Hidrojen

atom numarası 1, simgesi H olan kimyasal element
(H2 sayfasından yönlendirildi)

Hidrojen, sembolü H, atom numarası 1 olan kimyasal element. Standart sıcaklık ve basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı ve H2 olarak bulunan bir diatomik gazdır. 1,00794 g/mol'lük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif elementtir. Periyodik cetvelin en sol üst köşesinde yer alır. Hidrojenin adı Yunanca "su oluşturan" anlamına gelen ὑδρογόνο'dan (idrogono) gelir.

Hidrojen, 1H
Hydrogen discharge tube.jpg
Pembe renkte parlayan plazma hâlindeki hidrojen
Görünüş renksiz gaz
Standart atom ağırlığı Ar, std(H) [1.007841.00811] geleneksel: 1.008
Periyodik tabloda hidrojen
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen Flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silisyum Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum Skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Mangan Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko Galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum Niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum Paladyum Kimyasal element Kadmiyum İndiyum Kalay Antimon Tellür İyot Ksenon
Sezyum Baryum Lantan Seryum Praseodim Neodim Prometyum Samaryum Evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disprosiyum Holmiyum Erbiyum Tulyum İterbiyum Lutesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum Iridium Platin Altın Cıva Talyum Kurşun Bizmut Polonyum Astatin Radon
Fransiyum Radyum Aktinyum Toryum Protaktinyum Uranyum Neptünyum Plütonyum Amerikyum Küriyum Berkelyum Kaliforniyum Aynştaynyum Fermiyum Mendelevyum Nobelyum Lavrensiyum Rutherfordyum Dubniyum Seaborgiyum Boryum Hassiyum Meitneriyum Darmstadtiyum Röntgenyum Kopernikyum Nihoniyum Flerovyum Moskoviyum Livermoryum Tennesin Oganesson


H

Li
– ← hidrojenHe
Atom numarası (Z) 1
Grup 1. grup: H ve alkali metaller
Periyot 1. periyot
Blok S bloku
Kategori   Reaktif ametal
Elektron dizilimi 1s1
Kabuk başına elektron 1
Fiziksel özellikler
Faz (SSB'de) Gaz
Erime noktası 13,99 K ​(−259,16 °C, ​−434,49 °F)
Kaynama noktası 20,271 K ​(−252,879 °C, ​-423,182 °F)
Yoğunluk (SSB'de) 0,08988 g/L
sıvıyken (en'de) 0,07 g/cm3 (katı: 0,0763 g/cm3)[1]
sıvıyken (kn'de) 0,07099 g/cm3
Üçlü nokta 13,8033 K, ​7,041 kPa
Kritik nokta 32,938 K, 1,2858 MPa
Erime ısısı (H2) 0,117 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi (H2) 28,836 J/(mol·K)
Buhar basıncı
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T (K) 15 20
Atom özellikleri
Yükseltgenme durumları -1, +1
Elektronegatiflik Pauling ölçeği: 2,20
İyonlaşma enerjileri
  • 1.: 1312,0 kJ/mol
Kovalent yarıçapı 31±5 pm
Van der Waals yarıçapı 120 pm
Bir spektrum aralığındaki renk çizgileri
Elementin spektrum çizgileri
Diğer özellikleri
Doğal oluşum İlksel
Kristal yapıHekzagonal
Hekzagonal kristal yapısıhidrojen
Ses hızı 1310 m/s (gaz, 27 °C)
Isı iletkenliği 0,1805 W/(m·K)
Manyetik düzen diyamanyetik[2]
Manyetik alınganlık -398×10-6 cm3/mol (298 K)[3]
CAS Numarası

12385-13-6

1333-74-0 (H2)
Tarihi
Keşif Henry Cavendish (1766)[4][5]
Adlandıran Antoine Lavoisier (1783)[6]
Ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür (t1/2) Bozunma türü Ürün
1H %99,98 kararlı
2H %0,02 kararlı
3H eser miktarda 12,32 y β- 3He

Hidrojen, evrenin kütlesinin %75'ini oluşturan ve evrende en çok bulunan elementtir.[7] Ana hatta bulunan yıldızların çoğunluğu plazma halinde olan hidrojenden oluşur. Elementel hidrojen dünyada az bulunur. Endüstride metan gibi hidrokarbonlardan üretilebildiği gibi, pahalı olsa da suyun elektrolizinden de üretilebilir.

