Pengertian hidrogen dan Unsur Kimianya

Next page: 1 2 3 4 5 6 7

Unsur Kimia Hidrogen (H), tidak berwarna, tidak berbau, hambar, zat gas yang mudah terbakar yang merupakan anggota paling sederhana dari keluarga unsur kimia. Atom hidrogen memiliki inti yang terdiri dari satu unit bantalan proton bermuatan listrik positif, satu unit bantalan elektron bermuatan listrik negatif. Dalam kondisi biasa, gas hidrogen adalah agregasi longgar molekul hidrogen, masing-masing terdiri dari sepasang atom, molekul diatomik (H₂). Sifat kimia yang Paling awal dikenal dari hidrogen adalah terbakar dengan oksigen membentuk air (H₂O), nama hidrogen berasal dari kata Yunani yang berarti "pembuat air."

Meskipun hidrogen adalah unsur paling melimpah di Galaxy (10 kali lipat dari helium yang merupakan unsur terbanyak kedua setelah hidrogen), Hidrogen hanya menyumbang sekitar 0,14 persen dari berat bumi. Namun, mrupakan jumlah besar sebagai bagian dari air di lautan, paket es, sungai, danau, dan atmosfir. Sebagai bagian dari senyawa karbon yang tak terhitung banyaknya, hidrogen hadir dalam semua hewan, jaringan sayuran, dan minyak bumi. Meskipun sering dikatakan bahwa senyawa karbon adalah senyawa yang lebih dikenal daripada unsur lain, kenyataannya, hidrogen yang terkandung di hampir semua senyawa karbon dan juga membentuk banyak senyawa dengan semua unsur lainnya (kecuali beberapa gas mulia), membuktikan bahwa senyawa hidrogen lebih banyak.

Hidrogen Dasar merupakan bahan utama industri dalam pembuatan amonia (senyawa hidrogen dan nitrogen, NH₃) dan dalam hidrogenasi karbon monoksida dan senyawa organik.

Iklan oleh Google

Hidrogen memiliki tiga isotop.Massa isotop hidrogen adalah 1, 2, dan 3, yang paling melimpah adalah isotop bermassa 1 yang pada umumnya disebut hidrogen (simbol H, atau 1H), tetapi juga dikenal sebagai protium. Isotop bermassa 2, yang memiliki inti dari satu proton dan satu neutron memiliki nama deuterium, atau hidrogen berat (simbol D, atau 2H), merupakan 0,0156 persen campuran hidrogen biasa. Tritium (simbol T, atau 3H), dengan satu proton dan dua neutron di setiap inti, adalah isotop bermassa 3 dan merupakangabungan sekitar 10-15 sampai 10-16 persen hidrogen. Praktek pemberian nama yang berbeda untuk isotop hidrogen dibenarkan oleh fakta bahwa terdapat perbedaan yang signifikan dalam sifat mereka.

Paracelsus, dokter dan alkemis, di abad ke-16 tidak sadar bereksperimen dengan hidrogen ketika ia menemukan bahwa gas yang mudah terbakar berkembang ketika logam dilarutkan dalam asam. Namun ,gas tersebut berbeda dengan gas yang mudah terbakar lainnya, seperti hidrokarbon dan karbon monoksida. Pada 1766 Henry Cavendish, kimiawan Inggris dan fisikawan, menunjukkan bahwa hidrogen, yang kemudian disebut udara yang mudah terbakar, disebut juga phlogiston, atau sesuatu yang mudah terbakar, yang berbeda dari gas mudah terbakar lainnya karena kepadatan dan jumlah hidrogen yang kembang ketika diberi asam dan metal dalam jumlah tertentu. Pada 1781 Cavendish menegaskan pengamatan sebelumnya bahwa air terbentuk ketika hidrogen dibakar, dan Antoine-Laurent Lavoisier, bapak kimia modern, menciptakan kata hydrogène yang berasal dari bahasa Prancis yang merupakan kata serapan dari bahasa Inggris. Pada tahun 1929 Karl Friedrich Bonhoeffer, seorang ahli kimia fisik Jerman, dan Paul Harteck, seorang ahli kimia Austria, atas dasar pekerjaan teoritis sebelumnya, menunjukkan bahwa hidrogen biasa adalah campuran dari dua jenis molekul, orto-hidrogen dan para-hidrogen. Karena struktur sederhana dari hidrogen, sifat-sifatnya dapat dihitung relatif mudah secara teoritis. Oleh karena itu hidrogen sering digunakan sebagai model teoritis untuk atom yang lebih kompleks, dan hasilnya diterapkan secara kualitatif untuk atom lain.

