अंतरिक्ष और पृथ्वी पर हाइड्रोजन की खोज। वैज्ञानिकों ने अंतरिक्ष में ऑक्सीजन निकालने का एक तरीका ढूंढ लिया है। पृथ्वी पर - ऑक्सीजन, अंतरिक्ष में - हाइड्रोजन

खगोल भौतिक विज्ञानी जानते हैं कि तारा निर्माण के लिए ईंधन की आवश्यकता होती है। आधुनिक सिद्धांतबताता है कि हाइड्रोजन की नदियाँ - जिन्हें "ठंडी धाराएँ" के रूप में जाना जाता है - अंतरजाल अंतरिक्ष के माध्यम से हाइड्रोजन की एक प्रकार की नौका हो सकती हैं और इसलिए, तारा निर्माण की प्रक्रिया को बढ़ावा देती हैं।

हमारी जैसी सर्पिल आकाशगंगाएँ आकाशगंगा, एक नियम के रूप में, तारा निर्माण की दर काफी शांत लेकिन स्थिर होती है। अन्य आकाशगंगाएँ, जैसे कि एनजीसी 6946, जो पृथ्वी से लगभग 22 मिलियन प्रकाश वर्ष की दूरी पर सेफियस और सिग्नस तारामंडल की सीमा पर स्थित हैं, इस संबंध में बहुत अधिक सक्रिय हैं। इससे यह सवाल उठता है कि इस और इसी तरह की सर्पिल आकाशगंगाओं में निरंतर तारा निर्माण के लिए प्रजनन भूमि क्या प्रदान करती है।

नीदरलैंड में डब्लूएसआरटी टेलीस्कोप से एनजीसी 6946 के आसपास के निकटवर्ती आकाशगंगा क्षेत्र के पिछले अध्ययनों में हाइड्रोजन के विस्तारित प्रभामंडल का पता चला था। तथापि, ठंडा प्रवाहहाइड्रोजन द्वारा एक पूरी तरह से अलग स्रोत से बनाया जा सकता था - अंतरिक्ष अंतरिक्ष से गैस जिसे कभी गर्म नहीं किया गया था उच्च तापमानतारा जन्म की प्रक्रिया.

ग्रीन बैंक टेलीस्कोप (जीबीटी) का उपयोग करते हुए, पिसानो एनजीसी 6946 को उसके ब्रह्मांडीय पड़ोसियों से जोड़ने वाले तटस्थ हाइड्रोजन द्वारा उत्सर्जित चमक का पता लगाने में सक्षम था। यह सिग्नल अन्य दूरबीनों की पहचान सीमा से थोड़ा नीचे था, लेकिन जीबीटी की अनूठी क्षमताओं ने वैज्ञानिक को इस हल्के विकिरण का पता लगाने की अनुमति दी।

खगोलविदों ने लंबे समय से यह परिकल्पना की है कि बड़ी आकाशगंगाएँ अन्य कम विशाल साथियों से पंप करके ठंडी हाइड्रोजन की निरंतर आपूर्ति प्राप्त कर सकती हैं।

आगे के शोध से इस अवलोकन की प्रकृति की पुष्टि करने में मदद मिलेगी और आकाशगंगाओं के विकास में ठंडी धाराओं की संभावित भूमिका पर प्रकाश डालने में मदद मिलेगी।

अंतरिक्ष एजेंसियां ​​और निजी कंपनियां पहले से ही अगले कुछ वर्षों में मंगल ग्रह पर मनुष्यों को भेजने की योजना विकसित कर रही हैं, जिससे अंततः इसका उपनिवेशीकरण हो सकेगा। और निकटवर्ती तारों के आसपास खोजे गए पृथ्वी जैसे ग्रहों की बढ़ती संख्या के साथ, लंबी दूरी की अंतरिक्ष यात्रा तेजी से प्रासंगिक होती जा रही है।

हालाँकि, इंसानों के लिए अंतरिक्ष में लंबे समय तक जीवित रहना आसान नहीं है। लंबी दूरी की अंतरिक्ष उड़ान की प्रमुख चुनौतियों में से एक अंतरिक्ष यात्रियों को सांस लेने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन और जटिल इलेक्ट्रॉनिक्स को संचालित करने के लिए पर्याप्त ईंधन पहुंचाना है। दुर्भाग्य से, अंतरिक्ष में व्यावहारिक रूप से कोई ऑक्सीजन नहीं है, इसलिए इसे पृथ्वी पर संग्रहीत करने की आवश्यकता है।

