ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับไฮโดรเจน

องค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาลไฮโดรเจนยังเป็นแหล่งเชื้อเพลิง "สะอาด" ที่มีแนวโน้มบนโลก

ตั้งชื่อตามคำภาษากรีกน้ำสำหรับ "น้ำ" และยีนสำหรับ "การขึ้นรูป" ไฮโดรเจนคิดเป็นมากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของอะตอมทั้งหมดซึ่งเท่ากับสามในสี่ของมวลของจักรวาลตามข้อมูลห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos- ไฮโดรเจนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิตและมีอยู่ในเกือบทุกโมเลกุลในสิ่งมีชีวิตตามราชสมาคมเคมี- องค์ประกอบนี้ยังเกิดขึ้นในดวงดาวและพลังจักรวาลผ่านปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอนและวัฏจักรคาร์บอน-ไนโตรเจน กระบวนการฟิวชั่นไฮโดรเจนของดาวฤกษ์ปล่อยพลังงานจำนวนมากเนื่องจากรวมอะตอมไฮโดรเจนเข้ากับฮีเลียมตาม Los Alamos

ก๊าซไฮโดรเจนบริสุทธิ์นั้นหายากในชั้นบรรยากาศของโลกและไฮโดรเจนใด ๆ ที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้อย่างรวดเร็วหนีแรงโน้มถ่วงของโลก บนโลกของเราไฮโดรเจนส่วนใหญ่เกิดขึ้นร่วมกับออกซิเจนและน้ำเช่นเดียวกับในสารอินทรีย์เช่นพืชที่มีชีวิตปิโตรเลียมและถ่านหินรายงาน Los Alamos

เพียงแค่ข้อเท็จจริง

• จำนวนอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส): 1
• สัญลักษณ์อะตอม (บนตารางธาตุขององค์ประกอบ): H
• น้ำหนักอะตอม (มวลเฉลี่ยของอะตอม): 1.00794
• ความหนาแน่น: 0.00008988 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
• เฟสที่อุณหภูมิห้อง: แก๊ส
• จุดหลอมเหลว: ลบ 434.7 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 259.34 องศาเซลเซียส)
• จุดเดือด: ลบ 423.2 F (ลบ 252.87 C)
• จำนวนไอโซโทป (อะตอมขององค์ประกอบเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน): 3 ไอโซโทปทั่วไปรวมถึง 2 ตัวที่เสถียร
• ไอโซโทปที่พบมากที่สุด: 1H, ความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติ 99.9885 เปอร์เซ็นต์

การค้นพบไฮโดรเจน

Robert Boyle ผลิตก๊าซไฮโดรเจนในปี 1671 ในขณะที่เขากำลังทดลองกับเหล็กและกรด แต่มันก็ไม่ได้จนกระทั่ง 2309 ที่เฮนรี่คาเวนดิชยอมรับว่ามันเป็นองค์ประกอบที่แตกต่างกันตามเจฟเฟอร์สันแล็บ- องค์ประกอบนี้ได้รับการตั้งชื่อว่าไฮโดรเจนโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Antoine Lavoisier

ไฮโดรเจนมีสามไอโซโทปทั่วไป: โปรตีนซึ่งเป็นเพียงไฮโดรเจนธรรมดา ดิวเทอเรียมไอโซโทปที่มั่นคงค้นพบในปี 1932 โดย Harold C. Urey; และไอโซโทปไอโซโทปที่ไม่แน่นอนค้นพบในปี 2477 ตามเจฟเฟอร์สันแล็บ ความแตกต่างระหว่างไอโซโทปทั้งสามอยู่ในจำนวนนิวตรอนที่แต่ละคนมี ไฮโดรเจนไม่มีนิวตรอนเลย ดิวเทอเรียมมีหนึ่งในขณะที่ไอโซโทปมีนิวตรอนสองตัวตามห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์เบิร์กลีย์- ดิวเทอเรียมและไอโซโทปใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นตาม Los Alamos

ไฮโดรเจนรวมกับองค์ประกอบอื่น ๆ สร้างสารประกอบจำนวนหนึ่งรวมถึงสารประกอบทั่วไปเช่นน้ำ (H₂o), แอมโมเนีย (NH₃), มีเธน (CH₄), น้ำตาลตาราง (c₁₂ชม₂₂โอ₁₁) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂โอ₂) และกรดไฮโดรคลอริก (HCL) ตามเจฟเฟอร์สันแล็บ

