هیدروژن

هیدروژن، 1H
درخشش بنفش در حالت پلاسما
هیدروژن
ظاهرگاز بی رنگ و بی بو
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)(۱٫۰۰۷۸۴، ۱٫۰۰۸۱۱) conventional: ۱٫۰۰۸
هیدروژن در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
 –
↑
H
↓
لیتیم
– ← هیدروژن → هلیوم
عدد اتمی (Z)1
گروه1: H and alkali metals
دورهدوره 1
بلوکبلوک-s
دسته Reactive nonmetal
آرایش الکترونی1s1
1
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPگاز
نقطه ذوب13.99 K ​(−259.16 °C, ​−434.49 °F)
نقطه جوش20.271 K ​(−252.879 °C, ​−423.182 °F)
چگالی (در STP)0.08988 g/L
در حالت مایع (at m.p.)0.07 g/cm3 (solid: 0.0763 g/cm3)[۱]
در حالت مایع (در نقطه جوش)0.07099 g/cm3
نقطه سه‌گانه13.8033 K, ​7.041 kPa
نقطه بحرانی32.938 K, 1.2858 MPa
حرارت همجوشی(H2) 0.117 kJ/mol
آنتالپی تبخیر (H2) 0.904 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی(H2) 28.836 J/(mol·K)
فشار بخار
فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K
در دمای (K) 15 20
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش−1, +1 (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 2.20
انرژی یونش
شعاع کووالانسی pm 31±5
شعاع واندروالسی120 pm
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری هیدروژن
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری ​دستگاه بلوری شش‌گوشه
Hexagonal crystal structure for هیدروژن
سرعت صوت1310 m/s (gas, 27 °C)
رسانندگی گرمایی0.1805 W/(m·K)
رسانش مغناطیسیدیامغناطیس[۲]
پذیرفتاری مغناطیسی−3.98·10−6 cm3/mol (298 K)[۳]
شماره ثبت سی‌ای‌اس12385-13-6
1333-74-0 (H2)
تاریخچه
کشفهنری کاوندیش[۴][۵] (1766)
نامگذارآنتوان لاووازیه[۶] (1783)
ایزوتوپ‌های هیدروژن
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول
1H 99.98% ضریب ایزوتوپ پایدار با 0 نوترون
2H 0.02% پایدار با 1 نوترون
3H ایزوتوپ پرتوزای ناچیز 12.32 y واپاشی بتا 0.01861 3He
| منابع

هیدروژن (به انگلیسی: Hydrogen) با نماد شیمیایی H، یک عنصر شیمیایی در جدول تناوبی با عدد اتمی ۱ است.[۷] جرم اتمی این عنصر ۱٫۰۰۷۹۴ u است. هیدروژن سبک‌ترین عنصر در جهان بوده و در شرایط استاندارد هیدروژن گازی از مولکول‌های دو اتمی با فرمول H2 ساخته می‌شود. این عنصر بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه، غیر سمی و بسیار قابل احتراق هست.[۸] هیدروژن فراوان‌ترین مادهٔ شیمیایی در جهان بوده که تقریباً ۷۵٪ از جرم جهان را تشکیل می‌دهد و بر روی زمین به اشکال مولکولی مانند آب و ترکیبات آلی وجود دارد اما به سختی می‌توان تک اتم هیدروژن را بر روی زمین پیدا کرد.[۹] برخی جرم‌های آسمانی مانند کوتولهٔ سفید یا ستاره‌های نوترونی از حالت پلاسمای هیدروژن ساخته شده‌اند.

ایزوتوپی از هیدروژن که بیشتر دیده می‌شود، پروتیوم نام دارد (بیشتر از نماد آن ۱H یاد می‌شود تا نام آن) این ایزوتوپ، یک پروتون دارد و نوترون ندارد و در ترکیب‌های یونی می‌تواند بار منفی (آنیون هیدرید با نماد -H) به خود بگیرد. همچنین بار مثبت آن نیز به صورت +H یافت می‌شود که در این صورت تنها از یک پروتون ساده ساخته شده‌است. البته در حقیقت به‌دست آوردن کاتیون هیدروژن در ترکیب‌های پیچیده‌تری ممکن می‌شود.

عنصر هیدروژن با بیشتر عنصرها می‌تواند ترکیب شود و می‌توان آن را در آب، تمامی ترکیب‌های آلی و موجودات زنده پیدا کرد. این عنصر در واکنش‌های اسید و قلیایی در بسیاری واکنش‌ها با داد و ستد پروتون میان مادهٔ حل شدنی و حلال نقش مهمی از خود نشان می‌دهد. هیدروژن به عنوان ساده‌ترین عنصر شناخته شده در دانش نظری بسیار کمک‌کار بوده‌است، برای نمونه از آن در حل معادلهٔ شرودینگر یا در مطالعهٔ انرژی و پیوند و در نهایت پیشرفت دانش مکانیک کوانتوم نقش کلیدی داشته‌است.

گاز هیدروژن (با نماد H۲) نخستین بار در سدهٔ ۱۸ میلادی به صورت آزمایشگاهی از واکنش اسیدهای قوی با فلزهایی مانند روی به‌دست آمد (۱۷۶۶ تا ۱۷۸۱). هنری کاوندیش نخستین کسی بود که دریافت گاز هیدروژن برای خود، یک مادهٔ جداگانه‌است.[۱۰] و از سوختن آن آب پدید می‌آید. دلیل نام‌گذاری هیدروژن هم همین ویژگی آن است به معنی آب‌ساز در زبان یونانی. در شرایط استاندارد دما و فشار هیدروژن عنصری است بی‌رنگ، بی‌بو، بی‌مزه، نافلز، غیرسمّی یک ظرفیتی، گازی دو اتمی، بسیار آتش‌گیر و با فرمول شیمیایی H۲.

در صنعت برای تولید هیدروژن از گاز طبیعی بهره می‌برند و کمتر به الکترولیز آب روی می‌آورند.[۱۱] بیشتر هیدروژن تولیدی در نزدیکی محل تولید، در فرایند سوخت سنگواره‌ای (مانند کراکینگ) و تولید آمونیاک برای ساخت کود شیمیایی، مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. امروزه دانشمندان در تلاش‌اند تا جلبک‌های سبز را در تولید هیدروژن به‌کار ببندند.

تست طیف هیدروژن

در دانش فلزشناسی، تردی هیدروژنی بسیاری فلزها مورد بررسی است[۱۲] تا با کمک آن در طراحی لوله‌ها و مخزن‌ها دگرگونی‌هایی پدیدآورند.[۱۳]

ویژگی‌ها

سوختن

A black cup-like object hanging by its bottom with blue glow coming out of its opening.
موتور اصلی شاتل فضایی که در آن، هیدروژن و اکسیژن به‌طور کامل می‌سوزند و شعله نا مریی تولید می‌کنند چون نور مریی تولید نمی‌شود.

گاز هیدروژن (دی‌هیدروژن یا مولکول هیدروژن)[۱۴] بسیار آتش‌گیر است و می‌تواند در هوا و در بازهٔ گسترده‌ای از غلظت، میان ۴٪ تا ۷۵٪ حجمی، بسوزد.[۱۵] آنتالپی استاندارد سوختن برای هیدروژن ۲۸۶ کیلوژول بر مول است:[۱۶]

2 H۲(g) + O۲(g) → 2 H۲O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

اگر هیدروژن با هوا آمیخته شود و غلظت آن میان ۴ تا ۷۴ درصد باشد یا آمیزه‌ای از هیدروژن و کلر با درصد ۵ تا ۹۵ درصد می‌تواند ماده‌ای انفجاری را پدیدآورد. این آمیزه‌های گازی با یک جرقه، کمی گرما یا نور خورشید بی‌درنگ منفجر می‌شود. دمای خودآتشگیری هیدروژن، دمایی که هیدروژن در آن خود به خود در هوا آتش می‌گیرد، ۵۰۰ درجهٔ سانتیگراد یا ۹۳۲ فارنهایت است.[۱۷] از شعلهٔ سوختن هیدروژن-اکسیژن خالص پرتوهای فرابنفش تابیده می‌شود که برای چشم ناپیدایند. مانند شعله‌ای که در موتور اصلی شاتل فضایی در اثر سوختن هیدروژن-اکسیژن پدید می‌آید. برای ردیابی نشتی در هیدروژن در حال سوختن نیاز به ابزارهای ردیابی شعله داریم، چنین نشتی‌هایی می‌توانند بسیار خطرناک باشند. فاجعهٔ آتش‌گیری کشتی هوایی هیندنبرگ و سقوط آن یک نمونهٔ مصیبت‌بار از سوختن هیدروژن است دلیل این آتش‌سوزی مورد بررسی است اما شعله و آتشی که از بیرون دیده شد به دلیل سوختن دیگر مواد روی این کشتی هوایی بود.[۱۸] چون هیدروژن سبک است و در هوا شناور می‌شود شعلهٔ آتش هیدروژن خیلی زود بالا رفت و نسبت به سوخت‌های هیدروکربنی خرابی کمتری به بار آورد. دو-سوم سرنشینان این فضاپیما از آتش‌سوزی جان سالم به در بردند. بیشتر کشته‌ها به دلیل سقوط یا آتش‌گیری سوخت دیزل بود.[۱۹]

H۲ می‌تواند با هر عنصر اکسید شده‌ای وارد واکنش شود همچنین می‌تواند در دمای اتاق به صورت خود به خودی و البته خطرآفرین با کلر و فلوئور واکنش دهد و هالیدهای هیدروژن، هیدروژن کلرید و هیدروژن فلوئورید را پدیدآورد. این هالیدها خود اسیدهای خطرناکی‌اند.[۲۰]

تراز انرژی الکترونی

مقالهٔ اصلی: اتم هیدروژن
Drawing of a light-gray large sphere with a cut off quarter and a black small sphere and numbers 1.7x10−5 illustrating their relative diameters.
نگاره‌ای از اتم هیدروژن که در آن بزرگی پروتون مرکزی و قطر اتم، هر دو نشان داده شده‌است. قطر اتم تقریباً دو برابر شعاع به‌دست آمده توسط مدل بور است. (مقیاس این نگاره دقیق نیست)

تراز انرژی الکترون در اتم هیدروژن، در پایین‌ترین سطح خود یا حالت صفر، ۱۳٫۶- الکترون‌ولت است؛ که برابر است با یک فوتون فرابنفش با طول موجی نزدیک به ۹۲ نانومتر.[۲۱]

