Hidrojen Özellikleri ve Kullanım Alanları

Atom numarası Z= 1, atom ağırlığı M= 1,00797 ve simgesi H olan element. Elementleri sınıflandırma çizelgesi­nin ilk elementi olan hidrojenin bili­nen üç izotopu vardır: H yada H simgeli hafif hidrojen ya da protvum, bütünün % 99,98’ini oluşturur; H ya da D simgeli ağır hidrojen ya da döteryum geri kalan bölümü oluştu­rur; ? H ya da T simgeli radyoaktif trityumsa, bütünün içinde yaklaşık % 10~7 oranındadır. Protyum atomunun çekirdeği bir protona indirgenmiştir; öbür iki izotopun çekirdeklerinden her biri, protonun yanında, bir ve iki nötron içerir; bir negaton (elektron), izotopların her bir atomunun yüksüzlüğünü sağlar. Özellikle tayf ölçümü aracılığıyla bu atomların kuramsal olarak incelenmesi, atom incelemesi için çok verimli olmuştur. Hidrojen, Evrende en bol bulunan elementtir. Yeryüzünde, en önemlisi su (H,0) olan, çok sayıda bileşime girer, yıldızlararası maddenin hemen hemen tümünü oluşturur. Hidrojenin radyogökbilimsel incelenmesi sayesinde Gök adamızın bileşimi de aydınlan­mıştır.

Basit hidrojen maddesinin molekül­leri, iki atomdan oluşurlar. Belirgin biçimde azalan bolluk sırasına göre en önemlileri H2 (molekül haldeki hidrojen), HD (karışık hidrojen) ve D2’dir (molekül haldeki döteryum). Bütün bu maddelerin kimyasal özel­likleri aynıdır ama, kütleleriyle bağıntılı fiziksel özelliklerinde farklı­lık gösterirler. Biz burada yalnızca molekül haldeki hidrojenden sözede­ceğiz.

j. Watt ile yaptığı ortak çalışmasında H.  Cavendish (1731-1810), “tutuşma­yan havanın” su oluşturduğunu gös­terdi. Ardından, A.-L. de Lavoisier ve H.  Davy. suyun bireşimlerini yeniden ele aldılar. Hidrojen (su üretici) teri­minin ortaya atılması da aynı döneme rastlar. Hidrojen, renksiz ve kokusuz bir gazdır. Yanardağlardan çıkan bazı gazlarda (1902’de ve Martinik’teki Pelee dağının püskür­mesi sırasında çıkan bazı gazlarda % 22,5 oranında bulunuyordu) ve at­mosferde (havanın bir milyon molünde 0,5 mol) serbest halde bulunur. Hidrojenin iki alotrop çeşidi vardır: Ortohidrojen (o-H,) ve parahidrojen (p-H2). W. Heisenberg, atom çekir­deklerinin magnetik momentlerinin, o-H2’de aynı yönde ve p-H,’de karşıt yönde olmasından dolayı molekülle­rin farklılık gösterdiğini açıkladı. Bu iki çeşit, her sıcaklıkta dengede bulu­nur. Normal sıcaklıkta, gaz % 75 orto­hidrojen ve % 25 parahidrojen (ortohidrojenin olası en yüksek yüzdesi) içerir. Sıcaklık azalması, 20 K’e (-253°C) doğru, arı olarak elde edile­bilen parahidrojen oluşumuna yar­dım eder. 2000°C’tan başlayarak, H2 2H (atom haldeki H) ayrışma dengesi ortaya çıkar; bu denge 5000°C’a doğru tümüyle sağa kayar. Söz konusu ayrışma, 431 kj gibi önemli bir enerji gerektirir. İ. Langmuir’in bulduğu atom haldeki hidro­jenli hamlaç, 4000°G’ı geçen sıcaklık­ların elde edilmesini sağlar.

Atom haldeki hidrojen çok etkindir. Uzun bir süre, kendisiyle tepkiyecek maddeler içinde hazırlanan hidroje­nin etkinliğinin de çok büyük olduğu kabul edilmiştir.

Hidrojen atomu bir elektron yitirdi­ğinde, H+ iyonunu oluşturur; bu iyon,  asit tanımının temelidir. Hidrojen, bir elektron kazanarak, hidrür iyo­nunu da (H ;çok güçlü baz) oluştura­bilir.

Hidrojenin Fiziksel Özellikleri

Normal koşullarda, hal değişimi sıcaklıkları şöyledir: Kaynama için —252,7°C; ergime için —259,2°C; kri­tik sıcaklık —240°C. Dolayısıyla, hel­yumdan sonra, sıvılaşması en güç (bu sıvılaşmayı, ilk kez, 1898’de j. Devvar gerçekleştirdi), yoğunluğu en düşük olan gazdır (0,09 kg/m3). Eskiden, patlama tehlikesine karşın balonla­rın şişirilmesinde kullanılmaktaydı; ama artık yerini helyuma bırakmış­tır. Hidrojen, kolaylıkla, delikli çeperlerden geçebilir, sıcaklık yük­sek olduğunda da, platin, palladyum, demir, vb. metallerden sızabilir. Söz konusu nitelik, hidrojenin bir gaz karışımı içindeki kısmi basıncının ölçülmesine ve bu karışımdan ayrıl­masına olanak verir. Çok iyi bir ısı iletkenidir. Sudaki çözünürlüğü son derece azdır.

