Hidrogenoa
|
---|
![](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/83/Hydrogen_discharge_tube.jpg/220px-Hydrogen_discharge_tube.jpg) |
1
←
Hidrogenoa
→
Helioa
|
|
|
Izena
,
ikurra
,
zenbakia
| Hidrogenoa, H, 1
|
---|
Serie kimikoa
| Ez-metalak
|
---|
Taldea
,
periodoa
,
orbitala
| 1
,
1
,
s
|
---|
Masa atomikoa
| 1,00794 g/mol
|
---|
Konfigurazio elektronikoa
| 1s
1
|
---|
Elektroiak
orbitaleko
| 1
|
---|
|
Egoera
| gasa
|
---|
Dentsitatea
| (0 °C, 101,325 kPa) 0,08988 g/L
|
---|
Urtze-puntua
| 14,01
K
(?259,14
°C
, ?434,45
°F
)
|
---|
Irakite-puntua
| 20,28
K
(?252,87
°C
, ?423,17
°F
)
|
---|
Urtze-entalpia
| (H
2
) 0,117
kJ·mol
−1
|
---|
Irakite-entalpia
| (H
2
) 0,904
kJ·mol
−1
|
---|
Bero espezifikoa
| (25 °C) (H
2
) 28,836 J·mol
−1
·K
−1
|
---|
Lurrun-presioa
P
/
Pa
|
1
|
10
|
100
|
1 k
|
10 k
|
100 k
|
T
/
K
|
|
|
|
|
15
|
20
| |
|
Kristal-egitura
| hexagonala
|
---|
Oxidazio-zenbakia(k)
| 1
, ?1
|
---|
Elektronegatibotasuna
| 2,20 (Paulingen eskala)
|
---|
Ionizazio-potentziala
| 1.a: 1312,0
kJ/mol
|
---|
Erradio atomikoa
(batezbestekoa)
| 25
pm
|
---|
Erradio atomikoa (kalkulatua)
| 53 pm
|
---|
Erradio kobalentea
| 31 ± 5
[1]
pm
|
---|
Van der Waalsen erradioa
| 120 pm
|
---|
|
Eroankortasun termikoa
| (300 K) 180,5
|
---|
Soinuaren abiadura
| (gas, 27 °C) 1310
m/s
|
---|
|
Hidrogenoaren isotopoak
|
Hidrogenoa
elementu kimiko
bat da,
H
ikurra
eta 1
zenbaki atomikoa
ditu.
Nukleoan
protoi bat duten atomoak hidrogeno-atomoak direla esaten da.
Giro-tenperaturan gas-egoeran dago eta diatomikoa, sukoia, usaingabea eta koloregabea da. Elementu arinena (
masa atomikoa
= 1,00794 u) eta unibertsoko ugariena da.
Izarrak
hidrogenoz, plasma egoeran, osatuak daude, gehienbat.
Lurrean
konposatu molekular askoren partaide da (
ur
eta konposatu organikoak, besteak beste) eta elementu kimiko gehienekin erreakzionatzeko gai da.
Isotopo
arruntena nukleoan
protoi
bat eta
neutroirik
ez duena da. Beste bi isotopo ere aurki daitezke naturan, itsasoko uretan bereziki:
deuterioa
,
neutroi
bat duena, eta
tritioa
, bi
neutroi
dituena.
Laborategian
azido
eta
metalen
arteko erreakzioen bidez lortzen da eta industrialki
gas naturaletik
lortzen da gehienbat, nahiz eta
uraren
elektrolisitik
ere hartzen den. Hidrogenoa
amoniakoa
ekoizteko, erretzeko edota pila elektrokimikoetan elektrizitatea sortzeko erabiltzen da, besteak beste.
Hidrogenoarekin
Schrodingerren ekuazioa
analitikoki ebatz daitekeenez, elementu honen
orbital
eta loturen azterketa eta analisiak garrantzi handia izan du
mekanika kuantikoan
.
Hidrogenoa
elementu
arinena da, bere
isotopo
ugariena
protoi
bat eta
elektroi
batez osatua dago, eta oro har egoera diatomikoan (H
2
) ageri da, hau da, beste hidrogeno atomo bati loturik. Bere
urtze-puntua
eta
irakite-puntua
?252,88 °C eta ?259,13 °C dira, hurrenez hurren. Presio handian,
izar
erraldoien nukleoan bezala, hidrogeno molekulek bere izaera aldatzen dute eta hidrogenoa likido metalikoa bihurtzen da. Presio txikian hidrogenoa disoziaturik ageri ohi da, egoera monoatomikoan, konbinatzeko aukera gutxi dauzkate-eta. Hala ere, zenbaitetan hidrogeno molekularrezko hodeiak, izarren sorrerarekin erlazionatutak daudenak, sor ditzake.
Izarretan gertatzen den fusio nuklearraren bidez hidrogeno atomoak binaka konbinatzen dira
helio
atomo bat sortzeko, eta prozesuaren soberakin gisa izugarrizko energia-kantitatea sortzen da. Prozesu hau da, hain zuzen, gure existentzia ahalbidetzen duena.