تراز انرژی هیدروژن را می‌توان با کمک مدل اتمی بور، با تقریب خوبی به‌دست‌آورد. در مدل بور فرض بر این است که الکترون‌ها در اتم، مانند زمین که به گِرد خورشید می‌گردد، به گِرد پروتون (هستهٔ اتم) می‌چرخند. البته نیروی الکترومغناطیسی میان الکترون‌ها و پروتون‌ها ربایش پدیدمی‌آورد مانند سیاره‌ها که به خاطر نیروی گرانش سوی ستاره‌ها رباییده می‌شوند. در دوران آغازین مکانیک کوانتوم چنین انگار شده بود که تکانهٔ زاویه‌ای کمیتی گسسته‌است در نتیجه الکترون در مدل بور اجازه داشت در فاصله‌های مشخصی از پروتون جای گیرد و در نتیجه انرژی آن هم با مقدارهای مشخصی برابر می‌شد.[۲۲]

برای دریافت توضیح دقیق تری دربارهٔ اتم هیدروژن باید به رفتار آن در مکانیک کوانتوم نگاه کرد. با توجه به معادلهٔ شرودینگر و فرمول انتگرالی فاینمن می‌توان رفتار احتمالاتی الکترون به گِرد پروتون را محاسبه کرد.[۲۳] برپایهٔ مکانیک کوانتوم، الکترون در یک اتم هیدروژن در حالت تراز صفر، هیچ‌گونه تکانهٔ زاویه‌ای ندارد، تفاوت میان همانندسازی گردش الکترون‌ها به منظومهٔ خورشیدی و آنچه در عمل رخ می‌دهد اینجا است.

ساختار مولکولی

Two bright circles on dark background, both contain numerous thin black lines inside.
نخستین نشانه‌های دیده شده در هیدروژن مایع در اتاقک حباب در بواترن

دو اسپین متفاوت برای همپارهای مولکول دو اتمی هیدروژن وجود دارد که در آن، تفاوت در اسپین هسته‌ها نسبت به یکدیگر است.[۲۴] در ساختار راست‌هیدروژن (اورتوهیدروژن) اسپین دو پروتون هم‌سو است و با عدد کوانتومی اسپین مولکول ۱ (½+½) یک حالت سه‌گانه می‌سازد. در پاراهیدروژن اسپین‌ها ناهم‌سو است در نتیجه با عدد کوانتومی اسپین ۰ (½–½) یک یگانه را می‌سازد. در دما و فشار استاندارد، ساختار ۲۵٪ از گاز هیدروژن به صورت پارا و ۷۵٪ آن به صورت راست یا اورتو است که به آن «ساختار معمولی» هم گفته می‌شود.[۲۵] نسبت تعادلی هیدروژن پارا به راست (اورتو) به دمای آن بستگی دارد اما چون ساختار راست یک حالت برانگیخته است و تراز انرژی بالاتری نسبت به پارا دارد، ناپایدار است و نمی‌توان آن را پالایید. در دمای بسیار پایین می‌توان گفت حالت تعادل تنها از پارا ساخته شده‌است. ویژگی‌های گرمایی پاراهیدروژن پالاییده در حالت‌های گازی و مایع، با ساختار معمولی بسیار متفاوت است و این از آنجا است که ظرفیت گرمایی گردشی آن‌ها متفاوت است.[۲۶] تفاوت‌های پارا و راست در مولکول‌های دیگری که هیدروژن دارند یا در گروه‌های عاملی نیز دیده می‌شود. برای نمونه آب و متیلن چنین اند اما این تفاوت در ویژگی‌های گرمایی آن‌ها بسیار ناچیز است.[۲۷] برای نمونه نقطهٔ ذوب و جوش پاراهیدروژن ۰٫۱ کلوین از هیدروژن راست (اورتو) پایین‌تر است.

با افزایش دما، تغییر ویژگی‌های هیدروژن از پارا به راست (اورتو) افزایش می‌یابد و پس از اندکی H۲ فشرده سرشار از ساختار پُرانرژی اورتو می‌شود، ساختاری که با کندی بسیار به ساختار پارا بازمی‌گردد.[۲۸] نسبت اورتو/پارا در هیدروژن فشرده، نکتهٔ کلیدی در آماده‌سازی و ذخیرهٔ هیدروژن مایع است که باید آن را در نظر داشت. فرایند دگرگونی هیدروژن از راست (اورتو) به پارا گرمازا است و آن‌قدر گرما تولید می‌کند که باعث بخار شدن بخشی از هیدروژن مایع شود. در این فرایند از آسان‌گرهایی مانند زغال فعال، اکسید آهن (III)، آزبست پلاتینی، برخی فلزهای کمیاب، ترکیب‌های اورانیوم، کروم(III) اکسید و برخی ترکیب‌های نیکل کمک گرفته می‌شود.[۲۹] این آسان‌گرها هنگام خنک‌سازی هیدروژن افزوده می‌شوند.[۳۰][۳۱]

حالت‌های گوناگون

هیدروژن در فاز فلزی یک ماده تباهیده است. در این فاز، هیدروژن به شکل یک رسانای الکتریکی رفتار می‌کند. این فاز به صورت نظری در سال ۱۹۳۵ پیش‌بینی شد،[۳۲] اما هنوز به روشنی دیده نشده‌است و همچنان این احتمال وجود دارد که فازهای جدیدی از هیدروژن جامد، در شرایط استاتیک، پیدا شود.[۳۳][۳۴]

ترکیب‌ها

نگاه کنید به: رده:ترکیب‌های هیدروژن

کووالانت و ترکیب‌های آلی

هیدروژن از سبک‌ترین گازها است و می‌تواند با بیشتر عنصرها وارد واکنش شود در حالی که در حالت مولکولی، H۲ در شرایط استاندارد چندان واکنش‌پذیر نیست. هیدروژن الکترونگاتیوی ۲٫۲ دارد و می‌تواند با عنصرهایی که الکترونگاتیوی بیشتری دارند مانند هالوژن‌ها (مانند فلوئور، کلسیم، برم و ید) یا اکسیژن وارد واکنش شود. در تمامی این واکنش‌ها هیدروژن بار مثبت به خود می‌گیرد.[۳۵] هیدروژن در ترکیب با فلوئور، اکسیژن یا نیتروژن پیوندی غیرکووالانسی با توانمندی میانگین به نام پیوند هیدروژنی برقرار می‌کند. این پیوند در پایداری بسیاری از مولکول‌های زیستی نقش اساسی دارد.[۳۶][۳۷] همچنین هیدروژن این توان را دارد که با عنصرهایی با الکترونگاتیوی کمتر مانند فلزها و شبه‌فلزها وارد واکنش شود. در این صورت هیدروژن بار منفی به خود می‌گیرد. این گونه ترکیب‌ها بیشتر با نام هیدرید شناخته می‌شوند.[۳۸]

هیدروژن می‌تواند رشته‌های ترکیب‌های گسترده‌ای را با کربن پدیدآورد. این ترکیب‌ها هیدروکربن نام دارند. بیش از این، رشته ترکیب‌های هیدروژن با ناجوراتم‌ها هم وجود دارد که از هیدروکربن‌ها هم گسترده‌تر است و به دلیل ارتباطی که میان آن‌ها و اندام‌های زنده وجود دارد به آن‌ها ترکیب‌های آلی گفته می‌شود.[۳۹] و دانش بررسی ویژگی‌های چنین ترکیب‌هایی شیمی آلی نام دارد.[۴۰] و چنان‌که این بررسی در زمینهٔ سازوکار جانداران باشد بیوشیمی خوانده می‌شود.[۴۱] البته تعریف دیگری هم وجود دارد: برخی بر این باورند که هر ترکیبی که کربن داشته باشد ترکیب آلی نام دارد، هرچند، بیشتر این ترکیب‌های کربنی دارای هیدروژن‌اند.[۳۹] امروزه میلیون‌ها هیدروکربن در جهان شناخته شده‌است که برای ساخت بسیاری از آن‌ها از فرایندهای پیچیده‌ای بهره برده شده‌است.[نیازمند منبع]

هیدریدها

بیشتر ترکیب‌های هیدروژن، هیدرید نام دارند. عبارت هیدرید نشان می‌دهد که در آن ترکیب اتم هیدروژن بار منفی یا آنیون به خود گرفته و به صورت -H نمایش داده می‌شود. این حالت زمانی پیش می‌آید که هیدروژن با عنصرهایی که دوست دارند الکترون از دست دهند، ترکیب شود. این مطلب نخستین بار توسط گیلبرت لوویس در سال ۱۹۱۶ برای هیدریدهای گروه یک و دو پیشنهاد شد؛ پس از آن مورئر، در سال ۱۹۲۰ با کمک الکترولیز لیتیم هیدرید مذاب، درستی این پدیده را نشان داد. همچنین مقدار هیدروژن در آنُد با کمک معادلات استوکیومتری قابل شمارش بود.[۴۲] برای هیدرید عنصرهایی غیر از فلزهای گروه یک و دو، با در نظر گرفتن الکترون‌دوستی پایین هیدروژن، وضعیت کمی متفاوت است. همچنین ترکیب BeH۲ در گروه دو، یک پلیمری و استثنا است. در لیتیم آلومینیوم هیدرید، آنیون AlH−
۴ مرکزهای هیدریدی را با خود می‌برد در حالی که به سختی با Al(III) در پیونداند.

هیدریدها تقریباً با همهٔ عنصرهای گروه اصلی ساخته می‌شوند ولی شمار و آمیزش آن‌ها متفاوت است. برای نمونه بیش از ۱۰۰ هیدرید بور دوتایی شناخته شده‌است درحالی که تنها یک هیدرید آلومینیم دوتایی داریم[۴۳] و هیدرید ایندیم دوتایی هنوز شناخته نشده‌است هرچند که ترکیب‌های پیچیده‌تر وجود دارند.[۴۴]

در شیمی معدنی، هیدریدها به عنوان یک پل لیگاندی یا لیگاند واسطه هم کاربرد دارند؛ به این ترتیب که میان دو مرکز فلزی در ترکیب‌های کمپلس ارتباط برقرار می‌کنند. این کاربرد هیبرید بیشتر در میان عنصرهای گروه ۱۳ به ویژه در هیدریدهای بور، کمپلکس‌های آلومینیم و کربوران‌های خوشه‌دار دیده می‌شود.[۴۵]

پروتون‌ها و اسیدها

آگاهی بیشتر در واکنش اسید و باز

هیدروژن با اکسید شدن الکترون خود را از دست می‌دهد در نتیجه H+ به‌دست می‌آید که تنها دارای یک هسته‌است که خود آن هسته تنها یک پروتون دارد. به همین دلیل H+ را پروتون نیز می‌نامند. این ویژگی در بحث واکنش‌های اسیدها در خور توجه‌است. برپایهٔ نظریهٔ اسید و باز برونستد-لاری اسیدها دهندهٔ پروتون و قلیاها گیرندهٔ پروتون‌اند.

