دراسة عن غاز الهيدروجين

مقدمة إلى غاز الهيدروجين

يعتبر غاز الهيدروجين (بالإنجليزية: Hydrogen) مادة غازية عديمة اللون والرائحة والطعم، غير قابلة للاشتعال في الظروف الاعتيادية. يتكون هذا الغاز من ذرات الهيدروجين التي تحتوي كل منها على إلكترون سالب واحد مرتبط بنواة الذرة التي تحتوي على بروتون موجب واحد. [1]

تتواجد ذرات الهيدروجين بشكل عام في الظروف الاعتيادية على شكل جزيئات ثنائية (H2). يعود أصل كلمة هيدروجين إلى اللغة اليونانية، حيث تعني حرفياً “صانع الماء”، وذلك لأن العلماء القدماء كانوا على دراية باحتمالية احتراق الهيدروجين مع غاز الأكسجين لتشكيل الماء. [1]

يعتبر الهيدروجين واحدًا من أكثر الغازات وفرةً في الطبيعة، إذ يُشكّل نحو 75% من كتلة الكون. يمكن الحصول على الهيدروجين صناعيًا من خلال الموارد المتجددة أو غير المتجددة، وذلك لاستخدامه في التطبيقات المختلفة. من أبرز الأمثلة على هذه الموارد: [2]

• الغاز الطبيعي
• الغاز الحيوي
• الطاقة النووية
• الطاقة الشمسية
• طاقة الرياح

اكتشاف غاز الهيدروجين

ينسب اكتشاف الهيدروجين إلى العالم الفيزيائي الإنجليزي هنري كافندش، وذلك عام 1766م. ومع ذلك، كان العديد من العلماء الآخرين قد أنتجوا واستخدموا الهيدروجين دون معرفة ماهيته كعنصر من قبل. فعلى سبيل المثال، قام روبرت بويل بإنتاجه خلال تجاربه مع الحديد والأحماض عام 1671م. [3]

رسم هنري كافندش مخططًا تفصيليًا لنواة ذرة الهيدروجين بعد اكتشافها، [3] لكنه لم يطلق عليها اسمًا في ذلك الوقت. ظل هذا الأمر حتى قام الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه بإعطائه اسم “الهيدروجين” الذي يُستخدم حتى يومنا هذا. بعد ذلك، تم اكتشاف العديد من النظائر للهيدروجين، وهي: [4]

• الديوتيريوم المستقر – تم اكتشافه عام 1932م
• التريتيوم غير المستقر – تم اكتشافه عام 1934م

خصائص غاز الهيدروجين

يمتلك غاز الهيدروجين، سواء كجزيء أو كذرّة، عددًا من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المميزة، والتي يمكن تلخيصها في الجدول أدناه:

استخدامات غاز الهيدروجين

يُستخدم غاز الهيدروجين في العديد من التطبيقات، من أهمها:

• يمكن استخدام الهيدروجين كبديل نظيف للوقود غير المتجدد، دون الخوف من أي انبعاثات ضارة؛ فالهيدروجين ينتج من الماء ويتحول إلى الماء بعد احتراقه.
• يمكن استخدامه في وسائل النقل المختلفة، مثل السيارات والحافلات.
• يُستخدم غاز الهيدروجين في عملية تكرير النفط للتخلص من الكبريت الموجود في الوقود.
• يعدّ الهيدروجين أساسًا في عملية هدرجة الزيوت لإنتاج الدهون، ومن الأمثلة على ذلك استخدامه في صناعة السمن.
• يُستفاد من الهيدروجين أثناء عمليات تصنيع الزجاج لضمان صناعة ألواح ذات أوجه مسطحة ومستوية، فيستخدم كعازل، أو منطقة فاصلة فارغة أثناء التصنيع.
• يُستخدم غاز الهيدروجين أثناء تصنيع رقائق السيلكون للأجهزة الإلكترونية.
• يُستخدم غاز الهيدروجين في التطبيقات البدائية التي تتطلب وجود غاز خفيف؛ مثل نفخ البالونات.
• يدخل غاز الهيدروجين في قطاع الصناعة من خلال استخدامه في تصنيع الأمونيا المهمة في إنتاج الأسمدة الزراعية، والبلاستيك، بالإضافة إلى بعض أنواع الأدوية. [6] كما يمكن استخدام الأمونيا المصنعة في عمليات التبريد منخفضة التكلفة والانبعاثات الملوثة. [7]
• يمكن استخدام الطاقة الناتجة عن غاز الهيدروجين في عمليات توزيع الطاقة الحرارية والقوى، كما يمكن الاعتماد عليه في تخزين الطاقة المتجددة كشكل من أشكال الطاقة الاحتياطية. [8]
• يستخدم الهيدروجين في التطبيقات الفضائية. [9]
• يمكن استخدام غاز الهيدروجين لأغراض لحام المعادن وتليينها بوجود درجات حرارة مرتفعة. [9]
• يستخدم الهيدروجين في صناعة الميثانول. [7]

المراجع

1. “Hydrogen”, Britannica, Retrieved 01/11/2021. Edited.
2. “What is hydrogen?”, National Grid, Retrieved 01/11/2021. Edited.
3. “Hydrogen”, PubChem, Retrieved 01/11/2021. Edited.
4. Agata Blaszczak-Boxe (24/1/2015), “Facts About Hydrogen”, Live science, Retrieved 01/11/2021. Edited.
5. “Properties of Hydrogen”, Lumen, Retrieved 04/11/2021. Edited.
6. “Hydrogen”, RSC, Retrieved 01/11/2021. Edited.
7. “HYDROGEN INDUSTRY APPLICATIONS: PAST, PRESENT, AND FUTURE.”, WHA, Retrieved 04/11/2021. Edited.
8. “Hydrogen: A Clean, Flexible Energy Carrier”, Energy, Retrieved 01/11/2021. Edited.
9. “HYDROGEN APPLICATIONS”, H2, Retrieved 04/11/2021. Edited.