يتكون الماء من اتحاد غاز الهيدروجين وغاز

يتكون الماء من اتحاد غاز الهيدروجين وغاز

يتكون الماء من اتحاد غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين معاً .

الماء واحد من أهم العناصر التي تسهم في استمرار الحياة على كوكب الأرض، فبه يحيا كل شيء، وبدونه لا وجود لشيء، لكن هل تسائلت يوماً عن التفاعل الكيميائي الذي يتكون من خلاله عنصر الماء؟

تتكون كل مادة كيميائياً من تفاعل مجموعة من الذرات مع بعضها البعض، والذرة هي أصغر جسيم في العنصر، وعند اتحاد عدد من الذرات معاً ينتج لدينا ما يسمى بالجزيئات، والتي هي أصغر جسيم في المركب.

والماء هو مركب كيميائي يتكون الجزيء منه على ثلاث ذرات وهي ذرتان هيدروجين وذرة أكسجين، ومن هذا يمكن استنتاج أن قطرة الماء الواحدة تحتوي على مليارات جزيئات الماء.

ولأن الماء يتكون من اتحاد غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين معاً، فإنه يُشار إليه بالرمز H2O، حيث يرمز حرف H إلى عنصر الهيدروجين، وحرف O إلى الأكسجين، بينما يشير الرقم 2 إلى عدد ذرات عنصر الهيدروجين.

هل الهيدروجين يتفاعل مع الماء

الهيدروجين لا يتفاعل مع الماء.

من الممكن أن تبدو الإجابة بالنفي على تفاعل الهيدروجين مع الماء إجابة غير منطقية للوهلة الأولى، فكيف يتكون الماء من اتحاد غاز الهيدروجين وغاز الأوكسجين معاً بدون أن يتفاعل معه.

لكن الحقيقة أن هذه الإجابة صحيحة مئة بالمئة، وللتأكد من صحتها ومنطقيتها، يجب أن نفسر ذلك بطريقة علمية بحتة، حيث يخبرنا التحليل الكيميائي بأن عنصر الهيدروجين لا يتفاعل مع الماء، لكنه يذوب فيه بنسبة معينة، حيث تبلغ ذائبيته في الماء 1.6 مليغرام لكل ليتر من الماء عند درجة حرارة مئوية (297 كلفن) وضغط جوي واحد، مما يعني أن كل 0.00016 غرام من الهيدروجين يحتاج إلى ليتر كامل من الماء كي يذوب فيه بشكل تام ضمن درجة الحرارة المناسبة.

أين يوجد غاز الهيدروجين

يوجد غاز الهيدروجين في جميع جزيئات الكائنات الحية على الأرض تقريباً.

الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأكثر وفرة على الأرض، حيث يساوي ما يقارب 75 % من كتلة الكون، كما أنه يعدّ بديلاً نظيفاً للميثان، والذي يعرف أيضاً باسم الغاز الطبيعي.

توجد أعداد هائلة من ذرات الهيدروجين في كل شيء من حولنا، ويعود السبب في ذلك إلى وفرة هذا العنصر على سطح الأرض، حيث يتواجد الهيدروجين في الماء والنباتات والحيوانات، وبكل تأكيد في البشر أيضاً، لكن وعلى الرغم من كثافة وجوده في جميع جزيئات الكائنات الحية تقريباً، إلاّ أنه من العناصر النادرة جداً كغاز.

كما يجب التنويه أنه يمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق مجموعة متنوعة من الموارد، مثل الغاز الطبيعي والطاقة النووية، والغاز الحيوي، والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. [3]

من أين يأتي الهيدروجين في الماء

يأتي الهيدروجين من تفاعل غاز ثنائي الهيدروجين مع غاز ثنائي الأوكسجين أثناء عملية أكسدة الهيدروجين.

من الممكن إنتاج الهيدروجين في الطبيعة من خلال العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحصل بين العناصر المختلفة، حيث من الممكن إنتاج الهيدروجين في الطبيعة من خلال تفاعلات بيولوجية مثل تحلل المواد العضوية، وتفاعل الماء مع معادن معينة، ونشاط بعض البكتيريا.

كما أنه من الممكن أن يأتي غاز الهيدروجين الصناعي في معظم الحالات من الغاز الطبيعي، وهو وقود أحفوري يحتوي بشكل أساسي على غاز الميثان الذي يشار إليه بالرمز (CH4).

حيث يتم فصل الهيدروجين عن الغاز الطبيعي وترشيحه من خلال مجموعة متنوعة من الطرق بما في ذلك إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار، والتحليل الكهربائي، والتلاعب بالفحم.

وبما يخص تفاعل الهيدروجين مع الماء، فقد صار من الواضح بأن الماء يتكون من الاتحاد الذي يحصل بين غاز الهيدروجين وغاز الأوكسجين معاً، لكن رغم ذلك، فإن البعض مازال يطرح تساؤلاً عن المصدر الأساسي الذي يأتي من خلاله عنصر الهيدروجين إلى الماء.

