Hidrogén

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
1 -hidrogénhélium
-

H

Li
Általános
Név, vegyjel, rendszám hidrogén, H, 1
Elemi sorozat nemfémek
Csoport, periódus, mező 1, 1, s
Megjelenés
Hydrogen discharge tube.jpg
Atomtömeg 1,00784–1,00811 g/mol[1]
Elektronszerkezet 1s1
Elektronok héjanként 1
Electron shell 001 Hydrogen - no label.svg
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot gáz
Sűrűség (0 °C, 101,3 kPa)
0,0899 kg/m³[2]
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 0,07 (szilárd anyag: 0,0763) g/cm³[3]
Hármaspont 13,8033 K, 7042 Pa
Olvadáspont 14,025 K
(-259,13 °C, -434,45 °F)
Forráspont 20,268 K
(-252,88 °C, -423,17 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus 0,05868 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 0,44936 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 28,836 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 15 20
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet hexagonális
Oxidációs szám 1, −1
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 2,20 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 1312 kJ/mol
Atomsugár 25 pm
Atomsugár (számított) 53 pm
Kovalens sugár 37 pm
Van der Waals-sugár 120 pm
Egyebek
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 180,5 W/(m·K)
Hangsebesség (gáz, 27 °C) 1310 m/s
CAS-szám 1333-74-0
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A hidrogén izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
1H 99,985% H stabil 0 neutronnal
2H 0,0115% H stabil 1 neutronnal
3H nyomokban 12,32 év β 0,01861 3He
Hivatkozások

A hidrogén (régies, magyarosított elnevezése köneny vagy gyulany[4], latinul: hydrogenium) a periódusos rendszer első kémiai eleme. Vegyjele H, rendszáma 1. A hidrogén a legkönnyebb elem, atomtömege 1,00784–1,00811 u, egyatomos formájában (H1) a leggyakoribb elem, a világegyetem barion-tömegének mintegy 75%-a.[5][megj. 1] A fősorozatbeli csillagok nagyrészt plazma halmazállapotú hidrogénből állnak, amit apránként héliummá alakítanak át - atommagfúziós folyamatok segítségével. A többi kozmikus testre általánosan igaz, hogy minél nagyobb, annál több benne a hidrogén: mivel a kisebb égitestek gravitációs mezeje az igen könnyű hidrogéngázt nem képes légkörében huzamosan megtartani.

Szabványos nyomáson és hőmérsékleten színtelen, szagtalan, íztelen, nem mérgező, nem fémes, egy vegyértékű, igen gyúlékony kétatomos gáz, kémiai képlete H2. A világűrben előforduló, atomos hidrogén a Földön ritka, mert a hidrogén a legtöbb elemmel könnyen képez kovalens vegyületeket; ekként jelen van a vízmolekulában és a legtöbb szerves vegyületben is. Különösen fontos szerepet játszik a sav-bázis reakciókban, az oldható molekulák közötti proton-átadásban.

Ionos vegyületeiben lehet negatív töltésű (a hidrogén anion másik neve hidrid, jele H), vagy lehet pozitív töltésű H+. Ez utóbbi kation elméletben csak egy csupasz proton, ám a valóságban az ionos vegyületekben a hidrogén kationok komplexeket alkotnak.

A hidrogén leggyakoribb izotópja a prócium (ritkán használt név, jele 1H), atommagja egyetlen protonból és nulla neutronból áll. Mint a legegyszerűbb ismert atom, elméletileg is nagy jelentőségű. Így például, mivel ez az egyetlen olyan semleges elem, amelyre a Schrödinger-egyenlet analitikus eredményt ad, energetikájának és kötéseinek tanulmányozása kulcsszerepet játszott a kvantummechanika kidolgozásában.

A hidrogéngázt mesterségesen először a 16. század elején állították elő fémek és erős savak összekeverésével. 1766–81 között elsőként Henry Cavendish ismerte fel, hogy a hidrogéngáz egy diszkrét anyag,[6] aminek égésekor víz keletkezik. Erről a tulajdonságáról kapta később a nevét: görögül a υδρογόνο „vízképzőt” jelent.[7]

Az iparban nagyrészt földgáz és vízgőz reakciójával állítják elő, kisebb mértékben nagyobb energiaigényű hidrogéntermelő módszerekkel, mint amilyen a víz elektrolízise.[8] A legtöbb hidrogént a termelés helyéhez közel használják fel. Két legnagyobb felhasználási területe a fosszilis tüzelőanyagok feldolgozása (pl.: hidrokrakkolás) és az ammóniagyártás, elsősorban a műtrágyákhoz.

A hidrogén nagyon jól oldódik egyes fémekben (pl.: palládiumban, platinában, nikkelben); mindemellett metallurgiai szempontból aggodalomra ad okot, hogy sok fémet rideggé és törékennyé tesz;[9] ezzel megbonyolítja – többek között – a csővezetékek és tartályok tervezését.[10]

Tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Égése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Space Shuttle fő hajtóműve hidrogént éget el tiszta oxigénnel, teljes tolóerőnél a láng szinte láthatatlan

A hidrogéngáz (vagy dihidrogén)[11] igen gyúlékony, levegővel keveredve nagyon széles tartományban, 4 és 75 térfogatszázalékos koncentrációhatárok között ég el.[12] A hidrogén égésekor felszabaduló entalpia −286 kJ/mol.[13]

\mathrm{2\ H_2\left( g \right)\ +\ O_2\left( g \right)\ \xrightarrow {-572\ kJ}\ 2\ H_2 O\left( f \right)}[megj. 2]

A hidrogéngáz és oxigéngáz keverékét durranógáznak nevezik, mert kémcsőben meggyújtva durranó hang kíséretében felrobban. A tiszta hidrogén csendesen ég. A hidrogéngáz a levegővel 4–74%-os koncentrációban, klórral 5–95%-os koncentrációban robbanóelegyet képez. Ezen gázelegyek szikra, hő vagy napfény hatására felrobbanhatnak. A hidrogén öngyulladási hőmérséklete (az a hőmérséklet, melyen levegőben spontán meggyullad) 500 °C.[14] A tiszta hidrogén-oxigén lángok ultraibolya fényt bocsátanak ki, és szabad szemmel szinte láthatatlanok, ahogy azt a bal oldali ábra is illusztrálja. Az égő hidrogén-szivárgások nagyon veszélyesek lehetnek, észlelésük lángdetektorral történhet. A Hindenburg léghajó megsemmisülése hírhedt példája a hidrogén égésének, habár a baleset oka máig vitatott. A hidrogén más körülmények között a szénhidrogénekre emlékeztető kékes lánggal ég,[15] a balesetről készült képeken látható narancssárga lángokat a hajótestet alkotó szénvegyületek, illetve az oxigén és hidrogén elegyének égése okozta.[16] Mivel a hidrogén könnyebb a levegőnél, a hidrogénlángok általában gyorsan emelkednek és kevesebb kárt okoznak, mint a szénhidrogén tüzek. A Hindenburg léghajó utasainak kétharmada túlélte a balesetet, számos haláleset a tűz helyett a zuhanás illetve az égő dízel üzemanyag miatt következett be.[17]

A H2 minden oxidálószerrel reagál. Szobahőmérsékleten a hidrogén spontán és hevesen reagálhat a klórral és a fluorral a megfelelő hidrogén-halogenid – hidrogén-klorid és a hidrogén-fluorid – keletkezése közben, amelyek egyben potenciálisan veszélyes savak.[18]

Elektron energiaszint[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogénatom ábrázolása, mutatva a központi proton és az atomi átmérő méretét, mely utóbbi körülbelül kétszerese a Bohr modell sugarának (a kép nem méretarányos)

A hidrogénatomban lévő alapállapotú elektron energiaszintje −13,6 eV, amely durván egy 92 nm hullámhosszúságú ultraibolya fotonnak felel meg.[19]

A hidrogén energiaszintjei meglehetősen pontosan kiszámíthatók a Bohr-féle atommodell alapján, amelynek felfogása szerint az elektron a proton körül „kering”, a Föld Nap körüli keringéséhez hasonlóan. Azonban míg a bolygók és az égitestek egymás közötti vonzását a gravitáció okozza, az elektronok és a protonok között az elektromágneses erő hat. A kvantummechanika fejlődésének kezdetén Bohr posztulálta, hogy a perdület csak diszkrét értékeket vehet fel, így a Bohr-modell elektronjai a protontól csak bizonyos megengedett távolságra helyezkedhetnek el, és ezért csak bizonyos megengedett energiájúak lehetnek.[20]

A hidrogénatom még pontosabb leírása tisztán a kvantummechanikából származik, amely a Schrödinger-egyenletet vagy a Feynman útintegrál formulát használja a proton körüli elektron valószínűségi sűrűségfüggvényének kiszámításához.[21] A legbonyolultabb modellek a speciális relativitáselmélet és a vákuumpolarizáció kis hatásait is magukban foglalják. A kvantummechanikai felfogásban az alapállapotú hidrogénatom elektronjának egyáltalán nincs perdülete – ez szemlélteti, mennyire eltér a „bolygóként keringő” elektron képe a valóságtól.

