chemia
Beadand
 
Men
 
Bejelentkezs
Felhasznlnv:

Jelsz:
SgSg
Regisztrci
Elfelejtettem a jelszt
 
Nzettsg
Induls: 2007-02-27
 
Az elemek
Az elemek : Hidrogn

Hidrogn

  2007.02.27. 17:22

Az ismert vilg 98%-a

      A HIDROGN

      Kiss Ferenc


Fogalma

Hidrogn:  szntelen,  szagtalan,  nem mrgez gz, mely nagy energia felszabadulssal jr reakciban vzz g el.  Felhasznlsnak  krnyezeti haszna, hogy rtalmatlan, vzz g el (br az gs kzben  nitrogn-oxidok is keletkeznek, s amennyiben vzbl, napenergia (ill. ebbl nyert ram) segtsgvel lltjk el, felhasznlsa alig terheli a krnyezetet. Htrnya, hogy krnyezetbart ellltsa s biztonsgos trolsa jelenleg drga, felhasznlshoz a szokvnyos berendezseket s a szllt-, ill. elosztrendszereket t kell alaktani.

                                                                      Krnyezetvdelmi Lexikon
 

Trtnete

A hidrognt 1766-ban fedeztk fel.  Neve a grg hydrognium szbl ered, ami vizalkott jelent. Ebbl szrmazik az elem kmiai jele is, a H. Elemi llapotban gyakorlatilag nem fordul el a Fldn, azonban a Nap s ms csillagok fleg hidrognbl llnak. A Vilgmindensg  leggyakoribb s legsibb kmiai elemnek tekinthet, hiszen a fiatal Univerzumban elsknt jtt ltre.

Az Univerzum kezdeti llapotrl biztosat nem tudunk, elmletekben azonban  nincs  hiny. A ma leginkbb elfogadott modell, amelyet G. Gamov  elmleti  fizikus  dolgozott  ki az n. "Big-bang", a nagy robbans elmlete. Eszerint a jelenlegi Univerzum az sanyag gigantikus robbansa kvetkeztben jtt ltre kb.10 - 20 millird vvel ezeltt. Az sanyag srsge szerinte 1025 g/cm3, hmrsklete pedig 1016 K lehetett, ezen  "tzgmb" robbansszer kiterjedsvel magyarzhat az Univerzum ma szlelt expanzija (bra).  A �tzgolyban� vagy �tzgolykban� uralkod magas hmrsklet s srsg termikus egyenslyt hozott ltre a protonok, elektronok, neutronok s a sugrzsi kvantumok kztt. A robbansban hidrogn s hliumkpzdsi reakcik mentek vgbe:

11H + 01n -> 21D  + g

21D +21D-> 32He +10n

21D +21D3->1T+11H

32He + 10n ->31T + 11H

31T+ 21D ->42He + 10n

Ezeknek a folyamatoknak az eredmnyekppen az Univerzum anyagnak krlbell 10 %-a hliumm s 90-% hidrognn alakult. Az Univerzum anyagnak tgulsval a hmrsklet 3000 K al cskkent, a protonok s elektronok egyeslsvel tltssel nem rendelkez anyag jtt ltre. Az "sanyagban" vletlenszeren fellp srsdsek az anyag gravitcis tmrlshez vezettek, gy jttek ltre a 1014...1015 naptmegnyi anyagot tartalmaz -fleg hidrognbl ll- halmazok, s ezekbl alakultak ki ksbb a csillagok, csillaghalmazok a galaxisok, a gravitcis erk hatsra .

Az elemi hidrogn emberi felhasznlsa nem tekint hossz mltra vissza. A legfontosabbak a kvetkezk: szllts (rhaj, lghaj)energia felszabadtsa (bomba).

Tovbbi felhasznlsra vonatkoz ksrletek napjainkban is folynak mint pl.a kvetkezk: fzis erm , gpkocsi zemanyag, zemanyag cella szlesebb kr elterjesztse, amelyekre mrg visszatrnk.
 

