Hidrogenul elementar este principala componentă aUniversului, având o pondere de 75 % din masa acestuia.[1] În starea deplasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuireastelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pePământ.
Pentru necesități industriale există diferiteprocedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prinelectrolizaapei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesareagazelor naturale.[2]
Cel mai răspânditizotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singurproton în nucleu și unelectron în învelișul electronic. Încompușii ionici poate avea sarcină negativă (anion cunoscut sub numele de hidrură, H-) sau sarcină pozitivă H+ (hidron). Hidrogenul formeazăcompuși chimici cu majoritatea elementelor dinsistemul periodic și este prezent înapă și în mulți dintrecompușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurulatom pentru care este cunoscută o soluție analitică aecuației lui Schrödinger, prezintă un rol major în fundamentarea teorieimecanicii cuantice.
Hidrogenul este ungaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice dereducător.[3] Hidrogenul se folosește înindustria petrochimică la producereabenzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenareagrăsimilor (de exemplu producereamargarinei), în prelucrările mecanice alemetalelor și în tratamentul termic al acestora.[4]
În anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani dupăBig Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion”). Este o combinație între un atom deheliu și unproton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.
Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianulenglezHenry Cavendish în1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintremercur și unacid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil”. În1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde.[8][9]O analiză mai detaliată a fost făcută de cătreAntoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H2).[10] Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil” al lui Cavendish în combinație cuoxigenul formează picături de apă, conform luiJoseph Priestley.[11] Lavoisier a numit gazul „hidrogen”, nomeclatura fiind de originegreacă (ὕδωρ,hydro înseamnă apă, iarγίγνομαι,gignomai înseamnă a naște, a crea).[12]
Primele patru linii spectrale ale seriei Balmer (domeniul vizibil)
Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice.[13] În plus, simplitatea moleculei de H2 și a cationului H+ au condus la înțelegerea completă a naturiilegăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen înmecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).
Maxwell a observat că la H2, subtemperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar latemperaturicriogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unuigaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelurilor deenergie de rotație, care la H2 sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) aenergiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.[14]
Hidrogenul este elementul cu cea mai micădensitate. În formămoleculară (H2) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. Lapresiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K,[15] și 7,042 kPa,[16] iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa.[17] Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l.[18] Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenuldifuzează cel mai rapid, are cea mai înaltăconductivitate termică și cea mai mareefuziune dintre toate gazele. Oviscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiindn-butan.[19]
Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fipolietilena șicuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie înfier,platină și în altemetale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.[20]
Explozia unui amestec de hidrogen și aer. Vasul biconic este umplut cu hidrogen gazos. Hidrogenul este aprins și începe să ardă, în timp ce aerul intră prin fundul vasului, creând un amestec de aer și hidrogen care se îmbogățește treptat cu aer. Pe măsură ce se apropie decompoziția critică, arderea devine instabilă și produce o undă sonoră cu frecvență în scădere (datorită oscilațiilor amestecului cu din ce în ce mai mult aer). Când se ajunge la compoziția critică, explozia este inevitabilă.
Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică[21]) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4 % și 75 %,[22] iar în contact cu oxigenul pur între 4,65 % și 93,9 %.[17] Limitele între care apare detonația sunt între 18,2 % și 58,9 % în aer, respectiv între 15 % și 90 % în oxigen.[17] Variațiaentalpiei în urma arderii (puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:[23]
Amestecul dintreoxigen și hidrogen în diferite proporții esteexploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4 % și 75 %, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C.[25] Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emiteradiații ultraviolete invizibile cuochiul liber.
H2 reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cuclorul șifluorul, formândHCl șiHF.[26]
Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75 % în masă și mai mult de 90 % după numărul de atomi.[27]Se găsește în cantități mari în compozițiastelelor și aplanetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H2 sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor defuziune nucleară dintreprotoni.
În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare deplasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauzaconductivității electrice diferite și a uneiemisii radiative mari (originea luminii emise deSoare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate decâmpurile magnetice șielectrice. De exemplu, învânturile solare particulele interacționează cumagnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea deauroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră înmediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.[28]
În condiții normale, hidrogenul există pePământ sub formă de moleculă diatomică, H2, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfelforța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei.[29] Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunthidrocarburile și apa.[30] Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal alflatulenței.Metanul este o importantă sursă de hidrogen.[31]
Reprezentarea prin schemele de tranziție a nivelelor energetice ale hidrogenului.Secțiune dintr-un atom de hidrogen ce arată că diametrul acestuia este de două ori raza atomică calculată cu ajutorul modelului Bohr.
