Hidrojen Nedir, Nerelerde Kullanılır? Hidrojenin Özellikleri Nelerdir?

Kimyasal sembolü H olan Hidrojen hayatımızda pek çok alanda kullandığımız bir maddedir. Hidrojen ile ilgili hem geçmişte yapılmış araştırmalar bulunmaktadır hem de günümüzde devam eden araştırmalar vardır. Hidrojen aynı zamanda suyun da ana maddesi olarak bilinir. Peki, hidrojen nedir? Nerelerde kullanılır? Hidrojenin özellikleri nelerdir? Sizler için hidrojene dair bütün detaylı bilgileri derledik. İşte detaylar haberimizde!

Hidrojenin keşfi oldukça eski yıllara dayanmaktadır. Yaklaşık olarak 1500’lü yıllarda ilk kez Hidrojen elementi keşfedilmiştir.

Hidrojen Nedir?

Hidrojen, sembolü H, atom numarası 1 olan kimyasal bir element. Standart sıcaklık ve basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı ve H2 olarak bulunan bir diatomik gazdır. 1,00794 g/mol’lük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif olanıdır. Periyodik cetvelin sol üst köşesinde yer alır. Hidrojenin adı, Yunancada “su oluşturan” anlamına gelen ὑδρογόνο’dan (idrogono) kelimesinden gelir.

Hidrojen, evrenin kütlesinin %75’ini oluşturan ve evrende en çok bulunan elementtir.[7] Ana hatta bulunan yıldızların çoğunluğu, plazma hâlinde olan hidrojenden oluşur. Elementel hidrojen Dünya’da az bulunur. Endüstride metan gibi hidrokarbonlardan üretilebildiği gibi, pahalı olsa da suyun elektrolizinden de üretilebilir.

Hidrojenin en yaygın doğal izotopu, nötronsuz protiyumdur. Hidrojen pek çok elementle bileşik oluşturabilir. Ayrıca suda ve pek çok organik molekülde bulunduğundan önemlidir. Suda çözünen moleküller arasındaki asit – baz tepkimelerinde önemli rol oynar.

Schrödinger denkleminin analitik olarak çözülebildiği tek nötral molekül olduğu için, hidrojen atomunun enerji basamakları ve bağ özellikleri, kuantum mekaniğinin gelişmesinde önemli rol oynamıştır.

Hidrojen ametal bir maddedir. Sembolü ise H ile gösterilir. Rengi ve kokusu olmayan, herhangi bir sıcaklığa sahip olmayan bir diatomik gaza hidrojen denilmektedir. Hidrojen elementi tüm elementler arasında en hafif elementtir. Ayrıca yaşadığımız evrende de temel enerji kaynağı hidrojendir. Bundan dolayı hidrojen elementi oldukça önemlidir. Elementler arasında en hafif element olmasına rağmen diğer elementler ile karşılaştırıldığında ise enerjisi en yüksek elementtir.

Aynı zamanda suyun içerisinde de hidrojen elementi bulunur. Yani hidrojen sıvı hale gelebilmesi için diğer elementler ile birleşir. İlk kez 1500’lü yıllarda keşfedilen hidrojen elementinin yanıcı özelliği ise daha sonra keşfedildi. 1700’lü yıllarda Hidrojen elementinin ilk kez yanıcı bir element olduğunun keşfi yapıldı.

Hidrojen 1500’lü yıllarda keşfedilmiş, 1700’lü yıllarda yanabilme özelliğinin farkına varılmış, evrenin en basit ve en çok bulunan elementi olup, renksiz, kokusuz, havadan 14,4 kat daha hafif ve tamamen zehirsiz bir gazdır.

Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeye vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır. Hidrojen, 1 atm de -252,77 °C’de sıvılaşır. 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 doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir. Ancak birim enerji başına hacmi yüksektir.

Hidrojen gazını yapay olarak ilk defa T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 – 1521, olarak da bilinir) tarafından güçlü asitlerle metalleri karıştırarak elde etmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen Robert Boyle tarafından demir çubuk ve seyreltik asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir. 1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish’in hidrojenle tanışması cıva ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden biri olduğunu, cıvanın asitle reaksiyonundan ortaya çıktığını düşünmüş, buna rağmen hidrojenin pek çok önemli özelliğini gerçekçi şekilde tasvir edebilmiştir. 1783’te Antoine Lavoiser, Laplace ile Cavendish’in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir.

