Hidrojen ve Hidrojenin Özellikleri

Hidrojen Nedir? : “Hidrojen” kelimesi Yunanca’da “su oluşturan” manasına gelir. (“su” anlamına gelen “hydro”, ve “oluşturan” anlamına gelen “genes”) 1776’da Henry Cavendish tarafından izole edilmiştir. 1784’de su buharını kızdırılmış metal veya kömür üzerinden geçirerek hidrojen ve oksijenine ayıran Antoine Laurent de  Lavoisier tarafından da isimlendirilmiştir.

Hidrojen evrende en fazla ve en yaygın bulunan elementtir. Diğer bütün elementler başlangıçtaki Hidrojenden veya daha sonra ondan türemiş diğer elementlerden yapılmıştır. Hidrojen evrendeki atomların % 90’dan fazlasını, toplam kütlenin dörtte üçünü oluşturur. Yıldızları oluşturan temel elementtir. Buradaki füzyon prosesiyle birleşerek Helyum atomlarının çekirdeklerini oluşturan Hidrojen atomları büyük miktarda enerji açığa çıkarır.

Hidrojen atmosfer’de çok az bulunan bir gazdır. O kadar hafiftir ki, diğer gazlarla çarpıştığında büyük bir hız kazanır ve süratle Atmosfer’den dışarı fırlar. Hidrojen yeryüzünde esas olarak oksijen ile su bünyesinde bileşik yapar, fakat canlı bitkiler, petrol, kömür gibi organik maddelerde de bulunur. Atmosfer’de serbest element olarak mevcuttur, fakat sadece hacimde 1 ppm’den daha az miktarda. Bütün gazların en hafifi olan hidrojen diğer elementlerle bileşikler oluşturmak üzere birleşir.

Hidrojen yeryüzünde okyanus, göl ve nehirlerde su formunda bol miktarda bulunur. Bünyesinde depolanmış enerjinin birim üretiminde en ucuz sentetik yakıttır. Neredeyse tamamen temizdir, veya bütün sentetik yakıtlar içinde en az kirletici olandır. Karbon dioksid üretmemektedir. Son otuz yıl zarfında, hidrojen enerji sisteminin çeşitli yanları ve uygulamaları giderek daha fazla araştırılmıştır.

Hidrojenin Fiziksel Özellikleri

·        Renksiz

·        Kokusuz

·        Doğadaki en basit atom yapısına sahip

·        -252.77°C'da sıvı hale getirilebilir

·        Havadan 14.4 kez daha hafif, yoğunluğu havanın 1/14 ü, doğal gazın ise 1/9 u, sıvı halede benzinin 1/10 dur.

·        Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ü kadardır.

·        Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir.

·        1 kg hidrojen 2.1 kg doğal gaz veya 2.8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir.

·        Hidrojen petrol yakıtlarına göre ortalama 1.33 kat daha verimli bir yakıttır.

Hidrojenin Kimyasal Özellikleri

·        Hidrojen doğada serbest halde bulunmaz, bileşikler halinde bulunur.

·        Yakıt olarak kullanıldığında atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olmaktadır.

·        Hidrojenin çekirdeğinde bir proton ve çevresinde yalnız bir elektron bulunur.

·        5000 hidrojen atomunun birinin çekirdeğinde birde nötron bulunur.(döteryum)

·        Çekirdeğinde iki nötron bulunan izotopu (tridyum) hidrojen bombası yapımında kullanılır.

Hidrojenin Elde Edilme Yöntemleri

·        Isıtılmış karbon üzerinden su buharı geçirilerek,

·        Bazı hidrokarbonların ısı altında dekompozisyonuyla,

·        Sodyum veya potasyum hidroksidin alüminyum üzerindeki etkisiyle,

·        Suyun elektroliziyle,

·        Bazı metaller kullanılarak asitlerden uzaklaştırma yoluyla

·        Madenlerden, petrolden, gaz kuyularından elde edilir.

Hidrojenin Elde Edilmesi ve Tepkime Örnekleri

Çok etkin metaller (Ca, Sr, Ba ve IA grubu elementleri) su ile oda sıcaklığında tepkimeye girerek hidrojen ve çeşitli hidroksit çözeltileri verir.

Örnek : 2 Na _(k) + 2 H₂O → 2 Na⁺ _(aq) + 2 OH^– _(aq) + H_{2 (g)}

Yüksek sıcaklıklarda bazı metaller su buharından hidrojen açığa çıkarırlar. Bu gibi durumlarda, metal hidroksitleri yerine metal oksitleri elde edilir.

Örnek : 2 Fe _(k) + 4 H₂O _(g) → Fe₃O_{4 (k)} + 4 H_{2 (g)}

Asitlerin sulu çözeltileri ile tepkimeye girerek hidrojen veren metallerin listesi oldukça uzundur. Bunlardan bazıları Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe dir. Laboratuar ortamı için uygun bir hidrojen elde etme yöntemi olsa da ticari açıdan fazla bir önemi yoktur. Çok etkin metaller ise çok şiddetli bir şekilde tepkimeye girdiklerinden bu amaç için yararlı olmazlar.

