الهيدروجين…
رمزه الكيميائي: H
عدده الذري: 1
وزنه الذري: 1.0079
لمحة تاريخية…
هيدرو – ماء, جينيس – تشكيل
لقد حضر الهيدروجين منذ زمن طويل… الى ان جاء كافندش وجعل منه عنصرا محدد المعالم والصفات وذلك عام 1776… اما اسمه فأطلقه عليه العالم لافوازييه…
يعتبر الهيدروجين اكثر العناصر تواجدا في الكون… ومنه تكونت بقية العناصر كما تصف ذلك نظرية الانفجار الاعظم…
لحالة (في درجة حرارة الغرفة): غازية
اللون: لا لون له
من اللا فلزات
التوزيع الالكتروني: 1s1
طاقة التأين: 1312 كيلو جول/مول
الألفة الالكترونية: 72.8 كيلو جول/مول
الالكترو سالبية: 2.2
نصف قطر الذرة: 53 * 10^-12 متر
سرعة الصوت خلاله: 1270 مترا في الثانية
درجة حرارة الانصهار: 14.01 كلفن
درجة حرارة الغليان: 20.28 مئوية كلفن
الاندماج النووي نوع من الطاقة ينتج من اندماج ذرتين من الهيدروجين الثقيل لانتاج ذرة من الهليوم ـ وفرق الكتلة يتحول لمصدر عظيم من الطاقة. وهذا المبدأ في توليد الطاقة هو الذي يحدث في الشمس والنجوم ويمد الكون بطاقة وضوء لا ينضب معينهما. والطاقة التي تنتج بهذه الطريقة استعملها الإنسان مرة واحدة فقط.. حين فجر القنبلة الهيدروجينية التي تزيد قوتها بستة أضعاف عن القنبلة الذرية!.
والاختلاف بين القنبلتين الهيدروجينية والذرية هو الفرق بين مبدأ توليد الطاقة بواسطة (اندماج) ذرتين من الهيدروجين وبين توليد الطاقة بواسطة (انشطار) ذرتين من اليورانيوم..
* والانشطار الذري له مخاطره التي لا يستهان بها؛ فالنفايات الناتجة عنه لها أنشطة اشعاعية ضارة تستمر عشرات السنين ـ فضلاً عن ندرة اليورانيوم العنصر الحيوي لتوليد هكذا طاقة، اما الاندماج النووي فهو أنظف وأقوى وأرخص..
.. أنظف لان نفاياته مجرد بخار ماء، وأقوى لانه ينتج ستة أضعاف الطاقة الانشطارية، وأرخص لان وقوده الهيدروجين.. والهيدروجين في الماء.. والماء في كل بحار الدنيا!
ولكن مشكلة “الاندماج النووي” انه يتطلب (لبدء شرارة التفاعل) حرارة تزيد على 10ملايين درجة مئوية ـ وهي حرارة هائلة تساوي حرارة الشمس ويصعب توافرها على سطح الارض!!
.. المشكلة الاخرى هي كيف يمكن احتواء وحصر تفاعل كهذا تتبخر عنده جميع المعادن.. القنبلة الهيدروجينية كانت الاستثناء الوحيد الذي حققه الإنسان لأن الحرارة (المطلوبة لبدء الانفجار) ولدتها قنبلة ذرية فجرت في قلبها. اما “الاحتواء” فمن البديهي ان الانفجار لا يحتاجه كونها “قنبلة” تتمدد في الهواء الطلق!.
ما دام الاندماج النووي وقوده الهيدروجين.. والهيدروجين في الماء.. والماء يغطي 71% من كوكب الأرض؛ فهذا يعني ان الأرض مغطاة بوقود سريع الانفجار لا ينتظر سوى طفل يرمي فيه عود ثقاب. والطفل في هذه الحالة قد يكون عالماً مخبولاً أو حرباً نووية أو نيزك مستعر ـ أو أي سبب آخر ـ كاف لاشعال عود الثقاب الذي لن يكون سوى 10ملايين درجة تبدأ التفاعل الهيدروجيني.. في ذلك الوقت ستستعر البحار لهباً تذوب من حرارته الجبال كأحد المشاهد المتوقعة ليوم القيامة!
وإن كنت ترى الفكرة ضرباً من الجنون أو مشهداً في رواية خيالية فتأمل قوله تعالى: {والبحر المسجور إن عذاب ربك لواقع}، {وإذا الوحوش حشرت، وإذا البحار سجرت}.. وقد جاء في لسان العرب ان السجر هو “البحر يسجر فيكون نار جهنم” وقال كعب “البحر جهنم تسجر وتسعر………..
الهيدروجين وقود المستقبل
في خطوة جديدة نحو تحقيق حلم استخدام الهيدروجين كطاقة متجددة أعلنت شركة “بي إم دبليو” عن استكمال برنامجها؛ لتصنيع سيارات تستخدم الهيدروجين كوقود بدلاً من البنزين، وذلك في تقرير لمجلة درشبيجل الألمانية، ويتوقع أن يتم طرح تلك السيارة في الأسواق في العام القادم، حيث انتهت الشركة بالفعل من إنتاج وإجراء التجارب على خمس عشرة سيارة، وهي من الفئة التي يصل سعة محركها إلى سبعة لترات، ويفيد التقرير أن سعر تلك السيارة لن يزيد عن سعر مثيلتها التي تدار بالبنزين.
والهيدروجين هو أبسط عنصر عرفه الإنسان، حيث يتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد، ويمثل أكثر من 90% من مكونات الكون و30% من كتلة الشمس، وهو ثالث أكثر العناصر توافرًا على سطح الأرض، الهيدروجين غاز ليس له لون أو طعم أو رائحة، وهو غير سام، يتكون من جُزيء ثنائي الذرة H2 ولا يوجد منفردًا بل مرتبطا دائمًا مع عنصر آخر، فهو يرتبط بالأكسجين مكونًا الماء H2O، ويرتبط مع الكربون مكونًا مركبات مختلفة مثل الميثان CH4 والبترول.
الهيدروجين جزء من دورة أنيقة ونظيفة، فعند فَصْل مكونات الماء إلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الفصل الحراري أو التحليل الكهربي أو باستخدام الطاقة الشمسية – وهذا ما نجح العلماء في مركز الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة من عملة، حيث ابتكروا جهازًا واحدًا يقوم بفصل الهيدروجين من الماء وتحويله إلى طاقة كهربية في نفس الوقت باستخدام أكثر من 12.5% من الشعاع الشمسي (الأجهزة القديمة كانت تُحَوِّل من 4% إلى 6% فقط)، ولكن يقف أمامهم عائق التكلفة، فالجهاز ما زال غير اقتصادي التكلفة – يستخدم الهيدروجين الناتج لشحن خلية وقود – وهو ما يُطلق على البطارية الهيدروجينية – وعند استخدامها يرتبط الهيدروجين بأكسجين الجو فينتج طاقة كهربية وماء، وهو بذلك لا ينتج أي ملوثات بيئية أو غازات سامة.
إذًا فالهيدروجين مصدر ثانوي للطاقة أو يطلق عليه حاملا للطاقة – مثله مثل الكهرباء – فهو يحتاج إلى مصدر آخر للطاقة لإنتاجه، ولكنه يُخَزِّن طاقة هذا المصدر وينقلها للمستخدم أينما كان.
وقد استخدمت وكالة NASA للفضاء الهيدروجين في برنامجها الفضائي منذ سنوات، فالهيدروجين هو الوقود الذي يحمل سفن الفضاء إلى الفضاء الخارجي، وخلايا الوقود الهيدروجينية هي التي تقوم بتشغيل النظام الكهربي للسفينة، وينتج عن هذا ناتج واحد فقط وهو الماء النقي الذي يستخدمه رواد الفضاء في الشرب، خلايا الوقود الهيدروجينية تنتج الكهرباء بفاعلية عالية، ولكن تكلفتها ما زالت عالية.
استخدام الهيدروجين كوقود – وخصوصًا للسيارات – هو المتاح الآن إما في صورة هيدروجين نقي وبالتالي لا ينتج أي نسب تلوث أو مضافًا للبنزين أو الديزل، وبالتالي يخفض نسبة الانبعاثات الملوثة من 30% إلى 40%.
والهيدروجين أيضًا يمكن أن يكون وقودًا مثاليًّا للطائرات، فهو ينتج كمية أكبر من الطاقة، وبالتالي ستحتاج الطائرات إلى كمية أقل من الوقود، كما أنه أخف من الوقود الحالي، وبالتالي ستستطيع الطائرة زيادة حمولتها.