Hidrojen Nerelerde Kullanılır?

Hidrojen gazı günümüzde pek çok alanda kullanılmaktadır. İlk olarak bilinen hidrojen elementi ile yapılan bombalardır. Dünya’nın en güçlü ve en etki edici bombası hidrojen bombasıdır. Dolayısıyla ilk olarak bomba yapımında kullanılır diyebiliriz. Bir diğer kullanılan alan ise elektrik enerjisi üretiminde kullanıldığıdır. Elektrik enerjisi üretilirken hidrojen elementine ihtiyaç duyulur.

Bu yüzden en çok bu alanda hidrojen elementinin tercih edildiğini söyleyebiliriz. Hidrojen elementinin bir diğer kullanıldığı alan ise amonyak elde etmekte kullanılmasıdır. Amonyak elde edilirken yine hidrojen elementine ihtiyaç duyulur hidrojen elementi ile birlikte amonyak elde edilir.

Kömür ve benzin üretiminde de yine hidrojen elementi kullanılır. Bu yüzden hidrojenin kullanım alanları günümüzde hayati öneme sahiptir. Hidrojen elementi ile sıvı yağlardan katı yağ üretimi de elde edilir.

Hidrojenin Özellikleri Nelerdir?

Hidrojenin hem fiziksel hem de kimyasal özelliği bulunmaktadır. Hidrojenin fiziksel özellikleri şu şekildedir;

• Renksiz, kokusuz, tatsız ve oldukça yanıcı bir maddedir.
• Sıvılaşması en güç ikinci gazdır.
• Yoğunluğu 0.09 moldür.

Hidrojenin kimyasal özellikleri şu şekildedir;

• Hidrojen ametal bir elementtir.
• Eksi ve artı yüklü bir elektronlardan hidrojen oluşur.

Hidrojenin Elde Edilmesi

Hidrojen gazını yapay olarak ilk defa T. Von Hohenheim (ayrıca Paracelsus, 1493 – 1521, olarak da bilinir) tarafından güçlü asitlerle metalleri karıştırılarak elde edilmiştir. Bu kimyasal reaksiyon sonucu elde edilen bu yanıcı gazın yeni bir element olduğunun farkına varamamıştır. 1671 yılında hidrojen Robert Boyle tarafından demir çubuk ve seyreltik asit çözeltilerinin reaksiyonu sonucu üretilerek yeniden keşfedilmiştir.

1766 yılında Henry Cavendish metal asit reaksiyonuyla elde edilen, havada yanan, yandığı zaman su açığa çıkaran hidrojenin ayrı bir element olduğunun farkına varmıştır. Cavendish’in hidrojenle tanışması cıva ve asitlerle yaptığı deneyler zamanında olmuştur. Başlangıçta hidrojenin cıvayı oluşturan birimlerden biri olduğunu, cıvanın asitle reaksiyonundan ortaya çıktığını düşünmüş, buna rağmen hidrojenin pek çok önemli özelliğini gerçekçi şekilde tasvir edebilmiştir. 1783’te Antoine Lavoisier, Laplace ile Cavendish’in bulduklarını tekrarlarken, yandığı zaman su üreten bu gaza hidrojen adını vermiştir. Hidrojenin ilk kullanım yerlerinden biri balonlar ve daha sonraları zeplinlerdir. Bu amaçlar için hidrojen metalik demir ve sülfürik asidin reaksiyona girmesiyle elde edilmiştir. Hidrojen Hindenburg adlı, havada yanarak yok olan zeplinde kullanılmıştır. Balonlarda daha sonraları oldukça patlayıcı olan hidrojenin yerine inert helyum kullanılmıştır.

Hidrojen Uygulamaları

Hidrojen zehirsiz ve havadan 14,4 kez daha hafif bir gazdır. Güneş ve diğer yıldızların termonükleer tepkimeyle vermiş olduğu ısının yakıtı hidrojen olup, evrenin temel enerji kaynağıdır.