پروتون یا H+ را نمی‌توان به صورت تکی در یک محلول یا بلور یونی پیدا کرد، این به دلیل ربایش بسیار بالای آن به الکترون اتم‌ها یا مولکول‌های دیگر است. مگر در دماهای بسیار بالای مرتبط با حالت پلاسما. چنین پروتون‌هایی را نمی‌توان از ابر الکترونی اتم یا مولکول جدا کرد بلکه چسبیده به آن‌ها باقی می‌ماند. البته گاهی از عبارت «پروتون» برای اشاره به هیدروژن با بار مثبت یا کاتیون که در پیوند با دیگر مواد است هم استفاده می‌شود.

ایزوتوپ‌ها

مقالهٔ اصلی: ایزوتوپ‌های هیدروژن

پروتیوم، معمولی‌ترین ایزوتوپ هیدروژن فاقد نوترون است گرچه دو ایزوتوپ دیگر به نام دوتریوم دارای یک نوترون و تریتیوم رادیو اکتیو دارای دو نوترون، وجود دارند. دو ایزوتوپ پایدار هیدروژن پروتیوم (H-1) و دیتریوم (D, H-۲) هستند. دیتریوم شامل ۰٫۰۱۸۴–۰٫۰۰۸۲٪ درصد کل هیدروژن است (آیوپاک)؛ نسبت‌های دیتریوم به پروتیوم با توجه به استاندارد مرجع آب VSMOW اعلام می‌گردد. تریتیوم (T یا H-3)، یک ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) دارای یک پرتون و دو نوترون است. هیدروژن تنها عنصری است که ایزوتوپ‌های آن اسمی مختلف دارند.[۴۶]

پیشینه

شناسایی هیدروژن و دستاوردهای پس از آن

در سال ۱۶۷۱، رابرت بویل دریافت و توضیح داد که از واکنش میان آهن و یک اسید رقیق باعث تولید گاز هیدروژن می‌شود.[۴۷][۴۸] پس از او در سال ۱۷۶۶ هنری کاوندیش نخستین کسی بود که گاز هیدروژن را به عنوان یک مادهٔ جداگانه شناخت. ماده‌ای که نتیجهٔ واکنش شیمیایی میان فلز و اسید بوده و البته آتش‌گیر نیز بوده‌است برای همین وی نام «هوای آتش‌گیر» را بر آن نهاد. او گمان برد «هوای آتش‌گیر» در حقیقت همان مادهٔ افسانه‌ای «آتش‌دوست» یا phlogiston است.[۴۹][۵۰] آزمایش‌های پس از آن در سال ۱۷۸۱ نشان داد که از سوختن این گاز، آب پدید می‌آید. کاوندیش به عنوان کسی که برای نخستین بار هیدروژن را به عنوان یک عنصر دانست، شناخته می‌شود.[۴][۵] در سال ۱۷۸۳ لاوازیه و لاپلاس هنگامی که یافته‌های کاوندیش را آزمودند و دیدند که از سوختن این گاز، آب پدید می‌آید به پیشنهاد لاوازیه نام هیدروژن را برای آن برگزیدند.[۵] هیدروژن به معنی سازندهٔ آب یا آبزا، از واژهٔ یونانی ὕδρω یا hydro به معنی «آب» و γενῆς یا genes به معنی «سازنده» ساخته شده‌است.[۶]

لاوازیه در آزمایش‌های سرشناس خود دربارهٔ بقای ماده، از واکنش میان بخار آب با فلز آهنی که در آتش به شدت داغ و دچار تابش شده بود، به تولید هیدروژن دست یافت. اکسید کردن آهن در یک فرایند بدون هوا با کمک پروتون‌های آب در دمای بسیار بالا از واکنش‌های زیر پیروی می‌کند:

Fe + H۲O → FeO + H۲
2 Fe + 3 H۲O → Fe۲O۳ + 3 H۲
3 Fe + 4 H۲O → Fe۳O۴ + 4 H۲

زیرکونیم و بسیاری دیگر از فلزها اگر همین فرایند را با آب داشته باشند باز به تولید هیدروژن می‌رسند.

نخستین بار در سال ۱۸۹۸ جیمز دیوئر توانست هیدروژن را در فرایند سرمایش بازیابی و با کمک چندی از ابتکارهای خودش مانند فلاسک خلاء مایع کند.[۵] او یک سال بعد توانست هیدروژن را جامد کند.[۵] در دسامبر ۱۹۳۱، هارولد یوری توانست دوتریوم و پس از او در ۱۹۳۴ ارنست رادرفورد، مارک اولیفانت و پاول هارتک توانستند تریتیوم را به‌دست آورند.[۴] در ادامه، آب سنگین که به جای هیدروژن معمولی از دوتریوم ساخته شده را گروه هارولد یوری در ۱۹۳۲ به‌دست آوردند.[۵] در سال ۱۸۰۶ فرانسوآ ایزاک دو ریواز نخستین ماشین درون‌سوز با سوخت آمیزه‌ای از هیدروژن و اکسیژن را ساخت و ادوارد دانیل کلارک لوله‌های دم دهندهٔ هیدروژن را در سال ۱۸۱۹ درست کرد. روشنایی کلسیم و لامپ دوبراینر هم نخستین بار در سال ۱۸۲۳ درست شدند.[۵]

نخستین نسل کشتی هوایی در آسمان

نخستین بادکنک هیدروژنی را ژاک شارل در ۱۷۸۳ پدیدآورد،[۵] اما آنری ژیفار نخستین کسی بود که توانست از این بادکنک‌های هیدروژنی یک وسیلهٔ جابجایی در آسمان بسازد و به اندازهٔ کافی در هوا بالا رود. او در سال ۱۸۵۲ به این کامیابی دست یافت.[۵] پس از آن فردیناند زپلین آلمانی پیشنهاد ساخت یک کشتی پرنده را داد و در سال ۱۹۰۰ نخستین زپلین در آسمان به پرواز درآمد.[۵] با آمدن این ابزار مسافرت‌های هوایی ممکن شد تا آنجا که از سال ۱۹۱۰ تا ۱۹۱۴ که جنگ جهانی اول آغاز شد، ۳۵٬۰۰۰ مسافر بدون هیچ حادثهٔ جدی در آسمان جابجا شدند. در طول جنگ هم این ابزار به عنوان دیده‌بان یا بمب افکن کاربرد داشت.

کشتی‌های هوایی بریتانیایی آر۳۴ که در سال ۱۹۱۹ ساخته شد می‌توانست عرض اقیانوس اطلس را بدون توقف طی کند. پس از آن در دههٔ ۱۹۲۰ پروازهای مرتب برای مسافران فراهم شد. با شناسایی گاز هلیم توسط آمریکایی‌ها امید آن بود که این مسافرت‌ها از امنیت بیشتری برخوردار شوند. اما دولت آمریکا نپذیرفت که هلیوم را برای این هدف بفروشد. برای همین به ناچار این کشتی‌های فضایی همچنان با هیدروژن کار می‌کردند. کشتی هوایی هیندنبورگ که در ۶ مه ۱۹۳۷ در آسمان نیوجرسی آتش گرفت هم با گاز H۲ پرواز می‌کرد.[۵] این رویداد به صورت زنده از رادیو پخش می‌شد و از آن فیلم گرفته می‌شد. گمان آن می‌رفت که آتش‌سوزی به دلیل نشت گاز هیدروژن رخ داده‌است اما چندی بعد بررسی‌ها نشان داد که از جرقهٔ میان تارهای آلومینیمی در اثر الکتریسیتهٔ ساکن آتش‌سوزی روی داده‌است اما هر چه بود این رویداد باعث از بین رفتن اعتماد عمومی نسبت به ابزارهای پروازی به کمک گاز هیدروژن شد.

در سال ۱۹۷۷ برای نخستین بار از پیل‌های نیکل‌هیدروژن در سامانهٔ ردیابی ماهواره‌ای نیروی دریایی بهره برده شد.[۵۱] برای نمونه در ایستگاه فضایی بین‌المللی،[۵۲] اودیسهٔ مریخ[۵۳] و نقشه‌بردار سراسر مریخ،[۵۴] پیل‌های نیکل‌هیدروژن به‌کار رفته‌است. تلسکوپ فضایی هابل هم در بخش‌هایی از گردشش که فضا تاریک است از نیرو پیل‌های نیکل‌هیدروژن بهره می‌برد. اما این پیل‌ها در مه سال ۲۰۰۹ جایگزین شدند.

نقش هیدروژن در گسترش نظریهٔ کوانتوم

طیف مرئی تابیده شده از هیدروژن، چهار خط مرئی سری بالمر.

ساختار اتمی نسبتاً سادهٔ هیدروژن یعنی اینکه تنها دارای یک پروتون و یک الکترون بود و افزون بر آن، طیف نوری که از هیدروژن تابیده می‌شد یا توسط هیدروژن دریافت می‌شد، همگی در گسترش نظریهٔ ساختار اتم بسیار کمک‌کار بودند.[۵۵] سادگی ساختار مولکول هیدروژن و کاتیون H۲+ کمک کرد تا شناخت بهتری از پیوندهای شیمیایی به‌دست آید. این دستاورد اندکی پس از بیان نظریهٔ رفتار مکانیک کوانتوم اتم هیدروژن در میانهٔ دههٔ ۱۹۲۰، به‌دست آمد.

