Hidrojen; hekimin elinde bir bisturi, katşehrin elinde bir bıçak olabilecek kalitede dünyada en çok bulunan element ve gazdır.
Hidrojen, yeryüzündeki en hafif, en kolay ve en bol bulunan elementtir. Düzeyin temel enerji kaynağıdır ve takribî yüzde 75’ini oluşturur. Öğrenilen tam yakıtlar arasında azami enerji içeriğine sahip olan hidrojen, özellikle erişim vasıtaları için seçenek bir enerji kaynağıdır. Makûs emellerle kullanıldığında bir katvasıtayı da olabilir. Yaşamımızda ehemmiyetli bir yer meblağ hidrojenin hikâyesi oldukça uzun…
Tarihçesi
Hidrojen, Osmanlıca “su yapan” anlamındaki müvellidülmâ sözcüğünün karşılığıdır. Yunanca da yeniden “su yapan” anlamındaki “hidrogenes” sözcüğü ile ifade edilir. Hidrojen 1500’lü senelerde keşfedilmiş, 1700’lü senelerde yanma özelliği fark edilmiş bir gazdır.
Hidrojenin gelişimiyle alakalı bazı tarihler şöyle;
İlk olarak 16. asırda İsviçreli alşimici Paracelsus, asitlerin metaller üzerindeki tesirlerine müteveccih araştırmaları sırasında hidrojeni elde etti.İngiliz kimyacı Henry Cavendish ise, 1776 senesinde hidrojenin kaliteyi, fiziksel ve kimyasal özellikleri gibi mevzularda çalışmalar yaptı. Suyun oksijen ve hidrojenden alana geldiğini kanıtlayan Cavendish, hidrojeni “yanan hava” olarak adlandırdı, element olduğunu ispatladı.
Fransız kimyager ve fizikçi Antonie-Laurent de Lavoisier, 1781 senesinde bu yanan gaza “hidrojen” ismini verdi.
1782’de Jacques Charles tarafından ilk hidrojen gazı elde edildi.
1800 senesinde İngiliz bilim adamları William Nicholson ve Anthony Carlisle suya elektrik akımı uygulayarak başka bir deyişle elektroliz usulü ile hidrojen gazı üretildi.
1898 senesinde akışkanlaştırılan hidrojen, 1929 senesinde saf olarak elde edildi.
İlk hidrojen bombası 1954 senesinde Amerika Birleşik Devletleri’nin Bikini Atoll’daki patlatıldı ve bir isme yok oldu. Sınama sırasında 1,6 km çapında ve 6 metre derinliğinde çukur oluştu.
Hidrojen enerjisi ile alakalı çalışmalar 1955 senesinde başladı.
1980’li senelerde de hidrojen prosesleri büyümeye başladı.
Geçmişte balonlar ve zeplin ismi hava vasıtalarında hidrojen kullanılırdı. Ancak çok riskli olduğu için ve çok yer kapladığı için helyum gazına dönüldü.
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Hidrojenin kimyasal simgeyi “H”dir. Atom numarası 1, atom ağırlığı 1,008’dir. Element tablosunun 1-A grubunda yer alır. Alkali metal olmamasına karşın alkali metal grubunda yer alır. Bunun sebebi, periyodik cetvelde +1 kıymetlikli olmasıdır. Yalnızca bir katmanı vardır. Ergime noktası -257 derece, kaynama noktası -253 derecedir. Kaynama noktasında akışkan hale getirilebilir. Tatsız, renksiz, kokusuz, zehirsiz bir gazdır. Havadan 14,4 kat daha hafiftir.
İndirgen bir özelliğe sahip gazdır. Metal oksitleri metale indirgeyebilir. Mermi ve bakır gibi kıymetli metallerin oksitlerini indirger. İki atomlu moleküler bir yapıya sahiptir. Hidrojen molekülünden özgür hidrojen atomu elde etmek için çok büyük enerji gerekir. Hidrojen atomları arasında kovalent bağ vardır. Bileşikleri bakımından en zengin ametal elementtir. Asal gazlar hariç tam elementlerle tepkine girebilir. Alkali metaller, kalsiyum ve baryum gibi elementlerle iyonik bileşikler oluşturur. Flor, brom, krom ve iyotla yaptığı bileşiklerin sudaki çözeltileri asidi alana getirir. Suda çok az erir. Gözenekli yüzeylerden kolayca geçerek, dağılır difüzyon. Dargın demir, platin ve iridyum gibi metallerden sızabilir. Bu nedenle çelik kaplarda depolanabilir.
