HİDROJEN

Hidrojen renksiz, kokusuz, tatsız, yanıcı ve toksik olmayan bir elementtir.
Hidrojen, ortam sıcaklıklarında ve atmosfer basıncında gaz halinde bulunur.
Hidrojen, bilinen en hafif gazdır ve yoğunluğu havanın yoğunluğunun yaklaşık %0,07'si kadardır.

CAS: 1333-74-0
MF: H2
MW: 2,02
EINECS: 215-605-7

Eş anlamlılar
Sıvı hidrojen; Sıkıştırılmış hidrojen; Saf hidrojen (%99,99); Hidrojen molekülü; DÖTERYUM (D, %99,8); Hidrojen Messer(R) CANgas, %99,999; diprotium; PROTİUM

Hidrojen, atmosferde düşük irtifalarda hacimce sadece yaklaşık 0,5 ppm konsantrasyonunda bulunur.
Sembol H. Renksiz, kokusuz gaz halindeki kimyasal element; a.n. 1; r.a.m. 1.008; d. 0.0899 g dm–3; m.p. –259.14°C; b.p. –252.87°C.
Hidrojen, evrendeki en hafif ve en bol elementtir.
Hidrojen, suda ve tüm organik bileşiklerde bulunur.
Üç izotopu vardır: doğal olarak oluşan hidrojen, iki kararlı izotop olan hidrojen-1 (%99,985) ve döteryumdan oluşur.
Radyoaktif trityum ise yapay olarak üretilir.
Gaz, iki atomludur ve iki formu vardır: nükleer spinlerin paralel olduğu ortohidrojen ve antiparalel olduğu parahidrojen.
Normal sıcaklıklarda gazın %25'i parahidrojendir.

Sıvı hidrojende %99,8'i parahidrojendir.
Hidrojenin ana kaynağı, doğal gazın buharla reformasyonudur.
Hidrojen, Bosch prosesi (bkz. Haber prosesi) ve suyun elektroliziyle de üretilebilir.
Ana kullanım alanı, amonyak üretimi için Haber prosesidir.
Hidrojen ayrıca, oksit cevherlerinin indirgenmesi, petrolün rafine edilmesi, kömürden hidrokarbon üretimi ve bitkisel yağların hidrojenasyonu gibi çeşitli diğer endüstriyel proseslerde de kullanılır.
Ayrıca, fosil yakıtlara dayanmayan birincil enerji kaynaklarının (örneğin nükleer, güneş veya jeotermal enerji) elektrik üretmek için kullanıldığı ve bu elektriğin suyun elektrolizinde kullanıldığı bir 'hidrojen yakıt ekonomisi'ndeki potansiyel kullanımına da büyük ilgi gösterilmiştir.

Oluşan hidrojen, sıvı hidrojen veya metal hidritler olarak depolanır.
Kimyasal olarak, hidrojen çoğu elementle reaksiyona girer.
Hidrojen, 1766 yılında Henry Cavendish tarafından keşfedilmiştir.
Tek bir bağla birleşmiş iki hidrojenden oluşan bir element molekülüdür.
Hidrojen renksiz, kokusuz bir gazdır.
Hidrojen kolayca tutuşur. Hidrojen tutuştuğunda soluk mavi, neredeyse görünmez bir alevle yanar.

Buharları havadan daha hafiftir.
Hidrojen, geniş bir buhar/hava konsantrasyonu aralığında yanıcıdır.
Hidrojen zehirli değildir, ancak havadaki oksijenin yerini alarak basit bir boğulma etkisi gösterir.
Uzun süre ateşe veya yoğun ısıya maruz kaldığında kaplar şiddetli bir şekilde patlayabilir ve fırlayabilir.
Hidrojen, diğer kimyasalların yapımında ve oksijen-hidrojen kaynak ve kesiminde kullanılır.