یکی از اثرها و ویژگی‌های کوانتومی که به خوبی دیده شد (اما در آن هنگامه فهمیده نشد) مشاهدات ماکسول در زمینهٔ هیدروژن بود که نیم قرن پیش از رسیدن به نظریهٔ مکانیک کوانتوم روی داد. ماکسول مشاهده کرد که ظرفیت گرمایی H۲ در دماهای زیر دمای اتاق به سرعت از انرژی گرمایی گازهای دو اتمی دور و به تک اتمی‌ها نزدیک می‌شود. برپایهٔ نظریهٔ کوانتوم این رفتار به فاصلهٔ میان ترازهای انرژی دورانی بازمی‌گردد که به ویژه در H۲ به دلیل جرم کوچک آن، با هم فاصلهٔ زیادی دارند این ترازهای بافاصله، از پخش شدن یکنواخت انرژی گرمایی در حرکت دورانی هیدروژن در دمای پایین پیشگیری می‌کند. گازهای دو اتمی که از اتم‌های سنگین تری ساخته شده‌اند دارای چنین ترازهای با فاصلهٔ انرژی نیستند و نمی‌توانند چنین رفتاری را از خود نشان دهند.[۵۶]

پیدایش

ان‌جی‌سی ۶۰۴ یک ناحیهٔ گسترده از هیدروژن یونی شده از کهکشان سه تکه

هیدروژن فراوانترین عنصر در جهان است تا آنجا که ۷۵٪ جرم مواد طبیعی از این عنصر ساخته شده و بیش از ۹۰٪ اتم‌های سازندهٔ آن‌ها اتم هیدروژن است و البته گمان آن می‌رود که جرم‌های ناشناخته مانند مادهٔ تاریک و انرژی تاریک هم چنین ساختاری داشته باشند.[۵۷] هیدروژن و ایزوتوپ‌های آن به فراوانی در ستاره‌ها و سیاره‌های غول‌های گازی یافت می‌شوند. هیدروژن از راه واکنش‌های پروتون-پروتون و چرخهٔ سی‌ان‌او در همجوشی هسته‌ای نقشی کلیدی در زاییده شدن، درخشان شدن و پُرتوان شدن یک ستاره بازی می‌کند چون ابرهای مولکول هیدروژن رابطه‌ای مستقیم با زایش یک ستاره دارند.[۵۸]

در سراسر کیهان، هیدروژن بیشتر در حالت اتمی یا پلاسمایی دیده می‌شود. در حالت پلاسما ویژگی‌های ماده کاملاً متفاوت از ویژگی‌های آن در حالت مولکولی است چرا که در این وضعیت الکترون و پروتون دیگر در بند یکدیگر نیستند در نتیجه رسانش الکتریکی و تابش بسیار بالایی در ماده رخ می‌دهد (نوری که از خورشید و دیگر ستارگان تابیده می‌شود) و ذره‌های باردار به شدت زیر تأثیر میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی قرار دارند. برای نمونه بادهای خورشیدی که با مغناط‌کرهٔ زمین در اندرکنش قرار می‌گیرد و باعث به‌وجود آمدن شفق قطبی و جریان‌های بیرکلند در زمین می‌شوند، چنین‌اند.

برخلاف فراوانی زیاد هیدروژن در کیهان، غلظت این عنصر در هواکرهٔ زمین بسیار کم است (۱ ppm برحسب حجم) و این بیشتر به دلیل سبکی این گاز نسبت به دیگر گازها است که می‌تواند آسان‌تر از میدان گرانش زمین بگریزد هیدروژن گازی هم که در زمین یافت می‌شود بیشتر به صورت مولکول دو اتمی H۲ دیده می‌شود. با وجود تمام این توضیح‌ها، از دیدگاه فراوانی، هیدروژن سومین عنصر فراوان در سطح زمین است[۵۹] و این به دلیل حضور آن در بیشتر ترکیب‌های شیمیایی مانند هیدروکربن‌ها و آب است.[۴۵] آب در دسترس‌ترین سرچشمهٔ هیدروژن در زمین است که از دو بخش هیدروژن و یک بخش اکسیژن (H۲O) ساخته شده‌است.

همچنین هیدروژن در بیشتر گونه‌های مواد آلی که در اندام‌های زنده کاربرد دارند پیدا می‌شود، زغال، سوخت فسیلی و گاز طبیعی. متان (CH۴)، که یکی از محصولات فرعی فساد ترکیبات آلی است همگی دارای هیدروژن‌اند. گاز هیدروژن توسط باکتری‌ها و جلبک‌ها ساخته می‌شود و البته یکی از سازندگان طبیعی باد شکم است.[۶۰]

هیدروژن از راه‌های گوناگون به‌دست می‌آید، گذر بخار از روی کربن داغ، تجزیه هیدروکربن به‌وسیلهٔ حرارت، واکنش هیدروکسید سدیم یا پتاسیم بر آلومینیوم، الکترولیز آب یا از جابجایی آن در اسیدها توسط فلزات خاص.

تولید

در آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی و شیمی می‌توان گاز هیدروژن را تولید کرد. این گاز معمولاً محصول کناری دیگر واکنش‌ها است.

در آزمایشگاه

در آزمایشگاه با کمک دستگاه کیپ می‌توان از واکنش اسیدها با فلزهایی مانند روی، هیدروژن به‌دست‌آورد:

Zn + 2 H+
 → Zn
۲+ + H
۲

از واکنش آلومینیم با قلیاها هم می‌توان به نتیجه رسید:

۲ Al + 6 H
۲O + 2 OH−
 → ۲ Al(OH)−
۴ + ۳ H
۲

الکترولیز آب هم یک روش آسان برای تولید هیدروژن است. با گذر یک جریان کم ولتاژ از آب می‌توان گاز اکسیژن را در آنُد و گاز هیدروژن را در کاتُد جمع کرد. برای جمع‌آوری هیدروژن معمولاً کاتد از پلاتین یا یک فلز واسطهٔ دیگر برگزیده می‌شود. البته چون امکان آتش گرفتن وجود دارد و اکسیژن هم به این سوختن کمک می‌کند برای همین فلز کاتد و آند هر دو واسطه در نظر گرفته می‌شود (آهن اکسید می‌شود و مقدار اکسیژن به‌دست آمده را کاهش می‌دهد). بیشترین بازده نظری این واکنش یعنی نسبت جریان الکتریسیته به هیدروژن تولیدی میان ۸۰ تا ۹۴ درصد است.[۶۱]

۲ H
۲O(l) → ۲ H
۲(g) + O
۲(g)

شیمیدانان در سال ۲۰۰۷ دریافتند که اگر آلیاژی از گالیم و آلومینیم را به صورت گلوله‌ای درآورند و در آب بیندازند می‌تواند هیدروژن تولید کند. همچنین این فرایند آلومینا هم پدیدمی‌آورد. در این میان گالیم نمی‌گذارد که لایه‌ای از اکسیژن بر روی گلوله ساخته شود و البته گالیم پس از واکنش دوباره قابل استفاده‌است و این به دلیل گرانی این فلز نکتهٔ مهمی است. این روش از نظر کاهش هزینه هم درخور توجه‌است چرا که هیدروژن در همان‌جا تولید می‌شود و دیگر نیازی به جابجایی ندارد.[۶۲]

در صنعت

راه‌های گوناگونی برای تولید صنعتی هیدروژن پیدا شده‌است. اما بهترین آن‌ها از نظر اقتصادی، برداشتن هیدروژن از هیدروکربن‌ها است. در این روش بخار آب در دمای بالا با سوخت‌های سنگواره‌ای مانند متان موجود در گاز طبیعی[۶۳] واکنش می‌دهد و مخلوط مونوکسید کربن و H
۲ پدیدمی‌آورد که به آن گاز آب یا گاز سنتز می‌گویند. منظور از دمای بالا در این واکنش ۱۰۰۰ تا ۱۴۰۰ کلوین، ۷۰۰ تا ۱۱۰۰ سانتیگراد، ۱۳۰۰ تا ۲۰۰۰ فارنهایت است.

CH
۴ + H
۲O → CO + 3 H
۲

تمایل بر این است که این واکنش در فشار پایین انجام گیرد ولی چنین نمی‌شود و در فشارهای بالا (۲ مگاپاسکال، ۲۰ اتمسفر یا ۶۰۰ اینچ جیوه) رخ می‌دهد چون هیدروژن با فشار بالا کالای تجاری تری است و فرایند پالایش آن و جداسازی اش از دیگر گازها (PSA) در فشار بالا بهتر صورت می‌گیرد. مخلوط گاز سنتز جهت تولید متانول و ترکیب‌های مرتبط دیگر به‌کار می‌رود. جدای از متان، هیدروکربن‌های پیچیده‌تر هم می‌توانند در تولید گاز سنتز بکار روند تنها نسبت محصولات تولیدی متفاوت است. یکی از بزرگ‌ترین پیچیدگی‌ها در این فرایندهای بهینه‌سازی پدیداری کُک یا کربن است.

CH
۴ → C + 2 H۲

برای پالایش گاز هیدروژن از بخار آب زیادی که در آغاز واکنش افزودیم، از کربن منوکسید استفاده می‌شود و اکسید آهن در این میان نقش آسان‌گر را بازی می‌کند. این واکنش از واکنش‌های مهم صنعتی در تولید کربن دی‌اکسید است.[۶۳]

CO + H
۲O → CO
۲ + H
۲

یک روش صنعتی و مهم دیگر در تولید هیدروژن، اکسید کردن جزئی هیدروکربن‌ها است:[۶۴]

۲ CH
۴ + O
۲ → ۲ CO + 4 H
۲

و البته واکنش زغال‌سنگ که به عنوان پیش‌درآمدی بر واکنش بالایی است:[۶۳]

C + H
۲O → CO + H
۲

هیدروژن مورد نیاز در فرایند هابر برای تولید آمونیاک هم از گاز طبیعی به‌دست می‌آید.[۶۵] برقکافت آب‌نمک هم علاوه بر تولید سدیم هیدروکسید و آزادسازی کلر، هیدروژن نیز آزاد می‌کند.[۶۶]

به علت خورندگی و اشتعال‌پذیری گاز هیدروژن، جابه‌جایی آن با دشواری روبه‌روست. از این رو در بسیاری از این فرایندهای صنعتی، هیدروژن تولید شده در همان‌جا مصرف می‌شود بدون آن‌که پالایش یا جداسازی انجام گیرد.

