مجرة - Majarah
طريقك الى العالم

بحث الهيدروجين

الهيدروجين الأكثر توفر فى الكون 

الهيدروجين عنصر كيميائي يكون فى الشكل الغازي ليس له لون و رائحة و لا طعم ، يرمز لعنصر الهيدروجين بالرمز H و يتميز العدد الذرى 1 يقع عنصر الهيدروجين ضمن عناصر الدورة الأولى وفوق عناصر المجموعة الأولى فهو العنصر الأول على خريطة الجدول الدورى لأنه لا يملك في ذراته إلا الإلكترون واحد ذو شحنة سالبة و بروتون واحد ذو شحنة موجبة • 

في الظروف القياسية من الضغط والحرارة فإن عنصر الهيدروجين هو عبارة عن غاز عديم اللون والرائحة، سريع الاشتعال و غير سام فهو ثنائي الذرة و أحادي التكافؤ له الصيغة الجزيئية H2 • 

أكثر نظائر عنصر الهيدروجين توفر فى الطبيعة هو عنصر  البروتيوم ، الذي يتغير بالرمز 1H ويتألف من بروتون موجب الشحنة واحد فقط دون وجود اى نيوترونات متعادلة الشحنة في داخل النواة الذرية الخاصة بهذا العنصر •

حسب معرفتنا العلمية تتميز جميع الذرات في الكون بثلاث مكونات وهى الإلكترون سالب الشحنة و النيوترونات متعادلة الشحنة و البروتونات موجبة الشحنة الا ان عنصر الهيدروجين يكسر هذه القاعدة ، فعلى الرغم من كل هذا فإن هناك ذرة تحطم قواعد باقى الذرات حين أنها تتكون من جزئين فقط و هي ذرة الهيدروجين حيث أن جميع الذرات تتكون من ثلاث أجزاء هم الكترونات و بروتونات و نيوترونات إلى أن ذرة الهيدروجين تتكون من جزئين فقط و هما بروتون واحد فقط و الكترون واحد فقط حيث إنه لا يوجد به اي نيوترونات ، و هذا يجعل الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأول في جدول العناصر الكيميائية لأنه أقل العناصر كثافة في العدد الذري •

أن عنصر الهيدروجين عنصر مهم في كثير من العمليات التي تحدث في الكون و على كوكب الأرض بالأخص حيث أن الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأكثر توفر فى الكون بالكامل • 

اكتشاف عنصر الهيدروجين ومن الذى سمى الهيدروجين بهذا الاسم 

صاحب الفضل في اكتشاف عنصر الهيدروجين هو العالم هنري كافيندش وذلك فى عام 1766 ميلادى حيث عرف عنصر الهيدروجين لأول مرة كمادة متميزة بخواصه عن غيرها من العناصر الغازية التى تقبل الاشتعال • 

سمى العالم هنري كافيندش الغاز المنطلق الناتج عن تفاعل عناصر الفلزات مع الأحماض الممددة بالهواء القابل للاشتعال ، وافترض أن عنصر الهيدروجين مماثل للمادة الافتراضية الفلوجستون ، وفي عام 1781 ميلادي إكتشف أن غاز الهيدروجين يعطي باحتراقه عنصر الماء ، لذلك ينسب للعالم هنري كافيندش اكتشاف هذا العنصر •

في عام 1783 ميلادى قام العالم الشهير أنطوان لافوازييه باعطى العنصر المكتشف حديثا اسمه الجديد الهيدروجين ، وذلك باشتقاق التسمية من اللغة الإغريقية ، حيث أن لفظة كلمة هيدرو ὕδρω تعني ماء ولفظة كلمى جين γενῆς تعني مولد أو مشكل أو مكون ، وذلك حين قام هو العالم بيير لابلاس بإعادة تجربة العالم هنري كافنديش بتشكيل عنصر الماء عند حرق عنصر الهيدروجين • 

كان من اهم استخدمات الهيدروجين كما كان هو من أوائل استخدام عنصر الهيدروجين هو نفخ المناطيد وكان العالم جاك شارل أول من قام باستخدام عنصر الهيدروجين فى هذا العمل وكان ذلك فى عام 1783 ميلادي، بناء على العمل قام الكونت الألماني الثرى فرديناند فون زبلين حينه بتقديم فكرة المناطيد المزودة بالهيدروجين للتسويق ، حيث ان قد قام بتأسيس شركة متخصصة فى نفخ المناطيط بغاو الهيدروجين و قد أسماها على اسمه مناطيد الكونت زبلين ، والتي قامت باول رحلتها الرسمية فى عام 1900 ميلادي  إلا أن تراجع استخدام هذه المناطيد لأنه تكن آمنة ، و حدث هذا التراجع الكبير في استخدام المناطيد المعبي بغاز الهيدروجين بعد حادث تحطم فى هيندنبورغ • 

