الكيمياء

خصائص وأنواع عنصر “الهيدروجين”

2002 في رحاب الكيمياء

الدكتور نزار رباح الريس , الدكتورة فايزة محمد الخرافي

KFAS

عنصر الهيدروجين الكيمياء

كان الفيزيائي الإنجليزي هنري كافندش H. Cavendish هو أول من اكتشف الهيدروجين . 

وكان اصدقاء هذا العالم يصفونه بأنه أغنى المتعلمين وأعلم الأغنياء .. وكان يتميز بدقته الشديدة حتى في امور حياته العادية واستغراقه الكامل في البحث والدراسة ، وهذا ما مكنه من اكتشاف هذا العنصر العجيب عام 1766  .

وبعد ذلك باقل من عقدين من الزمان وبالتحديد عام 1783 تمكن العالم الفرنسي شارلز من إطلاق أول بالون مليء بالهيدروجين .

ويعتبر العلماء الهيدروجين بأنه نقطة الانطلاق في سلسلة تحولات نوى الذرات ، هذه السلسلة التي نجم عنها تكون كل العناصر الكيميائية . 

 

ولا يخفى ان شمسنا وكل النجوم تتلألأ بسبب التفاعلات النووية الحرارية التي تحدث فيها ، بما في ذلك تحول الهيدروجين إلى الهيليوم وانطلاق كميات وافرة من الطاقة .

ومن خواص الهيدروجين اللافتة للنظر أن ذراته تطلق إشعاعات يبلغ طول موجتها 21 سنتيمتراً .  ويعتبر هذا الرقم  طثابتاً كونياً (عالمياً)" لأن له نفس القيمة في كل أرجاء الكون . 

وقد استخدم العلماء موجة الهيدروجين في تنظيم الاتصالات الراديوية بالكواكب الأخرى ، فإذا كانت هذه الكواكب مأهولة بمخلوقات ذرية فلا بد وأن يكون لديها فكرة عن هذه الموجة وعن الرقم 21

 

ونتساءل .. هل هناك نوع واحد من الهيدروجين في عالمنا ؟ ونستطيع القول بأن المعلومات المتوافرة كانت تشير إلى وجود نوع واحد من الهيدروجين وزنه الذري واحد ويسمى البروتيوم ويرمز له بالرمز H1 إلى أن اكتشف العلماء فيما بعد أن هناك نظيراً آخر للهيدروجين له ضعف الوزن المعروف للهيدروجين ، أي أنه أثقل منه مرتين ووزنه الذري 2

ويسمى ديوتيريوم ويرمز له بالرمز D2 أو  H2، ونتيجة هذا الاكتشاف المهم والمثير منح هؤلاء العلماء جائزة نوبل عام  1932.  ويشكل البروتيوم الأغلبية العظمى من الهيدروجين الموجود في عالمنا وتصل نسبته إلى %99 من الهيدروجين الكلي .

إلى جانب هذين النوعين من الهيدروجين اكتشف نوع ثالث من التريتيوم ويرمز له بالرمز T3 أو  H3.  ويتكون هذا النوع في الكون باستمرار وذلك بفضل الأشعة الكونية ، ولكنه لا يلبث أن يختفي مرة أخرى بعد تكونه ، وذلك لانه نظير مشع يؤدي اضمحلاله إلى تكون نظير للهيليوم (هيليوم  (3

 

ويلاحظ أن التريتيوم عنصر شديد الندرة وأن كميته في المحيط الجوي للكرة الأرضية لا يتعدى 6 غرامات ، وهناك ذرة واحدة من التريتيوم في كل 10 سنتيمترات مكعبة من الهواء الجوي .

ولا ينفرد الهيدروجين بين العناصر بوجود نظائر له ، فالعديد من العناصر الأخرى لها نظائر أيضاً .  ولكن ما يميز الهيدروجين هو الاختلاف الكبير في الخواص بينه وبين نظائره الأخرى وخاصة الاختلاف في الخواص الفيزيائية ، في حين يصعب تمييز العناصر الاخرى عن نظائرها . 

ويتميز كل نوع من أنواع الهيدروجين بشخصية مستقلة وسلوك مختلف في تفاعلاته الكيميائية ، ومثال ذلك أن البروتيوم يتفوق في نشاطه الكيميائي على الديوتيريوم .