Henry Cavendishen
erretratua
T. Von Hohenheim,
Parazeltso
izenpean ere ezaguna, izan zen H
2
gasa
lehen aldiz deskribatu eta artifizialki sortu zuena metalak
azido
indartsuekin nahastean. Gasa aurkitu bazuen ere, Parazelsusek ez zekien hura
elementu kimiko
berri baten atomoek osatzen zutenik.
1671
. urtean
Robert Boylek
hidrogenoa bigarren aldiz deskribatu zuen,
burdin
hautsa eta azido ahulak nahasterakoan hidrogeno gasa sortzen zela antzeman baitzuen. Boyle eta Parazelsusen saiakerek lortu ez zutena, ordea,
1766
. urtean lortu zen, urte hartan
Henry Cavendish
-ek lehen aldiz hidrogeno gasa substantzia bakar bat zela antzeman zuen, metal-azido erreakzio batean sortzen zen gasari
aire erregaia
izena eman eta errekuntzaren hondakin gisa ura sortzen zela ikusi baitzuen. Cavendish
merkurio
eta azidoekin lanean zebilen hidrogenoa aurkitu zuenean. Nahiz eta hidrogenoa azidoen osagai zela esan beharrean merkuriotik zetorrela esan, hidrogenoaren propietate nagusiak neurtzeko gai izan zen. Hori dela-eta, hidrogenoaren aurkikuntza berari egozten zaio.
Hidrogeno
atomo
arruntak badu beste elementuek ez duten ezaugarri bat: bere
protoi
bakarreko
nukleoari
esker,
egitura atomikorik
sinpleena duen elementua da. Atomo honek duen sinpletasuna dela-eta, hidrogenoaren egiturak eta
argi espektroaren
analisiak egitura atomikoaren teoria formulatzeko berebiziko garrantzia izan dute. 1920ko hamarkadan hidrogeno atomoa
mekanika kuantikoaren
ikuspuntutik aztertu zen; honen bidez, teoriak aurreikusten zituen hipotesi ugari egiaztatu ahal izan ziren. Handik gutxira, hidrogeno H
2
+
katioiaren
analisia burutu zenean, lotura kimikoaren taxuzko teoria bat eraiki ahal izan zen.
Saiakera batean antzeman zen lehen efektu kuantikoetako bat, nahiz eta garai hartan ez zen ulertu,
Maxwellek
ikusi zuen hidrogenoarekin lanean zegoela, teoria kuantikoa bere osotasunean sortu baino mende erdi lehenago. Maxwellek antzeman zuen H
2
molekularen bero espezifikoak, tenperatura jaitsi ahala, garaiko teoriekin bat ez zetorren portaera zuela. Izan ere, giro-tenperaturan gas diatomikoek izaten duten
bero espezifikoa
du, baina zero azpitik asko hozten badugu bero espezifikoaren balioa gas monoatomikoenera hurbiltzen da pixkanaka.
Mekanika kuantikoaren
arabera zera gertatzen da, hidrogenoaren kuantizaturiko errotazio
energia
mailak beste atomoen mailak baino urrutiago daudela bata bestearengandik. Hidrogenoaren
masa
eskasa dela-eta (protoi bakarra du nukleoan), mailen arteko hutsuneen tamainarengatik
bero
energia eta errotazio energien arteko konbertsioa normalean baino zailagoa da. Horixe da, hain zuzen, tenperatura baxuetan beste kasuetan antzematen ez den fenomeno hau azaltzearen arrazoia.
Hidrogeno
atomoa
bere
elektroi
hodeiarekin?
Hidrogeno
atomoaren
energia
mailak
Bohrren eredu atomikoa
erabiliz nahiko zehazki kalkulatu litezke. Bohrren ereduak
elektroia
nukleoko
protoiaren
inguruan biraka dabilela dio,
lurra
eguzkiaren
inguran orbitatzen dabilen bezala. Hala ere,
indar elektromagnetikoak
dira protoi eta elektroiaren arteko erakarpena sortzen dutenak eta planeta eta izarren arteko indarra grabitateak sortzen du. Bohrrek mekanika kuantikoaren hastapenetan suposatu zuen
momentu angeluarraren
diskretizazioa dela-eta Bohrren ereduan elektroi eta protoiaren arteko zenbait distantzia dira soilik posible, orbita jakin batzuetan soilik aurki genezake elektroia eta honek elektroiaren energia maila konkretu batzuetara mugatzen du.