چرخهٔ گرماشیمی

بیش از ۲۰۰ چرخهٔ گرماشیمی (ترموشی) برای شکستن مولکول آب به اتم‌های سازنده اش وجود دارد. دانشمندان بر روی نزدیک به دو جین از این چرخه‌ها مانند چرخهٔ اکسید آهن، چرخهٔ اکسید سریم (IV)-اکسید سریم (III)، چرخهٔ روی-اکسید روی، چرخهٔ گوگرد-ید، چرخهٔ مس-کلر، چرخهٔ هیبرید گوگرد پژوهش و آزمایش می‌کنند و در تلاش اند تا از آب و گرما، به هیدروژن و اکسیژن برسند بدون اینکه از جریان برق کمک بگیرند.[۶۷] شماری از آزمایشگاه‌ها (از جمله در فرانسه، آلمان، یونان، ژاپن و آمریکا) در حال گسترش روش‌های ترموشیمی (گرماشیمی) هستند تا بتوانند با کمک انرژی خورشیدی و آب، هیدروژن تولید کنند.[۶۸]

خوردگی بدون هوا

در شرایط بدون هوا، آهن و فولاد به آرامی با پروتون‌های آب، اکسید می‌شوند و مولکول هیدروژن (H۲) آزاد می‌شود. در این فرایند نخستین چیزی که ساخته می‌شود هیدروکسید آهن(II) (زنگارهای سبز) است و واکنش آن به صورت زیر است:

Fe + 2 H۲O → Fe(OH)۲ + H۲

در شرایط بی هوا، هیدروکسید آهن(II) آزاد شده می‌تواند با پروتون‌های آب اکسید شود و مگنتیت و هیدروژن را پدیدمی‌آورد. فرایندی که توضیح داده شد، واکنش شیکور نام دارد.

۳ Fe(OH)۲ → Fe۳O۴ + ۲ H۲O + H۲
هیدروژن + آب + مگنتیت → هیدروکسید آهن

بلور مگنتیت (Fe۳O۴)، اگر به خوبی ساخته شده باشد از دید ترمودینامیکی پایدارتر از هیدروکسید آهن (Fe(OH)۲) است.

آنچه گفته شد فرایند خوردگی بدون هوای آهن و فولاد است که در آب‌های زیرزمینی بدون اکسیژن یا در خاک‌های کاهندهٔ زیر سفره‌های آب روی می‌دهد.

درون زمین

در نبود اکسیژن هوا (O۲)، در شرایط ویژهٔ درون زمین و در فاصله‌ای بسیار دور از هواکره، در فرایندی به نام سرپانتینی کردن، گاز هیدروژن یا H۲ پدید می‌آید. در این فرایند: اکسید کردن بدون هوا، توسط پروتون‌های (H+) آب موجود در یون آهن Fe۲+ سیلیکات در شبکهٔ بلوری فایالیت (Fe۲SiO۴، الیوین سرشار از آهن) دیده می‌شود. در پایان، این واکنش به ساخت مگنتیت (Fe۳O۴)، کوارتز (SiO۲) و هیدروژن (H۲) می‌رسد:

۳ Fe۲SiO۴ + ۲ H۲O → ۲ Fe۳O۴ + ۳ SiO۲ + ۳ H۲
هیدروژن + کوارتز + مگنتیت → آب + فایالیت

این واکنش به واکنش شیکور که در خوردگی بدون هوا گفته شد، بسیار نزدیک است.

کاربردها

کاربرد در فرایندها

هیدروژن یا H۲ به فراوانی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی کاربرد دارد. بزرگ‌ترین کاربرد آن در فراوری سوخت‌های سنگواره‌ای و تولید آمونیاک است. مصرف‌کنندگان کلیدی H۲ در کارخانه‌های پتروشیمی عبارتند از هیدرودآلکیلاسیون، هیدرودسولفوریزاسیون و کراکینگ. البته هیدروژن چندین کاربرد مهم دیگر هم دارد. هیدروژن در هیدروژنه کردن به ویژه در افزایش سطح اشباع چربی‌های غیر اشباع و تولید روغن جامد، دانه‌های روغنی و تولید متانول کاربرد دارد. کاربرد دیگر آن به عنوان منبع هیدروژن در تولید هیدروکلریک اسید است. همچنین هیدروژن به عنوان عامل کاهنده در احیای سنگ معدن‌های فلزی کار می‌کند.[۶۹]

هیدروژن به خوبی در بسیاری از عنصرهای خاکی کمیاب و فلزهای واسطه[۷۰] حل می‌شود. همچنین در فلزهای آمورفی و بلورهای نانو حل شدنی است.[۷۱]

جدا از واکنش‌های شیمیایی که هیدروژن می‌تواند در آن‌ها شرکت کند، این ماده کاربرد فراوانی در مهندسی و فیزیک دارد. برای نمونه به عنوان گاز پوششی (محافظ) در روش‌های گوناگون جوشکاری مانند جوشکاری اتمی هیدروژن مورد نیاز است.[۷۲][۷۳] کاربرد دیگر هیدروژن در خنک کردن مولد الکتریکی نیروگاه‌های برق است. این کاربرد به این دلیل است که هیدروژن دارای بالاترین رسانش گرمایی در میان گازها است. در پژوهش‌های سرماشناسی مانند مطالعهٔ ابررسانایی هم بر روی هیدروژن مایع کار می‌شود.[۷۴] چگالی گاز هیدروژن نزدیک به ۱/۱۵ هوا است. به همین دلیل در گذشته به عنوان گاز بالابر در بالون‌ها و کشتی‌های هوایی کاربرد داشت.[۷۵]

به تازگی از هیدروژن خالص یا آمیخته‌ای از هیدروژن و نیتروژن برای شناسایی نشتی‌های ریز و سوراخ‌های بسیار کوچک در نیروگاه‌ها، صنعت‌های شیمیایی، هوافضا، خودروسازی و مخابرات بهره برده می‌شود.[۷۶] هیدروژن یک افزودنی مجاز به مواد خوراکی است (E 949) با کمک آن می‌توان بسته‌بندی مواد خوراکی را از نظر نشتی و سوراخ آزمود همچنین از اکسید شدن مواد خوراکی هم پیشگیری می‌کند.[۷۷] دمای هیدروژن در نقطهٔ سه‌گانه اش به عنوان یکی از نقطه‌های ثابت در ITS-90 (مقیاس بین‌المللی دما در ۱۹۹۰) نشانه‌گذاری شده که برابر با ۱۳٫۸۰۳۳ کلوین است.[۷۸]

ایزوتوپ‌های کمیاب هیدروژن هر یک کاربرد ویژه‌ای دارند.

حامل انرژی

همچنین ببینید: اقتصاد هیدروژن

هیدروژن به خودی خود یک منبع انرژی نیست.[۸۲] مگر آنکه با کمک واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در دوتریوم یا تریتیوم برای نیروگاه‌ها انرژی تولید کند؛ که البته این فناوری بسیار پیشرفته‌است.[۸۳] انرژی خورشید هم از همجوشی هسته‌ای هیدروژن گرفته شده‌است اما بر روی زمین به سختی می‌توان به صورت کنترل شده به این فرایند دست یافت.[۸۴] هیدروژن به‌دست آمده از خورشید، فرایندهای زیستی یا الکتریکی انرژی مورد نیاز برای تولیدش بیشتر از انرژی به‌دست آمده از سوختنش است به همین دلیل در این موقعیت‌ها با هیدروژن به عنوان یک حامل انرژی برخورد می‌شود مانند یک باتری. هیدروژن را می‌توان از سوخت‌های سنگواره‌ای (مانند متان) به‌دست‌آورد اما این گونه منبع‌ها همیشگی و پایدار نیستند.[۸۲]

چگالی انرژی در یکای حجم هم برای هیدروژن مایع و هم برای گاز فشردهٔ هیدروژن در هر فشاری که بتوان با آن کار کرد آشکارا از چگالی انرژی سوخت‌های سنگواره‌ای سنتی پایین‌تر است همچنین چگالی انرژی در یکای جرم هم برای سوخت‌های سنگواره‌ای بالاتر است.[۸۲] اما همچنان پژوهش‌ها بر سر این است که در آینده به گستردگی از هیدروژن عنوان یک حامل انرژی بهره برده شود.[۸۵] برای نمونه می‌توان فرایند جداسازی کربن از هواکره و ذخیره‌سازی آن را برای هیدروژن هم همانند کرد و از سوخت‌های سنگواره‌ای هیدروژن به‌دست‌آورد.[۸۶] اگر بتوان از هیدروژن به عنوان سوخت در ترابری بهره برد، این سوخت به نسبت دیگر سوخت‌ها، پاک می‌سوزد، اندکی NOx تولید می‌کند[۸۶] اما به هر حال بدون پدیدآوردن کربن می‌سوزد.[۸۶] نباید فراموش کرد که هزینه‌های مربوط به دگرگونی کامل سامانه، به اقتصاد هیدروژنی درخور نگرش است.[۸۷]

خنک‌کننده

مقالهٔ اصلی: مولد توربینی با خنک‌کننده هیدروژنی

از هیدروژن در نیروگاه‌های برق به عنوان خنک‌کنندهٔ ژنراتورها بهره برده می‌شود. این به دلیل ظرفیت گرمایی بسیار بالای این گاز است که از همهٔ گازها بالاتر است.

در نیمه‌رساناها

هیدروژن برای اشباع پیوندهای شکستهٔ سیلیسیم آمورف و کربن آمورف کاربرد دارد و کمک می‌کند تا ویژگی‌های ماده پایدار شود.[۸۸] همچنین در بسیاری از اکسیدهای مواد به عنوان دهندهٔ الکترون کار می‌کند. چند مورد از این اکسیدها عبارتند از:[۸۹][۹۰][۹۱][۹۲]

ZnO, SnO۲, CdO, MgO, ZrO۲, HfO۲, La۲O۳, Y۲O۳, TiO۲, SrTiO۳، LaAlO۳، SiO۲, Al۲O۳، ZrSiO۴، HfSiO۴ و SrZrO۳.

