انا طالب فى بكالريوس ميكاترونكس…مشروع تخرجى هو (المحركات الهيدروجينيه)
رجاء الافاده بكل كبيره وصغيره عن غاز الهيدروجين بكل خصائصه الكميائيه
خاصه ظروف احتراقه ونواتج احتراقه…لى عشم كبير عند مهندسى الكيمياء المحترمين
فى انتظار ردودكم…
الهيدروجين (الاسم مشتق من اليونانية حيث أن هيدرو تعني ماء وجين تعني تكوّن. هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري ويرمز له بالرمز H وله الرقم الذري 1. وفي ظروف الضغط والحرارة القياسية فإنه غاز عديم اللون والرائحة, لا فلزي, وحيد التكافؤ, سريع الاشتعال, ثنائي الذرة. الهيدروجين أخف الغازات وأكثرها تواجدا في الكون. يوجد في الماء وكل المركبات العضوية والكائنات الحية.
يتم تحضير الهيدروجين في المعمل عن طريق تفاعل الأحماض مع الفلزات مثل الزنك. أما لتحضير الهيدروجين بكميات كبيرة للاستخدامات الصناعية فيتم ذلك عن طريق تعديل البخار بالغاز الطبيعي. كما أن التحليل الكهربائي للماء يعتبر من الطرق البسيطة, ولكن تكاليفه عالية لدرجة عدم استخدامه تجاريا. ويحاول العلماء هذه الأيام الوصول لطرق جديدة لإنتاج الهيدروجين, وأحد هذه الطرق يتضمن استخدام الطحالب. كما أنه توجد طريقة أخرى تتضمن استخدام الجلوكوز والسوربيتول, والذي يتم في درجة حرارة منخفضة, واستخدام عامل حفاز جديد.
الهيدروجين أخف العناصر الكيميائية على الإطلاق, ويتكون هو ونظائره من إلكترون مفرد وبروتون. وفي درجة الحرارة والضغط القياسيين يقوم الهيدروجين يتكوين غاز ثنائي الذرة, H2, ودرجة غليانه 20.27 K ودرجة ذوبانه 14.02 K. وتحت ظروف الضغط العالية, كالتي توجد في مركز كوكب المارد الغازي يفقد الهيدروجين خواصه ويصبح فلزا سائلا . وتحت ظروف الضغط المنخفض كالتي توجد في الفضاء, يميل الهيدروجين لأن يتواجد في شكل ذرات مفردة, نظرا لعدم وجود ظروف مناسبة لها لأن تتحد, تتكون سحب من الهيدروجين H2 عند تكون النجوم.
ويلعب الهيدروجين دورا حيويا في الكون عن طريق تفاعل بروتون-بروتون ودورة كربون-نيتروجين. (وهذه عمليات انصهار نووي تطلق كميات هائلة من الطاقة خلال اتحاد ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم.)