Nivelul energetic fundamental alelectronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV.[32]Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat lainfinit), ele se calculează folosindmodelul lui Bohr. Acesta consideră cănucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurulSoarelui (de unde provine denumirea alternativă demodel planetar). Forța electromagnetică atrage electronul șiprotonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorităgravitației. Potrivit condiției de cuantificare amomentului cinetic postulat deBohr, valoarea momentului cinetic al electronului estemultiplu întreg alconstantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.[33]
O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată înfizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cuintegrală de drum.[34]
Protiul, cel mai răspândit izotop al hidrogenului, are un electron, un proton și niciun neutron
Hidrogenul are trei izotopi naturali,1H,2H și3H. Alții, ce au nucleele foarte instabile (4H până la7H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.[35][36]
1H este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98 % în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numitprotiu, această denumire fiind însă rar utilizată.[37]
2H , celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele dedeuteriu. Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de laBig Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă depoluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește șiapă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele despectroscopie RMN.[38] Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentrufuziune nucleară de larg consum.[39]
3H se mai numește șitritiu (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prindezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani.[30] Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare.[40] Este folosit și în reacții defuziune nucleară,[41] și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor[42] și în dispozitive autogeneratoare de lumină.[43] Tritiul se mai utilizează și înmarcarea radioizotopică, în special în domeniulbiologiei,medicinei saugeologiei.[44] Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.[45]
Izotopii atomului de hidrogen
Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de2H și3H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentrufosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului.[46]IUPAC acceptă atât ambele variante, dar2H și3H sunt preferate.[47]
Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date deformula lui Rydbeg.Studiul liniilor spectrale este important înmecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinareadeplasării spre roșu.
Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prinspinii relativi ainucleului.[48] În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25 % parahidrogen și 75 % ortohidrogen („starea normală” a hidrogenului).[49] Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală.[50] Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa saumetilenul.[51]
Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fărăcatalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H2 condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet.[52] Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H2) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este unproces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fioxidul feric,carbonul activat,azbestul platinizat, compuși aiuraniului, metale rare,oxidul de crom, câțiva compuși ainichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.[53][54]
O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H3+ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de cătrerazele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planeteiJupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H3+ este unul din cei mai răspândițiioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.[55][56]
În general, hidrogenul este considerat drept unnemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele alemetalelor.[57] Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în1973 la o presiune de 2,8Mbar și la 20K.[58] AliajulSiH4 cu structură metalică a fost obținut în2008, descoperindu-se că este un foarte bunconductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.[59]
Chiar dacă H2 nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane dehidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză înprocedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul foloseștecarbonul dincărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă.[60] Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fihalogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială.[61] Când se leagă de fluor, oxigen sauazot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice.[62][63] Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sausemimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele dehidruri.[64]Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici;[65] cu studierea lor se ocupăchimia organică,[66] iar cu studiul rolului lor în organismele vii -biochimia.[67] În unele definiții „organic” se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic”.[68]Închimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.[30]
Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri”, acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură” definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H−, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element maielectropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată deGilbert N. Lewis în1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în1920 de către Moers prin electroliza topiturii dehidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen laanod.[69]Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH2, care este unpolimer. Înhidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH4− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta.[70] Hidrura deindiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.[71]
Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H+, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H+ este adesea numit „proton” și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conformteoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni.[72] Protonul H+ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau încristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton” este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare.[73] Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat” în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H3O+).[74] Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H9O4+.[74] Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți.[75] Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H3+ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.[76]
H2 este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentruhidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de areduce echivalenții în reacțiile biochimice.
Aluminiul poate produce H2 prin tratarea cu baze:[78]
Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Uncurent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează laanod, în timp ce hidrogenul gazos apare lacatod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru oxidare, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80 % – 94 %.[79]
În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu șigaliu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea șialumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.[80]
Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilorgazelor naturale.[81] La temperaturi ridicate (700 – 1100 °C; 1300 – 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cumetanul, rezultândmonoxid de carbon și H2[82]:
Această reacție se realizează ușor lapresiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut.[83]Amestecul rezultat se numeștegaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă ametanolului și a compușilor săi.[84] Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții.[85] O problemă ce apare în această tehnologie este formareacocsului[86] sau a carbonului:
Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H2O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere adioxidului de carbon:[81]
Alte metode importante de obținere a H2 sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:[87]
Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. Înprocedeul Haber pentru obținereaamoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural.[88] Din electrolizasaramurii pentru a produceclor se obține și hidrogen ca produs secundar.[89]
Un bioreactor de alge pentru producerea hidrogenului.