Forrs: http://www.airships.net
 
 
 

http://www.nrel.gov/data/pix
 
 
 
 
 
 

http://w3.ouhsc.edu/rso/Image/HBombAnim.gif
 
 
 
 
 
 

Elmleti httr

A hidrogn ltalnos tulajdonsgai

1.  A hidrogn Vilgegyetem leggyakoribb eleme. Megkzeltleg 100-szor gyakoribb, mint az sszes tbbi elem egyttvve(ha a hliumot nem vesszk figyelembe).
2. Alapeleme a kmiai elemek szintzisnek.
3. A fldi let szempontjbl flhasznlhat energia s a kozmikus energia ellltsa szempontjbl  is a alapvet fontossg.
4. A hidrogn rszt vehet brmely  kmiai reakciban.
5. Az sszes vegyletet - sznvegyletekkel egytt - figyelembe vve, a hidrogntartalm vegyletek szma a legnagyobb.
Itt nem ismertetjk teljes egszben a hidrogn fizikai s kmiai tulajdonsgit csak tblzatban foglaljuk ssze azokak. Rszletezsre csak azok a tulajdonsgok kerlnek, amelyek az energiatermels szempontjbl fontosak.

  A hidrogn tulajdonsgai


Tulajdonsg rtk  Megjegyzs
Mltmeg  1,00797 g/Mol  -
Elektronszerkezet  1 s1 -
Kovalens sugr  0,032 nm  -
Ionsugr H 0,15 nm  -
Ionsugr H+  0,0001 nm -
Elektronegativits (Pauling) 2,1  -
gsi hmrsklet 2600 C gz
Fajh cp  14,40 kJ/kg.K  gz, 0-200 C, 0,1MPa
Fajh cv 10,29 kJ/kg.K gz, 0-200 C, 0,1MPa
Srsg 0,08989. kg/m3 gz, 0 C, 0,1 MPa
Srsg 70,8 kg/m3 folyadk, �253 C
Srsg 76 kg/m3 szilrd, � 262 C
Olvadspont � 259,1 C (13,8 K)  szilrd
Forrspont � 252,7 C (20,4 K)  folyadk

  A hidrogn s az energia

A kvetkez tblzat adataibl lthat, hogy ha 1-nek vesszk a mai ismereteink szerinti legnagyobb energiaforrst, akkor ez az rtk leginkbb a fzis ermvekben kzelthet meg. A fosszilis energiahordozkbl ellltott energia, az utbbinak mindssze kb. 10 milliomod rsze. Ezt mutatja az albbi plda.

Fzi: 4 g hidrogn -> 2,5 x 1012 J
gs : 4 g petrleum -> 1,2 x 105 J

  Lehetsges �energiaforrsok" sszehasonltsa


Relatv rtk Energia per nukleon  Ers klcsnhatsok Elektromgneses 
klcsnhatsok
Gyenge klcsnhatsok Gravitcis klcsnhatsok

 
 

10-2
 
 
 

10-4
10-6
10-8
 
 
 
 

10-10
 
 

10-12

1 GeV
 
 

10 MeV
 
 
 

100 KeV 
1 KeV
10 eV
 
 
 
 

 0,1 eV
 
 

0,001 eV

-annihilci
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


 
 

-magfzi
-maghasads
-a-bomls
 
 
 
 
 

-kmiai-
biolgiai- s
napenergia
 

-termikus 
 energia


 

-b-bomls
 
 

 

 -fekete  lyukak
sszetkzse
-anyagramls a fekete lyukba
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

-szabadess
a Fldn.

Napjainkban a hidrogn gsbl szrmaz energia felhasznlsnak van realitsa, ezrt gsvel rszletesebben is foglalkozunk. Az atommag fzi folyamatait csak vzlatosan mutatjuk be.
A hidrogn gst ler albbi egyenletet mr ltalnos iskolbl ismerhetjk.

A hidrogn gse

Forrs: http://www.nrel.gov/data/pix/

H2 + 1/2 O2-> H2O

A hidrogn oxign jelenltben 550-600 C-os gyjtlng vagy szikra hatsra elg, s kzben energia szabadul fl. A energia mennyisge fgg attl, hogy az gstermk folyadk, vagy gz . 1 kg hidrognre vonatkoztatva, ha folyadk, 141,97 MJ ill.119,6 MJ, ha gz.A reakci ellenkez irnyban is vghezvihet. A vz bontsa lehetsges egyenram segtsgvel.  18C-on elmletileg 2,8 kWh elektromos energia felhasznlsval tudnnk ellltani 1 m3 (0,1 MPa) hidrogn gzt , azonban a gyakorlatban ez az rtk megkzelti a 4 kWh-t. Ezrt a hidrogn ilyen mdon trtn ellltsa csak akkor gazdasgos, ha olcs elektromos ram ll rendelkezsnkre, vagy gy akarunk energit trolni. Hidrogn ellltsra azonban vannak gazdasgosabb mdszerek is:

   Vzgz reakci

C + H2O -> CO + H2
     CO + H2O -> CO2 + H2

    Parcilis oxidci

        CH4 + 1/2O2 -> CO + 2H2
     CH4 + H2O -> CO + 3H2






  A hidrogn trolsa

Abban az esetben, ha a levegben atmoszfrikus nyomson 4,1-74 tf %  H2 van jelen, robbanelegy jn ltre. Ezrt trolsa sorn ezt figyelembe kell venni.
A hidrogn trolhat tartlyban nagy nyomson vagy cseppfolys llapotban alacsony hmrskleten, tovbb valamilyen anyagban elnyeletve. gy pldul a fmekben oldott hidrogn is felhasznlhat energiatrolsra. Klnbz hidrogn trolsi mdok  jellemzit mutatja a tblzat.
Forrs: http://www.nrel.gov/data/pix
 
 

Trolsi jellemzk


Anyag  H2 trfogati  srsg (g/cm3)  H2tmeg srsg (tmeg%)  Energiatartalom (MJ/kg) Energiasrsg (MJ/dm3)
MgH 0,101  9,9  14
FeTiH1.95 0,096  1,75 2,5  13,5
LaNi5H6.7 0,089 1,37  2,5    12,7
Folykony H2 (20K) 0,070 100 141  10
H2 gz 10 MPa, 300K 0,007  100 141  1
Krioadszorber (77K) 0,015-0,030 3,8-5,2    

Lthat, hogy bizonyos fm-hidridek esetben legalbb akkora energiasrsg rhet el, mint alacsony hmrskleten (20K) folykony llapotban. Szmos fm-hidrid teljesti a szksges mszaki kvetelmnyeket  is, azonban mg sok problma vr megoldsra a mindennapi alkalmazsig.
 
 

Felhasznlsi lehetsgek
 

Fzis erm

Az ilyen tpus energia elllts nem soroland a " megjulk" kz, hiszen mg ksrleti stdiumban van, de nhny mondatban meg kell emlitennk, mert jelentsge a jvben nagy lehet.
Mai ismereteink szerint a vilgegyetem leggyakoribb elemei a hidrogn s a hlium ( ~99%), azaz az elemszintzis �alapanyagai�. Teht a kozmosz azon rsze, melyet az emberisg eddig tanulmnyozott kimerthetetlennek tnik ezen energiahordoz szempontjbl.
Az elemek nukleris fzival trtn keletkezse els lpsnek a hidrogn az �alapeleme", ezrt jelenleg a hidrogn lehet az n. fzis erm �tzelanyaga".

A megvalsts problmi

  • Magas hmrskletet (5 - 10 x 106 K) kell biztostani a beindtshoz, ezrt j tecnolgira van szksg.
  • Az felszabadult energia felhasznlhatv ttele nem megoldott.
Forrs s tovbbi informcik: http://pooh.chem.wm.edu/chemWWW/courses/chem105/projects/group3/page11.html

http://www.ipp.cas.cz/tokamak/tokamaks/tokamaks.htm

Elnyei

  • Hossz tv felhasznlhatsg (az Univerzum csillagai legalbb 10 millird ve "mkdnek" hidrognnel).
  • Felteheten kevesebb a krnyezeti problma, mint a fosszilis ill. atomenergia felhasznlsnl.
A fzis energia mellett, amely a csak jv alternatvja, ltezik nhny ma is felhasznlhat, de eddig kevss kihasznlt, krnyezetbart energiaforrs is: napenergia, vzenergia, szlenergia, s a hidrogn gse.
Ez utbbit az energiafelhasznls jelents tnyezje a kzlekeds alapvet mszaki vltoztatsok nlkl kpes lenne felhasznlni.

