عنصر الهيدروجين وخصائصه

ما هو الهيدروجين

الهيدروجين: هو عنصر من العناصر الكميائيّة، ويُرمز له بالرمزH، وتبلغ قيمة عدده الذري1، ويقع فوق عناصر المجموعة الأولى في الجدول الدوري وفي الدورة الأولى، ويُعتبر هذا العنصر غازاً لا لون لهُ ولا رائحة إذا كانت درجات الحرارة والضغط ضمن الظروف القياسية، إضافةً لكونهِ يتبع في تصنيفه إلى الغازات غير السّامة إلَّا أنّها سريعة الاشتعال.

يحتوي الهيدروجين على مجموعة من النظائر أكثرها وفرةً وأهميةً هو البروتيوم؛ حيث يتكوّن هذا النظير من بروتون واحد فقط، ممّا يعني أنّه لا يحتوي على أيِّ نيوترونات في نواته، هذا وقد يُعتبر الهيدروجين بشكل عام من أكثر العناصر وفرةً وانتشاراً في الكون، حيث تكون أغلب كميّاته الموجودة على سطح الأرض على شكل جُزيئيّ؛ نظراً لقدرتهِ على تشكيل روابط تساهميَّة مع المركبات العضوية بشكل عام ومع الماء بشكلٍ خاص.

عُرف الهيدروجين منذ القدم، حيث كان يُعبّر عن الغاز المُنبعث نتيجة تفاعل الفلّزات مع العديد من الأحماض المُزوّدة بكميّات مُناسبة من الهواء القابل للاشتعال، ومع مرور الوقت مُنح هذا الغاز اسم الهيدروجين؛ حيث سُمّي الغاز بهذا الاسم؛ نظراً لأنّ بُنية الهيدروجين تتألَّف من بروتون وإلكترون واحد فقط.

تحتوي النجوم والمجرات والسُّحب إضافةً إلى الكواكب الغازيّة على كميّات كبيرة من الهيدروجين، إضافةً إلى توافرهِ على شكل سحب غازية توجد خارج الأنظمة النجميّة، حيث يوجد على شكل ذريّ غير مُتأيّن، كما أنّه قد يتواجد على شكل كاتيون ثلاثي الهيدروجين، ويظهر في الأوساط النجميّة؛ وذلك بسبب تأثُّره بالأشعة الكونيّة.

هذا وقد يحتوي كلّ مركب من الماء الموجود في الطبيعة على ذرتين من الهيدروجين الأمر الذي يجعل توافره ضروريّ لاستمرارالحياة على سطح الأرض، إضافةً إلى أنّ الماء يُعتبر أكسيداً للهيدروجين.

استخدامات الهيدروجين

• دخل في صناعة أنواع مُتعددة من الأسمدة والمُبيدات، كما أنّه دخل في عمليّة تصنيغ المغنيسيوم.

• تم استخدام هذا العنصر في العديد من المختبرات حتى يتم إنتاج درجات حرارة مُنخفضة.

• تم استخدامه بشكل كبير في عملية تكرير المعادن، إضافةً إلى استخدامه في اختزال الحديد الخام وتحويلهِ إلى معدن.

• دخل في صناعة وإنتاج عنصر الميثانول المُستخدم في صناعة العديد من المواد الاصطناعية كالبلاستيك.

• يتم استخدام هذا العنصر في الصورايخ باعتباره الوقود المُناسب لتشغيلها.

• من الممكن استخدام هذا العنصر في تخزين ونقل وتوصيل الطاقة التي يتم إنتجاها من مصادر مُتعدّدة.

• من العناصر القادرة على توليد تيار كهربائيٍّ؛ نظراً لتفاعل ذرَّاته مع ذرات الأكسجين.

• يمكن استخدامه في عملية اللَّحام باعتباره غازاً واقيّاً غير سامّ.

• يتم استخدام خلية الوقود الهيدروجيني في تشغيل العديد من الأجهزة الإلكترونية كالحواسيب والهواتف النقالة، كما يمكن استخدامها في بعض التطبيقات العسكريّة، إضافةً إلى قدرة هذه الخلايا على توفير الكهرباء في المباني والمناطق التي لا تتَّصل بشبكات الطاقة الكهربائي.