H2 se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumitemicroorganisme, de obicei princatalizaenzimelor ce conținfier saunichel.[92] Cu ajutorul acestor enzime, numitehidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului defotosinteză.[93]Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente.[94] Algele folosite suntplante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui.[95] David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere deradicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-aroxida părți vitale alecelulei.[93] Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuseluminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul uneipompe.[93][94] Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdusproteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extragbiocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate îndeșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția dealimente”.[93] La unele specii de alge, cum ar fiChlamydomonas reinhardtii saucyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H2 gazos cu ajutorul hidrogenazei încloroplast.[96]
Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii.[97] În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații îninginerie șifizică. Se utilizează lasudură,[98][99] iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire îngeneratoare electrice dincentralele electrice.[100]H2 lichid are un rol important în cercetările dincriogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate.[101] Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentrubaloane șidirijabile.[102]De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere aminereurilor, de fabricare aamoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industriaautomobilelor, chimică, aerospațială și detelecomunicații.[103]
Inhalarea aerului bogat în hidrogen poate produce asfixierea.
Izotopii hidrogenului au aplicații specifice.Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor.[9] Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice.[104]Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen,[105] înmarcare izotopică[44] și ca sursa de iradiere pentruvopselele fosforescente.[106]
Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții.[107] În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produceasfixierea,[108] pierderea mobilității motrice și a cunoștinței.[109] Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa.Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.[110]
Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.[107]
^Carcassi, M. N. (). „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.
^National Academy of Engineering, National Academy of Sciences, 2004,The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs. National Academies Press.ISBN 0-309-09163-2
^Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol
^enStaff ().„Safety data for hydrogen”.Chemical and Other Safety Information. The Physical and Theoretical Chemistry Laboratory, Oxford University. Accesat în.
^Clayton, Donald D. (2003). Handbook of Isotopes in the Cosmos: Hydrogen to Gallium. Cambridge University Press.ISBN 0-521-82381-1.
^enStorrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas”.Astrophysical Journal.543: 552–576.arXiv:astro-ph/0006044.doi:10.1086/317138+.
^enDresselhaus, Mildred; et al. ().„Basic Research Needs for the Hydrogen Economy”(PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory. Arhivat dinoriginal(PDF) la. Accesat în.Mentenanță CS1: Utilizare explicită a lui et al. (link)
^abcMiessler, Gary L. ().Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall.ISBN0130354716.Mentenanță CS1: Text în plus (link)
^Berger, Wolfgang H. ().„The Future of Methane”. University of California, San Diego. Accesat în.
^enStern, David P. ().„Wave Mechanics”. NASA Goddard Space Flight Center. Arhivat dinoriginal la. Accesat în.
^Gurov, Yu. B. (). „Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei”.Physics of Atomic Nuclei.68 (3): 491–97.doi:10.1134/1.1891200.
^Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of7H and for a Specific Structure of8He”.Physical Review Letters.90 (8): 082501.doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.
^Milenko, Yu. Ya. (). „Natural ortho-para conversion rate in liquid and gaseous hydrogen”.Journal of Low Temperature Physics.107 (1–2): 77–92.doi:10.1007/BF02396837.
^Svadlenak, R. Eldo (). „The Conversion of Ortho- to Parahydrogen on Iron Oxide-Zinc Oxide Catalysts”.Journal of the American Chemical Society.79 (20): 5385–5388.doi:10.1021/ja01577a013.
^enMcCall Group, Oka Group ().„H3+ Resource Center”. Universities of Illinois and Chicago. Arhivat dinoriginal la. Accesat în.
^M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao.Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials.Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506–1509, rezumat accesat 2009-06-08
^Moers, Kurt (). „Investigations on the Salt Character of Lithium Hydride”.Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie.113 (191): 179–228.doi:10.1002/zaac.19201130116.
^Downs, Anthony J. (). „The hydrides of aluminium, gallium, indium, and thallium: a re-evaluation”.Chemical Society Reviews.23 (3): 175–184.doi:10.1039/CS9942300175.
^Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH3{P(C6H11)3}]”.Chemical Communications: 185–186.doi:10.1039/a809279f.
^Luminița Vlădescu,Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004
^abOkumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H3O+•(H2O)n•(H2)m”.Journal of Physical Chemistry.94 (9): 3416–3427.doi:10.1021/j100372a014.
^Perdoncin, Giulio (). „Protonation Equilibria in Water at Several Temperatures of Alcohols, Ethers, Acetone, Dimethyl Sulfide, and Dimethyl Sulfoxide”.Journal of the American Chemical Society.99 (21): 6983–6986.doi:10.1021/ja00463a035.
^Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H3+)”.Accounts of Chemical Research.22 (6): 218–222.doi:10.1021/ar00162a004.
^Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green algaScenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain”.J. Biol. Chem.276 (9): 6125–6132.doi:10.1074/jbc.M008470200.PMID11096090.Mentenanță CS1: Nume multiple: lista autorilor (link)
^Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells”. The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170–7.
