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.
Normaaltingimustes on see väga kergesti süttiv, värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas, gaasiline vesinik. Vesinik põleb õhus, andes saaduseks vee. Vesiniku keemistemperatuur on 20,27 K ja sulamistemperatuur 14,02 K. Väga kõrgetel rõhkudel, nagu näiteks hiidplaneetide keskmes, selle molekulid dissotsieeruvad ning vesinikust saab vedel metall. 
Vesinik on kerge gaas, mida Maa gravitatsioon ei hoia kinni. Kosmoses saab divesiniku pilvedest (molekulipilvedest) alguse täheteke.
Laboratoorselt saadakse seda metallide (näiteks tsingi) reageerimisel hapetega, tööstuslikult vee elektrolüüsi teel.
Divesinikku toodetakse 99,9% ulatuses süsivesinikest (metaan, nafta, kivisüsi) ja vaid 0,04% ulatuses vee elektrolüüsi teel. Selle tootmisega kaasnes 2021. aastal umbes 900 miljonit tonni süsinikdioksiidi heitmeid, mis moodustas umbes 2% süsinikdioksiidi emissioonist maailmas.
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.
Vesinikku kasutati tsepeliini tüüpi õhulaevades, mis püsivad õhus tänu Archimedese seadusele. Hiljem asendati see vähem ohtliku, mittesüttiva heeliumiga. Vesiniku kasutamist kütusena uurib vesinikuenergeetika. Samuti leiab vesinik kasutamist keemiatööstuses. Aastal 2021 tarbiti maailmas 94 miljonit tonni vesinikku. Suurem osa vesinikutootmisel saadud divesinikust tarbitakse kohapeal, peamiselt keemiatööstuses ja naftakeemiatööstuses: ammoniaagi sünteesiks (50%), süsivesinike rafineerimiseks ja [[desulfureerimine|desulfureerimiseks (37%) ning [[metanool]]i sünteesiks (12%). Vesinikku on kasutatud [[liha]] [[säilitamine|säilitamiseks]].
Füüsikalised omadused.
[[Normaaltingimused|Tavatingimustel]] on ta [[värvitu aine|värvitu]], [[lõhnatu aine|lõhnatu]] ja [[maitsetu aine|maitsetu]] [[gaas]].
[[Molekulmass]] on 2,01589 [[aatommassiühik]]ut. See on Maal looduslikult levinud gaaside seas kõige väiksem ehk vesinik on nende seas kõige kergem. [[Molaarmass]] on 2,01588 [[gramm mooli kohta|g/mol]].
[[Keemistemperatuuril]] 20,268 [[kelvin|K]] (−252,882 °C) kondenseerub kahest [[prootium]]iaatomist koosneva [[molekul]]iga diprootium (H2) [[vedelik]]uks, mis [[sulamistemperatuur|tahkub temperatuuril]] 14,025 [[kelvin|K]] (−259,125 °C).
Väga kõrge [[rõhk|rõhu]] all (näiteks vesinikust koosnevate suurte taevakehade tuumas) muutub divesinik metalliliseks [[vedelik]]uks ([[metalliline vesinik]]). Väga madala rõhu all (näiteks [[maailmaruum]]is) kipub vesinik esinema [[atomaarne vesinik|atomaarse vesinikuna]], sest vesinikuaatomite kohtumise [[tõenäosus]] on väike; niisugune ühinemine on tekitanud vesinikupilved, millest on alguse saanud [[täht (astronoomia)|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 [[kelvin|K]] juures).
[[Molaarruumala]] on 22,42 · 10−3 m3/mol.
[[Aururõhk]] on 209 · 103 [[paskal|Pa]] (23 K juures).
Divesinik on [[diamagnetik]] [[magnetiline vastuvõtlikkus|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 [[pikomeeter|pikomeetrit]].
Orto- ja paravorm.
Vesiniku molekuli [[energiatase]]med olenevad sellest, kas [[aatomituum|tuum]]ade [[spinn]]id on samasuunalised või erisuunalised. Erineva spinnide jaotusega olekute vaheline üleminek on aeglane.
Divesinik on kahe isomeeri segu. Neid nimetatakse [[ortovesinik]]uks ja [[paravesinik]]uks. 
Ortovesinik (spinnid paralleelsed ehk ühesuunalised, [[triplett]]olek) vastab ergastatud olekule, mida puhta ainena stabiilses olekus ei esine.