Elemi molekulaformák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az első nyomok a folyékony hidrogénben, a Bevatron buborékkamrájában

A hidrogén kétatomos molekulájának két különböző magspin-izomerje létezik, amelyek az atommagok relatív spinjében térnek el.[22] Az ortohidrogénben a két proton spinje azonos irányú, és triplett állapotot alkot, az eredő magspinmomentum: 1 (½ + ½). A parahidrogénben a protonok spinjei ellentétes irányúak, és szinglett állapotot alkotnak, az eredő magspinmomentum: 0 (½ − ½). Standard hőmérsékleten és nyomáson a hidrogéngáz körülbelül 25% para- és 75% ortohidrogénből áll, melyet normál hidrogénnek is neveznek.[23] Az ortohidrogén és a parahidrogén egyensúlyi aránya függ a hőmérséklettől, de mivel az orto forma egy gerjesztett állapot, és emiatt nagyobb energiájú, mint a para forma, ezért instabil, és nem lehet tisztán előállítani. Nagyon alacsony hőmérsékleten az egyensúlyi állapot szinte kizárólag a para formából áll. A tiszta parahidrogén folyadék- és gázfázisainak termikus tulajdonságai – a rotációs hőkapacitásaik különbözősége miatt – jelentősen eltérnek a normál formáétól.[24] Az orto/para megkülönböztetés más hidrogén-tartalmú molekulákban vagy funkciós csoportokban is előfordul, mint például a vízben és a metilénben, de kis jelentőségű azok termikus tulajdonságaira nézve.[25]

A para- és ortohidrogén közötti nem katalizált átalakulás a hőmérséklettel nő, így a gyorsan kondenzált H2 nagy mennyiségű, nagy energiájú orto formát tartalmaz, amely nagyon lassan para formává alakul.[26] A kondenzált H2-ben lévő orto/para arány alapos megfontolást igényel a folyékony hidrogén előállításakor és tárolásakor: az orto-para átalakulás ugyanis exoterm folyamat, és elegendő hőt termel ahhoz, hogy elpárologtassa a folyékony hidrogén egy részét, így veszteséget okoz. Az orto-para átalakulás katalizátorait, úgymint vas(III)-oxid, aktív szén, platinázott azbeszt, ritkaföldfémek, uránvegyületek, króm(III)-oxid, illetve néhány nikkelvegyület,[27] felhasználják a hidrogén hűtése közben.[28]

További fázisai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Jupiterhez és a Szaturnuszhoz hasonló gázóriások nagy mennyiségben tartalmazhatnak fémes hidrogént (szürkével jelölve)

Fémes hidrogén[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén kellően nagy (több száz kbar) nyomáson feltehetően halmazállapot-változáson megy át, melynek során elektromosan vezető fémes hidrogén keletkezik.[29][30] A fémes hidrogén – feltételezések szerint - hatalmas mennyiségben van jelen a Jupiter, Szaturnusz, és néhány újonnan felfedezett exobolygó gravitáció által összenyomott belsejében. Továbbá azt is feltételezik, hogy akár szobahőmérsékletig (~290 K) is szupravezető.[31]

Hidrogéniszap[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogéniszap folyékony és szilárd halmazállapotú hidrogén elegye hármasponti hőmérsékleten. Alacsonyabb a hőmérséklete, de 16-20%-kal nagyobb a sűrűsége, mint a folyékony hidrogéné;[32] ezért lehetséges jövőbeni rakéta-hajtóanyag. A hidrogéniszap alkalmazásával ugyanis csökkenne az űrhajók üzemanyagtartályának térfogata, és így a jármű üres tömege is.[33]

Vegyületei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kovalens és szerves vegyületek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Habár a H2 standard körülmények között nem túlzottan reakcióképes, mégis a legtöbb elemmel vegyületeket képez. A hidrogén a nála nagyobb elektronegativitású elemekkel is alkothat vegyületeket, mint például a halogének (pl. F, Cl, Br, I), vagy az oxigén; ezekben a vegyületekben a hidrogén részlegesen pozitív töltésű.[34] Amikor fluorhoz, oxigénhez, vagy nitrogénhez kötődik, a hidrogénatomok részt vehetnek egy közepes erősségű, nem kovalens kötés kialakításában, az úgynevezett hidrogénkötésben, amely sok biológiai molekula stabilitása szempontjából kulcsfontosságú.[35][36] A hidrogén a kisebb elektronegativitású elemekkel – például a fémekkel, félfémekkel – is képez vegyületeket, ezekben részleges negatív töltést vesz fel. Ezeket a vegyületeket gyakran sószerű hidrideknek nevezik.[37]

A hidrogénvegyületek hatalmas sokaságát képezi a szénnel, ezek az úgynevezett szénhidrogének, és még ennél is több, heteroatomot is tartalmazó szénvegyülete ismert. Ezeket – az élő dolgokkal való általános kapcsolatuk miatt – szerves vegyületeknek nevezik,[38] tulajdonságaik vizsgálatának tudománya a szerves kémia,[39] illetve ugyanez az élő szervezetek szempontjából a biokémia.[40] Néhány definíció szerint, a „szerves” vegyületeknek elegendő csupán szenet tartalmazniuk. Azonban, a legtöbb közülük hidrogént is tartalmaz, és mivel ez a szén–hidrogén kötés az, amely az ebbe az osztályba tartozó vegyületek legtöbb különleges kémiai jellemzőjét adja, egyes meghatározások szerint a szén–hidrogén kötések szükségesek a „szerves” kémiához.[38] Milliónyi szénhidrogén ismert, és ezek többnyire bonyolult, szintetikus úton állíthatók elő, amely eljárások ritkán tartalmaznak elemi hidrogént.

Hidridek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén vegyületeit gyakran nevezik hidrideknek, mely kifejezés használata meglehetősen tág értelmű. A „hidrid” kifejezés azt sugallja, hogy a H-atom negatív vagy anionos jellegű, amelyek jelölése H-, és akkor használjuk, amikor a hidrogén nálánál elektropozitívabb elemmel képez vegyületet. A hidrid anion létezését Gilbert N. Lewis vetette fel 1916-ban, az I. és II. főcsoprt sószerű hidridjei számára, és Moers bizonyította 1920-ban lítium-hidrid (LiH) olvadékelektrolízisével, melynek során az anódon sztöchiometrikus mennyiségű hidrogén keletkezett.[41] Figyelembe véve a hidrogén alacsony elektronegativitását, az I. és II. főcsoporton kívüli fémek esetében a kifejezés meglehetősen megtévesztő. A II. főcsoport hidridjei közül kivétel a BeH2, amely polimer. A lítium-alumínium-hidridben az AlH4 anion az Al(III)-hoz erősen kötődő hidridionokból áll.

Habár majdnem mindegyik főcsoport elemeivel képezhetők hidridek, a vegyületek száma és lehetséges kombinációjuk nagyon változó, például ismert több mint száz biner borán-hidrid, de csak egy biner alumínium-hidrid.[42] Biner indium-hidridet még nem azonosítottak, jóllehet nagyobb komplexek léteznek.[43]

A szervetlen kémiában a hidridek hídligandumok szerepét tölthetik be két központi fémion között a koordinációs komplexekben. Ez a funkció különösen gyakori a 13. csoport elemei közt, különösen a boránok (bór-hidridek), az alumínium komplexek, valamint a karborán klaszterek esetében.[44]

Protonok és savak[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén oxidációjakor az atomból eltávolítódik egy elektron, és H+ ion keletkezik, amely nem tartalmaz elektront, és atommagjában általában egy proton található. Ez az oka annak, hogy a hidrogéniont gyakran csak protonnak nevezik. A Brønsted–Lowry-elmélet szerint a savak proton donorok, míg a bázisok proton akceptorok.

A csupasz proton (H+) nem létezhet oldatban vagy ionos kristályban, mert erőteljesen vonzza más atomok vagy molekulák elektronjait. Leszámítva a magas hőmérsékleten előforduló plazma állapotot, az ilyen protonokat nem lehet eltávolítani az atomok és molekulák elektronfelhőitől, ezért azok továbbra is kötődni fognak.

Izotópjai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hidrogén kisülési cső.
Deutérium kisülési cső.
A prócium a hidrogén leggyakoribb izotópja, egy protonból és egy elektronból áll. Egyedülálló a stabil izotópok közt, mivel nincs neutronja (hogy miért nincs másik, arról bővebben lásd: diproton).

A hidrogénnek három természetben előforduló izotópja van, ezek jelölése 1H, 2H és 3H. Laboratóriumban egyéb, nagymértékben instabil hidrogén-atommagokat (4H-től 7H-ig) is előállítottak már, de ezeket a természetben nem figyelték meg.[45][46]

  • 2H: a hidrogén másik stabil izotópja, amely deutérium néven is ismert; a földi hidrogénminták 0,0184–0,0026 százalékát alkotja.[48] Magjában egy proton és egy neutron található. Azt gondolják, hogy lényegében a világegyetemben lévő összes deutérium az ősrobbanásban keletkezett, és azóta is megmaradt. A deutérium nem radioaktív, és nem képvisel jelentős toxicitási veszélyt sem. A normál hidrogén helyett deutériumot tartalmazó vízmolekulákban gazdag vizet nehézvíznek nevezik. A deutériumot és vegyületeit nem-radioaktív jelölőként használják a kémiai kísérletek során és az 1H-NMR spektroszkópiához alkalmazott oldószerekben.[49] A nehézvizet atomreaktorokban használják neutronmoderátorként és hűtőközegként. A deutérium mindemellett lehetséges üzemanyaga az erőművi magfúziónak.[50]
  • 3H: másik nevén trícium, atommagjában két neutron és egy proton található. Radioaktív, béta-bomlás révén hélium-3-á alakul, felezési ideje 12,32 év.[44] Annyira radioaktív, hogy felhasználható világító festékként, így olyan helyen is alkalmazzák, mint például a karóra. Az üveg megakadályozza, hogy a kis mennyiségű sugárzás kijusson.[51] Kis mennyiségű trícium természetes módon keletkezik a kozmikus sugárzás és a légköri gázok kölcsönhatása révén, illetve trícium szabadult fel a nukleáris fegyverkísérletek során is.[52] A tríciumot alkalmazzák magfúziós reakciókban,[53] a geokémiában mint nyomjelző izotóp,[54] illetve speciális önmegvilágító berendezésekben.[55] Illetve kémiai és biológiai nyomjelzős kísérletekben mint radioaktív nyomjelző (radiolabel).[56]

A hidrogén az egyetlen olyan kémiai elem, amely izotópjainak saját elnevezése a mai napig használatban maradt. A radioaktivitás kutatásának kezdetén a különböző nehéz radioaktív izotópok egyedi neveket kaptak, de ezeket az elnevezéseket ma már a deutérium és a trícium kivételével nem használják. A deutériumot gyakran D, a tríciumot pedig gyakran T betűvel jelölik (a 2H illetve 3H helyett), de a próciumnak megfelelő P betű már használatban van a foszfor jelölésére, így ez nem alkalmazható.[57] A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniójának (IUPAC) nevezéktani iránymutatója megengedi a D és T használatát, jóllehet a 2H illetve 3H szimbólumok használatát javasolja.[58]

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Felfedezése és felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Antoine-Laurent de Lavoisier

A hidrogént Robert Boyle fedezte fel 1671-ben, és ő írta le azt a vasreszelék és híg savak közti reakciót, amely eredményeképpen hidrogéngáz keletkezett.[59][60] 1766-ban Henry Cavendish elsőként fedezte fel, hogy a hidrogén önálló elem; majd a gázt a fém-sav reakció nyomán „tűzveszélyes levegőnek” nevezte el. Úgy gondolta, hogy ez a „tűzveszélyes levegő” valójában azonos a hipotetikus, flogiszton nevű anyaggal,[61][62] és továbbá 1781-ben megállapította, hogy a gáz elégésekor vizet termel. Az elem felfedezését rendszerint neki tulajdonítják.[63][64] A „vízképzőt” jelentő hidrogén nevet Antoine Lavoisier alkotta szóképzéssel a görög ὕδωρ (hüdór: víz) és a γεννώ (gennó: nemzeni) szavakból 1783-ban,[65] amikor ő és Laplace reprodukálta Cavendish azon megállapítását, miszerint víz keletkezik, ha a hidrogén elég.[64]

Lavoisier híres tömegmegmaradásra irányuló kísérleteihez a hidrogént úgy állította elő, hogy tűzzel izzásig hevített vascsövön keresztül reagáltatta a vízgőzt fém vassal. A vas vízben lévő protonok általi, magas hőmérsékletű anaerob oxidációját vázlatosan az alábbi reakciók szemléltetik:

\mathrm{Fe\ +\ H_2 O\ \rightarrow\ FeO\ +\ H_2}
\mathrm{2\ Fe\ +\ 3\ H_2 O\ \rightarrow\ Fe_2 O_3\ +\ 3\ H_2}
\mathrm{3\ Fe\ +\ 4\ H_2 O\ \rightarrow\ Fe_3 O_4\ +\ 4\ H_2}

Számos fém – például a cirkónium – termel hidrogént hasonló vízzel való reakció során.

1800-ban Nicholson és Carlisle a vizet elektromos árammal hidrogénre és oxigénre bontotta.[66] A hidrogént James Dewar cseppfolyósította az első alkalommal 1898-ban, regeneratív hűtés és saját találmánya, a termosz segítségével.[64] Következő évben szilárd hidrogént készített.[64] A deutériumot 1931-ben Harold Urey amerikai kémikus fedezte fel. 1934-ben pedig Ernest Rutherford, Mark Oliphant és Paul Harteck tríciumot készített.[63] A nehézvizet, melyben a rendes hidrogén helyén deutérium található, Urey csapata fedezte fel 1932-ben.[64] François Isaac de Rivaz építette meg az első hidrogén és oxigén keverékével működő belső égésű motort 1806-ban. Edward Daniel Clarke 1819-ben feltalálta a hidrogéngáz fúvócsövet. A Döbereiner lámpát és a rivaldafényt 1823-ban találták fel.[64]

Az első hidrogénnel töltött léggömböt Jacques Charles találta fel 1783-ban.[64] A hidrogén biztosította az első megbízható légi jármű, az 1852-es Henri Giffard-féle léghajó felhajtóerejét.[64] Ferdinand von Zeppelin német báró hidrogénnel feltöltött merev léghajók ötletét vetette fel; később ezek lettek a zeppelinek, első repülésükre 1900-ban került sor.[64] A menetrendszerű közlekedés 1910-ben kezdődött, és az első világháború 1914. augusztusi kitöréséig 35 000 ember utazott rajtuk súlyosabb incidensek nélkül. A háború alatt a hidrogénnel töltött léghajókat megfigyelő platformokként és bombázásra használták.

Az első non-stop transzatlanti átkelésre a brit R34 léghajóval, 1919-ben került sor. A rendszeres személyszállítási szolgáltatás az 1920-as években folytatódott, és bár az Egyesült Államok héliumtartalékainak felfedezése a biztonság megnövekedését ígérte, az amerikai kormány nem volt hajlandó a gázt erre a célra eladni. Következésképpen H2-t használtak a Hindenburg zeppelinben is, amely 1937. május 6-án New Jersey felett a levegőben kigyulladt és elpusztult.[64] Az incidenst élőben közvetítette a rádió, és filmre is vették. Széles körben elterjedt, hogy a tüzet a szivárgó hidrogén öngyulladása okozta, de a későbbi vizsgálatok rámutattak, hogy azt az alumínium-szövet borítás és a statikus elektromosság idézte elő. Mindenesetre a hidrogén hírneve a léghajózás terén teljesen odalett.

Ugyanebben az évben szolgálatba léptek az első hidrogén-hűtésű turbógenerátorok az Ohio állambeli Daytonban a Dayton Power & Light Co. vállalatnál, melyek gáz halmazállapotú hidrogént használtak hűtőközegként a forgórészben és az állórészben. A generátorban hűtés céljára sokkal előnyösebb levegő helyett a hidrogén alkalmazása, mert az jobban (gyorsabban) vezeti el a hőt a generátortól; csökkenti a zajt; és kisebb súrlódást okoz; ezáltal csökkenti a gép veszteségét.[67]

Első ízben 1977-ben használtak nikkel-hidrogén akkumulátorokat az Egyesült Államok Haditengerészetének navigációs műholdján (NTS-2).[68] Ilyen akkumulátorokkal van ellátva például az ISS,[69] a Mars Odyssey,[70] és a Mars Global Surveyor is.[71] Pályájának sötét részén a Hubble űrtávcsövet szintén nikkel-hidrogén akkumulátorok látták el árammal; ezeket végül 2009 májusában több mint 19 évvel a start után, 13 évvel a tervezett élettartam felett lecserélték.

Szerepe a kvantumelméletben[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén emissziós színképe a látható tartományban. Ezek a Balmer-sorozat látható vonalai.

Az egy protonból és egy elektronból álló viszonylag egyszerű atomszerkezete révén, a hidrogénatom illetve az általa elnyelt és kibocsátott fény volt a középpontja az atomszerkezeti elméletek fejlődésének.[72] Ezenfelül a következésképpen egyszerű hidrogénmolekula, illetve H2+ kation tette lehetővé a kémiai kötés természetének teljesebb megértését, amely röviddel a hidrogénatom kvantummechanikai kezelésének 1920-as évekbeli kifejlődését követte.

Az egyik első explicit módon észlelt (de abban az időben még meg nem értett) kvantum hatás, egy hidrogént is magában foglaló Maxwell-megfigyelés volt; fél évszázaddal a teljes kvantummechanikai elmélet megszületése előtt. Maxwell megfigyelte, hogy a H2 fajlagos hőkapacitása szobahőmérséklet alatt rejtélyesen eltér a kétatomos gázokétól, és kriogén hőmérsékleten egyre inkább egyatomos gázokéra hasonlít. A kvantumelmélet szerint, ez a viselkedés a (kvantált) rotációs energiaszintek távolságából ered, amelyek különösen szélesek a hidrogénmolekulában, mert annak alacsony a tömege. Ezek az egymástól távol elhelyezkedő szintek az alacsony hőmérsékletű hidrogénben meggátolják a hőenergia azonos felosztását rotációs mozgássá. A nehezebb atomokból álló kétatomos gázok nem rendelkeznek ilyen széles távolságban lévő energiaszintekkel, és nem mutatják ugyanezt a hatást.[73]

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén – atomos formájában – a világegyetem leggyakoribb kémiai eleme, a normál anyag tömegének 75%-át, az atomok számának 90%-át alkotja (az univerzum tömegének legnagyobb része ugyanakkor nem kémiai elem típusú anyag, feltételezések szerint a tömeg még nem észlelhető formájában – mint sötét anyag és sötét energia – van jelen).[74] Ez az elem nagy mennyiségben található meg a csillagokban és a gázóriásokban. A H2 molekulafelhők a csillagkeletkezéssel hozhatók összefüggésbe. A hidrogén létfontosságú szerepet játszik a csillagok energiaellátásában a proton-proton ciklus és CNO-ciklus magfúziója révén.[75]

Az egész világegyetemben a hidrogén többnyire atomos és plazma állapotban található meg, amelyek tulajdonságai meglehetősen eltérnek a molekuláris hidrogénétől. Plazma állapotban a hidrogén elektronja és protonja nem kapcsolódik össze, ez igen magas elektromos vezetőképességet és magas emissziót (ez adja a Nap és más csillagok fényét) eredményez. A töltött részecskéket a mágneses és elektromos mezők erősen befolyásolják. Például a napszélben kölcsönhatásba lépnek a Föld magnetoszférájával, előidézve a ​​Birkeland-áramokat és a sarki fényt. A hidrogén semleges atomi állapotban található meg a csillagközi anyagban. A csillapított Lyman-alfa rendszerekben található nagy mennyiségű semleges hidrogénről feltételezik, hogy uralja az univerzum kozmológiai barion sűrűségét, egészen z=4 vöröseltolódásig.[76]

Szokásos körülmények között az elemi hidrogén a Földön kétatomos gázként fordul elő. Azonban kis tömege miatt – ami lehetővé teszi, hogy könnyebben elszökjön a földi gravitációból, mint a nehezebb gázok – a hidrogéngáz nagyon ritka a Föld légkörében (1 ppm). A hidrogén mindemellett a harmadik leggyakoribb elem a Föld felszínén;[77] többnyire vegyületeiben fordul elő, mint például a szénhidrogének és a víz.[44] Bizonyos baktériumok és algák is termelnek hidrogéngázt, illetve a bélgáz természetes összetevője, akárcsak a metán, amely maga is egyre növekvő jelentőségű hidrogénforrás.[78]

A protonált molekuláris hidrogén (H3+) megtalálható a csillagközi anyagban, ahol molekuláris hidrogénből a kozmikus sugárzás ionizációjának hatására keletkezik. Ezt a töltött iont a Jupiter bolygó felső légkörében is megfigyelték. A kis hőmérséklet és sűrűség következtében az ion az űrbéli környezetben viszonylag stabil. A H3+ az egyik legnagyobb mennyiségben előforduló ion a világegyetemben, és jelentős szerepet játszik a csillagközi anyagok kémiájában.[79] A semleges háromatomos hidrogén (H3) csak gerjesztett formában létezhet; és ezért instabil.[80] A dihidrogén kation H2+ bár előfurdul a világűrben, de igen ritkán.[81]

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogént előállítják kémiai és biológiai laboratóriumokban, gyakran egyéb reakciók melléktermékeként; illetve az iparban a telítetlen szubsztrátok hidrogénezésére.

Laboratóriumban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Laboratóriumban a H2-t rendszerint híg, nem oxidáló savak és bizonyos reakcióképes fémek – mint például sósav és cink – reagáltatásával állítjuk elő a Kipp-készülékben.

\mathrm{Zn\ +\ 2\ HCl\ \rightarrow\ ZnCl_2\ +\ H_2}

Alumínium bázisokkal való reakciója is hidrogént eredményez:

\mathrm{2\ Al\ +\ 6\ H_2 O\ +\ 2\ OH^-\ \rightarrow\ 2\ Al\left( OH \right)_4^-\ +\ 3\ H_2}

Előállítható alkálifémek és víz reakciójával:

\mathrm{2\ Na\ +\ 2\ H_2 O\ \rightarrow\ 2\ NaOH\ +\ H_2}

A fenti reakció nagyon heves, ezért azt le kell lassítani (például az alkálifémet amalgám formában, vagy víz helyett a kevésbé aktív etanolt használva).

A hidrogén előállításának egyszerű módja a víz elektrolízise. A vízbe alacsony feszültségű áramot vezetve, oxigéngáz képződik az anódon, illetve ezzel egyidejűleg hidrogéngáz képződik a katódon. Tárolás céljára előállított hidrogéngáz esetén a katód jellemzően platinából, vagy más inert fémből készül. Ha azonban a gázt helyben elégetik, kívánatos, hogy a keletkezett oxigén segítse az égést, és így akár mindkét elektróda inert fémekből készülhet. (A vas például oxidálódik, és így csökkenti a felhasználható oxigén mennyiségét). Az eljárás elméleti maximális hatásfoka (az előállított hidrogén energetikai értéke szemben a felhasznált villamos energiával) valahol a 80–94% tartományban van.[82]

\mathrm{2\ H_2 O\left( f \right)\ \rightarrow\ 2\ H_2\left( g \right)\ +\ O_2\left( g \right)}

2007-ben felfedezték, hogy egy alumínium-gallium ötvözetet pellet formában vízhez adva, azt hidrogén előállítására lehetne felhasználni. Az eljárás ugyan alumínium-oxidot is létrehoz; de a drága gallium, amely megakadályozza az oxidréteg kialakulását a pelleten, újra felhasználható. Ez jelentős következményekkel járhat egy hidrogén alapú gazdaságra nézve; például a hidrogén a helyszínen előállítható, és nem kell szállítani.[83]

Iparban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén több különböző módon állítható elő, de gazdasági szempontból a legfontosabb eljárások a szénhidrogénekből nyerik ki a hidrogént. A kereskedelmi ömlesztett hidrogéngázt általában földgáz gőzreformálásával termelik.[84] Magas hőmérsékleten (1000–1400 K, 700–1100 °C) a vízgőz (vízpára) reagál a metánnal, így szén-monoxid és dihidrogén keletkezik:

\mathrm{CH_4\ +\ H_2 O\ \rightarrow\ CO\ +\ 3\ H_2}

Ezt a reakciót kis nyomáson kedvező elvégezni, de nagy nyomáson (2 MPa, 20 atm) is lefolytatják. Ennek az az oka, hogy a nagynyomású H2 a leginkább piacképes termék, és a nyomásváltoztatásos adszorpciós (pressure swing adsorption - PSA) tisztító rendszerek is jobban működnek nagyobb nyomáson. A keletkezett gázkeverék az úgynevezett „szintézisgáz”, mert gyakran közvetlenül használják fel metanol és hasonló vegyületek előállításához. A metán kivételével a szénhidrogének is felhasználhatóak a szintézisgáz előállítására; változó termelékenységgel. Ezen magasan optimalizált technológia sok komplikációjának egyike a koksz vagy szén képződése:

\mathrm{CH_4\ \rightarrow\ C\ +\ 2\ H_2}

Következésképpen, a gőzreformálás jellemzően H2O feleslegben megy végbe. További hidrogén nyerhető ki a gőzből szén-monoxid felhasználásával, a víz-gáz eltolási reakción (WGS) keresztül, különösen vas-oxid katalizátor jelenlétében. Ez a reakció emellett egy gyakori, ipari szén-dioxid forrás:[84]

\mathrm{CO\ +\ H_2 O\ \rightarrow\ CO_2\ +\ H_2}

Egyéb fontos H2 termelő eljárás például a szénhidrogének részleges oxidációja;[85]

\mathrm{2\ CH_4\ +\ O_2\ \rightarrow\ 2\ CO\ +\ 4\ H_2}

és a vízgáz-reakció, amely a fenti eltolási reakciót előzheti meg:[84]

\mathrm{C\ +\ H_2 O\ \rightarrow\ CO\ +\ H_2}

A hidrogént néha ugyanabban az ipari folyamatban állítják elő és használják fel anélkül, hogy elkülönítenék. Az ammónia előállító Haber–Bosch-eljárásban a hidrogén földgázból keletkezik.[86] Telített sósvíz klórtermelő elektrolízisének mellékterméke is hidrogén.[87]

Termokémiailag[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Több mint kétszáz termokémiai ciklus létezik, amely vízbontásra használható; és körülbelül egy tucat ilyen ciklus – például a vas-oxid ciklus; cink cink-oxid ciklus; cérium(IV)-oxid cérium(III)-oxid ciklus; kén-jód ciklus, réz-klór ciklus és a hibrid kén ciklus – áll kutatás és tesztelés alatt, hogy vízből és hőből elektromosság nélkül állítson elő hidrogént és oxigént.[88] Számos laboratórium (többek között Franciaországban, Németországban, Görögországban, Japánban, valamint az Egyesült Államokban) fejleszt termokémiai módszereket a hidrogén előállítására, napenergia és víz felhasználásával.[89]

Anaerob korrózió révén[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Anaerob körülmények között, a vas- és acélötvözeteket a víz protonjai lassan oxidálják. A vas anaerob korróziója először vas(II)-hidroxid (zöld rozsda) kialakulásához vezet, és az alábbi reakció írja le:

\mathrm{Fe\ +\ 2\ H_2 O\ \rightarrow\ Fe\left( OH \right)_2\ +\ H_2}

Anaerob körülmények között viszont, a vas(II)-hidroxidot (Fe(OH)2) a víz protonjai magnetitté és molekuláris hidrogénné oxidálhatják. Ezt a folyamatot a Schikorr-reakció írja le:

\mathrm{3\ Fe\left( OH \right)_2\ \rightarrow\ Fe_3 O_4\ +\ 2\ H_2 O\ +\ H_2}

A jól kristályosodott magnetit (Fe3O4) termodinamikailag stabilabb, mint a vas(II)-hidroxid (Fe(OH)2). Ez a folyamat a vas és acél anaerob korróziója során történik, az oxigénmentes talajvizekben és a talajvízszint alatti redukáló talajokban.

Geológiailag[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Föld légkörében található oxigéntől (O2) elzárva, mélygeológiai viszonyok között hidrogén (H2) keletkezik a szerpentinesedés során, a fayalit (Fe2SiO4, az olivin sorozat utolsó, vasban gazdag tagja) kristályrácsában lévő vas (Fe2+) szilikátok, vízben lévő protonok (H+) általi anaerob oxidációja révén. A megfelelő, magnetit (Fe3O4), kvarc (SiO2) és hidrogén (H2) létrejöttéhez vezető reakció a következő:

\mathrm{3\ Fe_2 SiO_4\ +\ 2\ H_2 O\ \rightarrow\ 2\ Fe_3 O_4\ +\ 3\ SiO_2\ +\ 3\ H_2}

Ez a reakció hasonlít a Schikorr-reakcióban megfigyelt, vízzel érintkező vas(II)-hidroxid anaerob oxidációjára.

Transzformátorokban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nagy teljesítményű transzformátorok egy része ásványolaj hűtésű. Ezek meghibásodása esetén gázok képződhetnek, melyek közül a hidrogén a leggyakoribb; ezért a hidrogén képződése a transzformátorban súlyos problémák korai előjele.[90]

Felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Folyamatok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A kőolaj- és vegyiparnak nagy mennyiségű H2-re van szüksége. A H2 legnagyobb alkalmazási területe a fosszilis tüzelőanyagok feldolgozása és az ammóniatermelés. A petrolkémiai üzem legfontosabb hidrogénfogyasztó folyamatai a hidro-dealkilezés, a hidro-deszulfurizáció és a hidrokrakkolás. Ezenkívül számos más felhasználási területe van, ezek egyike a hidrogénezés; különösen a telítetlen olajok és zsírok (melyek megtalálhatóak például a margarinban) telítettségének növelésekor, illetve a metanol előállításakor. A sósav előállításakor közvetlenül hidrogénforrásként hasznosítják, illetőleg felhasználják fémes ércek redukálószereként.[91]

A hidrogén sok ritkaföldfémben és átmenetifémben jól oldódik,[92] és egyaránt oldódik nanokristályos fémekben és fémüvegben is.[93] A hidrogén oldhatóságára a fémekben befolyással vannak a kristályrácsban lévő szennyező anyagok, illetve a helyi torzulások.[94] Ezek a tulajdonságok akkor lehetnek hasznosnak, ha a hidrogént forró palládiumlemezeken átvezetve tisztítják; de a gáz magas oldhatósága kohászati ​​probléma, mert sok fémet rideggé tesz,[9] illetve megbonyolítja a csővezetékek és a tartályok, de más gyártmányok tervezését is.[10]

Eltekintve a reagensként való használatától, a H2-t széles körben alkalmazzák a fizika és a mérnöki tudományok területén. Védőgázként használják fel egyes fémek hevítésekor (például volfrám), valamint különböző hegesztési eljárásokban, mint például az atomos hidrogén hegesztésben (AHW).[95][96] A hidrogént felhasználják az erőművekben, az elektromos generátorok forgórészének hűtésére, mert a hővezetési tényezője az összes létező gáz közül a legnagyobb. A folyékony hidrogént felhasználják kriogén kutatásokban, beleértve a szupravezetőképességét vizsgáló tanulmányokat is.[97] Mivel a hidrogéngáz sűrűsége a levegő 115-e, ezért könnyebb a levegőnél, így korábban léghajók és léggömbök töltőgázaként használták fel.[98]

Napjainkban a tiszta, illetve a nitrogénnel kevert hidrogént (úgynevezett formálógáz) nyomjelző gázként használják szivárgások detektálására. Az alkalmazásai megtalálhatók az autóipar, a vegyipar, a villamosenergia-termelés, az űrkutatás és a távközlés területén.[99] A hidrogén engedélyezett élelmiszer-adalékanyag (E949), lehetővé teszi az élelmiszer-csomagolások szivárgáspróbáját, illetve antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezik.[100]

A hidrogén ritkább izotópjainak mindegyike egyedi alkalmazással rendelkezik. A deutériumot (hidrogén-2) felhasználják a fúziós erőművekben; illetve az urán hasadóanyagú CANDU reaktorokban moderátorként (neutron lassításra) alkalmazzák.[64] A deutériumvegyületek alkalmazási területei a kémiai és biológiai vizsgálatok, a kinetikus izotóp hatás tanulmányozása.[101] A tríciumot (hidrogén-3) atomreaktorokban termelik, felhasználják a hidrogénbomba gyártásához,[102] a biotudományokban izotópos címkézéshez,[56] illetve mint sugárzó forrás a világító festékekben.[103]

Az egyensúlyi hidrogén hármaspontjának hőmérséklete meghatározott fix pont az ITS-90 hőmérsékleti skálán; értéke 13,8033 K.[104]

Hűtőközeg[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén gázt gyakran alkalmazzák erőművek elektromos generátoraiban a hagyományos léghűtés helyett[105][106], mivel számos előnyös tulajdonsága van, amelyek a közvetlen eredményei annak, hogy könnyű, kétatomos molekula. Ezek közé tartozik az alacsony sűrűség és kis viszkozitás, illetve, hogy az összes gáz közül a legmagasabb a fajlagos hőkapacitása és hővezetési tényezője.

