Hidrojen Nedir?

Hidrojen, Yunanca’daὑδρογόνο (İdrogono, su yapan); Latince’de Hydrogenium; Osmanlıca’da Müvellidülmâ (su yapan) olarak adlandırılmaktadır.

Hidrojen, kimyasal sembolü “H” olan, 1 atom sayılı ametaldir. Standart sıcaklık ve basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı ve H2 olarak bulunan bir diatomik gazdır. 1.00794 g/mol’lük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif elementtir.

Evrenin temel enerji kaynağı hidrojendir. Güneş ve yıldızların termonükleer tepkiye göstermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen elementidir. Normal şartlarda gaz halinde bulunur ve renksiz, kokusuz bir gazdır. Elementler içinde en hafifi olmasına rağmen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir.

Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. -252.77 °C’de sıvı hale getirilebilir. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700’ü kadardır. Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. 1 kg hidrojen 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir.

Hidrojenin Tarihçesi

Hidrojen 1500’lü yıllarda keşfedilmiş, 1700’lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14,4 kez daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır.

Hidrojen gazını yapay olarak ilk defa T. Von Hohenheim 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 asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir.

1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish’in hidrojenle tanışması cıva ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden biri olduğunu, cıvanın 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 Fiziksel Özellikleri Nelerdir?

Hidrojen, renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı bir diatomik gazdır. Periyodik tablodaki en hafif elementtir.

Hidrojen, helyum elementinden sonra sıvılaşması en güç gazdır. Ayrıca yoğunluğu 0,09 kg/m³’tür. Bu da onu yoğunluğu en düşük olan gaz yapar.

Tablo 1: Hidrojenin Fiziksel Özellikleri

Hidrojenin Kimyasal Özellikleri Nelerdir?

Hidrojen, 1A grubunda yer almasına karşın metal değildir, ametaldir. Hidrojen atomu artı elektrik yüklü bir proton içeren bir çekirdek ile bu çekirdeğin çevresinde dolanan eksi elektrik yüklü bir elektrondan oluşur. Hidrojen atomları çiftler halinde birleşerek hidrojen moleküllerini oluştururlar.

Tablo 2: Hidrojenin Atomik Özellikleri

Hidrojen, kimyasal açıdan periyodik tablodaki I. ve VII. grup elementlerine benzer. Metallerle oluşturduğu bileşiklerinde hidrojen atomu ikinci bir elektron alarak eksi yüklü hidrür iyonu oluşturur.

Ametallerle yaptığı bileşiklerinde ise elektronunu paylaşarak,

  • Metan
  • Amonyak
  • Su
  • Hidrojen klorür gibi

Kovalent bağıyla bağlanmış moleküller oluşturur. Bazı durumlarda kovalent bağı kolayca kırılır. Böylece ortaya artı yüklü hidrojen iyonu ve başlangıçtaki molekülün geri kalan bölümündeki eksi yüklü iyon ortaya çıkar.

Özellikle sulu çözeltilerdeki çoğu asidin özellikleri hidrojen iyonun varlığından kaynaklanır.

Hidrojen, flüor ile son derece düşük sıcaklıklarda bile şiddetle tepkimeye girerken, diğer elementlerin çoğuyla ısı yardımıyla ya da bir katalizör eşliğinde tepkimeye girer.

Hidrojenin bilinen üç izotopu vardır.

  • İlki H simgeli bildiğimiz hidrojendir. Diğer adı protyumdur. Bu %99,98’ini oluşturur.
  • D simgeli ağır hidroje ya da döteryum geri kalan bölümünü oluşturur. ilk olarak 1931 yılında gözlendi. Günümüzde suyun ayrımlı elektroliziyle elde edilir. Su ağır suya dönüşür ve 500 santigrat derecede magnezyum aracılığıyla indirgenir.
  • T simgeli radyoaktif trityum ise bütünün içinde çok az bir kesimi oluşturur. Eser miktarda bulunur. Yapay olarak da elde edilebilir. yarı ömrü 12,26 yıldır.

Hidrojenin oksijenle yanması sonucu yaklaşık 2600 santigrat derecelik bir sıcaklık meydana gelir. Hidrojen moleküllerinin bir elektrik arkı ya da akkor bir tungsten teli yardımıyla ayrıştırılması sonucunda oluşan hidrojen atomlarının yeniden birleşmesiyle de 3400 santigrat derecenin üzerinde sıcaklık elde edilir.

Hidrojenin en yaygın doğal izotopu, nötronsuz protiyumdur. Hidrojen pek çok elementle bileşik verebilir, suda ve pek çok organik molekülde bulunur. Suda çözünen moleküller arasındaki asit-baz tepkimlerinde önemli rol oynar. Schrödinger denkleminin analitik olarak çözülebildiği tek nötral molekül olduğu için, hidrojen atomunun enerji basamakları ve bağ özellikleri kuantum mekaniğinin gelişmesinde önemli rol oynamıştır.

Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olmaktadır. Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama %33 daha verimli bir yakıttır. Hidrojenden enerji elde edilmesi esnasında su buharı dışında çevreyi kirletici ve sera etkisini artırıcı hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi söz konusu değildir.

Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olmaktadır. Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama %33 daha verimli bir yakıttır. Hidrojenden enerji elde edilmesi esnasında su buharı dışında çevreyi kirletici ve sera etkisini artırıcı hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde üretimi söz konusu değildir.

Hidrojen Nasıl Keşfedilir?

Bolluk bakımından dünya yüzeyinde bulunan elementler arasında dokuzuncu sırada yer alır. Yer kütlesinin yaklaşık yüzde 0,9’u hidrojendir. Evrende ise en bol bulunan elementtir. Tüm madde kütlesinin yaklaşık yüzde 75’ini oluşturur.

Hidrojen,

  • Karbonla ve diğer elementlerle yaptığı bileşikler halinde bütün hayvansal ve bitkisel maddelerde,
  • Kömürde,
  • Petrolde bulunur,
  • Su kütlesinin yaklaşık yüzde 11’ini oluşturur.

Basit hidrojen maddesinin molekülleri, iki atomdan oluşurlar. Belirgin biçimde azalan bolluk sırasına göre sıralandığında en önemlileri;

  • H(molekül haldeki hidrojen)
  • HD (karışık hidrojen)
  • D(molekül haldeki döteryum)

Bütün bu maddelerin kimyasal özellikleri aynıdır. Fakat, kütleleriyle bağlantılı olarak fiziksel özellikleri farklıdır.

Hidrojen Nerelerde Kullanılır?

  • Elektrik enerjisi üretiminde,
  • Amonyak elde etmek,
  • Kömür benzin elde etmek,
  • Sıvı yağlardan katı yağ üretimi elde etmek,
  • Organizk bileşiklerin sentetik olarak elde elde etmek, gibi alanlarda kullanılır.

Hidrojen Bombası Nedir?

Hidrojen bombası, kontrolsüz termonükleer sağlayabilen oldukça yıkıcı bir yapısı bulunan diğer adıyla füzyon bombası da denilen bir silahtır.

Hidrojen atomlarının birleşerek helyum atom yapısına dönüştüğü temonükleer tepkime sonucunda ortaya çıkmaktadır. Temelde, izotopları olan döteryum ve trityum çekirdeklerinin kaynaşması ve bu olaydan sonra ortaya çıkan reaksiyonun tekrar etmesi sonucunda hidrojen bombası oluşmaktadır.