لذلك يمكن القول أن ذرات الهيدروجين في الماء الذي يشار إليه بالرمز (H2O) تأتي بشكل عام من تفاعل غاز ثنائي الهيدروجين (H2) مع غاز ثنائي الأكسجين (O2) في عملية تسمى احتراق الهيدروجين، أو أكسدة الهيدروجين، وقد يعرف هذا التفاعل باسم الهيدروجين “المحترق” أيضاً. [4]

كيف تحول الماء إلى غاز

يتحول الماء إلى غاز من خلال تحويله من مادة سائلة إلى مادة غازية عن طريق التبخير.

من المعروف أن الماء ذو طبيعة سائلة، وبالتالي فإن تحويله إلى غاز يمكن أن يتم عن طريقة واحدة ألا وهي تغيير طبيعته من حالته السائلة إلى الحالة الغازية.

ولتوضيح ذلك بشكل أكبر وبمثال عملي، عليك أن تفترض أنك أخذت الماء وحللته إلى أصغر العناصر التي فيه تقريباً، سيظهر لك من خلال هذه العملية ما يسمى بالجزيئات والتي هي -كما قلنا سابقاً- تفاعل عدة ذرات مع بعضها البعض.

إذا كانت هذه الجزيئات ملتصقة ببعضها البعض بإحكام وبنمط منتظم، فإنها تسمى مادة صلبة، والماء حين يكون في شكله الصلب يتجسد بهيئة جليد، وهذا يعني أن جميع الأجزاء الصغيرة من المادة الصلبة ملتصقة ببعضها البعض بإحكام شديد.

لكن التساؤل هنا يكمن في ما الذي سيحدث لو قمنا بتسخين هذه المادة الصلبة على درجة حرارة معينة، والتي هي الجليد في المثال المطروح؟

من البديهي أننا عندما نقوم بتسخين مادة صلبة، فإن مصيرها هو أن تذوب وتصبح سائلة، وهو الحال في الجليد، حيث أنه يذوب تدريجياً ويعود إلى حالته السائلة، لكن الجزيئات فيه تظلّ ملتصقة ببعضها البعض في البداية، لكن يمكنها التحرك في بعض الأحيان.

وما يحدث حقيقة هو أن الجزيئات على الرغم من التصاقها إلّا أنها تتفكك باستمرار وتلتصق بجزيئات مختلفة، لكن عندما ترتفع الحرارة إلى درجة أعلى، فإن الجزيئات ستتحرك بسرعة كبيرة بحيث لا يمكنها حتى الالتصاق ببعضها البعض إطلاقاً، وفي هذه اللحظة تحدث عملية التبخر، حيث تتطاير جميع الجزيئات وتتحول بعدها إلى غاز. [5]

كيف يتم استخراج الهيدروجين من الماء

لعلّ الطريقة الأكثر شهرة في استخراج الهيدروجين من الماء هي التحليل الكهربائي.

يعد التحليل الكهربائي من الطرق الهامة التي يمكن من خلالها إنتاج الهيدروجين الخالي من الكربون عن طريق الموارد المتجددة والنووية، ويُعرف التحليل الكهربائي بأنه العملية التي يتم من خلالها استخدام الكهرباء من أجل تقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.

وتتم عملية التحليل الكهربائي عن طريق تمرير تيار كهربائي في الماء الذي يحتوي على قطبان كهربائيان، هما الكاثود و الأنود، حيث يمثل الأول القطب السالب، بينما يمثل الأخير القطب الموجب.

ومن خلال مرور الكهرباء بالماء يتم تفكيك الجزيئات التي يتكون منها، وهذا ما يؤدي لتجمّع غاز الهيدروجين على الكاثود، وغاز الأكسجين على الأنود.

ويتم هذا التفاعل في وحدة تسمى المحلل الكهربائي، ومن الممكن أن يتراوح حجم هذه المحللات الكهربية بين صغير يشمل معدات صغيرة بحجم الأجهزة، والتي تكون مناسبة تماماً لإنتاج الهيدروجين الموزع على نطاق صغير، وضخم يناسب مرافق الإنتاج المركزية واسعة النطاق، إذ يمكن ربطها مباشرة بأشكال الطاقة المتجددة أو غيرها من أشكال الطاقة التي لا تنبعث منها غازات الدفيئة.

وقد كشف بعض الباحثين من جامعة سنغافورة عن آلية جديدة ومميزة لتفكيك المياه من أجل استخراج الهيدروجين بطريقة فريدة، وذلك باستخدام الضوء، ومن المؤكد أن هذه الآلية ستؤدي إلى ثورة حقيقية في عملية تفكيك المياه والحصول على غاز الهيدروجين. [6] [7]