Energiahordozó[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén nem energiaforrás;[107] eltekintve a deutériummal vagy tríciummal működő kereskedelmi magfúziós erőművektől, amelyek technológiája jelenleg is fejlesztés alatt áll.[108] A Nap energiája is a hidrogén fúziójából származik, de ezen folyamat szabályozható megvalósítása földi körülmények között nehéz feladat.[109] A szoláris, biológiai, vagy elektromos forrásból származó elemi hidrogén előállítása több energiát igényel, mint amennyi az elégetésével nyerhető, így ezekben az esetekben a hidrogén energiatárolóként funkcionál; akárcsak egy akkumulátor. A hidrogén fosszilis forrásokból (mint például a metán) is előállítható lehet, de ezek a források nem fenntarthatók.[107]

A folyékony hidrogén és a sűrített hidrogéngáz egységnyi térfogatra vett energiasűrűsége bármely megvalósítható nyomáson lényegesen kisebb, mint a hagyományos üzemanyagforrásoké; jóllehet az egységnyi tömegre vett energiasűrűsége jóval nagyobb.[107] Mindazonáltal, az elemi hidrogént már széles körben tárgyalják, mint egy gazdaság-szintű, lehetséges jövőbeli energiahordozó.[110] Például a CO2 megkötés, melyet a szén-dioxid-leválasztás és -tárolás követ; elvégezhető lenne azon a ponton, amikor a H2 előállítható fosszilis tüzelőanyagokból.[111] A közlekedésben használt hidrogén elégése viszonylag tiszta; némi NOx-kibocsátással,[112] de szén-dioxid kibocsátás nélkül megy végbe.[111] Azonban az infrastruktúra hidrogénalapú gazdaságra való teljes átalakításának költsége jelentős.[113]

Félvezetőipar[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogént felhasználják az amorf szilícium és amorf szén szabad kötéseinek telítésére, így stabilizálva az anyagi tulajdonságokat.[114] Emellett a különböző oxidokban – beleértve: ZnO,[115][116] SnO2, CdO, MgO,[117] ZrO2, HfO2, La2O3, Y2O3, TiO2, SrTiO3, LaAlO3, SiO2, Al2O3, ZrSiO4, HfSiO4 és SrZrO3[118] – potenciális elektrondonor.

Biológiai szerepe[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A különféle mikroorganizmusok anaerob anyagcseréjük során végtermékként hidrogént állítanak elő, általában vas- vagy nikkeltartalmú enzimek (úgynevezett hidrogenázok) által katalizált reakciókon keresztül. Ezek az enzimek a H2 és az azt alkotó két-két proton és elektron közti reverzibilis redoxi-reakciót katalizálják. A hidrogéngáz a piruvát vízzé történő fermentációja során keletkező redukáló komponensek szállításakor jön létre.[119]

A vízbontás, melynek során a víz összetevőire – protonokra, elektronokra és oxigénre – bomlik, minden fotoszintetizáló szervezetben lejátszódik a fényreakciók során. Néhány ilyen szervezet, köztük a Chlamydomonas reinhardtii algák és a cianobaktériumok kifejlesztettek egy második lépést a sötét reakciókban, melyben a kloroplasztiszban lévő specializált hidrogenázok redukálják a protonokat és elektronokat, így képezve H2 gázt.[120] Erőfeszítések történtek annak érdekében, hogy a géntechnológiával módosított cianobaktérium hidrogenázok hatékonyan szintetizálják a H2 gázt oxigén jelenlétében is.[121] Hasonló erőfeszítéseket algákkal is végeztek bioreaktorokban.[122]

Biztonság[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidrogén az emberi biztonságra nézve veszélyes anyag, levegővel keveredve potenciálisan tűz- és robbanásveszélyes; míg tiszta, oxigén-mentes formában fulladást okozhat.[123] Ezen túlmenően, a folyékony hidrogén kriogén anyag, ennek megfelelően a nagyon hideg folyadékokkal kapcsolatos veszélyeket rejti magában (mint például a fagyási sérülés).[124] A hidrogén számos fémben oldódik, és azon túlmenően, hogy elszivárog, kedvezőtlen hatással lehet rájuk; ilyen hatás például a hidrogén-elridegedés,[125] amely repedésekhez és robbanáshoz vezethet.[126] A külső légtérbe kiszivárgó hidrogéngáz spontán meggyulladhat. Továbbá, a hidrogén lángok amellett, hogy nagyon forróak, szinte láthatatlanok, és így véletlen égési sérülésekhez vezethetnek.[127]

Még a hidrogén adatainak (beleértve a biztonsági adatlapot is) értelmezését is számos jelenség torzítja el. A hidrogén számos fizikai és kémiai tulajdonsága a parahidrogén/ortohidrogén arány függvénye (napokig vagy hetekig is eltart, míg egy adott hőmérsékleten eléri a egyensúlyi arányt, amelyre az adatokat általában megadják). A hidrogén detonációs paraméterei, mint például a kritikus detonációs nyomás és hőmérséklet, erősen függenek a tartály geometriájától.[123]

Megjegyzések[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Megjegyzendő, hogy az univerzum tömegének legnagyobb része nem barionok vagy kémiai elemek formájában található (lásd sötét anyag és sötét energia).
  2. -286 kJ energia az éghető anyag (hidrogén) egy móljára nézve azaz itt:
    \begin{smallmatrix}-286\cdot 2=-572\\ \end{smallmatrix}

