Hidrojen
 

Alm. Wasserstoff (m), Fr. Hydrogene (m), İng. Hydrogen. Sembolü H olan renksiz, kokusuz, tatsız ve tabîatta oldukca bol bulunan kimyâsal bir element.


Özellikleri: Peryodik cetvelde birinci elementtir. 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 hâlindeki yoğunluk ise 0,088 g/cm3tür. 1H, 2H, 3H şeklinde üç tâne izotopu vardır. En hafifi ve en çok bulunanı kütle numarası 1 olan (1H) izotopudur. Bu izotopa protiyum da denir. Bir proton ve bir elektrondan meydana gelmiştir.


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


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


Hidrojen, iki atomlu moleküler yapıya sâhiptir. Hidrojen molekülünden serbest hidrojen atomu elde etmek için çok büyük enerjiye ihtiyâç vardır. Serbest hidrojen atomları tekrar molekül vermek üzere birleşirken çok miktarda ısı ve enerji salar (103,4 kcal). Bir tâne olan elektronunu kaybetmiş hidrojen atomu 1+ yüklü olur ve buna proton denir. Proton dâimâ bileşik hâlindedir. 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 mesâfe 0,74 Å'dur. Hidrojenin indirgen özelliği vardır. Metal oksidleri metale kadar indirgeyebilir. Doymamış organik ve azot bileşikleri hidrojen ile doyurulabilir.


Bulunuşu: Hidrojen tabiatta çok yaygın olarak bulunur. Bileşikleri yönünden de en zengin elementtir. Dünyâyı 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 hâlde az olarak tabiî 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.


Elde edilişi: Hidrojen ticârî olarak en çok hidrokarbon yakıtlarından, çeşitli metodlar uygulanarak elde edilir. Metan, etan ve bâzı hafif hidrokarbonlar, 650 ilâ 1000°C arasında nikelin katalitik etkisi ve buhar ile muâmele 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)


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 mânâsı 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.


Bileşikleri: Hidrojenin bileşikleri diğer elementlerinkinden daha fazladır. Çünkü, asal (necip) gazlar hâric 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 ifâde edilir. ( PH cetveli)


Reaksiyona girme kâbiliyeti pek fazla olmamakla berâber ısı veya güneş ışığı gibi bâzı şartlar altında oksijen ve klorla patlama şeklinde reaksiyon verir. İçerisinde % 4 ile % 74 arasında hidrojenle ihtivâ eden hava yanıcı ve *********dır. 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 ânında tutuşur.


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


Kullanılışı: Hidrojen üretiminin üçte ikisi amonyak elde edilmesinde kullanılır. İkinci derecede önemli kullanma alanı petrol rafinasyonundaki katalitik parçalama işlemidir. Üçüncü derece kullanıldığı alan metanol îmâlatıdır. Bundan başka yağların hidrojene edilmesinde de kullanılır. Doymamış, yağların hidrojenlendirilmesi ile margarin elde edilir ( Hidrojenlendirme). Hidrojenlendirme işi aynı zamanda birçok organik bileşiklerin îmâlâtında 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

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


Özellikle suyun bileşimine giren gaz halindeki basit cisimdir. Hidrojen, Evren'de en bol bulunan elementtir. Güneş'in ve yıldızların maddesinin büyük bir bölümü hidrojenden oluşur. Dünyada hidrojeni serbest halde bulmak kolay değildir. Havada pek düşük miktarda hidrojen vardır, ancak volkanların fışkırttığı gazlarda veya doğal kaynaklardan fışkıran gazlarda geniş oranda hidrojen 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, hattâ 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 hidrojen 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 ********* 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.


Silâh sanayii 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 silâhlardan birinin, korkunç hidrojen bombasının da yapımına girer.