Sifat Fisik Dan Kimia Hidrogen

Tabel berikut menyajikan sifat penting dari molekul hidrogen, H₂. Titik leleh dan titik didih hidrogen sangat rendah akibat dari lemahnya kekuatan tarik-menarik antar molekul. Keberadaan gaya antarmolekul yang lemah ini juga diungkapkan oleh fakta bahwa, ketika gas hidrogen mengembang dari tinggi ke tekanan rendah pada suhu kamar, suhunya akan naik, sedangkan suhu gas lainnya akan jatuh. Menurut prinsip-prinsip termodinamika, ini berarti bahwa gaya tolak melebihi gaya tarik menarik antara molekul hidrogen pada suhu kamar.

Beberapa sifat hidrogen normal dan deuterium

Atom Hidrogen	Hidrogen Normal	deuterium
nomor atom	1	1
berat atom	1,008	20,141
potensial ionisasi	13,595 volt elektron	13.600 volt elektron
afinitas elektron	0,7542 volt elektron	0,754 volt elektron
spin nuklir	2-Jan	1
momen magnetik nuklir (magnetons nuklir)	27,927	0,8574
saat quadrupole nuklir	0	2.77 (10-27) cm persegi
elektronegatifitas (Pauling)	2.1	~ 2.1
molekul hidrogen
jarak ikatan	0,7416 angstrom	0,7416 angstrom
energi disosiasi (25 derajat C)	104,19 kilokalori per mol	105,97 kilokalori per mol
potensial ionisasi	15,427 volt elektron	15,457 volt elektron
kepadatan padat	0,08671 gram per sentimeter kubik	0,1967 gram per sentimeter kubik
titik leleh	-259,20 Derajat Celsius	-254,43 Derajat Celsius
panas fusi	28 kalori per mol	47 kalori per mol
densitas cairan	0,07099 (-252,78 Derajat)	0.163 (-249,75 Derajat)
titik didih	-252,77 Derajat Celsius	-249,49 Derajat Celsius
panas penguapan	216 kalori per mol	293 kalori per mol
temperatur kritis	-240,0 Derajat Celcius	-243,8 Derajat Celcius
tekanan kritis	13.0 atmosfer	16,4 atmosfer
kerapatan kritis	0,0310 gram per sentimeter kubik	0,0668 gram per sentimeter kubik
panas pembakaran terhadap air (g)	-57,796 Kilokalori per mol	-59,564 Kilokalori per mol

Hidrogen transparan untuk cahaya yang tampak, sinar inframerah, dan sinar ultraviolet yang panjang gelombangnya di bawah 1800 Å. Karena berat molekul lebih rendah dibandingkan dengan gas lainnya, molekul-molekulnya memiliki kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan gas lainnya pada temperatur tertentu dan berdifusi lebih cepat daripada gas lainnya. Akibatnya, energi kinetik didistribusikan lebih cepat melalui hidrogen daripada melalui gas lainnya, misalnya, konduktivitas panas terbesar.

Molekul hidrogen mungkin adalah molekul yang paling sederhana. Hidrogen terdiri dari dua proton dan dua elektron yg berdampingan bersama oleh gaya elektrostatik. Seperti atom hidrogen, himpunan tersebut dapat eksis di sejumlah tingkat energi.