Hidrojenin Hazırlanması

Hidrojenin kimya sanayisindeki temel işlevi, yüksek tonajlarda üreti­mini gerektirir. Ama sanayide, ço­ğunlukla, sentez gazı adı verilen hidrojenli karışımlar hazırlanır. Hid­rokarbonlardan ya da çoğunlukla, bir petrol ürününün parçalanmasıyla (kraking) oluşan karışımlardan başlayarak elde edilir. Bu yöntem, şu tep­kimelerle özetlenebilir: Doğal gazlar­daki metandan CH4 – C+2H2 ve CnH (2n + 2>+ n H20 * n CO + (2n + 1) H2– Su buharının karbonla indirgenme­sinden de yararlanılır: C+H20 # CO+H2; yüksek sıcaklıkta elde edilen karışım su gazıdır.

Hidrojenin Kimyasal Özellikleri

Hidrojen, doğrudan ya da dolaylı ola­rak aşağı yukarı bütün elementlerle hidrür olarak adlandırılan bileşikler verir.

TUZLU HİDRÜRLER. Alkali ve top­rak alkalilerle elde edilen billur yapı­sında tuzlardır; bu durumda yükselt- gen olan hidrojen, H” iyonu halinde bulunur.

METAL HİDRÜRLER. Geçiş metalle­riyle elde edilirler. Hidrojen, lantanit- ler için soğukta, palladyum, nikel, platin ve demir için kızıl derecede metal atomlarının arasına bağlanır. Bu metaller, hidrojenlemenin önemli katalizörleridir.

KOVALANS HİDRÜRLERl. Çeşitli elementlerle oluşurlar. Halojenlerle olan genel tepkime şöyledir: H2+X2 ^ 2HX. Flüor-hidrojenkarışımı, karan­lıkta, normal sıcaklıkta patlar. Hidro­jen, klor içinde yanar: Bu tepkime, hidrojen klorürün hazırlanmasında kullanılır. Oksijenle verdiği stökiyo- metriye yakın oranlardaki karışımı patlayıcıdır: H2+*/202 s H20: Elde edilen su, 500-600°C sıcaklığındaki buhar halindedir. Tepkimeyi, soğuk­ta, platin ya da palladyum katalizler; bu, 2800°C’a erişebilen okshidrik hamlaçın temelini oluşturur. Kükürt­le, selenyum ve tellürle, H2E (E,söz konusu elementtir) formüllü hidrür – ler elde edilir. Azotla, fosfor, arsenik, vb. elementlerle tepkime normal sıcaklıkta gelişir ve H3E hidrürünü verir; böylece yüksek basınç altında ve katalizörlü ortamda, hidrojen ve azot, amonyağı (H,N) oluştururlar.

KARBON HİDRÜRLER. Silisyum, germanyum, kalay ve kurşunun hidrürleri ancak dolaylı biçimde elde edilirler; bununla birlikte, karbonun ilk öğeleri düşük bir verimle elde edi­lebilir. Organik kimyayı ilgilendiren karbon bileşiklerine hidrokarbon adı verilir. Başka elementlerin ki, organik kimyaya benzer kimyalara yol açar: Silanlar, germanlar, kalay ve kurşun kimyası. Bor, alüminyum ve galyum ile, dolaylı etki yoluyla, günümüzde geniş olarak incelenen boranlar, bileşim molekülleri arasında hidrojen köprülü bağlar bulunan polimerler elde edilir.

Hidrojen, metal oksitleri indirger (alkali ve toprak alkalileri dışında alümin [A1,03]; uranyum oksitleri [U02]; krom oksitleri [Cr20;,]). Tung­sten ve molibden elde etmede kulla­nılan yöntem sanayide önem taşır. Aşağı yukarı bütün ametal oksitler indirgenirler (fosfor, silisyum ve borunkiler dışında); karbon dioksitin katalizörsüz indirgenmesi şu dengeye yol açar:

C02 + h2^CO + H20

İndirgenmiş nikelli ortamdaysa me­tan oluşur. Sanayide, karbon monoksitin (CO) indirgenmesi, indirgenmiş bakırlı ortamda ve 300°C’la, 200 atmosfer altında metanol (CH3OH) verir; indirgenmiş nikelle ve atmosfer basıncı altında 300°C’taysa, yapay bir petrole benzeyen bir alkan ve alken karışımı elde edilir.

Alışılmış yükseltgenlerle (nitrik asit; potasyum permanganat; vb.), gümüş klorür, niyobyum ve tantal klorür gibi tuzlar indirgenir.

Sanayide, her zaman katalizörlü ortamda, hidrokarbonlar, bazı kar­bürlerdeki doymamış bağlara hidro­jen katma yoluyla hazırlanır.

Hidrojenin Kullanım Alanları

Mineral kimyasında, hidrojen, amon­yak ve hidrojen klorürün bireşimini sağlar. Aynı biçimde, metalürjide, birtakım metallerin (sözgelimi, mo­libden) hazırlanması için indirgeyici bir atmosfer elde etmede kullanılır. Organik kimyada, çok sayıdaki hidrojenleme tepkimeleri gerçek bir önem taşır: Yakıtların sanayideki bireşimi; bitkisel yağlardaki çift bağ­ların doyurulmasıyla margarin üre­timi; vb. Ayrıca, okshidrik ve atom haldeki hidrojen hamlaçlarının kulla­nımından da söz etmek gerekir. Sıvı hidrojen, flüor, oksijen ya da oksijen flüorürle birleştirilerek bazı füze­lerde yakıt olarak kullanılır. Hidrojenin, termonükleer tepkime­deki kaynaşması, büyük miktarlârda enerji sağlar.

Hadi Paylaş!Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on RedditPin on Pinterest

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir