Vodik – razlika između verzija

Vodik nema određen položaj u periodnom sustavu. Ima jedan valentni [[elektron]] kao [[alkalijski metali]], a od njih se razlikuje mnogo većom energijom [[Ionizacija|ionizacije]]. Za stabilnu elektronsku konfiguraciju nedostaje mu jedan [[elektron]]. Vodik bi se mogao smatrati [[Halogeni elementi|halogenim elementom]], ali od njih ima manju [[elektronegativnost]] i afinitet prema elektronu, pa se zbog toga proučava zasebno. Čini 75% mase [[svemir]]a, te je ishodišna tvar iz koje su [[Nuklearna fuzija|nuklearnom fuzijom]] nastali ostali elementi. [[Zvijezda|Zvijezde]] u [[Glavni niz|glavnom nizu]] se uglavnom sastoje od vodika, u obliku [[plazma|plazme]]. Elementarni vodik na [[Zemlja|Zemlji]] je u vrlo malim količinama. <ref> {{Cite web| author =Palmer D.|title=Hydrogen in the Universe|url=http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/971113i.html|publisher=[[NASA]]| year=1997}}</ref>

Industrijski se najviše dobija iz [[Prirodni plin|zemnog plina]], a rjeđe [[Elektroliza|elektrolizom]] [[voda|vode]]. Najviše se koristi u proizvodnji [[Fosilna goriva|fosilnih goriva]] (hidrokrakiranje – povećanje kvalitete goriva) i za dobivanje [[amonijak]]a, u proizvodnji umjetnih goriva. U [[Metalurgija|metalurgiji]] nije baš poželjan, jer mnoge [[Kovine|metale]] čini lomljivim i krtim, pa stvara poteškoće u izgradnji cjevovoda i metalnih spremnika. <ref>{{Cite "web|title=Hydrogen Basics&nbsp;— Production" [|url=http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/production.htm] |publisher=Florida Solar Energy Center,| year=2007.}}</ref> <ref>{{cite journal |author= Rogers H.C.:|title= "Hydrogen Embrittlement of Metals", |journal=Science, |date=1999.}}</ref>

Tekući vodik je dobio prvi put 1898. James Dewar, a godinu kasnije je stvorio i kruti vodik. [[Deuterij]] je dobio 1931. [[Harold Urey]], a godinu kasnije je stvorili i [[Teška voda|tešku vodu]]. 1934. [[Ernest Rutherford]] i njegov tim su proizveli [[tricij]]. <ref>{{Cite book|author= Emsley John: "|title=Nature's Building Blocks", |publisher=Oxford University Press,| date = 2001.}}</ref>

[[Nikal]] – vodikove [[Baterija|baterije]] su se prvi puta koristile 1977, a kasnije ih je koristila [[Međunarodna svemirska postaja]], [[Svemirske letjelice|svemirske letjelice]] [[2001 Mars Odyssey]] i [[Mars Global Surveyor]], te [[svemirski teleskop Hubble]], kome je prvo pakovanje baterija trajalo 19 godina. <ref> [{{Cite web |url=http://www.aiaa.org/content.cfm?pageid=406&gTable=japaperimportPre97&gID=57704] "|title=NTS-2 Nickel-Hydrogen Battery Performance 31", |publisher=Aiaa.org,|date= 2009.}}</ref>

Zbog svoje jednostavne [[atom|atomske]] strukture, koja se sastoji od jednog [[proton]]a i [[elektron]]a, atom vodika sa svojim [[Vodikove spektralne linije|vodikovim spektralnim linijama]] svjetlosti (emisija i apsorpcija – [[Balmerova serija]], [[Lymanova serija]] itd.), je imao središnju ulogu u razvoju [[Bohrov model atoma|teorije atomske strukture]]. Osim toga, atom vodika i odgovarajući kationi H₂⁺ su imali važnu ulogu u razumijevanju prirode [[Kemijska veza|kemijskih veza]], čija se teorija razvila 1920-tih. <ref>{{cite journal |author=Crepeau Bob: "|title=Niels Bohr: The Atomic Model", |journal=Great Scientific Minds, |publisher=Great Neck Publishing, |date=2006.}}</ref>