Örnek : Zn _(k) + 2 H⁺ _(aq) → Zn²⁺ _(aq) + H_2(g)

Kok ve su buharı yüksek sıcaklıklarda (1000 C^o) tepkimeye girerek su gazı olarak bilinen bir gaz karışımı oluştururlar.

Örnek : C _(g) + H₂O _(g)→ CO _(g) + H_{2 (g)}

Hidrojen, hidrokarbonların yüksek sıcaklıklarda katalitik bozunmasından elde edilir.

Örnek : CH_{4 (g)}  → C _(k) + 2 H_{2 (g)}

Elektroliz yöntemi ile hidrojen elde edilir.

Örnek : 2 H₂O →elektroliz→ 2 H_2(g) + O_{2 (g)}

Hidrojenli Tepkimeler

Hidrojen I A grubu metalleri ve II A grubunun ağır metalleri (Ba, Sr ve Ca) ile tuz türü hidrürler oluşturur. Bu bileşiklerin hidrür iyonu (H ^- ) helyumla aynı elektronik yapıda olup, bu kararlı yapıya metalden bir elektron alarak ulaşır. Hidrojenin elektron ilgisi küçük (-72 Kj / mol) olduğundan, hidrojen ancak çok etkin metallerle hidrür oluşturacak şekilde tepkime verir.

Örnek : 2 Na _(k) + H_{2 (g)}  → 2 NaH _(k)

Hidrojen ametallerin çoğu ile kovalent bileşikler yapar. Halojenlerle polar kovalent gazlar vermek üzere tepkimeye girerler.

Örnek :  H_{2 (g)} + Cl_{2 (g)} → 2HCl _(g)

Hidrojen, flor ve klorla oda sıcaklığında veya daha düşük sıcaklıklarda tepkimeye girer. Etkinliği daha az olan brom ve iyotla ise hidrojenin tepkimesi daha yüksek sıcaklıklar gerektirir.

Hidrojenin H₂O oluşturmak üzere oksijenle vermiş olduğu tepkime  oldukça ekzotermik bir tepkimedir. Oksi hidrojen kaynağı ile elde edilen yüksek sıcaklığın nedeni budur. Hidrojenin kükürtle tepkimesi ise daha zordur ve oldukça yüksek sıcaklıklar gerektirir.  Yani : H_{2 (g)}  + S _(g) → H₂S _(g)

Hidrojen azotla yüksek basınçlarda ve yüksek sıcaklıklarda bir katalizör yardımıyla tepkimeye girerek amonyak oluşturur.

3 H_{2 (g)} + N_{2 (g)} → 2 NH_{3 (g)}

Hidrojen karbonla kolaylıkla tepkime vermez, fakat yüksek sıcaklıklarda hidrojen katalitik olarak ince öğütülmüş karbonla tepkimeye girer. Bu tepkimelerde hidrokarbonlar üretilir.

2 H_{2 (g)} + C _(g) → CH_{4 (g)}

Hidrojen pek çok metal oksitle tepkimeye girerek su ve serbest metal oluşturur.

Örnek :  CuO _(k) + H_{2 (g)} → Cu _(k) + H₂O _(g)

Karbon monoksit ve hidrojen yüksek sıcaklık ve basınçta bir katalizör ile metil alkol vermek üzere tepkimeye girer.

CO _(g) + 2H_{2 (g)} → CH₃OH _(g)

Hidrojen Bağı

Bazı hidrojen içeren bileşiklerde moleküller arası çekim kuvvetleri olağan üstü yüksektir. Bu çekim kuvvetleri, hidrojenin atom çapı küçük ve çok elektronegatif olan elementlere kovalent bağlı olduğu bileşiklerde görülür. Bu bileşiklerde elektronegatif element bağ elektronlarını öyle kuvvetlice çeker ki hidrojen önemli miktarda kısmi + yük kazanır. Aslında, hidrojen elementinin perdeleyici elektronları olmadığından burada hidrojen hemen hemen çıplak bir protondur.

Bir molekülün hidrojen atomu ve diğer bir molekülün elektronegatif elementinde bulunan paylaşılmamış elektron çifti birbirini çekerek hidrojen bağını oluşturur. Her hidrojen atomu küçük boyutlu olduğundan ancak bir hidrojen bağı yapabilir.

Ayrıca hidrojen bağı canlı sistemlerdeki moleküllerin yapılarının ve özelliklerinin saptanmasında önemli rol oynar. Örneğin : DNA yapısında bulunan hidrojen bağları buna en güzel örnektir.

Kaynaklar :

·        Hidrojenin Özellikleri – Ömer Faruk Noyan (Celal Bayar Üniversitesi)

·        Hidrojenin Gizemli Dünyası – Mehmet Emir

·        Modern Üniversite Kimyası Kitabı

Yorumlar (0)

Bu yorumun beslemesine abone olun

İsim

E-posta

Başlık

Yorum

daha küçük | daha büyük

E-posta ile takip (sadece kayıtlı kullanıcılar)

Okudum ve kabul ediyorum Kullanım şartları.

Yorum Ekle