Hidrojen kimyasal bir elementtir; sembolü H ve atom numarası 1'dir.
Hidrojen, evrendeki en hafif ve en bol kimyasal elementtir ve tüm normal maddenin yaklaşık %75'ini oluşturur.
Standart koşullar altında, hidrojen, H2 formülüne sahip iki atomlu moleküllerden oluşan bir gazdır ve dihidrojen veya bazen hidrojen gazı, moleküler hidrojen veya kısaca hidrojen olarak adlandırılır.
Dihidrojen renksiz, kokusuz, toksik olmayan ve oldukça yanıcıdır.
Güneş de dahil olmak üzere yıldızlar esas olarak plazma halinde hidrojenden oluşurken, Dünya'da hidrojen H2 (dihidrojen) gazı ve su ve organik bileşikler gibi moleküller halinde bulunur.
Hidrojenin en yaygın izotopu olan 1H, bir proton, bir elektron ve hiç nötron içermez.

Hidrojen gazı ilk olarak 17. yüzyılda asitlerin metallerle reaksiyonu sonucu yapay olarak üretilmiştir.
Henry Cavendish, 1766-1781 yılları arasında hidrojen gazını ayrı bir madde olarak tanımlamış ve yakıldığında su üretme özelliğini keşfetmiştir: bu, hidrojenin adının kökenidir ve 'su oluşturan' anlamına gelir (Eski Yunanca: ὕδωρ, romanize: húdōr, kelimenin tam anlamıyla 'su' ve γεννάω, gennáō, 'ortaya çıkarıyorum').
Hidrojenin emdiği ve yaydığı ışığın renklerini anlamak, kuantum mekaniğinin gelişiminde çok önemli bir rol oynamıştır.

Genellikle ametal olan ancak aşırı basınç altında ametal hale gelen hidrojen, çoğu ametalle kolayca kovalent bağlar oluşturarak su ve çeşitli organik maddeler gibi bileşiklerin oluşumuna katkıda bulunur.
Hidrojenin rolü, esas olarak çözünür moleküller arasında proton değişimini içeren asit-baz reaksiyonlarında çok önemlidir.
İyonik bileşiklerde hidrojen, negatif yüklü bir anyon (hidrit olarak bilinir) veya pozitif yüklü bir katyon (H+, hidron) şeklinde olabilir.
Su moleküllerine sıkıca bağlı olmasına rağmen, hidronlar pH'ın öneminde de görüldüğü gibi sulu çözeltilerin davranışını güçlü bir şekilde etkiler.
Öte yandan hidrit, çözücüleri deprotonasyona uğratarak H2 üretme eğiliminde olduğu için nadiren gözlemlenir.

Evrenin ilk dönemlerinde, Büyük Patlamadan yaklaşık 370.000 yıl sonra, evren genişlerken ve plazma elektronların protonlara bağlı kalması için yeterince soğurken nötr hidrojen atomları oluştu. Yıldızlar oluşmaya başladıktan sonra, galaksiler arası ortamdaki hidrojenin çoğu yeniden iyonize oldu.
Hidrojen üretiminin neredeyse tamamı, özellikle doğal gazın buharla reformasyonu olmak üzere, fosil yakıtların dönüştürülmesiyle yapılır.
Hidrojen ayrıca elektroliz yoluyla sudan veya tuzlu sudan da üretilebilir, ancak bu işlem daha pahalıdır.
Hidrojenin başlıca endüstriyel kullanımları arasında fosil yakıt işleme ve gübre için amonyak üretimi yer almaktadır.
Hidrojenin yeni ortaya çıkan kullanımları arasında elektrik üretmek için yakıt hücrelerinin kullanımı yer almaktadır.