Prije razvoja [[kvantna mehanika|kvantne mehanike]], [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] je uočio da [[Toplinski kapacitet|specifični toplinski kapacitet]] molekule H₂ ima neobjašnjivo odstupanje na niskim temperaturama, gdje se H₂ počinje više ponašati kao jednoatomni plin. Prema kvantnoj teoriji, ta pojava se dešava zbog prostora energetskih nivoa, koji su naširoko raspoređeni kod H₂ zbog male mase. Taj veliki prostor energetskih nivoa onemogućuje ravnomjernu raspodjelu toplinske energije kod vodika na niskim temperaturama. <ref>{{cite journal |authors=Berman R., Cooke, A. H.; Hill, R. W.: "|title=Cryogenics", |journal=Annual Review of Physical Chemistry, |date=1956.}}</ref>

Čini 75% mase [[svemir]]a, te je ishodišna tvar iz koje su [[nuklearna fuzija|nuklearnom fuzijom]] nastali ostali elementi. Po broju atoma, vodika ima 90% u svemiru. Ima ga u ogromnim količinama u [[zvijezda|zvijezdama]] i [[Plinoviti div|plinovitim divovima]], a izgleda da ga ima u još neotkrivenoj [[Tamna tvar|tamnoj tvari]] i [[Tamna energija|tamnoj energiji]]. Molekularni oblaci sa H₂ su povezani sa rođenjem zvijezda. Vodik ima odlućujuću ulogu u stvaranju snage i toplinske energije u [[nuklearna fuzija|nuklearnoj fuziji]], koja se odvija u jezgrama zvijezda, kroz [[Niz proton-proton|niz proton – proton]] i [[Niz ugljik-dušik-kisik|niz ugljik – dušik – kisik]]. <ref>{{Cite web |author=Steve Gagnon: [|url=http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html] "|title=Hydrogen", |publisher=Jefferson Lab, |year=2008.}}</ref> <ref>{{Cite book|author=Haubold Hans, Mathai, A. M.,| 2007.date [=2007|url=http://www.columbia.edu/~ah297/unesa/sun/sun-chapter4.html] "|title=Solar Thermonuclear Energy Generation", |publisher=Columbia University, |year=2008.}}</ref>

U svemiru vodik se uglavnom nalazi u atomskom stanju ili kao [[plazma]], čija su svojstva sasvim drukčija od molekularnog vodika H₂. Kao plazma, vodikovi elektroni i protoni nisu povezani zajedno, i stvaraju veoma jaku [[Električna vodljivost|električnu vodljivost]] i veliku emisiju [[toplina|topline]] (stvara [[elektromagnetsko zračenje]], uključujući svjetlost sa [[Sunce|Sunca]] i ostalih [[zvijezda]]). Na nabijene čestice vodika snažno utječu [[Magnetsko polje|magnetska]] i [[Električno polje|električna polja]]. Na primjer, [[Sunčev vjetar]] djeluje na Zemljinu [[magnetosfera|magnetosferu]], stvarajući [[polarna svjetlost|polarnu svjetlost]] i Birkelandovu struju. <ref>{{cite journal |author=Storrie-Lombardi Lisa J.: "|title=Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas", |journal=Astrophysical Journal, |date=2000.}}</ref>