وعن إنتاج الهيدروجين طبيعيًّا اكتشف العلماء بعض الأنواع من الطحالب والبكتيريا التي تقوم بإنتاج الهيدروجين كناتج طبيعي، وتجري الأبحاث حاليًا حول حَثِّ تلك الطحالب على إنتاج كميات أكبر من الهيدروجين.
معظم الطاقة التي يستخدمها العالم اليوم تأتي من الوقود الحفري فقط 7% منها يأتي من مصادر الطاقة المتجددة، غير أن العالم الآن يحاول زيادة استخدام الطاقات المتجددة فهي نظيفة لا تلوث البيئة، كما أنها لا تنفَد، لكن مثل هذه الطاقات كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح تواجه مشكلة عدم التواجد الدائم وعدم القدرة على التخزين لفترات طويلة، وهنا يأتي الهيدروجين؛ ليحل تلك المشكلة، فيمكننا أن نخزن تلك الطاقة إلى متى نريد وحيث نريد، فهل يمكن أن نستغني في المستقبل عن الوقود الحفري ؟ وهل سنستخدم الهيدروجين كبديل للكهرباء ؟ أسئلة سيجيب عنها المستقبل.
وسيلة جديدة لجمع الهيدروجين من الغلاف الجوي
كان العلماء يعتقدون حتى وقت قريب ان جزيئات الهيدروجين صغيرة جداً لدرجة انها لا يمكن ان تدخل في الهيدروكلاثريت، وهي مادة صلبة متبللرة تحاصر فيها جزيئات المياه جزيئات الغاز. لكن الباحثين في معهد كارينجي بواشنطن، التابع لجامعة شيكاغو، ومعمل لوس الاموس الوطني «الاميركي» استطاعوا محاصرة غاز الهيدروجين داخل مركبات من المياه والجليد على شكل هيدوكلاثرتيات.
ويقول فريق البحث ان هذه النتيجة يمكن ان تكون الخطوة الاولى نحو الحصول على وسيلة بديلة لتخزين غاز الهيدروجين النظيف «صديق البيئة»، كما نشير ايضا الى امكانية وجود الهيدروجين في اجسام جليدية في نظامنا الشمسي كنا نظن انها غير قادرة على الحفاظ عليه بها.
يذكر ان الهيدروجين هو اغزر الغازات وجوداً في الكون وكان هناك سباق علمي لايجاد طريقة عملية ورخيصة لتخزين الغاز لاستخدامه كمصدر للطاقة.
وقد قام الباحثون في هذه التجربة بتعريض خليط من الهيدروجين والمياه لضغط يعادل الفي ضعف الضغط الهوائي عند مستوى سطح البحر «220 ميجا باسكال» في الحرارة الطبيعية «حرارة الغرفة» ونتج عن ذلك منطقتان احداهما بها فقاعة من الهيدروجين والاخرى تحتوي مياهاً سائلة وعند تبريد هذا الخليط الى درجة 11 فهرنهيتية تحت الصفر، تفاعلت المنطقتان وكونت مركباً واحداً صلباً.
وتم حصار عدد من جزيئات الهيدروجين في هذه المادة على خلاف الهيدروكلاثرتات الاخرى التي يحاصر فيها جزيء غاز واحد من الهيدروجين، فقط حوصر جزيئات من الهيدروجين في الفقاعات الصغيرة و4 جزيئات في الفقاعات الكبيرة.
واثبتت المادة المخلقة قدرة كبيرة على الاستمرار عندما تم تسخينها الى 45 درجة فهرنهيتية. وعند تبريد هذه المادة الى درجة سيولة النيتروجين «321 فهرنهيتية» وازالة الضغط تماما ظلت المادة متماسكة.
ويقول احد الباحثين المشاركين في هذا المشروع ان الكثير من الاحياء الدقيقة التي يبدو انها عتيقة، تتنفس الهيدروجين فقد تكون قدرة المياه على الاحتفاظ بالهيدروجين امراً حيوياً بالنسبة للاحياء على الارض في مراحلها الاولى لانها توفر آلية محتملة الاطلاق هذا الغاز في الغلاف الجوي عندما كانت الحياة في بداياتها على هذا الكوكب
.
السبت 15 يناير 2011 - 16:34