Hidrojenin en yaygın doğal izotopu, nötronsuz protiyumdur. Hidrojen pek çok elementle bileşik oluşturabilir, ayrıca suda ve pek çok organik molekülde bulunduğundan önemlidir. Suda çözünen moleküller arasındaki asit-baz tepkimlerinde önemli rol oynar. Schrödinger denkleminin analitik olarak çözülebildiği tek nötral molekül olduğu için, hidrojen atomunun enerji basamakları ve bağ özellikleri kuantum mekaniğinin gelişmesinde önemli rol oynamıştır.

TarihiDüzenle

Hidrojen 1500'lü yıllarda keşfedilmiş, 1700'lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14,4 kat daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır.

Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. Hidrojen, 1 atm de -252,77 °C'de sıvılaşır. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ü kadardır. Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir. 1 kg hidrojen 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir.

Hidrojen gazını yapay olarak ilk defa T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 - 1521, olarak da bilinir) tarafından güçlü asitlerle metalleri karıştırarak elde etmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen Robert Boyle tarafından demir çubuk ve seyreltik asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir. 1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish'in hidrojenle tanışması cıva ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden biri olduğunu, cıvanın asitle reaksiyonundan ortaya çıktığını düşünmüş, buna rağmen hidrojenin pek çok önemli özelliğini gerçekçi şekilde tasvir edebilmiştir. 1783'te Antoine Lavoiser, Laplace ile Cavendish'in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir.

Hidrojenin Elde EdilmesiDüzenle

Hidrojen gazını yapay olarak ilk defa T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 - 1521, olarak da bilinir) tarafından güçlü asitlerle metalleri karıştırılarak elde edilmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen Robert Boyle tarafından demir çubuk ve seyreltik asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir. 1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish'in hidrojenle tanışması cıva ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden biri olduğunu, cıvanın asitle reaksiyonundan ortaya çıktığını düşünmüş, buna rağmen hidrojenin pek çok önemli özelliğini gerçekçi şekilde tasvir edebilmiştir. 1783'te Antoine Lavoisier, Laplace ile Cavendish'in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir. Hidrojenin ilk kullanım yerlerinden biri balonlar ve daha sonraları zeplinlerdir. Bu amaçlar için hidrojen metalik demir ve sülfürik asidin reaksiyona girmesiyle elde edilmiştir. Hidrojen Hindenburg adlı, havada yanarak yok olan zeplinde kullanılmıştır. Balonlarda daha sonraları oldukça patlayıcı olan hidrojenin yerine inert helyum kullanılmıştır.

Hidrojenin Atom YapısıDüzenle

1 proton ve 1 elektrondan oluşan hidrojen atomu, basit atomik yapısı, ışık emilim ve yayma spektrumu sayesinde atomik yapının geliştirilmesinde önemli rol oynamıştır. Hidrojen molekülünün ve ona karşılık gelen H2+ katyonu basit yapısı kimyasal bağların doğası hakkında önemli bilgiler vermiş, bu 1920'li yılların ortalarında hidrojen atomunun kuantum mekaniği uygulamasıdır.

Hidrojenin Evrendeki YeriDüzenle

Hidrojen evrenin kütlece %75'ini, atom sayıca %90'nı oluşturur ve bu oranlarıyla evrende en çok bulunan elementtir. Bu element yıldızlarda, dev gaz gezegenlerinde büyük miktarda bulunur. Moleküler hidrojen bulutları yıldızların oluşumuyla bağlantılıdır. Hidrojen yıldızların proton-proton nükleer füzyon reaksiyonuyla enerji üretmesinde önemli rol oynar.

Evrende hidrojen atomik ya da plazma halinde bulunur. Plazma hali atomik halinden oldukça farklıdır. Bu halde hidrojen elektronu ve protonu bağlı değildir ve bu oldukça yüksek elektrik iletkenliği ve ışık yayılımına (güneş ve diğer yıldızlar ışık yayar) sahiptir. Yüklü partiküller elektrik ve manyetik alanlarda oldukça etkilenirler. Mesela, güneş rüzgârında dünyanın magnetospheri ile etkileşerek Birkeland akımları ve auroraya yol açarlar. Uzayda hidrojen nötral atomik halde bulunur.

Normal şartlar altında hidrojen biatomik gaz (H2) halinde bulunur. Hafifliği nedeniyle diğer daha ağır gazlara göre yerçekimi kuvvetinden kolayca kurtulur. Bu nedenle dünya atmosferinde hidrojen gazı oranı oldukça düşüktür (hacimce 1 ppm). Hidrojen atomu ve H2 molekülü uzayda bolca bulunduğu halde dünya da bunların üretimi ve saflaştırılması oldukça güçtür. Bütün bunlara rağmen hidrojen dünyada en çok bulunan üçüncü elementtir. yeryüzündeki hidrojen su, hidrokarbonlar gibi kimyasal bileşiklerin içinde bulunur. Hidrojen gazı bazı bakteri ve algae tarafından üretilir. Günümüzde methan gazı önemi artan bir hidrojen kaynağıdır.

