Hiđrô

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Hiđrô
- ← HiđrôHeli
-
  Hexagonal.png
 
1
H
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
H
Li
Bảng tiêu chuẩn
Hình dạng
Khí không màu, sẽ phát sáng với ánh sáng tím khi chuyển sang thể plasma


Quang phổ vạch của hiđrô
Tính chất chung
Tên, Ký hiệu, Số Hiđrô, H, 1
Phiên âm /ˈhdrɵɪn/[1] HYE-dro-jin
Phân loại Phi kim
Nhóm, Chu kỳ, Phân lớp 11, s
Khối lượng nguyên tử 1,00794(7)
Cấu hình electron 1s1
Số electron trên vỏ điện tử 1
Electron shell 001 Hydrogen.svg
Tính chất vật lý
Màu Không màu
Trạng thái vật chất Chất khí
Mật độ
(0 °C, 101,325 kPa)
0,08988 g/L
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ nóng chảy 0,07 (0,0763 rắn)[2] g·cm−3
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ sôi 0,07099 g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy 14,01 K, -259,14 °C, -434,45 °F
Nhiệt độ sôi 20,28 K, -252,87 °C, -423,17 °F
Điểm ba trạng thái 13.8033 K (-259°C), 7,042 kPa
Điểm tới hạn 32,97 K, 1,293 MPa
Nhiệt lượng nóng chảy (H2) 0,117 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi (H2) 0,904 kJ·mol−1
Nhiệt dung (H2) 28,836 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 15 20
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa 1, -1
(lưỡng tính)
Độ âm điện 2,20 (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 1312,0 kJ·mol−1
Độ dài liên kết cộng hóa trị 31±5 pm
Bán kính van der Waals 120 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lục phương
Trạng thái trật tự từ Nghịch từ[3]
Độ dẫn nhiệt 0,1805 W·m−1·K−1
Tốc độ truyền âm thanh (Khí, 27 °C) 1310 m·s−1
Số đăng ký CAS 1333-74-0
Đồng vị ổn định nhất
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
1H 99.985% 1H ổn định với 0 nơtron
2H 0.015% 2H ổn định với 1 nơtron
3H Tổng hợp 12,32 năm β 0.01861 3He

Hydro (từ tiếng Latinh: hydrogenium) là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố với nguyên tử số bằng 1. Trước đây còn được gọi là khinh khí (như trong "bom khinh khí" tức bom H); hiện nay từ này ít được sử dụng. Sở dĩ được gọi là "khinh khí" là do hydro là nguyên tố nhẹ nhất và tồn tại ở thể khí, với trọng lượng nguyên tử 1.00794 u. Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo nên khoảng 75% tổng khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên tử. Các sao thuộc dải chính được cấu tạo chủ yếu bởi hydro ở trạng thái plasma. Hydro nguyên tố tồn tại tự nhiên trên Trái Đất tương đối hiếm do khí hydro nhẹ nên trường hấp dẫn của Trái Đất không đủ mạnh để giữ chúng khỏi thoát ra ngoài không gian, do đó hydro tồn tại chủ yếu dưới dạng hydro nguyên tử trong các tầng cao của khí quyển Trái Đất.

Đồng vị phổ biến nhất của hydro là proti, kí hiệu là H, với hạt nhân là một proton duy nhất và không có neutron. Ngoài ra hydro còn có một đồng vị bền là deuteri, kí hiệu là D, với hạt nhân chứa một proton và một neutron và một đồng vị phóng xạ là triti, kí hiệu là T, với hai neutron trong hạt nhân.

Với vỏ nguyên tử chỉ có một electron, nguyên tử hydro là nguyên tử đơn giản nhất được biết đến, và cũng vì vậy nguyên tử hydro tự do có một ý nghĩa to lớn về mặt lý thuyết. Chẳng hạn, vì nguyên tử hydro là nguyên tử trung hòa duy nhất mà phương trình Schrödinger có thể giải được chính xác nên việc nghiên cứu năng lượng và cấu trúc điện tử của nó đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của cả cơ học lượng tửhóa học lượng tử.