Kolay yanabilen hidrojen, yüzde 4-74 oranları arasında havaya karıştığında muhtelif şiddetlerde patlamaya yol açabilir. 700 derecede alevlenir. Hidrojen ve oksijen yakıldığında yüksek sıcaklıkta alev elde edilir. Bu alevin derecesi 1500 dereceye kadar çıkabilir. İki hacim hidrojen ile bir hacim oksijen karşımı alevle patlar. Yandığında etrafa hasar vermez. Hidrojenin atığı yalnızca su veya su buğuyudur. Soluk ve mavi bir alevi vardır. Halojenler ve bor gibi elementlerle oluşturduğu bileşikler uçucudur. İyi bir ısı geçirgenidir.
Tabiatta bol ölçüde bulunan hidrojen, atmosferin en üst tabalarında da vardır. Sabit yıldızların atmosferinde genellikle elementel hidrojen dominanttır. Âlemde atomik veya plazma halindedir, banal koşullar altında biatomiktir. İçinde olduğumuz hava da çok az ölçüde su buğuyu halinde hidrojen kapsar. Yeryüzünde genellikle bileşikler halinde bulunur, özgür olarak az ölçüdedir. Bazı mineral ve tuzlarda kristal suyu olarak tesadüfülür. Dünyayı alana getiren elementler arasında atom yüzdesi oranı 15,5’tir.
En ehemmiyetli hidrojen bileşiği ve kaynağı sudur. Sudaki hidrojen ölçüyü yüzde 11 oranındadır. Oksijenle bileşerek suyu oluşturan hidrojen, canlıların yapısında ve maden filizlerinde de bulunur. Karbon bileşiği mazotları ve yanıcı gazları oluşturur. En fazla su, azot ve karbonlu bileşiklerde bulunur. Kömür ambarlarında, gaz kuyularında ve organik bozulmalarda hidrojene tesadüfülür. Organik bileşiklerde karbonla beraber yer alır. Kömürden üretim edilen gaz yakıt olan havagazı, yüzde 50 oranında hidrojen kapsar.
Hidrojenin özellikleri ile alakalı son günlerdeki bir büyümeyi de anekdot düşelim: Bilim adamları yaptıkları çalışmalar neticeyi metalik hidrojen üretmeyi muvaffak olduklarını açıkladı. Metalik hidrojenin hem akışkan hem de katı olabileceği iddia edilirken, sırlı bir madde haline gelen metalik hidrojenle alakalı önümüzdeki senelerde ehemmiyetli neticeler alınacağı aşikâr…
Nasıl Elde Edilir?
Hidrojenin yapımı, saflaştırılması ve akışkanlaştırılması oldukça efordur. Elde edilmesi için muhtelif usuller kullanılır. Bu usuller şu biçimde uygulanır;
Suyun elektorlize edilmesi başka bir deyişle elektrik akımı verilerek bileşiklerinin bölmesi usulü ile hidrojen ve oksijen ayrıştırılır. Bu usulle hidrojen katotta birikir.Sodyum, potasyum ve lityum gibi bazı metallere banal sıcaklıkta su tesiriyle hidrojen sarihe çıkarılır.
Kömürün koklaştırılması harekâtı sırasında dargın kok kömürü üzerinden su buğuyu geçirildiğinde hidrojen ve karbonmonoksit karışımı “su gazı” ismi verilen bir gaz sarihe çıkar. Bu gaz soğutulup tazyik uygulandığında hidrojen sarihe çıkar ve karbonmonoksit sıvılaşır.
Soy olmayan madenlerle hidroklorik asit tepkine sokulduğunda da hidrojen sarihe çıkar.
Fosil yakıtlardan termokimyasal usullerle elde edilebilmektedir.