Mekanika kuantikoaren
aldetik tratamendu hobea emango bagenio Bohrrek bere garaian eskura ez zituen erreminten bidez
Schrodingerren ekuazioa
edota
Feynmanen
bide integralen formulazioarekin protoi inguruko elektroiaren okupazio dentsitate probabilistikoa kalkulatu genezake orbital sinple batzuetara mugatu gabe. Dentsitate probabilistiko horrek elektroia puntu jakin batean egotearen probabilitatea azaltzen digu, eta horrela protoi inguruko zonalde batzuetan errezagoa izanen da elektroia aurkitzea beste zonalde batzuetan baino. Dentsitate hau erakusten duten diagrametan elektroien orbitalak hodei moduko itxura hartzen dute, non zonalde ilunak probabilitate altuagoa adierazten baitu, eta zonalde argiak probabilidade baxuagoa. Elektroiei materia
uhin
tratamendua emanez, hidrogeno atomoaren kontzeptu errealago bat lortzen dugu Bohrren eredua erabiliz baino. Hala ere, Bohrren eredua lagungarria da oso hain sinple izanda elektroiaren energia eta espektroa nahiko ongi aurreikusten baititu. Hidrogenoaren modeloa guztiz modelizatuko bagenu, elektroien eta nukleoaren
masa
kontutan hartuz (
mekanika orbitaleko
bi gorputzen problemarekin egiten den bezala), elektroiaren energia eta espektroa are hobeto errepresenta litezke. Hidrogenoaren
isotopo
guztiekin egin liteke hau gainera. Schrodingerren ekuazio eta Feynmanen metodo integralaren bidez lorturiko emaitzak teoria kuantiko osatuarekin txukunduko bagenitu
erlatibitate bereziaren
efektuak kontutan hartuz (ikusi
Dirac-en ekuazioa
) eta hutsean gertatzen diren alegiazko partikulen sortzea bezalako beste hainbat efektu kontuan hartuz, hidrogeno atomoaren modelo bikain bat lortuko genuke.
Protio hidrogenoaren
isotopoaren
diagrama atomikoa
Hiru
hidrogeno isotopo
aurki ditzakegu naturan:
protioa
(
1
H),
deuterioa
(
2
H) eta
tritioa
(
3
H). Aurrekoez gain
4
H,
5
H,
6
H eta
7
H isotopo ezegonkorrak sintetizatu ahal izan dira; isotopo hauek ezin aurki daitezke naturan.
Hidrogenoaren
isotopoek
soilik jasotzen dute gaur egun izen propioa, analisi
radioaktiboaren
lehen garaian zenbait
elementuren
isotopoek ere izen propiala zuten, gaur egun esan bezala ordea hidrogenoak soilik mantentzen ditu izen horiek.
2
H eta
3
H zeinuen ordez zenbaitetan D eta T hizkiak ere erabiltzen dira
deuterio
eta
tritioarentzat
urrenez urren.
1
H-k ez du inongo zeinurik P hizkia erabiliko balitz
fosforoarekin
nahastuko baikinateke,
IUPAC
elkarteak hala ere
1
H,
2
H eta
3
H zeinuak erabiltzea gomendatzen du.
1
H
isotopoa
naturako hidrogeno isotopo arruntena dugu, eta hidrogeno natural guztiaren %99,98-a osatzen du.
1
H isotopoaren nukleoa protoi bakar batek osatzen duenez gutxitan erabiltzen den
protio
izena egozten zaio.
2
H dugu hidrogenoak dituen bi isotopo egonkorretatik bigarrena.
Deuterio
deritzo, eta bi
nukleoik
,
protoi
batek eta
neutroi
batek osatzen dute deuterioaren
nukleoa
.
Lurreko
hidrogenoaren %0,0026 eta %0,0184 artean
deuterioa
dugu. Isotopo horrek ez du
erradioaktibitaterik
, eta ez du giza osasunean eragin nabarmenik. Deuterio atomo ugariz osaturiko urari
ur astun
esaten zaio, deuterioa protioa baino astunagoa baita. Deuterioa eta deuterioak osatzen dituen substantziak marka ez-erradioaktibo gisa erabili ohi dira saiakera kimikoetan, bai eta
1
H-NMR espektroskopiako solbente gisa ere.
Ur astuna
neutroi moderatzaile eta hozgarri gisa erabili ohi da
erreaktore nuklearretan
. Deuterioa
fusio nuklear
komertzialerako erregai gisa erabili liteke.
[2]
3
H
isotopoari
tritio
izena egozten zaio eta hiru
nukleoi
biltzen ditu
nukleo atomikoan
, bi
neutroi
eta
protoi
bat urrenez urren. Isotopo hau aurreko biak ez bezala radioaktiboa da, eta
3
He isotopoan desintegratzen da
beta jario
bidez (
β partikulak
). Tritioak 12,32 urteko
semidesintegrazio-periodoa
du.
Tritio
naturala
errainu kosmiko
eta
atmosferako
gasen
arteko interakzioan sortzen da oso kopuru txikietan. Lurrean dagoen tritioaren beste iturri bat
arma nuklearren
entseguak dira.
Fusio nuklearrean
erabiltzen da,
isotopoen
geokimikan
denbora neurtzeko eta argia bere kabuz ematen duten gailuetan. Aspaldi tritioa markazio kimiko eta biologikoarako erabiltzen zen marka
erradioaktibo
gisa, gaur egun ordea ez da hainbeste erabiltzen.
Whirpool galaxia
Hubble
teleskopioak
ikusia
Hidrogenoa
unibertsoko
elementurik arruntena dugu, unibertsoaren
masaren
%75 osatzen du eta unibertsoko
atomoen
%90 hidrogeno atomoak dira. Hidrogeno kontzentrazio handienak
izar
eta
planeta
erraldoi gaseosoetan
aurki litezke. Nebulosetan hidrogeno monoatomikoa aurki daiteke, eta izarren sortzearekin erlazionatua dago. Unibertsoko hidrogeno gehiena forma atomikoan edota plasma egoeran dago, eta gutxiengoa hidrogeno molekular gisa (hidrogeno diatomikoa).
