Yeryüzündeki gazlar arasında en hafifi olan hidrojen elementi ile ilgili bilgiler. Hidrojenin elde edilişi, izotopları ve hidrojen bombası hakkında bilgiler.
Hidrojen Hakkında Bilgiler
HİDROJEN, gaz halinde bulunan renksiz, kokusuz bir elemandır. Dünyamızdaki elemanların en hafifidir. 1 litre hidrojenin normal şartlarda (0° sıcaklık, 760 mm. civa basıncı altında) ağırlığı 0,0899 gr. dır. Havadan 12,4 kat hafiftir. Kolay yanıcı, hava ile karışım halinde patlayıcıdır. Bu bakımdan, eskiden balonlarda kullanılması tehlikeli olmuş, yerine helyum kullanılmıştır.
Hidrojen XVII. yüzyıldan beri bilinmekteydi, yanıcı özelliğinden dolayı «tutuşturucu hava» diye anılırdı. Ancak, bu haliyle öteki yanıcı gazlarla da karıştırılıyordu. Öteki gazlardan tamamen ayırdedilmesi XVIII. yüzyılda mümkün oldu.
Hidrojen Nerelerde Bulunur
Hidrojen, serbest halde, içinde bulunduğumuz havada yok denilecek kadar azdır, atmosferin çok yüksek katlarında ise hemen hemen yalnız hidrojen vardır.
Hidrojen yeryüzünde daha çok bileşik halde bulunur. En önemli bileşiği sudur. Su yeryüzünün yaklaşık olarak 3/4 ünü denizler halinde kaplarken karalarda da çeşitli biçimlerde her yerde bulunur. Ayrıca, havada su buharı halinde, maden filizlerinde kristal suyu halinde, canlıların yapısında da çeşitli sıvı halinde su vardır. Hidrojen sudan başka bütün organik bileşiklerin içinde karbonla birlikte bulunur. Yalnız, karbonla meydana getirdiği bileşiklerden akar yakıtlar, yanıcı gazlar ortaya çıkar. Havagazında hacım bakımından % 50 oranında hidrojen bulunur. Canlı, cansız bütün varlıklar, içinde bulundurduğu bileşik veya serbest haldeki hidrojeni sudan elde eder. Dolayısiyle, evrende suyu meydana getiren hidrojenin önemi çok büyüktür.
Hidrojenin Elde Edilişi
Lâboratuvarlarda küçük ölçüde hidrojen elde edildiği bazı kimyasal olaylara dayanır. Birçok metaller asit değince hidrojen gazı çıkarırlar. Bir örnek: İçinde kloridrik asit bulunan bir tüpe birkaç çinko parçası atılırsa şiddetli bir gaz çıkar. Bu hal ya çinko eriyerek bitinceye, ya da tüpteki sıvının asît özelliği kalmayıncaya kadar sürer. Bu olay sırasında çıkan gaz hidrojen gazıdır, tüpte çinko klorür çözeltisi meydana gelmiştir. Bu deneyi lâboratuvarda bir kip cihazında yaparsak devamlı hidrojen gazı elde edilir. Devamlı “hidrojen çıkaran bir boru ucuna bir alev tutarsak hidrojenin soluk mavi bir alevle yandığını görürüz. Yanan alevin üzerine bir cam levha tutulursa levhanın üzerinde buğularıma olur, su meydana gelir. Yanıcı birçok cisimlerden yanma sırasında karbon dioksit doğarken hidrojenin yanması ile su meydana geldiğini bu deney bize gösterir.
İçinde hidrojenle hava karışık bir tüp ağzına alev yaklaştırılırsa, gaz miktarına göre hafif veya şiddetli bir patlama olur. Bu, yanıcı, yakıcı gaz karışımlarının patlaması olayıdır.
Bileşim ve Çözümleme
İki hacım hidrojen bir hacım oksijenle birleşerek su meydana getirir. Bu olay, daha önceki deneyde hidrojenin yakılması ile olduğu gibi, iki gaz karışımının bulunduğu bir kabda bir elektrik arkı yardımı ile de yapılabilir. Bu olaya «bireşim» (sentez) denir. Bunun aksi «çözümleme» (analiz) dir. Su, çeşitli usullerle çözümlenerek elemanları olan oksijenle hidrojene ayrılır. Hidrojen elde edilmesi usullerinden biri de budur.
Hidrojen kükürt ve benzeri elemanlarla H2S şeklinde birleşir. Kükürtlü hidrojen kimyada önemli bir bileşiktir (Bk. Kükürt), azotla amonyak meydana getirir.
Hidrojenin karbonla bileşikleri pek çoktur. Yalnız karbonla «hidrokarbon» ları, oksijen ve karbonla da, CHO bileşikleri olan, alkoller, eterler, karboksilli asitler, oksi asitler, karbohidratlar gibi büyük toplulukları doğurur. Karbon dioksitle hidrojen, özel şartlar ve uygun katalizörlerle, «su gazı» veya «karınca asidi» ni (formik asidi) meydana getirir. Hidrojenle karbon monoksitten istediğimiz şartları uygulıyarak karbon, metan, formaldehit, metil alkol, etil alkol ve sıradaki diğer alkolleri, etilden veya devamlı olan diğer olefin hidrokarbonlarını elde edebiliriz.
Endüstride Hidrojen
Endüstride hidrojen birçok bileşiklerin bireşiminde kullanılan önemli bir gazdır. Bu bakımdan, elde edilmesi için birçok usuller bulunmuştur. Bugün başlıca şu usullerle elde edilmektedir:
1— Elektrik enerjisinin ucuz olduğu Norveç, İsviçre, Kuzey Amerika ve İtalya’da suyun elektroliziyle elde edilir.
2— Kızıl derecedeki kok kömürü üzerinden su buharı geçirmekle karbon monoksit ve hidrojen elde edilir. Karbon monoksitle hidrojen özel usullerle birbirinden ayrılır, hidrojen toplanır.
HİDROJENİN ÖZELLİKLERİ
Simgesi: H
Atom no.: 1
Atom ağırlığı: 1,008
Ergime noktası: —257°
Kaynama noktası: 252°,7
3 — Kızgın demir veya demir oksit üzerinden su buharı geçirmekle elde edilir.
4 — Metan, etan gibi gaz halindeki hidrokarbonlarla su buharını yüksek sıcaklıkta ve özel şartlarda birleştirmekle hidrojen elde edilir.
5 — «Kraking metodu» denilen ağır yağlardan benzin ve benzeri hafif hidrokarbonların elde edilişinde hidrojen meydana gelir .
Hidrojenin endüstride kullanıldığı en önemli yerler şunlardır:
1 — Havadaki oksijenin linde cihazında sıvılaştırılması ile elde kalan azot hidrojenle birleştirilir, amonyak elde edilir.
2 — Kömürden benzin elde edilmesinde hidrojen kullanılır.
3 — Çeşitli organik bileşiklerin bireşimli (sentetik) olarak elde edilmesinde kullanılır.
4 — Sıvı yağlardan katı yağlar ve margarin elde edilmesinde kullanılır .
5 — Eskiden balon ve zeplinleri uçurmak için kullanılırdı.
6 — Oksijenle birlikte kaynakçılıkta asetilen yerine kullanılmaktadır.
7 — Bazı çelik cinslerinin tavlanması sırasında oksitleşmemesi için hava yerine hidrojen akımında soğutma yapılır.
Hidrojen, oksijen ve asetilen gibi çelik tüplerde taşınabilir.
Hidrojen İzotopları
Hidrojen atomunun iki isotopu vardır: Deuterium ve triton.
1. — Deuterium: Atom yapısına göre incelenirse normal hidrojen çekirdeği bir protondan meydana gelmiştir (Bk. Atom). Kütlesi l’dir. Atom sayısı l’dir. Deuteriumda ise protona bir de neutron eklenmiş, kütlesi 2 olmuştur. Atom sayısı gene l’dir. Deuteriuma «ağır hidrojen», meydana getirdiği suya da «ağır su» adı verilir^ Deuteri-umun simgesi D, ağır suyun formülü de D20′ dur. Suyun yoğunluğu 1, molekül tartısı 18, kaynama noktası 100°, donma noktası 0°’ dir, Ağır suyun yoğunluğu 1,1, molekül tartısı 20, kaynama noktası 101°, donma noktası 3°’dir. Ağır hidrojen ve ağır su, normalinin içinde 1/7000 oranında bulunur. Normal suyun elektrolizi sırasında hidrojen çıkar, geri kalan kısım deuteriumca zenginleşir. Elde edilmesi de bu yoldan olur. Bu usul elektrik enerjisinin ucuz olduğu yerde, bu arada en çok Norveç’te uygulanmaktadır.
2. — Triton: Hidrojenin bu isotopu iki neutron almış protondur. Kütlesi 3’tür. Fazla dayanıklı değildir. 30 yıllık bir yarılanma müddeti île helyuma döner .
Hidrojen Bombası
İki ağır hidrojen çekirdeğinden bir helyum atomu meydana getirmek hidrojen bombasının esasını doğurmuştur. Hidrojen bombası zamanımızın en korkunç silâhı durumundadır. Şu basit hesap kuvvetini açıklar: 1 gk. plutonyum parçalanması (atom bombası) 1 gr. enerji verirken, 1 ‘kg. hidrojenden helyum yapımında 7,5 gr. enerji elde edilmektedir. Einstein denklemine göre bu miktar enerji 150.000.000.000 kilokalori yapmaktadır. (1 kilokalori 1 kg suyun sıcaklığını 1° artıran sıcaklık miktarıdır).
Hidrojenden helyum meydana gelirken açığa çıkan enerji güneşin, daha başka yıldızların sahip oldukları enerji kaynağını da ortaya koymaktadır.
Hidrojen bombasında da bu olayın gerçekleşebilmesi için ilk basamakta çok yüksek bir sıcaklık derecesi gereklidir. Bu yüksek sıcaklık bir uranyum veya plutonyum bombasıyla sağlanır. Dolayısıyla atom bombası hidrojen bombasını harekete geçirecek bir pil ödevi görür.
