غاز الهيدروجين

غاز الهيدروجين

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة على مستوى الكون، كما أنه العنصر الأكثر وفرة على الأرض، فهو أحد مكونات الماء والهيدروكاربونات، والمكون الأساسي لكافة الأشكال الحية على الأرض، كما أنه مكون أساسي لمعظم الحوامض، ويدخل في تركيب كل المركبات العضوية. 

ذرة الهيدروجين، أصغر وأبسط ذرة في الكون، تتكون من إلكترون واحد يدور حول نواة فيها بروتون واحد، ولذلك نجد أن عدده الذري يساوي 1، وعدده الكتلي يساوي 1 أيضاً. غير أن للهيدروجين نظيرين آخرين: الديوتريوم Deuterium ويحتوي في النواة على بروتون واحد ونيوترون واحد وعدده الكتلي يساوي 2، والتريتيوم Tritium الذي يحتوي في نواته على نيوترونين عدا البروتون، وعليه فإن عدده الكتلي يساوي 3. ويلعب هذان النظيران دوراً هاماً في قضايا الطاقة، ولكن أهميتهما فيما نحن فيه محدودة جداً، فلن نطيل الحديث عنهما.

ويكون غاز الهيدروجين في الظروف الطبيعية غازاً عديم اللون والطعم والرائحة، عديم السمية، شديد القابلية على الإشتعال. وقد تم تحضيره لأول مرة عام 1671 من قبل العالم الإيرلندي روبرت بويل Robert Boyle، وذلك من تفاعل الحوامض مع المعادن، غير أن العالم البريطاني هنري كافنديش Henry Cavendish كان أول من شخصه باعتباره عنصراً مستقلاً، وينتج الماء عند احتراقه، ولهذا فقد أطلق عليه العالم الفرنسي أنطوان لافوازييه Antoine Lavoisier إسم هيدروجين Hydrogen، والذي يعني "مولد الماء".

والهيدروجين عنصر شديد الفعالية، ومختزل قوي، ويوجد عادة بشكلين، الشكل الجزيئي H₂ ويسمى أحياناً هيدروجين ثنائي الذرة Diatomic Hydrogen، وذلك تمييزاً له عن الشكل الآخر H₁ والذي يسمى هيدروجين أحادي الذرة Monoatomic Hydrogen، وهي حالة نادرة جداً على الأرض، إلا أنها تظهر أحياناً أثناء التحليل الكهربائي للماء. وهذا النوع من الهيدروجين نشط جداً وشديد الفعالية، حتى أنه عند الخزن يتحول تدريجياً إلى الشكل الجزيئي الأقل نشاطاً. أما الطاقة الناتجة من حرقه مع الأوكسجين فتعادل أربعة أضعاف الطاقة الناتجة من حرق الهيدروجين الجزيئي.

يشتعل الهيدروجين الجزيئي مع الهواء بنسب اختلاط من 4-75%، أما نسب الخليط المتفجر مع الهواء فتقع بنسب 4-74%، وهذا الخليط يمكن أن ينقدح بواسطة الشرارة، أو الحرارة، أو ضوء الشمس. بالنسبة للحرارة، فإن درجة حرارة 500 درجة مئوية تسبب اشتعاله تلقائياً مع الهواء.

يشتعل الهيدروجين مع الأوكسجين النقي بضوء فوق بنفسجي غير مرئي، أما مع الهواء فيشتعل بضوء أزرق خافت جداً، ولذلك يمكن أن يكون اشتعاله في حالات التسرب غير مرئي، مما يجعله شديد الخطر.

يستعمل الهيدروجين صناعياً لإنتاج غاز الأمونيا، كما يستعمل في الصناعات النفطية، وكوسيلة تبريد في محطات الطاقة، وفي إنتاج بطاريات النيكل-هيدروجين الطويلة العمر، والمستعملة في المحطات الفضائية، كما تستعمل نظائره في إنتاج أسلحة الإندماج النووي.

ليس من السهل خزن الهيدروجين، والأفضل استعماله فور انتاجه، وذلك لأنه يسبب هشاشة المعادن بمرور الوقت، مما يؤدي إلى حدوث تشققات، ينتج عنها تسريب غاية في الخطورة، لأن اشتعاله، رغم درجة حرارته العالية، غير مرئي، وهكذا فليس من النادر أن يترافق خزن الهيدروجين مع وقوع انفجارات مدمرة. وبصورة عامة، يعتمد حدوث الإنفجار على الضغط ودرجة الحرارة ونسبة الخلط مع الهواء، كما يعتمد بقوة على الشكل الهندسي لوعاء الخزن.

هناك الكثير جداً من المعلومات عن غاز الهيدروجين، فقد قام العلماء بالكثير من البحث والتجريب منذ أواسط القرن السابع عشر، ولا يزال البحث مستمراً في هذا المجال. أعتقد أن المعلومات المذكورة أعلاه ستكون كافية في المجال الذي تستهدفه المدونة، أما إذا أراد قاريء متعجل أن يحصل على المزيد من المعلومات، من غير بذل الكثير من الجهد، فيمكنه مراجعة موسوعة ويكيبيديا، حيث سيجد هناك الكثير من التفاصيل.

وإلى لقاء قريب.