Normaaltingimustel sisaldab divesinik soojusergastuse tõttu umbes 75% ortovesinikku ja 25% paravesinikku. 77 K juures on tasakaalulises segus umbes pool ortovesinikku ja pool paravesinikku (tasakaal tekib mõne ööpäeva jooksul, [[katalüsaator]]ite abiga mõne tunni jooksul). Väga madalal temperatuuril muutub kogu ortovesinik lõpuks paravesinikuks (spinnid vastassuunalised ehk antiparalleelsed, [[singlett]]olek).
Kummagi vormi füüsikalised omadused on pisut erinevad, näiteks on paravesinikul umbes 0,1 K võrra madalam keemis- ja sulamistemperatuur kui ortovesinikul.
Keemilised omadused.
[[Pilt:19. Експлозија на смеса од водород и воздух.webm|pisi|300px|Video. Kooniline anum on täidetud gaasilise vesinikuga, mis antud katses süüdatakse. Koonuse alumises osas asuvast avausest hakkab sisenema õhku, mis vesinikuga seguneb. Lähenemisel kriitilisele kontsentratsioonile muutub põlemine järjest ebastabiilsemaks ja gaaside segu võnkumine anumas kutsub esile langeva sagedusega heli. Kui vesiniku ja õhu omavahelise suhe muutub selleks sobivaks, siis leiab aset plahvatus]]
Kuumutamisel [[keemiline reaktsioon|reageerib]] vesinik paljude [[keemiline aine|aine]]tega. Reaktsioon [[dihapnik]]uga [[eksotermiline reaktsioon|eraldab soojust]], mistõttu vesinik [[õhk|õhus]] või [[dihapnik]]us [[põlemine|põleb]] ja ta [[segu]]d hapnikuga või õhuga süütamisel [[plahvatus|plahvatavad]]. Ta on [[kergesti süttiv aine]].
Tõestamine.
Selleks et kontrollida divesiniku kohalolu, viiakse põlev tikk divesinikku sisaldava [[katseklaas]]i juurde. Dihüdrogeeni põlemisreaktsioon õhus oleva [[dihapnik]]uga, mille vallandab soojusallikas, tekitab iseloomuliku heli ("klähvimise").
Põlemine.
Divesiniku [[põlemine]] [[dihapnik]]us, mis tekitab [[veemolekul|vee]], on:
2H2 + O2 → 2H2O
See on eriti äge ja väga [[eksotermiline reaktsioon]]: divesiniku [[eripõlemissoojus]] ([[kütteväärtus]]) on 141,86 MJ/kg [või 141,79 MJ/kg] temperatuuril 25 °C [või 15 °C] rõhu 1 atm juures,
mis vastab standardsel temperatuuril (25 °C) [[põlemisentalpia]]le −285,84 kJ/mol
või temperatuuril 100 °C põlemisentalpiale −283,45 kJ/mol (siin on divesinik ja dihapnik gaasilised, kuid vesi vedel, nii et tegu on [[ülemine kütteväärtus|ülemise kütteväärtus]]ega). Kui aga eeldada, et tekib [[veeaur]] (nii et tegu on [[alumine kütteväärtus|alumise kütteväärtus]]ega), siis eripõlemissoojus on 120,1 MJ/kg [või 119,93 MJ/kg], vastav entalpia on −242,8 kJ/mol
(võttes 40,660 kJ/mol vee aurustumiseks temperatuuril 100 °C). Võrdluseks: [[butaan]]i [[kütteväärtus]] on ainult 49,51 MJ/kg. Seetõttu oleks divesinik väga hea [[raketikütus]], kuid selle ladustamine on ohtlik.
Sedasama [[redoksreaktsioon]]i aeglasemal kujul kasutatakse [[elektrivool]]u tootmiseks [[kütuseelement]]ides.
Esinemine looduses.
Vaba vesinik (divesinik) on Maal suhteliselt vähe levinud. Et see on väga väikese [[tihedus]]ega, ei suuda Maa gravitatsioon seda kinni pidada, nii et see väljub [[atmosfäär]]ist. Õhus on seda ainult jälgedena: Maa [[atmosfäär]]i alumises osas vaid umbes 0,000005 [[mahuprotsent]]i. Kõrguse kasvades vesinikusisaldus kasvab. 100 km kõrgusel on väga hõre atmosfäär, mis koosneb peaaegu ainult divesinikust.
Maal on siiski mõned nähtused, mille puhul looduslikult eraldub divesinikku.. Nendes kohtades tekkivat divesinikku nimetatakse [[looduslik vesinik|looduslikuks vesinikuks]]..
