Hva er egenskapene til hydrogen?
Egenskapene til hydrogen inkluderer at det i sin naturlige tilstand på Jorden er en fargeløs, luktfri gass som er ekstremt brannfarlig. Det er det letteste elementet som er kjent i naturen, og tar i gjennomsnitt 75% av all massen i universet i stjerner, planeter og andre stjerneobjekter. Hydrogen er også essensielt for alt liv på jorden, der det utgjør 14% av levende stoff etter vekt, da det lett danner bindinger med oksygen for å skape vann og karbon for å skape molekylene som er basen hvorpå levende strukturer og de fleste organiske molekyler ligger. er bygget.
Mens den mest utbredte formen av hydrogen er protium, der det bare har ett proton i sin atomkjerne og ett elektron i bane rundt kjernen, eksisterer det også to andre isotoper av hydrogen. Protium utgjør 99,985% av alt naturlig hydrogen, og deuterium står for ytterligere nesten 0,015% som har både et proton og nøytron i atomkjernen, noe som gir den en masse som er dobbelt så stor som protium. Tritium er den tredje formen for hydrogen, som er svært sjelden i naturen, men kan produseres kunstig. Det er ustabilt og viser radioaktivt forfall med en halveringstid på 12,32 år. Den har to nøytroner i atomkjernen for ett proton, og er en nøkkelforbindelse produsert og brukt i hydrogenbombenvåpen for å forbedre utbyttet deres, så vel som i kjernefysisk energiproduksjon, og i kjernefusjonsforskning.
De kjemiske egenskapene til hydrogen, med bare ett elektron i bane, fører til at det er et sterkt reaktivt element som danner bindinger med mange andre elementer. I sin naturlige tilstand i atmosfæren binder den seg til et annet hydrogenatom som oksygen gjør, for å danne H2. H2-molekyler kan også være unike avhengig av spinnet til kjernene deres, med molekyler av H 2 der begge kjernene spinner i samme retning som kalles orthohydrogen, og de med motsatt spinn kjent som parahydrogen. Ortohydrogen er den vanligste formen for H2 ved normalt atmosfæretrykk og temperatur i gassform, men når den er avkjølt til flytende form som for rakettbrensel, endres orhydrogen til parahydrogen.
De fysiske egenskapene til hydrogen og dens utbredte overflod på land og i jordens hav gjør det til et viktig forskningsområde som en tilnærmet ubegrenset drivstoffforsyning. Alle former for fossilt brensel og alkoholer som bensin, naturgass og etanol er sammensatt av hydrokarbonkjeder der hydrogen, karbon og noen ganger oksygen er bundet sammen. Å skille ut rent hydrogen som en renforbrenende, rikelig drivstoffkilde i seg selv er lett å gjøre, men kraften som er nødvendig for å bryte hydrogen fri fra kjemiske bindinger og deretter avkjøle det for lagring tar ofte mer energi enn det rene hydrogenet selv kan generere. Av denne grunn betyr egenskapene til hydrogen at dets vanligste bruksområder er der det finnes i kjemiske bindinger med andre elementer.
Forskning i fusjonsenergiproduksjon er også avhengig av de kjemiske egenskapene til hydrogenforbindelsene deuterium og tritium. Egenskapene til hydrogen som brukes av alle stjerner, smelter sammen atomer av hydrogen under intenst trykk for å frigjøre helium og energi i form av lys og varme. Tilsvarende trykk blir generert i forskningsanlegg som bruker kraftige magnetiske felt, treghetsfeste lasere eller elektriske pulser i USA, Europa og Japan.
Når fusjonen av hydrogenatomer finner sted, opprettes et heliumatom som fører 20% av overflødig energi fra prosessen, og 80% av energien blir ført av et fritt nøytron. Denne nøytronenergien eller varmen blir deretter absorbert av en væske for å skape damp og gi en turbin strøm til å produsere strøm. Prosessen er fremdeles fortsatt eksperimentell fra og med 2011. Dette skyldes det enorme presset som må opprettholdes for å smelte sammen hydrogenatomer kontinuerlig og for å lage maskiner som tåler temperaturer produsert i fusjon som når 212.000.000 ° Fahrenheit (100.000.000 ° Celsius) ).