Hidrojen atom numarası 1 olan elementtir. Hidrojen (¹1H), Döteryum (²1H) vetrityum (³1H) olmak üzere üç tane önemli izotopu vardır. Kimyasal özellikleri benzerlik göstermelerine karşın, tepkimelerindeki hız vedenge sabitleri farklıdır.
Hidrojen, periyodik tabloda IA grup elementlerinin bir üyesi gibi gösterilirse de bu grup elementlerine benzerlik göstermez. Gerçekte hiçbir grup elementi özelliği göstermez. Bazı benzerlikleri nedeniyle (H- iyonu vermesi gibi) VII A grubuna da girebilir.
Hidrojen dünyadaki bolluk yüzdesi sıralamasında dokuzuncu (ağırlıkça %0,87) elementtir. Bunun büyük kısmı ¹1H izotopudur (% 99,9844). Kalan kısmı döteryum ve trityumdur. Ancak atmosferin üst katmanlarında ve güneşte daha çok döteryum ve trityum bulunur (Evrenin %70 kadarı hidrojendir). Hidrojen renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Erime sıcaklığı -259 °C ve kaynama sıcaklığı -252,8 °C’dir. Hidrojen molekülünün (H2) bağ enerjisi çok büyük olduğu için (436 kJ/mol), kimyasal tepkimelere kolayca girmez. Ancak, uygun koşullarda oksijen ve halojenler başta olmak üzere bazı elementlerle çok hızlı tepkime verir.
Hidrojen ilk olarak 1766 yılında İngiliz kimyacısı Henry Cavendish (1731- 1810) tarafından bulunmuş ve Fransız kimyacısı Lavoisier tarafından “su yapıcı” anlamına gelen hidrojen ismi verilmiştir.
Hidrojenin Fiziksel Özellikleri
| Atom numarası | 1 |
| Atomik kütle | 1,0079 |
| Erime noktası | -259 °C |
| Kaynama noktası | -252,8°C |
| Öz kütle (0 °C, l atm) | 0.089 g/L |
| Renk | Renksiz |
| Elektron düzeni | 1 s¹ |
| Atom yarıçapı (A) | 0.37 |
| Yükseltgenme basamağı | +1, -1 |
| Bulunuşu (Dünya’da %‘si yer kabuğu, denizler, atm.) | 0.88 |
Hidrojen Gazının Eldesi
Hidrojen gazının laboratuvar ve ticari üretimi için değişik üretim yöntemleri uygulanmaktadır.
Suyun Elektrolizinden
Çeşme suyunun % 10’luk H2SO4 veya Ba(OH)2 çözeltisi ile iletkenliği sağlanır. Sonra içinden doğrudan doğruya elektrik akımının geçirilmesiyle platin elektrotlardan iki hacim sudan saf olarak iki hacim H2 gazı ve bir hacim O2 gazı elde edilir.
2H20 ->elektroliz-> 2H2 + O2
Sanayide sıklıkla kullanılmasına rağmen ticari olarak bu yöntem ekonomik değildir. 1 ton suyun elektrolizi için saatte 4480 kilowatt elektrik harcanır.
Doğal gazdan
Elektroliz yöntemi dışında hidrojen eldesi için kullanılan diğer bir yöntemde doğal gazın parçalanması prosesleridir. Ülkemiz sanayisinde çok yeni olan bu sistem ekonomik olması açısından önem taşır.
Dış hattan (şehir şebekesi)gelen doğal gaz, öncelikle belli hacim, sıcaklık ve basınca ulaşması için buffer tanklarda toplanarak eşanjörlerle ısıtılır. Ardından yüksek sıcaklıktaki saf su buharıyla temas ettirilerek reformer adı verilen fırınlarda ısıtılır. Burada doğal gazın parçalanma reaksiyonları gerçekleşir.
CH4 + H20 -> CO + CO2 +H2
Elde edilen karışımda H2O, CO, CO2 gazları bulunmaktadır. Karışımın sıcaklığı bir miktar düşürülerek kondanserden geçirilir. İyice soğuyan karışım konvertere gönderilir. Burada CO gazının CO2 ye dönüşümü sağlanır. Bir grup adsorberlerden geçirilerek karışımdaki CO2 ve diğer istenmeyen bileşenler tutulur. İstenmeyen gazlardan temizlenen hidrojen gazı % 99’luk saflıkta elde edilerek tanklarda depolanır.
Aktif Metallerin Su ile Tepkimesinden
H2 gazı, alkali metaller (IA grubu) ile Be ve Mg dışındaki toprak alkali metallerin (2A grubu) oda sıcaklığında su ile tepkimesinden elde edilir.
2M + 2H2O -> 2M + 2OH¯ + H2 (M:IA grubu,H hariç)
2Na + 2HO -> 2NaOH + H2
Me + 2H2O -> Me² + 2OH¯ + H2 (Me: Ca, Sr, Ba)
Sr + 2H20 -> Sr(OH)2 + H2
Metallerin Asit ile Tepkimesinden
Alkali metaller ve toprak alkali metaller, asitlerle şiddetli tepkime verirler. Al ve Zn gibi metaller ise asitlerle H2 verirler.
2K + 2HCI -> 2KCI + H2
Ba + 2HCI -> BaCI2 + H2
2AI + 6HCI -> 2AICI3 + 3H2
Hidrojen Gazının Genel Özellikleri
- Çok aktiftir, pek çok element ve molekülle bileşik oluşturur.
- Moleküler kütlesinin ve öz kütlesinin çok küçük olması nedeniyle hızlı hareket eder. Yeryüzünden atmosfere doğru hareket ederek uzayın derinliklerinde kaybolur.
- Yanıcı bir gazdır. Saf hidrojen, soluk mavi bir alevle yanar. Hidrojen ve hava karışımı kıvılcımla şiddetle patlar.
- İyi bir indirgendir. Alkali metal oksitler hariç diğer metal oksitleri indirger.
Hidrojen Gazının Kullanım Alanları
- Havadan daha hafif olduğu için balon ve zeplinlerin içerisine doldurulmasında
- Metal cevherlerin indirgenmesinde
- Roket yakıtı olarak
- Haber metoduyla amonyak üretiminde
- Doymamış bileşikleri katalizörlü ortamda doymuş bileşiklere dönüştürmek için (Bu olaya hidrojenasyon denir.Sıvı yağdan katı yağ eldesi)
- Metanol üretiminde
- NH3, HC1 ve CH3COOH bileşiklerin eldesinde
- Yağların katılaştırılmasında
- Fe, Co, Ni, Cu, W, Mo gibi metal oksitleri indirgemede
- Kaynakçılıkta kullanılır.
Hidrojen doğrudan enerji kaynağı olarak (benzin yerine) otomobil sanayinde yakıt olarak kullanılması düşünülmektedir. Bu yönde çeşitli çalışmalar sürmektedir.