Väljaspool Päikesesüsteemi esineb divesinik hiiglaslikes gaasipilvedes ([[molekulipilv]]edes), nimelt [[H-I-ala]]del, kus ta on ioniseerimata. Need alad kiirgavad sagedusega umbes 1420 [[megaherts|MHz]], mis vastab [[HI-joon|21 cm joon]]ele. See kiirgus tuleneb [[koguspinni üleminek]]utest. Selle kiirguse järgi leitakse ja uuritakse vesiniku esinemist Universumis.
Saamine.
Divesinikku saadakse põhiliselt [[vesi|veest]] ja [[süsivesinikud|süsivesinikest]].
Tugevalt [[elektropositiivsus|elektropositiivsete]] [[metall]]ide [[keemiline reaktsioon|reageerimisel]] veega tekivad divesinik ja [[metallhüdroksiid]]i [[lahus]]:
 2Na + 2H2O → H2 + 2Na+ + 2OH– 
 Ca + 2H2O → H2 + Ca2+ + 2OH–
Uurimislugu.
Esimene teadaolev teadlane, kes kirjeldas divesiniku saamist, oli [[Paracelsus]]. Ta sai selle, valades [[väävelhape]]t [[raud|raua]]pulbrile, kuid ta ei saanud täpselt, mis gaas selle reaktsiooni käigus eraldus.
Aastal 1671 avastas [[Robert Boyle]] [[keemiline reaktsioon|reaktsiooni]] [[raud|raua]] [[viilipuru]] ja [[happelahus]]te 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 piisavalt 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 kahtlustada." Sõna "väävliloomus" ("sulfureous") võib olla mõnevõrra eksitav, eriti kuna Boyle tegi sarnase katse raua ja väävelhappega. Ent tõenäoliselt tähendab see sõna siin 'süttiv'. 
[[Henry Cavendish]] kordas Paracelsuse katset mitme metalliga ([[raud]], [[tsink]] ja [[tina]]) ning mitme happega. Ta avastas [[1766]], et niiviisi saadav gaas on õhust erinev, süttiv ja väikese tihedusega. Ta pidas seda esimesena eralf aineks, mistõttu teda peetakse divesiniku avastajaks. Cavendish nimetas sealjuures tekkinud gaasi happe ja metalli reatsiooni tõttu kergesti süttivaks õhuks ("inflammable air"). Ta uuris seda gaasi põhjalikult ning avaldas oma tulemused. Ta oletas, et see kergesti süttiv õhk on [[flogiston]]. [[Dihapnik]]u nimetas ta vitaalseks õhuks. 
Täpsemalt analüüsis kergesti süttivat õhku aga alles [[Antoine Laurent de Lavoisier]], kes kordas Cavendishi katseid ning tegi kindlaks, et selle gaasi [[põlemine|põlemisel]] tekib vesi, ning andis kergesti süttivale õhule seetõttu nimeks "hydrogène" (ladina "hydrogenium" 'vett tekitav aine'). Cavendish oli [[Joseph Priestley]] tähelepanekule toetudes 1781 juba kindlaks teinud, et vesiniku põlemisel tekib vesi (avaldatud alles 1784). Lavoisier sai Cavendishi [[eksperiment]]idest teada, kui ta 1783. aastal külastas Cavendishi assistenti [[Charles Blagden]]it. Cavendish oli [[flogiston]]iteooria pooldaja ning divesinik 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 [[neli elementi|nelja elemendi]] teooria järgi elemendiks peetud vee koostisosa. Lavoisier tegi kvantitatiivseid katseid, tuginedes oma [[massi jäävuse seadus]]ele. Ta juhtis [[veeaur]]u [[suletud süsteem (füüsika)|suletud süsteem]]is üle hõõguvate raualaastude ning laskis tekkinud gaasidel teises kohas [[kondensatsioon|kondenseeruda]]. Ta tegi kindlaks, et kondenseerunud vee [[mass]] oli pisut väiksem kui algse gaasi mass. See-eest oli tekkinud gaas, mille mass koos [[oksüdatsioon|oksüdeerunud]] raua massi juurdekasvuga vastas "kaduma läinud" veekoguse massile.
[[Pilt:Cavendish Henry signature.jpg|pisi|Vesiniku avastaja [[Henry Cavendish]]]]
[[Pilt:Lavoisier.jpg|pisi|[[Antoine Laurent de Lavoisier]], kes pani divesinikule nime "hydrogène"]]
Lavoisier jätkas tekkinud gaasi uurimist ning tegi [[paukgaasiproov]]i 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").
Viited.
[[Kategooria:Lihtained]]