Divesinik

Divesinik ehk molekulaarne vesinik ehk vesinik on lihtaine, mille molekul koosneb kahest vesinikuaatomist.

Keemiline valem on H2. SMILES-i tähistus on [HH], InChI tähistus 1/H2/h1H. Tema CAS-i number on 1333-74-0, EG-number on 215-605-7, PubChemi number on 783.

Tavatingimustes on ta väga kergesti süttiv, värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas, gaasiline vesinik.

Laboratoorselt saadakse teda metallide (näiteks tsingi) reageerimisel hapetega, tööstuslikult vee elektrolüüsi teel.

Eri viisidel toodetud vesinikku nimetatakse erinevalt. Maagaasist toodetud vesinikku nimetatakse halliks vesinikuks ja elektrokatalüüsiga veest toodetut roheliseks vesinikuks. Maagaasist vesiniku tootmisel eraldub aga süsinikdioksiid. Kui see protsessis kinni püütakse, siis nimetatakse nii toodetud vesinikku siniseks vesinikuks.

Vesiniku kasutamist kütusena uurib vesinikuenergeetika. Samuti leiab vesinik kasutamist keemiatööstuses.

Füüsikalised omadused 
Tavatingimustel on ta värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas.

Molekulmass on 2,01589 aatommassiühikut. See on Maal looduslikult levinud gaasidest kõige väiksem ehk vesinik on nende seas kõige kergem. Molaarmass on 2,01588 g/mol.

Temperatuuril 20,268 K (−252,882 °C) kondenseerub kahest prootiumiaatomist koosneva molekuliga diprootium (H2) vedelikuks, mis tahkub temperatuuril 14,025 K (−259,125 °C).

Väga kõrge rõhu all (näiteks vesinikust koosnevate suurte taevakehade tuumas) muutub divesinik metalliliseks vedelikuks (metalliline vesinik). Väga madala rõhu all (näiteks maailmaruumis) kipub vesinik esinema atomaarse vesinikuna, sest vesinikuaatomite kohtumise tõenäosus on väike; niisugune ühinemine on tekitanud vesinikupilved, millest on alguse saanud tähed.

Aurustumissoojus on 0,891 kJ/mol, sulamissoojus 0,117 kJ/mol. Erisoojusmahtuvus on 14304 J/(kg · K). Soojusjuhtivus on 0,1815 W/(m · K).

Tihedus on 0,0899 kg · m−3 (273 K juures).

Molaarruumala on 22,42 · 10−3 m3/mol.

Aururõhk on 209 · 103 Pa (23 K juures).

Divesinik on diamagnetik magnetilise vastuvõtlikkusega 8 · 10−9. Elektrijuhtivus on 0 S/m.

Helikiirus divesinikus on 1314 m/s (298,15 K juures).

Aatomite vaheline kaugus on 74,14 pikomeetrit.

Vesiniku molekuli energiatasemed olenevad sellest, kas tuumade spinnid on samasuunalised või erisuunalised. Erineva spinnide jaotusega olekute vaheline üleminek on aeglane.

Keemilised omadused 

Kuumutamisel reageerib vesinik paljude ainetega. Reaktsioon dihapnikuga eraldab soojust, mistõttu vesinik õhus või dihapnikus põleb ja ta segud hapnikuga või õhuga süütamisel plahvatavad. Ta on kergesti süttiv aine.

Esinemine looduses
Vaba vesinik (divesinik) on Maal suhteliselt vähe levinud. Et ta on väga väikese tihedusega, on teda Maa atmosfääri alumises osas vaid umbes 0,000005 mahuprotsenti. Kõrguse kasvades vesinikusisaldus kasvab. 100 km kõrgusel on väga hõre atmosfäär, mis koosneb peaaegu ainult divesinikust.

Väljaspool Päikesesüsteemi esineb divesinik hiiglaslikes gaasipilvedes, nimelt H-I-aladel, kus ta on ioniseerimata. Need alad kiirgavad sagedusega umbes 1420 MHz, mis vastab 21 cm joonele. See kiirgus tuleneb koguspinni üleminekutest. Selle kiirguse järgi leitakse ja uuritakse vesiniku esinemist Universumis.

Saamine
Divesinikku saadakse põhiliselt veest ja süsivesinikest.