Ortho-hidrogen dan para-hidrogen

Diketahui dua jenis molekul hidrogen (orto dan para). keduanya berbeda dalam interaksi magnetik proton karena gerakan berputar dari proton. Dalam orto-hidrogen, spin kedua proton selaras dalam arah yang sama, mereka adalah paralel. Dalam para-hidrogen, berputar selaras dalam arah yang berlawanan dan karena itu mereka antiparalel. Hubungan keberpihakan berputar menentukan sifat magnetik dari atom. Biasanya, transformasi dari satu jenis ke yang lain (yaitu, konversi antara orto dan molekul para) tidak terjadi dan orto-hidrogen dan para-hidrogen bisa dikatakan sebagai dua modifikasi yang berbeda dari hidrogen. Dua bentuk dapat berinterconvert dalam kondisi tertentu. Keseimbangan antara dua bentuk dapat dibentuk dalam beberapa cara. Salah satunya adalah dengan menggunakan katalis (seperti arang aktif atau berbagai zat paramagnetik); metode ini digunakan untuk menerapkan pelepasan listrik ke gas atau panas untuk suhu tinggi.

Konsentrasi para-hidrogen dalam campuran yang telah mencapai keseimbangan antara dua bentuk tergantung pada suhu seperti yang ditunjukkan oleh angka-angka berikut:

Pada dasarnya, para-hidrogen murni dapat diproduksi dengan mencampur campuran hidrogen dengan arang pada suhu hidrogen cair; ini mengkonversi semua menjadi para-hidrogen. Orto-hidrogen, di sisi lain, tidak dapat dibuat langsung dari campuran karena konsentrasi para-hidrogen tidak pernah kurang dari 25 persen.

Dua bentuk hydrogen ini memiliki sifat fisik yang sedikit berbeda. Titik leleh para-hidrogen adalah 0,10 ° lebih rendah 3: 1 dari campuran orto-hidrogen dan para-hidrogen. Pada -252,77 ° C tekanan 1,035 atmosfer (satu atmosfer adalah tekanan atmosfer di permukaan laut dalam kondisi standar, sama dengan sekitar £ 14,69 per inci persegi), dibandingkan dengan 1.000 atmosfer untuk tekanan uap 3: 1 dari campuran orto-para. Sebagai hasil dari tekanan uap yang berbeda dari para-hidrogen dan orto-hidrogen, bentuk-bentuk hidrogen dapat dipisahkan dengan kromatografi gas suhu rendah, proses analisis yang memisahkan spesies atom dan molekul yang berbeda berdasarkan volatilitas mereka yang berbeda.

Reaktivitas hidrogen

Salah satu molekul hidrogen berdisosiasi menjadi dua atom (H₂ → 2H) ketika energi sama atau lebih besar daripada energi disosiasi (yaitu, jumlah energi yang dibutuhkan untuk memecahkan ikatan yang menyatukan atom dalam molekul). Energi disosiasi molekul hidrogen adalah 104.000 kalori per-mol yang ditulis 104 kkal / mol (mol: berat molekul dinyatakan dalam gram, yang dua gram dalam kasus hidrogen). Energi yang cukup diperoleh, misalnya, pada saat gas melakukan kontak dengan filamen tungsten putih-panas atau ketika listrik dialirkan pada gas. Jika atom hidrogen yang dihasilkan dalam sistem pada tekanan rendah, atom akan memiliki masa-misalnya signifikan, 0,3 detik pada tekanan 0,5 milimeter merkuri. Atom hidrogen sangat reaktif. Hidrogen dapat bergabung dengan kebanyakan unsur membentuk hidrida (misalnya natrium hidrida, NaH), dan mengurangi oksida logam, reaksi yang menghasilkan logam dalam keadaan unsurnya. Permukaan logam yang tidak bergabung dengan hidrogen untuk membentuk hidrida yang stabil (misalnya, platinum) mengkatalisis rekombinasi atom hidrogen untuk membentuk molekul hidrogen dan dan memanas sampai memijar karena energi yang dihasilkan oleh reaksi hydrogen ini.

Molekul hidrogen dapat bereaksi dengan banyak unsur dan senyawa, tetapi pada suhu kamar laju reaksi biasanya sangat rendah. Kelambanan ini berkaitan dengan energi disosiasi yang sangat tinggi dari molekul. Pada suhu tinggi, laju reaksi juga tinggi.

Sparks atau radiasi tertentu dapat menyebabkan campuran hidrogen dan klorin bereaksi eksplosif untuk menghasilkan hidrogen klorida, yang diwakili oleh H₂ persamaan + Cl₂ → 2HCl. Campuran hidrogen dan oksigen hanya bereaksi pada tingkat terukur di atas 300 ° C, menurut persamaan 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Campuran tersebut mengandung 4-94 persen hidrogen terbakar ketika kontak dengan katalis, percikan api atau nyala api ketika dipanaskan sampai 550 ° -600 ° C. Ledakan dari 2: 1 campuran hidrogen dan oksigen merupakan campuran yang kejam. Hampir semua logam dan non logam bereaksi dengan hidrogen pada suhu tinggi. Pada suhu dan tekanan tinggi, hidrogen mengurangi oksida logam dan garam logam kebanyakan logam menjadi hanya logam. Misalnya, gas hidrogen dan oksida besi bereaksi, menghasilkan logam besi dan air, H₂ + FeO → Fe + H₂O; gas hidrogen mengurangi paladium klorida untuk membentuk logam paladium dan hidrogen klorida, H₂ + PdCl₂ → Pd + 2HCl.

Hidrogen yang diserap pada suhu tinggi oleh banyak logam transisi (skandium, 21, tembaga, 29; yttrium, 39, melalui perak, 47; hafnium, 72, melalui emas, 79); dan logam dari aktinoid (aktinium, 89, lawrensium, 103) dan seri lantanoid (lantanum, 57, lutetium, 71) untuk membentuk paduan hidrida yang keras. Ini sering disebut hidrida interstitial karena, dalam banyak kasus, kisi kristal logam hanya memperluas untuk mengakomodasi hidrogen terlarut tanpa perubahan lain.

Ikatan Hidrogen

Beberapa hidrida kovalen memiliki atom hidrogen terikat secara bersamaan pada dua atom elektronegatif terpisah, yang kemudian dikatakan hidrogen terikat. Ikatan hidrogen terkuat melibatkan sejumlah kecil atom fluor (F)yang sangat elektronegatif, oksigen, dan nitrogen. Dalam ion bifluoride, HF₂^-, atom hidrogen menghubungkan dua atom fluor. Dalam struktur kristal es, setiap atom oksigen dikelilingi oleh empat atom oksigen lainnya, dengan atom hidrogen di antara mereka. Beberapa ikatan hidrogen rusak ketika es mencair, struktur runtuh dan mengalami peningkatan kepadatan. Ikatan hidrogen penting dalam biologi karena peran utama dalam menentukan konfigurasi molekul. konfigurasi besar rantai Heliks (spiral) molekul tertentu, seperti protein berikatan dengan ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen yang luas dalam keadaan cair menjelaskan mengapa hidrogen fluorida (HF), air (H₂O), dan amonia (NH₃) memiliki titik didih lebih tinggi daripada analog mereka yang lebih berat seperti hidrogen klorida (HCl), hidrogen sulfida (H₂S), dan fosfin (PH₃). Energi panas yang dibutuhkan untuk memecah ikatan hidrogen dan untuk memungkinkan terjadinya penguapan tersedia hanya pada suhu yang lebih tinggi dari titik didih.

Hidrogen dalam asam yang kuat, seperti klorida (HCl) atau nitrat (HNO₃), berperilaku cukup berbeda. Ketika asam ini larut dalam air, hidrogen dalam bentuk proton, H ⁺, akan terpisah sepenuhnya dari ion bermuatan negatif, anion (Cl atau NO₃^-), dan berinteraksi dengan molekul air. Proton ini sangat melekat pada satu molekul air (terhidrasi) untuk membentuk ion oksonium (H₃O ⁺, kadang-kadang disebut ion hidronium), yang merupakan  hydrogen yang terikat dengan molekul air lainnya, membentuk spesies dengan rumus seperti H (H₂O) _n ⁺ (subskrip n menunjukkan jumlah molekul H₂O yang terlibat). reduksi H ⁺ (reduksi adalah perubahan kimia di mana atom atau ion memilki kelebihan satu atau lebih elektron) dapat direpresentasikan sebagai setengah reaksi: H ⁺ + e → 1 / 2H₂. Energi yang dibutuhkan untuk membawa reaksi ini dapat dinyatakan sebagai potensial reduksi. Potensial reduksi hidrogen diambil oleh konvensi menjadi nol, dan semua logam dengan pengurangan potensi-ie negatif, logam yang kurang mudah berkurang (lebih mudah teroksidasi, misalnya, zinc: Zn₂ ⁺ + 2e^- → Zn, - 0.763 volt) - bisa, pada prinsipnya, menggantikan hidrogen dari larutan asam kuat: Zn + 2H ⁺ → Zn₂ ⁺ + H₂. Logam dengan potensial reduksi positif (misalnya, perak: Ag ⁺ + e → Ag, + 0,7995 volt) bersifat inert terhadap ion hidrogen berair.