دیگر کاربردها

به مقدار بسیار زیادی هیدروژن در فرایند هابر (Haber Process) نقش دارد. دیگر کاربردهای هیدروژن عبارت‌اند از:

  • آلکیل زدایی آبی (هیدرو دِ آلکیلاسیون hydrodealkylation)، گوگردزدایی آبی (هیدرو دِ سولفوریزاسیون، hydrodesulfurization) و هیدروکرکینک (hydrocracking)
  • در سوخت‌های موشک

هیدروژن می‌تواند در موتورهای درون‌سوز سوخته شود یا در پیل‌های هیدروژنی، انرژی الکتریکی تولید کند. تاکنون چند خودروی آزمایشی توسط چند شرکت خودروسازی از جمله BMW (موتور گرمایی) و بنز، تویوتا، اپل و … (پیل هیدروژنی) تولید شده‌است. پیل‌های سوختی هیدروژنی، به‌عنوان راه کاری برای تولید توان بالقوهٔ ارزان و بدون آلودگی، مورد توجه قرار گرفته‌است.[۹۳][۹۴]

واکنش‌های زیستی

H۲ محصول برخی از واکنش‌های بدون هوا است که توسط چندین گونه میکروب درست می‌شود. این واکنش‌ها معمولاً با کمک آهن یا نیکل موجود در آنزیم‌هایی به نام هیدروژناس آسان می‌شوند. این آنزیم‌ها به عنوان آسانگر در واکنش‌های برگشت‌پذیر اکسایش و کاهش میان H۲ و اجزایش، دو پروتون و دو الکترون، کار می‌کنند. گاز هیدروژن هنگام انتقال تعادل‌های کاهشی به‌وجود آمده در اثر تخمیر اسید پیرویک با آب، پدید می‌آید.[۹۵]

همه روزه شکستن مولکول آب به اجزای سازنده‌اش، پروتون‌ها، الکترون‌ها و اکسیژن در واکنش فتوسنتز در جانداران روی می‌دهد. برخی از اندام‌ها مانند سیانوباکتر و جلبک کلامیدوموناس رینهارتی یک گام دوم را هم وارد واکنش می‌کنند که مربوط به واکنش‌های در تاریکی است و در آن پروتون‌ها و الکترون‌ها کاهیده می‌شوند و با کمک آنزیم‌های ویژه‌ای که در کلروپلاست[۹۶] وجود دارد گاز H۲ را درست می‌کنند. تلاش شده تا آنزیم‌های سیانوباکتری را به صورت ژنی تصحیح کنند و با کمک آن‌ها حتی در حضور اکسیژن هم گاز هیدروژن تولید کنند.[۹۷] همچنین تلاش شده تا ژن‌های جلبک یک واکنش دهندهٔ زیستی را هم اصلاح کنند.[۹۸]

هشدارها

هیدروژن
خطرات
GHS pictograms The flame pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)
سیستم هماهنگ جهانی طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری مواد شیمیایی Danger
GHS hazard statements H220
GHS precautionary statements P202, P210, P271, P403, P377, P381[۹۹]
لوزی آتش
NFPA 704 four-colored diamondSpecial hazards (white): no code
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
Infobox references

هنگام کار با هیدروژن باید بسیار هشیار بود. این به دلیل توان آتش‌گیری و انفجار آن است به ویژه هنگامی که با هوا آمیخته می‌شود و هنگامی که خالص یا بدون اکسیژن باشد هم فرد را دچار خفگی می‌کند.[۱۰۰] هیدروژن مایع توان سردکنندگی بسیار بالایی دارد و مانند دیگر مایعات بسیار سرد، می‌تواند آسیب‌هایی همچون یخ‌زدگی را به بار آورد.[۱۰۱] هیدروژن در بسیاری از فلزها حل می‌شود گاهی این توانایی دلخواه ما نیست مانند امکان نشت به بیرون و پدیدهٔ تردی هیدروژنی[۱۰۲] که در صورت ادامه باعث ترک خوردگی یا انفجار می‌شود.[۱۰۳] نشت هیدروژن در هوای آزاد باعث شعله‌ور شدن آن می‌شود افزون بر این سوختن هیدروژن هنگامی که بسیار داغ باشد، تقریباً پدیده‌ای ناپیدا (نامرئی) است و می‌تواند باعث رویدادهای ناگواری شود.[۱۰۴]

داده‌های مربوط به هیدروژن از جمله داده‌های مربوط به امنیت آن به دسته‌ای از پدیده‌ها بستگی دارد. بسیاری از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی هیدروژن به نسبت اورتوهیدروژن و پاراهیدروژن گاز وابسته‌است که معمولاً روزها و گاهی هفته‌ها طول می‌کشد تا در یک دمای مشخص به تعادل برسد و چون داده‌های امنیت مربوط به حالت تعادل است کمی کار دشوار می‌شود همچنین پارامترهای انفجار، مانند فشار و دمای بحرانی به شدت به هندسهٔ ظرف دربردارنده هم بستگی دارد.[۱۰۰]