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Atomic weights of the elements 2009. IUPAC. (Hozzáférés: 2013. február 16.)
  2. A hidrogén (IFA GESTIS) (németül)
  3. Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick. Inorganic chemistry. Academic Press (2001). ISBN 0123526515 
  4. Bán Gergely, Bán András (1997. március). „"Ómagyar"”. Természet Világa 128 (3), 116–117. o. ISSN 0040-3717. Hozzáférés ideje: 2013. június 22.  
  5. Palmer, D.: Hydrogen in the Universe. NASA, 1997. szeptember 3. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  6. Discovering the Elements”. Presenter: Professor Jim Al-Khalili. Chemistry: A Volatile History. BBC. BBC Four. 2010. január 21. 25:40.
  7. [www.vilaglex.hu/Erdekes/Html/KemiaNev.htm Kémiai elnevezések, elemek és vegyületek mindenféle elnevezései]. (Hozzáférés: 2013. február 2.)
  8. Hydrogen Basics — Production. Florida Solar Energy Center, 2007. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  9. ^ a b Rogers, H.C. (1999.). „Hydrogen Embrittlement of Metals”. Science 159 (3819), 1057–1064. o. DOI:10.1126/science.159.3819.1057. PMID 17775040.  
  10. ^ a b Christensen, C.H., Nørskov, J.K.; Johannessen, T.. „Making society independent of fossil fuels — Danish researchers reveal new technology”, Technical University of Denmark, 2005. július 9. (Hozzáférés ideje: 2008. március 28.) 
  11. Dihydrogen. O=CHem Directory. University of Southern Maine. (Hozzáférés: 2009. április 6.)
  12. Carcassi, M.N. (2005.). „Deflagrations of H2–air and CH4–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment”. Energy 30 (8), 1439–1451. o. DOI:10.1016/j.energy.2004.02.012.  
  13. Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, United States National Research Council, United States National Academy of Engineering. The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs. National Academies Press (2004). ISBN 0-309-09163-2 
  14. Patnaik, P. A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances. Wiley-Interscience (2007). ISBN 0-471-71458-5 
  15. hydrogen flame visibility
  16. Dziadecki, J.: Hindenburg Hydrogen Fire, 2005. (Hozzáférés: 2007. január 16.)
  17. Kelly, M.: The Hindenburg Disaster. About.com:American history. (Hozzáférés: 2009. augusztus 8.)
  18. Clayton, D.D.. Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium. Cambridge University Press (2003). ISBN 0-521-82381-1 
  19. Millar, Tom: Lecture 7, Emission Lines — Examples. PH-3009 (P507/P706/M324) Interstellar Physics. University of Manchester, 2003. december 10. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  20. Stern, David P.: The Atomic Nucleus and Bohr's Early Model of the Atom. NASA Goddard Space Flight Center (mirror), 2005. május 16. (Hozzáférés: 2007. december 20.)
  21. Stern, David P.: Wave Mechanics. NASA Goddard Space Flight Center, 2005. február 13. (Hozzáférés: 2008. április 16.)
  22. Staff: Hydrogen (H2) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen. Universal Industrial Gases, Inc., 2003. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  23. Tikhonov, Vladimir I., Volkov, Alexander A. (2002.). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers”. Science 296 (5577), 2363. o. DOI:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.  
  24. Hritz, James: CH. 6 – Hydrogen (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA, 2006. March. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  25. Shinitzky, Meir (2006.). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group”. Chirality 18 (9), 754–756. o. DOI:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.  
  26. Milenko, Yu. Ya., Sibileva, R. M.; Strzhemechny, M. A (1997.). „Natural ortho-para conversion rate in liquid and gaseous hydrogen”. Journal of Low Temperature Physics 107 (1–2), 77–92. o. DOI:10.1007/BF02396837.  
  27. Ortho-Para conversion. Pag. 13 (PDF)
  28. Svadlenak, R. Eldo, Scott, Allen B (1957.). „The Conversion of Ortho- to Parahydrogen on Iron Oxide-Zinc Oxide Catalysts”. Journal of the American Chemical Society 79 (20), 5385–5388. o. DOI:10.1021/ja01577a013.  
  29. (1935.) „On the possibility of a metallic modification of hydrogen”. Journal of Chemical Physics 3 (12), 764. o. DOI:10.1063/1.1749590.  
  30. (1996.) „X-ray diffraction and equation of state of hydrogen at megabar pressures”. Nature 383 (6602), 702. o. DOI:10.1038/383702a0.  
  31. (1968.) „Metallic Hydrogen: A High-Temperature Superconductor?”. Physical Review Letters 21 (26), 1748. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.21.1748.  
  32. Nancy B. McNelis, Terry L. Hardy, Margaret V. Whalen, Maureen T. Kudlac, Matthew E. Moran, Thomas M. Tomsik and Mark S. Haberbusch: A summary of Slush hydrogen. NASA, 1995. 04
  33. Astronautix.com: Density. (Hozzáférés: 2012. december 29.)
  34. Clark, Jim: The Acidity of the Hydrogen Halides. Chemguide, 2002. (Hozzáférés: 2008. március 9.)
  35. Kimball, John W.: Hydrogen. Kimball's Biology Pages, 2003. augusztus 7. (Hozzáférés: 2008. március 4.)
  36. IUPAC Compendium of Chemical Terminology, Electronic version, Hydrogen Bond
  37. Sandrock, Gary: Metal-Hydrogen Systems. Sandia National Laboratories, 2002. május 2. (Hozzáférés: 2008. március 23.)
  38. ^ a b Structure and Nomenclature of Hydrocarbons. Purdue University. (Hozzáférés: 2008. március 23.)
  39. Organic Chemistry. Dictionary.com. Lexico Publishing Group, 2008. (Hozzáférés: 2008. március 23.)
  40. Biochemistry. Dictionary.com. Lexico Publishing Group, 2008. (Hozzáférés: 2008. március 23.)
  41. Moers, Kurt (1920.). „Investigations on the Salt Character of Lithium Hydride”. Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie 113 (191), 179–228. o. DOI:10.1002/zaac.19201130116.  
  42. Downs, Anthony J., Pulham, Colin R. (1994.). „The hydrides of aluminium, gallium, indium, and thallium: a re-evaluation”. Chemical Society Reviews 23 (3), 175–184. o. DOI:10.1039/CS9942300175.  
  43. Hibbs, David E., Jones, Cameron; Smithies, Neil A. (1999.). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH3P(C6H11)3]”. Chemical Communications (2), 185–186. o. DOI:10.1039/a809279f.  
  44. ^ a b c Miessler, Gary L., Tarr, Donald A.. Inorganic Chemistry, 3rd, Prentice Hall (2003). ISBN 0-13-035471-6 
  45. Gurov, Yu. B.; Aleshkin, D. V.; Behr, M. N.; Lapushkin, S. V.; Morokhov, P. V.; Pechkurov, V. A.; Poroshin, N. O.; Sandukovsky, V. G.; Tel'kushev, M. V.; Chernyshev, B. A.; Tschurenkova, T. D (2004.). „Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei”. Physics of Atomic Nuclei 68 (3), 491–97. o. DOI:10.1134/1.1891200.  
  46. (2003.) „Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He”. Physical Review Letters 90 (8), 082501. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.90.082501.  
  47. Urey, Harold C., Brickwedde, F. G.; Murphy, G. M. (1933.). „Names for the Hydrogen Isotopes”. Science 78 (2035), 602–603. o. DOI:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.  
  48. Isotopic compositions of the elements 2009. IUPAC. (Hozzáférés: 2013. június 1.)
  49. Oda, Y; Nakamura, H.; Yamazaki, T.; Nagayama, K.; Yoshida, M.; Kanaya, S.; Ikehara, M. (1992.). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids”. Journal of Biomolecular NMR 2 (2), 137–47. o. DOI:10.1007/BF01875525. PMID 1330130.  
  50. Broad, William J.. „Breakthrough in Nuclear Fusion Offers Hope for Power of Future”, The New York Times, 1991. november 11. (Hozzáférés ideje: 2008. február 12.) 
  51. The Elements, Theodore Gray, Black Dog & Leventhal Publishers Inc., 2009
  52. Staff: Tritium. U.S. Environmental Protection Agency, 2007. november 15. (Hozzáférés: 2008. február 12.)
  53. Nave, C. R.: Deuterium-Tritium Fusion. HyperPhysics. Georgia State University, 2006. (Hozzáférés: 2008. március 8.)
  54. Kendall, Carol (1998.). „Fundamentals of Isotope Geochemistry”, Kiadó: US Geological Survey. Hozzáférés ideje: 2008. március 8.  
  55. The Tritium Laboratory. University of Miami, 2008. (Hozzáférés: 2008. március 8.)
  56. ^ a b Holte, Aurali E. (2004.). „Potential Role of Parasitism in the Evolution of Mutualism in Astigmatid Mites”. Experimental and Applied Acarology, Lubbock 25 (2), 97–107. o, Kiadó: Texas Tech University. DOI:10.1023/A:1010655610575.  
  57. van der Krogt, Peter: Hydrogen. Elementymology & Elements Multidict, 2005. május 5. (Hozzáférés: 2010. december 20.)
  58. § IR-3.3.2, Provisional Recommendations, Nomenclature of Inorganic Chemistry, Chemical Nomenclature and Structure Representation Division, IUPAC. Accessed on line October 3, 2007.
  59. Boyle, Robert "Tracts written by the Honourable Robert Boyle containing new experiments, touching the relation betwixt flame and air..." (London, England: 1672).
  60. Winter, Mark: Hydrogen: historical information. WebElements Ltd, 2007. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  61. Why did oxygen supplant phlogiston? Research programmes in the Chemical Revolution – Cambridge Books Online – Cambridge University Press. (Hozzáférés: 2011. október 22.)
  62. Just the Facts—Inventions & Discoveries, School Specialty Publishing, 2005
  63. ^ a b "Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. (2005). Wylie-Interscience. 797–799. ISBN 0-471-61525-0. 
  64. ^ a b c d e f g h i j k Emsley, John. Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press, 183–191. o (2001). ISBN 0-19-850341-5 
  65. Stwertka, Albert. A Guide to the Elements. Oxford University Press, 16–21. o (1996). ISBN 0-19-508083-1 
  66. Greenwood, N.N.. Az elemek kémiája, 1., Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 44. o (1999). ISBN 963-18-9144-5 