Plasma
egoeran ez dago ohizko loturarik hidrogenoaren protoi eta elektroien artean hori dela eta
konduktibitate elektriko
izugarria du eta emisibitate edo argi jarioa ere oso handia da; plasmarengan hidrogenoa izarretako argiaren iturri da. Plasmak jariaten dituen kargadun partikulengan eragin handia dute kanpo magnetiko eta elektrikoek horregatik eguzkiak ixurtzen duen
eguzki haizeak
lurraren
magnetosferara
dakartzan partikulek osatzen dituzte
aurora boreal
eta
austral
fenomenoak, kanpoen eragin horrek ere sortzen ditu
Birkelanden korronteak
. Hidrogeno
monoatomikoa
izarrarteko materian aurki ditzakegun partikuletako bat da.
Lurrean
orohar hidrogenoa H
2
dago, hala ere hidrogeno gasa lurraren atmosferan oso kopuru txikian aurki genezake (parte bat milioiko, hau da %0,0001) hain arina baita lurreko
atmosferatik
nahiko erraz ihes egiten duela. Hidrogeno monoatomiko eta
diatomikoa
unibertsoko
osagai nagusiak izan harren ez da erraza lurrean hauek sortu, metatu eta purifikatzea, hala ere hidrogenoa lurrean errazen aurki dezakegun elementuetan hirugarrena dugu. Lurraren baitan hidrogeno iturri nagusiak
hidrokarburo
eta
ura
ditugu. Zenbait
bakteria
hidrogenoa metabolizatzeko gai dira ostera atmosferara isurtzeko; hidrogenoa
digestio-aparatuko
gasen osagai dugu ere, hau da, puzkarrek hidrogenoa daramate (
metano
forman besteak beste). Metanoa hain zuzen,
gas naturalaren
osagaietako bat, hidrogeno iturri garrantzitsua bihurtzen ari da prozesu industrialetan.
Hidrogeno
likidoa
burbuila kamara batean
Hidrogeno diatomikoa bi taldetan bana dezakegu bi protoien
spin
-aren arabera. Bi spin-ak paraleloak badira ortohidrogeno esaten zaio eta espinak antiparaleloak badira parahidrogeno.
Tenperatura
eta
presio
estandarretan hidrogeno gasaren %25
molekula
parahidrogeno motakoak dira eta gainontzeko %75 ortohidrogeno motakoak, gehiengoa orto klasekoa denez ortohidrogenoari "hidrogeno normal" ere esaten zaio. H
2
gasean
orto eta para formen arteko banaketa tenperaturaren araberakoa da. Orto forma
energetikoagoa
da egoera kitzikatuan dagoelarik. Hori dela eta ezegonkorra da eta ezin liteke purifikatu. Tenperaturak behera egin ahala para forma inposatzen da nahikoa jaitsi ezkero ia hidrogeno guztia parahidrogeno bihurtzen delarik. Parahidrogeno hutsaren propietateak "hidrogeno normal"-arenarengandik zertxobait ezberdinak dira. Orto eta para formak zenbait substantzietan ere aurki litezke, besteak beste
uretan
edota
konposatu organiko
askotan.
Para eta orto formen arteko aldaketa
katalizadorerik
gabe ematen da eta esan bezala
tenperatura
igo ahala orto forma
energetikoagoa
nagusitzen delarik. H
2
azkar
kondentsatzen
bada hidrogeno
molekulei
ez die orto formatik para formara aldatzeko astirik ematen aldaketa honek denbora behar baitu. Oso garrantzitsua da hidrogeno kondentsatuak, hots hidrogeno
likidoak
, para eta orto formen arteko erlazio egokia izatea orto forma energetikoagotik para formara pasatzea prozesu exotermikoa baita eta prozesu horretan askatzen den energiak kondentsatzea asko kostatzen den hidrogenoa lurrun dezake. Horrelakoak gerta ez daitezen
burdin
konposatuzko
katalizadoreak
erabiltzen dira hidrogenoa hozten den bitartean.
(Ingelesez)
Hidrogenoaren Espektroaren Esperimentua
Protonaturiko hidrogeno molekular izena ematen zaio izarrarteko espazioan aurki litekeen hidrogeno molekula mota bati, H
3
+
zeinuaz identifikatzen da. Molekula hau
errainu kosmikoek
hidrogeno diatomiko molekulak ionizatzerakoan sortzen da.
Jupiterren
goi-
atmosferan
ere detektatu izan da. Izarrarteko espazioko egoeretan molekula hau nahiko egonkorra da
tenperatura
eta
dentsitatea
oso bajuak baitira. H
3
+
ioia
unibertsoko
ioik
arruntenetakoa dugu eta
izarrarteko inguruneko
kimikan garrantzi handia du.
Hidrogenoak metalekiko dituen disolbagarritasun eta asimilazio propietateak metalurgian (metal ugari erdoiltze prozesuak jasaten dituzte hidrogenoa dela eta) eta hidrogeno metatzean berebiziko garrantzia dute hidrogenoa erregai gisa erabiltzeko. Hidrogenoa lur arraroetako metal eta trantsizio metaletan disolba liteke bai metal kristalino bai metal amorfoetan. Disolbagarritasun hau metalen sare kristalinoan izaten diren distortsio eta makarrek eragiten dute.