Hidrojenin Kimyasal Özellikleri
Erime noktası: −259,2 °C (literatür)
Kaynama noktası: −252,8 °C (literatür)
Yoğunluk: 0,0899
Buhar yoğunluğu: 0,07 (21 °C, havaya göre)
Buhar basıncı: Kritik sıcaklık -239,9 °C; bu sıcaklığın üzerinde yoğuşmaz
Fp: <-150°C
Çözünürlük: H2O'da az çözünür
pKa: 35 (25℃'de)
Form: Renksiz gaz
Renk: Renksiz gaz; Yanıcı
Koku: Kokusuz gaz
Alev Rengi: Soluk mavi
Patlama limiti: %74,2
Suda Çözünürlük: 0,00017 g/100 mL
Termal İletkenlik: 0,1805 W/(m·K)
Merck: 13,4813
Henry Yasası Sabiti: 25℃'de 7,8×10-6 mol/(m3Pa), Fernández-Prini vd. (2003)
Dielektrik sabiti: 1,0 (100℃)
Kararlılık: Kararlı. Son derece yanıcı. Hava ile kolayca patlayıcı karışımlar oluşturur. Açık laboratuvarda azot/hidrojen karışımının kullanımı için üst (Birleşik Krallık) bileşim limiti %5,7 hidrojendir.
Kozmetik İçeriklerinin Fonksiyonları: ANTİOKSİDAN
InChI: 1S/H2/h1H
InChIKey: UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N
CAS Veritabanı Referansı: 1333-74-0 (CAS Veritabanı Referansı)
NIST Kimya Referansı: Hidrojen (1333-74-0)
EPA Madde Kayıt Sistemi: Hidrojen (1333-74-0)

Hidrojen, H2, basınç altında soğutularak sıvılaştırılabilen, tatsız, renksiz, kokusuz bir gazdır.
Hidrojen, kaynak işlemlerinde, amonyak, metanol ve diğer kimyasalların üretiminde, petrol ve kömürün hidrojenasyonunda ve metal oksit cevherlerinin indirgenmesinde kullanılır.
Hidrojen, suyun ayrışmasıyla ve tuzlu çözeltilerin elektrolizinde yan ürün olarak elde edilir.
Ortam sıcaklığında moleküler hidrojen, çoğu metal için nispeten zararsızdır. Ancak atomik hidrojen çoğu metal için zararlıdır.

Özellikler
Hidrojen, dış elektronlarını güçlü bir şekilde paylaşan, birbirine sıkıca bağlı iki atomdan oluşan iki atomlu bir gaz molekülüdür.
Hidrojen, havadan daha hafif, kokusuz, tatsız ve renksiz bir gazdır.
Hidrojen, diğer alkali metaller gibi +1 oksidasyon durumuna sahip olduğu için alkali metallerle birlikte 1. grupta yer alır.
1990'larda Kaliforniya, Livermore'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda (LLNL) yapılan deneyler, H2'nin sıcaklığını neredeyse mutlak sıfıra düşürdü.
Gaz halindeki hidrojeni içeren uzun bir tüpte barut patlatılarak, normal atmosfer basıncının bir milyondan fazla katı basınç altında olan gaz sıvı hale sıkıştırıldı.
Çok soğuk gaz üzerindeki bu aşırı basınç, onu sıvı hidrojene (neredeyse katı metalik hidrojene) dönüştürdü; bu durumda metal gibi davrandı ve elektriği iletti.
Hidrojen gazı suda, alkolde ve eterde az çözünür.
Hidrojen aşındırıcı olmamasına rağmen, katı maddelere havadan daha iyi nüfuz edebilir.
Hidrojen, bazı maddelerin yüzeyine yapışma ve tutunma şekliyle mükemmel adsorpsiyon yeteneklerine sahiptir.
(Adsorpsiyon, bir maddenin diğerinin arasına girmesiyle oluşan "absorpsiyon" ile aynı şey değildir.)

Fiziksel Özellikler
Hidrojen atomu tüm elementlerin en basitidir ve ana izotopu (H-1) çekirdeğinde yalnızca bir proton ve K kabuğunda bir elektron içerir.
Atomik hidrojenin yoğunluğu 0,08988 g/l, havanın yoğunluğu ise 1,0 g/l'dir (gram/litre).
Hidrojenin erime noktası -255,34°C, kaynama noktası ise -252,87°C'dir (mutlak sıfır = -273,13°C veya -459,4°F).
Hidrojenin +1 ve -1 olmak üzere iki oksidasyon durumu vardır.