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. p. 240. ISBN 978-0-12-352651-9.
  2. ↑ Lide, D. R., ed. (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 978-0-8493-0486-6.
  3. ↑ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4.
  4. ↑ ۴٫۰ ۴٫۱ ۴٫۲ "Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. 2005. pp. 797–799. ISBN 978-0-471-61525-5. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Nostrand» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  5. ↑ ۵٫۰۰ ۵٫۰۱ ۵٫۰۲ ۵٫۰۳ ۵٫۰۴ ۵٫۰۵ ۵٫۰۶ ۵٫۰۷ ۵٫۰۸ ۵٫۰۹ ۵٫۱۰ ۵٫۱۱ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183–191. ISBN 978-0-19-850341-5. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «nbb» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  6. ↑ ۶٫۰ ۶٫۱ Stwertka, Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16–21. ISBN 978-0-19-508083-4. خطای یادکرد: برچسب <ref> نامعتبر؛ نام «Stwertka» چندین بار با محتوای متفاوت تعریف شده‌است. (صفحهٔ راهنما را مطالعه کنید.).
  7. ↑ «Senmerv - هیدروژن». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۵ مه ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۳ آوریل ۲۰۱۱.
  8. ↑ "Hydrogen". Encyclopædia Britannica (به انگلیسی). Archived from the original on 24 December 2021. Retrieved 2021-12-25.
  9. ↑ Palmer, D. (13 September 1997). "Hydrogen in the Universe" (به انگلیسی). NASA. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  10. ↑ Presenter: Professor Jim Al-Khalili (۲۰۱۰-۰۱-۲۱). "Discovering the Elements". Chemistry: A Volatile History. ۲۵:۴۰ minutes in. BBC. BBC Four. Archived from the original on 24 دسامبر 2012. https://www.webcitation.org/6D9jfzNVA?url=http://www.bbc.co.uk/programmes/b00q2mk5.
  11. ↑ "Hydrogen Basics — Production" (به انگلیسی). Florida Solar Energy Center. 2007. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  12. ↑ Rogers، H.C. (۱۹۹۹). «Hydrogen Embrittlement of Metals». Science. ۱۵۹ (۳۸۱۹): ۱۰۵۷–۱۰۶۴. doi:10.1126/science.159.3819.1057. PMID 17775040. بیبکد:1968Sci...159.1057R.
  13. ↑ Christensen, C.H.; Nørskov, J. K.; Johannessen, T. (9 July 2005). "Making society independent of fossil fuels — Danish researchers reveal new technology". Technical University of Denmark. Archived from the original on 24 October 2017. Retrieved 19 May 2015.
  14. ↑ "Dihydrogen". O=CHem Directory (به انگلیسی). University of Southern Maine. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2009-04-06.
  15. ↑ Carcassi، M.N.؛ Fineschi، F. (۲۰۰۵). «Deflagrations of H۲–air and CH۴–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment». Energy. ۳۰ (۸): ۱۴۳۹–۱۴۵۱. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.
  16. ↑ Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, US National Research Council, US National Academy of Engineering (2004). The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs (به انگلیسی). National Academies Press. p. ۲۴۰. Archived from the original on 25 December 2012.{cite book}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  17. ↑ Patnaik, P (2007). A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances (به انگلیسی). Wiley-Interscience. p. ۴۰۲. Archived from the original on 25 December 2012.
  18. ↑ Dziadecki, J. (2005). "Hindenburg Hydrogen Fire" (به انگلیسی). Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2007-01-16.
  19. ↑ Kelly, M. "The Hindenburg Disaster" (به انگلیسی). About.com:American history. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2009-08-08.
  20. ↑ Clayton، D.D. (۲۰۰۳). Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium. Cambridge University Press. شابک ۰-۵۲۱-۸۲۳۸۱-۱.
  21. ↑ Millar, Tom (December 10, 2003). "Lecture 7, Emission Lines — Examples". PH-3009 (P507/P706/M324) Interstellar Physics (به انگلیسی). University of Manchester. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  22. ↑ Stern, David P. (۲۰۰۵-۰۵-۱۶). "The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom" (به انگلیسی). NASA Goddard Space Flight Center (mirror). Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2007-12-20.
  23. ↑ Stern, David P. (۲۰۰۵-۰۲-۱۳). "Wave Mechanics" (به انگلیسی). NASA Goddard Space Flight Center. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-04-16.
  24. ↑ Staff (2003). "Hydrogen (H۲) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen" (به انگلیسی). Universal Industrial Gases, Inc. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  25. ↑ Tikhonov, Vladimir I. Volkov, Alexander A. (2002). "Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science (به انگلیسی). ۲۹۶ (۵۵۷۷): ۲۳۶۳. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.
  26. ↑ Hritz, James (2006). "CH. 6 – Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001 (به انگلیسی). NASA. Archived from the original (PDF) on 24 October 2017. Retrieved 2008-02-05.
  27. ↑ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (Summer 2006). "Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group--possible implications for protein structure". Chirality. 18 (9): 754–756. doi:10.1002/chir.20319. ISSN 0899-0042. PMID 16856167.
  28. ↑ Milenko, Yu. Ya.; Sibileva, R. M.; Strzhemechny, M. A. (1997-04-01). "Natural ortho-para conversion rate in liquid and gaseous hydrogen". Journal of Low Temperature Physics (به انگلیسی). 107 (1): 77–92. doi:10.1007/BF02396837. ISSN 1573-7357.
  29. ↑ Amos, Wade A. (1 November 1998). "Costs of Storing and Transporting Hydrogen" (PDF). National Renewable Energy Laboratory. pp. 6–9. Archived from the original (PDF) on 24 October 2017. Retrieved 19 May 2015.
  30. ↑ Svadlenak، R. Eldo؛ Allen B، Scott (۱۹۵۷). «The Conversion of Ortho- to Parahydrogen on Iron Oxide-Zinc Oxide Catalysts». Journal of the American Chemical Society. ۷۹ (۲۰): ۵۳۸۵–۵۳۸۸. doi:10.1021/ja01577a013.
  31. ↑ Svadlenak, R. Eldo; Scott, Allen B. (Fall 1957). "The Conversion of Ortho- to Parahydrogen on Iron Oxide-Zinc Oxide Catalysts 1". Journal of the American Chemical Society (به انگلیسی). 79 (20): 5385–5388. doi:10.1021/ja01577a013. ISSN 0002-7863.
  32. ↑ Wigner, E.; Huntington, H.B. (1935). "On the possibility of a metallic modification of hydrogen". Journal of Chemical Physics. 3 (12): 764. Bibcode:1935JChPh...3..764W. doi:10.1063/1.1749590.
  33. ↑ Eremets, M.I.; Troyan, I.A. (2011). "Conductive dense hydrogen". Nature Materials. Bibcode:2011NatMa..10..927E. doi:10.1038/nmat3175.
  34. ↑ Dalladay-Simpson, Philip; Howie, Ross; Gregoryanz, Eugene (2016). "Evidence for a new phase of dense hydrogen above 325 gigapascals". Nature. 529: 63–67. Bibcode:2016Natur.529...63D. doi:10.1038/nature16164. Archived from the original on 24 October 2017. Retrieved 20 June 2016.
  35. ↑ Clark, Jim (2002). "The Acidity of the Hydrogen Halides". Chemguide (به انگلیسی). Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-09.
  36. ↑ Kimball, John W. (۲۰۰۳-۰۸-۰۷). "Hydrogen". Kimball's Biology Pages (به انگلیسی). Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-04.
  37. ↑ Chemistry (IUPAC)، The International Union of Pure and Applied. «IUPAC - hydrogen bond (H02899)». goldbook.iupac.org. دریافت‌شده در ۲۰۲۳-۰۸-۳۰.
  38. ↑ Sandrock, Gary (2002-05-02). "Metal-Hydrogen Systems" (به انگلیسی). Sandia National Laboratories. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-23.
  39. ↑ ۳۹٫۰ ۳۹٫۱ "Structure and Nomenclature of Hydrocarbons" (به انگلیسی). Purdue University. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-23.
  40. ↑ "Organic Chemistry". Dictionary.com (به انگلیسی). Lexico Publishing Group. 2008. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-23.
  41. ↑ "Biochemistry". Dictionary.com (به انگلیسی). Lexico Publishing Group. 2008. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-23.
  42. ↑ Moers, Kurt (1920). "Investigations on the Salt Character of Lithium Hydride". Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie (به انگلیسی). ۱۱۳ (۱۹۱): ۱۷۹–۲۲۸. doi:10.1002/zaac.19201130116.
  43. ↑ Downs, Anthony J.; Pulham, Colin R. (1994-01-01). "The hydrides of aluminium, gallium, indium, and thallium: a re-evaluation". Chemical Society Reviews (به انگلیسی). 23 (3): 175–184. doi:10.1039/CS9942300175. ISSN 1460-4744.
  44. ↑ Hibbs, David E.; Jones, Cameron; Smithies, Neil A. (1999-01-01). "A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH3{P(C6H11)3}]". Chemical Communications (به انگلیسی) (2): 185–186. doi:10.1039/A809279F. ISSN 1364-548X.
  45. ↑ ۴۵٫۰ ۴۵٫۱ Miessler, Tarr, Donald A., Gary L. (2003). Inorganic Chemistry (به انگلیسی) (3rd ed.). Prentice Hall.{cite book}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  46. ↑ «دانشنامه ستاره‌شناسی - هیدروژن». بایگانی‌شده از اصلی در ۵ ژوئن ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۶ مه ۲۰۱۲.
  47. ↑ Boyle, Robert "Tracts written by the Honourable Robert Boyle containing new experiments, touching the relation betwixt flame and air..." (London, England: 1672).
  48. ↑ Winter, Mark (2007). "Hydrogen: historical information" (به انگلیسی). WebElements Ltd. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  49. ↑ "Why did oxygen supplant phlogiston? Research programmes in the Chemical Revolution – Cambridge Books Online – Cambridge University Press" (به انگلیسی). Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2011-10-22.
  50. ↑ Just the Facts—Inventions & Discoveries, School Specialty Publishing, 2005
  51. ↑ "NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31" (به انگلیسی). Aiaa.org. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2009-04-06.
  52. ↑ Jannette, A.G.; Hojnicki, J.S.; McKissock, D.B.; Fincannon, J.; Kerslake, T.W.; Rodriguez, C.D. (2004). "IECEC '02. 2002 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 2002" (به انگلیسی): Validation of international space station electrical performance model via on-orbit telemetry ۴۵–۵۰. doi:10.1109/IECEC.2002.1391972. Archived from the original (PDF) on 25 December 2012. Retrieved 2011-11-11. {cite journal}: Cite journal requires |journal= (help)
  53. ↑ Anderson, P.M.; Coyne, J.W. (2002). "A lightweight high reliability single battery power system for interplanetary spacecraft, A lightweight, high reliability, single battery power system for interplanetary spacecraft" (به انگلیسی). ۵: ۵–۲۴۳۳. doi:10.1109/AERO.2002.1035418. {cite journal}: Cite journal requires |journal= (help)
  54. ↑ "Mars Global Surveyor" (به انگلیسی). Astronautix.com. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2009-04-06.
  55. ↑ Crepeau, Bob (۲۰۰۶-۰۱-۰۱). Niels Bohr: The Atomic Model. Great Scientific Minds (به انگلیسی). Great Neck Publishing.
  56. ↑ Berman R. , Cooke, A. H. ; Hill, R. W. (۱۹۵۶). «Cryogenics». Annual Review of Physical Chemistry. ۷: ۱–۲۰. doi:10.1146/annurev.pc.07.100156.000245. بیبکد:1956ARPC....7....1B.
  57. ↑ Gagnon, Steve. "Hydrogen" (به انگلیسی). Jefferson Lab. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  58. ↑ Mathai, A. M. , Hans, Haubold (November 15, 2007). "Solar Thermonuclear Energy Generation" (به انگلیسی). Columbia University. Archived from the original on 3 June 2012. Retrieved 2008-02-12.{cite web}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  59. ↑ "Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF) (به انگلیسی). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory, Dresselhaus, Mildred et al. May 15, 2003. Archived from the original (PDF) on 24 October 2017. Retrieved 2016-08-13.
  60. ↑ Berger, Wolfgang H. (November 15, 2007). "The Future of Methane" (به انگلیسی). University of California, San Diego. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-12.
  61. ↑ Grinna, S. ; Buch, C. , Kruse .b (2002). "Hydrogen Status og Muligheter" (PDF) (به انگلیسی). Bellona. Archived from the original (PDF) on 24 October 2017. Retrieved 2008-02-12.{cite web}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  62. ↑ Venere, Emil (May 15, 2007). "New process generates hydrogen from aluminum alloy to run engines, fuel cells" (به انگلیسی). Purdue University. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  63. ↑ ۶۳٫۰ ۶۳٫۱ ۶۳٫۲ Oxtoby، D. W. (۲۰۰۲). Principles of Modern Chemistry (ویراست ۵th). Thomson Brooks/Cole. شابک ۰-۰۳-۰۳۵۳۷۳-۴.
  64. ↑ "Hydrogen Properties, Uses, Applications" (به انگلیسی). Universal Industrial Gases, Inc. 2007. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-11.
  65. ↑ Funderburg, Eddie (2008). "Why Are Nitrogen Prices So High?" (به انگلیسی). The Samuel Roberts Noble Foundation. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-11.
  66. ↑ Lees, Andrew (2007). "Chemicals from salt" (به انگلیسی). BBC. Archived from the original on 26 October 2007. Retrieved 2008-03-11.
  67. ↑ «Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water» (PDF). بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۲۴ دسامبر ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۵ ژوئیه ۲۰۱۲.
  68. ↑ Perret, Robert. "Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF) (به انگلیسی). Archived from the original (PDF) on 24 December 2012. Retrieved 2008-05-17.
  69. ↑ Chemistry Operations (۲۰۰۳-۱۲-۱۵). "Hydrogen" (به انگلیسی). Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  70. ↑ Takeshita، T.؛ Wallace، W.E.؛ Craig، R.S. (۱۹۷۴). «Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt». Inorganic Chemistry. ۱۳ (۹): ۲۲۸۲–۲۲۸۳. doi:10.1021/ic50139a050.
  71. ↑ Kirchheim، R.؛ Mutschele، T.؛ Kieninger، W.؛ Gleiter، H؛ Birringer، R؛ Koble، T (۱۹۸۸). «Hydrogen in amorphous and nanocrystalline metals». Materials Science and Engineering. ۹۹: ۴۵۷–۴۶۲. doi:10.1016/0025-5416(88)90377-1.
  72. ↑ Durgutlu، Ahmet (۲۰۰۳). «Experimental investigation of the effect of hydrogen in argon as a shielding gas on TIG welding of austenitic stainless steel». Materials & Design. ۲۵ (۱): ۱۹–۲۳. doi:10.1016/j.matdes.2003.07.004.
  73. ↑ «Atomic Hydrogen Welding». Specialty Welds. ۲۰۰۷. بایگانی‌شده از اصلی در ۱۶ ژوئیه ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۱۶ ژوئیه ۲۰۱۲.
  74. ↑ Hardy، Walter N. (۲۰۰۳). «From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path». Physica C: Superconductivity. ۳۸۸–۳۸۹: ۱–۶. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1. بیبکد:2003PhyC..388....1H.
  75. ↑ Barnes, Matthew (2004). "LZ-129, Hindenburg". The Great Zeppelins (به انگلیسی). Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-18.
  76. ↑ Block, M. (3 September 2004). Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection. 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies. Archived from the original on 24 October 2017. Retrieved 25 March 2008.
  77. ↑ "Report from the Commission on Dietary Food Additive Intake" (PDF) (به انگلیسی). European_Union. Archived from the original (PDF) on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  78. ↑ International Temperature Scale of 1990 (PDF). Procès-Verbaux du Comité International des Poids et Mesures. 1989. pp. T23–T42. Archived from the original (PDF) on 24 October 2017. Retrieved 25 March 2008.
  79. ↑ Reinsch, A Katz, J Wean, G Aprahamian, JT MacFarland، J (۱۹۸۰). «The deuterium isotope effect upon the reaction of fatty acyl-CoA dehydrogenase and butyryl-CoA». J. Biol. Chem. ۲۵۵ (۱۹): ۹۰۹۳–۹۷. PMID 7410413.
  80. ↑ Bergeron، Kenneth D. (۲۰۰۴). «The Death of no-dual-use». Bulletin of the Atomic Scientists. Educational Foundation for Nuclear Science, Inc. ۶۰ (۱): ۱۵. doi:10.2968/060001004. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۵ دسامبر ۲۰۱۲.
  81. ↑ Quigg، Catherine T. (۱۹۸۴). «Tritium Warning». Bulletin of the Atomic Scientists. ۴۰ (۳): ۵۶–۵۷.
  82. ↑ ۸۲٫۰ ۸۲٫۱ ۸۲٫۲ McCarthy, John (۱۹۹۵-۱۲-۳۱). "Hydrogen" (به انگلیسی). Stanford University. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-14.
  83. ↑ "Nuclear Fusion Power" (به انگلیسی). World Nuclear Association. 2007. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-16.
  84. ↑ "Chapter 13: Nuclear Energy — Fission and Fusion". Energy Story (به انگلیسی). California Energy Commission. 2006. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-14.
  85. ↑ "DOE Seeks Applicants for Solicitation on the Employment Effects of a Transition to a Hydrogen Economy". Hydrogen Program (Press release). US Department of Energy. 22 March 2006. Archived from the original on 19 July 2011. Retrieved 16 March 2008.
  86. ↑ ۸۶٫۰ ۸۶٫۱ ۸۶٫۲ "Carbon Capture Strategy Could Lead to Emission-Free Cars" (Press release). Georgia Tech. 11 February 2008. Archived from the original on 24 October 2017. Retrieved 16 March 2008.
  87. ↑ Romm، Joseph J. (۲۰۰۴). The Hype About Hydrogen: Fact And Fiction In The Race To Save The Climate (ویراست ۱st). Island Press. شابک ۱-۵۵۹۶۳-۷۰۳-X.
  88. ↑ Le Comber، P. G.؛ Jones، D. I.؛ Spear، W. E. (۱۹۷۷). «Hall effect and impurity conduction in substitutionally doped amorphous silicon». Philosophical Magazine. ۳۵ (۵): ۱۱۷۳–۱۱۸۷. doi:10.1080/14786437708232943. بیبکد:1977PMag...35.1173C.
  89. ↑ Peacock، P. W.؛ Robertson، J. (۲۰۰۳). «Behavior of hydrogen in high dielectric constant oxide gate insulators». Applied Physics Letters. ۸۳ (۱۰): ۲۰۲۵–۲۰۲۷. doi:10.1063/1.1609245. بیبکد:2003ApPhL..83.2025P.
  90. ↑ Kilic، Cetin؛ Zunger، Alex (۲۰۰۲). «n-type doping of oxides by hydrogen». Applied Physics Letters. ۸۱ (۱): ۷۳–۷۵. doi:10.1063/1.1482783. بیبکد:2002ApPhL..81...73K.
  91. ↑ Van de Walle، Chris G. (۲۰۰۰). «Hydrogen as a cause of doping in zinc oxide». Physical Review Letters. ۸۵ (۵): ۱۰۱۲–۱۰۱۵. doi:10.1103/PhysRevLett.85.1012. PMID 10991462. بیبکد:2000PhRvL..85.1012V.
  92. ↑ Janotti، Anderson؛ Van De Walle، CG (۲۰۰۷). «Hydrogen multicentre bonds». Nature Materials. ۶ (۱): ۴۴–۴۷. doi:10.1038/nmat1795. PMID 17143265. بیبکد:2007NatMa...6...44J.
  93. ↑ سوخت هیدروژن:[پیوند مرده]
  94. ↑ «Contents> سوخت هیدروژن». بایگانی‌شده از اصلی در ۱۸ مه ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۳ آوریل ۲۰۱۱.
  95. ↑ R. L.Robson, Richard Cammack (2001). Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature. Taylor & Francis Ltd. pp. ۲۰۲–۲۰۳. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 19 July 2012.
  96. ↑ Kruse, Olaf; Rupprecht, Jens; Bader, Klaus-Peter; Thomas-Hall, Skye; Schenk, Peer Martin; Finazzi, Giovanni; Hankamer, Ben (2005-10-07). "Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry. 280 (40): 34170–34177. doi:10.1074/jbc.M503840200. ISSN 0021-9258. PMID 16100118.
  97. ↑ Xu, Q, H. O. Smith (2005). "IV.E.6 Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Oxygen-Tolerant Cyanobacteria System" (PDF). FY2005 Progress Report. United States Department of Energy. Archived from the original (PDF) on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.
  98. ↑ Williams, Chris (۲۰۰۶-۰۲-۲۴). "Pond life: the future of energy". Science. The Register. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2008-03-24.
  99. ↑ "MyChem: Chemical" (PDF). Archived from the original (PDF) on 1 October 2018. Retrieved 1 October 2018.
  100. ↑ ۱۰۰٫۰ ۱۰۰٫۱ H. O. Smith, Xu, Q, Brown, W. J. (1997). "Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF) (به انگلیسی). NASA. Archived from the original (PDF) on 24 December 2012. Retrieved 2008-02-05.{cite web}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
  101. ↑ "Hydrogen, refrigerated liquid" (PDF) (به انگلیسی). Praxair, Inc. 2015. Archived from the original (PDF) on 24 October 2017. Retrieved 2016-08-13.
  102. ↑ «'Bugs' and hydrogen embrittlement». Science News. Washington, D.C. ۱۲۸ (۳): ۴۱. ۱۹۸۵-۰۷-۲۰. doi:10.2307/3970088. جی‌استور ۳۹۷۰۰۸۸.
  103. ↑ Hayes, B. "Union Oil Amine Absorber Tower" (به انگلیسی). TWI. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 29 January 2010.
  104. ↑ "Hydrogen Safety" (به انگلیسی). Humboldt State University. Archived from the original on 24 December 2012. Retrieved 2010-04-14.
جدول تناوبی
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
فلزهای قلیایی فلزهای قلیایی خاکی لانتانیدها آکتینیدها فلز واسطه فلزات پس‌واسطه شبه‌فلزها نافلزها هالوژن‌ها گازهای نجیب
 جدول تناوبی با جزئیات بیشتر
جدول تناوبی بر اساس دوره کشف
۱ ۲ ۳   ۴ ۵ ۶ ۷ ۸ ۹ ۱۰ ۱۱ ۱۲ ۱۳ ۱۴ ۱۵ ۱۶ ۱۷ ۱۸
گروه →  
↓ دوره  
۱ ۱
H 		۲
He
۲ ۳
Li 		۴
Be 		۵
B 		۶
C 		۷
N 		۸
O 		۹
F 		۱۰
Ne
۳ ۱۱
Na 		۱۲
Mg 		۱۳
Al 		۱۴
Si 		۱۵
P 		۱۶
S 		۱۷
Cl 		۱۸
Ar
۴ ۱۹
K 		۲۰
Ca 		۲۱
Sc 		۲۲
Ti 		۲۳
V 		۲۴
Cr 		۲۵
Mn 		۲۶
Fe 		۲۷
Co 		۲۸
Ni 		۲۹
Cu 		۳۰
Zn 		۳۱
Ga 		۳۲
Ge 		۳۳
As 		۳۴
Se 		۳۵
Br 		۳۶
Kr
۵ ۳۷
Rb 		۳۸
Sr 		۳۹
Y 		۴۰
Zr 		۴۱
Nb 		۴۲
Mo 		۴۳
Tc 		۴۴
Ru 		۴۵
Rh 		۴۶
Pd 		۴۷
Ag 		۴۸
Cd 		۴۹
In 		۵۰
Sn 		۵۱
Sb 		۵۲
Te 		۵۳
I 		۵۴
Xe
۶ ۵۵
Cs 		۵۶
Ba 		57
La 		1 asterisk ۷۲
Hf 		۷۳
Ta 		۷۴
W 		۷۵
Re 		۷۶
Os 		۷۷
Ir 		۷۸
Pt 		۷۹
Au 		۸۰
Hg 		۸۱
Tl 		۸۲
Pb 		۸۳
Bi 		۸۴
Po 		85
At 		86
Rn
۷ ۸۷
Fr 		۸۸
Ra 		۸۹
Ac 		1 asterisk ۱۰۴
Rf 		۱۰۵
Db 		۱۰۶
Sg 		۱۰۷
Bh 		۱۰۸
Hs 		۱۰۹
Mt 		۱۱۰
Ds 		۱۱۱
Rg 		۱۱۲
Cn 		۱۱۳
Nh 		۱۱۴
Fl 		۱۱۵
Mc 		۱۱۶
Lv 		۱۱۷
Ts 		۱۱۸
Og
 
