استمتع بهذه الحقائق الرائعة عن الهيدروجين وتعرف على المزيد حول الاستخدامات والخصائص والتاريخ المثير للاهتمام وراء العنصر الأكثر شيوعًا في الكون.
استكشف مجموعة واسعة من المعلومات التي تغطي كل شيء بدءًا من الخواص الكيميائية للهيدروجين وحتى استخدامه في أحدث تقنيات محركات المركبات التي تعمل بخلايا الوقود.
الرمز الكيميائي للهيدروجين هو H. وهو عنصر ذو العدد الذري 1، مما يعني أن الهيدروجين يحتوي على بروتون واحد في نواته.
الهيدروجين هو العنصر الكيميائي الأخف والأبسط والأكثر وفرة في الكون، ويشكل حوالي 75% من كتلته العنصرية.
ويوجد الهيدروجين بكميات كبيرة في الكواكب الغازية والنجوم العملاقة، ويلعب دورًا رئيسيًا في توفير الطاقة للنجوم من خلال تفاعلات الاندماج.
الهيدروجين هو أحد عنصرين مهمين موجودين في الماء (H2O). يتكون كل جزيء ماء من ذرتين هيدروجين مرتبطتين بذرة أكسجين واحدة.
في عام 1766، أثناء التفاعل الحمضي للمعدن، اعترف هنري كافنديش رسميًا لأول مرة بالهيدروجين. وفي عام 1781، اكتشف أيضًا أن الهيدروجين يطلق الماء عند احتراقه. في حين أن كافنديش عادة ما يُنسب إليه الفضل في اكتشاف الهيدروجين كعنصر، فقد تم إنتاجه في وقت سابق من قبل العلماء الذين لم يكونوا على علم بالهيدروجين كعنصر كيميائي فريد.
وبعد سنوات قليلة فقط (1783) حصل الهيدروجين على اسمه. كلمة الهيدروجين مشتقة من الكلمة اليونانية هيدرو (التي تعني الماء) والجينات (التي تعني الخالق).
يحتوي غاز الهيدروجين على الصيغة الجزيئية H2. في درجة حرارة الغرفة وتحت ظروف الضغط العادية، الهيدروجين هو غاز لا طعم له، عديم الرائحة، وعديم اللون.
يمكن أن يتواجد الهيدروجين كسائل تحت ضغط مرتفع ودرجة حرارة منخفضة للغاية تبلغ 20.28 كلفن (-252.87 درجة مئوية، -423.17 درجة فهرنهايت). غالبًا ما يتم تخزين الهيدروجين بهذه الطريقة لأن الهيدروجين السائل يشغل مساحة أقل من الهيدروجين في شكله الغازي الطبيعي. ويستخدم الهيدروجين السائل أيضًا كوقود للصواريخ.
تحت الضغط الشديد، يمكن للهيدروجين أيضًا أن يمر بمرحلة انتقالية إلى حالة تعرف باسم الهيدروجين المعدني. تستمر الأبحاث المعملية في هذا المجال حيث يواصل العلماء جهودهم لإنتاج الهيدروجين المعدني تحت درجة حرارة منخفضة وضغط ثابت.
يتم استخدام الهيدروجين لتشغيل عدد من مركبات الوقود البديل الجديدة. ويتم تحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين من خلال طريقة احتراق مشابهة للمحركات الحالية، أو في خلية الوقود التي تنتج الماء والكهرباء من خلال تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين.
يستكشف المهندسون ومصنعو السيارات إمكانية استخدام الهيدروجين كوقود فعال وفعال للسيارات. أحد الاحتمالات هو تخزين الهيدروجين في حالة صلبة في خزانات وقود السيارات. وفي حين أن هناك العديد من التحديات التي تواجه هذه العملية، إلا أنها ستسمح بزيادة تخزين الهيدروجين في المركبات، مما يسمح لها بالتزود بالوقود لفترة أطول قبل إعادة التزود بالوقود.
بيروكسيد الهيدروجين مركب كيميائي له الصيغة الجزيئية H2O2. وغالبا ما يستخدم كمبيض أو منظف للشعر. ويمكن استخدامه أيضًا بتركيزات معينة لتنظيف الجروح.
تم استخدام الهيدروجين في السفر الجوي منذ عام 1852، عندما تم إنشاء أول منطاد هيدروجيني على يد هنري جيفارد. في وقت لاحق، تم تسمية المناطيد التي تستخدم الهيدروجين بالمناطيد، وعلى الرغم من أنها كانت موثوقة وآمنة، فقد توقف استخدامها في معظم الحالات بعد وقت قصير من كارثة هيندنبورغ في عام 1937. تم تدمير منطاد هيندنبورغ في حريق في الجو فوق نيوجيرسي، وتم تصويره وبثه على الهواء مباشرة على الراديو.