Isotop hidrogen

Melalui spektograf massa yang telah ditemukan, Francis William Aston pada tahun 1927 mengamati bahwa garis hidrogen berhubungan dengan berat atom pada skala kimia 1,00756. Ilmuan lain menunjukkan bahwa perbedaan tersebut bisa dihilangkan dengan mendalilkan adanya isotop hidrogen massa 2 dalam proporsi satu atom 2H (atau D) untuk 4.500 atom 1H. Masalahini mwnarik seorang kimiawan AS Harold C. Urey, yang memprediksi perbedaan prinsip-prinsip teoritis dalam tekanan uap hidrogen (H₂) dan hidrogen deuteride (HD) dan kemungkinan memisahkan zat hidrogen dengan distilasi hidrogen cair. Pada tahun 1931 Urey dan dua kolaborator mendeteksi deuterium dari spektrum atom dalam residu dari distilasi hidrogen cair. Deuterium pertama kali dibuat dalam bentuk murni dengan metode elektrolisis konsentrasi: ketika larutan air elektrolit, seperti natrium hidroksida, yang elektrolisis, hidrogen terbentuk pada katoda yang mengandung fraksi yang lebih kecil dari deuterium dari air, dan dengan demikian deuterium dapat terkonsentrasi di residu. Hampir semua deuterium oksida murni (D₂O, air) diperoleh ketika solusi dikurangi menjadi 0.00001 dari volume aslinya. Deuterium dapat terkonsentrasi juga dengan distilasi fraksional air dan dengan berbagai reaksi pertukaran kimia seperti berikut (g dan 1 menunjukkan bentuk gas dan cair, masing-masing): H₂O (g) + HD (g) ⇌ HDO (g) + H₂ (g); HDO (g) + H₂S (g) ⇌ HDS (g) + H₂O (g); NH₃ (l) + HD (g) ⇌ NH₂D (l) + H₂ (g).

Tritium (T) pertama kali dibuat pada tahun 1935 dengan membombardir deuterium (dalam bentuk asam deuterophosphoric) dengan deuteron berenergi tinggi (deuterium inti):

Tritium hadir dalam konsentrasi menit dalam air alami. Hal ini terbentuk terus menerus di bagian atas atmosfer oleh reaksi nuklir kosmik-ray-induksi. Sinar kosmik, terutama terdiri dari proton energi tinggi, bereaksi dengan atom nitrogen untuk membentuk neutron, yang pada gilirannya bereaksi dengan atom nitrogen lainnya untuk membentuk tritium:

Tritium ini terbentuk secara alami berakhir dalam bentuk air dan mencapai permukaan bumi dalam bentuk hujan. Tritium radioaktif; memiliki waktu paruh 12,5 tahun, membentuk partikel beta negatif (energi rendah) yang sangat lembut (elektron, partikel beta positif disebut positron) dan helium-3 inti. Ketika sampel air disimpan, secara bertahap kehilangan tritium karena peluruhan radioaktif. Jadi dengan menganalisis air atas konten-konten tritium nya, memungkinkan untuk menjelaskan rincian dari sirkulasi air antar lautan, atmosfer, sungai, dan danau. Tritium secara artifisial dibuat dalam reaktor nuklir dengan reaksi neutron termal dengan lithium:

Senyawa yang sesuai dengan isotop hidrogen sedikit berbeda dalam sifat fisik mereka. Perbedaan ini ditunjukkan oleh sifat-sifat air, tercantum dalam Tabel, dan dari unsur-unsur, tercantum dalam tabel berikut. Hal yang sama berlaku dari sifat kimia mereka, baik termodinamika dan kinetik. Kedua deuterium dan tritium berguna sebagai pelacak isotop untuk meneliti struktur kimia dan mekanisme reaksi. Umumnya nilai pelacak timbul dari kenyataan bahwa, meskipun perbedaan dalam massa atau radioaktivitasnya memungkinkan deteksi, pada dasarnya keduanya aktif dengan cara yang sama karena berasal dari elemen atom yang sama. Bagi sebagian besar elemen, perubahan satu atau lebih unit massa adalah suatu persentase kecil dari total massa dan perbedaan kimia antara isotop ini dapat diabaikan. Akan tetapi untuk hidrogen, reaksi kimia yang melibatkan isotop yang berbeda akan diprosespada  tingkat terukur yang berbeda pula. Efek kinetik-isotop ini dapat dimanfaatkan dalam studi rinci mekanisme reaksi. Tingkat reaksi senyawa yang mengandung deuterium atau tritium biasanya kurang dari senyawa yang sesuai dengan hidrogen biasa.

Sifat fisik Air
	Hidrogen Oksida	deuterium oksida	tritium oksida
Kepadatan di 25 ° C dalam gram/mililiter	0,99707	1.10451
titik leleh, ° C	0	3.81	4.49
titik didih, ° C	100	101,41	-
suhu kepadatan maksimum, ° C	3.98	11.21	13.4
kepadatan maksimum dalam gram/ mililiter	100,000	110,589	121,502

Penggantian hidrogen dengan deuterium dalam sistem biologis nyata dapat mengubah proses yang seimbang. Telah ditetapkan bahwa baik tanaman maupun hewan terus hidup dan berkembang dalam air yang mengandung deuterium oksida dalam konsentrasi tinggi.

Deuterium dan tritium berhubungan dengan reaksi termonuklir (fusi). Ledakan dari bom hidrogen melibatkan tabrakan dan fusi inti ringan, termasuk deuterium dan tritium. Sebuah metode harus ditemukan untuk mengendalikan proses fusi tersebut, seperti yang dilakukan dengan proses fisi dari bom atom sebelumnya, bahan baku untuk pasokan energi yang hampir tak terbatas akan tersedia dalam deuterium dari air. Reaksi fusi tersebut adalah sumber energi surya.

Deuterium oksida berguna dalam reaktor nuklir sebagai moderator untuk memperlambat tapi tidak baik untuk menangkap neutron. Ini merupakan keuntungan menjadi cairan karena hanya menyerap sedikit neutron. 

Produksi dan aplikasi hidrogen

Metode industri yang paling penting untuk produksi hidrogen adalah proses steam katalitik hidrokarbon, di mana gas atau uap hidrokarbon diperlakukan dengan uap pada tekanan tinggi melalui katalis nikel pada 650 ° -950 ° C untuk menghasilkan oksida karbon dan hidrogen: C_nH_{2n 2} + nH₂O → bintara + (2n + 1) H₂; C_nH_{2n + 2} + 2nH₂O → nCO₂ + (3n + 1) H₂. Produk reaksi primer diproses lebih lanjut dalam berbagai cara, tergantung pada aplikasi yang diinginkan dari hidrogen. Proses lain yang penting untuk produksi hidrogen adalah oksidasi parsial noncatalytic hidrokarbon di bawah tekanan tinggi: C_nH_{2n + 2} + (n / 2) O₂ → bintara + (n + 1) H₂. Proses ini membutuhkan sistem umpan untuk memberikan tingkat yang tepat dari bahan bakar dan oksigen, pembakar didesain khusus untuk memberikan pencampuran cepat dari reaktan, reaktor tahan api berlapis, dan sistem pendingin untuk memanfaatkan kembali panas dari gas buangan. Proses terakhir adalah proses eksotermik (memproduksi panas), berbeda dengan endotermik (menyerap panas) steam-hidrokarbon.