लेकिन नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित नए शोध से पता चलता है कि केवल अर्धचालक सामग्री, सूर्य के प्रकाश (या तारों की रोशनी) और भारहीनता का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन (ईंधन के लिए) और ऑक्सीजन (सांस लेने के लिए) का उत्पादन संभव है, जिससे लंबी दूरी की यात्रा अधिक संभव हो जाती है।

हमारी ऊर्जा के लिए सूर्य के असीमित संसाधन का उपयोग करना रोजमर्रा की जिंदगी- पृथ्वी पर सबसे वैश्विक समस्याओं में से एक। जैसे-जैसे हम धीरे-धीरे तेल से दूर और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर बढ़ रहे हैं, शोधकर्ता हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने की संभावना में रुचि रखते हैं। सबसे अच्छा तरीकाऐसा करने का मतलब पानी (H2O) को उसके घटकों में अलग करना होगा: हाइड्रोजन और ऑक्सीजन। यह इलेक्ट्रोलिसिस नामक एक प्रक्रिया का उपयोग करके संभव है, जिसमें कुछ घुलनशील इलेक्ट्रोलाइट (जैसे नमक -) युक्त पानी के माध्यम से करंट प्रवाहित करना शामिल है। लगभग। अनुवाद). परिणामस्वरूप, पानी ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणुओं में टूट जाता है, जो प्रत्येक अपने स्वयं के इलेक्ट्रोड पर निकलते हैं।

पानी का इलेक्ट्रोलिसिस.

यद्यपि यह विधि तकनीकी रूप से संभव है और सदियों से ज्ञात है, यह अभी भी पृथ्वी पर आसानी से उपलब्ध नहीं है क्योंकि हमें हाइड्रोजन से संबंधित अधिक बुनियादी ढांचे की आवश्यकता है - जैसे कि हाइड्रोजन ईंधन भरने वाले स्टेशन।

इस प्रकार जल से प्राप्त हाइड्रोजन तथा ऑक्सीजन का उपयोग ईंधन के रूप में भी किया जा सकता है अंतरिक्ष यान. पानी के साथ रॉकेट लॉन्च करना वास्तव में अतिरिक्त की तुलना में अधिक सुरक्षित होगा रॉकेट ईंधनऔर बोर्ड पर ऑक्सीजन, क्योंकि दुर्घटना की स्थिति में उनका मिश्रण विस्फोटक हो सकता है। अब अंतरिक्ष में विशेष तकनीकपानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने में सक्षम होगा, जिसका उपयोग सांस लेने और इलेक्ट्रॉनिक्स की कार्यक्षमता (उदाहरण के लिए, ईंधन कोशिकाओं का उपयोग) के लिए किया जा सकता है।

इसके लिए दो विकल्प हैं. उनमें से एक इलेक्ट्रोलिसिस है, जैसा कि पृथ्वी पर, इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके किया जाता है सौर पेनल्सकरंट प्राप्त करने के लिए. लेकिन, अफ़सोस, इलेक्ट्रोलिसिस एक बहुत ही ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है, और अंतरिक्ष में ऊर्जा पहले से ही "सोने में अपने वजन के बराबर" है।

एक विकल्प फोटोकैटलिस्ट का उपयोग करना है, जो पानी में रखे अर्धचालक पदार्थ द्वारा फोटॉन को अवशोषित करके काम करता है। फोटॉन ऊर्जा सामग्री से एक इलेक्ट्रॉन को "खटखटाती" है, जिससे उसमें एक "छेद" बन जाता है। एक मुक्त इलेक्ट्रॉन पानी में प्रोटॉन के साथ बातचीत करके हाइड्रोजन परमाणु बना सकता है। इस बीच, "छेद" प्रोटॉन और ऑक्सीजन परमाणु बनाने के लिए पानी से इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित कर सकता है।



स्थलीय स्थितियों और सूक्ष्म गुरुत्व में फोटोकैटलिसिस की प्रक्रिया (पृथ्वी की तुलना में दस लाख गुना कम)। जैसा कि देखा जा सकता है, दूसरे मामले में दिखाई देने वाले गैस बुलबुले की संख्या अधिक है।

इस प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है. ईंधन सेल का उपयोग करके हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को पुनः संयोजित (संयोजित) किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप फोटोकैटलिसिस और पानी के निर्माण पर खर्च की गई सौर ऊर्जा वापस आ जाती है। इस प्रकार, यह तकनीक गहरी अंतरिक्ष यात्रा की वास्तविक कुंजी है।

फोटोकैटलिस्ट का उपयोग करने वाली प्रक्रिया है सर्वोत्तम विकल्पके लिए अंतरिक्ष यात्रा, क्योंकि उपकरण का वजन इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आवश्यक वजन से बहुत कम है। सिद्धांत रूप में, अंतरिक्ष में इसके साथ काम करना भी आसान है। यह आंशिक रूप से इस तथ्य के कारण है कि तीव्रता सूरज की रोशनीपृथ्वी के वायुमंडल के बाहर काफी अधिक है, क्योंकि बाद में यह पर्याप्त है अधिकांशप्रकाश सतह पर आते समय अवशोषित या परावर्तित होता है।

एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने 120 मीटर ऊंचे टॉवर से पूरी तरह से काम करने वाले फोटोकैटलिसिस प्रायोगिक सेटअप को गिरा दिया, जिससे माइक्रोग्रैविटी नामक स्थितियां पैदा हुईं। जैसे वस्तुएँ पृथ्वी पर गिरती हैं निर्बाध गिरावट, गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव कम हो जाता है (लेकिन गुरुत्वाकर्षण स्वयं कहीं गायब नहीं होता है, इसीलिए इसे माइक्रोग्रैविटी कहा जाता है, गुरुत्वाकर्षण की अनुपस्थिति नहीं - लगभग। अनुवाद), चूँकि पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के लिए क्षतिपूर्ति करने वाली कोई ताकत नहीं है - इस प्रकार, गिरावट के दौरान, आईएसएस पर स्थापना में स्थितियाँ बनाई जाती हैं।

प्रायोगिक सेटअप और प्रायोगिक प्रक्रिया.

शोधकर्ता यह दिखाने में सक्षम थे कि ऐसी परिस्थितियों में पानी को विभाजित करना वास्तव में संभव है। हालाँकि, चूंकि इस प्रक्रिया से गैस उत्पन्न होती है, इसलिए पानी में बुलबुले बन जाते हैं। एक महत्वपूर्ण कार्यउत्प्रेरक सामग्री के बुलबुले से छुटकारा पाना है क्योंकि वे गैस निर्माण प्रक्रिया में हस्तक्षेप करते हैं। पृथ्वी पर, गुरुत्वाकर्षण बुलबुले को सतह पर तैरने का कारण बनता है (सतह के पास पानी बुलबुले की तुलना में सघन होता है, जिससे उन्हें सतह पर तैरने की अनुमति मिलती है), जिससे आगे बुलबुले बनने के लिए उत्प्रेरक पर जगह खाली हो जाती है।

शून्य गुरुत्वाकर्षण में यह असंभव है, और गैस के बुलबुले उत्प्रेरक पर या उसके पास बने रहते हैं। हालाँकि, वैज्ञानिकों ने नैनोस्केल पैमाने पर उत्प्रेरक के आकार को समायोजित किया, जिससे पिरामिड क्षेत्र बनाए गए जहां एक बुलबुला आसानी से पिरामिड के शीर्ष से अलग हो सकता है और नए बुलबुले के गठन में हस्तक्षेप किए बिना पानी में प्रवेश कर सकता है।

लेकिन एक समस्या बनी हुई है. गुरुत्वाकर्षण की अनुपस्थिति में, बुलबुले तरल में बने रहेंगे, भले ही उन्हें उत्प्रेरक छोड़ने के लिए मजबूर किया गया हो। गुरुत्वाकर्षण गैस को तरल से आसानी से बाहर निकलने की अनुमति देता है, जो शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के उपयोग के लिए महत्वपूर्ण है। गुरुत्वाकर्षण के बिना, कोई भी गैस के बुलबुले सतह पर तैरते नहीं हैं और तरल से अलग नहीं होते हैं - इसके बजाय, फोम के बराबर बनता है।

यह उत्प्रेरक या इलेक्ट्रोड को अवरुद्ध करके प्रक्रिया की दक्षता को नाटकीय रूप से कम कर देता है। इंजीनियरिंग समाधानइस समस्या के आसपास अंतरिक्ष में प्रौद्योगिकी के सफल कार्यान्वयन की कुंजी होगी - इनमें से एक संभावित समाधानसंस्थापन को घुमाने में शामिल है: इस प्रकार केन्द्रापसारक बलबनाएगा कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण. लेकिन फिर भी, इस नए शोध के लिए धन्यवाद, हम लंबी अवधि की मानव अंतरिक्ष उड़ान के एक कदम और करीब हैं।

पृथ्वी पर - ऑक्सीजन, अंतरिक्ष में - हाइड्रोजन

ब्रह्मांड में सबसे अधिक हाइड्रोजन (द्रव्यमान के अनुसार 74%) है। तब से इसे संरक्षित रखा गया है महा विस्फोट. हाइड्रोजन का केवल एक छोटा सा हिस्सा ही तारों में भारी तत्वों में बदलने में कामयाब रहा। पृथ्वी पर सबसे प्रचुर तत्व ऑक्सीजन (46-47%) है। इसका अधिकांश भाग ऑक्साइड, मुख्य रूप से सिलिकॉन ऑक्साइड (SiO2) के रूप में बंधा होता है। पृथ्वी की ऑक्सीजन और सिलिकॉन की उत्पत्ति उन विशाल तारों से हुई जो सूर्य के जन्म से पहले मौजूद थे। अपने जीवन के अंत में, ये तारे सुपरनोवा में विस्फोटित हुए और उनसे बने तत्वों को अंतरिक्ष में फेंक दिया। बेशक, विस्फोट उत्पादों में बहुत अधिक मात्रा में हाइड्रोजन और हीलियम, साथ ही कार्बन भी था। हालाँकि, ये तत्व और उनके यौगिक अत्यधिक अस्थिर हैं। युवा सूर्य के पास, वे वाष्पित हो गए और विकिरण के दबाव से सौर मंडल के बाहरी इलाके में उड़ गए।

आकाशगंगा में दस सबसे आम तत्व*

* सामूहिक अंशप्रति मिलियन.

रंगहीन, गंधहीन, ज्वलनशील गैस। सामान्य परिस्थितियों में हाइड्रोजन का घनत्व 0.09 किग्रा/मीटर3 है; वायु घनत्व - 0.07 किग्रा/एम3; कैलोरी मान - 28670 किलो कैलोरी/किग्रा; न्यूनतम इग्निशन ऊर्जा - 0.017 एमजे। हवा और ऑक्सीजन के साथ एक विस्फोटक मिश्रण बनाता है। क्लोरीन (1:1) वाला मिश्रण प्रकाश में फट जाता है; फ्लोराइड के साथ हाइड्रोजनअंधेरे में एक विस्फोट से जुड़ता है; (2:1) के साथ मिश्रण - विस्फोटक गैस। विस्फोट सीमा: 4 - 75 वॉल्यूम तक। %, ऑक्सीजन 4.1 - 96 वॉल्यूम के साथ। %.

जिस दिन इसका भंडार ख़त्म हो जाएगा, ब्रह्मांड में जीवन समाप्त हो जाएगा। वह पदार्थ, जिसके बिना जीवन असंभव है, हमारे ग्रह के बिल्कुल केंद्र में - कोर के अंदर और उसके आसपास "बैठता है", और वहां से बाहर की ओर "स्थानांतरित" होता है। यह गैस सभी शुरुआतों की शुरुआत है। इसका नाम है " हाइड्रोजन».
हाइड्रोजनकोर में और उसके आसपास पाया जाता है। इसके बाद सघन आवरण आता है। लेकिन यह गैस मोटाई के माध्यम से चुपचाप स्थानांतरित हो जाती है चट्टानों. जब पृथ्वी युवा थी, तब गहराई में बहुत अधिक हाइड्रोजन थी, और गहराई से यह पूरी पृथ्वी पर निकल जाती थी। जब यह कम हो गया, तो प्रक्रिया अपेक्षाकृत स्थिर हो गई, और हाइड्रोजनसमुद्री कटकों के दोषों के साथ, विशेष क्षेत्रों में "बाहर जाना" शुरू हुआ।
निश्चित रूप से, आधुनिक जीवनपृथ्वी पर एक निश्चित ऑक्सीजन क्षमता पर उत्पन्न हुई। लेकिन वस्तुनिष्ठ होने के लिए, हम अपने ग्रह पर सभी शुरुआतों की शुरुआत का श्रेय देते हैं हाइड्रोजन. यह हाइड्रोजन का गतिशील चक्र था, पृथ्वी की गहराई से इसके प्रवेश की प्रक्रिया, न कि कार्बन, जैसा कि पहले माना जाता था, जो पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति का स्रोत बना।

हाइड्रोजन और ब्रह्मांड

आमतौर पर किसी विशेष तत्व के महत्व पर जोर देने के लिए वे कहते हैं: यदि यह नहीं होता, तो ऐसा-ऐसा होता। लेकिन, एक नियम के रूप में, यह एक अलंकारिक उपकरण से ज्यादा कुछ नहीं है। लेकिन हाइड्रोजनहो सकता है कि किसी दिन यह सचमुच न बन जाये, क्योंकि यह लगातार तारों की गहराई में जलता रहता है, निष्क्रिय हो जाता है।
हाइड्रोजन अंतरिक्ष में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला तत्व है. यह सूर्य और अधिकांश अन्य तारों के द्रव्यमान का लगभग आधा है। यह गैस नीहारिकाओं में, अंतरतारकीय गैस में पाया जाता है, और तारों का हिस्सा है। तारों की गहराई में परमाणु नाभिक का परिवर्तन होता है हाइड्रोजनहीलियम परमाणुओं के नाभिक में. यह प्रक्रिया ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है; सूर्य सहित कई सितारों के लिए, यह ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में कार्य करता है।
प्रत्येक सेकंड, सूर्य अंतरिक्ष में चार मिलियन टन द्रव्यमान के बराबर ऊर्जा उत्सर्जित करता है। यह ऊर्जा चार नाभिकों के संलयन के दौरान निर्मित होती है हाइड्रोजन, प्रोटॉन, नाभिक में। एक ग्राम प्रोटॉन के "दहन" से एक ग्राम कोयले के दहन की तुलना में बीस मिलियन गुना अधिक ऊर्जा निकलती है। किसी ने भी पृथ्वी पर ऐसी प्रतिक्रिया कभी नहीं देखी है: यह ऐसे तापमान और दबाव पर होती है जो केवल तारों की गहराई में मौजूद होती है और अभी तक मनुष्यों द्वारा इसमें महारत हासिल नहीं की गई है।
प्रति सेकंड चार मिलियन टन के बड़े पैमाने पर नुकसान के बराबर शक्ति की कल्पना करना असंभव है: यहां तक ​​कि सबसे शक्तिशाली थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट के साथ, केवल एक किलोग्राम पदार्थ ही ऊर्जा में परिवर्तित होता है। हालाँकि, प्रक्रिया की गति, अर्थात्। कोर की संख्या हाइड्रोजन, एक सेकंड में एक घन मीटर में हीलियम नाभिक में बदलना, छोटा है। इसलिए, प्रति इकाई आयतन में प्रति इकाई समय में निकलने वाली ऊर्जा की मात्रा कम होती है। इस प्रकार, यह पता चलता है कि सूर्य की विशिष्ट शक्ति नगण्य है - स्वयं मनुष्य जैसे "गर्मी पैदा करने वाले उपकरण" की शक्ति से बहुत कम! और गणना से पता चलता है कि सूर्य कम से कम अगले तीस अरब वर्षों तक निरंतर चमकता रहेगा। हमारे जीवनकाल के लिए पर्याप्त.