Kullanım Alanları
Hidrojen mükemmel bir indirgeyici maddedir.
Amonyak (NH3) üretimi.
Etanol (tahıllardan elde edilen etil alkol).
Bitkisel yağların hidrojenasyonu.
Oksi-hidrojen üfleme borusu (kaynak) ve kireç lambasında; çelik ve diğer metallerin kendiliğinden kaynaklanmasında; amonyak, sentetik metanol, HCl, NH3 üretiminde; yağların, katı yağların, naftalinin, fenolün hidrojenasyonunda; balonlarda ve hava gemilerinde; metalurjide oksitleri metallere indirgemek için; petrol rafinerisinde; termonükleer reaksiyonlarda (proton, döteron (D) veya triton (T) oluşturmak üzere iyonlaşır).

Sıvı hidrojen, atom altı parçacıkları incelemek için kabarcık odalarında kullanılır; soğutucu olarak.
Rafineriler, petrokimya ve toplu kimyasal tesisler tarafından hidrojenleme, katalitik reformlama ve hidrokraking için büyük miktarlarda hidrojen yerinde üretilir veya boru hatlarıyla taşınır.
Kimya, metalurji, yağ ve gres, cam ve elektronik endüstrilerinde kullanılmak üzere daha küçük miktarlarda hidrojen, tesis içinde üretilir veya boru hatlarıyla taşınır.
Bu küçük kullanıcıların bazılarına hidrojen, üretim yerlerine silindirlerde veya tüp römorklarında gaz halinde veya tesis içi depolama silindirlerine kademeli olarak teslim edilir.
Bazı küçük kullanıcılar ise sıvı hidrojeni tesis içi sıvı hidrojen depolama sistemine teslim ettirir.

Petrokimya endüstrisi
Fosil yakıtların "iyileştirilmesinde" büyük miktarlarda H2 kullanılır.
H2'nin başlıca tüketicileri arasında hidrodesülfürizasyon ve hidrokraking bulunur.
Bu reaksiyonların çoğu hidrojenoliz, yani hidrojen tarafından bağların kırılması olarak sınıflandırılabilir.

Örneğin, sıvı fosil yakıtlardan kükürtün ayrılması:
R2S + 2 H2 → H2S + 2 RH
Hidrojenasyon
Çeşitli substratlara H2 eklenmesi olan hidrojenasyon, büyük ölçekte yapılır. Haber prosesiyle N2'nin hidrojenasyonu amonyak üretir:
N2 + 3 H2 → 2 NH3
Bu proses, tüm endüstrinin enerji bütçesinin birkaç yüzdesini tüketir ve en büyük hidrojen tüketicisidir.
Elde edilen amonyak, gübre üretiminde yaygın olarak kullanılır; bu gübreler modern tarımda temel hammaddeler haline gelmiştir.

Hidrojenasyon ayrıca doymamış yağları ve sıvı yağları doymuş yağlara ve sıvı yağlara dönüştürmek için de kullanılır.
En önemli uygulama margarin üretimidir.
Metanol, karbondioksitin hidrojenasyonuyla üretilir; bu işlem için kullanılan hidrojen ve karbondioksit karışımına sentez gazı denir.
Hidrojen, benzer şekilde hidroklorik asit üretiminde hidrojen kaynağıdır. H2 ayrıca bazı cevherlerin metallere dönüştürülmesinde indirgeyici madde olarak da kullanılır.