Dalam proses ketiga, yang disebut metode tekanan katalitik oksidasi parsial, dua proses sebelumnya digabungkan untuk menjaga suhu reaksi yang diperlukan tanpa pemanasan eksternal dari katalis. Superheated steam dan hidrokarbon dicampur, dipanaskan, dan dicampur dengan oksigen dipanaskan dalam diffuser di bagian atas reaktor katalitik. Oksigen bereaksi dengan hidrokarbon dalam ruang di atas katalis. Reaktan kemudian melewati tempat tidur katalis nikel di mana reaksi uap hidrokarbon terposes hampir menuju keseimbangan.

Sebelum 1940 sebagian besar produksi hidrogen dunia dibuat oleh proses berbasis batu bara atau coke, yang utama menjadi reaksi air gas antara uap dan kokas merah-panas: H₂O + C → CO + H₂. Pada tahun 1970, relatif sedikit hidrogen yang diproduksi oleh proses tersebut. Selama bertahun-tahun jumlah yang relatif kecil dari hidrogen telah dihasilkan oleh elektrolisis larutan berair dari garam atau natrium hidroksida, reaksi elektroda H₂O + e → 1 / 2H₂ + OH-. Reaksi antara sulfat atau asam klorida dan logam aktif seperti seng digunakan untuk membebaskan hidrogen di laboratorium, tetapi hidrogen tersebut biasanya mengandung jumlah jejak hidrida volatil, seperti Arsine (AsH₃) dan fosfin (PH₃), yang dihasilkan oleh kotoran dalam metal. Kotoran volatile ini dapat dihilangkan dengan gelembung, campuran gas melalui larutan zat pengoksidasi kuat, seperti kalium permanganat.

Metode komersial dikembangkan untuk memisahkan hidrogen dari gas sintesis karbon monoksida oleh difusi. Gas mengalir di bawah tekanan melalui bundel dari serat poliester berongga kecil yang melalui dinding hidrogen berlalu.

Penggunaan terbesar hidrogen di dunia adalah dalam pembuatan amonia, yang mengkonsumsi sekitar dua pertiga dari produksi hidrogen dunia. Amonia diproduksi oleh apa yang disebut proses Haber-Bosch, di mana hidrogen dan nitrogen bereaksi dengan adanya katalis pada tekanan sekitar 1.000 atmosfer dan suhu sekitar 500 ° C: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Sejumlah besar hidrogen digunakan dalam penyusunan metanol oleh CO reaksi + 2H₂ → CH₃OH. Proses ini dilakukan dengan adanya katalis campuran tertentu yang mengandung zinc oxide dan chromium oksida pada suhu antara 300 ° dan 375 ° C dan pada tekanan antara 275 dan 350 atmosfer.

Aplikasi lain dari hidrogen dalam hidrogenasi katalitik senyawa organik. Minyak nabati dan hewani jenuh dan lemak yang dihidrogenasi untuk membuat margarin dan sayuran shortening. Hidrogen digunakan untuk mengurangi aldehida, asam lemak, dan ester dengan alkohol yang sesuai. Senyawa aromatik dapat dikurangi dengan senyawa jenuh yang sesuai, seperti dalam konversi benzena menjadi sikloheksana dan fenol untuk sikloheksanol. Senyawa nitro dapat dikurangi dengan mudah ke amina.

Hidrogen telah digunakan sebagai bahan bakar utama roket untuk pembakaran dengan oksigen atau fluor dan menjadi faforit sebagai propelan untuk roket bertenaga nuklir dan kendaraan ruang angkasa. Penggunaan lain hidrogen dalam reduksi langsung dari bijih besi menjadi besi metalik dan dalam pengurangan oksida tungsten dan molibdenum ke logam. Atmosfer hidrogen digunakan dalam menuangkan coran khusus, dalam pembuatan magnesium, dalam anil logam, dan untuk pendinginan motor listrik besar. Hidrogen pernah digunakan untuk memompa kapal lebih ringan dari udara, seperti balon, tetapi sekarang helium lebih sering digunakan karena mudah terbakar. Rentetan balon digunakan di Inggris selama Perang Dunia II, namun, diisi dengan hidrogen. Hidrogen cair digunakan di laboratorium untuk menghasilkan suhu rendah.