Pod normalnim uvjetima na Zemlji, vodik se uglavnom nalazi kao plinovita molekula H₂. Ustvari, vodikov plin je vrlo rijedak u atmosferi, svega 0,000055%, zato što je molekula vodika puno lakša od zraka, zbog čega lakše bježi iz [[Zemljina atmosfera|atmosfere]]. Ipak, na Zemljinoj površini, vodik je treći najrašireniji element, uglavnom u obliku molekula [[voda|vode]] i [[Ugljikohidrati|ugljikohidrata]]. Neke [[alga|alge]] i [[bakterije]] stvaraju plin vodik. <ref>{{Cite web
|author=Wolfgang H. Berger,| 2007.date [=2007|url=http://earthguide.ucsd.edu/virtualmuseum/climatechange2/11_3.shtml] "|title=The Future of Methane", |publisher=University of California, San Diego, |accessdate=2008.}}</ref>

Postoji više od 200 termokemijskih procesa, koji se mogu iskoristiti za razdvajanje vode. Oko 10-tak procesa se istražuje i ispituje za dobivanje vodika i [[kisik]]a iz [[voda|vode]], te grijanjem bez upotrebe [[električna struja|električne struje]], a ti su procesi na primjer: ciklus [[željezo|željeznog]] oksida, ciklus [[cerij]] (IV) oksid - cerij (III) oksid, ciklus [[cink]] – cink oksid, ciklus [[sumpor]] – [[jod]], ciklus [[Bakar (element)|bakar]] – [[klor]] i ciklus hibridni [[sumpor]]. Veliki broj labaratorija u Francuskoj, Njemačkoj, Grčkoj, Japanu i SAD razvijaju termokemijske procese uz korištenje Sunčeve energije i vode. <ref> [http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review05/pd28_weimer.pdf] "Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" 2005</ref> <ref> [{{Cite web |url=http://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/progress07/ii_f_1_perret.pdf]|title= "Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water", |work=DOE Hydrogen Program, |date=2007., |author=Perret Robert,|accessdate=26 2008.maj 2018}}</ref>

Velike količine H₂ se koriste u naftnoj i kemijskoj industriji. Najveća primjena je kod poboljšanja [[Fosilna goriva|fosilnih goriva]] i u proizvodnji [[amonijak]]a. U petrokemiji H₂ se koristi u procesima kao što su: hidrokrekiranje, katalitičko reformiranje benzina, izomerizacija i alkilacija. H₂ se isto koristi u povećanju zasićenja nezasićenih masti i ulja (koristi se za dobivanje [[margarin]]a). Također je sirovina za dobivanje [[Klorovodična kiselina|klorovodične kiseline]], a koristi se i kao [[reducens]] za [[mineralne sirovine]] ili rude. <ref>{{Cite web |work=Chemistry Operations: |date=2003. [|url=http://periodic.lanl.gov/elements/1.html] "|title=Hydrogen|publisher=Los Alamos National Laboratory" |accessdate=2008.}}</ref>

Vodik je izuzetno topiv u mnogim [[Kovine rijetkih zemalja|kovinama rijetkih zemalja]] i [[Prijelazni metali|prijelaznim metalima]], a topiv je i u nanokristalima i amorfnim metalima. [[Topljivost]] u metalima utječe na lokalne deformacije ili nečistoće u [[Kristalna rešetka|kristalnim rešetkama]], tako da metali postaju krtiji i lomljiviji, što stvara velike probleme u [[metalurgija|metalurgiji]], u izradi cjevovoda i metalnih rezevoara. Ponekad se to može riješiti ako vodik se pročisti prolaskom kroz diskove [[paladij]]a. <ref>{{cite journal |author=Takeshita Wallace: "|title=Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt", |journal=Inorganic Chemistry, |date=1974.}}</ref>

U novije vrijeme, plinoviti vodik H₂ se miješa sa [[dušik]]om, za dobivanje '''formirajućeg plina''' (oko 5% vodika u dušiku), koji se koristi kod postupka lociranja ili utvrđivanja propuštanja kod raznih cjevovoda u automobilskoj, kemijskoj industriji, elektranama, zrakoplovstvu i telekomunikacijama. Vodik se koristi kao dodatak [[hrana|hrani]] (E 949) za provjeru konzervirane hrane. <ref>{{Cite web |author=Matthias Block: "|title=Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection", |publisher=Sensistor Technologies, |date=2004. [|url=http://www.ndt.net/abstract/wcndt2004/523.htm]}}</ref>