يتم استخدام كميات كبيرة من الهيدروجين في الصناعة, وخاصة في إنتاج الأمونيا بطريقة هابر وكذلك في هدرجة الزيوت والدهون وإنتاج الميثانول. كما يستخدم الهيدروجين في الألكلة الهيدروجينية, السلفرة الهيدروجينية, التكسير الهيدروجيني. وتوجد استخدامات أخرى:
[ul]
[li]تصنيع حمض الهيدروليك واللحام وتقليل ركاز الفلزات.[/li][li]يستخدم في وقود الصواريخ.[/li][li]له قدرة على التوصيل الحراري أعلى من أي غاز آخر, ولذا فإنه يستخدم إبريد المواتير في المولدات الكهربية في محطات الطاقة .[/li][li]يساعد الهيدروجين السائل في أبحاث الحراريات المنخفضة, متضمنة دراسات الموصلات الكهربية الفائقة.[/li][li]نظرا لأنه أخف من الهواء بأربعة عشر مرة, فقد تم استخدامه بتوسع كعامل رفع في البالونات والمنطاد. وقد كان ذلك حتى وقوع كارثة هايدنبيرج والتي أقنعت العامة بخطورة استخدام الهيدروجين لهذا الغرض.[/li][li]يستخدم نظير الهيدروجين الديتريوم (هيدروجين-2) في تطبيقات الانشطار النووي كمهدئ للنيوترونات لتقليل سرعتها, وأيضا يستخدم في الاندماجات النووية. وتستخدم مركبات الديتريوم في الكيمياء والأحياء في دراسات تفاعلات تأثير النظائر.[/li][li]يستخدم التريتيوم (هيدروجين-3) والذي يتم الحصول عليه في المفاعلات النووية في عمل القنابل الهيدروجينية. كما يستخدم أيضا لتعيين النظائر في علوم الأحياء ومصدر إشعاع في الدهانات الضوئية.[/li][/ul]كما يمكن للهيدروجين أن يحترق في محركات الاحتراق الداخلية, وقد تم تطوير سيارة تعمل باحتراق الهيدروجين تحت إشراف BMW-Chrysler .كما أن خلايا الوقود الهيدروجينية تستخدم لإنتاج قوة ذات انبعاثات أقل من محركات الاحتراق الداخلي الهيدروجينية. وتعتبر الانبعاثات الصادرة من محركات الاحتراق الداخلي الهيدروجينية والخلايا الهيدروجينية متعادلة مع الانبعاثات التي تصدر أثناء إنتاج الهيدروجين. وقد يؤدى هذا لحدوث تغير في كهرباء المستقبل حيث سيتم الاعتماد على التحليل الكهربائي للماء باستخدام قوى الشمس أو الرياح أو القوة النووية للحصول على دورة وقود خالية من التلوث.
ولا تزال الأبحاث جارية ليكون الهيدروجين وقود المستقبل. ويمكن أن يكون هذا حلقة الربط بين اختلاف أنواع الطاقة وكيفية نقلها وتخزينها, فمثلا يمكن أن يتم تحويلها إلى كهرباء (لحل مشكلة تخزين الكهرباء ونقلها), كما يمكن أن تكون بديلا للوقود الحيوي, أو بديل للغاز الطبيعي ولوقود الديزل. وكل هذا ممكن نظريا بدون أي انبعاثات CO2 أو أى ملوثات غازية سامة.
الهيدروجين هو أكثر العناصر وفرة في الكون, ويمثل نحو 75 % من المواد بالكتلة ونحو 90 % بعدد الذرات. ويتواجد هذا العنصر بوفرة كبيرة في النجوم والكواكب الغازية العملاقة ولكنه شحيح للغاية في غلاف الأرض (1 جزء في المليون بالحجم). أكثر المصادر شيوعا لهذا العنصر هي الماء والذي يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين (H2O). كما توجد مصادر أخرى تتضمن معظم أشكال المواد العضوية (كل أشكال الحياة المعروفة) متضمنة الفحم والغاز الطبيعي وأنواع الوقود الحفري الأخرى. الميثان (CH4) يعتبر مصدرا مهما للهيدروجين.
يمكن تحضير الهيدروجين بعدة طرق كتمرير البخار على الكربون الساخن وتحلل الهيدروكربونات بالحرارة وتفاعلات القواعد القوية في محاليلها المائية مع الألومنيوم والتحليل الكهربائي للماء وتفاعلات تبادل الأحماض مع الفلزات.
ويتم إنتاج الهيدروجين بصورة كبيرة عن طريق إعادة تكوين البخار للغاز الطبيعي في درجات حرارة عالية (700-110 °C), حيث يتفاعل البخار مع الميثان لينتج أول أكسيد الكربون والهيدروجين.
CH4 + H2O → CO + 3 H2كما يمكن الحصول على هيدروجين إضافي من أول أكسيد الكربون خلال عملية تبادل ماء غاز.