دور عنصر الهيدروجين في نظرية الكم

فنظرا للبنية الذرية البسيطة لذرة عنصر الهيدروجين حيث تتكون من بروتون موجب الشحنة واحد فقط وإلكترون سالب الشحنة واحد فقط فإنها قد تم استخدمها فى تفسير نظرية البنية الذرية ، وذلك حدث عن طريق تفسير طيف إصدار عنصر الهيدروجين في المجال المرئي تعد ذرة عنصر الهيدروجين على سبيل المثال هى الذرة الوحيدة المعتدلة التي كان له حل في معادلة شرودنغر •

الهيدروجين و الماء 

الماء هو مادة شفافة عديمة اللون والطعم والرائحة ، وهو العنصر الأساسي لتكوين البحيرات والبحار والمحيطات والأنهار وكذلك جميع أنواع السوائل في الكائنات الحية ، كما أنه أكثر أنواع المركبات الكيميائية انتشارا على سطح كوكب الأرض.

يتكون عنصر الماء من ذرة عنصر ألاكسجين مركزية ترتبط بها ذرتي من عنصر هيدروجين برابطة تساهمية لينكون الماء بصيغته كيميائية تحمل الرمز H2O بشكله المعروف • 

يعتبر الماء هو أحد أهم ركائز و اسوس وجود الحياة على كوكب الأرض ، يغطي الماء نسبة 71% من سطح كوكب الأرض ، أما عن البحار والمحيطات في تمثل أكبر نسبة للماء على سطح كوكب الأرض حيث أن البحار و المحيطات تمثل حوالي 96.5% من المياة المتوفرة على كوكب الأرض وتتوزع باقي النسب فيما بين المياه الجوفية وبين جليد المناطق القطبيّة بنسبة تبلغ 1.7% لكليهما ، مع توفر نسبة صغيرة على شكل بخار ماء متطاير في الهواء على هيئة سحاب و غيوم ، و فى أحيان اخرى على شكل ضباب أو ندى، بالإضافة إلى الزخات المطرية أو الثلجية.

أما عن نسبة الماء العذب تبلغ حوالي 2.5% من الماء الموجود على سطح كوكب الأرض ، و يعتبر هذه الكمية من المياه حوالي بنسبة 99% منه موجودة في الكتل الجليدية في القطبين الشمالي والجنوبي ، و تتواجد نسبة 0.3% من الماء العذب في البحيرات و الأنهار و في الغلاف الجوي المحيط بكوكب الأرض • 

أهم الخواص الكيميائية للهيدروجين ( الاحتراق )

من المعروف علميا أن غاز الهيدروجين هو الأكثر العناصر الكيميائية سرعة فى الاشتعال  حيث انن الهيدروجين يحترق في الهواء ضمن مجال كبير وواسع الحجم حيث ان التركيزه يتراوح بين نسبة 4 % و نسبة 75% تركيز حجمي •

من المعروف علميا أن المحتوى الحراري القياسي للاحتراق بالنسبة لغاز الهيدروجين قد يبلغ ما يقدر بى −286 كيلوجول/مول • 

يحدث تفاعل الاحتراق لغاز الهيدروجين وفق التفاعل الكيميائي التالي وهو :

2H2( g ) + O2( g ) ---> 2 H2O ( 1 ) 

يمكن لغاز الهيدروجين ان يشكل مزيج انفجاري حين خلطه مع الهواء و ذلك حين خلطه بشكل مخفض جدا وذلك فى تواجد مصدر حراري حتى وان كان خفيف أو نتيجة تماس كهربائي •

تعتبر درجة حرارة الاشتعال الذاتي لغاز الهيدروجين تبلغ نسبة 500°س مما يجعل غاز الهيدروجين خطر جدا • 

يحدث غاز الهيدروجين بتفاعله الكيميائي مع كميات كبيرة من غاز الأكسجبن عند عملية الاحتراق لهبا كيميائي لا يرى بالعين المجردة ، لأن أصدار إشعاعه في منطقة الأشعة ما فوق البنفسجية ، ممّا يتوجب وجود كاشفات خاصة للهب من أجل عملية الكشف عن غاز الهيدروجين المحترق أما في الشروط العادية يحترق غاز الهيدروجين بلهب بصي بلون أزرق يشبه لهب عملية احتراق الغاز الطبيعي • 

توافر غاز الهيدروجين فى الكون 

يعد غاز الهيدروجين بشكله الذري المعروف H أكثر العناصر الكيميائية المتوفرة في الكون حيث انه يشكل نسبة 75% من الكتلة بالنسبة لباقي العناصر المتوفرة فى الكون ، ويعتبر في نفس الوقت هو أكثر من نسبة 90% لعدد ذرات العناصر في الكون ، يجدر بالإشارة أن معظم كتلة العناصر الكون تتواجد على شكل مغاير للمادة الموجودة على كوكب الأرض وذلك من حيث ارتباط العناصر بعضه ببعض ولكن يعتقد العلماء أنها توجد على شكل مادة من عناصر مختلفة و طاقة مظلمة يحاول العلماء الى الان تفسير وجوده فى الكون .