• يدخل غاز الهيدروجين بشكل رئيس في تصنيع الأمونيا.

• يتمّ استخدامه في هدرجة أنواع الزيوت والدُّهون المُختلفة.

• يدخل في عملية تحويل كلّ من الألديهات والأحماض الدهنية والإسترات وتحويلها إلى كحول.

خصائص الهيدروجين

• يتكوّن الهيدروجين من عنصر واحد؛ الأمر الذي يجعله أصغر عنصر موجود في الطبيعة.

• من أكثر الغازات وفرةً وانتشاراً على سطح الأرض، خاصةً انتشاره في كلّ من النجوم والكواكب العملاقة.

• يُعتبر الهيدروجين من أخفِّ العناصر وأقلها كثافةً؛ نظراً لكونه يتكوّن من بروتون وإلكترون واحد.

• يمتاز هذا العنصر بقدرته العالية على نقل الحرارة إضافةً لكونه من العناصر القابلة للتدفق بشكل كبير.

• له لزوجةً مُنخفضة نسبيّاً.

• قابل للانحلال في كل من العناصر الانتقالية والعناصر الأرضية إضافةً إلى انحلاله في الفلزات اللابلوريّة.

• لا يمكن أن يوجد في الطبيعة بشكلٍ حرٍّ؛ وذلك نظراً لكونه قادر على تكوين روابط تساهمية مع العناصر الأخرى.

• يمتاز الهيدروجين بقدرته على تكوين مجموعة من الخطوط الطيفيّة في مجاله المرئيّ، ومن هذه الخطوط سلسلة بالمر إضافةً إلى سلسة باشن، براكت، فوند حيث تقع هذه الخطوط ضمن مجال الأشعة تحت الحمراء.

• له مغناطيسية مُعاكسة وضعيفة جداً وتظهر عند وجود الهيدروجين في حقلٍ مغناطيسيّ.

• له القدرة على الارتباط مع العديد من العناصر دون النظر إلى استقراره.

• قد تكون شحنته سالبة أو موجبة؛ وذلك تبعاً لشحنة العنصر الذي سيرتبط معه.

• يُعتبر الهيدروجين من العناصر سريعة الاشتعال، خاصةً اشتعاله في الهواء.

• عند اشتعال هذا العنصر سيصدر عنه مجموعة شعلات نقيّة تتكون من الهيدروجين والأكسجين، ولكن لا يمكن رؤية هذه الشعلات بالعين المُجردة.

• يتفاعل عنصر الهيدروجين مع مجموعة من العناصر المؤكسدة التي لها القدرة الشديدة على التفاعل مع الكلور والفلور؛ ليتم في نهاية هذا التفاعل تكوين ما يُعرف بهاليدات الهيدروجين.

نظائر الهيدروجين

• نظير البروتيوم: يُرمز له بالرمز”H”، ويُعتبر هذا النظير من أكثر النظائر ثباتاً، إضافةً إلى كونه أخفها وزناً، وتتكون نواة هذا النظير من بروتون واحد، كما أنّه يتوفَّر بشكل كبير في الطبيعة.

• نظير الديوتيريوم: يُرمز لهذا النظير بالرمز”D”، وهو من النظائر غير المُشعّة، وليس لهُ أي خطر على صحة الإنسان، ويتم استخدام مركبات هذا النظير في العديد من تجارب الرنين المغناطيسيّ، هذا وقد يوجد الديوتيريوم بشكل قليل جداً في الماء، ومن الممكن أن يتم استخدامه كوقود في عملية الاندماج النووي.

• نظير التريتيوم: يُرمز له بالرمز”T”، ويُعتبر من النظائر المُشعَّة، ويضمحل هذا النظير عبر إشعاع بيتا ليتحول إلى نظير الهيليوم،و يتمّ العثور على التريتيوم في الطبيعة ولكن بنسب قليلة جداً؛ وذلك نظراً لتأثير الأشعة الكونية على الغازات الموجودة في الغلاف الجوي.