Ở điều kiện thường, các nguyên tử hydro kết hợp với nhau tạo thành những phân tử gồm hai nguyên tử H2. (Ở những nhiệt độ cao, quá trình ngược lại xảy ra.) Khí hydro lần đầu tiên được điều chế một cách nhân tạo vào đầu thế kỉ 16 bằng cách nhúng kim loại vào trong một axit mạnh. Vào những năm 1766-1781, Henry Cavendish là người đầu tiên nhận ra rằng hydro là một chất riêng biệt và rằng khi bị đốt trong không khí nó tạo ra sản phẩm là nước. Tính chất này chính là nguồn gốc của cái tên "hydrogen", trong tiếng Hi Lạp nghĩa là "sinh ra nước". Ở điều kiện tiêu chuẩn, hydro là một chất khí lưỡng nguyên tử không màu, không mùi, không vị và là một phi kim.

Trong các hợp chất ion, hydro có thể có thể tồn tại ở hai dạng. Trong các hợp chất với kim loại, hydro tồn tại dưới dạng các anion hydrua mang một điện tích âm, kí hiệu H-. Hydro còn có thể tồn tại dưới dạng các cation H+ là ion dương sinh ra do nguyên tử hydro bị mất đi một electron duy nhất của nó. Tuy nhiên một ion dương với cấu tạo chỉ gồm một proton trần trụi (không có electron che chắn) không thể tồn tại được trong thực tế do tính dương điện hay tính axit và do đó khả năng phản ứng với các phân tử khác của H+ là rất cao. Một cation hydro thực sự chỉ tồn tại trong quá trình chuyển proton từ các axit sang các bazơ (phản ứng axit-bazơ). Trong dung dịch nước H+ (do chính nước hoặc một loại axit khác phân ly ra) kết hợp với phân tử nước tạo ra các cation hydroni H3O+, thường cũng được viết gọn là H+. Ion này đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong hóa học axit-bazơ.

Hydro tạo thành các hợp chất cộng hóa trị với hầu hết các nguyên tố khác. Nó có mặt trong nước và hầu hết các hợp chất hữu cơ cũng như các cơ thể sống.

Thuộc tính[sửa | sửa mã nguồn]

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hydro là một khí lưỡng nguyên tử có công thức phân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sôi 20,27 K (-252,87 °C) và nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14 °C). Tinh thể hydro có cấu trúc lục phương. Hydro có hóa trị 1 và có thể phản ứng với hầu hết các nguyên tố hóa học khác.

Cháy[sửa | sửa mã nguồn]

Space Shuttle Main Engine đốt hydro với ôxy, một phản ứng cháy hầu như không thấy được.

Khí hiđrô (hay phân tử hydrog)[4] có tính cháy cao và sẽ cháy trong không khí trong khoảng nồng độ thể tích từ 4% đến 75%.[5] Entanpy của quá trình cháy hydro là −286 kJ/mol:[6]

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

Khí hydro nổ với hỗn hợp không khí với nồng độ 4–74% và với clo nếu nồng độ nó là 5–95%. Hỗn hợp có thể được đốt cháy bằng tia lửa, nhiệt hoặc ánh sáng mặt trời. Nhiệt độ tự cháy của hydro trong không khí là 500 °C (932 °F).[7] Hỗm hợp ôxy-hydro tinh khiết cháy phát ra ánh sáng tử ngoại và hỗm hợp với nhiều ôxy cháy gần như không thể quan sát bằng mắt thường như được minh họa trong Space Shuttle Main Engine so với chùm lửa dễ nhìn thấy của Space Shuttle Solid Rocket Booster. Việc phá hiện Phát hiện rò rỉ khí hydro cháy có thể cần một thiết bị báo cháy; rò rỉ như vậy có thể rất nguy hiểm. Ngọn lửa hydro trong các điều kiện khác là màu xanh, giống như ngọn lửa khí đốt thiên nhiên màu xanh.[8]

Nguyên tử hiđrô[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Nguyên tử hiđrô

Nguyên tử hiđrô là nguyên tử của nguyên tố hydro. Nó bao gồm một electron có điện tích âm quay xung quanh prôton mang điện tích dương là hạt nhân của nguyên tử hiđrô. Điện tử và prôton liên kết với nhau bằng lực Culông.

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Hydro có 3 đồng vị tự nhiên gồm 1H, 2H3H. Các đồng vị khác có hạt nhân không bền (4H đến 7H) được tổng hợp trong phòng thí nghiệm nhưng không quan sát được trong tự nhiên.[9][10]

Hiđrô là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các đồng vị của nó. (Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu phóng xạ, các đồng vị phóng xạ nặng khác nhau cũng được đặt tên, nhưng các tên gọi này không được sử dụng, mặc dù một nguyên tố, radon, có tên gọi mà nguyên thủy được dùng chỉ cho một đồng vị của nó). Các ký hiệu D và T (thay vì H2 và H3) đôi khi được sử dụng để chỉ đơteri và triti, mặc dù điều này không được chính thức phê chuẩn. (Ký hiệu P đã được sử dụng cho phốtpho và không thể sử dụng để chỉ proti.)

