هيدروجين H

الاكتشاف

لاحظ الناس غازًا قابلًا للاشتعال قبل أن يفهمه أحد بزمن طويل. ففي عام 1671 ذكر روبرت بويل أن برادة الحديد إذا أُلقيت في حمض مخفف أطلقت غازًا يحترق بسهولة، لكنه لم يعدّه مادة مستقلة.

جاءت الخطوة الحاسمة عام 1766 حين حضّر العالم الإنجليزي هنري كافنديش الغاز بعناية من الفلزات والأحماض، وقاس مدى خفته، ووصفه بأنه نوع متميز من الهواء أسماه «الهواء القابل للاشتعال». ونحو عام 1781 أثبت أن احتراقه ينتج الماء، وهي نتيجة أسهمت في إسقاط الفكرة القديمة القائلة إن الماء عنصر.

أعاد أنطوان لافوازييه تجارب الماء، وأطلق على الغاز اسمه الحديث عام 1783. وفي العام نفسه أطلق جاك شارل أول منطاد مملوء بالهيدروجين في باريس. وفي عام 1931 رصد هارولد يوري صورة أثقل من الهيدروجين هي الديوتيريوم، وهو عمل نال عليه جائزة نوبل في الكيمياء عام 1934.

أصل التسمية

يأتي الاسم من الكلمتين اليونانيتين hydro (ماء) وgenes (مكوِّن)، فمعنى الهيدروجين حرفيًا «مكوِّن الماء»، في إشارة إلى اكتشاف كافنديش ولافوازييه أنه يحترق فينتج الماء. أما الرمز H فهو ببساطة الحرف الأول من الاسم. ويُعرف في العربية أيضًا بالاسم المعرَّب «هيدروجين»، وقد اقتُرح له قديمًا اسم «المُمَيِّه» ترجمةً لمعناه.

أهم الاستخدامات

• إنتاج الأمونيا: عملية هابر-بوش التي تجمع الهيدروجين بالنيتروجين لصنع الأسمدة هي أكبر استخدام منفرد له.
• تكرير النفط: يزيل الهيدروجين الكبريت من الوقود ويكسّر النفط الثقيل إلى منتجات أخف.
• الكيماويات والغذاء: هو مادة أولية لإنتاج الميثانول، ويُستخدم في هدرجة الزيوت النباتية وتجميدها.
• الطاقة: تحوّل خلايا الوقود الهيدروجين والأكسجين إلى كهرباء لا يخرج منها سوى الماء، والهيدروجين السائل وقود صواريخ منذ زمن طويل.
• الصناعة: يُستخدم مبرِّدًا في المولدات الكهربائية الكبيرة، وجوًّا مختزِلًا في تشغيل المعادن.

يُصنع معظم الهيدروجين اليوم من الغاز الطبيعي، أما إنتاجه بتحليل الماء بكهرباء متجددة، أي ما يُسمى الهيدروجين الأخضر، فهو هدف رئيسي من أهداف التحول في مجال الطاقة.

النظائر

الهيدروجين هو العنصر الوحيد الذي لنظائره أسماء خاصة بها. فالهيدروجين العادي، البروتيوم (1H)، لا نيوترون فيه، ويشكّل أكثر من 99.98% من الهيدروجين الطبيعي. أما الديوتيريوم (2H أو D) فيحمل نيوترونًا واحدًا وهو مستقر أيضًا، وتكون نحو ذرة واحدة من كل 6,400 ذرة هيدروجين ديوتيريومًا. ويُبطئ الماء الثقيل (D2O) النيوترونات في بعض المفاعلات النووية، كما أن المذيبات المديترة معيارية في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي.

أما التريتيوم (3H) فمشع، وعمر النصف له نحو 12.3 سنة. وهو يضيء لافتات الخروج ذاتية الإنارة وموانئ الساعات، ويُستخدم متتبِّعًا لتأريخ المياه الجوفية، كما يُخطَّط لاستعماله وقودًا مع الديوتيريوم في مفاعلات الاندماج.

في الحياة اليومية

تحتوي كل جزيئة ماء على ذرتي هيدروجين، ويشكّل الهيدروجين نحو عُشر كتلة جسم الإنسان. وهو موجود في الدهون والسكريات والبروتينات والحمض النووي DNA، وروابطه الهيدروجينية هي التي تمسك شريطي الحمض النووي معًا.

أما الغاز نفسه فعديم اللون والرائحة، وأخف من الهواء بكثير. وهو يحترق في نطاق واسع جدًا من التراكيز في الهواء، من نحو 4 إلى 75 في المئة، ولهبه يكاد لا يُرى في ضوء النهار، لذا يتطلب التسرب منه تعاملًا حذرًا. وقد أنهت كارثة المنطاد هيندنبورغ عام 1937 عصر المناطيد الركابية المملوءة بالهيدروجين.