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हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे हल्का रासायनिक तत्व है और अन्य हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ बंधने में सक्षम है, जिससे एक गैस बनती है जिसके कई उपयोग हैं

अनस्प्लैश पर फ्लोरेंसिया वियाडाना की छवि

आज तक ज्ञात सभी तत्वों में हाइड्रोजन सबसे छोटा परमाणु द्रव्यमान (1 u) और सबसे छोटा परमाणु क्रमांक (Z=1) वाला रासायनिक तत्व है। आवर्त सारणी के IA परिवार (क्षार धातु) की पहली अवधि में स्थित होने के बावजूद, हाइड्रोजन में इस परिवार के तत्वों के समान भौतिक और रासायनिक विशेषताएं नहीं हैं और इसलिए, इसका हिस्सा नहीं है। कुल मिलाकर, हाइड्रोजन पूरे ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर तत्व है और ग्रह पृथ्वी पर चौथा सबसे प्रचुर तत्व है।

हाइड्रोजन में अद्वितीय विशेषताएं हैं, अर्थात यह मनुष्यों को ज्ञात किसी अन्य रासायनिक तत्व से मिलती-जुलती नहीं है। हाइड्रोजन आमतौर पर कई प्रकार के कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों की संरचना में भाग लेता है, जैसे कि मीथेन और पानी। जब यह रासायनिक पदार्थों का हिस्सा नहीं होता है, तो यह विशेष रूप से गैसीय रूप में पाया जाता है, जिसका सूत्र H2 है।

अपनी प्राकृतिक अवस्था में और सामान्य परिस्थितियों में, हाइड्रोजन एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है। यह ऊर्जा को स्टोर करने की एक महान क्षमता वाला एक अणु है और इस कारण से विद्युत और तापीय ऊर्जा के नवीकरणीय स्रोत के रूप में इसके उपयोग पर व्यापक रूप से शोध किया गया है।

हाइड्रोजन की खोज

16 वीं शताब्दी के मध्य में, Pareselsvs ने कुछ धातुओं को एसिड के साथ प्रतिक्रिया करने का फैसला किया, और हाइड्रोजन प्राप्त करना समाप्त कर दिया। हालांकि पहले परीक्षण किया गया था, हेनरी कैवेंडिश हाइड्रोजन को ज्वलनशील गैसों से अलग करने में कामयाब रहे और इसे 1766 में एक रासायनिक तत्व माना।

धातु नहीं होने के कारण, अधातु तो आवर्त सारणी में अपनी ख़ासियत को कम ही करता है। 1773 में, एंटोनी लावोज़ियर ने रसायन को हाइड्रोजन नाम दिया, जो ग्रीक से निकला है हाइड्रो तथा जीन, और पानी जनरेटर का मतलब है।

प्रकृति में हाइड्रोजन

• हाइड्रोजन कई कार्बनिक पदार्थों (प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, विटामिन और लिपिड) और अकार्बनिक (एसिड, बेस, लवण और हाइड्राइड) की रासायनिक संरचना का हिस्सा है;
• वायुमंडलीय हवा में, यह एक गैसीय रूप में मौजूद होता है, जिसे आणविक रूप H2 द्वारा दर्शाया जाता है, जो दो हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन के माध्यम से बनता है;
• हाइड्रोजन पानी के अणु भी बनाता है, जो जीवन के लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन है।

हाइड्रोजन स्रोत

पृथ्वी पर, हाइड्रोजन अपने शुद्धतम रूप में नहीं, बल्कि अपने संयुक्त रूप (हाइड्रोकार्बन और डेरिवेटिव) में पाया जाता है। इस कारण से, हाइड्रोजन को विभिन्न स्रोतों से निकाला जाना चाहिए। हाइड्रोजन के मुख्य स्रोत हैं:

1. प्राकृतिक गैस;
2. इथेनॉल;
3. मेथनॉल;
4. पानी;
5. बायोमास;
6. मीथेन;
7. शैवाल और बैक्टीरिया;
8. गैसोलीन और डीजल।

