ماذا ينتج عن حرق الهيدروجين ؟.. وما نوع هذا الاحتراق

ماذا ينتج عن حرق الهيدروجين 

تنتج عن حرق الهيدروجين جزيئات، وكذلك ينتج الماء، ويعتمد إطلاق الهيدروجين عند الاحتراق على البيئة التي يتواجد فيها، وعلى نوع الحرق الذي يحدث له، هناك أسلوبان من الممكن أن يحترق فيه الهيدروجين إما الاحتراق الذي يتم بطريقة عامة هو الذي يمكن استخدامه في عملية الاندماج النووي

وأما في التفاعلات القوية مثل تلك التي تسبب احتراق النجوم، أو من الممكن أن يحدث احتراق على الأرض عن طريق مساعدة للغلاف الجوي المليء بالأكسجين، على الأرض، ومن الممكن أن نجد أن الهيدروجين في العديد من المواد المختلفة، ولكن الهيدروجين النقي يعمل بطريقة معينة ولا يصدر إلا جزيئات معينة عند الاحتراق.

المادة الأكثر شيوعا التي تنتج عن احتراق الهيدروجين هي الماء، حيث تتفاعل ذرات الهيدروجين مع ذرات الأكسجين لتشكل صيغة H2O الأساسية، ويتم تشكيل بقايا خفيفة من الماء التي يمكن أن تتطاير بسهولة كجزء من بخار الماء أو تتكثف على الأسطح القريبة من مصدر احتراق الهيدروجين 

بالتأكيد، الهواء ليس مجرد الأوكسجين، وهناك عناصر أخرى في الغلاف الجوي، والأكثر بروزًا هو النيتروجين، وعندما يحترق الهيدروجين، يحترق النيتروجين أيضًا، ويمكن أن يطلق أكاسيد النيتروجين الأكبر في الهواء.

يُعد الهيدروجين أكثر العناصر الكيميائية شيوعًا في الكون، ويتحمل مسؤولية كبيرة عن الحرارة الموجودة فيه 

في التفاعلات النووية، ولا سيما في تلك التي تحدث في الشمس والنجوم، يتم وضع الهيدروجين تحت ضغط هائل لإطلاق كميات كبيرة من الحرارة والضوء، ويتم إجراء تفاعلات في عناصر أخرى أيضاً 

يعتمد التفاعل النووي على ذرة الهيدروجين ويقوم بدمج بقايا العديد من ذرات الهيدروجين لتشكل ذرة الهيليوم، وتختلف هذه العملية بناءً على حجم النجم، ولكن الهيليوم لا يزال العنصر الأساسي المنتج 

تنتج جزيئات أخرى بكميات أقل، لكنها لا تتكون عكس الرماد الناتج عن الانصهار النووي، وفي النهاية قد تتجمع هذه الجسيمات وتشكل نجمًا نيوترونيًا بعد استنفاد تحول الهيدروجين والهيليوم.

نوع احتراق الهيدروجين

يتم إنتاج الوقود الأحفوري عن طريق احتراق الهيدروجين ، وهو نوع من الاحتراق الذي ينتج الحرارة بشكل متساو. قد يتسبب هذا النوع من الاحتراق في تأثيرات قوية.

على الأرض، يستخدم الهيدروجين كوقود دون خوض عملية رد الفعل النووي إلا إذا تم اضطراره لذلك داخل قنبلة ذرية 

بدلاً من ذلك، تحترق الذرات بطريقة مختلفة تمامًا، مما يشبه حرق الوقود الهيدروكربوني، ولكن بشكل مخيف 

مثل الوقود القائم على الكربون، يتفاعل الهيدروجين النقي مع الهواء وينتج كمية كبيرة من الحرارة كطاقة، وعلى عكس الوقود الأكثر شيوعًا، لا يترك الهيدروجين النقي وراءه العديد من الجزيئات الإضافية أو الملوثات.

أكاسيد النيتروجين هي جزيئات خطرة يمكن أن تساهم في تكوين أمطار حمضية وتلعب دورا مدمرا في دورات أخرى، ومع ذلك، لا يزال الهيدروجين النقي يعتبر وقودا نظيفا، وذلك بسبب كمية الأكاسيد المنتجة منها التي تكون ضئيلة مقارنة بكمية الوقود الأحفوري، والمنتج الثانوي الرئيسي للهيدروجين هو الماء الذي لا يسبب أضرارا.  

تتمثل أصعب خطوات استغلال الهيدروجين كوقود في العثور عليه على شكله النقي واستخدام الطاقة التي ينتجها بكفاءة، ويتم استخدام العديد من العمليات لاستخراج الهيدروجين النقي من المواد المختلفة التي يتراكم بها على الأرض.

الخصائص الكيميائية للهيدروجين

يمكن تحديد تلك الخصائص الكيميائية عن طريق إعادة حساب المحتوى الحراري لتفكك الرابطة.  