  • 1H: Đồng vị phổ biến nhất của hiđrô chiếm hơn 99,98%, đồng vị ổn định này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất một prôton; vì thế trong miêu tả (mặc dù ít) gọi là proti.[11]
  • 2H: Đồng vị ổn định có tên là đơteri, với thêm một nơtron trong hạt nhân. Nó chiếm khoảng 0,0184-0,0082% của toàn bộ hiđrô (IUPAC); tỷ lệ của nó tới proti được xác định liên quan với nước tham chiếu tiêu chuẩn của VSMOW. Deuteri không có tính phóng xạ, và không thể hiện độc tính. Nước được làm giàu chứa deuteri thay vì hydro thông thường được gọi là nước nặng. Deuteri và các hợp chất của nó được dùng làm nhãn hiệu không phóng xạ trong các thí nghiệm hóa học và trong các dung môi dùng 1H-quang phổ NMR.[12] Nước nặng được dùng làm chất điều hòa nơtron và chất làm lạnh trong các lò phản ứng hạt nhân. Deuteri cũng có thể là nhiên liệu tiềm năng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại.[13]
  • 3H: Đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên là triti. Hạt nhân của nó có hai nơtron và một prôton. Nó phân rã theo phóng xạ bêtachu kỳ bán rã là 12,32 năm.[14] Do có tính phóng xạ nên nó có thể được dùng trong sơn phản quang, như trong các loại đồng hồ. Tấm thủy tinh ngăn chặn một lượng nhỏ phóng xạ thoát ra ngoài.[15] Một lượng nhỏ triti có mặt trong tự nhiên do sự phản ứng giữa các tia vũ trụ với các khí trong khí quyển; triti cũng được giải phóng trong các thử nghiệm vũ khí hạt nhân.[16] Nó được dùng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân,[17] ở dạng vết trong địa hóa đồng vị,[18] và đặc biệt trong các thiết bị tự phát sáng.[19] Triti cũng được dùng trong các thí nghiệm ghi nhãn hóa học và sinh học.[20]
  • 4H: Hiđrô-4 được tổng hợp khi bắn phá triti bằng hạt nhân đơteri chuyển động cực nhanh. Nó phân rã tạo ra bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 9,93696x10−23 giây.
  • 5H: Năm 2001 các nhà khoa học phát hiện ra hiđrô-5 bằng cách bắn phá hiđrô bằng các ion nặng. Nó phân rã tạo ra bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 8,01930x10−23 giây.
  • 6H: Hiđrô-6 phân rã tạo ra ba bức xạ nơtron và có chu kỳ bán rã 3,26500x10−22 giây.
  • 7H: Năm 2003 hiđrô-7 đã được tạo ra tại phòng thí nghiệm RIKEN ở Nhật Bản[21] bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử hêli-8 năng lượng cao với mục tiêu hiđrô lạnh và phát hiện ra các triton - hạt nhân của nguyên tử triti - và các nơtron từ sự phá vỡ của hiđrô-7, giống như phương pháp sử dụng để sản xuất và phát hiện hiđrô-5.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Phát hiện và sử dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Hiđrô (trong tiếng Pháp, hydrogène, hydr-, thân từ của hydros, tiếng Hy Lạp nghĩa là "nước", và -gène, tiếng Pháp nghĩa là "sinh", có nghĩa là "sinh ra nước" khi hợp với ôxy[22] Năm 1671, Robert Boyle đã phát hiện và miêu tả phản ứng giữa sắt và axít loãng sinh ra khí hydro.[23][24] Năm 1766, Hiđrô lần đầu tiên được Henry Cavendish phát hiện như một chất riêng biệt, và đặt tên khí từ phản ứng kim loại-axit là "khí có thể cháy".[25][26] và phát hiện năm 1781 rằng khí này tạo ra nước khi đốt. He is usually given credit for its discovery as an element.[27][28] Cavendish tình cờ tìm ra nó khi thực hiện các thí nghiệm với thủy ngân và các axít. Mặc dù ông đã sai lầm khi cho rằng hiđrô là hợp chất của thủy ngân (và không phải của axít), nhưng ông đã có thể miêu tả rất nhiều thuộc tính của hiđrô rất cẩn thận. Năm 1783, Antoine Lavoisier đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hiđrô và ôxy.[29] không ông và Laplace lập lại thí nghiệm phát hiện của Cavendish thì nước được tạo ra khi hydro bị đốt cháy.[28] Lavoisier tạo ra hydro từ các thí nghiệm nổi tiếng của ông về bảo tồn khối lượng bằng cách phản ứng của dòng hơi nước với sắt kim loại qua một sống sắt nung trên lửa. Quá trình ôxy hóa kỵ khí của sắt của các proton của nước ở nhiệt độ cao có thể được biểu diễn theo các phản ứng sau:

   Fe +    H2O → FeO + H2
2 Fe + 3 H2O → Fe2O3 + 3 H2
3 Fe + 4 H2O → Fe3O4 + 4 H2

Nhiều kim loại như zirconi trải qua phản ứng tương tự với nước tạp ra hydro.

Hydro được hóa lỏng lần đầu tiên bởi James Dewar năm 1898 bằng cách sử dụng bộ phận làm lạnh và phát minh của ông phích nước.[28] Ông đã tạo ra hydro rắng vào năm sau đó.[28] Deuteri được Harold Urey phát hiện vào tháng 12 năm 1931 bằng cách chưng cất một mẫu nước nhiều lần, với phát minh này Urey nhận giải Nobel năm 1934. Triti được Ernest Rutherford, Mark Oliphant, và Paul Harteck điều chế năm 1934.[27] Nước nặng được nhóm của Urey phát hiện năm 1932.[28] François Isaac de Rivaz đã tạo động cơ de Rivaz đầu tiên sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy hỗn hợp hydro và ôxy năm 1806. Edward Daniel Clarke đã phát minh ra ống xì hàn hydro năm 1819. Đèn Döbereinerđèn sân khấu được phát minh năm 1823.[28]

Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là khinh khí cầu, được Jacques Charles phát minh năm 1783.[28]. Hydro tạo lực nâng cho dạng du hành trên không vào năm 1852, đây là phát minh tàu hàng không dùng lực nâng hydro đầu tiên của Henri Giffard.[28] Ferdinand von Zeppelin đã thúc đẩy ý tưởng khi khí cầu cứng dùng lực nâng của hydro mà sau này được gọi là Zeppelin; khi khí cầu đầu tiên bay năm 1900.[28] Các chuyến bay trở nên thường xuyên hơn bắt đầu năm 1910 và khi nổ ra chiến tranh thế giới thứ nhất vào tháng 8 năm 1914, khi khí cầu đã vận chuyển 35.000 hành khách mà không có tai nạn nghiêm trọng. Tàu không khí lực nâng hydro được dùng làm các điểm qua sát và thả bom trong suốt cuộc chiến.

Vai trò trong thuyết lượng tử[sửa | sửa mã nguồn]

Các vạch quang phổ phát xạ trong sóng ánh sáng khả kiến theo chuỗi Balmer.

Do cấu trúc nguyên tử tương đối đơn giản của nó chỉ gồm một proton và một electron, nguyên tử hydro, cùng với quang phổ ánh sáng từ nó hoặc nó hấp thụ, là trung tâm của sự phát triển học thuết về cấu trúc nguyên tử.[30] Hơn thế nữa, sự đơn giản tương ứng của phân tử hydro và cation tương ứng H2+ cho phép hiểu biết đầy đủ hơn về các liên kết hóa học tự nhiên, sau một thời gian ngắn sau khi cơ học lượng tử của nguyên tử hydro đã được phát triển vào giữa thập niên 1920.

Một trong những hiệu ứng lượng tử đầu tiên được nhận thấy rõ ràng là quan sát của Maxwell liên quan đến hydro, nửa thế kỷ trước khi học thuyết cơ học lượng tử được phát triển toàn diện. Maxwell đã quan sát nhiệt dung riêng của H2 không thể tính được của khí hai nguyên tử dưới nhiệt độ phòng và bắt đầu ngày càng giống với khí đơn nguyên tử ở nhiệt độ đông đặc. Theo thuyết lượng tử, ứng xử này xuất phát từ khoảng cách các mức năng lượng quay (lượng tử hóa), nó làm mở rộng khoảng cách trong H2 do khối lượng thấp của nó. Các mức khoảng cách rộng này ức chế tỷ lệ bằng nhau của năng lượng nung trong chuyển động quay trong hydro ở các mức nhiệt độ thấp. Các khí hai nguyên tử bao gồm các nguyên tử nặng hơn không có các mức khoảng cách rộng này và không thể hiện cùng hiệu ứng.[31]

