الهيدروجين

الهيدروجين مادة غازية ليس لها لون ولا رائحة ولا طعم ، قابلة للاشتعال وهي أبسط عضو في عائلة العناصر الكيميائية ، ويرمز للهيدروجين برمز H ، وتحتوي ذرة الهيدروجين على نواة تتكون من بروتون يحمل وحدة واحدة من الشحنة الكهربائية الموجبة ، يرتبط الإلكترون الذي يحمل وحدة واحدة من الشحنة الكهربائية السالبة ، بهذه النواة أيضاً ، و

أول خاصية كيميائية مهمة معروفة للهيدروجين هي أنه يحترق بالأكسجين لتكوين الماء ، واسم الهيدروجين مشتق من الكلمات اليونانية التي تعني “صانع الماء”.[1]

ما هي اكبر دولة مصدرة للهيدروجين

يعتبر الهيدروجين

وقود محوري للحد من تغير المناخ ،

تخطط المملكة العربية السعودية لكي تكون أكبر مصدر للهيدروجين وخاصتاً

الهيدروجين الاخضر والازرق

، فالا

حتياطيات الكبيرة من الغاز الطبيعي في المملكة تمكنها من إنتاج الهيدروجين الازرق ، وهو شكل من الوقود يتم إنتاجه من خلال إعادة تشكيل الغاز في عملية تلتقط ثاني أكسيد الكربون الناتج الثانوي ، وقد شحنت المملكة العربية أول شحنة في العالم من الهيدروجين الأزرق ، والتي تم تحويلها إلى أمونيا.

وتخطط أيضًا لتوليد الهيدروجين من الطاقة الشمسية وهو ما يسمى ب

الهيدروجين الأخضر

في نيوم وهي المدينة المستقبلية التي يتم بناؤها على البحر الأحمر ، و

من خلال إضافة الهيدروجين إلى النفط الخام الذي تنتجه وتبيعه بالفعل ، تأمل المملكة العربية السعودية في الحفاظ على دورها كمورد مهم للطاقة ، فهي تعد من أعلى الدول إنتاجاً للهيدروجين وفقاً ل

ترتيب الدول حسب انتاج الهيدروجين

.[2]

عدد ذرات الهيدروجين

في الظروف العادية يكون غاز الهيدروجين عبارة عن تجمع سائب لجزيئات الهيدروجين ، كل منها يتكون من زوج من الذرات ، جزيء ثنائي الذرة ، H 2 ، تتحد ذرات الهيدروجين بسهولة مع عناصر أخرى لتكوين عدد هائل من الجزيئات المختلفة ، التي نعتمد على الكثير منها في حياتنا اليومية ، ويعتبر الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأكثر شيوعًا ، ويُقدر أن ذرات الهيدروجين تساهم بنسبة 75٪ من كتلة الكون.[3]

مشتقات الهيدروجين

للهيدروجين ثلاثة نظائر ، فيما يلي نتعرف عليهم :

الأعداد الكتلية لنظائر الهيدروجين هي 1 و 2 و 3 ، والأكثر وفرة ، هو نظير الكتلة 1 المسمى بشكل عام الهيدروجين ويرمز له H ، أو 1 H ولكن يُعرف أيضًا بأ

سم البروتيوم .
نظير الكتلة 2 ، الذي يحتوي على نواة بروتون واحد ونيوترون واحد وسُمي بالديوتيريوم ، أو الهيدروجين الثقيل ويرمز له D ، أو 2 H ، يشكل 0.0156 بالمائة من الخليط العادي للهيدروجين.
التريتيوم ويرمز له T ، أو 3 H ، مع بروتون واحد ونيوترونين في كل نواة ، هو نظير الكتلة 3 ويشكل حوالي 10 -15 إلى 10 -16 بالمائة من الهيدروجين.

تفاعلات الهيدروجين

يمكن أن يتفاعل الهيدروجين الجزيئي مع العديد من العناصر والمركبات ، ولكن في درجة حرارة الغرفة ، وتكون معدلات التفاعل منخفضة جدًا وبالتالي تكون ضئيلة ، و

يرتبط هذا الخمول الظاهر جزئيًا بطاقة التفكك العالية جدًا للجزيء ، ومع ذلك ، تكون معدلات التفاعل مرتفعة في درجات الحرارة المرتفعة.

