ไฮโดรเจนในธรรมชาติ

มีไฮโดรเจนอยู่มากในธรรมชาติหรือไม่? ดูที่ไหน. ในอวกาศ ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก มีมวลประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ ส่วนใหญ่ มีอยู่ในเนบิวลาก๊าซ ในก๊าซระหว่างดาว และเป็นส่วนหนึ่งของดาวฤกษ์ ภายในดวงดาว นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนจะถูกแปลงเป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม กระบวนการนี้ดำเนินการด้วยการปล่อยพลังงาน สำหรับดาวฤกษ์หลายดวง รวมถึงดวงอาทิตย์ มันทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลัก

ตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เราที่สุดในกาแลคซี่ ซึ่งเรารู้จักในชื่อ "ดวงอาทิตย์" คือ 70% ของมวลไฮโดรเจน มีอะตอมไฮโดรเจนในจักรวาลมากกว่าอะตอมของโลหะทั้งหมดหลายหมื่นเท่า

ไฮโดรเจนมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติ ปริมาณไฮโดรเจนในเปลือกโลก (ธรณีภาคและไฮโดรสเฟียร์) คือ 1% โดยน้ำหนัก ไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารที่พบมากที่สุดบนโลก - น้ำ (ไฮโดรเจน 11.19% โดยมวล) ในสารประกอบที่ประกอบเป็นถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ดินเหนียว เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืช (กล่าวคือ ในองค์ประกอบของ โปรตีน กรดนิวคลีอิก ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ฯลฯ) ไฮโดรเจนมีน้อยมากในสภาวะอิสระ พบได้ในปริมาณเล็กน้อยในภูเขาไฟและก๊าซธรรมชาติอื่นๆ ปริมาณไฮโดรเจนอิสระจำนวนเล็กน้อย (0.0001% โดยจำนวนอะตอม) มีอยู่ในบรรยากาศ

งานหมายเลข 1 กรอกข้อมูลในตาราง "ค้นหาไฮโดรเจนในธรรมชาติ"

การค้นพบไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนถูกค้นพบในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 16 โดยแพทย์ชาวเยอรมันและนักธรรมชาติวิทยา Paracelsus ในผลงานของนักเคมีแห่งศตวรรษที่ XVI-XVIII มีการกล่าวถึง "ก๊าซที่ติดไฟได้" หรือ "อากาศที่ติดไฟได้" ซึ่งเมื่อรวมกับก๊าซธรรมดาแล้ว ให้ สารผสมระเบิด. ได้มาจากการกระทำกับโลหะบางชนิด (เหล็ก, สังกะสี, ดีบุก) ด้วยสารละลายเจือจางของกรด - ซัลฟิวริกและไฮโดรคลอริก

นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่อธิบายคุณสมบัติของก๊าซนี้คือ Henry Cavendish นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เขากำหนดความหนาแน่นของมันและศึกษาการเผาไหม้ในอากาศ อย่างไรก็ตาม การยึดมั่นในทฤษฎีของโฟลจิสตันทำให้ผู้วิจัยไม่สามารถเข้าใจสาระสำคัญของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่

ในปี ค.ศ. 1779 Antoine Lavoisier ได้รับไฮโดรเจนจากการสลายตัวของน้ำโดยส่งไอระเหยของมันผ่านท่อเหล็กร้อนแดง Lavoisier ยังพิสูจน์ด้วยว่าเมื่อ "อากาศที่ติดไฟได้" ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน น้ำจะก่อตัวขึ้น และก๊าซจะทำปฏิกิริยาในอัตราส่วนปริมาตร 2: 1 สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดองค์ประกอบของน้ำได้ - H 2 O ชื่อของธาตุคือ ไฮโดรเจน- Lavoisier และเพื่อนร่วมงานของเขาเกิดขึ้นจากคำภาษากรีก " พลังน้ำ" - น้ำและ " gennio“ฉันกำลังคลอดลูก ชื่อรัสเซีย "ไฮโดรเจน" ถูกเสนอโดยนักเคมี M.F. Solovyov ในปี 1824 โดยเปรียบเทียบกับ "ออกซิเจน" ของ Lomonosov

งานหมายเลข 2 เขียนปฏิกิริยาเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนจากสังกะสีและกรดไฮโดรคลอริกในรูปแบบโมเลกุลและอิออน ทำ OVR

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบไฮโดรเจนถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ ตามแนวคิดทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ก๊าซนี้เป็นหนึ่งในสารที่สำคัญที่สุดสำหรับการดำรงอยู่ของดาวฤกษ์ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นแหล่งพลังงานหลัก

ประวัติโดยย่อของการค้นพบไฮโดรเจน

องค์ประกอบนี้ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในปี พ.ศ. 2309 ที่มาของชื่อนี้ย้อนกลับไปที่คำภาษากรีก "ไฮโดร" และ "ยีน" ซึ่งหมายถึง "น้ำ" และ "เครื่องกำเนิด"

