ماذا ينتج عن حرق الهيدروجين

ينتج عن حرق الهيدروجين جزيئات، وكذلك ينتج

الماء

، ويعتمد إطلاق الهيدروجين عند الاحتراق على

البيئة

الذي يتواجد فيها، وعلى نوع الحرق الذي يحدث له، هناك أسلوبان من الممكن أن يحترق فيه الهيدروجين إما الاحتراق الذي يتم بطريقة عامة هو الذي يمكن استخدامه في عملية الاندماج النووي.

وأما في التفاعلات القوية مثل تلك التي تسبب احتراق النجوم، أو من الممكن أن يحدث احتراق على الأرض عن طريق مساعدة للغلاف الجوي المليء بالأكسجين، على الأرض، ومن الممكن أن نجد أن الهيدروجين في العديد من المواد المختلفة، ولكن الهيدروجين النقي يعمل بطريقة معينة ولا يصدر إلا جزيئات معينة عند الاحتراق.

المادة الأكثر شيوعا الناتجة عن احتراق الهيدروجين هو الماء

، تخلط ذرات الهيدروجين مع ذرات الأكسجين وإنشاء صيغة H20 الأساسية، مما أدى إلى بقايا خفيفة من الماء التي قد تفلت عن بخار الماء أو تكثفها على الأسطح بالقرب من حيث يتم حرق الهيدروجين.

بالطبع، الهواء ليس فقط الأكسجين وهناك عناصر أخرى في الغلاف الجوي، والأبرز النيتروجين، عندما يحترق الهيدروجين، فإنه يحرق النيتروجين أيضا، ويمكنه إطلاق أكبر أكاسيد النيتروجين في الهواء.

يعتبر الهيدروجين العنصر الكيميائي الأكثر شيوعا في الوجود وهو مسؤول عن كمية كبيرة من الحرارة الموجودة في الكون.

في التفاعلات النووية، خاصة تلك التي تعمل بالشمس والنجوم الأخرى، يتم وضع الهيدروجين تحت ضغط هائل حتى يطلق كمية كبيرة من الحرارة والضوء، ثم إصلاحات في عناصر أخرى.

يستخدم التفاعل النووي ذرة الهيدروجين ويختصر أجزاء بقايا العديد من ذرات الهيدروجين في ذرة الهيليوم، تتغير هذه العملية في الواقع اعتمادا على حجم النجم، لكن الهليوم لا يزال العنصر الأساسي المنتج.

يتم إنتاج جزيئات أخرى أيضا بكميات أصغر، لا تترتب على عكس الرماد من الانصهار النووي، قد تجتمع هذه الجسيمات في النهاية وتنشيء نجم نيوتروني بعد تحول كل الهيدروجين والهيليوم.

نوع احتراق الهيدروجين

ينتج عن احتراق الهيدروجين الوقود الأحفوري، ونوعه هو احتراق

ناشر للحرارة

، وقد يسبب تأثيرات قوية وشديدة.

الهيدروجين كوقود على الأرض، لا يمر الهيدروجين بعملية رد الفعل النووي على الإطلاق ما لم يجبر على ذلك داخل قنبلة ذرية.

بدلا من ذلك، تحترق الذرات بطريقة مختلفة تماما، مماثلة لدرجة أن الوقود الهيدروكربوني يحرق، ولكن في شكل مروع.

مثل الوقود القائم على الكربون، يتفاعل الهيدروجين النقي مع الهواء وتنتج كمية كبيرة من الحرارة كطاقة، على عكس الوقود الأكثر شيوعا، لا يترك الهيدروجين النقي وراءه العديد من جزيئات إضافية أو ملوثات.

أكاسيد النيتروجين هي جزيئات خطرة يمكن أن تساعد في تكوين أمطار حمضية وتشارك في دورات مدمرة أخرى، لكن لا يزال يشار بالهيدروجين النقي كوقود نظيف، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن كمية الأكاسيد التي ينتجها ضئيلة مقارنة بكمية الوقود الأحفوري، كما أن المنتج الثانوي الرئيسي للهيدروجين، وهو الماء، غير ضار.

تتمثل أصعب خطوات استغلال الهيدروجين كوقود في العثور عليه في شكله النقي واستخدام الطاقة التي ينتجها بكفاءة، يتم استخدام العديد من العمليات من أجل استخراج الهيدروجين النقي من المواد المختلفة التي ارتبطت بها على الأرض. [1]

الخصائص الكيميائية للهيدروجين

يمكن معرفة تلك الخصائص الكيميائية بالتحديد عن طريق العودة إلى المحتوى الحراري لتفكك الرابطة.

حيث يشكل جزيء الهيدروجين ما يعرف برابطة H-H ، وتلك الرابطة المنفردة لها أعلى محتوى داخلي للرابطة والموجود بين أي ذرتين من العنصر.