Yeşil alglarla natürel fotosentez operasyonları ile hidrojen elde etmek mümkün.
Laboratuvar etrafında kalsiyum hidrür ile suyun tepkine sokulmasıyla veya seyreltik sülfürik asit ile demirin tepkini neticeyi hidrojen gazı elde edilebilir.
Güneş enerjisi ve türevleri, rüzgâr, dalga ve biyokütleler ile de elde edilebilir. Güneş enerjisi ile elde edilen hidrojen yakıtı etraf arkadaşı bir yakıttır.
Nerelerde Kullanılır?
Isı ve patlama enerjisi gerektiren her alan ve mahsulde kullanılabilir. Etraf arkadaşı, pak ve kolay kullanımlıdır.
Kömürden benzin elde etmek için hidrojen kullanılır. Ayrıca, organik bileşiklerin sentetik olarak elde edilmesinde, akışkan yağlardan katı yağ imalinde de kullanılır. Hidrojen imalinin üçte ikisi amonyak elde etmek için kullanılır. Ayrıca petrol arıtılmışsı için ehemmiyetli bir gazdır. Metanol yapımı için kullanıldığı gibi havayla soğutulamayan dinamo gibi parçaların soğutulmasında da hidrojenden yararlanılır. Elektrik enerjisi imalinde de kullanılabilmektedir.
Kullanıldığı bazı mahsuller şunlardır; margarin, organik bileşikler, plastikler, kaynak yakıtı, füze ve roket yakıtı, araba yakıtları…
Hidrojen Enerjisi ve Yakıtı Nedir?
Dünyanın enerji lüzumu giderek çoğalıyor ve enerji kaynakları olan fosil kaynaklar eksiliyor. Bunun dışında fosil yakıtların etrafa verdiği hasar da düşünülürse hidrojen çok ideal bir enerji taşıyıcısı ve seçeneğidir. Bu nedenle son zamanlarda hidrojen enerjisi ve yakıtı üzerinde yapılan araştırmalarda ehemmiyetli büyümeler kaydolundu.
Hidrojen yakıtı natürel değildir. Su, fosil yakıtlar ve biyokütle gibi mahsullerden elde edilen sentetik bir yakıttır. Pak ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Hidrojen yakıtı; kara ve hava erişim vasıtalarında kullanılabilmektedir. Uzay vasıtaları ve roketlerde de hidrojen yakıtı kullanılmaktadır. Efor birimleri, cep telefonları ve bilgisayarlar gibi bazı mobil mahsullerde de kullanılmasıyla alakalı araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütülüyor.
Hidrojen, önümüzdeki senelerde yakıt olarak tam taşıtlarda kullanılabilecektir. Bununla alakalı bazı araba şirketleri hidrojenle çalışan vasıtalar üretmeye başladı. Bazı ülkelerde de hidrojen yakıtı istasyonları kurulmaya başlandı. Hidrojen enerjisi, büyüyen teknolojiyle fosil yakıtlarına bağımlılığı da asgariye indirebilecek seçenek olarak önemine gözetiyor.
Azami enerji kapsayan gaz olan hidrojenin 1 kgının enerjisi; 2 kg doğalgaz ve takribî 3 kg mazotun enerjisine denktir. Mazottan takribî 1,33 kat daha bereketlidir. Ancak banal yakıtlardan 3 kat daha pahalıdır. Büyüyen teknolojilerle maliyet düşürücü usuller geliştirildikçe yaygın bir enerji kaynağı olarak kullanılabilecektir.
Hidrojen enerjisi elde etmek için yakma ve yakıt bataryayı gibi usuller kullanılıyor. Yakma usulünde hidrojen, doğalgaz ve benzin gibi yakılıyor. Bu usulde sarihe çıkan emisyon oranı doğalgaz ve benzine göre çok düşüktür. Yakıt bataryayı usulünde de hidrojen ve oksijenle elektrik akımı üretiliyor. Yakma usulüne göre daha bereketli bir usuldür ve taşıtlarda kullanılmaya başlanan hidrojen enerjisi bu usulle elde edilir. Bu usulün etrafa hasarlı emisyon bedeli sıfırdır.