เร็วเท่าที่ 1671 โรเบิร์ต บอยล์ (1627-1691 นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ) ตีพิมพ์ "การทดลองใหม่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างเปลวไฟกับอากาศ" ซึ่งเขาอธิบายปฏิกิริยาระหว่างตะไบเหล็กและกรดเจือจาง ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าปฏิกิริยาของสารเหล่านี้นำไปสู่การวิวัฒนาการของก๊าซไฮโดรเจน ("สารละลายที่ติดไฟได้ของดาวอังคาร")

อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งปี 1766 แก๊สได้รับการอนุมัติให้เป็นองค์ประกอบหลักโดย Henry Cavendish (1731-1810 นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่ค้นพบไนโตรเจนด้วย) ซึ่งใช้ปรอทในการสังเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่ามันเป็น "อากาศที่ติดไฟได้ของโลหะ" คาเวนดิชอธิบายคุณสมบัติของไฮโดรเจนได้อย่างแม่นยำ แต่เชื่ออย่างผิด ๆ ว่าก๊าซนั้นมาจากโลหะและไม่ได้มาจากกรด ชื่อสมัยใหม่สำหรับองค์ประกอบทางเคมีถูกกำหนดโดย A. L. Lavoisier นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส

ประวัติการค้นพบไฮโดรเจน (H) ไม่ได้จบเพียงแค่นั้น ในปี 1931 ศาสตราจารย์ด้านเคมี Harold Urey ซึ่งทำงานในชิคาโก (สหรัฐอเมริกา) ได้ค้นพบก๊าซดิวเทอเรียม เป็นไอโซโทปหนักของไฮโดรเจนและเขียนเป็น 2 H และ D

รากฐานของจักรวาล

เป็นเวลานานผู้คนไม่เข้าใจคุณสมบัติของสสาร แม้ว่าชาวกรีกโบราณสันนิษฐานว่า "อีเธอร์" (พื้นที่โดยรอบ) ประกอบด้วยองค์ประกอบบางอย่าง แต่ก็ไม่มีเหตุผลที่ชัดเจนและยิ่งมีหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับข้อเท็จจริงนี้

ในฤดูใบไม้ร่วงปี 1803 ชาวอังกฤษสามารถอธิบายผลการวิจัยบางส่วนของเขาได้โดยสมมติว่าสสารนั้นประกอบด้วยอะตอม นักวิจัยยังพบว่าตัวอย่างทั้งหมดของสารประกอบที่กำหนดประกอบด้วยอะตอมเหล่านี้รวมกันเหมือนกัน ดาลตันยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าในสารประกอบจำนวนหนึ่ง อัตราส่วนของมวลของธาตุที่สอง ซึ่งรวมกับน้ำหนักที่กำหนดขององค์ประกอบแรก สามารถลดลงเป็นจำนวนเต็มขนาดเล็กได้ ("กฎของสัดส่วนหลายส่วน") ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงมีความสัมพันธ์บางอย่างกับประวัติการค้นพบไฮโดรเจน

การนำเสนอ "ทฤษฎีอะตอม" ของดาลตันเกิดขึ้นในเล่มที่ 3 ของ "Systems of Chemistry" ฉบับทางวิทยาศาสตร์ซึ่งจัดพิมพ์โดยโธมัส ธอมสันในปี พ.ศ. 2350 เนื้อหานี้ยังปรากฏในบทความเกี่ยวกับสตรอนเทียมออกซาเลตที่ตีพิมพ์ในธุรกรรมทางปรัชญา ที่ ปีหน้าดัลตันได้ตีพิมพ์แนวคิดเหล่านี้ด้วยตัวเขาเอง เพื่อทำการวิเคราะห์อย่างละเอียดยิ่งขึ้นใน The New System of Chemical Philosophy โดยวิธีการที่นักวิทยาศาสตร์แนะนำให้ใช้วงกลมที่มีจุดตรงกลางเป็นสัญลักษณ์ของไฮโดรเจน

เซลล์เชื้อเพลิงแรก

ประวัติการค้นพบไฮโดรเจนมีเหตุการณ์ที่น่าสนใจมากมาย ในปี พ.ศ. 2382 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เซอร์ วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ ได้ทำการทดลองเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า เขาใช้ไฟฟ้าแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ต่อมาผู้วิจัยสงสัยว่าเป็นไปได้ไหมที่จะทำตรงกันข้าม - เพื่อผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยาของออกซิเจนกับไฮโดรเจน? โกรฟปิดผนึกบันทึกแพลตตินั่มในภาชนะที่ปิดสนิทแยกกัน ภาชนะหนึ่งบรรจุไฮโดรเจนและออกซิเจนอื่น เมื่อแช่ภาชนะในกรดซัลฟิวริกเจือจาง กระแสไฟฟ้าจะไหลระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง ทำให้เกิดน้ำในถังแก๊ส จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้เชื่อมต่ออุปกรณ์ที่คล้ายกันหลายตัวในวงจรอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในแบตเตอรี่แก๊ส