Hindenburg
zeppelina
sutan 1937ko maiatzak 6-an
Hidrogeno gasa oso erraz erretzen da oxigenoarekin, eta atmosferan hidrogenoaren %4 baino kontzentrazio handiagoarekin
errekuntza
naturalki hasten da hidrogenoaren errekuntza, txinparta baten beharrik gabe (Δ
H
º = ?286 kJ/mol). Hidrogenoaren eta oxigenoaren errekuntza
erreakzioaren
formula ondorengoa genuke:
2 H
2
g) + O
2
(g) → 2 H
2
O (l) + 572 kJ/mol
Proportzio askotan hidrogenoa
oxigenoarekin
leherketak sortzen ditu errekuntza hasiz. Hidrogeno errekuntza oso indartsua da eta sortzen den garra ia ezin liteke begi hutsez bereizi, hori dela eta oso zaila da hidrogenoa erretzen hasi denik nabaritzea.
Espazio anezka
estatubatuarren
suziriek
besteak beste errekuntza hau burutzen dute beren higidura ahalbidetzeko.
Hindenburg
zeppelin
alemaniarrak hidrogenoa zerabilen hegan egiteko eta hidrogeno-aire erreakzio akzidental bat izan zen hain zuzen bere suntsipena ekarri zuena, Hindenburg-ak hidrogenoa erabiltzearen arrazoia alemaniarrek
Helioa
lor ez zezaketeela da. Alboko irudian
su
garra ikusi baliteke hori zeppelinaren estalkiko elementuek ahalbidetzen dute. Hidrogenoaren garra oso luzexka izaten da hidrogeno berarekin batera arina izaki gorantz ihes egiten baitu
airetan
. H
2
-ak beste zenbait oxidanterekin erreakzionatzen du baita ere. Klorina eta fuorina-k erreakzio bortitzak sor ditzakete hidrogeno klorido eta hidrogeno fluorido halidoak sortuz.
Dekano (C
10
H
22
)
hidrokarburo
molekula
baten diagrama, erdiko lerroaren erpinetan
karbono
atomoak
leudeke
H
2
ari erreakzionatzea asko kostatzen zaion arren hidrogenoa ia beste edozein
elementurekin
lotu liteke
molekula
berriak osatzeko. Milioika
hidrokarburo
existitzen da, hau da hidrogeno eta
karbono
egitura duten molekulak, nahiz eta ez diren oro har hidrogeno eta karbono molekulen arteko erreakziotik sortzen beste molekula komplexuagoetatik baizik. Hidrogenoa
elektronegatiboagoak
diren elementuei eslei liteke, adibidez F, Cl, Br, I, O, S, Se... Molekula konposatu hauetan hidrogenoak
karga
positibo partziala jasotzen du.
Fluor
,
oxigeno
edota
nitrogenoarekin
elkartzen denean hidrogenoa lotura ez kobalente oso indartsu bat osatzeko gai da
hidrogeno zubi
bidezko lotura esaten zaiolarik, hidrogeno zubi bidezko lotura honek garrantzi handia du molekula biologiko askoren egonkortasunean. Hidrogenoa hain elektronegatiboak ez diren elementuei ere esleitzen zaie
metal
eta
metaloideekin
bezala, kasu hauetan hidrogenoak karga negatibo partziala jasotzen du. Molekula hauei zenbaitetan
hidrido
deritze.
Esan bezala hidrogeno eta
karbonoak
osaturiko
molekula
ugari dago, molekula hauek oro har garrantzi handia dute
biziaren
kimikarekin
hau da
prozesu biologikoekin
, hori dela eta molekula hauei zenbaitetan molekula organiko deritze, molekula hauek eta beraien erreakzioak aztertzen dituen
kimikaren
atalari
kimika organiko
esaten zaio. Molekula organiko definizioa oso argi ez dagoen arren, oro har molekula organiko orok karbono atomo egitura bat duela esan ohi da hidrogenoa behar beharrezkoa ez delarik, hidrogenorik ez duen molekula organiko bat
urea
dugu adibidez, hala ere molekula organiko gehienek hidrogenoa ere izaten dute eta karbono-hidrogeno lotura izaten da molekula organiko gehienen ezaugarria.
Kimika inorganikoan hidridoek koordinazio multzoetan bi gune metalikoen arteko lotura lana egiten dute. Aurrekoa oso arrunta izaten da 13. taldeko elementuetan, bereziki boroak osatzen dituen
hidridoekin
aluminio
molekulen barnean eta karboranoetan.
Hidrogenoaren konbinazio bitarrak
lantzeko bideoa.
Bideo hau Jakindun elkarteak egin du. Gehiago dituzu eskuragarri
euren gunean
. Bideoak dituzten artikulu guztiak ikus ditzakezu
hemen
.
Hidrogenoa duten
molekula
guztiei zenbaitek
hidrido
esaten diete, definizio zabalegia da ordea.
Kimikarientzat
hidrido
kontzeptuaren funtsa hidrogenoak
karga
partzial negatibo edo anionikoa hartzean datza, hau da hidrogenoa duen molekula batean hidrogenoak karga partzial negatiboa jasotzen badu molekula hori
hidrido
bat da, karga negatiboa duten hidrogenoak H
?
zeinuaz adierazten delarik.
