كان “هنري كافنديش” هو الرائد في دراسة غاز الهيدروجين، حيث أكتشف خصائصه في عام 1766 ميلادي. وقد ذكر كافنديش أن “غاز الهيدروجين يعد من الغازات القابلة للاشتعال”، على عكس غاز ثاني أكسيد الكربون، الذي لا يمتلك هذه الخاصية.
يتميز غاز الهيدروجين بأنه عديم اللون والطعم والرائحة، ويتكون من إلكترون سالب وبروتون موجب.
تعريف غاز الهيدروجين
يعد غاز الهيدروجين من العناصر الأساسية المدرجة في الجدول الدوري، ورمزه هو H وعدده الذري 1. يمتاز بعدم وجود لون أو طعم أو رائحة، ويُعرف بسرعته في الاشتعال تحت الظروف المناسبة، حيث تظهر النار الناتجة عنه بلون أزرق باهت، بخلاف لون النار التقليدية الأحمر.
يعتبر غاز الهيدروجين من الغازات التي تكون أخف من الهواء، ومع ذلك يمكن أن يكون قاتلاً بسبب تأثيره على مستوى الأكسجين في الدم، مما يؤدي إلى الاختناق. ورغم ذلك، لا يُصنف كغاز سام. يعكس اسم “الهيدروجين” معناه كمؤسس للماء في الثقافة اليونانية، كما يُمثل حوالي 70% من كتلة الكون.
دراسة غاز الهيدروجين
رغم الأهمية الكبيرة لغاز الهيدروجين، إلا أن هناك معلومات قليلة معروفة عنه. ومن أبرز الموضوعات المتعلقة به نجد:
استخدامات غاز الهيدروجين
يستخدم غاز الهيدروجين في العديد من العمليات الصناعية الأساسية، مثل:
- يُستخدم أكثر من ثلثي إنتاج الهيدروجين عالميًا في صناعة الأمونيا.
- يُستخدم أيضًا في تصنيع الكحول الميثيلي والميثانول، حيث يتم مزجه مع أكسيد الكروم والزنك.
- يدخل الهيدروجين في عملية هدرجة الزيوت النباتية لصناعة السمن.
- كما يقوم بتحويل الأحماض الدهنية إلى كحول.
- يُستخدم أيضًا في تحويل البنزين والفينول إلى سيكلوهكسان، وهو مركب عضوي صيغته الكيميائية C6H12.
- بفضل اشتعاله، يُستخدم كوقود للصواريخ التي تعمل بالطاقة النووية.
- له استخدام في تصنيع المغنيسيوم.
- ساهم كذلك في تقليل درجات الحرارة داخل المحركات الكهربائية.
- تستخدمه المختبرات للحفاظ على درجات الحرارة منخفضة.
الخصائص الفيزيائية لغاز الهيدروجين
يتميز الهيدروجين بخصائص متنوعة، سواء كانت فيزيائية أو كيميائية، منها:
- عدده الذري هو 1.
- يُعتبر من الغازات القابلة للاشتعال بدرجة كبيرة.
- يمكن أن يشعل نفسه عند درجة حرارة تصل إلى 500 مئوية.
- لون اللهب الناتج عن احتراقه يكون بنفسجي.
- يعد من الغازات الأخف من الهواء؛ مما يجعله يطفو على الماء.
- الكتلة الذرية للهيدروجين تساوي 0.008.
- يُظهر تفاعلاً ملحوظًا مع العناصر المؤكسدة.
- يتكون من أيون سالب وآخر موجب.
- يعد من العناصر اللافلزية.
- يوجد في المجموعة الأولى من الجدول الدوري.
معلومات سريعة عن غاز الهيدروجين
هناك مجموعة من المعلومات التي تميز غاز الهيدروجين عن غيره من الغازات، ومنها:
- يعتبر أخف غاز على سطح الأرض، حيث يمتلك كثافة أقل من الهواء.
- يغطي غاز الهيدروجين مساحة واسعة على سطح الأرض أكثر من أي عنصر آخر.
- يمثل حوالي 70% إلى 75% من حجم الكون.
- كان هنري كافنديش هو أول من اكتشفه.
- لا يمتلك أي لون أو رائحة أو طعم، مما يجعله شبيهاً بالماء.
- تصل سرعة الصوت في ذرة الهيدروجين إلى حوالي 1250 متر في الثانية.
- يتواجد في الغلاف الجوي في صورة جزيئية.
- يتكون من بروتون وإلكترون.
