Quais são as propriedades do hidrogênio?
As propriedades do hidrogênio incluem que, em seu estado natural na Terra, é um gás incolor e inodoro que é extremamente inflamável. É o elemento mais leve que se sabe existir na natureza, ocupando uma média de 75% de toda a massa do universo em estrelas, planetas e outros objetos estelares. O hidrogênio também é essencial para toda a vida na Terra, onde compõe 14% da matéria viva em peso, pois forma prontamente ligações com o oxigênio para criar água e carbono para criar as moléculas que são a base sobre a qual estruturas vivas e a maioria das moléculas orgânicas são construídos.
Embora a forma mais abundante de hidrogênio seja o protium, onde ele possui apenas um próton em seu núcleo atômico e um elétron em órbita ao redor do núcleo, existem outros dois isótopos de hidrogênio. O protium é responsável por 99,985% de todo o hidrogênio natural, e o deutério é responsável por outros quase 0,015%, com prótons e nêutrons no núcleo atômico, o que gera uma massa duas vezes maior que a do protium. O trítio é a terceira forma de hidrogênio, que é extremamente rara na natureza, mas pode ser produzida artificialmente. É instável e exibe decaimento radioativo com meia-vida de 12,32 anos. Ele possui dois nêutrons no núcleo atômico de um próton e é um composto-chave produzido e usado em armas de bomba de hidrogênio para aumentar seu rendimento, bem como na produção de energia de fissão nuclear e em pesquisas de fusão nuclear.
As propriedades químicas do hidrogênio, com apenas um elétron em órbita, o levam a ser um elemento altamente reativo que forma ligações com muitos outros elementos. Em seu estado natural na atmosfera, ele se liga a outro átomo de hidrogênio como o oxigênio, para formar H2. As moléculas de H2 também podem ser únicas, dependendo da rotação de seus núcleos, com moléculas de H2 em que ambos os núcleos giram na mesma direção sendo chamados de orto-hidrogênio e aqueles com giros opostos, conhecidos como para-hidrogênio. O orto-hidrogênio é a forma mais comum de H2 na pressão atmosférica e temperatura normais na forma de gás, mas, quando resfriado para a forma líquida, como o combustível de foguetes, o orto-hidrogênio muda para o para-hidrogênio.
As propriedades físicas do hidrogênio e sua ampla abundância na terra e nos oceanos da Terra fazem dele uma importante área de pesquisa como um suprimento de combustível praticamente ilimitado. Todas as formas de combustíveis fósseis e álcoois, como gasolina, gás natural e etanol, são compostas de cadeias de hidrocarbonetos onde hidrogênio, carbono e, às vezes, oxigênio são ligados. Separar o hidrogênio puro como uma fonte de combustível abundante e de queima limpa é fácil, mas a força necessária para liberar o hidrogênio das ligações químicas e depois esfriá-lo para armazenamento geralmente requer mais energia do que o próprio hidrogênio puro pode gerar. Por esse motivo, as propriedades do hidrogênio significam que seus usos mais comuns são onde é encontrado em ligações químicas com outros elementos.
A pesquisa na produção de energia de fusão também se baseia nas propriedades químicas dos compostos de hidrogênio deutério e trítio. As propriedades do hidrogênio usadas por todas as estrelas fundem átomos de hidrogênio juntos sob intensa pressão para liberar hélio e energia na forma de luz e calor. Pressões semelhantes estão sendo geradas em instalações de pesquisa usando poderosos campos magnéticos, lasers de confinamento inercial ou pulsos elétricos nos EUA, Europa e Japão.
À medida que ocorre a fusão de átomos de hidrogênio, é criado um átomo de hélio que transporta 20% do excesso de energia do processo e 80% da energia é transportada por um nêutron livre. Essa energia ou calor de nêutrons é então absorvida por um fluido para criar vapor e alimentar uma turbina para produzir eletricidade. O processo ainda permanece experimental, no entanto, a partir de 2011. Isso se deve às tremendas pressões que precisam ser mantidas para fundir os átomos de hidrogênio continuamente e para fabricar máquinas capazes de suportar temperaturas produzidas em fusão que atingem 100.000.000 ° Celsius. )