Trạng thái thiên nhiên[sửa | sửa mã nguồn]

Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử.[32] Nguyên tố này được tìm thấy với một lượng khổng lồ trong các ngôi sao và các hành tinh khí khổng lồ. Các đám mây phân tử của H2 liên quan đến sự hình thành sao. Hydro đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng ngôi sao thông qua phản ứng proton-proton và tổng hợp hạt nhân chu trình CNO.[33]

Trong khắp vũ trụ, hydro được tìm thấy chủ yếu ở các trạng thái nguyên tử và plasma với các tính chất khác với hydro phân tử. Ở dạng plasma, electron và proton của hydro không liên kết cùng nhau, tạo thành các chất dẫn diện rất cao và phát xạ cao. Các hạt tích điện bị ảnh hưởng cao bởi từ trường và điện trường. Ví dụ, gió mặt trời tương tác với từ quyển của Trái Đất làm tăng dòng Birkeland và Aurora. Hydro được phát hiện ở trạng thái nguyên tử trung hòa điện trong các môi trường liên sao. Một lượng lớn hydro trung hòa được tìm thấy trong các hệ Lyman-alpha bị hãm được cho là thống trị mật độ baryon vũ trụ của Vũ trụ đến dịch chuyển đỏ z=4.[34]

Tuy vậy, trên Trái Đất nó có rất ít trong khí quyển (1 ppm theo thể tích). Tuy nhiên, hydro là nguyên tố phổ biến thứ 3 trên bề mặt Trái Đất,[35] chủ yếu là ở dạng hợp chất hóa học như nước và hydrocacbon.[14] Hydro được tạo ra bởi một số vi khuẩn và tảo và là thành phần tự nhiên của trung tiện như ở dạng mêtan, là nguồn hydro có độ quan trọng ngày càng cao.[36] Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên. Mêtan (CH4) là một nguồn quan trọng của hiđrô. Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn như tại trung tâm của các hành tinh khí khổng lồ (như Sao Mộc), các phân tử hiđrô mất đặc tính của nó và hiđrô trở thành một kim loại (xem hiđrô kim loại). Dưới áp suất cực thấp, như trong khoảng không vũ trụ, hiđrô có xu hướng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt, đơn giản vì không có cách nào để chúng liên kết với nhau; các đám mây H2 tạo thành và được liên kết trong quá trình hình thành các ngôi sao.

Hydro đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng prôton-prôton và chu trình cacbon - nitơ. (Đó là các phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng khổng lồ thông qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành một nguyên tử hêli.)

Điều chế, sản xuất[sửa | sửa mã nguồn]

Trong phòng thí nghiệm, hiđrô được điều chế bằng phản ứng của axít với kim loại, như kẽm chẳng hạn. Để sản xuất công nghiệp có giá trị thương mại nó được điều chế từ khí thiên nhiên. Điện phân nước là biện pháp đơn giản nhưng không kinh tế để sản xuất hàng loạt hiđrô. Các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra những phương pháp điều chế mới như sản xuất hiđrô sinh học sử dụng quá trình quang phân ly nước ở tảo lục hay việc chuyển hóa các dẫn xuất sinh học như glucôda hay sorbitol ở nhiệt độ thấp bằng các chất xúc tác mới.

Hiđrô có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau: hơi nước qua than (cacbon) nóng đỏ, phân hủy hiđrôcacbon bằng nhiệt, phản ứng của các bazơ mạnh (kiềm) trong dung dịch với nhôm, điện phân nước hay khử từ axít loãng với một kim loại (có khả năng đẩy hiđrô từ axít) nào đó.

Việc sản xuất thương mại của hiđrô thông thường là từ khí tự nhiên được xử lý bằng hơi nước nóng. Ở nhiệt độ cao (700-1.100 °C), hơi nước tác dụng với mêtan để sinh ra mônôxít cacbon và hiđrô.

