Hidrogén

Vegyjel: H

A hidrogén az első elem a periódusos rendszerben. Normál körülmények között színtelen, szagtalan, íztelen gáz, amely kétatomos molekulákat alkot (H₂). Csak egy elektronnal rendelkezik, elektronhéja pedig két elektronnal telítődik, ezért a hidrogénatom egy elektron felvételével vagy leadásával egyaránt ionná alakulhat, így pozitív töltésű hidrogénion (proton; H⁺), illetve negatív töltésű hidridion (H^-) képződik. Az legfontosabb vegyületei a víz és a szénhidrogének. Széles körben elterjedt nemcsak a Földön, hanem az egész univerzumban. Három izotópja létezik: az 1-es tömegszámú prócium, amely a természetben megtalálható hidrogén 99.985%-a; a 2-es tömegszámú deutérium, amely 0,015%-ot tesz ki; és nyomokban a 3-as tömegszámú trícium, amely radioaktív, bétasugárzás kibocsátása közben 12,5 év felezési idővel elbomlik. A hidrogén gyúlékony, jobban oldódik szerves oldószerekben, mint vízben, sok fém elnyeli. Normál hőmérsékleten kevéssé reaktív anyag, de magas hőmérsékleten reakcióképes, katalizátorként alkalmazható.

Alkalmazások:

Szintetikus vegyipari alapanyag: ammóniagyártás (Haber-Bosch-féle ammóniaszintézis), szintetikus benzin (Fischer-Tropsch-féle eljárás), metil-alkohol stb. Felhasználják margaringyártásra, illetve szappan és növényolajiparban olajok telítéséhez. Alkalmazzák úgynevezett autogén hegesztésnél, magas hőfokú láng előállítására, amikor a hidrogén lángjába oxigént fúvatnak, így kb. 2500°C érhető el. Az iparban nagy mennyiségben használják fűtésre, főként a vízgáz és a világítógáz alkotórészeként. Az atomenergia termelés egyik nyersanyaga, illetve a nehézvíz (D₂O) atomreaktorokban neutronlassító anyag.

Előállítása

Laboratóriumi előállítás

Cinkre sósavat öntünk: cink-klorid és hidrogén keletkezik.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Előállítható alkálifém és víz reakciójával: heves reakció, melyet lassítani kell, pl. úgy, hogy az alkálifémet amalgám formájában használjak, vagy víz helyett kevésbé aktív etil-alkoholt használnak).

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂

Elektrolízissel: a víz elektromos bontásával: a hidrogén a katódon válik ki.

2H₂O = O₂ + 2H₂

Ipari előállítás

Metán és vízgőz reakciójával: szén-monoxid és hidrogén keletkezik.

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

Izzó vascsövön vízgőzt vezetnek át: vasoxid és hidrogén keletkezik

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂

Hipersolar előállítás

A HyperSolar egy frissen szabadalmaztatott eljárás, mellyel hidrogént lehet előállítani, méghozzá pusztán a Nap energiájának felhasználásával, széndioxid kibocsátás nélkül. Szerves anyagból, hulladékból, szennyvízből készít hidrogént kémiai katalízis segítégével. A módszer lényege, hogy - egyelőre laboratóriumban - utánozzák a természetben napfény hatására lejátszódó elektrontranszport-folyamatot, vagyis azt, ahogy a növényekben a víz oxigénre és hidrogénre bomlik. Kísérleti stádimuban van.

Biológiai előállítás

A mikrobiológiai erjesztés egyik végterméke  a hidrogén. A Clostrídiumok és más anaerob vagy fakultataív anaerob baktériumok a tejcuko erjesztése során nagymennyiségű hidrogént termelnek, általában széndioxid mellett. A cukoradagolást be lehet úgy állítani, hogy főleg hidrogén keletkezzen és mellette csak minimális mennyiségű széndioxid.  A mikrobiológiai hidrogénelőállításról bővebb leírást találhat a csatolt pdf fájlban.