Yakıt
Hidrojenin (H2) yakıt olarak kullanılma potansiyeli geniş çapta tartışılmıştır. Hidrojen, elektrik üretmek için yakıt hücrelerinde kullanılabilir veya ısı üretmek için yakılabilir.
Hidrojen yakıt hücrelerinde tüketildiğinde, kullanım noktasında tek emisyon su buharıdır.
Yakıldığında, hidrojen yanma noktasında nispeten az kirliliğe neden olur, ancak zararlı azot oksitlerin termal oluşumuna yol açabilir.
Hidrojen düşük veya sıfır sera gazı emisyonuyla (yeşil hidrojen) üretilirse, fosil yakıtların doğrudan elektrik kullanımıyla değiştirilmesinde zorluklar ve sınırlamalar bulunan enerji sistemlerinin karbondan arındırılmasında önemli bir rol oynayabilir.

Hidrojen yakıtı, çelik, çimento, cam ve kimyasalların endüstriyel üretiminde gerekli olan yoğun ısıyı üretebilir ve böylece çelik üretimi için elektrik ark fırınları gibi diğer teknolojilerle birlikte endüstrinin karbondan arındırılmasına katkıda bulunabilir.
Bununla birlikte, hidrojenin amonyak ve organik kimyasalların daha temiz üretimi için endüstriyel hammadde sağlamada daha büyük bir rol oynaması muhtemeldir.
Örneğin, çelik üretiminde hidrojen, kömürden elde edilen kokun (karbon) yerini alarak temiz bir yakıt ve düşük karbonlu bir katalizör olarak işlev görebilir:

2FeO + C → 2Fe + CO2
vs
FeO + H2 → Fe + H2O
Ulaşımın karbondan arındırılmasında kullanılan hidrojenin, amonyak ve metanol gibi hidrojen türevli sentetik yakıtlar ve yakıt hücresi teknolojisi kullanılarak, en büyük uygulamalarını denizcilik, havacılık ve daha az ölçüde ağır yük araçlarında bulması muhtemeldir.
Otomobiller de dahil olmak üzere hafif ticari araçlar için hidrojen, özellikle bataryalı elektrikli araçların benimsenme oranıyla karşılaştırıldığında, diğer alternatif yakıtlı araçların çok gerisindedir ve gelecekte önemli bir rol oynamayabilir.
Sıvı hidrojen ve sıvı oksijen birlikte, Uzay Mekiği ana motorlarında olduğu gibi, sıvı yakıtlı roketlerde kriyojenik itici yakıt olarak görev yapar.

NASA, sıvı helyumda asılı katı moleküler hidrojen parçacıklarına dondurulmuş atomik hidrojen, bor veya karbondan yapılan roket yakıtının kullanımını araştırmıştır.
Isıtıldığında, karışım buharlaşarak atomik türlerin yeniden birleşmesine olanak tanır ve karışımı yüksek sıcaklığa kadar ısıtır.
Yenilenebilir elektrik enerjisinin fazla olduğu durumlarda üretilen hidrojen, prensip olarak depolanabilir ve daha sonra ısı üretmek veya elektriği yeniden üretmek için kullanılabilir.
Hidrojen, amonyak ve metanol gibi sentetik yakıtlara dönüştürülebilir.
Hidrojen yakıtının dezavantajları arasında, hidrojenin patlayıcılığı nedeniyle yüksek depolama ve dağıtım maliyetleri, diğer yakıtlara kıyasla büyük hacmi ve malzemeleri kırılganlaştırma eğilimi yer almaktadır.
Dağıtımın ekonomik dezavantajı, hidrojen kullanan tesislerin madencilik endüstrisi merkezlerinde bir araya getirilmesiyle azaltılabilir.