CH4 + H2O → CO + 3 H2

Điện phân dung dịch có màng ngăn:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2

Điện phân nước:

2H2O → 2H2 + O2

Lượng hiđrô bổ sung có thể thu được từ mônôxít cacbon thông qua phản ứng nước-khí sau:

CO + H2O → CO2 + H2

Hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Là nhẹ nhất trong mọi chất khí, hiđrô liên kết với phần lớn các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất. Nó có độ điện âm 2,2 vì thế nó tạo ra hợp chất ở những chỗ mà nó là nguyên tố mang tính phi kim loại nhiều hơn (1) cũng như khi nó là nguyên tố mang tính kim loại nhiều hơn (2). Các chất loại đầu tiên gọi là hiđrua, trong đó hiđrô hoặc là tồn tại dưới dạng ion H- hay chỉ là hòa tan trong các nguyên tố khác (chẳng hạn như hiđrua palađi). Các chất loại thứ hai có xu hướng cộng hóa trị, khi đó ion H+ là một hạt nhân trần và có xu hướng rất mạnh để hút các điện tử vào nó. Các dạng này là các axít. Vì thế thậm chí trong các dung dịch axít người ta có thể tìm thấy các ion như hiđrôni (H3O+) cũng như prôton.

Hiđrô kết hợp với ôxy tạo ra nước, H2O và giải phóng ra năng lượng, nó có thể nổ khi cháy trong không khí. Ôxít đơteri, hay D2O, thông thường được nói đến như nước nặng. Hiđrô cũng tạo ra phần lớn các hợp chất với cacbon. Vì sự liên quan của các chất này với các loại hình sự sống nên người ta gọi các hợp chất này là các chất hữu cơ, việc nghiên cứu các thuộc tính của các chất này thuộc về hóa hữu cơ.

Các phản ứng sinh học[sửa | sửa mã nguồn]

H2 là một sản phẩm của nhiều kiểu trao đổi chất kỵ khí và được nhiều dạng vi sinh vật sinh ra, thường thông qua các phản ứng có xúc tác các enzym chứa sắt hoặc nickel được gọi là hydrogenase. Các enzyme này xúc tác phản ứng ôxy hóa khử thuận nghịch giữa H2 và 2 proton và 2 electron của nó. Sự tạo thành khí hydro xảy ra khi chuyển dịch cân bằng theo hướng khử được tạo ra trong khi lên men pyruvate đối với nước.[37]

Việc phân cắt phân tử nước thành các proton, electron, và ôxy xảy ra trong các phản ứng phụ thuộc sáng trong tất cả các sinh vật quang hợp. Một số sinh vật này bao gồm cả tảo Chlamydomonas reinhardtiivi khuẩn lam, đã tiến hóa hai bước trong các phản ứng tối mà trong đó các proton và electron bị khử để tạo ra khí H2 bởi các enzym biệt hóa trong lục lạp.[38] Nhiều nỗ lực đã được thực hiện để can thiệp về mặt di truyền của các enzym vi khuẩn lam để tổng hợp một cách hiệu quả khí H2 thậm chí có mặt ôxy.[39] Những nỗ lực cũng đã thực hiện đối với gen của tảo trong phản ứng sinh học.[40]

Cảnh báo[sửa | sửa mã nguồn]

Hiđrô là một chất khí dễ bắt cháy, nó cháy khi mật độ chỉ có 4%. Nó có phản ứng cực mạnh với cloflo, tạo thành các axít hiđrôhalic có thể gây tổn thương cho phổi và các bộ phận khác của cơ thể. Khi trộn với ôxy, hiđrô nổ khi bắt lửa. Hidro cũng có thể nổ khi có dòng điện đi qua.

Hydro biểu hiện một số mối nguy hiểm đối với sự an toàn của con người như khả năng cháy, nổ khi trộn với không khí với ôxy tự do.[41] Ngoài ra, hydro lỏng là một hỗn hợp lạnh và thể hiện các mối nguy hiểm (như làm tê cóng) liên quan đến chất lỏng rất lạnh.[42] Hydro hòa tan trong nhiều kim loại, và khi rò rỉ có thể có những ảnh hưởng xấu đến các kim loại như tính giòn do hydro,[43] làm rạn nứt và gây nổ.[44] Khí hydro rò rỉ vào không khí có thể tự cháy. Hơn thế nữa, hydro cháy khi nhiệt độ rất cao hầu như không nhìn thấy và điều này có thể gây bỏng.[45]

Thậm chí việc giải đoán dữ liệu hydro (bao gồm cả dữ liệu an toàn) vẫn chưa rõ ràng bở một số hiện tượng. Nhiều tính chất vật lý và hóa học của hydro phụ thuộc tỷ số đồng phân spin parahydro/orthohydron (nó thường mất vài ngày hoặc vài tuần ở một nhiệt độ cho trước để đạt đến tỉ số cân bằng, từ đó mới lấy được số liệu). Các thông số cháy nổ hydro như áp suất và nhiệt độ ngưỡng cháy nổ, phụ thuộc mạnh vào hình dạng của vật thể chứa chúng.[41]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ 286 kJ/mol: năng lượng/một mol vật liệu cháy (phân tử hydro)