Analisis

Ketika atom sangat aktif, seperti dalam mengalirkan listrik, mereka memancarkan cahaya pada panjang gelombang diskrit yang muncul sebagai garis dalam spektrum. Sejauh panjang gelombang garis spektrum atom merupakan karakteristik dari elemen, spektrum atom dapat digunakan untuk mengidentifikasi elemen. Yang paling sederhana dari semua spektrum tersebut adalah hidrogen. Johann Jakob Balmer, seorang ahli matematika dan guru sekolah menengah Swiss, pada tahun 1885 menemukan persamaan untuk mewakili panjang gelombang garis spektrum hidrogen, yang kesembilan percobaannya telah diamati di laboratorium dan yang lima lainnya difoto dalam spektrum bintang Sirius. Panjang gelombang, lambda (λ), dalam angstrom, diwakili oleh rumus: λ = 3645,6 [m² / (m² - 4)], m mengambil nilai-nilai berturut-turut 3, 4, 5, dll. Tidak sampai 1913 bahwa dasar teoritis untuk hubungan empiris ini diberikan oleh fisikawan Denmark Niels Bohr dalam teorinya tentang radiasi atom.

Gerak berputar proton memberikan sifat magnetik dan menyebabkannya diterapkannya presesi dalam medan magnet, banyak putaranber presesi diatas medan gravitasi. Frekuensi presesi proton tertentu ditentukan oleh lingkungan listrik lokal dan oleh kekuatan medan magnet yang diterapkan. Ketika senyawa hidrogen disinari dengan gelombang elektromagnetik dari frekuensi tertentu, fenomena penyerapan resonansi terjadi pada kekuatan medan magnet yang berbeda untuk setiap struktural (magnetis) proton dibedakan secara kompleks. Dengan demikian, resonansi magnetik proton memungkinkan untuk membedakan jenis struktur atom hidrogen ini; Selanjutnya, intensitas puncak serapan sebanding dengan jumlah atom hidrogen dari masing-masing jenis. Puncak serapan sering dibagi karena interaksi magnetik dari momen magnetik proton di antara mereka sendiri. Pengukuran Proton resonansi  magnetik menyediakan data untuk meneliti struktur kimia.

Salah satu metode untuk menentukan kandungan total hidrogen dari suatu zat adalah untuk mengoksidasi zat sepenuhnya dalam aliran oksigen murni, yang bereaksi dengan hidrogen untuk menghasilkan uap air. Uap yang dihasilkan dilewatkan melalui agen dehidrasi yang kuat, seperti magnesium perklorat, yang menyerap air. Dari kenaikan berat tabung penyerapan mengandung pengering, jumlah hidrogen teroksidasi dapat dihitung. Hidrogen atau senyawa gas hidrogen dapat teroksidasi dengan melewatkan mereka melalui oksida tembaga panas, dan air yang dihasilkan kemudian dapat dikumpulkan dan ditimbang dan jumlah hidrogen dapat dihitung; untuk mengukur gas hidrogen itu sendiri, uap air dari oksidasi dapat dikurangi menjadi gas hidrogen dengan melewatkan logam-uranium hidrogen lebih panas kemudian diukur dalam perangkat sederhana yang disebut buret gas.

Atom hidrogen asam kuat (seperti dalam senyawa seperti HCl, HNO₃, H₂SO₄, dll) dapat ditentukan dalam larutan dengan menambahkan jumlah yang diukur dari dasar yang kuat, seperti natrium hidroksida, NaOH, hingga asam dinetralkan, indikator yang digunakan untuk menentukan titik akhir. Reaksi bersih adalah H ⁺ + H₂O → OH^-. Atom hidrogen asam lemah (seperti yang melekat pada oksigen dalam etanol, C₂H₅OH, dan mereka melekat pada nitrogen dalam acetamide, CH₃CONH₂) dapat dikonversi ke metana (diukur dalam buret gas) oleh reaksi dengan metil Grignard reagen, CH₃MgI. Atom hidrogen Hydridic (seperti dalam NaBH₄, LiH, dll) dapat dikonversi ke molekul hidrogen (diukur dalam buret gas) melalui reaksi dengan asam berair.

Next page: 1 2 3 4 5 6 7