يستخدم الهيدروجين بشكل شائع في الصناعات البترولية والكيميائية، كما يستخدم على نطاق واسع في العديد من مجالات الفيزياء والهندسة، مثل اللحام أو كمبرد.
يمكن أن يكون الهيدروجين خطيرًا على البشر بسبب الحرائق التي يمكن أن تبدأ عندما يختلط بالهواء، وعدم قدرتنا على التنفس في شكله النقي الخالي من الأكسجين، وحالته السائلة شديدة البرودة.
- ما هي أضرار استخدام الهيدروجين...
- ما هو العنصر الكيميائي الذي يحتوي على أقل...
على مدار العشرين عامًا الماضية، كانت هناك عدة عمليات تشغيل وتوقف للمركبات التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني (FCVs) قبل أن تبدأ فعليًا بالقيادة على الطرق. بمجرد أن أعلنت تويوتا عن إطلاق سيارتها الهيدروجينية ميراي، تبعتها بسرعة هيونداي وتوكسون وأودي.
هل توافق على أن وقود الهيدروجين هو الحل الأفضل لإنهاء اعتمادنا على الوقود الأحفوري، أو ربما أنت متشكك في ذلك. هل الهيدروجين أنظف حقًا من أنواع الوقود الأخرى؟
فيما يلي بعض الحقائق الممتعة التي يجب أن تعرفها عن وقود الهيدروجين ومحركات FCV:
1. الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون (رغم أنه، لسوء الحظ، ليس من السهل العثور عليه في شكله النقي على الأرض).
2. كان الهيدروجين هو الغاز الرئيسي المستخدم للإضاءة لعدة قرون (إلى جانب الغازات الأخرى)، قبل فترة طويلة من ظهور المصابيح الكهربائية.
3. بدأت تويوتا العمل مع تكنولوجيا خلايا الوقود منذ 20 عامًا. في نفس الوقت تقريبًا، بدأ مشروع بريوس الهجين للغاز والكهرباء.
4. أعطت تويوتا مهندسيها 36 شهرًا لتجهيز سيارة بريوس الهجينة.
5. في منتصف التسعينيات، رفض بعض الخبراء التكنولوجيا الهجينة باعتبارها أي شيء آخر غير تجربة علمية ومهمة حمقاء. تُقال أشياء مماثلة حاليًا عن خلايا الوقود FCV
6. لا أحد يتوقع أن يكون هناك تحول متزامن إلى نقل الهيدروجين. لقد استغرق الأمر ما يقرب من 10 سنوات حتى تحظى السيارات الهجينة مثل بريوس بقبول واسع النطاق. تم بيع مليون سيارة هجينة فقط في العالم خلال هذه السنوات العشر. ومن المخطط بيع حوالي 7 ملايين وحدة خلال السنوات القليلة المقبلة.
7. لا تتوقع شركات صناعة السيارات الهيدروجينية أن تكون بديلاً للسيارات الهجينة الحالية التي تعمل بالغاز/الكهرباء، أو السيارات الكهربائية، أو حتى محركات البنزين القياسية. إنهم يعتبرونها خيارًا آخر للأشخاص الذين يريدون أن يعيشوا أسلوب حياة أخضر.
8. يمكن تصنيع وقود الهيدروجين من مصادر عديدة، بما في ذلك طاقة الرياح والطاقة الشمسية وحتى طاقة القمامة، وليس فقط الغاز الطبيعي.
9. محطة الهيدروجين فاونتن فالي في نيوبورت بيتش، كاليفورنيا، حيث يتم تزويد سيارة ميراي لاختبار الهيدروجين بالوقود، تحصل على الوقود من المجاري. يقوم النظام بتحويل مياه الصرف الصحي الخام إلى كهرباء وحرارة وهيدروجين قبل إرسال المياه المعالجة إلى المحيط الهادئ.
10. يمكن تخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح الزائدة التي يتم إهدارها عادة كوقود هيدروجين. تمتلك الدنمارك فائضًا من طاقة الرياح وتقوم بنشاط بتنفيذ محطات التزود بالوقود الهيدروجيني.
11. ويجري الآن تطوير التقنيات التي من شأنها احتجاز ثاني أكسيد الكربون الناتج أثناء إنتاج وقود الهيدروجين قبل إطلاقه في الغلاف الجوي.
12. عند ضغطه، يكون الهيدروجين كثيفًا جدًا ويسهل نقله.