ويعتبر الهيدروجين غير نشط في درجة حرارة الغرفة ويرجع ذلك إلى محتوى الرابطة الحراري المرتفع، وبناء على ذلك تحدث عملية التحضير في درجة حرارة مرتفعة بشكل كبير في قوس كهربائي أو تحت إشعاعات فوق بنفسجية.

يحتوي الهيدروجين على تكوين إلكتروني 1s1 ، وبالتالي يمكنه التفاعل إما بفقدان إلكترون وتشكيل أيون H + ، أو اكتساب إلكترون وتشكيل H- أيون. [2]

تفاعلات الهيدروجين

يتفكك جزيء واحد من الهيدروجين إلى ذرتين (H2 → 2H) عندما يتم توفير طاقة مساوية أو أكبر من طاقة التفكك (أي كمية الطاقة المطلوبة لكسر الرابطة التي تجمع الذرات في الجزيء).

طاقة تفكك الهيدروجين الجزيئي هي 104000 سعر حراري لكل مول – مكتوبًا 104 كيلو كالوري / مول (مول:

الوزن

الجزيئي معبرًا عنه بالجرام ، وهو جرامان في حالة الهيدروجين).

يتم الحصول على طاقة كافية، على سبيل المثال، عندما يتلامس الغاز مع خيوط تنجستن بيضاء ساخنة أو عند إنشاء تفريغ كهربائي في الغاز.

في حالة أنه تم توليد الهيدروجين الذري في أسلوب تحت ضغط منخفض، فإن الذرات سوف يكون لها عمر ولكنه كبير ومثال على ذلك، الثلاثة من عشرة ثانية عند ضغط خمسة من عشرة ملليمتر من الزئبق، تعكي الهيدروجين الذري شديد التفاعل.

يتحد مع معظم العناصر لتكوين الهيدرات (على سبيل المثال ، هيدريد الصوديوم ، NaH) ، ويقلل من الأكاسيد المعدنية، وهو تفاعل ينتج المعدن في حالته الأولية.

يحدث تحفيز لأسطح

المعادن

والتي لا يحدث لها اتحاد مع الهيدروجين حتى تكون هيدرات مستقرة، من بينها على سبيل المثال (البلاتين) وإعادة الاتحاد بين ذرات الهيدروجين حتى تتكون جزيئات الهيدروجين وبالتالي يمكن أن يتم التسخين حتى تتوهج عن طريق الطاقة التي يطلقها هذا التفاعل. [3]

طرق الحصول على الهيدروجين

يمكن إنتاج الهيدروجين من مصادر محلية متنوعة، بما في ذلك الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية والتحليل الكهربائي للماء بالكهرباء، يعتمد التأثير البيئي وكفاءة الطاقة للهيدروجين على كيفية إنتاجه، العديد من المشاريع جارية لخفض التكاليف المرتبطة بإنتاج الهيدروجين، وهذه عدة طرق للحصول على الهيدروجين:

_ تحويل الغاز الطبيعي / تحويله إلى غاز: يتم تحويل الغاز التخليقي حيث يعتبر خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون لتتكون عن طريق تفاعل غاز

طبيعي

مع بخار عالي الحرارة.

يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء لإنتاج هيدروجين إضافي، هذه الطريقة هي الأرخص والأكثر فعالية والأكثر شيوعًا بين كل الكرق المعروفة لإنتاج الهيدروجين، إعادة تشكيل الغاز الطبيعي باستخدام البخار يمثل غالبية الهيدروجين المنتج في الولايات المتحدة سنويًا.

_ يمكن أيضًا إنشاء غاز تخليقي عن طريق تفاعل الفحم أو

الكتلة الحيوية

مع البخار عالي الحرارة والأكسجين في جهاز تغويز مضغوط، هذا يحول الفحم أو الكتلة الحيوية إلى مكونات غازية – وهي عملية تسمى التغويز، يحتوي غاز التخليق الناتج على الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، والذي يتفاعل مع البخار لفصل الهيدروجين.

_ التحليل الكهربائي تيار كهربائي يقسم الماء إلى هيدروجين وأكسجين، إذا تم إنتاج

الكهرباء

من مصادر متجددة، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح، وسوف يتم اعتبار الهيدروجين الناتج متجددًا أيضًا، وله فوائد عديدة للانبعاثات، حيث أن مشاريع الطاقة إلى الهيدروجين تنطلق، باستخدام الكهرباء المتجددة الزائدة، عند توفرها، لإنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي.

_ إعادة تشكيل السوائل المتجددة: حبث يتفاعل الوقود السائل المتجدد، مثل الإيثانول، مع بخار عالي الحرارة لإنتاج الهيدروجين. [4]