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Simpson, J.A.; Weiner, E.S.C. (1989). “Hydrogen”. Oxford English Dictionary 7 (ấn bản 2). Clarendon Press. ISBN 0-19-861219-2. 
  2. ^ Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic chemistry. Academic Press. tr. 240. ISBN 0123526515. 
  3. ^ “Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 81). CRC Press. 
  4. ^ “Dihydrogen”. O=CHem Directory. University of Southern Maine. Truy cập ngày 6 tháng 4 năm 2009. 
  5. ^ 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. 
  6. ^ 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. tr. 240. ISBN 0-309-09163-2. 
  7. ^ Patnaik, P (2007). A comprehensive guide to the hazardous properties of chemical substances. Wiley-Interscience. tr. 402. ISBN 0-471-71458-5. 
  8. ^ hydrogen flame visibility
  9. ^ Gurov, Yu. B.; Aleshkin, D. V.; Behr, M. N.; Lapushkin, S. V.; Morokhov, P. V.; Pechkurov, V. A.; Poroshin, N. O.; Sandukovsky, V. G.; Tel'kushev, M. V.; Chernyshev, B. A.; Tschurenkova, T. D (2004). “Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei”. Physics of Atomic Nuclei 68 (3): 491–97. Bibcode:2005PAN....68..491G. doi:10.1134/1.1891200. 
  10. ^ Korsheninnikov, A.; Nikolskii, E.; Kuzmin, E.; Ozawa, A.; Morimoto, K.; Tokanai, F.; Kanungo, R.; Tanihata, I. và đồng nghiệp (2003). “Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He”. Physical Review Letters 90 (8): 082501. Bibcode:2003PhRvL..90h2501K. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501. 
  11. ^ Urey, Harold C.; Brickwedde, F. G.; Murphy, G. M. (1933). “Names for the Hydrogen Isotopes”. Science 78 (2035): 602–603. Bibcode:1933Sci....78..602U. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765. 
  12. ^ Oda, Y; Nakamura, H.; Yamazaki, T.; Nagayama, K.; Yoshida, M.; Kanaya, S.; Ikehara, M. (1992). “1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids”. Journal of Biomolecular NMR 2 (2): 137–47. doi:10.1007/BF01875525. PMID 1330130. 
  13. ^ Broad, William J. (11 tháng 11 năm 1991). “Breakthrough in Nuclear Fusion Offers Hope for Power of Future”. The New York Times. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2008. 
  14. ^ a ă Miessler, Gary L.; Tarr, Donald A. (2003). Inorganic Chemistry (ấn bản 3). Prentice Hall. ISBN 0-13-035471-6. 
  15. ^ The Elements, Theodore Gray, Black Dog & Leventhal Publishers Inc., 2009
  16. ^ Staff (15 tháng 11 năm 2007). “Tritium”. U.S. Environmental Protection Agency. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2008. 
  17. ^ Nave, C. R. (2006). “Deuterium-Tritium Fusion”. HyperPhysics. Georgia State University. Truy cập ngày 8 tháng 3 năm 2008. 
  18. ^ Kendall, Carol; Caldwell, Eric (1998). Fundamentals of Isotope Geochemistry. US Geological Survey. Truy cập ngày 8 tháng 3 năm 2008. 
  19. ^ “The Tritium Laboratory”. University of Miami. 2008. Truy cập ngày 8 tháng 3 năm 2008. 
  20. ^ Holte, Aurali E.; Houck, Marilyn A.; Collie, Nathan L. (2004). “Potential Role of Parasitism in the Evolution of Mutualism in Astigmatid Mites”. Experimental and Applied Acarology (Lubbock: Texas Tech University) 25 (2): 97–107. doi:10.1023/A:1010655610575. 
  21. ^ [1]
  22. ^ [2]
  23. ^ Boyle, Robert "Tracts written by the Honourable Robert Boyle containing new experiments, touching the relation betwixt flame and air..." (London, England: 1672).
  24. ^ Winter, Mark (2007). “Hydrogen: historical information”. WebElements Ltd. Truy cập ngày 5 tháng 2 năm 2008. 
  25. ^ “Why did oxygen supplant phlogiston? Research programmes in the Chemical Revolution – Cambridge Books Online – Cambridge University Press”. Truy cập ngày 22 tháng 10 năm 2011. 
  26. ^ Just the Facts—Inventions & Discoveries, School Specialty Publishing, 2005