ไฮโดรเจนมักจะผลิตโดยการให้ความร้อนก๊าซธรรมชาติด้วยไอน้ำเพื่อสร้างส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เรียกว่า syngas ซึ่งจะถูกแยกออกเพื่อผลิตไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนใช้ในการสร้างแอมโมเนียสำหรับปุ๋ยในกระบวนการที่เรียกว่ากระบวนการฮาเบอร์ซึ่งมีปฏิกิริยากับไนโตรเจน องค์ประกอบจะถูกเพิ่มเข้าไปในไขมันและน้ำมันเช่นน้ำมันถั่วลิสงผ่านกระบวนการที่เรียกว่าไฮโดรเจนตามเจฟเฟอร์สันแล็บ ตัวอย่างอื่น ๆ ของการใช้ไฮโดรเจน ได้แก่ เชื้อเพลิงจรวดการเชื่อมการผลิตกรดไฮโดรคลอริกลดแร่โลหะและลูกโป่งเติมตาม Los Alamos นักวิจัยได้ทำงานเกี่ยวกับการพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ช่วยให้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมากได้รับโดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่ปราศจากมลพิษซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์และยานพาหนะอื่น ๆ

ไฮโดรเจนยังใช้ในอุตสาหกรรมแก้วเป็นบรรยากาศป้องกันสำหรับการทำแผ่นกระจกแบนในขณะที่อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์มันถูกใช้เป็นก๊าซล้างในกระบวนการผลิตชิปซิลิกอน

มุมมองจำลองสีที่แท้จริงของดาวพฤหัสบดีประกอบด้วย 4 ภาพที่ถ่ายโดยนาซ่ายานอวกาศของ Cassini เมื่อวันที่ 7 ธันวาคม 2543 ความละเอียดอยู่ที่ประมาณ 89 ไมล์ (144 กิโลเมตร) ต่อพิกเซล เครดิต: NASA/JPL/University of Arizona

ใครจะรู้?

• ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลักของดาวพฤหัสบดีและดาวเคราะห์ยักษ์ใหญ่อื่น ๆ
• เที่ยวบินบอลลูนแก๊สแรกเปิดตัวในปารีสในปี ค.ศ. 1783 และก๊าซที่ใช้ในบอลลูนคือไฮโดรเจนพิพิธภัณฑ์บอลลูนแห่งชาติ- การใช้งานในการเติมเรือบินสิ้นสุดลงเมื่อ Hindenburg ติดไฟตาม Royal Society
• นาซ่าใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงจรวดเพื่อส่งลูกเรือไปยังอวกาศ
• ไฮโดรเจนของเหลวนั้นเย็นมากและอาจทำให้เกิดอาการบวมเป็นน้ำแข็งอย่างรุนแรงเมื่อสัมผัสกับผิวหนัง
• ไฮโดรเจนนั้นเบากว่าอากาศประมาณ 14 เท่าตาม "หลักการเคมี-
• Lavoisier นักเคมีชาวฝรั่งเศสผู้ให้ชื่อไฮโดรเจนเป็นผู้บริหารทางการเงินและผู้ดูแลระบบสาธารณะก่อนการปฏิวัติฝรั่งเศสและถูกประหารชีวิตในระหว่างการปฏิวัติสารานุกรม Britannica-
• จากข้อมูลของ Los Alamos
• ไฮโดรเจนมีความหนาแน่นต่ำที่สุดของก๊าซทั้งหมด
• ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบเดียวที่มีไอโซโทปสามข้อสามชนิด ได้แก่ โปรตีนดิวเทอเรียมและไอโซโทป - ได้รับชื่อที่แตกต่างกันรายงาน Los Alamos