13. يوفر الهيدروجين طاقة أكثر كثافة من البنزين. يكفي ما يزيد قليلاً عن 5 كيلوغرامات من الهيدروجين لسيارة سيدان كاملة الحجم لمسافة 500 كيلومتر تقريبًا.
14. 1 كجم من الهيدروجين يعادل تقريبًا 3.8 لترًا من البنزين.
15. التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين الذي ينتج الكهرباء ينتج عنه الماء أيضًا. يتم إطلاق هذا الماء على شكل بخار من أنبوب العادم، ويتم تطهيره تلقائيًا من الخزانات بشكل دوري. يمكنك أيضًا إطلاق الماء بمفتاح قبل ركن السيارة في درجات حرارة أقل من الصفر لمنعها من التجمد في الأنابيب.
16. هناك الكثير من دول العالم تحاول التحول إلى وقود الهيدروجين:
وتخطط ألمانيا لزيادة محطات تعبئة الهيدروجين الحالية البالغ عددها 15 محطة إلى 50 محطة في عام 2015، و100 في عام 2020.
وتهدف اليابان إلى زيادة عدد محطاتها من 17 إلى 100 محطة في عام 2016، بدعم حكومي كبير.
وتهدف كوريا إلى أن يكون لديها أكثر من 160 محطة بحلول عام 2020.
سيكون لدى المملكة المتحدة 15 محطة بحلول عام 2015، مع نية زيادة العدد إلى 65 في عام 2020.
وتهدف الدنمارك إلى إنشاء 15 محطة جديدة بحلول عام 2020 كجزء من برنامج وطني لشبكة الطاقة المتجددة باستخدام فائض طاقة الرياح لديها.
17. على مدى السنوات الثلاث المقبلة أو نحو ذلك، تخطط شركات صناعة السيارات لتوفير وقود الهيدروجين مجانا لعملائها. وتبلغ التكلفة المتوقعة لوقود الهيدروجين حوالي 10 دولارات للكيلوغرام الواحد في السوق الأمريكية. على الرغم من أنه بالنسبة لمعظم البلدان، لا يزال هذا أرخص من التكلفة المعادلة للبنزين.
18. يبلغ وزن سيارة ميراي 100-150 كيلوجرام فقط من سيارة كامري الهجين الحالية، وأخف بكثير من السيارات الكهربائية التي يصل مداها إلى 300 كيلومتر. ويعمل صانعو السيارات أيضًا على تقليل وزن خلايا الوقود.
19. محركات الهيدروجين قابلة للتطوير، مما يعني أنه يمكن استخدامها للمركبات الكبيرة مثل الحافلات والشاحنات والرافعات الشوكية. لا تنطبق أنظمة البطاريات الخاصة بالمركبات الكهربائية على المركبات الكبيرة.
20. خزانات الهيدروجين الموجودة على متن الطائرة مصنوعة من ألياف منسوجة شديدة التحمل على أنوال مشابهة لأنوال شركة تويوتا عام 1926.
21. خزانات وقود الهيدروجين مضادة للرصاص. الرصاصة التي تمكنت من اختراق الدبابة كانت من عيار 50، مستديرة، ولم يتم إطلاقها إلا بعد إطلاقها مرتين في نفس المكان. استأجرت تويوتا قناصة عسكريين سابقين لإطلاق هذه الرصاصات.
22. يتم تخزين الهيدروجين في الخزانات عند ضغط يصل إلى 10000 رطل لكل بوصة مربعة.
23. أكد كل اختبار تصادم أن هيكل خلية الوقود والخزانات كان أقوى من الهياكل الفولاذية المحيطة بها. تم تدمير الفولاذ قبل الدبابة.
24. أجرت تويوتا أكثر من مليون اختبار في درجات حرارة تتراوح من سالب إلى +40 درجة لاختبار الأداء في الظروف القاسية.
25. تحتاج محركات الهيدروجين إلى العمل لمدة 5000 ساعة أو 240000 كيلومتر قبل أن تحتاج إلى الاستبدال.
كان عنصر "الهيدروجين" أول من "زار" الجدول الدوري. العنصر الأكثر شهرة وانتشارا في الكون، مترجم من اللاتينية يعني “توليد الماء”.
نقدم لك حقائق مثيرة للاهتمام حول الهيدروجين
1). الاسم الذي يمكن أن يطلق على الهيدروجين في الاستخدام البشري هو "بسيط مثل قشر الكمثرى".
2). وفي عام 1766، تم الاعتراف بالعنصر في العلوم بفضل هنري كافنديش. أجرى اختبارًا حيث قام بدمج الغاز مع البيئة الحمضية للمعادن الأخرى.