  27. ^ a ă “Hydrogen”. Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. 2005. tr. 797–799. ISBN 0-471-61525-0. 
  28. ^ a ă â b c d đ e ê Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. tr. 183–191. ISBN 0-19-850341-5. 
  29. ^ Stwertka, Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. tr. 16–21. ISBN 0-19-508083-1. 
  30. ^ Crepeau, Bob (1 tháng 1 năm 2006). “Niels Bohr: The Atomic Model”. Great Scientific Minds (Great Neck Publishing). ISBN 1-4298-0723-7. 
  31. ^ Berman, R.; Cooke, A. H.; Hill, R. W. (1956). “Cryogenics”. Annual Review of Physical Chemistry 7: 1–20. Bibcode:1956ARPC....7....1B. doi:10.1146/annurev.pc.07.100156.000245. 
  32. ^ Gagnon, Steve. “Hydrogen”. Jefferson Lab. Truy cập ngày 5 tháng 2 năm 2008. 
  33. ^ Haubold, Hans; Mathai, A. M. (15 tháng 11 năm 2007). “Solar Thermonuclear Energy Generation”. Columbia University. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2008. 
  34. ^ Storrie-Lombardi, Lisa J.; Wolfe, Arthur M. (2000). “Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas”. Astrophysical Journal 543 (2): 552–576. arXiv:astro-ph/0006044. Bibcode:2000ApJ...543..552S. doi:10.1086/317138. 
  35. ^ Dresselhaus, Mildred et al. (15 tháng 5 năm 2003). “Basic Research Needs for the Hydrogen Economy” (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory. Truy cập ngày 5 tháng 2 năm 2008. 
  36. ^ Berger, Wolfgang H. (15 tháng 11 năm 2007). “The Future of Methane”. University of California, San Diego. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2008. 
  37. ^ Cammack, Richard; Robson, R. L. (2001). Hydrogen as a Fuel: Learning from Nature. Taylor & Francis Ltd. tr. 202–203. ISBN 0-415-24242-8. 
  38. ^ 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. doi:10.1074/jbc.M503840200. PMID 16100118. 
  39. ^ Smith, H. O.; Xu, Q (2005). “IV.E.6 Hydrogen from Water in a Novel Recombinant Oxygen-Tolerant Cyanobacteria System” (PDF). FY2005 Progress Report. United States Department of Energy. Truy cập ngày 5 tháng 2 năm 2008. 
  40. ^ Williams, Chris (24 tháng 2 năm 2006). “Pond life: the future of energy”. Science (The Register). Truy cập ngày 24 tháng 3 năm 2008. 
  41. ^ a ă Brown, W. J. et al. (1997). “Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems” (PDF). NASA. Truy cập ngày 5 tháng 2 năm 2008. 
  42. ^ “Liquid Hydrogen MSDS” (PDF). Praxair, Inc. September năm 2004. Truy cập ngày 16 tháng 4 năm 2008. 
  43. ^ “'Bugs' and hydrogen embrittlement”. Science News (Washington, D.C.) 128 (3): 41. 20 tháng 7 năm 1985. doi:10.2307/3970088. JSTOR 3970088. 
  44. ^ Hayes, B. “Union Oil Amine Absorber Tower”. TWI. Truy cập ngày 29 tháng 1 năm 2010. 
  45. ^ “Hydrogen Safety”. Humboldt State University. Truy cập ngày 22 tháng 7 năm 2014. 

Đọc thêm[sửa | sửa mã nguồn]

  • Chart of the Nuclides (ấn bản 17). Knolls Atomic Power Laboratory. 2010. ISBN 978-0-9843653-0-2. 
  • Ferreira-Aparicio, P; M. J. Benito, J. L. Sanz (2005). “New Trends in Reforming Technologies: from Hydrogen Industrial Plants to Multifuel Microreformers”. Catalysis Reviews 47 (4): 491–588. doi:10.1080/01614940500364958. 
  • Newton, David E. (1994). The Chemical Elements. New York: Franklin Watts. ISBN 0-531-12501-7. 
  • Rigden, John S. (2002). Hydrogen: The Essential Element. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press. ISBN 0-531-12501-7. 
  • Romm, Joseph, J. (2004). The Hype about Hydrogen, Fact and Fiction in the Race to Save the Climate. Island Press. ISBN 1-55963-703-X.  at Global Public Media.
  • Scerri, Eric (2007). The Periodic System, Its Story and Its Significance,. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-530573-6. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]