1 asterisk ۵۸
Ce 		۵۹
Pr 		۶۰
Nd 		۶۱
Pm 		۶۲
Sm 		۶۳
Eu 		۶۴
Gd 		۶۵
Tb 		۶۶
Dy 		۶۷
Ho 		۶۸
Er 		۶۹
Tm 		۷۰
Yb 		۷۱
Lu 		 
1 asterisk ۹۰
Th 		۹۱
Pa 		۹۲
U 		۹۳
Np 		۹۴
Pu 		۹۵
Am 		۹۶
Cm 		۹۷
Bk 		۹۸
Cf 		۹۹
Es 		۱۰۰
Fm 		۱۰۱
Md 		۱۰۲
No 		۱۰۳
Lr 		 
 
رنگ پس‌زمینه سن کشف را نشان می‌دهد:
روزگار باستان تا قرون وسطی قرون وسطی–​۱۷۹۹ ۱۸۰۰–​۱۸۴۹ ۱۸۵۰–​۱۸۹۹ ۱۹۰۰–​۱۹۴۹ ۱۹۵۰–​۱۹۹۹ تا ۲۰۰۰
(۱۲ عنصر)
روزگار باستان تا قرون وسطی: تا قرون وسطی اکتشاف‌ها ثبت نشده‌است. 		(۲۲ عنصر)
اکتشافات در عصر روشنگری 		(۲۵ عنصر)
انقلابات علمی و صنعتی 		(۲۴ عنصر)
عصر طبقه‌بندی عناصر; استفاده از تکنیک‌های تجزیه و تحلیل طیف: بیسبودرن، روبرت بونزن، ویلیام کروکز، کیرشهف و دیگران 		(۱۴ عنصر)
توسعه تئوری کوانتوم و مکانیک کوانتوم 		(۱۶ عنصر)
بعد از پروژه منهتن، سنتز اعداد اتمی ۹۸ و بالاتر (برخورددهنده‌ها، روش‌های بمباران) 		(۵ عنصر)
سنتزهای اخیر
رنگ عدد اتمی فازهای ماده را (در شرایط استاندارد دما و فشار) نشان می‌دهد: black=جامد green=مایع red=گاز grey=Unknown
کناره فراوانی طبیعی عنصر را نشان می‌دهد: دیرینه از واپاشی مصنوعی