• -252,77 °C’ta sıvı hale getirilebilir. Sıvı hidrojenin hacmi gaz halindeki hacminin sadece 1/700’ü kadardır.
• Hidrojen bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahiptir (Üst ısıl değeri 140,9 MJ/kg, alt ısıl değeri 120,7 MJ/kg). 1 kg hidrojen, 2,1 kg doğalgaz veya 2,8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye sahiptir.
• Petrol yakıtlarına göre ortalama 1,33 kat daha verimli bir yakıttır. Buna karşın, enerji olarak kullanılabilmesi için doğadaki bileşiklerden ayrıştırılması gerekir. Üretilmesi de göz önünde bulundurulduğunda petrol gibi hazır yakıtlar kadar kârlı değildir. Ancak hidrojenin diğer yakıtlardan önemli bir farkı, güneş veya rüzgâr enerjisinin yardımıyla sudan üretilebilmesi ve kullanıldığında tekrar suya dönüşebilmesidir. Bu özellik hidrojenin herkesin üretimine ve kullanımına açık bir yakıt olmasını sağlar.

Hidrojen doğada serbest halde bulunmaz, bileşikler halinde bulunur. En çok bilinen bileşiği ise sudur. Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alanda kullanımı temiz ve kolay olan hidrojenin yakıt olarak kullanıldığı enerji sistemlerinde, atmosfere atılan ürün sadece su ve/veya su buharı olur. Bunun dışında çevreyi kirleten hiçbir gaz ve zararlı kimyasal madde (karbonmonoksit veya karbondioksit gibi) üretimi olmaz..

Hidrojenin Atom Yapısı

1 proton ve 1 elektrondan oluşan hidrojen atomu, basit atomik yapısı, ışık emilim ve yayma spektrumu sayesinde atomik yapının geliştirilmesinde önemli rol oynamıştır. Hidrojen molekülünün ve ona karşılık gelen H2+ katyonu basit yapısı kimyasal bağların doğası hakkında önemli bilgiler vermiş, bu 1920’li yılların ortalarında hidrojen atomunun kuantum mekaniği uygulamasıdır.

Hidrojenin Evrendeki Yeri

Hidrojen evrenin kütlece %75’ini, atom sayıca %90’nı oluşturur ve bu oranlarıyla evrende en çok bulunan elementtir. Bu element yıldızlarda, dev gaz gezegenlerinde büyük miktarda bulunur. Moleküler hidrojen bulutları yıldızların oluşumuyla bağlantılıdır. Hidrojen yıldızların proton-proton nükleer füzyon reaksiyonuyla enerji üretmesinde önemli rol oynar.

Evrende hidrojen atomik ya da plazma halinde bulunur. Plazma hali atomik halinden oldukça farklıdır. Bu halde hidrojen elektronu ve protonu bağlı değildir ve bu oldukça yüksek elektrik iletkenliği ve ışık yayılımına (güneş ve diğer yıldızlar ışık yayar) sahiptir. Yüklü partiküller elektrik ve manyetik alanlarda oldukça etkilenirler. Mesela, güneş rüzgârında dünyanın magnetospheri ile etkileşerek Birkeland akımları ve auroraya yol açarlar. Uzayda hidrojen nötral atomik halde bulunur.

Normal şartlar altında hidrojen biatomik gaz (H2) halinde bulunur. Hafifliği nedeniyle diğer daha ağır gazlara göre yerçekimi kuvvetinden kolayca kurtulur. Bu nedenle dünya atmosferinde hidrojen gazı oranı oldukça düşüktür (hacimce 1 ppm). Hidrojen atomu ve H2 molekülü uzayda bolca bulunduğu halde dünya da bunların üretimi ve saflaştırılması oldukça güçtür. Bütün bunlara rağmen hidrojen dünyada en çok bulunan üçüncü elementtir. yeryüzündeki hidrojen su, hidrokarbonlar gibi kimyasal bileşiklerin içinde bulunur. Hidrojen gazı bazı bakteri ve algae tarafından üretilir. Günümüzde methan gazı önemi artan bir hidrojen kaynağıdır.