पानी को जन्म देना

हाइड्रोजन की खोज हुई 16वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में जर्मन चिकित्सक और प्रकृतिवादी पेरासेलसस द्वारा। 16वीं-18वीं शताब्दी के रसायनज्ञों के कार्यों में। "ज्वलनशील गैस" या "ज्वलनशील हवा" का उल्लेख किया गया था, जो साधारण गैस के साथ मिलकर विस्फोटक मिश्रण उत्पन्न करती थी। इसे कुछ धातुओं (लोहा, जस्ता, टिन) पर एसिड - सल्फ्यूरिक और हाइड्रोक्लोरिक के तनु घोल के साथ क्रिया करके प्राप्त किया गया था।
इस गैस के गुणों का वर्णन करने वाले पहले वैज्ञानिक अंग्रेज वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश थे। उन्होंने इसका घनत्व निर्धारित किया और हवा में दहन का अध्ययन किया, लेकिन फ्लॉजिस्टन सिद्धांत* के पालन ने शोधकर्ता को होने वाली प्रक्रियाओं के सार को समझने से रोक दिया।
1779 में एंटोनी लवॉज़ियर को प्राप्त हुआ हाइड्रोजनपानी को विघटित करते समय, उसके वाष्प को लाल-गर्म लोहे की ट्यूब से गुजारना। लेवोज़ियर ने यह भी साबित किया कि जब "दहनशील हवा" ऑक्सीजन के साथ संपर्क करती है, तो पानी बनता है, और गैसें 2:1 के आयतन अनुपात में प्रतिक्रिया करती हैं। इससे वैज्ञानिक को पानी की संरचना - H2O निर्धारित करने की अनुमति मिली। लेवोज़ियर और उनके सहयोगियों ने तत्व का नाम - हाइड्रोजेनियम - ग्रीक शब्द "गिडोर" - पानी और "गेनाओ" - मैं जन्म देता हूं, से लिया है। रूसी नाम "हाइड्रोजन" 1824 में रसायनज्ञ एम.एफ. सोलोविएव द्वारा प्रस्तावित किया गया था - लोमोनोसोव के "ऑक्सीजन" के अनुरूप।
हाइड्रोजन- एक रंगहीन गैस, स्वादहीन और गंधहीन, पानी में थोड़ा घुलनशील। यह हवा से 14.5 गुना हल्की है - गैसों में सबसे हल्की। इसीलिए हाइड्रोजनवे गुब्बारे और हवाई जहाज भरते थे। -253°C के तापमान पर हाइड्रोजन द्रवित हो जाता है। यह रंगहीन तरल अब तक ज्ञात सबसे हल्का है: 1 मिलीलीटर का वजन एक ग्राम के दसवें हिस्से से भी कम होता है। -259°C पर, तरल हाइड्रोजन जम जाता है, रंगहीन क्रिस्टल में बदल जाता है।
अणुओं एच 2इतने छोटे कि वे न केवल छोटे छिद्रों से, बल्कि धातुओं से भी आसानी से गुजर सकते हैं। उनमें से कुछ, जैसे निकल, अवशोषित कर सकते हैं बड़ी संख्या हाइड्रोजनऔर इसे रिक्त स्थानों में परमाणु रूप में धारण करें क्रिस्टल लैटिस. 250°C तक गर्म की गई पैलेडियम फ़ॉइल स्वतंत्र रूप से गुजरती है हाइड्रोजन; इसका उपयोग अन्य गैसों को पूरी तरह से साफ करने के लिए किया जाता है।
घुलनशीलता के साथ हाइड्रोजनधातुओं में इसकी धातुओं के माध्यम से फैलने की क्षमता से संबंधित है। इसके अलावा, सबसे हल्की गैस होने के कारण, हाइड्रोजनउच्चतम प्रसार दर है: इसके अणु अणुओं से भी तेजअन्य सभी गैसें दूसरे पदार्थ के वातावरण में फैलती हैं और गुजरती हैं विभिन्न प्रकारविभाजन.
हाइड्रोजन - सक्रिय पदार्थ, आसानी से प्रवेश कर रहा है रासायनिक प्रतिक्रिएं. जब यह जलता है, तो बहुत अधिक गर्मी निकलती है, और एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पाद पानी होता है: 2H2 + O2 = 2H2O। ऐसे पर्यावरण अनुकूल ईंधन का कोई केवल सपना ही देख सकता है!
आज (यद्यपि अभी सीमित मात्रा में) कारें हाइड्रोजनइंजन. यह बीएमडब्ल्यू हाइड्रोजन 7 है, जो ईंधन के रूप में तरल ईंधन का उपयोग करता है। हाइड्रोजन; एक मर्सिडीज सिटारो बस और एक माज़्दा आरएक्स-8 हाइड्रोजन यात्री कार, जो गैसोलीन पर एक साथ चलती हैं हाइड्रोजन. और बोइंग कंपनी उच्च ऊंचाई और उड़ान अवधि (हाई एल्टीट्यूड लॉन्ग एंड्योरेंस (HALE)) का एक मानव रहित विमान विकसित कर रही है। यह विमान सुसज्जित है हाइड्रोजनफोर्ड मोटर कंपनी द्वारा निर्मित इंजन। हालाँकि, विकास हाइड्रोजनऊर्जा उद्योग पीछे हट रहा है उच्च डिग्रीइस गैस के साथ काम करते समय जोखिम, साथ ही इसके भंडारण में कठिनाइयाँ।

एक ऐसा अनुभव जिसने लगभग आपकी जान ले ली

वायु ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजनएक विस्फोटक मिश्रण बनता है - विस्फोटक गैस। इसलिए, जब साथ काम करते हैं हाइड्रोजनविशेष ध्यान रखना होगा. साफ हाइड्रोजनयह लगभग चुपचाप जलता है, और जब हवा के साथ मिलाया जाता है तो यह एक विशिष्ट तेज़ धमाका पैदा करता है। टेस्ट ट्यूब में विस्फोटक गैस के विस्फोट से प्रयोगकर्ता को कोई खतरा नहीं होता है, लेकिन सपाट तले वाले फ्लास्क या मोटे कांच के कंटेनर का उपयोग करने पर गंभीर चोट लग सकती है।
हाइड्रोजनइसमें दोहरी रासायनिक प्रकृति होती है, जो ऑक्सीकरण और अपचायक दोनों गुणों को प्रदर्शित करती है। अधिकांश प्रतिक्रियाओं में यह एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है, ऐसे यौगिक बनाता है जिसमें इसकी ऑक्सीकरण अवस्था +1 होती है। लेकिन सक्रिय धातुओं के साथ प्रतिक्रियाओं में यह ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है: धातुओं के साथ यौगिकों में इसकी ऑक्सीकरण अवस्था -1 है।
इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन छोड़ने से, हाइड्रोजनआवर्त सारणी के पहले समूह की धातुओं के साथ और सातवें समूह की अधातुओं के साथ एक इलेक्ट्रॉन जोड़कर समानता दर्शाता है। इसीलिए हाइड्रोजनवी आवर्त सारणीआमतौर पर या तो पहले समूह में और उसी समय सातवें समूह में कोष्ठक में, या सातवें समूह में और पहले समूह में कोष्ठक में रखा जाता है।