Hidriodo
anioia
G.N. Lewisek
aurriekusi zuen lehen aldiz 1916. urtean I eta II taldeetako
gatz
formako hidridoen egitura argitu nahian. Lewisen teoriaren demostrazioa Moers-ek egin zuen 1920. urtean molten
litio
hidridoaren
elektrolisiaren
bidez (LiH), elektrolisian
anodoan
hidrogenoa proportzio
estekiometrikoetan
sortzen baitzen.
Litio
-
aluminio
hidridoan AlH
4
?
anioiak
gune hidrikoak Al(III)ari atxikitzen dizkio. Naiz eta hidridoak edozein talde nagusiko
elementuekin
osa daitezkeen konbinazio kopuru asko dago, adibidez 100 borano hidrido binario dagoen artean aluminio hidrido binario bakarra ezagutzen da eta ez da oraindik indio hidrido binariorik aurkitu, nahiz eta
indio
hidrido konplexuagoak badiren.
Oxidatzerakoan H
2
-ak H
+
protoi bat ematen duela suposatu ohi da. Protoi horrek garrantzia du
azidoetan
non "protoi" izenaz positiboki
kargaturiko
hidrogeno edo hidrogeno
anioiez
ari garen zeina H
+
zeinuaz adierazten den. Ez da H
+
atomo bakartirik existitzen hain deskonpentsatua baitago bere karga elektroiak dituzten
atomoei
itsasten zaiela. H
+
protoiak disoluzioetan bere horretan existitzen ez direnez H
3
O
+
forma hidratatua hartzen duela esaten da H
3
O
+
ak bere aldetik H
9
O
4
+
taldetxoak osatzen dituelarik.
Uretan
beste elementuak egon ezkero beste
ioi
zenbait aurki liteke ere.
Lurrean
arraroa den arren
unibertsoko
H
3
O
+
a ioik arruntenetakoa dugu protonaturiko hidrogeno molekular izena jasotzen duelarik.
Laborategietan hidrogeno
gasa
azido
eta
metalen
arteko erreakzioaren ondorioz lortzen da gehienetan, adibidez
zink
eta azidoen "protoien" arteko erreakziotik:
- Zn
+ 2 H
+
→ Zn
2+
+ H
2
Aluminioa
azido zein
baseekin
tratatu ezkero H
2
a ere lortzen da, ondoren azaltzen da baseekin gertatzen dena:
- 2 Al + 6 H
2
O → 2 Al(OH)
3
+ 3 H
2
Ur
elektrolisia
hidrogenoa sortzeko beste bide erraz bat dugu nahiz eta
energia
dexente galtzen den prozesuan. Elektrolisia
korronte
batek
potentzial
elektriko diferentzia duten bi
elektrodoen
artean dagoen ura iragatean gertatzen da, korronte honen ondorio
anodoan
oxigeno
gasa sortzen da eta hidrogeno gasa
katodoan
. Orohar katodoa platino edo beste metal inerte batek osatzen du, hidrogenoa bertan erre nahi bada anodoak ere metal inerte batek osatu beharko luke, budina adibidez. Elektrolisiaren errendimendu energetiko maximoa %80-94 inguruan dabil.
- 2 H
2
O (aq) → 2 H
2
(g) + O
2
(g)
2007 urtean
aluminio
eta
galioak
pilula moduan uretan hidrogenoa sor dezaketela antzeman zen. Prozesu hontan
alumina
sortzen da hidrogenoaz gain eta galioa nahiz eta oso garestia den (pilulan erdoil geruzik sor ez dadin erabiltzen da) berrerabiltzeko egoeran geratzen da. Aurkikuntza honek hidrogenoa
erregai
gisa erabiltzen lagun dezake hidrogenoa uretatik sortzea ahalbidetzen baitu hidrogeno
gasa
gorde behar gabe.
Gehiago jakin nahi ezkero egin klik hemen
Hidrogenoa era ugaritan lor baliteke ere hidrogenoaren ekoizketa industrialean garrantzi handia du prozesuaren prezioak helburua hidrogeno kopuru handia ekoiztu eta metatzea baita. Hidrogeno iturri industrial nagusia
hidrokarburoak
dira,
karbono
eta hidrogeno egitura duten substantzia hauetatik lortzen da
gasa
beraz. Hidrogeno industrial gehiena
gas naturaletik
lortzen da. Tenperatura altuetan (700 °C eta 1100 °C inguru)
ur
lurrin eta
metanoaren
arteko erreakzioak izaten dira
karbono monoxido
(CO) eta H
2
gasa sortzen delarik, erreakzio hori lurrun
erreformatze katalitikoa
da.
