Hidrogen
Hidrogen (Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1.00794 amu[n 1], hidrogen adalah unsur teringan di dunia.
Hidrogen juga adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam semesta.[n 2] Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.
Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion). Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam basa yang mana
banyak reaksi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Oleh karena hidrogen merupakan satu-satunya atom netral yang persamaan Schrödingernya dapat diselesaikan secara analitik, kajian pada energetika dan ikatan atom hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam perkembangan mekanika kuantum.
Kelarutan dan karakteristik hidrogen dengan berbagai macam logam merupakan subjek yang sangat penting dalam bidang metalurgi (karena perapuhan hidrogen dapat terjadi pada kebanyakan logam) dan dalam riset pengembangan cara yang aman untuk meyimpan hidrogen sebagai bahan bakar. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam
kristal maupun logam amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam disebabkan oleh distorsi setempat ataupun ketidakmurnian dalam kekisi hablur logam.
Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah-286kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia:
2 H 2 (g) + O 2 (g)  2 H 2 O (l) + 572 k J (286 k J  m o l  1) displaystyle 2textH_2 (g)+textO_2 (g)longrightarrow 2textH_2textO_(l)+572kJtext (286kJcenterdot mol-1) [n 3]
Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Kasus meledaknya pesawat Hindenburg
adalah salah satu contoh terkenal dari pembakaran hidrogen. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua pertiga dari penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor.
H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida, yang merupakan asam berbahaya.
Aras tenaga keadaan dasar elektron pada atom hidrogen adalah 13.6eV, yang ekuivalen dengan foton ultraviolet kira-kira 92nm.
Aras tenaga hidrogen dapat dihitung dengan cukup akurat menggunakan model atom Bohr yang menggambarkan elektron beredar mengelilingi proton dengan analogi Bumi beredar mengelilingi Matahari. Oleh karena diskretisasi momentum sudut yang dipostulatkan pada awal mekanika kuantum oleh Bohr, elektron pada model Bohr hanya dapat menempati jarak-jarak tertentu saja dari proton dan oleh karena itu hanya beberapa energi tertentu saja yang diperbolehkan.
Deskripsi atom hidrogen yang lebih akurat didapatkan dengan perlakuan mekanika kuantum murni menggunakan persamaan Schrödinger atau dengan perumusan integral lintasan Feyman untuk menghitung rapat kementakan elektron di sekitar proton.
Terdapat dua jenis molekul diatomik hidrogen yang berbeda berdasarkan spin relatif inti. Dalam bentuk ortohidrogen, spin dari dua proton adalah paralel dan dalam keadaan triplet; dalam bentuk parahidrogen, spin-nya adalah antiparalel dan dalam keadaan singlet. Pada keadaan standar, gas hidrogen terdiri dari 25% bentuk para dan 75% bentuk orto, juga dikenal dengan sebutan "bentuk normal". Rasio kesetimbangan antara
ortohidrogen dan parahidrogen tergantung pada termperatur. Namun oleh karena bentuk orto dalam keadaan tereksitasi, bentuk ini tidaklah stabil dan tidak bisa dimurnikan. Pada suhu yang sangat rendah, hampir semua hidrogen yang ada adalah dalam bentuk parahidrogen. Sifat fisik dari parahidrogen murni berbeda sedikit dengan "bentuk normal". Perbedaan orto/para juga terdapat pada molekul yang terdiri dari atom hidrogen seperti air dan metilena.
Antarubahan yang tidak dikatalis antara H2 para dan orto meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur; oleh karenanya H2 yang diembunkan dengan cepat mengandung banyak hidrogen dalam bentuk orto yang akan berubah menjadi bentuk para dengan sangat lambat. Nisbah orto/para pada H2 yang diembunkan adalah faktor yang perlu diperhitungkan dalam persiapan dan penyimpanan hidrogen cair: antarubahan dari bentuk orto ke para
adalah eksotermik dan dapat menghasilan bahang yang cukup untuk menguapkan hidrogen cair tersebut dan menyebabkan berkurangnya komponen cair. Katalis untuk antarubahan orto-para, seperti misalnya senyawa besi, sering digunakan selama pendinginan hidrogen.
Sebuah bentuk molekul yang disebut molekul hidrogen terprotonasi, atau H, ditemukan pada medium antarbintang (Interstellar medium) (ISM), dimana ia dihasilkan dengan ionisasi molekul hidrogen dari sinar kosmos. Molekul ini juga dapat dipantau di bagian atas atmosfer planet Yupiter. Molekul ini relatif cukup stabil pada lingkungan luar angkasa oleh karena suhu dan rapatan yang rendah. H adalah salah satu
dari ion yang paling melimpah di alam semesta ini, dan memainkan peran penting dalam proses kimia medium antarbintang.
Atom H, juga disebut hidrogen nasen atau hidrogen atomik, diklaim eksis secara fana namun cukup lama untuk menimbulkan reaksi kimia. Menurut klaim itu, hidrogen nasen dihasilkan secara in situ, biasanya reaksi antara seng dengan asam, atau dengan elektrolisis pada katode. Sebagai molekul monoatomik, atom H sangat reaktif dan oleh karena itu adalah reduktor yang lebih kuat dari H2
diatomik, namun pertanyaan kuncinya terletak pada keberadaan atom H itu sendiri. Konsep ini lebih populer di bidang teknik dan di literatur-literatur lama.
Hidrogen nasen diklaim mereduksi nitrit menjadi amonia atau arsenik menjadi arsina bahkan dalam keadaan lunak. Penelitian yang lebih mendetail menunjukkan lintasan alternatif lainnya dan bukanlah atom H.
Atom hidrogen dapat dihasilkan pada temperatur yang cukup tinggi (>2000 K) agar molekul H2 dapat berdisosiasi. Selain itu, radiasi elektromagentik di atas 11 eV juga dapat diserap H2 dan menyebabkan disosiasi.
Kadang kala, hidrogen yang terserap secara kimiawi pada permukaan logam juga dirujuk sebagai hidrogen nasen, walaupun terminologi ini sudah mulai ditinggalkan. Pandangan lainnya mengatakan bahwa hidrogen yang terserap secara kimiawi itu "kurang reaktif" dari hidrogen nasen disebabkan oleh ikatan yang dihasilkan oleh permukaan katalis logam tersebut.