Tugevalt elektropositiivsete metallide reageerimisel veega tekivad divesinik ja metallhüdroksiidi lahus:

  2Na + 2H2O → H2 + 2Na+ + 2OH– 
  Ca + 2H2O → H2 + Ca2+ + 2OH–

Uurimislugu
Aastal 1671 avastas Robert Boyle reaktsiooni raua viilipuru ja happelahuste vahel, mille saadus on divesinik, ja kirjeldas seda: "Olles hankinud soolavaimu [vesinikkloriidhappe], mis oli ebahariliku valmistamisviisi teel tehtud teravaks ja läbitungivaks, panime  kolbi, mis mahutab kolm või neli untsi vett, sobiva koguse raua viilipuru, mis ei olnud niisugune, nagu tavaliselt müüakse poodides farmatseutidele ja apteekritele, (sest see ei ole harilikult piisavalt roostevaba) vaid niisuguse, mille ma mõne aja eest olin pannud meelega pudenema hea terase tükilt. Pärast niisutamist kolvis vähese vedelikuga niisutati seda hiljem suurema koguse vedelikuga; seepeale läks segu väga kuumaks ja paiskas välja rikkalikult haisvat suitsu; seda, kas see koosnes täielikult lenduvast Marsi väävlist [rauast?] või väävliloomusest osasaavatest metalliaurudest ning ühines vedeliku soolaaurudega, ei ole siin tarvis arutada. Aga kust see haisev suits ka ei pärinenud, see oli nii süttiv, et süüdatud küünla lähendamisel sellele olla piisavalt valmis tuld võtma ning mõnda aega põlema kolvisuu juures sinaka ja pisut roheka leegiga; ja seda  mitte vähese valgusega, küll aga suurema jõuga, kui kergesti oleks võinud kahtlustega." Sõna "väävliloomus" (sulfureous) võib olla mõnevõrra eksitav, eriti kuna Boyle tegi sarnase katse raua ja väävelhappega. Ent tõenäoliselt tähendab see sõna siin 'süttiv'. 

Aastal 1766 tunnistas Henry Cavendish esimesena gaasilise vesiniku eraldi aineks ning pani sellele metalli ja happe reaktsiooni järgi nimeks "kergesti süttiv õhk" (inflammable air). Ta oletas, et see kergesti süttiv õhk on flogistonHenry Cavendish. Three Papers, Containing Experiments on Factitious Air, by the Hon. Henry Cavendish, F. R. S. – Philosophical Transactions, 12 mai 1766, kd 56, lk 141–184. Veebis.. Aastal 1781 avastas, ta et see gaas tekitab põlemisel vee. 

Divesiniku avastas inglise keemik ja füüsik  Henry Cavendish aastal 1766, kui ta tegi katseid metallide (raud, tsink ja tina) ning hapetega. Cavendish nimetas sealjuures tekkinud gaasi tema põlevuse tõttu kergesti süttivaks õhuks''' (inflammable air). Ta uuris seda gaasi põhjalikult ning avaldas oma tulemused. 

Täpsemalt analüüsis kergesti süttivat õhku aga alles Antoine Laurent de Lavoisier, kes tegi kindlaks, et selle gaasi põlemisel tekib vesi, ning andis kergesti süttivale õhule seetõttu nimeks hydrogène (ladina hydrogenium 'vett tekitav aine'). Cavendish oli Joseph Priestley tähelepanekule toetudes juba kindlaks teinud, et vesiniku põlemisel tekib vesi (avaldatud alles 1784). Lavoisier sai Cavendishi eksperimentidest teada, kui ta 1783. aastal külastas  Cavendishi assistenti Charles Blagdenit.  Cavendish oli flogistoniteooria pooldaja ning vesinik oli tema silmis üks selle hüpoteetilise aine kandidaate. Lavoisier aga näitas oma tähelepanu äratanud katsetega, et see gaas moodustab omaette elemendi, mis on tol ajal sageli veel nelja elemendi teooria järgi elemendiks peetud vee koostisosa. Lavoisier tegi kvantitatiivseid katseid, tuginedes oma massi jäävuse seadusele. Ta juhtis veeauru suletud süsteemis üle hõõguvate raualaastude ning laskis tekkinud gaasidel teises kohas kondenseeruda. Ta tegi kindlaks, et kondenseerunud vee mass oli pisut väiksem kui algse gaasi mass. See-eest oli tekkinud gaas, mille mass koos oksüdeerunud raua massi juurdekasvuga vastas "kaduma läinud" veekogus massile.

Lavoisier jätkas tekkinud gaasi uurimist ning tegi paukgaasiproovi all tuntud katse, mille käigus gaas põles ära. Selle pärast nimetas ta gaasi algul süttivaks õhuks (air inflammable). Kui hilisemates katsetes ilmnes, et sellest gaasist on võimalik saada vett, panigi ta sellele nimeks "vesinik" (hydrogène).

Allikad
Arnold F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. Lehrbuch der anorganischen Chemie, Walter de Gruyter, 1995.
Erwin Riedel, Christoph Janiak. Anorganische Chemie, 7. trükk, 2007. Google'i raamat
Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия'', Высшая школа 1988.

Viited

Lihtained