernfusieproces, daarom kan het ook een fusiebom worden genoemd.

De explosie van een waterstofbom is het resultaat van het fusieproces, dat plaatsvindt onder zeer hoge temperaturen, ongeveer 10 miljoen graden Celsius. Het productieproces van deze pomp begint met de vereniging van waterstofisotopen, protium, deuterium en tritium genaamd. De combinatie van waterstofisotopen zorgt ervoor dat de kern van het atoom nog meer energie opwekt, dit komt doordat er kernen van helium worden gevormd waarvan de atomaire massa 4 keer groter is dan die van waterstof.

De kern die licht was, wordt dus zwaar. Daarom is het kernfusieproces duizenden keren gewelddadiger dan dat van kernsplijting. De kracht van een waterstofbom kan 10 miljoen ton dynamiet bereiken, waarbij radioactief materiaal en elektromagnetische straling vrijkomt op een niveau dat veel hoger is dan dat van atoombommen.

De eerste test van een waterstofbom, in 1952, bracht een hoeveelheid energie vrij die overeenkomt met ongeveer 10 miljoen ton TNT. Het is vermeldenswaard dat dit type reactie de energiebron is van sterren zoals de zon. Het is samengesteld uit 73% waterstof, 26% helium en 1% andere elementen. Dit wordt verklaard door het feit dat fusiereacties plaatsvinden in de kern, waarbij waterstofatomen samensmelten tot heliumatomen.

Waterstof feiten

Moleculair waterstof is lichter dan lucht en werd in starre luchtschepen gebruikt door de Duitse graaf Ferdinand von Zeppelin, vandaar de naam van de luchtschepen;
Moleculaire waterstof kan worden gesynthetiseerd door sommige bacteriën en algen;
Waterstof kan worden gebruikt om schone energiebrandstof te produceren;
Methaangas (CH4) wordt een steeds belangrijkere bron van waterstof.