3). هل تعلم أن هذا العنصر في "الاتساق" السائل يشغل مساحة أقل بكثير من العنصر المتطاير المعتاد. بالمناسبة، هذه هي الطريقة التي يتم تخزينها في الصناعة.
4). تخيل أنك لو قمت بربط 100 مليون ذرة من سلسلة "توليد الماء" في سلسلة واحدة، سيكون طول الأخيرة 1 سم فقط!
5). تختلف حالتا الهيدروجين تمامًا في كثافتهما. وبالتالي، فإن العنصر الذي يكون على شكل غاز هو الأقل كثافة بين جميع العناصر، لكن الهيدروجين السائل، على العكس من ذلك، هو الأكثر كثافة.
6). فيما يلي بعض الحقائق الأكثر إثارة للاهتمام حول الهيدروجين. هل تعلم أن 1 لتر من غاز الهيدروجين يساوي 0.08988 جرام فقط؟
7). هناك أيضًا "شائعة" مثيرة للاهتمام بين الناس حول الهيدروجين. يقولون إن مندليف كان يحاول باستمرار أن يثبت لزوجته أن هذا العنصر هو الذي يجب أن يحتل مكانًا مشرفًا للأولوية في الطاولة، وليس هي والطفل.
نعم رجل العلم رجل غير مفهوم للناس.
8). هل تعلم أن الشمس تتكون من أكثر من نصف الهيدروجين؟
9). فعندما يتحد الهيدروجين والأكسجين يتم الحصول على "خليط قابل للاشتعال"، وهو في هذه الحالة "غاز متفجر". عندما تكون متوافقة، يحدث انفجار مائي.
11 حتى أن هناك سيارة تستخدم وقود الهيدروجين. قام طلاب من جامعة أستون بإنشاء واحد وكانوا على حق. لقد فازت هذه السيارة بالفعل بالسباقات التي أنشأتها شركة شل خصيصًا للسيارات الصديقة للبيئة. على الرغم من أن المنافسين لا يتخلفون عن الركب أيضًا.
12). يدعي ممثلو البحرية الأمريكية أنهم تعلموا الحصول على الوقود من مياه البحر وسيتمكنون قريبًا من زيادة الاستقلالية والفعالية القتالية لسفنهم بشكل كبير. أساس الحصول على الوقود هو استخلاص الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون من مياه البحر ثم تحويل هذه المكونات إلى وقود هيدروكربوني سائل.
وقد تم بالفعل إجراء الاختبار الأول لهذا الوقود على طائرة نموذجية طائرة.
في النصف الأول من القرن، تم بناء عدد كبير من الطائرات الأخف من الهواء - المناطيد - في بلدان مختلفة.
المناطيد عبارة عن بالونات يتم التحكم فيها بقشرة على شكل سيجار مملوءة بالهيدروجين. يضمن الحجم الكبير للهيدروجين الموجود في الغلاف القدرة الاستيعابية العالية لهذه المناطيد. ترى في الصورة إحدى أولى المناطيد الصغيرة، لكن أكبر مناطيد الركاب في الثلاثينيات من القرن العشرين يمكنها نقل ما يصل إلى 100 شخص لمسافات طويلة جدًا. تحتوي هذه الطائرات على كبائن مريحة، ومطاعم، وحمامات، وأسطح للتنزه، وما إلى ذلك. قامت هذه المناطيد برحلات منتظمة من أوروبا إلى أمريكا.
ومع ذلك، فإن الكمية الكبيرة من الطاقة المنبعثة في تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين محفوفة بخطر كبير. في 6 مايو 1937، انفجرت أكبر منطاد ركاب في العالم، "هيندنبورغ"، التي طارت من ألمانيا إلى نيوجيرسي (الولايات المتحدة الأمريكية)، وتحطمت على الأرض من شرارة انزلقت بين صاري الإرساء وبدن المنطاد. الصورة أدناه تلتقط هذه اللحظة المأساوية. وبسبب هذه الكارثة إلى حد كبير، توقف بناء مناطيد الركاب قريبًا.
حاليا، لا يستخدم الهيدروجين لملء البالونات وغيرها من الطائرات الأخف من الهواء. ولهذه الأغراض، يتم استخدام غاز الهيليوم الأكثر تكلفة ولكنه آمن.
يحتل المركز الأول في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية لمندليف ويرمز له بالرمز H.
اقرأ المقال وانتقل إلى الموقع www.h2miraclewater-russia.ru لمزيد من المعلومات حول جهاز الهيدروجين والماء الهيدروجيني.