[3]
- CH
4
+
H
2
O
→
CO
+ 3 H
2
Ur
lurrunean dagoen gainontzeko hidrogenoa
karbono monoxidoaren
bidez berreskura liteke bereziki
burdin
oxido
katalizadore
bat erabiliz gero. Erreakzio hau
karbono dioxidoa
lortzeko ere erabili ohi da:
- CO + H
2
O →
CO
2
+ H
2
Hidrokarburoen
oxidazio partzial bidez ere lortzen da hidrogenoa:
- CH
4
+ 1/2
O
2
→ CO + 2 H
2
Monoxido eta ur lurrun bidez esan bezala hidrogenoa lortu nahi bada ondorengo erreakzioa erabil liteke karbono monoxidoa sortu eta bide batez hidrogeno gehiago lortzeko, karbono iturria
kokea
izan ohi da,
ikatz
barietate berezi bat:
- C
+
H
2
O
→
CO
+ H
2
Zenbaitetan hidrogenoa sortzen den prozesu berean kontsumitzen da, hau da rekonbinatzen da, beste produktuetatik bereizi aurretik.
Amoniakoa
sortzeko Haber prozesuan adibidez, hidrogenoa
gas natural
bidez sortzen da ostera amoniakoa sor dadin (amoniakoa munduan gehien ekoizten den bostarren produktu kimikoa dugu).
Prozesu petrokimiko handietan hidrogenoa sortzen da, petroleoaren
kraking
ean adibidez, nahiz eta prozesu hauen helburua hidrogenoa ekoiztea ez den sortzen den kopurua nahiko handia da eta H
2
hau bildu egiten da.
Kloroa
ekoizteko
elektrolisian
ere hidrogenoa sortzen da.
H
2
mikroorganismo
ugarik izaten dituzten zenbait prozesu metaboliko
anaerobikoren
produktua dugu, gehienetan
burdin
edo
nikela
duten enzimen
katalisia
medio,
entzima
hauei hidrogenasa deritzaie. Enzima hauek
erredox erreakzioa
alderantziz katalizatzen dute bi
protoi
eta bi
elektroietatik
H
2
lortuz.
Organismo
fotosintetiko
guztiek
ura
jatorrizko
protoi
,
elektroi
eta
oxigenoan
desegiten dute argiaren
energia
erabiliz.
Chlamydomonas reindhardtii
algetan
eta
cyanobakterietan
besteak beste kloroplastoan dauden hidrogenasa enzima espezializatuek elektroi eta protoiak bat egiten dituzte nahiz eta prozesua ez den guztiz ulertzen. Cyanobakterietako hidrogenasak
genetikoki
eraldatzeko saiakerak egin dira H
2
gasa erraz ekoiztearren baita ingurune oxigenatuetan ere.
Naturak ere baditu hidrogeno gasa sortzeko beste bideak nahiz eta hain arruntak ez izan. Nitrogenasa entzimek H
2
ekibalente bat sortzen dute
amoniakora
erreduzituriko N
2
ekibalente bakoitzaren truke. Zenbait fosfatasa entzimek fosfotita H
2
ra erreduzitzen dute.
Margarina
hidrogenaturiko jatorri begetaleko
koipea
dugu
Industria kimiko eta petrokimikoa hidrogeno asko behar dute beren aktibidaderako. Hidrogenoaren aplikazio nagusiak
erregai
fosilen
hobekuntzan
eta
amoniako
ekoizketa dira. Industria petrokimikoan hidrogenoa hidrodesalkitazio, hidrodesufurizazio eta kraking prozesuetarako erabiltzen da.
H
2
ak baditu hala ere aurrekoez gain aplikazio gehiago, saturatu gabeko
gantzen
saturazio handitzeko hidrogenazio agente bezala erabiltzen da, adibidez
koipeetatik
margarina
bezalako produktuak lortzeko,
metanol
eta azido hidroklorikoa sortzeko ere erabiltzen da. Hidrogenoa
mineralen
extrakzioan ere erabiltzen da
metalen
redukzioa burutzeko.
Hidrogeno
isotopoak
fusio
bonba atomikoetan
erabiltzen dira
Erreakziotan erabiltzeaz gain H
2
fisika
eta
ingenieritzako
zenbait atalek ere darabilte. Adibidez zenbait
soldeatze
sistemek hidrogenoa darabilte babes-gas bezala. Estazio elektrikoetan hidrogenoa erabili izan da
generadoreen
rotoreak
hozteko
eroankortasun termiko
garaiena duen
gasa
baita. H
2
likidoa
ikerketa kriogenikoetan erabiltzen da besteak beste
supereroakortasuna
aztertzeko. H
2
-aren
airearena
baino hamabost aldiz txikiagoa den
dentsitatea
duenez
globo
eta
zeppelinak
betetzeko gas bezala erabiltzen zen
Hindenburg zeppelin
alemaniarraren leherketaren ondorioz aplikazio hau bertan behera geratu zen arte, hala ere hidrogenoa
eguraldi
eta
atmosfera
aztertzeko globoak betetzeko erabiltzen da gaur egun (pertsonik gabeko gailu automatikoekin betiere).
Hidrogenoaren
isotopoek
erabilpen konkretu zenbait badute.
Deuterioa
adibidez
fisio
eta
fusio nuklear
erreakziotan erabiltzen da
neutroi
geldoen kontrol agente bezala.
Deuterioa
kimikan erabili ohi da erreakzio isotopikoen efektuak aztertzeko.
Tritioa
, erreakzio nuklearretan sortzen dena, hidrogenozko bonbetan erabiltzen da (
H-bonba
), baita marka erradiaktibo bezala kimikan edota margo autoluminiszenteetan (bere kabuz argiztatzen duten margoetan).