يمكن أن تتسبب الشرارات أو بعض الإشعاعات في تفاعل خليط من الهيدروجين والكلور بشكل متفجر لإنتاج كلوريد الهيدروجين ، كما هو موضح في المعادلة:

H 2 + Cl 2 → 2HCl.
يتفاعل مخاليط الهيدروجين والأكسجين بمعدل قابل للقياس فقط فوق 300 درجة مئوية ، وفقًا للمعادلة 2H 2 + O 2 → 2H 2 O.
هذه الخلائط التي تحتوي على 4 إلى 94 بالمائة من الهيدروجين تشتعل عند تسخينها إلى 550 درجة -600 درجة مئوية أو عند ملامستها أو وجود محفز ، شرارة أو لهب.
يعتبر انفجار مزيج 2: 1 من الهيدروجين والأكسجين عنيفًا بشكل خاص.
تتفاعل جميع المعادن والفلزات تقريبًا مع الهيدروجين في درجات حرارة عالية.
في درجات حرارة وضغوط مرتفعة يقلل الهيدروجين أكاسيد معظم المعادن والعديد من الأملاح المعدنية للمعادن.
على سبيل المثال، غاز الهيدروجين وأكسيد الحديدية رد فعل ، مما أسفر معدني الحديد و المياه عن ، H 2 + فيو → الحديد + H 2 O
يقلل غاز الهيدروجين كلوريد البلاديوم لتكوين معدن البلاديوم وكلوريد الهيدروجين ، H 2 + PdCl 2 → Pd + 2HCl.[1]

استخدامات الهيدروجين

يُعد الهيدروجين ناقلًا رائعًا للطاقة النظيفة ، وتوجد العديد من الاستخدامات للهيدروجين وتشمل :

صناعة الفضاء

منذ بداية صناعة الفضاء ، لعب الهيدروجين دورًا مهمًا كوقود للصواريخ ، وهذا لأنه الوقود الذي يركز على أكبر قدر من الطاقة ، فيكون 1 كجم من الهيدروجين يحتوي على 3 أضعاف الطاقة من 1 كجم من البنزين ، وهذا معيار مهم للمشغل لأنه لابد أن يكون خفيفاً ،

ويستخدم الهيدروجين السائل والأكسجين السائل مجتمعين لإطلاق الصاروخ الأوروبي آريان 5 ، وينتج عن احتراق الهيدروجين كمية هائلة من البخار ، والتي يتم نفخها بسرعة عالية جدًا عبر أنبوب الذيل لمحرك فولكاين ، وطرد الغاز بسرعة عالية هو الذي يدفع الصاروخ.

الطاقة

يستخدم الهيدروجين لإنتاج طاقة نظيفة لمجموعة متنوعة من التطبيقات ،حيث يستخدم لإمدادات الطاقة للمناطق المعزولة غير المتصلة بشبكة الطاقة ، والمواقع الحساسة التي تتطلب أنظمة طاقة احتياطية موثوقة ، ومولدات الطاقة المحمولة المستخدمة للأحداث الخارجية ، ولكن قد توجد

عوائق استخدام الهيدروجين كوقود

.

النقل النظيف

يسمح لنا الهيدروجين المستخدم في خلية الوقود بإنتاج الكهرباء مباشرة على متن مركبة بمحرك كهربائي ، وهذه المركبات تكون عديمة الانبعاثات وتطلق الماء فقط ،

يتطلب إنتاج الهيدروجين طاقة ، لهذا السبب يُشار إلى الهيدروجين على أنه ناقل للطاقة ، مثل الكهرباء وليس على أنه طاقة أولية تشمل أمثلة الطاقة الأولية النفط والكربون أو الفحم والغاز الطبيعي وبعض مصادر الطاقة المتجددة ، مثل

الاقتصاد الدائري للكربون

.

الصناعة

الهيدروجين غاز شديد التفاعل ، ويستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية لإنتاج مواد مختلفة.

في الإلكترونيات ، يستخدم الهيدروجين كغاز ناقل ، غاز ينقل الغازات النشطة ، لتطبيقات متنوعة مثل تصنيع المكونات الإلكترونية ، ويوفر حماية ممتازة ضد الشوائب والأكسدة.
يتم استخدامه في مجال الكيمياء الصناعية ، ويكون له العديد من التطبيقات ، على سبيل المثال ، يمكن دمجه مع النيتروجين لإنتاج النشادر ، وهو أساس للأسمدة ، ويدخل في تكوين ألياف النسيج مثل النايلون ورغوة البولي يوريثان وعدد من المواد البلاستيكية.
في صناعة الزجاج ، من الضروري تصنيع الزجاج المسطح المستخدم للشاشات المسطحة ، ويستخدم معظم الزجاج المسطح عملية التعويم ، والتي يستخفيها الهيدروجين عالي النقاء جوًا وقائيًا.
يستخدم الهيدروجين في علم المعادن في أجواء المعالجة الحرارية التي تمكن من إنتاج أجزاء ميكانيكية أو لتغيير خصائصها.

البيئة

أهم استخدام حالي للهيدروجين هو إزالة الكبريت من الهيدروكربونات لإنتاج وقود خالٍ من الكبريت ،

تحتوي مصادر الطاقات الأحفورية مثل النفط الخام بشكل طبيعي على الكبريت ، وينتج عن احتراق الوقود المحتوي على الكبريت أكاسيد الكبريت SOx ، وتسبب هذه الغازات المهيجة عددًا من أمراض الجهاز التنفسي الخطيرة ،كما أنها تسهم في تلوث الغلاف الجوي ، وبالإضافة إلى ذلك ، يتداخل الكبريت مع عمل أنظمة العادم الحفزية

.[4]