  67. A chronological history of electrical development from 600 B.C. New York: National Electric Manufacturers Association, 102. o (1946). Hozzáférés ideje: 2013. június 1. 
  68. NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31. Aiaa.org. (Hozzáférés: 2009. április 6.)
  69. (2004 (2002).) „IECEC '02. 2002 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 2002”, 45–50. o. DOI:10.1109/IECEC.2002.1391972. Hozzáférés ideje: 2011. november 11.  
  70. (2002.) „A lightweight high reliability single battery power system for interplanetary spacecraft” 5, 5–2433. o. DOI:10.1109/AERO.2002.1035418.  
  71. Mars Global Surveyor. Astronautix.com. (Hozzáférés: 2009. április 6.)
  72. Crepeau, Bob. Niels Bohr: The Atomic Model. Great Neck Publishing (2006. január 1.). ISBN 1-4298-0723-7 
  73. Berman, R., Cooke, A. H.; Hill, R. W. (1956.). „Cryogenics”. Annual Review of Physical Chemistry 7, 1–20. o. DOI:10.1146/annurev.pc.07.100156.000245.  
  74. Gagnon, Steve: Hydrogen. Jefferson Lab. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  75. Haubold, Hans; Mathai, A. M.: Solar Thermonuclear Energy Generation. Columbia University, 2007. november 15. (Hozzáférés: 2008. február 12.)
  76. Storrie-Lombardi, Lisa J., Wolfe, Arthur M. (2000.). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas”. Astrophysical Journal 543 (2), 552–576. o. DOI:10.1086/317138.  
  77. Dresselhaus, Mildred et al.: Basic Research Needs for the Hydrogen Economy (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory, 2003. május 15. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  78. Berger, Wolfgang H.: The Future of Methane. University of California, San Diego, 2007. november 15. (Hozzáférés: 2008. február 12.)
  79. McCall Group, Oka Group: H3+ Resource Center. Universities of Illinois and Chicago, 2005. április 22. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  80. Helm, H. et al.: Coupling of Bound States to Continuum States in Neutral Triatomic Hydrogen. Department of Molecular and Optical Physics, University of Freiburg, Germany. (Hozzáférés: 2009. november 25.)
  81. Herbst, E. (2000.). „The Astrochemistry of H3+”. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 358 (1774), 2523–2534. o. DOI:10.1098/rsta.2000.0665.  
  82. Kruse, B.; Grinna, S.; Buch, C.: Hydrogen Status og Muligheter (PDF). Bellona, 2002. (Hozzáférés: 2008. február 12.)
  83. Venere, Emil: New process generates hydrogen from aluminum alloy to run engines, fuel cells. Purdue University, 2007. május 15. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  84. ^ a b c Oxtoby, D. W.. Principles of Modern Chemistry, 5th, Thomson Brooks/Cole (2002). ISBN 0-03-035373-4 
  85. Hydrogen Properties, Uses, Applications. Universal Industrial Gases, Inc., 2007. (Hozzáférés: 2008. március 11.)
  86. Funderburg, Eddie: Why Are Nitrogen Prices So High?. The Samuel Roberts Noble Foundation, 2008. (Hozzáférés: 2008. március 11.)
  87. Lees, Andrew: Chemicals from salt. BBC, 2007. [2007. október 26-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2008. március 11.)
  88. Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water (PDF)
  89. Perret, Robert: Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007 (PDF). (Hozzáférés: 2008. május 17.)
  90. Hirschler, M. M.. Electrical Insulating Materials: International Issues. ASTM International, 89–. o (2000). ISBN 978-0-8031-2613-8. Hozzáférés ideje: 2012. július 13. 
  91. Chemistry Operations: Hydrogen. Los Alamos National Laboratory, 2003. december 15. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  92. Takeshita, T. (1974.). „Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt”. Inorganic Chemistry 13 (9), 2282–2283. o. DOI:10.1021/ic50139a050.  
  93. Kirchheim, R. (1988.). „Hydrogen in amorphous and nanocrystalline metals”. Materials Science and Engineering 99, 457–462. o. DOI:10.1016/0025-5416(88)90377-1.  
  94. Kirchheim, R. (1988.). „Hydrogen solubility and diffusivity in defective and amorphous metals”. Progress in Materials Science 32 (4), 262–325. o. DOI:10.1016/0079-6425(88)90010-2.  
  95. Durgutlu, Ahmet (2003.). „Experimental investigation of the effect of hydrogen in argon as a shielding gas on TIG welding of austenitic stainless steel”. Materials & Design 25 (1), 19–23. o. DOI:10.1016/j.matdes.2003.07.004.  
  96. Atomic Hydrogen Welding. Specialty Welds, 2007
  97. Hardy, Walter N. (2003.). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path”. Physica C: Superconductivity 388–389, 1–6. o. DOI:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.  
  98. Barnes, Matthew: LZ-129, Hindenburg. The Great Zeppelins, 2004. (Hozzáférés: 2008. március 18.)
  99. Block, Matthias (2004. szeptember 3.). „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection”. 16th WCNDT 2004, Montreal, Canada: Sensistor Technologies. Hozzáférés: 2008. március 25.. 
  100. Report from the Commission on Dietary Food Additive Intake (PDF). Európai Unió. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  101. Reinsch, J, A Katz, J Wean, G Aprahamian, JT MacFarland (1980.). „The deuterium isotope effect upon the reaction of fatty acyl-CoA dehydrogenase and butyryl-CoA”. J. Biol. Chem. 255 (19), 9093–97. o. PMID 7410413.  
  102. Bergeron, Kenneth D. (2004.). „The Death of no-dual-use”. Bulletin of the Atomic Scientists 60 (1), 15. o, Kiadó: Educational Foundation for Nuclear Science, Inc.. DOI:10.2968/060001004.  
  103. Quigg, Catherine T. (1984. March). „Tritium Warning”. Bulletin of the Atomic Scientists 40 (3), 56–57. o.  
  104. (1989) „International Temperature Scale of 1990” (PDF). Procès-Verbaux du Comité International des Poids et Mesures: T23–T42. Hozzáférés: 2008. március 25.. 
  105. Hidrogén- és vízhűtésű turbogenerátorok. (Hozzáférés: 2013. június 13.)
  106. Racskó Imre: A hidrogén előállítása és felhasználása a Paksi Atomerőműben, távlati tervek.. (Hozzáférés: 2013. június 13.)
  107. ^ a b c McCarthy, John: Hydrogen. Stanford University, 1995. december 31. (Hozzáférés: 2008. március 14.)
  108. Nuclear Fusion Power. World Nuclear Association, 2007. May. (Hozzáférés: 2008. március 16.)
  109. Chapter 13: Nuclear Energy — Fission and Fusion. Energy Story. California Energy Commission, 2006. (Hozzáférés: 2008. március 14.)
  110. US Department of Energy (2006-03-22). "DOE Seeks Applicants for Solicitation on the Employment Effects of a Transition to a Hydrogen Economy". Press release. Elérés: 2008-03-16.
  111. ^ a b Georgia Tech (2008-02-11). "Carbon Capture Strategy Could Lead to Emission-Free Cars". Press release. Elérés: 2008-03-16.
  112. Heffel, James W. (2002.). „NOx emission and performance data for a hydrogen fueled internal combustion engine at 1500 rpm using exhaust gas recirculation”. International Journal of Hydrogen Energy 28 (8), 901–908. o. DOI:10.1016/S0360-3199(02)00157-X.  
  113. Romm, Joseph J.. The Hype About Hydrogen: Fact And Fiction In The Race To Save The Climate, 1st, Island Press (2004). ISBN 1-55963-703-X 
  114. Le Comber, P. G. (1977.). „Hall effect and impurity conduction in substitutionally doped amorphous silicon”. Philosophical Magazine 35 (5), 1173–1187. o. DOI:10.1080/14786437708232943.  
  115. Van de Walle, Chris G. (2000.). „Hydrogen as a cause of doping in zinc oxide”. Physical Review Letters 85 (5), 1012–1015. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.85.1012. PMID 10991462.  
  116. Janotti, Anderson (2007.). „Hydrogen multicentre bonds”. Nature Materials 6 (1), 44–47. o. DOI:10.1038/nmat1795. PMID 17143265.  
  117. Kilic, Cetin (2002.). „n-type doping of oxides by hydrogen”. Applied Physics Letters 81 (1), 73–75. o. DOI:10.1063/1.1482783.  
  118. Peacock, P. W. (2003.). „Behavior of hydrogen in high dielectric constant oxide gate insulators”. Applied Physics Letters 83 (10), 2025–2027. o. DOI:10.1063/1.1609245.  
  119. Cammack, Richard, Robson, R. L.. Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature. Taylor & Francis Ltd, 202–203. o (2001). ISBN 0-415-24242-8 
  120. Kruse, O., Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005.). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells”. The Journal of Biological Chemistry 280 (40), 34170–7. o. DOI:10.1074/jbc.M503840200. PMID 16100118.  
  121. Smith, H. O.; Xu, Q: IV.E.6 Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Oxygen-Tolerant Cyanobacteria System (PDF). FY2005 Progress Report. United States Department of Energy, 2005. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  122. Williams, Chris. „Pond life: the future of energy”, Science, The Register, 2006. február 24. (Hozzáférés ideje: 2008. március 24.) 
  123. ^ a b Smith, H. O.; Xu, Q: Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems (PDF). NASA, 1997. (Hozzáférés: 2008. február 5.)
  124. Liquid Hydrogen MSDS (PDF). Praxair, Inc., 2004. September. (Hozzáférés: 2008. április 16.)
  125. (1985. július 20.) „'Bugs' and hydrogen embrittlement”. Science News, Washington, D.C. 128 (3), 41. o. DOI:10.2307/3970088.  
  126. Hayes, B.: Union Oil Amine Absorber Tower. TWI. (Hozzáférés: 2010. január 29.)
  127. Hydrogen Safety. Humboldt State University. (Hozzáférés: 2010. április 14.)

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Hydrogen című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Bodonyi Ferenc: Kémiai összefoglaló. Budapest: Műszaki Könyvkiadó. 1987. 39; 301–303. o. ISBN 9631072290  

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Wiktionary-logo-hu.png
Keress rá a hidrogén címszóra a Wikiszótárban!

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]