وقد يتساءل المرء … ما هو الفرق بين نظائر الهيدروجين ؟ ونجيب بشكل مبسط بأن نواة الهيدروجين العادي أو البروتيون تتكون من بروتون واحد فقط ، وهي بذلك نواة الذرة الوحيدة التي لا تحتوي على نيوترونات والتي تنفرد بهذه الصفة بين نوى سائر العناصر الأخرى . 

 

وإذا أضفنا إلى نواة البروتيوم نيوترونا واحداً نجم عن ذلك النظير الأول وهو الديوتيريوم أو الهيدروجين الثقيل. 

أما إذا أضفنا نيوترونين تكون التريتيوم وهو النظير الثاني للهيدروجين العادي .  ولقد تمخضت دراسة العلماء لنظائر الهيدروجين عن فتح باب جديد من أبواب الكيمياء يعرف بكيمياء النظائر، هذا الذي امتد إلى دراسة نظائر سائر العناصر الأخرى .

ويعتبر الهيدروجين وقوداً جذاباً لما يولده من طاقة عالية عند احتراقه ولأنه لا ييسبب تلوثاً في الجو .  ذلك أن احتراق الهيدروجين يؤدي إلى تكون الماء ، وانطلاق بخار الماء في الجو لا يسبب أية مشكلات بيئية . 

 

لكن مشكلة استخدام الهيدروجين كمصدر للطاقة تنجم عن عدم توافره في الطبيعة بشكل كاف .  فنحن نحصل عليه من التحليل الكهربائي للماء أو من أكسدة الهيدروكربونات المختلفة . 

وفي كلتا الحالتين فإن الطاقة اللازمة لإنتاج الهيدروجين تجعل هذا الإنتاج عملية مكلفة .  لكن الآمال معقودة على مصادر الطاقة الرخيصة التي يمكن عن طريقها تخفيض كلفة إنتاج الهيروجين ليصبح استخدامه كوقود عملية مجزية من الناحية الاقتصادية . 

وإذا ما تحقق ذلك يصبح بالإمكان نقل الهيدروجين في الأنابيب من مكان إلى آخر ليحل محل زيت الوقود أو الغاز الطبيعي وهما مصدران من مصادر الطاقة المعرضة للنضوب مع مرور الزمن .

التقدم العلمي
‫‪اللقاحات القابلة للأكل..
اللقاحات القابلة للأكل تعد بديلا مناسبا للحصول على لقاحات آمنة وفعالة، وهي لقاحات تحتوي على مولد ضد صالح للتناول دول عدة تراهن على الطحالب الدقيقة المعدلة وراثيًا لتطوير لقاح لمرض كوفيد-19 صالح للأكل مستخدمة الهندسة الوراثية د. طارق قابيل أستاذ في كلية العلوم - جامعة القاهرة مصر
     منذ استشراء جائحة فيروس كورونا المستجد المسبب لجائحة كوفيد-19، هرعت كثير من المؤسسات الطبية وحكومات بعض الدول إلى تكثيف البحوث ودعم الدراسات الهادفة ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪إنشاء مستشفيات جديدة في ووهان
ع إبلاغ المستشفيات القائمة عن نقص في الأسرّة بسبب زيادة الطلب الناجم عن انتشار فيروس كورونا السريع، قررت الصين في 24 يناير البدء ببناء مستشفيات جديدة. بعد أقل من أسبوعين، فتحت أبواب المرافق الطبية الجديدة لاستقبال أول المرضى.
أنشئ مستشفيان جديدان في ووهان، عاصمة مقاطعة هوبي، في الأسبوع الأول من شهر فبراير. واستغرق الأمر أقل من أسبوعين للانتقال من وضع حجر الأساس في الموقع إلى البدء باستقبال أول المرضى. والمستشفيان الجديدان - مستشفى ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لماذا تُسبب السمنةُ تفاقمَ مرض كوفيد-19؟
غطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر ومؤسسة هيسينغ-سيمونز Pulitzer Center.
بقلم:     ميريديث وادمان
ترجمة:  مي بورسلي
 