Hidrognnel hajtott belsgs motorok

Napjainkban a gpjrmvek tbbsgt  kiforrott technolgij belsgs motorok hajtjk. Ezen a tren mr vszzados  mrnki s kutatmunka tapasztalataival  rendelkeznk, s mr a gzzem belsgs motorok konstrukcis problmi is megoldottak. A hidrogn zemanyagra val ttrs  nem ignyelne  nagy vltoztatst a jelenleg hasznlt motorokban, mert a hidrogn is gs sorn szabadtja fel az energit mint, a ma hasznlt zemanyagok, azonban tmegegysgre vonatkoztatott ftrtke a benzinnek vagy a gzolajnak kzel hromszorosa ( l. tblzat).
1 kg H2 elgse sorn ~119,6 MJ, energia szabadul fel. A forr kipufoggzt felhasznlhatjuk a hidrogn trol tartly ftsre, gy gyorstva meg a hidrogntrol anyag hidrogn leadst.

Klnbz gpjrm hajtanyagok sszehasonltsa

Forrs: Garaguly Jzsef doktori rtekezse

  Hidrogn Benzin  Gzolaj
gsh Hf [MJ/kg]  141,974 45,217  44,715
Ftrtk Ha [MJ/kg]  119,617 42,035 41,843
gstermk H2O  H2O, CO2 (CO) H2O, CO2 (CO)

A hidrogntartlyban trolhat, vezetken szllthat. 1000 km-es tvolsg fltt kevesebbe kerl a hidrognt szlltani, mint az elektromossgot. Ezrt az tllsi kltsgek nem  magasak.
A gazdasgi s hatkonysgi krdseken tl, egy hidrogn zemanyag motor teljesten a kztudottan legszigorbb kaliforniai emisszis normkat is. (Kalifornia llam Levegtisztasg Vdelmi Tancsa (CARB) 1997-tl ktelezv teszi a zrus emisszij kzti jrmvek (ZEV) forgalmazst az llam terletn. 1998-ban az eladott jrmvek 2 szzalknak, 2003-ra pedig mr 10 szzalknak kell zr krosanyag kibocstsnak lennie.)

Nagy elny, hogy a hidrogn gse sorn csak vzgz keletkezik, ami nem szennyezi a krnyezetet, st visszakerlve a fld termszetes vzkrforgsba jra felhasznlhat hidrogn ellltsra.

A  Fld felsznnek 2/3-t  vz bortja. Belle napenergia segtsgvel
elektrolzis tjn  hidrognt llthatunk el s a felhasznls vgn a vizet vissza is kapjuk. Ezrt a hossz tv felhasznlsnak nincs akadlya, mert a krfolyamat biztostja a "megjulst". Elmondhat teht, hogy olyan jrafelhasznlhat energiahordoz ll a rendelkezsnkre, melyet nem kell a felhasznls utn visszaszlltanunk s  regenerlnunk, hiszen a visszaszlltsrl a termszet gondoskodik. A megfelel hatsfok vzbontsi, energiatalaktsi s trolsi technolgik kialaktsa, tovbbfejlesztse folyamatban van.

Mg nem teljesen megoldott viszont a hidrogn  biztonsgos, elegenden nagy energiasrsg, gazdasgos trolsa, valamint a kimerlt trolegysgek jratltse. Mindkett fknt biztonsgi krdseket vet fel, de nem elhanyagolhat a nagynyoms rendszer jrulkos tmegeinek hatsa sem.

Egyebek, rdekessgek

zemanyag cella
 

 Az zemanyagcellk  a szrazelemekhez hasonlan kmiai reakcik tjn elektromos ramot lltanak el. Amg a ma szles krben hasznlt "elemeket" kimerlsk utn nem tudjuk jra felhasznlni -hulladkk vlnak-, az zemanyagcella mindaddig jra s jra hasznlhat, amg az zemanyagt biztostjuk. Ez a legtbbszr hidrogn, de lteznek metnnal s metanollal mkd cellk is. A  reakci sorn a hidrognbl vz keletkezik, a sznvegyletekbl mg szn-dioxid is, amely kzismert veghz hats gz. Ezrt a hidrogn felhasznlsa krnyezeti szempontbl elnysebb.
Az zemanyagcella lnyegben kataliztorok s specilis membrnok segtsgvel a hidrognbl   s oxignbl vizet s elektromos ramot llt el.
Az zemanyagcella nmagban nem jdonsg, hiszen a tmegkzlekedsben is hasznljk pl. az USA-ban s az rsikln is zemanyagcellk szolgltatjk az elektromossg egy rszt. Ezek a kszlkek azonban hatalmasak, s a kW-MW teljestmnytartomnyban zemelnek. gretes kutatsok folynak azonban a miniatrizls irnyban, gy a kzeljvben akr mobiltelefonra illeszked vltozat is kszlhet. Az zemanyagcellnak szmos elnye van az akkumultorokkal szemben. Taln a legfontosabb, hogy pillanatok alatt utntlthet, s hogy vrhatan lehetsges lesz a jelenlegi akkumultoroknl sokkal nagyobb kapacitst ellltani belle. Radsul gyakorlatilag korltlan a cella lettartama, ami krnyezetvdelmi szempontbl fontos.

