Hidrojen
Hidrojen, Periyodik çizelgenin IA sütunun ilk sırasında yer alan kimyasal element. Suyun bileşimine giren gaz halinde, yalın bir cisim olan hidrojenin simgesi H, atom sayısı 1, atom ağırlığı 1,007825'tir. Evrende çok yaygın bir kimyasal elementtir: Güneş ve yıldızlar, aşağı yukarı bütünüyle hidrojenden oluşmuştur. Yerküredeyse hidrojen çeşitli bileşikler halinde, özellikle su ve organik maddeler halinde bulunur. Dolayısıyla, söz konusu bileşiklerden, genellikle de sudan elde edilir ve yakıldığında su açığa çıkar. Zaten hidrojen sözcüğü, "su doğuran" anlamı taşımaktadır.
Hidrojeni ilk olarak 1766'da İngiliz bilgini Cavendish yalıtmış. Fransız fizikçisi Charles, 1783'te balonunu şişirmek için bol miktarda hidrojen üretmiş, İskoçyalı Dewar, 1898'de bu gazı sıvılaştırırken, 1924'te Mieczyslaw Wolfke, katılaştırmayı başarmıştır.
Hidrojen, günümüzde suyun elektrolizi yoluyla kolayca üretilebilir. Bu amaçla önce bir asit, sözgelimi sülfürik asit ya da sodyum hidroksit gibi bir baz katılarak, su, elektrik akımı ileten bir çözelti haline getirilir. Böylece elde edilen çözeltiden akım geçirilirse, eksi kutba bağlı elektrotta yani katotta hidrojen, anottaysa oksijen açığa çıkar. Bu yöntemle elde edilen hidrojenin hacmi, oksijenin iki katına ulaşır.
Ayrıca, çinko ve demir gibi metallerin üstüne hidroklorik asit ya da sülfürik asit çözeltileri dökülerek de hidrojen elde edilebilir. Kuşkusuz, açığa çıkan gazı toplamak için uygun bir düzenek kullanmak zorunludur. Laboratuvarlarda bu amaçla Kipp aygıtından yararlanılır.
Sanayideyse, su buharı karbonla indirgenerek ya da kömür ve doğal gaz (özellikle metan) ayrıştırılarak hidrojen üretilir.
Hidrojenin birçok özelliği, atomunun bütün öbür atomlardan daha küçük ve daha yalın oluşundan kaynaklanır. Atomu, tek protonlu bir çekirdek ile çekirdeği çevresinde dönen bir elektrondan oluşur; bu elektron bazı koşullarda atomdan ayırılabilir ve o zaman atom, bir protona yani asit nitelikli H+ iyonuna dönüşür.
Hidrojen atomları ikişer ikişer birleşerek, H2 hidrojen molekülünü oluştururlar. Hidrojen gazında bulunan, bu moleküllerdir. Hidrojen sıvılaştırılabilir; ama sıvılaşması için çok düşük, sözgelimi, normal basınç altında -252,7 °C sıcaklık ister. Daha düşük sıcaklıkta sıvılaşan tek gaz, bir soy (asal) gaz olan helyumdur.
Çok hafif moleküllerden oluşması nedeniyle hidrojen gazı, yoğunluğu en düşük olan gazdır. Sözgelimi havanın yoğunluğu, hidrojenden 14,5 kat büyüktür. Bu yüzden, günümüzde meteorolojide kullanılan sondaj balonları hidrojenle şişirilir; eskiden, güdümlü balonlar da aynı gazla doldurulurken, hidrojenin çabuk tutuşma özelliği yüzünden doğan kazalar, güdümlü balonlarda kullanımına son verilmesine yol açmıştır.
Hidrojenin bir başka özelliği de, çok hafif oluşuna bağlanır. Fizikte, bir gazın ne kadar hafif olursa, gözenekli bir çeperi o ölçüde kolay geçeceği kanıtlanmıştır. Sözgelimi, hidrojen bulunan bir tüpün ağzı kurutma kâğıdı gibi gözenekli bir filtre kâğıdıyla kapatılıp, yanan bir kibrit tüpe yaklaştırıldığında, tüp dışında gazın tutuştuğu görülür; çünkü gaz, gözenekli kâğıttan geçmiştir. Hidrojen atomlarının küçüklüğünden kaynaklanan daha şaşırtıcı bir olay da, bu gazın 500 °C sıcaklığa kadar ısıtılmış platin çeperden sızabilmesidir.
Hidrojen, soluk mavi bir alevle yanar ve yanma sonucunda su buharı oluşur.
Oksijen hamlaçlarında (kaynak aygıtı), bu ısıdan yararlanılır. Hidrojen ve oksijen, ancak hamlaç ucunda birbiriyle karışır. Ne var ki, bu gazları doğrudan doğruya karıştırmaktan kaçınmak gerekir; çünkü karışım oranı bir hacim oksijen ve iki hacim hidrojen olduğunda, güçlü bir patlayıcı madde ortaya çıkar. Ayrıca, alev bulunmasa bile patlama tepkimesi gerçekleşebilir; bunun için karışıma az miktarda platin köpüğü (çok gözenekli platin) katmak yeterlidir.
Alevsiz ve patlamasız çalışan yakıtlı pillerde, bu iki gaz kullanılır. Söz konusu pillerde, tepkime sırasında açığa çıkan ısı enerjisi, doğrudan doğruya elektrik enerjisine dönüşür.
Hidrojenin oksijenle verdiği tepkimenin şiddeti, oksijenle bileşme eğiliminin çok yüksek olduğunu gösterir; dolayısıyla çok güçlü bir indirgeyicidir. Sözgelimi, yaklaşık 300 °C a kadar ısıtılıp, üstünden hidrojen akımı geçirilirse, bakır oksit indirgenerek, bakır ve su buharı açığa çıkar.
Daha yüksek sıcaklıklarda, başka oksitler de hidrojenle indirgenebilir. Bu bakımdan en ilgi çekici olan, demir oksittir; çünkü, demir ve demir alaşımlarını (dökme demir, çelik) demir oksitten elde etmek için başvurulan çok karmaşık işlemlerin yerini bu tepkime alabilir. Buna karşılık silis, alümin, sönmemiş kireç gibi bazı oksitler, hidrojenle indirgenemez; çünkü bu bileşiklerde oksijen, öbür elementlere çok güçlü biçimde bağlanmıştır.
Oksijen gibi klor da, hidrojenle patlama tepkimesi doğurur. Bu tepkimenin oluşması için, karışımı Güneş ışığına ya da morötesi ışınlara tutmak yeterlidir. Söz konusu tepkime sonucunda, hidroklorik asit (HCI) gazı açığa çıkar. Ayrıca, hidrojen, azotla da tepkimeye girer; bu tepkime daha zayıf olmasına karşın, amonyağın kimyasal bireşimini sağlar; dolayısıyla, sanayide hidrojenin bu özelliği büyük önem taşır.
Bütün bu nitelikleri, hidrojenin sanayide büyük ölçüde kullanılmasına yol açmıştır; bunlar arasında amonyağın kimyasal bireşimi, hidroklorik asit üretimi, yağların kokusunu almak için hidrojenleme işlemi, alkolün hazırlanması, oksijen kaynağında ve bazı füzelerde yakıt olarak kullanımı sayılabilir.