Hidrogen

Hidrogen merupakan unsur yang mempunyai nombor atom 1 dengan simbol kimia, H. Hidrogen merupakan unsur pertama dan unsur yang paling ringan dalam jadual berkala. Hidrogen berada dalam kumpulan 1 dan kala 1.

Hidrogen wujud secara bebas, dan juga sebagai sebahagian daripada air, bahan galian, dan bahan organik. Hidrogen dibebaskan semula melalui elektrolisis air dan melalui pemprosesan petroleum. Hidrogen tidak terbakar, tetapi meletup apabila bercampur dengan oksigen dan didedahkan kepada api. 

Gas hidrogen (juga dikenali sebagai H2) diwujudkan dalam makmal pada awal kurun ke-16 melalui campuran logam dengan asid kuat. Pada 1766–81, Henry Cavendish merupakan orang pertama yang menyifatkan gas hidrogen sebagai bahan diskret, dan menghasilkan air apabila dibakar, sifat yang memberikan namanya yang bermaksud penghasil air dalam bahasa Yunani. Pada suhu dan tekanan piawai, hidrogen bersifat lutsinar, tidak berbau, bukan logam, tiada rasa, bukan toksik dan mudah terbakar.

Hidrogen digunakan dalam proses penghasilan metanol, ammonia, dan asid hidroklorik. Hidrogen pernah digunakan untuk mengisi kapal udara tetapi sifatnya yang mudah meletup apabila bercampur dengan oksigen dan terkena api menyebabkan hidrogen digantikan dengan gas helium.

Sejarah 
Nama unsur hidrogen diberikan oleh Antoine Lavoisier pada 1783 daripada dua perkataan Yunani, hidro (ὑδρο, air) dan genes (γενής, pencipta).

Sebelum bermulanya Perang Dunia Kedua, pada pukul 7:25 p.m. 6 Mei 1937, Jerman pernah kehilangan kapal udara Hindenburg apabila gas hidrogen yang digunakan untuk mengisi kapal udara tersebut meletup dan terbakar.

Kewujudan 
Hidrogen sebagai atom ialah unsur kimia paling banyak wujud di alam semesta; atom hidrogen merangkumi 75% jisim barion (seperti proton dan neutron) dan 90% jumlah atom. Hidrogen banyak dijumpai dalam bintang dan planet gergasi gas. Awan-awan molekul hidrogen, H2 berkait rapat dengan pembentukan bintang.

Di angkasa lepas, hidrogen lazimnya wujud dalam bentuk atom dan plasma. Dalam bentuk plasma, proton dan elektron atom hidrogen tidak terikat, menyebabkan atom memiliki kekonduksian dan keamatan cahaya yang tinggi.

Di medium antara najam, sejenis ion hidrogen, molekul hidrogen terproton, H3+ boleh dijumpai, dan terhasil melalui pengionan molekul hidrogen di sinar kosmos. Ion ini agak stabil di kawasan angkasa lepas disebabkan oleh ketumpatan dan suhu yang rendah, dan merupakan salah satu ion yang paling kerap dijumpai di alam semesta. Ion ini adalah penting dalam kimia medium antara najam. Ion ini juga telah dijumpai di kawasan atasan atmosfera Musytari.

Triatom hidrogen neutral, H3 hanya boleh wujud dalam keadaan teruja dan tidak stabil. Ion hidrogen molekul, H2+ pula jarang dijumpai di dalam alam semesta.

Di Bumi, hidrogen wujud sebagai molekul, H2, tetapi jarang untuk dijumpai di atmosfera Bumi dengan kepekatan serendah satu bahagian per juta. Hal ini kerana molekul hidrogen memiliki jisim yang rendah, menyebabkan molekul hidrogen lebih mudah terlepas daripada graviti Bumi berbanding dengan unsur-unsur gas lain. Di permukaan Bumi, hidrogen ialah unsur ketiga paling banyak, lazimnya dalam sebatian-sebatian seperti air dan hidrokarbon. Gas hidrogen dihasilkan oleh sesetengah bakteria dan alga.

Isotop 

Hidrogen membentuk tiga isotop, protium, deuterium, dan tritium yang mengandungi sifar, satu, dan dua neutron masing-masing. Beberapa isotop hidrogen yang tidak stabil pernah dihasilkan dalam makmal, tetapi tidak wujud dalam persekitaran, yakni isotop 4H ke 7H. 

Isotop-isotop hidrogen merupakan satu-satunya kumpulan isotop yang diberikan nama khusus yang masih digunakan ada masa kini.

Sebatian 
Meskipun H2 tidak begitu reaktif, hidrogen masih dapat bertindak balas dengan hampir kesemua unsur. Hidrogen biasanya bertindak balas dengan unsur-unsur dengan keelektronegatifan tinggi, terutamanya unsur-unsur halogen seperti fluorin dan klorin, di mana hidrogen wujud sebagai ion bercas positif.

