دراسة حول غاز الهيدروجين واستخداماته

تعريف غاز الهيدروجين

يُعتبر غاز الهيدروجين (بالإنجليزية: Hydrogen) مادة غازية لا تتميز بلون أو طعم أو رائحة، كما أنه غير قابل للاشتعال. يتكون هذا الغاز من ذرات الهيدروجين التي تحتوي كل منها على إلكترون سالب واحد مثبت بنواة الذرة التي تحتوي على بروتون موجب.

تتواجد ذرات الهيدروجين في الظروف العادية بشكل جزيئات ثنائية (H2). تأتي كلمة هيدروجين من اللغة اليونانية، حيث تعني حرفيًا “صانع الماء”، وذلك بسبب قدرة الهيدروجين على احتراقه مع غاز الأكسجين لتكوين الماء.

يُعتبر الهيدروجين من أكثر الغازات انتشارًا في الطبيعة، حيث يمثل حوالي 75% من كتلة الكون. يمكن الحصول عليه صناعيًا من خلال الموارد المتجددة وغير المتجددة لأغراض متعددة. ومن أهم هذه الموارد:

• الغاز الطبيعي.
• الغاز الحيوي.
• الطاقة النووية.
• الطاقة الشمسية.
• طاقة الرياح.

اكتشاف غاز الهيدروجين

يُعزى اكتشاف الهيدروجين إلى العالم الفيزيائي الإنجليزي هنري كافندش عام 1766م، على الرغم من أن عددًا من العلماء كانوا ينتجون الهيدروجين ويستخدمونه قبل ذلك دون معرفتهم بأنه عنصر بحد ذاته. ويُذكر أن روبرت بويل قام بإنتاجه خلال تجاربه حول الحديد والأحماض عام 1671م.

قام هنري كافندش برسم مخطط تفصيلي لنواة ذرة الهيدروجين بعد اكتشافها، لكنه لم يُعطِها اسمًا حينها. وبعد ذلك، أسند العالم الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوزييه الاسم المعروف حتى اليوم، تلا ذلك اكتشاف عدد من نظائر الهيدروجين، ومنها:

• الديوتيريوم المستقر – اكتُشف عام 1932م.
• التريتيوم غير المستقر – اكتُشف عام 1934م.

خصائص غاز الهيدروجين

يمتلك غاز الهيدروجين العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية، التي يمكن تلخيصها فيما يلي:

استخدامات غاز الهيدروجين

يتم استخدام غاز الهيدروجين في مجموعة واسعة من التطبيقات، فيما يلي أبرزها:

• يمكن استعمال الهيدروجين كبديل نظيف للوقود الأحفوري، حيث لا ينتج عنه انبعاثات ضارة؛ إذ يتحول الهيدروجين إلى الماء بعد احتراقه.
• يُستخدم في وسائل النقل المختلفة مثل السيارات والحافلات.
• تُوظف غاز الهيدروجين في عمليات تكرير النفط لإزالة الكبريت من الوقود.
• يعتبر هيدروجينًا أساسيًا في عملية هدرجة الزيوت لصناعة الدهون، كما هو الحال في إنتاج السمن.
• يُستخدم الهيدروجين في تصنيع الزجاج لضمان إنشاء ألواح ذات أسطح مستوية، حيث يستعمل كعازل أو منطقة فارغة أثناء التصنيع.
• يُستخدم في صناعة رقائق السيليكون للأجهزة الإلكترونية.
• يدخل في التطبيقات البدائية التي تتطلب غاز خفيف، مثل نفخ البالونات.
• يُستخدم في قطاع الصناعة لتصنيع الأمونيا المستخدمة في إنتاج الأسمدة الزراعية، والبلاستيك، وبعض أنواع الأدوية، بالإضافة إلى استخدام الأمونيا في تبريد العمليات ذات التكلفة المنخفضة والانبعاثات الملوثة.
• تُستخدم الطاقة الناتجة عن الهيدروجين في توزيع الطاقة الحرارية والقوى، كما يمكن الاعتماد عليه كوسيلة لتخزين الطاقة المتجددة.
• يُوظف في التطبيقات الفضائية.
• يُستخدم في لحام المعادن وتليينها عند درجات حرارة مرتفعة.
• يُستخدم في صناعة الميثانول.