Hidrojen AtomuDüzenle

İzotoplarıDüzenle

 
Protiyum, hidrojenin en yaygın izotopu

Atomun doğada üç izotopu vardır. Bunlar 1H, 2H ve 3H. Oldukça kararsız diğer izotoplar (4H - 7H) laboratuvar koşullarında sentezlenmiştir.

  • 1H %99,98 ile hidrojenin doğada en çok bulunan izotopudur. Bu izotop çekirdeğinde yalnızca bir proton içerdiğinden protium denilmiştir.
  • 2H 'hidrojenin diğer kararlı izotopudur. Döteryum olarak da bilinir. Çekirdeğinde 1 proton ve 1 nötron içerir. Döteryum yeryüzündeki hidrojenin %0,0184'nü oluşturur. Radyoaktif değildir ve belirgin bir kirliliğe yol açmaz. Suyun içinde hidrojen yerine döteryum bakımından zenginleştirilmiş suya ağır su denir. Döteryum ve bileşikleri kimyasal reaksiyonlarda radyoaktif olmayan etiketlemelerde ve 1H-NMR da çözücü olarak kullanılır. Ağır su nükleer reaktörlerde nötron kontrolü ve soğutucu olarak kullanılır. Döteryum ayrıca ticari çekirdek füzyonda olası yakıttır.
  • 3H ayrıca Trityum olarak da bilinir. Çekirdeğinde 2 nötron ve 1 proton içerir. Radyoaktiftir ve 12,32 yıl yarı hayatıyla beta bozunmasıyla Helyum-3 e dönüşür. Az miktarda trityum kozmik ışınların atmosferik gazlarla etkileşmesi sonucu ortaya çıkar. Ayrıca nükleer silah testlerinde de havaya salınır. Tritium kimya da ve biyolojide radyoetiketleme deneylerinde kullanılır.

Hidrojen, izotoplarının değişik isimleri olan tek elementtir. IA grubu elementleri, Ca, Sr,Ba gibi aktif metallerin su ile reaksiyonu sonucunda hidrojen gazı elde edilir.

Ca(k) + 2H2O à Ca2+ (aq) + 2OH-(aq) + H2 (g)

UygulamalarıDüzenle

Hidrojen zehirsiz ve havadan 14,4 kez daha hafif bir gazdır. Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeyle vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. -252,77 °C'ta sıvı hale getirilebilir. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ü kadardır. Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir (Üst ısıl değeri 140,9 MJ/kg, alt ısıl değeri 120,7 MJ/kg). 1 kg hidrojen, 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Petrol yakıtlarına göre ortalama 1,33 kat daha verimli bir yakıttır. Buna karşın, enerji olarak kullanılabilmesi için doğadaki bileşiklerden ayrıştırılması gerekir. Üretilmesi de göz önünde bulundurulduğunda petrol gibi hazır yakıtlar kadar kârlı değildir. Ancak hidrojenin diğer yakıtlardan önemli bir farkı, güneş veya rüzgâr enerjisinin yardımıyla sudan üretilebilmesi ve kullanıldığında tekrar suya dönüşebilmesidir. Bu özellik hidrojenin herkesin üretimine ve kullanımına açık bir yakıt olmasını sağlar.

Hidrojen doğada serbest halde bulunmaz, bileşikler halinde bulunur. En çok bilinen bileşiği ise sudur. Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olur. Bunun dışında çevreyi kirleten hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde (karbonmonoksit veya karbondioksit gibi) üretimi olmaz..

Ayrıca bakınızDüzenle

KaynakçaDüzenle

  1. ^ Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. s. 240. ISBN 978-0123526519. 
  2. ^ Lide, D. R., (Ed.) (2005). "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th bas.). 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. ss. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4. 
  4. ^ "Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. 2005. ss. 797-799. ISBN 978-0-471-61525-5. 
  5. ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. ss. 183-191. ISBN 978-0-19-850341-5. 
  6. ^ Stwertka, Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. ss. 16-21. ISBN 978-0-19-508083-4. 
  7. ^ Palmer, David (13 Eylül 1997). "Hydrogen in the Universe". NASA. 29 Ekim 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Şubat 2008.