- يشير الباحثون إلى أن وجود الهيدروجين يعزى إلى ثلاث نظريات مختلفة تشمل التريتيوم والديوتيريوم والبروتيوم.
استخدامات غاز الهيدروجين
تتعدد استخدامات غاز الهيدروجين، ومن أبرزها:
- يُستخدم كوقود للطائرات والمركبات المتنوعة.
- يعمل كبطارية لأجهزة الحاسوب والهواتف المحمولة.
- يساهم في توليد الطاقة الحرارية.
- يستخدم في عمليات اللحام كتلحيم الحديد.
- يستخدم في المحطات الكيميائية للكشف عن التسريبات.
- يُستخدم في صناعة الزجاج، وخاصة الزجاج المسطح.
- يدخل في ملء المناطيد، نظراً لانخفاض كثافته.
- يستخدم في حفظ الأغذية عند نقلها بفضل قدرته على تبريدها.
مخاطر غاز الهيدروجين
رغم فوائد غاز الهيدروجين، إلا أن له العديد من الأضرار والمخاطر، ومنها:
قابلية اشتعال غاز الهيدروجين
- يسبب الهيدروجين حرائق أكثر من الغاز والبنزين.
- الحرائق الناتجة عنه تعتبر أكثر خطورة مقارنة بالغازات الأخرى.
- تكون طاقة الاشتعال ضعيفة وغير مرئية، لكنها قد تؤدي إلى الكثير من الأضرار.
قابلية الانفجار
- يمكن أن ينفجر غاز الهيدروجين عند تفاعله مع غاز الأكسجين.
- إلا أن هيدروجين أقل عرضة للانفجار مقارنة بالبنزين عند ملامسة الأكسجين.
تعرض للحروق الشديدة
- يمكن أن يتسبب التعرض لسائل الهيدروجين بحروق شديدة.
- تصل درجة حرارة سائل الهيدروجين إلى سالب 252 درجة مئوية.
- يحرص الباحثون على تخزينه في أوعية قوية ومعزولة لتفادي التسريبات وحروق الجلد.
ما هي القنبلة الهيدروجينية؟
تعد القنبلة الهيدروجينية نوعًا من القنابل النووية المُصنعة من غاز الهيدروجين، وتتميز بقدرتها على إحداث انفجارات مدمرة. وتسبب القنبلة الهيدروجينية عدة أضرار، منها:
- العمى الدائم أو المؤقت.
- تدمير الأماكن التي تسقط عليها بشكل واسع.
- إزالة الأشجار من جذورها.
- تدمير المباني بسبب قوتها الشديدة وانفجارها.
- إطلاق الدخان الذي يسبب تلوث المياه وموت النباتات.
- تدمير الثروة السمكية والحيوانية، بما في ذلك الأسماك والحيوانات والنباتات والبشر.
- يمكن أن يستمر التلوث الناتج عن هذه القنبلة لأكثر من 50 عامًا.
- انتشار العديد من الأمراض والإشعاعات في منطقة الدمار.
ماذا يعني بيروكسيد الهيدروجين
يُعتبر بيروكسيد الهيدروجين مركبًا كيميائيًا يُستخدم في عمليات التبييض، بما في ذلك تبييض الملابس القطنية والصوفية والمنسوجات الأخرى. يتميز بعدم اللون والرصانة، ورمزه الكيميائي هو H2O2.
تستعمل بروكسيد الهيدروجين المستخرج من غاز الهيدروجين في العديد من التطبيقات، بما في ذلك القطاع الصحي وصناعة الأدوية ومنتجات التجميل، ويمتلك هذا المركب أيضاً العديد من الأسماء الشائعة، مثل “البيروكسيد”.
طرق إنتاج الهيدروجين من الماء
هناك عدة طرق لإنتاج الهيدروجين من الماء، ومنها:
التحليل الكهربائي
- تُعتبر واحدة من أكثر الطرق شيوعًا لإنتاج الهيدروجين.
- تتميز بتكلفتها الاقتصادية.
- يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق ربط قطعتين من الحديد أو الصلب مع قطبين كهربائيين، ثم غمرهما في الماء المالح.
- تؤدي هذه العملية إلى فصل جزيئات الهيدروجين والأكسجين.
طريقة الإزاحة
- تُستخدم هذه الطريقة أيضًا بشكل متكرر، وتعتبر مشابهة للتحليل الكهربائي.
- تتضمن عملية تفاعل معدن مع الماء مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين.
- يمكن استخدام معادن مثل الصوديوم أو المغنيسيوم لتحقيق ذلك.