Quali sono le proprietà dell'idrogeno?
Le proprietà dell'idrogeno includono che, nel suo stato naturale sulla Terra, è un gas incolore e inodore che è estremamente infiammabile. È l'elemento più leggero che esiste in natura, che occupa una media del 75% di tutta la massa nell'universo in stelle, pianeti e altri oggetti stellari. L'idrogeno è anche essenziale per tutta la vita sulla Terra, dove costituisce il 14% della materia vivente in peso, poiché forma prontamente legami con l'ossigeno per creare acqua e carbonio per creare le molecole che sono la base su cui si basano le strutture viventi e la maggior parte delle molecole organiche Sono costruiti.
Mentre la forma più abbondante di idrogeno è il protio, dove ha un solo protone nel suo nucleo atomico e un elettrone in orbita attorno al nucleo, esistono anche altri due isotopi dell'idrogeno. Il protio rappresenta il 99,985% di tutto l'idrogeno naturale e il deuterio rappresenta un altro quasi lo 0,015% con sia un protone che un neutrone nel nucleo atomico, che gli conferisce una massa doppia rispetto a quella del protio. Il trizio è la terza forma di idrogeno, che è estremamente raro in natura, ma può essere prodotto artificialmente. È instabile e presenta un decadimento radioattivo con un'emivita di 12,32 anni. Ha due neutroni nel nucleo atomico per un protone ed è un composto chiave prodotto e utilizzato nelle armi a bomba all'idrogeno per migliorare il loro rendimento, nonché nella produzione di energia da fissione nucleare e nella ricerca sulla fusione nucleare.
Le proprietà chimiche dell'idrogeno, con un solo elettrone in orbita, lo portano ad essere un elemento altamente reattivo che forma legami con molti altri elementi. Nel suo stato naturale nell'atmosfera, si lega a un altro atomo di idrogeno come fa l'ossigeno, per formare H 2 . Le molecole di H 2 possono anche essere uniche a seconda dello spin dei loro nuclei, con molecole di H 2 in cui entrambi i nuclei ruotano nella stessa direzione essendo chiamati ortoidrogeno, e quelli con spin opposti noti come paraidrogeno. L'ortoidrogeno è la forma più comune di H 2 alla normale pressione atmosferica e temperatura sotto forma di gas, ma, quando viene raffreddato in forma liquida come per il carburante per missili, l'ortoidrogeno si trasforma in paraidrogeno.
Le proprietà fisiche dell'idrogeno e la sua diffusa abbondanza sulla terra e negli oceani terrestri ne fanno un'importante area di ricerca come fornitura di carburante praticamente illimitata. Tutte le forme di combustibili e alcoli a base fossile come benzina, gas naturale ed etanolo sono composti da catene di idrocarburi in cui idrogeno, carbonio e talvolta ossigeno sono legati insieme. La separazione dell'idrogeno puro come fonte di combustibile abbondante e a combustione pulita è facilmente realizzabile, ma la forza necessaria per rompere l'idrogeno dai legami chimici e quindi raffreddarlo per lo stoccaggio richiede spesso più energia di quella che l'idrogeno puro può generare. Per questo motivo, le proprietà dell'idrogeno indicano che i suoi usi più comuni sono quelli in cui si trova nei legami chimici con altri elementi.
La ricerca sulla produzione di energia di fusione si basa anche sulle proprietà chimiche dei composti di idrogeno deuterio e trizio. Le proprietà dell'idrogeno utilizzate da tutte le stelle fondono insieme atomi di idrogeno sotto un'intensa pressione per rilasciare elio ed energia sotto forma di luce e calore. Pressioni simili vengono generate in strutture di ricerca che utilizzano potenti campi magnetici, laser a confinamento inerziale o impulsi elettrici negli Stati Uniti, in Europa e in Giappone.
Man mano che avviene la fusione degli atomi di idrogeno, viene creato un atomo di elio che trasporta il 20% dell'energia in eccesso dal processo e l'80% dell'energia viene trasportata da un neutrone libero. Questa energia o calore di neutroni viene quindi assorbito da un fluido per creare vapore e alimentare una turbina per produrre elettricità. Il processo rimane ancora sperimentale, tuttavia, a partire dal 2011. Ciò è dovuto alle enormi pressioni che devono essere mantenute per fondere insieme atomi di idrogeno in modo continuo e per realizzare macchine in grado di resistere a temperature prodotte in fusione che raggiungono 212.000.000 ° Fahrenheit (100.000.000 ° Celsius ).