Tarımsal Kullanımlar
Hidrojen, metalik olmayan bir element olup, oksijenle birleşmiş suda ve tüm organik bileşiklerde (örneğin, hidrokarbonlar ve karbonhidratlar) bulunan renksiz, kokusuz, tatsız bir gazdır.
Hidrojen, suyun elektroliziyle üretilir ve azotlu gübreler için önemli bir hammadde olan amonyak üretmek için Haber-Bosch işleminde kullanılır.
Büyük miktarlarda hidrojen, katı yağlar üretmek için doymamış bitkisel yağların katalitik hidrojenasyonunda ve petrol rafinerisinde kullanılır.
Büyük miktarlarda hidrojen, oksijen veya flor ile birlikte roketler için itici yakıt olarak da kullanılır.
Yanıcı olduğu için hidrojen, balonları ve hava gemilerini doldurmak için helyum ile birlikte kullanılır.
Hidrojen, Periyodik Tablonun 1. Grubunda yer alan tüm elementlerin en hafifidir.
Hidrojen evrende bol miktarda bulunur.
Hidrojenin üç izotopu vardır: hidrojen-1, döteryum ve trityum.
İlk ikisi doğal olarak oluşan kararlı izotoplardır ve üçüncüsü radyoaktiftir, yapay olarak üretilir.

Malzeme Kullanımları
Hidrojen gazı aşındırıcı değildir ve ortam sıcaklıklarında, ilgili çalışma basınçları için yeterli mukavemete sahip olacak şekilde tasarlanmış tesislerde kullanılan çoğu yaygın metal tarafından muhafaza edilebilir.
Hidrojen kullanmak üzere üretilen ekipman ve boru hatları, özellikle 450°F (232°C) üzerindeki yüksek basınç ve sıcaklıklarda kırılganlık olasılığı dikkate alınarak seçilmelidir.
Uygun alaşımları seçmek için bir Nelson eğrisine başvurulmalıdır.
Sıvı hidrojen ekipmanlarında kullanılan metallerin çok düşük çalışma sıcaklıklarında tatmin edici özelliklere sahip olması gerekir.
Sıradan karbon çelikleri, sıvı hidrojen sıcaklıklarında sünekliklerini kaybeder ve bu hizmet için çok kırılgan kabul edilir.
Uygun malzemeler arasında östenitik krom-nikel çelikler (paslanmaz çelikler), bakır, bakır silikon alaşımları, alüminyum, Monel ve bazı pirinç ve bronzlar bulunur.

Üretim Yöntemleri
Hidrojen gazı çeşitli yöntemlerle üretilebilir.
Hidrojen ticari olarak suyun elektroliziyle elde edilir.
Hidrojen ayrıca endüstriyel olarak buharın metan veya kok ile reaksiyonuyla da üretilir:

CH4 + H2O → CO + 3H2
C + H2O → CO + H2
CO + H2O → CO2 + H2

Reaksiyonlar yaklaşık 900 ila 1000°C'de gerçekleştirilir ve nikel-el, nikel-alümina veya rodyum-alümina katalizörleri ile katalize edilir.
Laboratuvarda hidrojen, çinko veya demirin seyreltik hidroklorik veya sülfürik asit ile reaksiyonuyla hazırlanabilir:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Ayrıca, ısıtılmış demir üzerinden su buharı geçirilerek de hazırlanabilir:
H2O + Fe → FeO + H2
Ayrıca, metal hidritlerin su ile reaksiyonuyla da üretilebilir:
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
Başka bir hazırlama yöntemi ise alüminyum, çinko veya diğer aktif metallerin seyreltik sodyum hidroksit veya potasyum hidroksit içinde ısıtılmasını içerir:
2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2
Zn + 2KOH → K2ZnO2 + H2

Yangın Tehlikesi
Hidrojen, neredeyse görünmez bir alevle ve düşük ısı radyasyonuyla yanan, oldukça yanıcı bir gazdır.
Hidrojen, hacimce %4 ila %75 oranında hava ile patlayıcı karışımlar oluşturur.
Hidrojenin hava (veya oksijen) ile oluşturduğu bu patlayıcı karışımlar, çeşitli ince taneli metaller (örneğin yaygın hidrojenasyon katalizörleri) tarafından tutuşturulabilir.
Yangın durumunda, gaz akışını kapatın ve karbondioksit, kuru kimyasal veya halon söndürücülerle söndürün.