ไฮโดรเจน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ไฮโดรเจน
ไฮโดรเจน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ฮีเลียม (แก๊สมีตระกูล)
ลิเทียม (โลหะแอลคาไล)
เบริลเลียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
โบรอน (ธาตุกึ่งโลหะ)
คาร์บอน (อโลหะหลายวาเลนซ์)
ไนโตรเจน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ออกซิเจน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ฟลูออรีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
นีออน (แก๊สมีตระกูล)
โซเดียม (โลหะแอลคาไล)
แมกนีเซียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
อะลูมิเนียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
ซิลิกอน (ธาตุกึ่งโลหะ)
ฟอสฟอรัส (อโลหะหลายวาเลนซ์)
กำมะถัน (อโลหะหลายวาเลนซ์)
คลอรีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
อาร์กอน (แก๊สมีตระกูล)
โพแทสเซียม (โลหะแอลคาไล)
แคลเซียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
สแกนเดียม (โลหะทรานซิชัน)
ไทเทเนียม (โลหะทรานซิชัน)
วาเนเดียม (โลหะทรานซิชัน)
โครเมียม (โลหะทรานซิชัน)
แมงกานีส (โลหะทรานซิชัน)
เหล็ก (โลหะทรานซิชัน)
โคบอลต์ (โลหะทรานซิชัน)
นิกเกิล (โลหะทรานซิชัน)
ทองแดง (โลหะทรานซิชัน)
สังกะสี (โลหะทรานซิชัน)
แกลเลียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
เจอร์เมเนียม (ธาตุกึ่งโลหะ)
สารหนู (ธาตุกึ่งโลหะ)
ซีลีเนียม (อโลหะหลายวาเลนซ์)
โบรมีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
คริปทอน (แก๊สมีตระกูล)
รูบิเดียม (โลหะแอลคาไล)
สตรอนเชียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
อิตเทรียม (โลหะทรานซิชัน)
เซอร์โคเนียม (โลหะทรานซิชัน)
ไนโอเบียม (โลหะทรานซิชัน)
โมลิบดีนัม (โลหะทรานซิชัน)
เทคนีเชียม (โลหะทรานซิชัน)
รูทีเนียม (โลหะทรานซิชัน)
โรเดียม (โลหะทรานซิชัน)
แพลเลเดียม (โลหะทรานซิชัน)
เงิน (โลหะทรานซิชัน)
แคดเมียม (โลหะทรานซิชัน)
อินเดียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
ดีบุก (โลหะหลังทรานซิชัน)
พลวง (ธาตุกึ่งโลหะ)
เทลลูเรียม (ธาตุกึ่งโลหะ)
ไอโอดีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ซีนอน (แก๊สมีตระกูล)
ซีเซียม (โลหะแอลคาไล)
แบเรียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
แลนทานัม (แลนทานอยด์)
ซีเรียม (แลนทานอยด์)
เพรซีโอดิเมียม (แลนทานอยด์)
นีโอดิเมียม (แลนทานอยด์)
โพรมีเทียม (แลนทานอยด์)
ซาแมเรียม (แลนทานอยด์)
ยูโรเพียม (แลนทานอยด์)
แกโดลิเนียม (แลนทานอยด์)
เทอร์เบียม (แลนทานอยด์)
ดิสโพรเซียม (แลนทานอยด์)
โฮลเมียม (แลนทานอยด์)
เออร์เบียม (แลนทานอยด์)
ทูเลียม (แลนทานอยด์)
อิตเทอร์เบียม (แลนทานอยด์)
ลูทีเทียม (แลนทานอยด์)
ฮาฟเนียม (โลหะทรานซิชัน)
แทนทาลัม (โลหะทรานซิชัน)
ทังสเตน (โลหะทรานซิชัน)
รีเนียม (โลหะทรานซิชัน)
ออสเมียม (โลหะทรานซิชัน)
อิริเดียม (โลหะทรานซิชัน)
แพลตทินัม (โลหะทรานซิชัน)
ทองคำ (โลหะทรานซิชัน)
ปรอท (โลหะทรานซิชัน)
แทลเลียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
ตะกั่ว (โลหะหลังทรานซิชัน)
บิสมัท (โลหะหลังทรานซิชัน)
พอโลเนียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
แอสทาทีน (ธาตุกึ่งโลหะ)
เรดอน (แก๊สมีตระกูล)
แฟรนเซียม (โลหะแอลคาไล)
เรเดียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
แอกทิเนียม (แอกทินอยด์)
ทอเรียม (แอกทินอยด์)
โพรแทกทิเนียม (แอกทินอยด์)
ยูเรเนียม (แอกทินอยด์)
เนปทูเนียม (แอกทินอยด์)
พลูโทเนียม (แอกทินอยด์)
อะเมริเซียม (แอกทินอยด์)
คูเรียม (แอกทินอยด์)
เบอร์คีเลียม (แอกทินอยด์)
แคลิฟอร์เนียม (แอกทินอยด์)
ไอน์สไตเนียม (แอกทินอยด์)
เฟอร์เมียม (แอกทินอยด์)
เมนเดลีเวียม (แอกทินอยด์)
โนเบเลียม (แอกทินอยด์)
ลอว์เรนเซียม (แอกทินอยด์)
รัทเทอร์ฟอร์เดียม (โลหะทรานซิชัน)
ดุบเนียม (โลหะทรานซิชัน)
ซีบอร์เกียม (โลหะทรานซิชัน)
โบห์เรียม (โลหะทรานซิชัน)
ฮัสเซียม (โลหะทรานซิชัน)
ไมต์เนเรียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ดาร์มสตัดเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
เรินต์เกเนียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
โคเปอร์นิเซียม (โลหะทรานซิชัน)
อูนอูนเทรียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ฟลีโรเวียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
อูนอูนเพนเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ลิเวอร์มอเรียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
อูนอูนเซปเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
อูนอูนออกเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ไฮโดรเจนมีโครงสร้างผลึกแบบเฮกซะโกนัล
ชั้นพลังงานอิเล็กตรอนของไฮโดรเจน (1)
1H
-

H

Li
- ← ไฮโดรเจนฮีเลียม
ไฮโดรเจนในตารางธาตุ
ลักษณะปรากฏ
แก๊สไม่มีสี

ไฮโดรเจนเรืองแสงสีม่วงขณะอยู่ในสถานะพลาสมา

เส้นสเปคตรัมของไฮโดรเจน
คุณสมบัติทั่วไป
ชื่อ สัญลักษณ์ และเลขอะตอม ไฮโดรเจน, H, 1
การออกเสียง /วิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPAวิธีใช้:IPA/ hy-drə-jən[1]
อนุกรมเคมี อโลหะวาเลนซ์เดียว
หมู่ คาบและบล็อก 1, 1, s
มวลอะตอมมาตรฐาน 1.008(1)
การจัดเรียงอิเล็กตรอน 1s1
1
ชั้นพลังงานอิเล็กตรอนของไฮโดรเจน (1)
ประวัติ
การค้นพบ เฮนรี คาเวนดิช[2][3] (1766)
ตั้งชื่อโดย อองตวน ลาวัวซิเอ[4] (1783)
คุณสมบัติกายภาพ
สี ไม่มีสี
สถานะ แก๊ส
ความหนาแน่น (0 °C, 101.325 kPa)
0.08988 g/L
ความหนาแน่นของเหลวที่จุดหลอมเหลว 0.07 (ของแข็ง 0.0763)[5] g·cm−3
ความหนาแน่นของเหลวที่จุดเดือด 0.07099 g·cm−3
จุดหลอมเหลว 13.99 K, -259.16 °C, -434.49 °F
จุดเดือด 20.271 K, -252.879 °C, -423.182 °F
จุดร่วมสาม 13.8033 K, 7.041 kPa
จุดวิกฤต 32.938 K, 1.2858 MPa
ความร้อนของการหลอมเหลว (H2) 0.117 kJ·mol−1
ความร้อนของการกลายเป็นไอ (H2) 0.904 kJ·mol−1
ความจุความร้อนโมลาร์ (H2) 28.836 J·mol−1·K−1
ความดันไอ
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ที่ T (K) 15 20
คุณสมบัติอะตอม
สถานะออกซิเดชัน 1, -1
(amphoteric oxide)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี 2.20 (Pauling scale)
พลังงานไอออไนเซชัน  : 1312.0 kJ·mol−1
รัศมีโควาเลนต์ 31±5 pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์ 120 pm
จิปาถะ
โครงสร้างผลึก เฮกซะโกนัล

ไฮโดรเจนมีโครงสร้างผลึกแบบเฮกซะโกนัล

ความเป็นแม่เหล็ก ไดอะแมกเนติก[6]
สภาพนำความร้อน 0.1805 W·m−1·K−1
ความเร็วเสียง (แก๊ส, 27 °C) 1310 m·s−1
เลขทะเบียน CAS 1333-74-0
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของไฮโดรเจน
ไอโซโทป NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP
1H 99.985% H เสถียร โดยมี 0 นิวตรอน
2H 0.015% H เสถียร โดยมี 1 นิวตรอน
3H trace 12.32 y β 0.01861 3He
    
อ้างอิง

ไฮโดรเจน (อังกฤษ: Hydrogen; ละติน: hydrogenium ไฮโดรเจเนียม) เป็นธาตุเคมีที่มีเลขอะตอม 1 สัญลักษณ์ธาตุคือ H มีน้ำหนักอะตอมเฉลี่ย 1.00794 u (1.007825 u สำหรับไฮโดรเจน-1) ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและพบมากที่สุดในเอกภพ ซึ่งคิดเป็นมวลธาตุเคมีประมาณร้อยละ 75 ของเอกภพ[7] ดาวฤกษ์ในลำดับหลักส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจนในสถานะพลาสมา ธาตุไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติหาได้ค่อนข้างยากบนโลก

ไอโซโทปที่พบมากที่สุดของไฮโดรเจน คือ โปรเทียม (ชื่อพบใช้น้อย สัญลักษณ์ 1H) ซึ่งมีโปรตอนหนึ่งตัวแต่ไม่มีนิวตรอน ในสารประกอบไอออนิก โปรเทียมสามารถรับประจุลบ (แอนไอออนซึ่งมีชื่อว่า ไฮไดรด์ และเขียนสัญลักษณ์ได้เป็น H-) หรือกลายเป็นสปีซีประจุบวก H+ ก็ได้ แคตไอออนหลังนี้เสมือนว่ามีเพียงโปรตอนหนึ่งตัวเท่านั้น แต่ในความเป็นจริง แคตไอออนไฮโดรเจนในสารประกอบไอออนิกเกิดขึ้นเป็นสปีซีที่ซับซ้อนกว่าเสมอ ไฮโดรเจนเกิดเป็นสารประกอบกับธาตุส่วนใหญ่และพบในน้ำและสารประกอบอินทรีย์ส่วนมาก ไฮโดรเจนเป็นส่วนสำคัญในการศึกษาเคมีกรด-เบส โดยมีหลายปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนโปรตอนระหว่างโมเลกุลละลายได้ เพราะเป็นอะตอมที่เรียบง่ายที่สุดเท่าที่ทราบ อะตอมไฮโดรเจนจึงได้ใช้ในทางทฤษฎี ตัวอย่างเช่น เนื่องจากเป็นอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าเพียงชนิดเดียวที่มีผลเฉลยเชิงวิเคราะห์ของสมการชโรดิงเจอร์ การศึกษาการพลังงานและพันธะของอะตอมไฮโดรเจนได้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม

มีการสังเคราะห์แก๊สไฮโดรเจนขึ้นเป็นครั้งแรกในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 16 โดยการผสมโลหะกับกรดแก่ ระหว่าง ค.ศ. 1766-81 เฮนรี คาเวนดิชเป็นคนแรกที่สังเกตพบว่า แก๊สไฮโดรเจนเป็นสสารชนิดหนึ่งต่างหาก[8] และจะให้น้ำเมื่อนำไปเผาไหม้ ซึ่งคุณสมบัตินี้เองที่ได้กลายมาเป็นชื่อของไฮโดรเจน ซึ่งเป็นภาษากรีก หมายถึง "ตัวก่อให้เกิดน้ำ" ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ไฮโดรเจนไร้สี ไร้กลิ่น เป็นอโลหะ ไร้รส ไม่มีพิษ และเป็นแก๊สไดอะตอมที่ไวไฟสูง มีสูตรโมเลกุลว่า H2

การผลิตไฮโดรเจนในเชิงอุตสาหกรรมมาจากการนำแก๊สธรรมชาติมาผ่านกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำ (steam reforming) เป็นหลัก และจากวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่ต้องใช้พลังงานสูงกว่า เช่น การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า[9] ไฮโดรเจนส่วนใหญ่ใช้สอยกันใกล้จุดผลิต กระบวนการเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (นั่นคือไฮโดรแครกกิง) และการผลิตแอมโมเนีย ซึ่งส่วนใหญ่สำหรับตลาดปุ๋ย เป็นภาคที่มีการใช้ไฮโดรเจนมากที่สุด

ไฮโดรเจนเป็นความกังวลหนึ่งในโลหะวิทยา เพราะไฮโดรเจนสามารถทำให้โลหะหลายชนิดเปราะได้[10] ซึ่งทำให้เป็นการยากขึ้นในการออกแบบสายท่อและถังเก็บ[11]

คุณสมบัติ[แก้]

การเผาไหม้[แก้]

แก๊สไฮโดรเจน (ไดไฮโดรเจนหรือโมเลกุลไฮโดรเจน)[12] ไวไฟสูงและจะเผาไหม้ในอากาศที่มีช่วงความเข้มข้นกว้างมากระหว่างร้อยละ 4 ถึง 75 โดยปริมาตร[13] เอนทัลปีของการเผาไหม้สำหรับไฮโดรเจนคือ -286 กิโลจูลต่อโมล (kJ/mol)[14]

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)[note 1]

แก๊สไฮโดรเจนก่อตัวเป็นสารผสมระเบิดกับอากาศหากมีความเข้มข้นร้อยละ 4-74 และกับคอลรีนหากมีความเข้มข้นร้อยละ 5-95 สารผสมนี้จะระเบิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อต้องประกายไฟ ความร้อนหรือแสงอาทิตย์ อุณหภูมิจุดระเบิดเองของไฮโดรเจน อุณหภูมิการติดไฟเองในอากาศ คือ 500 °C[15] เปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจนบริสุทธิ์ปลดปล่อยแสงอัลตราไวโอเล็ตและแทบมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น เปรียบเทียบได้จากเปลวไฟสีจางของเครื่องยนต์หลักกระสวยอวกาศกับเปลวไฟที่มองเห็นได้ชัดเจนของจรวดเชื้อเพลิงแข็งกระสวยอวกาศ การตรวจจับการรั่วไหลของไฮโดรเจนที่กำลังเผาไหม้อาจต้องใช้อุปกรณ์ตรวจจับเปลวไฟ การรั่วไหลเช่นนี้อาจเป็นอันตรายได้มาก เรือเหาะฮินเดนบวร์กเป็นตัวอย่างของการเผาไหม้ไฮโดรเจน สาเหตุนั้นยังเป็นที่โต้เถียงกันอยู่ แต่เปลวไฟที่มองเห็นได้นั้นเป็นผลของวัตถุไวไฟในผิวของเรือ[16] เพราะไฮโดรเจนลอยตัวในอากาศ เปลวไฟไฮโดรเจนจึงลอยขึ้นสูงอย่างรวดเร็วและก่อให้เกิดความเสียหายน้อยกว่าเปลวไฟไฮโดรคาร์บอนมาก ผู้โดยสารเรือเหาะฮินเดนบวร์กสองในสามรอดชีวิตจากเหตุไฟไหม้ และการเสียชีวิตจำนวนมากนั้นกลับเกิดจากการตกหรือเชื้อเพลิงดีเซลที่เผาไหม้มากกว่า[17]

H2 ทำปฏิกิริยากับธาตุออกซิไดซ์ทุกชนิด ไฮโดรเจนสามารถเกิดปฏิกิริยาตามธรรมชาติอย่างรุนแรงที่อุณหภูมิห้องกับคลอรีนและฟลูออรีน เกิดเป็นเฮไลด์ของไฮโดรเจน คือ ไฮโดรเจนคลอไรด์กับไฮโดรเจนฟลูออไรด์ตามลำดับ ซึ่งมีศักยะเป็นกรดอันตราย[18]

ประวัติ[แก้]

ไฮโดรเจนถูกรับรองว่ามีอยู่จริงครั้งแรกโดยเฮนรี คาเวนดิช ในปี ค.ศ. 1766 คาเวนดิชค้นพบมันระหว่างทำการทดลองระหว่างกรดกับปรอท แต่เขาสันนิษฐานผิดพลาดว่าไฮโดรเจนนั้นเป็นสารประกอบของปรอท แต่เขาก็ยังสามารถบรรยายคุณสมบัติต่างๆของไฮโดรเจนได้อย่างถูกต้อง ต่อมา อองตวน ลาวัวซิเอได้ตั้งชื่อให้กับธาตุนี้ว่าไฮโดรเจน และพิสูจน์ว่าไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนประกอบของน้ำ ไฮโดรเจนถูกใช้ประโยชน์ครั้งแรกในการบรรจุในบอลลูน ไฮโดรเจนสามารถเตรียมได้จากการผสมกรดซัลฟิวริกกับเหล็ก ดิวเทอเรียมซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน ถูกค้นพบโดย แฮโรลด์ ซี. อูเรย์ (Harold C. Urey) โดยการกลั่นน้ำหลายๆครั้ง อูเรย์ได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบของเขาในปี ค.ศ. 1934 ในปีเดียวกันนั้น มีการค้นพบทริเทียม ไอโซโทปชนิดที่สามของไฮโดรเจน

การนำไปใช้ประโยชน์[แก้]

ศัพท์เฉพาะของไฮโดรเจน[แก้]

  • เป็นชื่อของธาตุชนิดหนึ่ง
  • "H dot" เป็นชื่อเรียกของโมเลกุลชนิดหนึ่งที่พบมากในอวกาศ แต่ไม่พบในโลก
  • โมเลกุล 2 อะตอม ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนบรรยากาศโลก ทางเคมีสามารถเขียนได้ H2 เรียกว่า ไดไฮโดรเจน เพื่อประโยชน์ในการแบ่งแยกกับสารอื่น

หมายเหตุ[แก้]

  1. 286 kJ/mol: พลังงานต่อโมลของวัตถุไวไฟ (ไฮโดรเจน)

อ้างอิง[แก้]

  1. Simpson, J.A.; Weiner, E.S.C. (1989). "Hydrogen". Oxford English Dictionary 7 (2nd ed.). Clarendon Press. ISBN 0-19-861219-2. 
  2. "Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. 2005. pp. 797–799. ISBN 0-471-61525-0. 
  3. Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183–191. ISBN 0-19-850341-5. 
  4. Stwertka, Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16–21. ISBN 0-19-508083-1. 
  5. Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. p. 240. ISBN 0123526515. 
  6. "Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds". CRC Handbook of Chemistry and Physics (81st ed.). CRC Press. 
  7. Palmer, D. (13 September 1997). "Hydrogen in the Universe". NASA. สืบค้นเมื่อ 2008-02-05.  Note that most of the universe's mass is not in the form of chemical elements, however. See dark matter and dark energy
  8. "Discovering the Elements". Presenter: Professor Jim Al-Khalili. Chemistry: A Volatile History. BBC. BBC Four. 2010-01-21. 25:40 minutes in.
  9. "Hydrogen Basics — Production". Florida Solar Energy Center. 2007. สืบค้นเมื่อ 2008-02-05. 
  10. Rogers, H.C. (1999). "Hydrogen Embrittlement of Metals". Science 159 (3819): 1057–1064. Bibcode:1968Sci...159.1057R. doi:10.1126/science.159.3819.1057. PMID 17775040. 
  11. Christensen, C.H.; Nørskov, J.K.; Johannessen, T. (9 July 2005). "Making society independent of fossil fuels — Danish researchers reveal new technology". Technical University of Denmark. สืบค้นเมื่อ 2008-03-28. 
  12. "Dihydrogen". O=CHem Directory. University of Southern Maine. สืบค้นเมื่อ 2009-04-06. 
  13. Carcassi, M.N.; Fineschi, F. (2005). "Deflagrations of H2–air and CH4–air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy 30 (8): 1439–1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012. 
  14. Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, US National Research Council, US National Academy of Engineering (2004). The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barriers, and R&D Needs. National Academies Press. p. 240. ISBN 0-309-09163-2. 
  15. Patnaik, P (2007). A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances. Wiley-Interscience. p. 402. ISBN 0-471-71458-5. 
  16. Dziadecki, J. (2005). "Hindenburg Hydrogen Fire". สืบค้นเมื่อ 2007-01-16. 
  17. Kelly, M. "The Hindenburg Disaster". About.com:American history. สืบค้นเมื่อ 2009-08-08. 
  18. Clayton, D.D. (2003). Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium. Cambridge University Press. ISBN 0-521-82381-1. 

ดูเพิ่ม[แก้]