हाइड्रोजन का उपयोग एवं उत्पादन

इस्तेमाल किया गया हाइड्रोजनमेथनॉल, हाइड्रोजन क्लोराइड के उत्पादन में, वनस्पति वसा के हाइड्रोजनीकरण के लिए (मार्जरीन के उत्पादन में), ऑक्साइड से धातुओं (मोलिब्डेनम, टंगस्टन, इंडियम) की वसूली के लिए भी। हाइड्रोजन-ऑक्सीजन लौ (3000°C) वेल्ड और कट करती है दुर्दम्य धातुएँऔर मिश्र। तरल हाइड्रोजनरॉकेट ईंधन के रूप में कार्य करता है।
कोयले और तेल के हाइड्रोजनीकरण के दौरान, खराब हाइड्रोजननिम्न श्रेणी के ईंधन को उच्च गुणवत्ता वाले ईंधन में बदल दिया जाता है।
हाइड्रोजनशक्तिशाली जनरेटर को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है विद्युत धारा, और इसके आइसोटोप का उपयोग परमाणु ऊर्जा में किया जाता है।
उद्योग में, हाइड्रोजन का उत्पादन इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा किया जाता है जलीय घोललवण (उदाहरण के लिए, NaCl, Na2CO4), साथ ही ठोस और के रूपांतरण के दौरान गैसीय ईंधन– कोयला और प्राकृतिक गैस. उत्प्रेरक की उपस्थिति में रूपांतरण प्रक्रियाएँ लगभग 1000°C के तापमान पर होती हैं। परिणामस्वरूप गैस मिश्रणसंश्लेषण गैस कहलाती है।

लगभग हर घरेलू दवा कैबिनेट 3% पेरोक्साइड घोल की एक बोतल है हाइड्रोजन H2O2. इसका उपयोग घावों को कीटाणुरहित करने और रक्तस्राव को रोकने के लिए किया जाता है।

उद्देश्य के आधार पर, तकनीकी हाइड्रोजनदो ब्रांडों में संपीड़ित और असम्पीडित रूप में उपलब्ध है:

हाइड्रोजन गैस ग्रेड "ए"- इलेक्ट्रॉनिक, फार्मास्युटिकल में उपयोग किया जाता है, रासायनिक उद्योग, पाउडर धातु विज्ञान में: धातु ऑक्साइड से दुर्दम्य यौगिकों के जमाव के लिए; जब क्रोमियम और युक्त पाउडर सामग्री से बने सिंटरिंग उत्पाद स्टेनलेस स्टील्स.
- ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक्स, रसायन, अलौह धातु विज्ञान, दवा उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोजन (H) बहुत हल्का है रासायनिक तत्व, में सामग्री के साथ भूपर्पटीवजन के हिसाब से 0.9% और पानी में 11.19%।

हाइड्रोजन के लक्षण

हल्केपन में यह गैसों में प्रथम है। सामान्य परिस्थितियों में, यह स्वादहीन, रंगहीन और बिल्कुल गंधहीन होता है। जब यह थर्मोस्फीयर में प्रवेश करता है, तो अपने कम वजन के कारण अंतरिक्ष में उड़ जाता है।

पूरे ब्रह्मांड में, यह सबसे अधिक संख्या में रासायनिक तत्व (पदार्थों के कुल द्रव्यमान का 75%) है। इतने सारे सितारे वाह़य ​​अंतरिक्षइसमें पूरी तरह से शामिल है। उदाहरण के लिए, सूर्य. इसका मुख्य घटक हाइड्रोजन है। और ऊष्मा और प्रकाश भौतिक नाभिक के संलयन के दौरान ऊर्जा की रिहाई का परिणाम हैं। इसके अलावा अंतरिक्ष में विभिन्न आकार, घनत्व और तापमान के इसके अणुओं के पूरे बादल हैं।

भौतिक गुण

उच्च तापमान और दबाव इसके गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल देते हैं, लेकिन सामान्य परिस्थितियों में यह:

अन्य गैसों की तुलना में इसमें उच्च तापीय चालकता होती है,

गैर विषैले और पानी में खराब घुलनशील,

0°C और 1 एटीएम पर 0.0899 ग्राम/लीटर के घनत्व के साथ,

-252.8°C तापमान पर द्रव में बदल जाता है

-259.1°C पर कठोर हो जाता है,

दहन की विशिष्ट ऊष्मा 120.9.106 J/kg।

तरल में बदलना या ठोस अवस्थाआवश्यक उच्च रक्तचापऔर बहुत कम तामपान. द्रवीकृत अवस्था में यह तरल और हल्का होता है।