2003 senesinden bu yana bazı araba markaları bazı modellerinde yakıt bataryalı, tazyikli veya akışkan hidrojen ambarları üretmişlerdir. Hidrojenle çalışan yakıt bataryaları çok büyük ve ağır olduğundan arabalar için en büyük handikaptır. Hidrojenle çalışan araba modelleri için katı, gaz veya akışkan hidrojen depolama usulleriyle alakalı çalışmalar ve testler devam ediyor. Hidrojen yakıtlı içten yanmalı vasıtalar geliştirilmektedir. NASA ve bazı uçak işletmeleri de hidrojen ile çalışan gaz türbinleri ve yakıt bataryaları ile çalışan uçak ve uzay vasıtaları geliştirme çalışmaları yürütmektedir.
Hidrojenin Depolanması
Hidrojen, boru hatları veya tankerlerle taşınabilir, depolanabilir. Düşük yoğunluklu bir gaz olduğu için gaz hali çok yer kaplar. Bu nedenle gaz formu tazyikli tüpler veya tanklarda depolanmaktadır. Tazyikli depolamadan dolayı hidrojen tank veya ambarlarının güvenliği ve sağlamlığı çok ehemmiyetli…
Akışkan ve kimyasal bileşik olarak da depolanabiliyor. Hidrojeni akışkanlaştırmak çok enerji gerektiriyor. Kolay bir yöntemle; 1 birim akışkan hidrojen elde etmek için 3 birim enerji tüketmek gerekiyor. Hidrojen, helyumdan sonra akışkanlaştırılması en güç gazdır.
Katı hidrojenin depolanması için de metal hidritler kullanılıyor. Metal hidrit gözenekleri hidrojeni bünyesine sürüklüyor. Metal hidritler çok ağır olduğundan katı hidrojen için nano teknoloji ile hafif depolama sistemleri geliştirilmektedir.
Hidrojen Bombası Nedir?
Hidrojen bombası, öbür ismiyle füzyon bombası, hakimiyetsiz termonükleer enerji sağlayabilen devirici bir nükleer silahtır.
Hidrojen bombası kolay bir anlatımla şöyle elde edilir; hidrojenin izotopları olan döteryum ve trityum çekirdeklerinin kaynaşması harekâtına “füzyon” ismi verilir. Bu harekâtta ortaya çıkan tepkinin zincirleme olarak devam ettirilmesi ile hidrojen bombası elde edilir. Hidrojen bombasının yüksek patlama eforu, hidrojen atomlarının birleşerek helyum atom yapısına dönüştüğü termonükleer tepkime neticeyi ortaya çıkar.
Hidrojen bombası patlamasıyla oluşan şok dalgası kmlerce dağılarak binaları yerler bir eder ve canlıları yok eder. Bomba patladığında yaydığı ışık kmlerce uzaktan görülebilir ve gözlere hasar verebilir. Yaydığı yüksek ısı 26 km uzaktaki ağaçları dahi yakabilir. Bir termonükleer bombanın eforu 1 milyon ton dinamitin eforuna denktir. Bu efor, “megaton” olarak ifade edilir. Eforu 60 megatona kadar çıkabiliyor.
Atom bombasından daha büyük yıkım eforu vardır. Hidrojenin tarihçesinde de bahsettiğimiz gibi ilk hidrojen bombası 1954 senesinde Amerika’daki bir adada sınandı ve adayı yok etti. Bu bombanın eforu, Hiroşima ve Nagazaki’ye atılan atom bombalarının bin katı daha fazla efora sahipti.
Hidrojen bombası 1970’de beynelmilel bir uyuşmayla menedildiği halde günümüzde dünya üzerinde 20 binden fazla hidrojen bombası olduğu varsayım ediliyor. Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Çin, İngiltere ve Fransa’nın hidrojen bombasına sahip ülkeler. Hindistan da hidrojen bombası üretme aşamasında. Kuzey Kore de hidrojen bombasına sahip olduğunu ve bombayı sınadığını iddia ederek düşman ülkelere gözdağı veriyor.