Hidrogen bergabung dengan atom-atom karbon untuk membentuk hidrokarbon, dan seterusnya sebatian organik. Kajian tentang kumpulan sebatian ini dikenali sebagai kimia organik.

Hidrida 

Sebatian-sebatian hidrogen dipanggil sebagai hidrida, meskipun penggunaan bagi istilah hidrida adalah agak longgar. Istilah hidrida bermakna bahawa hidrogen membentuk ion bercas negatif, H-, dan berlaku apabila hidrogen bertindak balas dengan unsur-unsur elektropositif.

Penghasilan 
Molekul hidrogen dihasilkan di makmal-makmal kimia dan biologi, lazimnya sebagai hasil sampingan suatu tindak balas. Dalam bidang industri, molekul ini biasanya terhasil melalui penghidrogenan substrat tak tepu. Dalam alam sekitar, molekul ini terhasil melalui penurunan dalam tindak balas biokimia.

Elektrolisis air 
Kaedah elektrolisis air merupakan kaedah mudah untuk menghasilkan gas hidrogen, di mana arus elektrik bervoltan rendah dilalukan terhadap air, menyebabkan gas oksigen terhasil di anod dan gas hidrogen terhasil di katod. Kecekapan penghasilan gas hidrogen melalui cara ini (berdasarkan nilai tenaga hidrogen jika dibandingkan dengan nilai tenaga elektrik digunakan) adalah dalam julat 80–94%. Persamaan elektrolisis air ialah seperti di bawah:

2 H2O -> 2 H2 + O2

Tindak balas asid dan logam 
Dalam makmal, gas hidrogen dapat dihasilkan melalui tindak balas asid bukan pengoksida dengan logam-logam reaktif seperti zink, di mana persamaan ionnya ditunjukkan di bawah.

Zn + 2H+ -> Zn^2+ + H2

Logam aluminium juga dapat menghasilkan gas hidrogen jika ditindak balas dengan suatu bes, seperti di bawah:

2 Al + 6 H2O + 2 OH^- -> 2 Al(OH)^4- + 3 H2

Selain itu, suatu pelet aloi aluminium dan galium boleh dituang kepada air untuk menghasilkan hidrogen. Proses ini menghasilkan aluminium oksida, tetapi galium akan menghalang pengoksidaan di permukaan pelet dan oleh itu, boleh digunakan semula. Kaedah ini membolehkan hidrogen dihasilkan terus di tempat yang diperlukan tanpa perlu diangkut, dan boleh membawa kesan terhadap ekonomi gas hidrogen. Namun begitu, galium ialah suatu unsur yang mahal.

Kegunaan 
Hidrogen digunakan dalam bidang petroleum dan industri kimia dalam jumlah yang besar. Kegunaan terbesar hidrogen ialah dalam pemprosesan bahan api fosil dan penghasilan ammonia. Selain itu, hidrogen juga digunakan dalam penghidrogenan, biasanya dalam meningkatkan tahap ketepuan lemak dan minyak tak tepu, serta dalam penghasilan metanol. Hidrogen juga digunakan sebagai agen penurunan dalam pemprosesan bijih logam.

Gas hidrogen juga digunakan dengan meluas dalam bidang fizik dan kejuruteraan. Gas hidrogen digunakan sebagai gas pelindung dalam sesetengah kaedah kimpalan seperti kimpalan hidrogen gas. Gas hidrogen digunakan sebagai penyejuk dalam penjana elektrik kerana gas ini mempunyai kekonduksian haba tertinggi dalam kalangan gas yang wujud. Gas hidrogen pernah digunakan secara meluas sebagai gas pengangkat belon dan kapal udara.

Keselamatan 

Hidrogen memiliki beberapa bahaya keselamatan kepada manusia seperti bahaya letupan dan kebakaran apabila bercampur dengan udara, dan bahaya gas hidrogen sebagai gas asfiksia dalam bentuk tulen (tanpa gas oksigen). Cecair hidrogen ialah cecair kriogenik dan membawa bahaya yang berkait dengan cecair-cecair bersuhu sejuk. Hidrogen larut dalam kebanyakan logam-logam, dan boleh menyebabkan kebocoran serta kerapuhan logam yang membawa kepada rekahan dan letupan. Gas hidrogen boleh terbakar dengan spontan di dalam udara persekitaran. Tambahan pula, gas hidrogen panas tidak dapat dilihat, dan boleh menyebabkan kelecuran.

Sifat-sifat keselamatan gas hidrogen sebenar seperti suhu dan tekanan genting letupan mungkin tidak sama dengan maklumat yang diberi dalam data-data keselamatan, dan bergantung kepada geometri bekas gas.

Lihat juga 

Antihidrogen
Ion hidrogen
Kitar hidrogen

Rujukan

Pautan luar 

 

 
Agen penurun
Bukan logam
Unsur kimia