في الظروف العادية فإن غاز الهيدروجين خليط من نوعين من الجزيئات واللذان يختلفان عن بعضهما بطريقة الدوران حول النواة . وهذان النوعان يعرفان أورثو-هيدروجين ، بارا-هيدروجين ( وهذا يختلف عن موضوع النظائر - شاهد التالي ) الأورثو-هيدروجين يكون دوران النواة متوازي ( ويكون ثلاثيات ) ، بينما في البارا-هيدروجين يكون الدوران عكس توازي ( ويكون أحاديات ) . وفى الظروف القياسية يتكون الهيدروجين من 25 % من البارا و 75 % من الأورثو ( والذى يكلق عليه الشكل العادى للهيدروجين ) . وتعتمد نسبة الإتزان بين هذين الشكلين على الحرارة ، ولكن حيث ان الأورثو له طاقة أكبر ( في الحالة المثارة لا يكون ثابت في حالته النقية . وفى درجات ( درجة حرارة الغليان ) فإن حالة الإتزات تتكون كلها غالبا من البارا .
وحالة التحول بين النوعين بطيئة ولو تم تبريد الهيدروجين وتكثيفه سريعا ، فإنه يحتوى على كميات كبيرة من الأورثو . ومن المهم أثناء تحضير وتخزين الهيدروجين السائل حيث أن التحول بين أورثو-بارا ينتج حرارة أكبر من طاقة تبخره ويتم فقد كميات كبيرة من الهيدروجين بالتبخر بهذه الطريقة بعد عدة أيام من تسييله . ولذا فإنه يتم استخدام عوامل حفازة لتحولات أورثو-بارا خلال تبريد الهيدروجين . كما أن النوعين لهما إختلاف طفيف في الخواص الفيزيائية . فمثلا درجة الذوبان والغليان في البارا-هيدروجين أقل 0.1 كلفن من الشكل العادى .
الاحتياطات
الهيدروجين غاز له قابلية كبيرة للإشتعال حتى في التركيزات القليلة حتى 4 % . كما أنه يتفاعل بشدة مع الكلور والفلور لينتج أحماض الهيدروهاليك والتى تكون مضرة للرئة والأنسجة . وعند خلطه مع الأكسجين فإن الهيدروجين ينفجر عند الإشتعال . والهيدروجين أيضا له خاصية فريدة هى أن شعلته في الهواء نظيفة تماما . وعلى هذا فإنه من الصعب معرفة حدوث أى إحتراق يحدث من تسرب الهيدروجين ، كما أنه هناك خطر كبير من أن يكون هناك حريق هيدروجين بدون أى ملاحظة .
جزاكى الله خيرا اختى الكريمه
…هل من مزيد؟
رجاء الاهتمام
Hydrogen gas is highly flammable and will burn at concentrations of 4% or more H2 in air. The enthalpy of combustion for hydrogen is −286 kJ/mol; it burns according to the following balanced equation.
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)[]](http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen#cite_note-10)When mixed with oxygen across a wide range of proportions, hydrogen explodes upon ignition. Hydrogen burns violently in air. It ignites automatically at a temperature of 560 °C. Pure hydrogen-oxygen flames burn in the ultraviolet color range and are nearly invisible to the naked eye, as illustrated by the faintness of flame from the main Space Shuttle engines (as opposed to the easily visible flames from the SRBs). Thus it requires a flame detector to detect if a hydrogen leak is burning. The explosion of the Hindenburg airship was an infamous case of hydrogen combustion; the cause is debated, but combustible materials in the ship’s skin were responsible for the coloring of the flames.[]](http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen#cite_note-12) Another characteristic of hydrogen fires is that the flames tend to ascend rapidly with the gas in air, as illustrated by the Hindenburg flames, causing less damage than hydrocarbon fires. Two-thirds of the Hindenburg passengers survived the fire, and many of the deaths which occurred were from falling or from diesel fuel burns.
H2 reacts directly with other oxidizing elements. A violent and spontaneous reaction can occur at room temperature with chlorine and fluorine, forming the corresponding hydrogen halides: hydrogen chloride and hydrogen fluoride.[]](http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen#cite_note-14)