परमाणु हाइड्रोजन अभिलक्षण

• इसमें तीन समस्थानिक (एक ही परमाणु संख्या और विभिन्न द्रव्यमान संख्या वाले परमाणु), अर्थात् प्रोटियम (1H1), ड्यूटेरियम (1H2) और ट्रिटियम (1H3) हैं;
• केवल एक इलेक्ट्रॉनिक स्तर की सुविधाएँ;
• इसके मूल में एक प्रोटॉन होता है;
• इसके इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है;
• न्यूट्रॉन की संख्या आइसोटोप पर निर्भर करती है - प्रोटियम (0 न्यूट्रॉन), ड्यूटेरियम (1 न्यूट्रॉन) और ट्रिटियम (2 न्यूट्रॉन);
• यह आवर्त सारणी पर सबसे छोटी परमाणु त्रिज्याओं में से एक है;
• इसमें किसी भी धात्विक तत्व की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मकता होती है;
• इसमें किसी भी धातु तत्व की तुलना में अधिक आयनीकरण क्षमता होती है;
• यह एक परमाणु है जो एक धनायन (H+) या एक आयन (H-) में बदलने में सक्षम है।

हाइड्रोजन परमाणु की स्थिरता तब प्राप्त होती है जब वह वैलेंस शेल (परमाणु का सबसे बाहरी कोश) में एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है। आयनिक बंधों में, हाइड्रोजन एक धातु के साथ विशेष रूप से बातचीत करता है, जिससे एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त होता है। सहसंयोजक बंधों में, हाइड्रोजन अपने इलेक्ट्रॉन को एक धातु या स्वयं के साथ साझा करता है, जिससे एकल बंधन बनते हैं।

आणविक हाइड्रोजन के लक्षण (H2)

• कमरे के तापमान पर यह हमेशा गैसीय अवस्था में पाया जाता है;
• यह एक ज्वलनशील गैस है;
• इसका गलनांक -259.2°C है;
• इसका क्वथनांक -252.9 डिग्री सेल्सियस है;
• सबसे हल्की गैस होने के कारण इसका दाढ़ द्रव्यमान 2 g/mol के बराबर होता है;
• इसमें शामिल दो हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच एक सिग्मा सहसंयोजक बंधन, प्रकार s-s है;
• परमाणुओं के बीच, दो इलेक्ट्रॉनों का बंटवारा होता है;
• इसमें रैखिक प्रकार की आणविक ज्यामिति है;
• इसके अणु अध्रुवीय हैं;
• इसके अणु प्रेरित द्विध्रुव बलों के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं।

आणविक हाइड्रोजन में कई यौगिकों के साथ महान रासायनिक संबंध होते हैं। यह गुण किसी पदार्थ की दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करने की क्षमता से संबंधित है, क्योंकि भले ही दो या दो से अधिक पदार्थ संपर्क में लाए जाएं, लेकिन उनके बीच कोई समानता नहीं है, प्रतिक्रिया नहीं होगी। इस प्रकार, यह हाइड्रोजनीकरण, दहन और सरल विनिमय जैसी प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है।

आणविक हाइड्रोजन प्राप्त करने के तरीके (H2)

भौतिक विधि

आणविक हाइड्रोजन वायुमंडलीय वायु से प्राप्त की जा सकती है, क्योंकि यह इस मिश्रण में मौजूद गैसों में से एक है। इसके लिए वायुमंडलीय वायु को भिन्नात्मक द्रवीकरण विधि और फिर भिन्नात्मक आसवन में जमा करना आवश्यक है।

रासायनिक विधि

आणविक हाइड्रोजन विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जैसे:

• सरल विनिमय: प्रतिक्रिया जिसमें एक गैर-महान धातु (Me) एक अकार्बनिक एसिड (HX) में मौजूद हाइड्रोजन को विस्थापित करती है, जिससे कोई भी नमक (MeX) और आणविक हाइड्रोजन (H2) बनता है:
• मैं + एचएक्स → मेक्स + एच2
• कोकिंग कोल का हाइड्रेशन (कोयला उपोत्पाद): इस प्रतिक्रिया में कोयले का कार्बन (C) पानी में ऑक्सीजन (H2O) के साथ परस्पर क्रिया करता है, जिससे कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन गैस बनती है:
• सी + एच 2 ओ → सीओ + एच 2
• जल इलेक्ट्रोलिसिस: जब पानी इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के अधीन होता है, तो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन गैसों का निर्माण होता है:
• H2O(1) → H2(g) + O2(g)

हाइड्रोजन उपयोगिताएँ

• रॉकेट या कारों के लिए ईंधन;
• धातुओं को काटने के लिए आर्क-फ्लैश टॉर्च (विद्युत ऊर्जा का उपयोग करें);
• वेल्ड;
• कार्बनिक संश्लेषण, हाइड्रोकार्बन हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं में अधिक सटीक;
• कार्बनिक प्रतिक्रियाएं जो वसा को वनस्पति तेलों में बदल देती हैं;
• हाइड्रोजन हैलाइड या हाइड्रोजनीकृत एसिड का उत्पादन;
• सोडियम हाइड्राइड (NaH) जैसे धातु हाइड्राइड का उत्पादन।

उदजन बम

हाइड्रोजन बम, एच-बम, या थर्मोन्यूक्लियर बम परमाणु बम है जिसमें विनाश की सबसे बड़ी क्षमता होती है। इसका संचालन एक परमाणु संलयन प्रक्रिया से होता है, यही वजह है कि इसे संलयन बम भी कहा जा सकता है।

हाइड्रोजन बम का विस्फोट संलयन प्रक्रिया के परिणामस्वरूप होता है, जो बहुत उच्च तापमान पर होता है, लगभग 10 मिलियन डिग्री सेल्सियस। इस बम की उत्पादन प्रक्रिया हाइड्रोजन समस्थानिकों के मिलन से शुरू होती है, जिन्हें प्रोटियम, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम कहा जाता है। हाइड्रोजन के समस्थानिकों का जंक्शन परमाणु के नाभिक को और भी अधिक ऊर्जा उत्पन्न करता है, क्योंकि हीलियम नाभिक बनते हैं, जिनका परमाणु द्रव्यमान हाइड्रोजन से 4 गुना अधिक होता है।

इस प्रकार, जो कोर हल्का था वह भारी हो जाता है। इसलिए, परमाणु संलयन प्रक्रिया विखंडन की तुलना में हजारों गुना अधिक हिंसक है। हाइड्रोजन बम की ताकत 10 मिलियन टन डायनामाइट तक पहुंच सकती है, जो परमाणु बम से कहीं बेहतर स्तर पर रेडियोधर्मी सामग्री और विद्युत चुम्बकीय विकिरण जारी करती है।

1952 में हाइड्रोजन बम के पहले परीक्षण ने लगभग 10 मिलियन टन टीएनटी के बराबर ऊर्जा की मात्रा जारी की। उल्लेखनीय है कि इस प्रकार की प्रतिक्रिया सूर्य जैसे तारों का ऊर्जा स्रोत है।यह 73% हाइड्रोजन, 26% हीलियम और 1% अन्य तत्वों से बना है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इसके नाभिक में संलयन प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसमें हाइड्रोजन परमाणु हीलियम परमाणु बनाने के लिए फ्यूज हो जाते हैं।

हाइड्रोजन के बारे में मजेदार तथ्य

• आण्विक हाइड्रोजन हवा की तुलना में हल्का है और जर्मन काउंट फर्डिनेंड वॉन जेपेलिन द्वारा कठोर हवाई जहाजों में इस्तेमाल किया गया था, इसलिए हवाई पोत का नाम;
• आणविक हाइड्रोजन को कुछ बैक्टीरिया और शैवाल द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है;
• स्वच्छ ऊर्जा ईंधन के उत्पादन में हाइड्रोजन का उपयोग किया जा सकता है;
• मीथेन गैस (CH4) हाइड्रोजन का तेजी से महत्वपूर्ण स्रोत है।