يشكل جزيء الهيدروجين رابطة H-H، وتتميز هذه الرابطة بأعلى محتوى طاقة في الرابطة الموجودة بين أي ذرتين من العنصر.  

درجة حرارة الغرفة تجعل الهيدروجين غير نشط، وذلك بسبب وجود رابطة قوية، وبناء على ذلك، يتم عملية التحضير في درجة حرارة مرتفعة جدا باستخدام قوس كهربائي أو تحت تأثير الإشعاع فوق البنفسجي.  

يتألف الهيدروجين من تكوين إلكتروني 1s1، وبالتالي يمكنه التفاعل بفقدان إلكترون لتشكيل أيون H+ أو باكتساب إلكترون لتشكيل أيون H- 

تفاعلات الهيدروجين

يتم تحلل جزيء الهيدروجين إلى اثنتين من الذرات (H2 → 2H) عندما يتم توفير كمية من الطاقة تساوي أو تزيد عن طاقة التحلل (أي الطاقة المطلوبة لكسر الروابط بين الذرات في الجزيء).  

كتبت القيمة الحرارية لطاقة تفكك الهيدروجين الجزيئي بأنها 104000 سعر حراري لكل مول، أو 104 كيلو كالوري / مول (حيث يعبر عن الوزن الجزيئي بالجرام ويساوي اثنين جرام في حالة الهيدروجين)  

يتم الحصول على كمية كافية من الطاقة، على سبيل المثال، عندما يلامس الغاز خيوط تنجستن بيضاء ساخنة أو عند إنشاء تفريغ كهربائي في الغاز.  

إذا تم توليد الهيدروجين الذري تحت ضغط منخفض، فإن الذرات ستكون لها عمر طويل ومثال على ذلك هو ثلاثة عشر ثانية عند ضغط خمسة عشر ملليمتر من الزئبق، ويجعل الهيدروجين الذري شديد التفاعل.  

يتحد مع معظم العناصر لتشكيل الهيدرات (مثل هيدريد الصوديوم، NaH)، ويقلل من الأكاسيد المعدنية، وهذا التفاعل يتسبب في إنتاج المعدن في حالته الأولية.  

يتم تحفيز سطح المعادن التي لا تتحد مع الهيدروجين لتكون هيدرات مستقرة، مثل البلاتين، ويتم إعادة اتحاد ذرات الهيدروجين لتشكيل جزيئات الهيدروجين، ويمكن تسخينها حتى تتوهج بفعل الطاقة التي تطلقها هذه العملية

طرق الحصول على الهيدروجين

يمكن إنتاج الهيدروجين من مصادر محلية متنوعة، بما في ذلك الوقود الأحفوري والكتلة الحيوية والتحليل الكهربائي للماء بالكهرباء، يعتمد التأثير البيئي وكفاءة الطاقة للهيدروجين على كيفية إنتاجه، العديد من المشاريع جارية لخفض التكاليف المرتبطة بإنتاج الهيدروجين، وهذه عدة طرق للحصول على الهيدروجين:

_ تحويل الغاز الطبيعي / تحويله إلى غاز: يتم تحويل الغاز التخليقي الذي يتألف من خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وكمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون، عن طريق تفاعل الغاز الطبيعي مع بخار عالي الحرارة

 يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء لإنتاج هيدروجين إضافي، وهذه الطريقة هي الأرخص والأكثر فعالية والأكثر شيوعًا بين جميع الطرق المعروفة لإنتاج الهيدروجين. وإعادة تشكيل الغاز الطبيعي باستخدام البخار هي الطريقة الرئيسية لإنتاج الهيدروجين في الولايات المتحدة سنويًا، وتشكل غالبية الإنتاج.

يمكن أيضا إنتاج غاز تخليقي عن طريق تفاعل الفحم أو الكتلة الحيوية مع البخار العالي الحرارة والأكسجين في جهاز تغويز مضغوط، وهذا يحول الفحم أو الكتلة الحيوية إلى مكونات غازية – وهي عملية تسمى التغويز، ويحتوي غاز التخليق الناتج على الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، والذي يتفاعل مع البخار لفصل الهيدروجين

_تستخدم التحليل الكهربائي لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين عن طريق تمرير تيار كهربائي فيه، ويتم إنتاج الكهرباء من مصادر متجددة، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح، وفي حال تم ذلك، يعتبر الهيدروجين المنتج متجددا أيضا، ويتمتع بفوائد عديدة للبيئة، حيث تتم إطلاق مشاريع الطاقة المبتكرة التي تستخدم الكهرباء المتجددة الزائدة، عند توفرها، لتحليل الماء وإنتاج الهيدروجين

 _ إعادة تشكيل السوائل المتجددة: يتفاعل الوقود السائل المتجدد، مثل الإيثانول، مع بخار عالي الحرارة لإنتاج الهيدروجين.