Vodik nije izvor energije, osim u mogućim elektranama na [[nuklearna fuzija|nuklearnu fuziju]], koje bi koristile [[deuterij]] i [[tricij]], što je još daleko od komercijalne upotrebe. Vodik koji se dobije iz sunčevih, bioloških ili električnih izvora, treba više energije nego što od njega možemo dobiti izgaranjem, zato on više ima ulogu kao [[baterija]], za spremanje ili skladištenje energije. Vodik se može dobiti iz [[metan]]a, ali ti se izvori nazivaju neodrživim izvorima energije. <ref>{{Cite web |author=McCarthy John: "|title=Hydrogen", |publisher=Stanford University, |date=1995. [|url=http://www-formal.stanford.edu/jmc/progress/hydrogen.html]}}</ref>

'''Gustoća energije''' po jedinici obujma, za tekući ili komprimirani vodik, je puno manja od poznatih fosilnih goriva, iako po jedinici mase, gustoća energije je veća. Ipak, o vodiku se dosta raspravlja kao o budućem nosiocu energije. Tako recimo, vezivanjem ugljikovog dioksida iz zraka, može biti povezano sa stvaranjem H₂ kao fosilnog goriva. Tada bi vodik bio relativno čisti izvor energije, uz malo ispuštanje [[Azotni oksidi|dušikovih oksida]], ali bez stvaranja [[Ugljikov(IV) oksid|ugljikovog dioksida]]. Ipak, ulaganje u infrastrukturu bi bilo znantno. <ref>{{Cite "web |title=DOE Seeks Applicants for Solicitation on the Employment Effects of a Transition to a Hydrogen Economy", |publisher=US Department of Energy, |date=2006. [|url=http://www.hydrogen.energy.gov/news_transition.html]}}</ref>

U proizvodnji [[poluvodič]]a, vodik se koristi za zasićenje slomljenih (“klimavih”) veza u amorfnom [[silicij]]u i amorfnom [[ugljik]]u, da bi im se povećala kvaliteta. On je isto mogući dodatak u različitim oksidima, kao: ZnO, SnO₂, CdO, MgO, ZrO₂, HfO₂, La₂O₃, Y₂O₃, TiO₂, SrTiO₃, LaAlO₃, SiO₂, Al₂O₃, ZrSiO₄, HfSiO₄ i SrZrO₃. <ref>{{Cite journal |author=Van de Walle: "|title=Hydrogen multicentre bonds", |journal=Nature Materials, |date=2007.}}</ref>

Razdvajanje vode u protone, elektrone i kisik, javlja se kod gotovo svih biljaka koje vrše [[fotosinteza|fotosintezu]]. Neki takvi organizmi, kao [[modrozelene alge]] su razvile i drugi korak, po mraku, kojim se stvara plinoviti vodik H₂ uz pomoć specijalnih hidrogenaza u [[kloroplast]]u. Trenutno se rade ispitivanja na genetski modificiranim modrozelenim algama, koje bi stvarale H₂, čak i u prisustvu kisika ili takozvani '''bioreaktori'''. <ref>{{Cite web|author=Williams Chris; "|title=Pond life: the future of energy", |publisher=The Register, |date=2006. [|url=http://www.theregister.co.uk/2006/02/24/pond_scum_breakthrough/]}}</ref>

Vodik stvara čitav niz opasnosti za čovjekovu sigurnost, pogotovo H₂ je opasan kao plin praskavac u zraku. Osim toga, tekući vodik je opasan, jer stvara vrlo niske temperature, što može dovesti do smrzotina na prstima. <ref>{{Cite "web|title=Hydrogen Safety", |publisher=Humboldt State University, [|url=http://www.schatzlab.org/education/h2safety.html], |date=2010.}}</ref>