Hidrogenoaren
ekilibrio hirukoitzaren
puntua non
presio
,
tenperatura
eta
dentsitate
zehatz batzuetara hidrogenoaren hiru faseren arteko ekilibrioa ageri den ITS-90
tenperatura eskalaren
oinarri puntua dugu baita ere.
Hidrogenoa ez da orohar
energia
iturri bat, soilik
fusio nuklearraren
kasuan esan genezake hidrogenoa energia iturri bat dela baina hidrogenoa ez da oraindik saiakeretatik kanpo fusio nuklearrerako erabiltzen (ikusi
ITER
proiektua). Hidrogenoa biologikoki lortzea edota
elektrolisi
bidez ekoizteak energia gehiago kontsumitzen du hidrogenoaren errekuntzak ematen duena baino.
Erregai fosiletatik
hidrogenoa lortzeak (
metanotik
adibidez) ordea energia gutxiago behar du errekuntzan sortzen dena baino, eta prozesuaren
errendimendua
askoz hobea da. Hala ere hidrogenoa berrerabili ez litezkeen mediotatik sortzea ez da oso aproposa erregai fosilak bere baitan askoz errazago erabiltzen baitira. Ikerketa lerro bat sortu da gai horiek aztertzeko.
[4]
Hidrogenoa energia gordailu lez erabiltzea asko aztertu den aplikazioa da,
erregai fosilak
ordezteko batik bat hidrogeno errekuntzak ez baitu
ura
besterik sortzen, hala ere arazoa hidrogenoaren lorpenean datza. Hidrogenoa erregai fosiletatik lortu ezkero hala ere kontaminazioa hidrogeno ekoizpen zentroetan soilik sortuko litzateke tratamendu aproposago bat eman dakiokeen lekuan eta horrela ingurunera ixuritako kutsadura asko murriztu liteke, adibidez
metanotik
hidrogenoa lortzerakoan sortzen den
karbono dioxidoa
(CO
2
) metatu eta kimikoki eralda liteke atmosferara ez isurtzearren. Guzti honek arazo bi ditu: lehena erregai fosiletan oinarritutako mundu baten ekonomia eta egitura errotik aldatzea da hidrogenoan oinarritutako batengatik aldatzeko. Bigarren arazoa hidrogenoaren aberastasun energetikoan datza ez baita erregai fosilak bezain energetikoa.
Hidrogenoa dagoeneko erabiltzen da, esaterako espazio-ontzietarako erregai gisa. Gasolinarekin alderatuta energia-dentsitate handiagoa duenez bolumen txikiagoa behar da energi kopuru berdina lortzeko. Alde horretatik, esaterako, egokia izan daiteke ibilbide luzeko garraioan. Eta industria deskarbonizatzeko, jakina, haren konbustioak ez baitu CO
2
-rik sortzen, ur-lurruna baizik. Erronka tekniko asko ditu oraindik gainditzeko, besteak beste, luzerako biltegiak, segurtasuna eta hidrogenoa uretik banatzeko erabiltzen diren elektrolizagailuek behar duten energia kantitatea.
[5]
[4]
- Sinboloa: H
- Atomoa: H
2
- Aurkitzailea: Henry Cavendish
- Urtea: 1766
- Jatorria: Metalezko limadurak eta azido batzuen nahasketa da
- Unibertsoko gehienezko materia da
- Egoera naturala: Gasa
- Fusio puntua: -258 °C
- Uraren konponente bat da. (H
2
O: 2 hidrogeno-atomo eta 1 oxigeno)
- ↑
(Ingelesez)
Beatriz Cordero, Veronica Gomez, Ana E. Platero-Prats, Marc Reves, Jorge Echeverria, Eduard Cremades, Flavia Barragan eta Santiago Alvarez: ≪Covalent radii revisited≫, in
Dalton Transactions
, 2008, 2832 ? 2838. orrialdeak.
- ↑
(Ingelesez)
Broad, William J. (1991-11-11).
≪Breakthrough in Nuclear Fusion Offers Hope for Power of Future≫
,
The New York Times
.
- ↑
Gondra, Ane; Araneta, Maialen; Campillo-Robles, Jose Miguel. (2021-04-20).
≪Gaur egungo hidrogeno-ekoizpena: metanoaren ur-lurrun bidezko erreformatzea≫
EKAIA EHUko Zientzia eta Teknologia aldizkaria
(41)
doi
:
10.1387/ekaia.22379
.
ISSN
2444-3255
.
(Noiz kontsultatua: 2022-09-30)
.
- ↑
a
b
Dorronsoro, Inaki. (2021-11-26).
≪Hidrogenotik bioekonomiara (Htik BIOra). Ekonomialari Euskaldunen II. Biltzarra. Htik BIOra :: ikasi :: Udako Euskal Unibertsitatea≫
www.ueu.eus
(Udako Euskal Unibertsitatea.)
(Noiz kontsultatua: 2021-11-26)
.
- ↑
Magro Eizmendi, Imanol. (2021-11-27).
≪Hidrogenoa bertan da≫
Berria
(Noiz kontsultatua: 2021-11-27)
.