रासायनिक गुण

दबाव में और ठंडा होने पर (-252.87 डिग्री सेल्सियस), हाइड्रोजन प्राप्त हो जाता है तरल अवस्था, जो किसी भी एनालॉग की तुलना में वजन में हल्का है। यह गैसीय रूप की तुलना में कम जगह लेता है।

यह एक विशिष्ट अधातु है। प्रयोगशालाओं में, इसे तनु अम्लों के साथ धातुओं (जैसे जस्ता या लोहा) की प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित किया जाता है। सामान्य परिस्थितियों में यह निष्क्रिय होता है और केवल सक्रिय अधातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है। हाइड्रोजन ऑक्साइड से ऑक्सीजन को अलग कर सकता है, और यौगिकों से धातुओं को कम कर सकता है। यह और इसका मिश्रण कुछ तत्वों के साथ हाइड्रोजन बांड बनाते हैं।

यह गैस इथेनॉल और कई धातुओं, विशेषकर पैलेडियम में अत्यधिक घुलनशील है। चाँदी इसे घोलती नहीं है। ऑक्सीजन या हवा में दहन के दौरान और हैलोजन के साथ बातचीत करते समय हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण हो सकता है।

जब यह ऑक्सीजन के साथ जुड़ता है तो पानी बनता है। यदि तापमान सामान्य है, तो प्रतिक्रिया धीरे-धीरे आगे बढ़ती है; यदि यह 550°C से ऊपर है, तो यह विस्फोटित हो जाती है (यह विस्फोटित गैस में बदल जाती है)।

प्रकृति में हाइड्रोजन की खोज

यद्यपि हमारे ग्रह पर बहुत अधिक हाइड्रोजन है, शुद्ध फ़ॉर्मइसे ढूंढना आसान नहीं है. ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान, तेल उत्पादन के दौरान और जहां कार्बनिक पदार्थ विघटित होते हैं, वहां थोड़ा सा पाया जा सकता है।

कुल मात्रा का आधे से अधिक हिस्सा पानी के साथ होता है। यह तेल, विभिन्न मिट्टी, ज्वलनशील गैसों, जानवरों और पौधों की संरचना में भी शामिल है (प्रत्येक जीवित कोशिका में उपस्थिति परमाणुओं की संख्या से 50% है)।

प्रकृति में हाइड्रोजन चक्र

हर साल, पौधों के अवशेषों की एक बड़ी मात्रा (अरबों टन) जल निकायों और मिट्टी में विघटित हो जाती है, और इस अपघटन से वायुमंडल में हाइड्रोजन का एक बड़ा द्रव्यमान निकलता है। यह बैक्टीरिया, दहन के कारण होने वाले किसी भी किण्वन के दौरान भी निकलता है और ऑक्सीजन के साथ जल चक्र में भाग लेता है।

हाइड्रोजन अनुप्रयोग

यह तत्व मानवता द्वारा अपनी गतिविधियों में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है, इसलिए हमने इसे प्राप्त करना सीख लिया है औद्योगिक पैमानेके लिए:

मौसम विज्ञान, रासायनिक उत्पादन;

मार्जरीन उत्पादन;

रॉकेट ईंधन (तरल हाइड्रोजन) के रूप में;

विद्युत जनरेटर को ठंडा करने के लिए विद्युत ऊर्जा उद्योग;

धातुओं की वेल्डिंग एवं कटाई।

सिंथेटिक गैसोलीन (निम्न गुणवत्ता वाले ईंधन की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए), अमोनिया, हाइड्रोजन क्लोराइड, अल्कोहल और अन्य सामग्रियों के उत्पादन में बहुत सारे हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। परमाणु ऊर्जासक्रिय रूप से अपने आइसोटोप का उपयोग करता है।

दवा "हाइड्रोजन पेरोक्साइड" का व्यापक रूप से धातु विज्ञान, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, लुगदी और कागज उत्पादन, लिनन और सूती कपड़ों को ब्लीच करने, हेयर डाई और सौंदर्य प्रसाधन, पॉलिमर के उत्पादन और घावों के इलाज के लिए दवा में उपयोग किया जाता है।

इस गैस की "विस्फोटक" प्रकृति बन सकती है घातक हथियार - उदजन बम. इसका विस्फोट रिहाई के साथ होता है विशाल राशि रेडियोधर्मी पदार्थऔर सभी जीवित चीजों के लिए विनाशकारी।

तरल हाइड्रोजन और के बीच संपर्क त्वचागंभीर और दर्दनाक शीतदंश का खतरा है।