يوفر عنصر غاز الهيدروجين بكميات هائلة في النجوم مثل الشمس والعماليق الغازية المختلفة ، كما تلعب السحب الجزيئية للهيدروجين H2 المشكلة في الفضاء فهى تلعب دورا كبير في ولادة النجوم وفي تزويدها بالوقود الكونى اللازم من خلال سلسلة تفاعل بروتون-بروتون ومن خلال دورة كربون-نيتروجين-أكسجين CNO لتشكيل غاز الهيليوم عن طريق الاندماج النووي فيتولد النجوم في فضاء الكون الشاسع •

إن عنصر الهيدروجين الموجود على مدى الكون يكون في حالتين هما الحالة الذرية وفي حالة البلازما و اللتان تختلفان بخواصها عن شكل الهيدروجين الجزيئي وهو فى حالته الغازية الموجودة فى كوكب الارض ، تختلف الحالتين السابقتين عن بعضهما البعض حيث أنه في حالة البلازما مثلا فإن الإلكترون البروتون في عنصر الهيدروجين غير مرتبطين ببعضهما البعض ، إنما يتشكل في حالة الذرية على شكل سحابة متداخلة ، مما يمنحه هذا ناقلية كهربائية إشعاعية عالية جدا كم فى حالته في النجوم و يعتبر بهذا الشعب متمثل فى نجم الشمس ، وتدعى هذه الحالة باسم أنيون عنصر الهيدروجين ، تعتبر هذه الجسيمات المشحونة الإلكتروني و تتأثر بالمجالات المغناطيسية والكهربائية و بالمجال الكرومعنطيس كما يحدث في الرياح الشمسية التي تتأثر بالغلاف المغناطيسي لكوكب الأرض الأرض مشكلة تيارات بيركلاند والشفق القطبي فى القطبين المتجمدين لكوكب الأرض • 

وفى المقابل أن الحالة الذرية المعتدلة لعنصر الهيدروجين هيدروجين تكون كثير في الأوساط بين النجمية ، حيث أن أنظمة ( لايمان-ألفا ) المخمدة تتواجد فيها بصورة كبيرة من عنصر الهيدروجين الذرى المعتدل فتشكل قسما كبير جدا من كثافة الباريونات الكونية حيث أنه يؤدى إلى حدوث انزياح أحمر بمقدار z=4 في الكون • 

يتوافر عنصر الهيدروجين خارج الأنظمة النجمية على أشكال سحب غازية ، و هذا في مناطق الهيدروجين حيث أنه قد يتواجد على شكل ذرى معتدل غير متأين ، و هذه المناطق تصدر إشعاع كونى له تردد بقياس 1420 ميغا هرتز ، والذي يسمى خط هيدروجين . 

يعتبر هذا الإشعاع له القدرة على تحديد مواقع تركيز الهيدروجين في الكون. بالمقابل، فإن السحب الغازية المتأينة للهيدروجين تسمى مناطق هيدروجين ، في هذه المناطق الأخيرة تصدر النجوم إشعاعا بكميات كبيرة ، مما يمكن من إجراء البحث حول تركيب المادّة المكونة للوسط بين النجمي.

يوجد الشكل الجزيئي لغاز الهيدروجين على نمط كاتيون ثلاثي الهيدروجين +H3 وذلك في الوسط النجمي نتيجة تأين غاز الهيدروجين الجزيئي بالأشعة الكونية. وقد تم ملاحظة وجود هذا الكاتيون في طبقات المختلفة للغلاف الجوي الأعلى لكوكب المشترى ، ومن المعروف علميا أن هذا الكاتيون له دور مهم جدا في كيمياء الوسط بين النجوم ، إن الشكل المعتدل من غاز الهيدروجين ثلاثي الذرة قد يصعب وجوده في الحالة المستقرة ، فى المقابل فإن نمط الكاتيون الثنائي لغاز الهيدروجين H+2 نادر الوجود في الكون عموما •

لما لا تترك تعليق