นับแต่นั้นเป็นต้นมา ไฮโดรเจนได้ตั้งความหวังไว้มากในแง่ของการได้มาซึ่งแหล่งพลังงานขนาดกะทัดรัดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ปัญหาด้านความปลอดภัย 100% และประสิทธิภาพสูงของอุปกรณ์ปลายทางสำหรับการบริโภคจำนวนมากยังไม่ได้รับการแก้ไข อย่างไรก็ตาม คำว่า "เซลล์เชื้อเพลิง" ถูกใช้ครั้งแรกโดยนักเคมี Ludwig Mond และ Charles Langer ซึ่งยังคงทำการวิจัยของ W. R. Grove ต่อไป

แหล่งพลังงานอิสระ

ในปี ค.ศ. 1932 ฟรานซิส โธมัส เบคอน วิศวกรจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักร ยังคงทำงานเกี่ยวกับการออกแบบของ Grove, Mond และ Langer เขาเปลี่ยนอิเล็กโทรดแพลตตินัมด้วยตาข่ายนิกเกิลที่มีราคาไม่แพง และแทนที่จะใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีกรดซัลฟิวริก เขาใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์อัลคาไลน์ (กัดกร่อนอิเล็กโทรดน้อยกว่า) โดยพื้นฐานแล้วนี่คือการสร้างเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ตัวแรกที่เรียกว่าเซลล์เบคอน อังกฤษใช้เวลาอีก 27 ปีในการสาธิตโรงงานที่สามารถผลิตพลังงานได้ 5 กิโลวัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับให้พลังงานแก่เครื่องเชื่อม ในช่วงเวลาเดียวกัน มีการสาธิตรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงคันแรก

ต่อมานาซ่าใช้เซลล์เชื้อเพลิงในทศวรรษ 1960 สำหรับโครงการ Apollo lunar เซลล์ของเบคอนอยู่บนยานอวกาศหลายร้อยลำ นอกจากนี้ยังใช้ "แบตเตอรี่ขนาดใหญ่" ในเรือดำน้ำ

มีประโยชน์แต่อันตราย

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบไฮโดรเจนไม่เพียงเกี่ยวข้องกับช่วงเวลาที่สนุกสนานเท่านั้น โศกนาฏกรรมของเรือเหาะยักษ์ Hindenburg เป็นพยานว่าองค์ประกอบนี้ไม่ปลอดภัยเพียงใด ในช่วงทศวรรษที่ 1930 เยอรมนีได้สร้างเครื่องบินหลายลำ - เรือเหาะ ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นก๊าซ ด้วยน้ำหนักที่เบากว่าส่วนผสมของไนโตรเจน-ออกซิเจนที่ประกอบขึ้นเป็นชั้นบรรยากาศ ทำให้สามารถขนส่งสินค้าปริมาณมากได้

ในปี 1936 นักออกแบบชาวเยอรมันได้นำเสนอเรือเหาะที่ใหญ่ที่สุดในโลกในเวลานั้นคือ Hindenburg ยักษ์สูง 245 เมตรบรรจุก๊าซ 200,000 ลูกบาศก์เมตร ความสามารถในการบรรทุกของมันน่าทึ่งมาก: อุปกรณ์สามารถยกสินค้าได้มากถึง 100 ตันขึ้นไปบนท้องฟ้า เครื่องบินลำนี้ใช้สำหรับการขนส่งข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกระหว่างเยอรมนีและสหรัฐอเมริกา เรือกอนโดลาผู้โดยสารสามารถรองรับผู้โดยสารได้ 50 คนพร้อมกระเป๋าเดินทาง 05/06/1937 เมื่อมาถึงนิวยอร์ก เกิดการรั่วไหลของไฮโดรเจน ก๊าซไวไฟติดไฟทำให้เกิดการระเบิดที่ทำให้มีผู้เสียชีวิต 36 ราย ตั้งแต่นั้นมา ฮีเลียมที่ปลอดภัยกว่าได้ถูกใช้แทนไฮโดรเจนในเครื่องบิน

บทสรุป

ไฮโดรเจนเป็นหนึ่งใน องค์ประกอบที่สำคัญในจักรวาล แม้ว่าคุณสมบัติต่างๆ จะได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดี แต่ก็ยังไม่เลิกสนใจนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และนักออกแบบ องค์ประกอบนี้เป็นหัวข้อของเอกสารทางวิทยาศาสตร์ อนุปริญญา และบทคัดย่อนับพัน ประวัติความเป็นมาของการค้นพบไฮโดรเจนเป็นประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์เอง ซึ่งเป็นระบบความรู้ที่แทนที่ความไม่รู้และหลักธรรมทางศาสนา