في ربيع هذا العام، بعد أيام من ظهور أعراض تشبه أعراض الإنفلونزا والحمى، وصل رجل إلى غرفة الطوارئ في المركز الطبي بجامعة فيرمونت Vermont Medical Center. كان شابا، في أواخر الثلاثينات من عمره، وكان يعشق زوجته وأطفاله الصغار. وكان يتمتع بصحة جيدة، وقد كرّس ساعات لا نهاية لها في إدارة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪الفيروس التاجي يثير التخمينات حول موسم الإنفلونزا
قلم:    كيلي سيرفيك
ترجمة: مي بورسلي
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر  Pulitzer Center ومؤسسة هايسنغ-سيمونز  Heising-Simons Foundation.
في شهر مارس 2020، بينما كان نصف الكرة الجنوبي يستعد لموسم الإنفلونزا الشتوي أثناء محاربة مرض كوفيد-19 COVID-19، وضعت شيريل كوهين Cheryl Cohen -عالمة الأوبئة، وزملاؤها في المعهد الوطني للأمراض المعدية National Institute for Communicable Diseases بجنوب إفريقيا اختصار: ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تقاوم العدوى باستعادة شباب جهازك المناعي
قلم:    غرايام لاوتون
ترجمة: محمد الرفاعي
اغسل يديك بعنايةٍ لعشرين ثانية، غطّ عطستك بمرفقك، تجنب ملامسة وجهك، ابقَ على مسافة مترٍ عن الآخرين، وكملجأ أخير ٍ، اعزل نفسك بعيداً عن الجميع لمدة أسبوعٍ مع ما تحتاج إليه من أغراض. وإذا أردت أن تتجنب فيروس كورونا المستجد، فكل هذه أفكارٌ جيدةٌ. لكن، في نهاية المطاف، خطُ الدفاع الذي يقف بينك وبين الإصابة بكوفيد 19 Covid-19 هو جهازك المناعي.
نعلم أن الجهاز المناعي يَضْعُفُ عندما نتقدم في ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪لقاح أكسفورد آمن ويحفز على الاستجابة المناعية
قلم:    كلير ويلسون، جيسيكا هامزيلو، آدم فوغان، كونارد كويلتي-هاربر، ليلى ليفربول
ترجمة: مي منصور بورسلي
آخر أخبار فيروس كورونا حتى 20 يوليو 2020 الساعة 5 مساء
 
لقاح أكسفورد المرشح للتطعيم ضد الفيروس التاجي يبدو آمنًا ويحفز على الاستجابة المناعية
اللقاح ضد الفيروس التاجي Coronavirus الذي طورته جامعة أكسفورد University of Oxford بالتعاون مع شركة الأدوية آسترازينيكا AstraZeneca آمنٌ وينشط الاستجابة المناعية لدى الأشخاص، ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كيف تغير الأبقار العالم
قلم: أيلسا هارفي
ظلت الأبقار تزودنا بمنتجاتها لآلاف السنين، وهي أكثر فائدة لنا من جميع حيوانات المزرعة الأخرى. ونصادف منتجات البقر يومياً، سواء عند تناول برغر من لحم البقر أم إضافة الحليب إلى الشاي أم ارتداء سترة جلدية. ولانتشارها على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، وتُربى أنواع البقر بأعداد هائلة، وتمتلك خصائص فريدة لتناسب بيئتها وتلبية احتياجات سكان العالم. وتنوعها المذهل يجعلها عنصراً أساسياً في طعامنا، فهي تساهم بنحو 24% من استهلاك ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪الخلد المريخي لوكالة ناسا يعاود الحفر مرة أخرى
قلم: ميغان بارتلز
عاد ‘الخلد’ Mole -روبوت المركبة الهبوط المريخية إنسايت InSight التابع للوكالة ناسا- إلى الحركة مرة أخرى بعد أن كان قد تعطل، وإن استمر العلماء العاملين على مقياس الزلازل في تأمل ألغاز زلزال جديدة. كانت إنسايت قد هبطت على المريخ في نوفمبر 2018 في محاولة لفهم الجزء الداخلي من الكوكب الأحمر. ومن بين الأدوات البالغة الأهمية لهذه البعثة أداتان: المسبار الحراري الحفّار الخلد، ومقياس الزلازل Seismometer الفائق الحساسية لدراسة ... (قراءة المقال)