Robotkt hidrognhez

BMW-nl mr tudjk,  hogy a benzinen s a gzolajon kvl rvidesen ms energiahordozkra is szksg lesz, ezrt mr vek ta ksrleteznek a hidrogn hats autkkal. A mncheni repltren t is adtk az els nyilvnos hidrogntlt llomst. A tankolst robot vgzi. Az automatizlt folyamathoz elektronikus krtyt hasznlnak.
 
 

 
Chat
Ha krdsed vagy vlemnyed van!
Nv:

zenet:
:)) :) :@ :? :(( :o :D ;) 8o 8p 8) 8| :( :'( ;D :$
 
ra
 
Mai dtum
2025. Februr
HKSCPSV
27
28
29
30
31
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
01
02
<<   >>
 
Oldalak
 
Zene
 

A PlayStation 3 átmeneti fiaskója után a PlayStation 4 ismét sikersztori volt. Ha kíváncsi vagy a történetére, katt ide!    *****    A Bakuten!! az egyik leginkább alulértékelt sportanime. Egyedi, mégis csodálatos alkotásról van szó. Itt olvashatsz róla    *****    A PlayStation 3-ra jelentõsen felborultak az erõviszonyok a konzolpiacon. Ha érdekel a PS3 története, akkor kattints ide    *****    Új mese a Mesetárban! Téged is vár, gyere bátran! Mese, mese, meskete - ha nem hiszed, nézz bele!    *****    Az Anya, ha mûvész - Beszélgetés Hernádi Judittal és lányával, Tarján Zsófival - 2025.05.08-án 18:00 -Corinthia Budapest    *****    &#10024; Egy receptes gyûjtemény, ahol a lélek is helyet kapott &#8211; ismerd meg a &#8222;Megóvlak&#8221; címû írást!    *****    Hímes tojás, nyuszipár, téged vár a Mesetár! Kukkants be hozzánk!    *****    Dryvit, hõszigetelés! Vállaljuk családi házak, nyaralók és egyéb épületek homlokzati szigetelését! 0630/583-3168    *****    Nagyon ütõs volt a Nintendo Switch 2 Direct! Elemzést a látottakról pedig itt olvashatsz!    *****    Elkészítem születési horoszkópod és ajándék 3 éves elõrejelzésed. Utána szóban minden kérdésedet megbeszéljük! Kattints    *****    Könyves oldal - egy jó könyv, elrepít bárhová - Könyves oldal    *****    20 éve jelent meg a Nintendo DS! Emlékezzünk meg ról, hisz olyan sok szép perccel ajándékozott meg minket a játékaival!    *****    Ha érdekelnek az animék,mangák,videojátékok, japán és holland nyelv és kultúra, akkor látogass el a személyes oldalamra.    *****    Dryvit, hõszigetelés! Vállaljuk családi házak, nyaralók és egyéb épületek homlokzati szigetelését! 0630/583-3168 Hívjon!    *****    Könyves oldal - Ágica Könyvtára - ahol megnézheted milyen könyveim vannak, miket olvasok, mik a terveim...    *****    Megtörtént Bûnügyekkel foglalkozó oldal - magyar és külföldi esetek.    *****    Why do all the monsters come out at night? - Rose Harbor, a város, ahol nem a természetfeletti a legfõbb titok - FRPG    *****    A boroszkányok gyorsan megtanulják... Minden mágia megköveteli a maga árát. De vajon mekkora lehet ez az ár? - FRPG    *****    Alkosd meg a saját karaktered, és irányítsd a sorsát! Vajon képes lenne túlélni egy ilyen titkokkal teli helyen? - FRPG    *****    Mindig tudnod kell, melyik kiköt&#245; felé tartasz. - ROSE HARBOR, a mi városunk - FRPG