งานวิจัยปัจจุบัน

นักวิจัยได้ศึกษาไฮโดรเจนอย่างมีความสนใจเป็นเวลาหลายปีเนื่องจากศักยภาพในการเป็นเชื้อเพลิงปลอดมลพิษ "ไฮโดรเจนเป็นผู้ให้บริการพลังงานที่ไม่มีคาร์บอนอยู่ในนั้นดังนั้นเมื่อคุณเผาไหม้คุณจะผลิตน้ำเท่านั้น" ซึ่งทำให้มันเป็นเชื้อเพลิงที่สะอาดโดยไม่มีการปล่อยมลพิษเลยริชาร์ดชาฮินผู้อำนวยการสถาบันวิจัยไฮโดรเจนของมหาวิทยาลัยควิเบกที่ Trois-Rivièresในแคนาดากล่าว อย่างไรก็ตามมีปัญหาสำคัญกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน: มีราคาแพงกว่าก๊าซ ในความเป็นจริงเมื่อปีที่แล้วบ็อบคาร์เตอร์รองประธานอาวุโสของโตโยต้าประกาศว่าตามการประมาณการของกระทรวงพลังงานรถถังไฮโดรเจนที่ถูกบีบอัดเต็มจะมีราคาประมาณ $ 50ecomento.comรายงาน. โดยทั่วไปค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็น "อุปสรรคที่ท้าทายมากเพราะ ณ ตอนนี้ผู้คนต้องการที่จะมีเทคโนโลยีที่ดีกว่าในราคาที่กำลังดำเนินอยู่" Chahine กล่าวกับวิทยาศาสตร์การใช้ชีวิต

อีกประเด็นหนึ่งของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือกระบวนการผลิตไฮโดรเจนนั้นไม่ได้เป็นเช่นนั้น "สะอาด" หรือปราศจากมลพิษ "ณ วันนี้ไฮโดรเจนส่วนใหญ่ที่ผลิตมาจากก๊าซธรรมชาติ" กระบวนการที่สร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂), Chahine กล่าว

นักวิจัยจึงมองหาวิธีการทางเลือกและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในการผลิตไฮโดรเจนที่จะกำจัด CO อย่างเหมาะสมที่สุด₂การปล่อยมลพิษจากกระบวนการ ยกตัวอย่างเช่นเมื่อปีที่แล้วนักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนน์ของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาขนาดเล็ก "เครื่องกำเนิดไฮโดรเจนขนาดนาโน"อุปกรณ์ที่ผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์โดยใช้แสงและกราฟีนและไม่เผาเชื้อเพลิงฟอสซิลเวอร์ชันปัจจุบันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขนาดเล็กมาก แต่ถ้ามันกลายเป็นว่ามันสามารถขยายได้มันอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ผลิตไฮโดรเจนเพียงพอที่จะให้เชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

อีกวิธีหนึ่งในการผลิตไฮโดรเจนที่เรียกว่า "การแยกน้ำชีวภาพ" จะเกี่ยวข้องกับการใช้จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงบางอย่างที่ใช้พลังงานแสงเพื่อผลิตไฮโดรเจนจากน้ำเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเผาผลาญของพวกเขาห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติในที่ที่นักวิจัยกำลังตรวจสอบกระบวนการนี้ อีกวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการผลิตไฮโดรเจนเกี่ยวข้องกับการหมักวัสดุชีวมวลทดแทนรายงาน NREL นักวิจัยที่ NREL ยังทำงานเกี่ยวกับการแปลงสารตกค้างทางการเกษตร (เช่นเปลือกถั่วลิสง) และของเสียจากผู้บริโภค (เช่นพลาสติกและจาระบีของเสีย) เป็นผลิตภัณฑ์เหลวที่เรียกว่า Bio-Oil ซึ่งส่วนประกอบสามารถแยกออกเป็นเชื้อเพลิงรวมถึงไฮโดรเจน อย่างไรก็ตามวิธีที่สะอาดที่สุดในการผลิตไฮโดรเจนคือผ่านการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยใช้แสงแดดรายงาน NREL

ทรัพยากรเพิ่มเติม

• นี่คือข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับไฮโดรเจนจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos-
• นี่คือสิ่งที่เจฟเฟอร์สันแล็บพูดเกี่ยวกับไฮโดรเจน
• ที่ราชสมาคมเคมียังมีน้ำหนักเกี่ยวกับไฮโดรเจน

ติดตามวิทยาศาสตร์สด@livescience-Facebook-Google+-